Luận văn nghiên cứu giải pháp tiêu năng hợp lý cho tràn xả lũ bản mòng tỉnh sơn la

thực tiễn trong thiết kế, xây dựng công trình 1L MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Tổng quan các nghiên cửu về tiêu năng dòng phun xa cho tràn xã lũ Đánh giá ưu, nhược điểm giải pháp tiêu năng phóng x

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành công trình thủy lợi với để tài

“Nghiên cửa giải pháp tiêu năng hợp Ìÿ cho tran xa li Ban Mong — tink

Son La” dược hoàn thành với sự cổ gắng nỗ lực của bản thân củng với sự giúp đỡ nhiệt tình của Phòng đảo tạo đại học & sau đại học, khoa Công trình,

các thầy cô giáo trường Đại học Thúy lợi Ban lãnh dạo Trung lâm Nghiên

cứu Thủy lực và các phỏng ban khác của Phòng thí nghiệm trong diém Quéc gia về động lực học Sông biển Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam đã tạo điều kiện va dong viên giúp đỡ về mọi mặt Tác giả xin chân thành cắm ơn các cơ quan đơn vị và cá nhân nói trên

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn

‘TS Nguyễn Ngọc Nam đã trực tiếp hướng dẫn chỉ bảo tân tình trong suốt quá

trình thực hiển luân văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm Nghiên cứu Thủy lực — Phòng

thí nghiệm trong điểm Quốc gia về động lực học Sông biến (nơi tác giả làm việc) đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập, công

tác và hoàn thành nhần nghiên cứu thực nghiệm của luận văn

Sau củng tôi xin cảm ơn những người thân, gia đình, bạn bẻ vả đồng

nghiệp đã giúp đỡ cỗ vũ động viên, khích lệ tôi trong quá trình làm luận văn

Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, do điền kiện luận văn có hạn nên

không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong được sự giúp đỡ chân

thành của các thầy cô giáo, các anh chị và bạn bè đồng nghiệp

Xin chan thanh cam on!

THả nội, ngày 10 tháng 03 năm 2015

TÁC GIÁ

Ho va (én hoe viên: Thanh Khai

Lớp cao học:

Chuyên ngành: Xây dụng công tình thủy

Tên để tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp tiêu năng hợp lý cho tràn xã lũ Bén Mong — Tính Sơn La”

Tôi xin cam đoạn để tài luận vẫn cũa lôi hoàn toàn là đo tôi làm Những

kết quả nghiên cúu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bắt kỳ nguồn thông tin nảo khác Nêu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỷ hình

thức kỹ luật nào cửa Khoa và Nhà trường

Hà Nội, ngày 10 tháng 3 năm 2015

Học lên cao học

Nguyễn Thanh Khởi

V KẾT QUÁ DỰ KIÊN ĐẠT ĐƯỢC

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE TRAN XAL Ũ

LL TONG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG DẬP TRÀN TRONG

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY DIỆN Ở VIỆT NAM VẢ ‘TREN

1.2 TONG QUAN VE TRAN XA LC) CÓ HỈNH THỨC TIỂU NĂNG

PHONG XA DANG MUI PHUN LIEN TUC, MUI PHUN KHONG

1.2.1 Téng quan về tràn xã lũ có hình thức tiêu năng phóng x xa a dang

mũi phun liên tục, mũi phun không liên tục 14

13, THONG KB MOT $0 CONG TRINH TRAN XA LO CO HiNH

THUG TEU NANG PHONG XA DANG MUL PHUN KHONG

LIÊN TÚC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THÊ GIỚI

14 KẾT LUẬN CHƯƠNG

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LỤ PHUN XA CHO DAP TRAN XA LI

2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN TÍNH TOÁN THUY LUC DONG 35

2.1.3 Xác định đường mặt nước và lưu tốc trên tràn 36

22 TỈNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA MOL PHUN

Do

2.2.2 Đường mặt nước và lưu tốc trên thân tran - 41

2.3.1 Các dang mỗi phưn không liên tục - 4

3.2 THIÉT KẺ MÔ HINH ĐẬP TRẢN XÃ LŨ BẢN MÔNG %2

34 KET QUA THE NGHIEM VÉ CÁC DẠNG HỈNH THỨC TIÊU

NĂNG PHÓNG XA VỚI MŨI PHUN LIÊN TỤC VẢ MỖI PHUN

3.4.1 Kết quả thí nghiệm vé cdc dạng hình thức tiêu năng phóng xa

3.4.2 Kết quả thí nghiệm về các dạng hình thức tiêu năng phỏng xa với mũi phun không liên Lục

4.3 PILAN TICIL NILAN XET CAC KET QUA

4.4 KET LUAN CHUONG

KET LUAN VA KIEN NGIIL

1 NIỮNG KÉT QUÁ ĐẠT ĐƯỢC

2 NIỮNG ĐÓNG GÓP

Tĩnh 2-1: Sơ để tính toán thủy lực dòng phun xa 35

Hinh 2-5: Các thông số của mũi phưn không liên tục ce AD TRnh 3-1: Vị tr các mặt cắt và thủy trực đo 59

Tĩnh 3-2: Bề trí 3 mố nguyên ở vị trí sát mép mũi cuỗi phun liên tục 64

Hinh 3-3: Hồ trí 3 mố nguyên ở vị trí cách mép cuối mũi phun liên tục 1.5m

1Rnh 3-5: Kết quả thí nghiệm 3 phương án với Q — 614 Gm'/s) 7

DANH MUC CAC BANG BIEU

Bảng 1-3: Thống kê một số dập cỏ quy mỗ lớn trên thể piới - 32

Bảng 1- 4 Théng kê một số công trinh xả nước có quy mô lớn ở Việt Nam 33

Bang 3-1: Kết quả thí nghiệm về vận tốc đòng chấy phương án mũi phun

Bang 3-2: Kết quả thí nghiệm về chiều dài phun xa của phương án mũi phun

Bảng 5-3: Kết quả thí nghiệm về góc tới của luồng phun xa của phương án

Bang 3-4: Kết quả thí nghiệm về diện tích phủ lòng sông của phương án mũi

Bảng 3-5: Kết quả thí nghiệm về vận tắc đòng chảy 3 phương án mũi phun

Bang 3-6: Kết quả thí nghiệm về tình hình thủy lực ở hạ lưu của 3 phương án

Bang 3-7: Két qua thi nghiém về chiều dai phun xa của 3 phương án mũi

phun không liên tục .6§

Bảng 3-8: Kết quả thí nghiệm về góc tới của luỗng phưn xa của 3 phương án

mũi phun không liên tục 609

Bảng 3-9: Kết quả thí nghiệm về diện tích phủ lòng sông của 3 phương an mỗi phun không liên tục - - 69

Bang 3-10: Kết quả thí nghiệm xói lớn nhất của 3 phương án 71

Bang 4-1: Kết quả tính toán cột nước trên tràn Il, 73

Bang 4-2: Kết quả tính toán cột nước trên trần Hị - 73

Bảng 4-3: Kết quả tính lưu tắc và cột nước trên tràn tại mặt cắt 2-2 74 Bang 4-4: Kết quả tính lưu tốc và cột nước lại mặt cắt 3-3 - 74 Bang 4-5: Kết quả tính lưu tốc và cột nước trên tràn tại mặt cắt C-C 74 Bảng 4-6: Kết quả tính lưu tốc và cột nước trên tràn tại mặt cắt 4-4 74

Băng 4-7: Kết quả tính Loán chiều đải phóng xe - 75 Bang 4-8: Ké qua tinh toán góc đồ vào mặt nước hạ lưu của tia dong 75

Bang 4-9: Kết quả tính toán chiều sâu hồ xói 75

Bang 4-10: Kết quả tính khoảng cách từ mũi phóng đến chỗ xói sâu nhất 75

Bảng 4-11: kế quả tính chiều đọc hễ xói B„ 76

Bang 4-12: Đảng so sánh lưu tốc Q— 718 (mŠ) 76

Bang 4-13: Bang so sánh lưu tốc Q— 614 (mỔ⁄8) - 76

Bang 4-14: Dâng so sánh lưu tốc Q= 227 (mẺ⁄§) 77

Bang 4-16: Bang so sánh chiều dài dòng phun

Bang 4-17: Bang so sánh chiều sâu xói

Bang 4-18: Đảng kết quả thí nghiệm về diện tích phú lỏng sông

Bang 4-19: Bang so sánh về diện tích phủ lòng sông

7&

78

79 79

L TINH CAP THIET CUA DE TAI

Tran xa Iii trong công trình thủy lợi, thủy diện thường có tý lưu lớn, cột nước cao dòng chảy qua thân tràn thường là đòng chảy rối, hưu tốc dòng chay

cao và năng lượng dòng chảy lớn v.v Do vậy, tiêu năng lả một trong những

nhiệm vụ quan trọng hàng dầu chơ dập tràn

"Thông thường cỏ các hinh thức tiều năng sau đập tràn lả: tiểu năng dong

mặt, tiêu nắng đỏng đáy, tiêu năng dong phun xã Đối với oác đập có cội nước

cao và nền địa chất hạ lưu tương đối tốt, thưởng áp dụng hình thức tiêu năng động phun xa Hình thức tiêu năng này được dùng khả phổ biến nhưng hầu

hết là dạng mũi phun liên lục Ưu điểm của loại mũi phun không liên lục là

tạo ra dòng chẩy khuyếch tán theo hướng dọc khá lớn khiến dòng phun bay vào không gian va chạm với nhau tiêu hao thêm một phần nắng lượng, đồng

thời tạo ra trộn khi tốt hơn, diện tích dòng phun rơi xuống hỗ xói phú rộng

hơn nên giảm bớt năng lượng rơi của dòng phun làm giảm độ sâu xói hạ luu

va giảm nhọ sóng cho hai bở hạ lưu dẫn đến nên xói lở lòng sông hạ lưu giám

Tõ rệt

Để tăng cường tiêu hao năng lượng thừa đổ xuống lòng sông, giảm khả

năng xỏi cũng như tác động dến hai bên bờ hạ lưu công trình hơn nữa một số

công trình đã áp dụng dạng mũi phun không liên tục Tuy nhiên công tác thiết

kế cần phải giải quyết bai toán kỹ thuật quan trọng lả lựa chọn hinh thức mế phun (hừnh dạng mô, chiều rộng mô, góc hắt mỗ phun, mái bền mô phươ, khoảng cách giữa các mồ .), vị trí đặt mỗ phun, số lượng mỗ phun v.v Do vậy thường thông qua thí nghiệm mô hình để chón kết cấu mũi phun hợp lý

VỈ vậy : “Nghiên cứu giải pháp tiêu năng hợp bt cho tran xd li Ban Mong — tinh Son La® là rất cần thiệt và có ý nghĩa về mặt khoa học cũng như

thực tiễn trong thiết kế, xây dựng công trình

1L MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Tổng quan các nghiên cửu về tiêu năng dòng phun xa cho tràn xã lũ

Đánh giá ưu, nhược điểm giải pháp tiêu năng phóng xã truyền thống

bằng mũi phun liên tục khi áp dụng cho công trình cụ thể là tràn xã lũ Bãn Mong, tinh Son La

Dựa vào kết quả thí nghiệm của công trình cụ thé đập tràn xả lũ Bản MMòng — tỉnh Sơn La để để xuất giải pháp tiêu năng năng phóng xa với mũi

phun không liên tục có hình thức kết cầu hợp lý

1U ĐÔI TƯỜNG VÀ PHAM VI NGHIÊN CỬU

e Đối tượng nghiên cứu

Đôi tương nghiên cửu trong luận văn là nghiên cứu chọn giải pháp tiêu ning hop lý cho tran xã lũ Ban Méng bằng hình thức mũi phưn không liên

tục

© Noi dung nghiên cứu

Trong luận văn tác giả nghiên cứu cáo thông số của mũi phun không liên

tục: Chiểu đài phun xa, vận tốc đỏng chảy, khả năng tiêu hao năng lượng,

chiều sâu hồ xói

® Phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi luận văn tác giả chỉ tập trung nghiên cứu dạng mũi phun

không liên tục với mồ phun hình thang áp dung cho công trình hề chứa nước

Ban Mong tinh Son La

IV CACH TIEP CAN VA PHUGNG PHAP NGHIEN CUU

¢@ Cach tiếp cận

Tiếp oân tổng hợp: tiếp cận theo Lính toán lý thuyết và tải liệu thí nghiệm

mnô hình thủy lực đập trân

“Tiếp cần kế thửa: các kinh nghiệm và phương pháp tiêu nẵng cho tràn xả

lũ trong các nghiên cứu trước đây được tham khảo trong luận văn

« Phương pháp nghiên cứu

— Thu thập, phân tích, tổng hợp các tải liệu liên quan đến thiết kế đập

tràn xã lũ, cá tài liệu liên quan đến giải pháp liêu năng

— Nghiên gửu lý thuyết: Tổng quan và phân tích các kết quả nghiên cứu

về các dang mũi phun, tính toán theo các công thức xác định chiều sâu vả vận tốc dòng chấy trên mũi phun

— Nghiên cứu thực nghiệm mũi phun liên tục và không liên tục

+ Kiểm tra các kết quả tỉnh toán;

! Nghiên cứn kiểm tra về lưu tốc, tỉnh hinh thủy lực ở hạ lưu, chiểu dai

động phun xa, chiều sâu xói

+ Nghiên cứu hình dạng, bố trí mũi phun không liên tục để tối ưu hiệu

quả tiêu năng

V KET QUA DV KLEN DẠT DƯỢC

- Tổng hợp các tải liêu nghiên cứu có liên quan đến tiêu năng cho tràn xả

lũ

- Phân tích đánh giá các giải pháp tiêu năng cho trản xã lũ Bản Miòng —

tinh Son La

- Đề xuất hình thức kết cấu tiêu năng phóng xa với mũi phun không liên

tục áp đụng cho tràn xả lũ Bắn Mông, tỉnh Sơn La

1.1 TÔNG QUAN VẺ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP TRÀN TRONG

NAM VA TREN THE

CONG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ö VIỆ

GIOL

1.1.1 Tổng quan tình hình xây dựng đập tràn trên thế giới

Theo thống kê của hội đập cao thể giới (ICOLD), tinh dén nam 2000, trên thể giới đã có khoáng 45.000 đập lớn phân bố ở 140 nước Năm nước

hàng đầu về xây dựng dập trên thế giới bao gầm Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ,

Tay Ban Nha và Nhat Ban Số lượng đập trong các nước này chiếm khoảng

80% tổng số các dập lớn trên thế giới Chỉ riêng Trung Quốc đã xây

dựng khoảng 22.000 đập lớn trong thế kỷ 20 và tập trung vào khoảng thời

gian sau năm 1949 (trước năm 1949 Trung Quốc chỉ có 22 đập lớn), các

nước khác là Mỹ khoảng 6.575, Ân dộ 4.291, Nhật Bản 24675 và Tây Ban

Nha khoảng 1.196

Hiện nay đập bê tông trọng lực chiếm khoảng 12% trong tổng sẽ các loại đập đã được xây dựng trên thế giới Với đập cao trên 100m, đập bê tông trọng

lực chiếm khoảng 30%

Trung Quốc hiện nay đang đứng dầu thể piới về số lượng dập dược

xây dựng Trong quá khử, đập đã được xây đựng từ thời xa xưa ở Trung

Quốc, tại tỉnh Thiểm Tây, người la đã cho xây dựng hệ thống thủy lợi Zhibo (năm 453 trCN) và I)njiangyan (năm 219 trCN) với đập đâng

bằng đá xây cao 3,8m rất nổi tiếng

Đến đầu thế kỹ XX, những đập bê tông được xây dựng ở vùng Đông

Tắc củng với những dân dang bằng da xây dễ cấp nước sinh hoạt và một số

công suất 18,2 ŒW lớn nhất thể piới

Đầu thế ký XXI, hàng loạt đập lớn dược triển khai như: đập vòm Xiluodu cao 273m, và đập trọng lực XiangJiaba cao L91m trên sông Jinshai,

dập vòm cong theo 2 phương Jinping 1 cao 305m trên sông Yzlong, dập

CER Hongjadu cao 178m trên sông Wu, đập vòm Xiaowan

trên sông Lanciang (còn gọi là sông Lan Thương ở thượng nguồn sông Mêkông), đập RCC Longtan cao 2lém trên Ilongshui, đập vòm Laxiwa

cao 25Ôm trên sông Hoàng Hà, là những đập lớn vào loại kỹ lục trên thé

giới

Hình thức nổi tiếp tiêu năng của tràn xả lũ kiều đòng phun ở Trung Quốc 85%, còn lại 15% déu ding tiêu năng đáy Ở các nước khác 75%

dùng kiểu dòng phụ cỏn lại 25% dùng kiểu tiêu năng dảy hoặc mặt

1.1.2 Tổng quan tình hình xây dung đập tràn ử Việt Nam

Công trình xã lũ là một bộ phận quan trọng không thể thiếu được trong đầu mối thuỷ lợi - thuỷ điện của hỗ chứa nước Nó có nhiệm vụ xá lưu lượng thừa trong mùa lũ, xã lưu lượng cần dùng cho các nhụ oầu ở hạ lưu va xã can

hồ chửa khi cần thiết hay dé kết hep x4 bin cát đáy nhằm nâng cao tuôi thọ

của hỗ chứa, xã nước khi thi công, Các nhiệm vụ đỏ có thể do một hay

nhiều loại công trình xã cùng thực hiện, nhưng nói chung công trình xả nước

mối cũng như đối với hạ du

Tuy theo dac điểm địa hình, địa chất của khu vực tuyến công trinh, bố trí

tổng thể công trinh đầu mối vả nhiệm vụ của công trinh xã nước, có thể bố trí

theo nhiều hình thức khác nhau, như công trình xả nước trên mật: tran doc,

tràn ngang, tháo nước kiểu xi phông, kiểu giếng, và ông trình tháo nước dưới sâu: cống ngầm, đường hầm rong đó, hình thức công trỉnh xả mặt

chiêm đa số ở nước ta

Trong những năm gần dây, đặc biệt từ năm 2002, ở nước la dang triển

khai thiết kế và xây dựng nhiều công trình thuỷ lợi, thuỷ điện, trong đó nhiều công trỉnh có hề chứa và công trinh xả lũ có quy mô lớn Có thể nêu ra một số

dự án như thuỷ diễn 8ê San 3, Na Hang (Tuyên Quang), Rảo Quán (Quảng

Tri), Pléikréng, Sé San 3A, 5é San 4, A Vương, Buôn Kướp, Dai Ninh, Sêrêpôk, Buôn Tua Sa, Ban Vé, Séng Ba Ila, An Khé-Ka Nac, Đẳng Nai 3,

Đẳng Nai 4, Sông Iranh 2 Bản Chát, Huội Quảng, 8ơn la, Cửa Đạt, Bắc

1la, Đây là những công trình có quy mô hề chứa có dung tích từ hàng triệu

cho đến hàng Lý m` nước Khả năng tháa của công trình xả nước cũng tử hàng,

ngàn cho đến vải chục ngàn m⁄s Có thể nói trong khoảng 5+6 năm trở lại

đây, tắc độ xây dựng các đập cao, hỗ chứa lớn phát triển nhanh Chúng ta đã nhanh chóng ap dụng thành công những công nghệ thiết kế, thị công tiên tiến của thế giới để xây dựng các công trình đầu mỗi ở Việt Nam như đập đá đổ

bản mặt bề tông (CFRD), dap bê tông đầm lăn (RCC), đập bê tông truyền

thống (CVC) khối lớn cấp phỏi liên tục Irong số đó có những đập đã được đưa vào vận hành an toàn, về đập đá đỗ bản mặt có đập hỗ chứa nước thuỷ

lợi-thuỷ diện Quảng Trị, thuỷ diện Tuyên Quang: về dập ŒVC có dập Sẽ San

3, 5ê San 3A; Về đập RCC có đập Plêikrông Trước đó, chúng ta cũng đã xây

đựng một số đập, hỗ chứa lớn như Iioả Bình, Thác Bà, Trị An, Thác Mơ, Ialy,

kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn của rừng công trỉnh mà đã thiết kế nhiều đạng công trình tháo Hũ khác nhau trong tổng thể bề trí công trình, bao gồm cả

tràn xả mặt sông (Sẽ San 3, Sẽ San 3A, Sẽ San 4, Plôkrông, A Vương, Bản Chát, Huội Quảng, .), xã mặt kết hợp với xả sâu (Hoà Bình, Sơn La, luyên

Quang), đường trăn đọc (aly, Sông Hình, Hàm Thuận-Đa MI, Tuyên Quang,

Rao Quan, Dai Ninh, }

2 TONG QUAN VE TRAN XA LO CO HINH THUG TIỂU NANG

PHONG XA DANG MUI PHUN LIEN TUC, MUI PHUN KHONG LIEN

Tuc VA CAC KET QUÁ NGHIÊN CỨU

1.2.1 Tổng quan về tràn xã lũ có hình thức tiêu năng phóng xa dang mii

phun liên tục, mũi phun không liên tục

Về hình thức tiêu năng sau công trình tháo nước, thường có 3 dạng tiêu

năng được áp dụng:

~ Tiêu năng day: Dic diém tiêu năng bằng dong đáy là lợi dụng sức can

nội bộ của nước nhây Có thể áp dụng kiếu bế, hay tường + bể kết hợp, Biên pháp tiêu năng đây thường được áp dụng cho các công tỉnh vừa và nhỏ, mực

nước hạ lưu tương đối lớn, địa chất nền công trình thưởng là đá yếu (Irị An,

A Lưới, ) Loại hình nảy đảm bảo tiêu tán hết năng lượng dư nhưng đòi hỏi khối lượng xây lắp khá lớn, giá thánh cao, đặc biệt đối với các công trình có quy mô lớn

- Tiêu năng mặt: Dòng chảy hình thức tiêu năng này ở trạng thải chấy

mặt, chỉ sau khi mở rộng hoàn toàn mới dạt đến day Nhìn chung, với chế dộ

chay mặt ở hạ lưu tạo thành sóng giảm dẫn làm xói lở ở vùng này Thường động năng thừa phân tán trên một chiều đài lớn hon so với chế độ chây đáy

cổ hạ lưu hay giảm chiều đài gia cố, mực nước hạ lưu cao và thay đối ft

- Tiên năng bằng déng phun xa: Tiêu năng phóng xa được lợi đụng mũi

phun ở chân đập hoặc suối dốc nước để đỏng chảy có lưu tốc lớn phóng xa

khỏi chân đập Dây là hinh thức tiêu năng được dùng khá phổ biến, đặc biệt

trong các uông trình xả có oột nước cao Tiêu năng đồng phun xa được chia

Jam hai loại cơ bản theo đặc điểm kết cầu mũi phun:

+ Mũi phun liên tục: đặc điểm dòng phun là I dòng chảy không có sự va

đập với nhau trong quá trình bay trong không khí, dòng đỗ xuống hạ lưu do

năng lượng tiêu hao ít nên gây ra vận tốc và sớng lớn ở hạ lưu Mặt khác, đảng phun là đồng chây tập trung ít trộn khí nên trong trường hợp cột nước

cao, tỷ lưu lớn sẽ làm cho chiều sâu xỏi lớn

+ Mũi phun không liên tục là loại mũi phun tạo nên các đòng phun va đập vào nhau trong quá trỉnh bay trong không khí, dòng đặc tập trung được

phân tán thành nhiều đồng rơi xuống mặt nước hạ lưu Năng lượng dòng chảy

được tiêu hao nhiễu nên vận tốc và sóng ở hạ lưu nhỏ, do đó giảm chiêu sâu

xói và khối lượng gia oố ở hạ lưu

Đối với hình thức tiêu năng bằng dòng phun ở chân dập đã được thiết kế

ở một loạt các công trình có dập bé tông (CVƠ và RCC) như Sê San 3,

Pléikréng, Sé San 3A, A Vuong, Bản Vẽ, Bản Chát, Iluội Quảng, Đồng Nai

3, Đểng Nai 4 Hình thức tiêu năng bằng mỗi phưn cuối đếc nước cũng

được áp dung cho một loạt các công trình xả cột nuớc cao, lưu lượng lớn như:

Taly, [lam Thuan-Da Mi, Tuyên Quang, Sơn La, Cửa Đạt Theo bảng 1.4 ta

1.2.2 Kết quả nghiên cứu trên thế giới:

1.2.2.1 Chiều đài dòng phun

hân tổ quan trọng nhất vả ảnh hưởng lớn nhất đến hệ thống công trinh

là chiều đải của dòng phun xa vì chiều dài của nó phải dim bdo dé không làm

ảnh hưởng đến hoạt động của các công trình khác và đảm bảo an toàn hoạt

động của toàn hệ thống, không gây xói lở và mất ôn dinh chỉnh vi vay ma

trong quá trình tính toán lựa chọn các thông số thủy lực của mũi phưn lam sao

chiều dài dòng phun là hợp lý nhất

Khi đòng chảy ớ mũi phun, đòng chảy men theo đường biên, ma sát

đường biên làm mức độ rốt của dỏng chấy tăng lên, không khí trộn vào dòng

nước cảng nhiều, năng lượng dòng chấy dược tiêu hao thêm một phần năng

lượng nữa Dòng chay sau khi nhắn chìm vào trong mặt nước phía sau và phía

trước, dòng chính được cuộn thành bai cuộn nước '(rong vùng cuộn được

hình thành dòng tối mãnh liệt, các đồng này va đập và xáo trộn lẫn nhau, ma

sắt tương đối với nhau từ dây tiêu hao di một năng lượng dáng kể Đệm nước

càng sâu khả năng mở rộng của lưỡi nước cảng nhiều thì khả năng tiêu hao

của lượng nước cảng lớn Nếu hố xói đạt đến một mức độ sâu nhất định thì

mới có hiệu quả tiêu năng Khi lòng sông rắn chắc công trình ít bị rung động,

Xác dịnh chiều đải dòng phun bằng cach coi dong phun có dạng Parahol

Căn cứ vào công thức lý luận tính được khoảng cách theo phương ngang của đòng phun L-f(@,B,v,z), trong tính toán có sai khác với thực tế nguyên nhân

là

- Trong tính toán các giá trị 9, v, œ chỉ lá náo giá trị gần đứng

- Trong các công thức đều chưa đề cập đến bản kính R của đoạn cong

ngược

đoạn cong tới đỉnh mũi phun

- Chưa xét đến mức độ mở rộng, hiện tượng trộn khí, sức cản của không khi

- Khi dỏng phun nhân chìm vào trong mực nước thì tình hình diễn biển

rất phứo tạp, hiện nay chưa oó vấn để nào đề oập đến vấn đề này

Dưới đây giới thiệu công thức tính chiểu đải phun xa Chiều đài phun xa thông thường đựa vào lý thuyết chuyển động nóm xiên Nếu như lưỡi nước đi vào lớp nước đêm vẫn chuyển đông theo quỹ đạo Parabol di thi khoảng cách nằm ngang từ cuối mdi phun dén điểm xói sâu nhất L được diễn tả lả:

`

gj sin? OZ |

Trong đó:

6 - góc hắt của mũi phun (°)

Z.,- độ chênh cao từ mặt nước thượng lưu đến dinh mũi phun (m)

T - chiều sâu xỏi lớn nhất (m)

Thực tế chứng minh giá trị tính chiều dai đỏng phun theo lý thuyết so với

giá trị thực đo có một số sai khác nhất định ĐỂ cho việc tính toán cảng phù

hợp thực tế ớ các nước nhiễu tác giả bắt tay từ phương pháp thực nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết và kinh nghiệm, đưa ra một số công thức tính toán theo

kinh nghiềm

Trong quy phạm của ta đùng công thức của Liên Xô cũ

_ tgvˆ sinfieos— veosfjv” sin” B + 2g(p + h)

8

‘Trong đó

v - lưu tốc tại mũi phun

h - độ sâu trên mũi phun

p - chênh lộch từ mỗi phun đến mặt nước hạ lưu

Ở Trung Quốc cũng có nhiều đơn vị và cá nhân nghiên cứu đề xuất công

thức thực nghiệm tỉnh chiều đải phun xa, như: Viện nghiên cửu Thủy lợi Tây

Bắc, Viện nghiên cứu Khoa học Thủy lợi tỉnh An Huy

Một số công thức thực nghiệm dược thẳng kê trung bảng:

Bang 1-1: Tỉnh chiều dai dong phun

TT | Tac gia Biéu thức tính toán L Ghi chú

005887 0n chảy vuông góc với mũi

Ghi chú: trong của lưỡi nước (m)

Pe- cáo độ của đập tràn @n)_ | Ñ~ bản kính cong cồa mũi

hất (

q- lưu lượng đơn vị (m’/s mì at (mm)

Z7- chénh cao Ur dinh da

h- cột nước trên đỉnh tran (m) |“ S108 S#0 ap

dén dinh mii hat (m)

'T- chiều sâu xói lớn nhất

tức là từ mặt nước hạ lưu

dén đáy cúa hỗ xỏi (m)

⁄- chênh lệch mực nước Chương,

3 Phúc

T- chênh lệch dỗ cao từ

mũi hất đền mặt nước hạ lưu m)

3 Khi dòng phun lá mắng treo:

pers ver)

2 Khi dòng phun khuếch tán ở |Z- chênh lệch mực nước

cửa ra máng thảo nước thượng hạ lưu (m)

1.2.2.2 Góc nghiêng 9

'Irong tính toán góc nghiêng Ö chính là góc nghiêng của mũi phóng Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu nhằm chính xác vẫn để nảy nhưng vẫn chưa

đạt được độ chính xác để ứng dụng, lựa chọn góc Ð có ảnh hưởng đến chiều

đải phóng xa L rất lớn Theo đường Parabol từn được góc 9 như sau:

8 re — eb ag I —cot 1 P = (3) 1-3 2

Trong dé

T- là chiều cao từ đính mũi phun đến mực nước hạ lưu (m)

'T- là chiều sâu lớp nước tác dụng vào doan mũi phưn (m)

Khi P= 0 thì 6„„— 45° có khoảng cách phóng xa nhất vả tác dụng của đòng chảy xuống hạ lưu cũng mạnh mẽ nhât Tuy nhiên trong thực tế bao giờ

cũng gó P>0 tương ứng với 8<452

Trong thực tế thường đủng góc 0<45” Khi mai phun đặt ở vị trí đoạn

cong thân đập trên cao nên ding 6-15° 25° Cac trudng hợp khác góc 8—250-

30” Các mũi phun có bậc cao thấp khác nhau, bậc cao 8-30" 35°, bac thấp

9=35" 40° thi hic nay ew ly phỏng lớn nhất Khi bồ trí mũi phun ở trên cao ở

gần với đỉnh đập tràn thì góc phóng nên chọn nhỏ để tránh rung động,

1.2.2.3 Vận tắc bình quân của dòng chảy tại mũi phun

Tốc dé bình quân của dòng chấy Lại mũi phun dược xác định theo công thức

Các nhần tổ ảnh hướng dến v chủ yếu là: chiều cao cột nước tác dụng

đến mũi, các tồn hao của dòng chảy ở cửa vào, cửa ra, theo đường biên công

trình Toàn bộ các tến thất này được phản ảnh qua hệ số lưu tốc œ Irong thực

16 tinh toan khó có thể nhãn tích lý luận để xác định giá trị ø Chỉ có thể thông

qua mô hình hoặc tài liệu quan sát nguyên hình các nhân tổ chủ yếu, tìm ra

công thức kinh nghiệm Hiện nay tổn tại nhiều công thức để tính @ của nhiễu

tác giả cho kết quả tính toán khác nhau

- Công thức của Sở thủy lợi Đông Bắc Trung Quốc:

- Công thức của Trần Xuân Đỉnh

Trong dó: q là lưu lượng đơn vị ở đỉnh tràn (m”/s⁄4m)

Hlà chiều cao cột nước (m) tỉnh từ thượng lưu đến điểm thấp

nhật của đoạn cơng

- Công thức của Viện thủy lợi Xam kinh:

cách từ đỉnh đập đến đến đỉnh mũi phun B' là khoảng cách trên mặt phương

ngang từ đỉnh đập đến đỉnh bậc nhảy; họ là edt nude tran

“Fừ các công thức tính toán tp ở trên ta thấy rằng hệ số lưu tốc chịu ảnh

thưởng của hai yếu tố cơ bản đó lả lưu lượng qua tràn q và chiêu dài của dòng chảy 5”

1.2.2.4 Bán kính cong của đoạn cong ngược

Trong thực tế ta thấy rằng độ đải và bán kính cong của đoạn cong ngược

có ảnh hưởng lớn đến hiệu quá làm việc của mũi phun Khi chiều đài và bán kính cong của đoạn cong thích hợp thì góc phóng gần với góc tiếp tuyển của

đoạn cong

Đã có nhiều nghiên cứu nhằm xác định góc phóng 9 hợp lý, khi các giá

trị khác không thay đổi, R tăng thì chiểu đài phóng xa cũng tăng Khi R đã

vượt quá một trị số giới hạn thì chiều phóng xa cũng giảm nhỏ

Khi R không biển đổi, q ting chiều đài phóng xa cũng tăng, khi q tăng

đến một trị số nhất dịnh thì chiều đải phóng xa cũng piảm

Theo kinh nghiệm thiết kế hiện nay, ở Mỹ dối với bán kinh ở các bậc cau

R~(6:8)h (1-19) Trong đó h là độ sâu dòng nước ở điểm thấp nhất của đoạn cong

1.2.2.5 Độ sâu của hồ xúi

Đã có rất nhiều nghiên cửu về độ sâu của hỗ xỏi sau dang phun nhưng,

nhìn chung hầu hết các phương pháp là đều bắt nguôn từ một điều kiện cu thé, đưa vào các điều kiện nghiên cứu trang phòng thí nghiệm haặc lý thuyết cân

bằng thứ nguyên dưa ra dược công thức tính độ sâu hỗ xói (công thức chỉ chứa các tham số chủ yếu cỏn lại là các hệ số)

Các công thức đều căn cứ vào ly thuyét khuyéch tản của dòng tia ngập, kết hợp lý thuyết cơ học đá và thông qua thí nghiệm gững như các số liệu quan trắc ở công trình thực tế xây dựng được các công thức tính toán Phần lớn các công thức có dạng chung:

Trong đỏ: T là chiều sâu hồ xói tính từ mực nước hạ lưu (m)

q là lưu lượng đơn vị (m”⁄s/m)

TH là chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (n)

® là hệ số phản ảnh tình hình địa chất nền gọi là hệ số hồ xỏi

Nhiều tác giả đã thành công trong việc nghiên cứu tìm 1a các sé mi mn

vả hệ số K, dưới đây nêu một số công thức

q - lưu lượng đơn vị (m”/s.m),

R - trị số bình quân cường độ

khí nén của đã (rạng thái bão

hoà), đơn vị (Tám) hay

hy - chiều sâu nước tới hạn

(m), Z.~ chẳnh mực nước thượng,

vật Tiêu xới ở lòng sông (mÙ,

hy - chênh lệch cột nước

2 Các ký hiệu như đã ghi ở các

đối với cát thô:

Khi chây đầy: kị 1,754 92

cửu Thuỷ lợi te 7 Các ký hiệu như đã ghỉ ở các

20 Nam Kinh aye (2) asf by)" phan trên :

dang chữ nhật có độ sâu xói giảm tới 35% (Thco |1 |); mái bên của mồ hình

thang m = 0,50 không sinh ra áp suất âm hoặc nếu cỏ cũng nhỏ

- Kết quả thí nghiệm Chastang của Pháp: khi dùng mồ răng hỉnh thang

với lưu lượng thích hợp, chùm dong phun bay xã hình thành dạng móng ngựa;

điện tích dòng phun khuếch tản nhiễu lần, rnột mặt có thể giảm nhỏ năng lượng tác dụng trên đơn vị diện tích ở hạ lưu, mặt khác dòng phun tăng thêm điện tích tiếp xúc với không khí nền thuận lợi cho luồng phun của nước trộn

bọt khí dễ tan Hai bền mồ của hình thang là một mặt nghiêng nên dòng chảy

qua mũi hất ít có khả năng phát sinh áp suất âm, đây là một ưu điểm của dạng

mỗi phưn nảy

1.2.3 Kết quả nghiên cứu trong nước:

- Công trình thuỷ điện Hoà Hình tuy đã có thí nghiệm mô hình, nhưng,

chưa nghiên cửu kỹ, nên sau 15 năm vận hành vả khai thác đã xảy ra hiện

tượng xâm thực bẽtông mũi phóng cuối dốc nước và xói lở ở hạ lưu trân

- Mô phân dòng (xẻ rãnh) đã áp dụng che các tràn xả lũ: hồ Núi Cốc,

Kủ Gỗ

- Báo cáo kết quả nghiên cứu để tài "Chọn kết câu mũi phun hợp lý cho

tràn xã lũ có đốc nước ¡< 309% ” của PGS.TS Trần Quốc Thưởng - Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam Để lựa chọn mũi phun hợp lý thông qua 4 thông số

nghiên cứu đã chọn được hình thức và vị trí bố trí mỗ phun hợp lý áp dụng

cho công trỉnh Hồ chứa Bán Miỏng — 'lĩnh Son La

- Báo cáo kết qua nghiên cứu để tải “ Nghiên cứu lựa chọn hợp lý kết

ấu mũi phun không liên tục cho trăn xã lũ đặt giữa lỏng sông ” của táo giả

"Trần Vũ - Viện Năng lượng

- Kết quả nghiên cửu chọn góc hất mũi phun hai tầng áp dung cho tràn

xã lũ đặt giữa lòng sông bằng thực nghiệm của tác giả Nguyễn Ngọc Thắng, Trân Vũ đăng trên tạp chi “Khoa học thủy lợi và môi trường số 46” (9/2014)

đã kết luận: mũi phun không liên Lục có nhiều ưu điểm hơn mũi phun liên tục,

vi điên tích dòng đỗ xuống hạ lưu tràn lớn, nên vận tốc ở hạ lưu giảm, mặt khác đo hiệu quả tiêu năng tăng khoảng 5-8% nên sóng ở hạ lưu cũng giảm,

cần được nghiên cứu áp đụng vào thực tế và đã chọn chiéu cao tương đối mỗ

phun, góc hắt mé phun So —0.7,8, — 30°)

°

- Kết quả nghiên cứu sơ đề bế trí mũi phun hai tầng hợp lý áp dụng cho

tràn xả lũ đặt giữa lỏng sông bằng thực nghiệm của tác giả Nguyễn Ngọc

‘Thing, ding trên tạp chí “Khoa học thủy lợi và môi trường số 46” (9/2014) đã

chọn được kết cầu mũi phưn 2 tầng dùng cho tràn xả lũ đặt giữa lòng sông có

các thông số chính như sau:

Gee 7,0, 0, 59:20 <œ< 25s 3i =0 9: 1.0)

- Một số tràn xã lũ áp dụng mồ phun hình chữ nhật 6 cudi đốc nước như:

Kê Gỗ, Núi Cốc, Dâu Tiếng đạng kết cấu này đã tạo được chế độ thủy

lực tốt hơn so với mũi phun liên tục Tuy nhiễn, do mái bên thẳng và góc

hat chưa hợp lý nên mổ phun hình chữ nhật có áp suất âm lớn và xuất hiện

xâm thực làm hư hỏng kết cầu mé phun; như tràn xả lũ Núi Các đã phái sửa

chữa nhiều lần, nhưng vẫn bị xâm thực làm trợ cả cốt thép

- Mệt số công trinh nghiên cứu tại Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam ,

cũng như qua thí nghiệm mô hình thủy lực trản xả lũ một số công trình thủy

lợi, thủy điện như Sẽng Bung 4, Kréng Bách Thượng , cho thay md phun dang hình thang có hiệu quả tiêu năng tương đối tốt

1.3 THONG KE MỘT SỐ CÔNG TRINH TRAN XA LU CO HINH THÚC TIEU NANG PHONG XA DANG MUI PHUN KHONG LIEN TUC 6 VIET NAM VA TREN THÊ GIỚI

Bảng 1-3: Thống kê một số đập có quy mô lớn trên thế giới

27 _Ttaipu 1982 Brasi/Paraguay | TEPG/ER | 196

Hình thức nổi tiếp tiêu năng của tràn xả lũ kiểu dòng phun ở Trung

Quốc 85%, còn lại 15% đều dùng tiêu năng đáy Ở các nước khác 75% dùng kiểu dòng phun gòn lại 25% dùng kiểu tiêu năng đáy hoặc mặt

Bảng 1- 4: Thống kê một số gông trình xả nước có quy mô lớn ở Việt Nam

công trình nỗi tiếp thượnghạ (mỳ | (m) |(m”/s) |@m”⁄

3_ TrịAn ĐểngNai Bé+tudng tigunting 1279| 141

10 DaMi Đểng Nai Déc nước, mũi phưn

12 ĐràyHHmh ĐácLắc — Thác nước lưnhiện 36| 480| 7590

15 Pl&Krông Kon Tum Dốc nước mũiphun is| 70 6050

7 RéoQuin Quang Tri Bac nude

19 Ranta Nghệ An — Mũi nhún chân đập

Trong các công trình xã cộL nước cao trên nền đá, do năng lượng dòng chảy rất lớn, nếu dùng biện pháp tiêu năng dòng đáy thì khối lượng đảo bề và gia cố sân sau sẽ tăng TẤt cao và không kinh tế, đo đó biện pháp tiêu năng kiểu

phun xa trở thành phương án chọn Hơn nữa, như phần trên đã nêu, do đặc

điểm và điều kiện của Việt Nam nên tổ hợp phương án đập đất đá + công

trình tháo lũ vcn bờ có đốc nước, mũi phun thường được xem xét lựa chọn

trong thiết kế các đầu mỗi thuỷ lợi, thuỷ điện

JUAN CHUONG

1.4 KẾT

Chương 1 nảy tổng quan được tình hình xây dựng đập ở Việt Nam va thé

giới, tổng quan về tràn xả lũ có hình thức tiêu năng dạng mãi phun liên tục va

khong liên Lục

Hình thức tiểu năng phóng xa được áp dụng phố biển trong các công trình có cột nước cao, nên địa chất hạ lưu tương đối tốt bởi hiệu quả mà nó

đem lại, chính vi lẽ nó hình thức này được áp dụng với tỷ lệ lớn ở các công

trình thủy lợi, thủy điện trên thê giới và trong nước

Hình thức tiêu năng phóng xa bằng mũi phun không liên tục tắt hơn mũi

phun liên tục vi hiệu quả tiêu năng lớn hơn, vận tốc dòng chảy ở hạ lưu nhỏ

hơn, giảm được chiều sâu dao hé xdi

Hình thức tiêu năng phỏng xa bằng mũi phưn không lién tuc cé mé phun

hình thang có đòng chấy ở giữa khe dược khuếch tán, các tia dòng dược va

chạm nhau mãnh liệt hơn vỉ vậy xói lở được giảm bớt, đồng thời hai bên răng

được vát nghiêng nên giảm bớt được áp lực âm hơn các hình thức mồ phun

khác.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VẺ TIEU NANG BANG DONG PITUN

XA CHO DAP TRAN XALU 2.1 COSGLY1.UAN TINH TOAN THUY LUC DONG PHUN XA

2.1.1 Sơ dỗ tỉnh toán

Hình 2-1: Sơ dỗ tính toán thủy lực đòng phun xa

2.1.2 Tính toán cột nước trên tràn

Lưu lượng chấy qua tràn

mm — TIệ số lưu lượng, sơ bộ chọn

Hệ số có hẹp bên, sơ bộ chọn

Hạ — Cột nước tràn

Tỉnh lại cột nước NÊH tran:

~ Tính hệ số co hợp bên s thoo công thức

Š,- T1ệ số giảm phụ thuộc hình dạng mép vào trụ pin, mép vào lượn tròn

- Tính hệ sô lưu lượng mm theo công thức

'Tràn không chân không m — 0,5040,04

2.1.3 Xác định đường mặt nước và lưu tốc trên tràn

~ Tính độ sâu dòng chây tại mặt cắt 1-1

b=! Gay (2-5)

Ve

~ Tỉnh lưu tốc và dộ sâu dong chãy tại mặt cắt 2-2, trong dé tin that thuy

lực của đông chảy ở đỉnh không đáng kề, có thể bỏ qua:

v, =i = a +1I—h„ cosÐ (2-6)

2

Trong đó

d;: Khoáng cách từ ngưỡng tràn đến mặt cắt 2-2 theo phương dửng

hy: độ sâu uột nước tai ma gắt 2-2 (xác định bằng phép thứ dẫn)

- Tính lưu tắc và độ sâu dòng chảy từ mặt cắt 2-2 đến mặt oắt 3-3, vỉ mặt

tràn là mặt phẳng nên có thể dùng phương pháp V.L 1sanomxki dựa vào

phương trình cơ bản chuyển động không đều ủa nước

hy =-— (2-14)

Biết dược hị và vị ở dầu đoạn (ở đây bắt dầu từ mặt cắt A-A nên hị— hạ,

q Yin

Vị va), giả thiết vịạ, tính hịy —— dựa vào phương trình (2-7) xác định

được AI, tương tự ta tiếp tục tính cho đoạn thứ 2 và lấy h cuối đoạn thứ nhất lam h dầu doạn thử 2, cuối củng xác dịnh được đường mặt nước cho cả

đoạn |

- Tính lưu tốc và độ sâu đòng chây tại mặt cắt co hẹp C-C

Viết phương trình Becnuli cho 2 mặt cắt 3-3 và C-C

- Tinh luu téc va dé sâu dong chãy tại cuối mũi phun

Viết phương trình Becnuli cho 2 mit cat (-C va mat cat cudi mii phun

và ¢ —* Ve, 2 VỆ 4A ve te), -—T +h cosmtZ, vie + a MG +

Hình 2-2: Sơ đồ tỉnh toán tiêu năng

- Chiêu đài phun xa của tia dòng xác định theo công thức:

1k, gi sin 2e 1

Trong đó

Z- độ chênh lệch mực nước thượng hạ lưu

74: Chênh lệch giữa mực nước thượng lưu dến mũi phun

qx: Hệ số lưu tốc cuối mũi phưn

K: Hệ số, xéi đổn ảnh hướng hàm khí và khuếch Lắn của dóng chảy,

k~0.9 phụ thuộc trị số Frut tại mũi hắt

- Gác đỗ vào mặt nước hạ lưu của tỉa đòng xác định theo công thức

- Khoảng cách từ mũi phóng dến chỗ xói sân nhất

t tga

2.2.1 Chiều dài dòng phun

Gó rất nhiều công thức xác định chiều dai đòng phun như công thức (1-1; (1-2) và công thức được thống ké trong bang 1-1 Tuy nhiên tiêu chuẩn