Tính toán thiết kế tràn xã lũ theo mặt cắt dạng WES Waterways Expriment Station Ngày nay một số quốc gia tây phương hay thiết kế đập tràn để xã lũ theo mặt cắt dạng WES vì loại đập tràn
Trang 1Tính toán thiết kế tràn xã lũ theo mặt cắt dạng WES
(Waterways Expriment Station)
Ngày nay một số quốc gia tây phương hay thiết kế đập tràn để xã lũ theo mặt cắt dạng WES vì loại đập tràn nầy cho lưu lượng tháo lớn hơn loại Ophixerop Sau đây là một ví dụ tính toán
Xác định mặt cắt đập tràn dạng WES
1 Đoạn thân tràn phía hạ lưu
Tính đường cong mặt tràn dạng WES theo công thức
y H k
d
Trong đó:
x,y: Hoành độ và tung độ của mặt tràn phía hạ lưu
n: Chỉ số mái đập, Khi mái đập ở thượng lưu thẳng đứng lấy n=1,85
k: là hệ số phụ thuộc vào tỉ số P/Htk. nếu P/Htk>1 thì k=2.0
Hd: cột nước thiết kế định hình đường cong mặt đập tràn:
Cột nước Hmax= CTMNLKT - CTNT = 211,87 – 206,94 = 4,93m
Chiều cao ngưỡng tràn: P = 206,94 – 174,5 = 32,44m
Cột nước Htk= CTMNLTK - CTNT = 211,2 – 206,94 = 4,26m
Tính tỷ số: P/Htk = 32,44/4,26 = 7,62
Ta thấy tỉ số P/Htk = 7,62 > 1,33 vậy đập thuộc dạng đập cao nên Hd được tính theo công thức sau:
Hd = (0,75 ÷ 0,95)Hmax Trong đó:
Hd: Cột nước định hình
Hmax: Cột nước ứng với lưu lượng lũ kiểm tra
Giả sử chọn Hd = 0,85Hmax và Hđ = 0,9Hmax ta được:
Trang 2Hd = 0,85.Hmax = 0,85.4,93 = 4,19m
Hd = 0,90.Hmax = 0,90.4,93 = 4,44m
Chọn Hd = 4,2m để xác định đường cong mặt tràn phía hạ lưu theo công thức (1)
y
x1 , 85 =2,0.4,20 , 85 (2)
Ta xác định được đường cong mặt tràn phía hạ lưu như bảng sau:
Bảng 9.12 Điểm
Thứ x(m) x1,85 Y(m)
Điểm thứ x(m) x1,85 y(m)
2 1.5 2.117 0.313 17 10.0 70.795 10.452
3 2.0 3.605 0.532 18 11.0 84.445 12.468
4 2.5 5.447 0.804 19 12.0 99.194 14.645
5 3.0 7.633 1.127 20 13.0 115.026 16.983
6 3.5 10.151 1.499 21 14.0 131.928 19.478
7 4.0 12.996 1.919 22 15.0 149.889 22.130
8 4.5 16.160 2.386 23 16.0 168.897 24.936
9 5.0 19.638 2.899 24 17.0 188.943 27.896
10 5.5 23.425 3.458 25 18.0 210.017 31.007
11 6.0 27.516 4.062 26 19.0 232.110 34.269
12 6.5 31.907 4.711 27 20.0 255.215 37.680
13 7.0 36.596 5.403 28 21.0 279.322 41.240
14 7.5 41.578 6.139 29 22.0 304.426 44.946
15 8.0 46.851 6.917 30 23.0 330.519 48.798
- Xác định toạ độ tiếp điểm giữa đoạn thân tràn phía hạ lưu và đoạn cong mũi phun C(xi, yi)
Ta có mái dốc hạ lưu tính từ mặt cắt cơ bản của đập là m = 0,74
→
74 , 0
1
1 =
=
m dx dy
Theo (9.2) ta có: x1 , 85 =2,0.4,20 , 85.y=6,773.y
→ y = 0,1476.x1,85 Lấy đạo hàm 2 vế ta được: =(0,1476.x1,85)'=0,1476.1,85.x0,85 =0,273.x0,85
dx dy
Trang 3Hay: 0,273.x0,85
74 ,
01 =
→ x = 6,564m
→ y = 4,796m Như vậy mặt tràn phía hạ lưu chỉ cần vẽ đến điểm thứ 12 có toạ độ (6,5; 4,711) là gần với điểm C(6,564; 4,796)
Kéo dài đoạn CD với mái m = 0,74 nối tiếp đoạn cong OC Điểm D được chọn có cao trình lớn hơn cao trình mũi hắt Từ cao trình mũi hắt là 182,8(m) và cung tròn DE có R = 12m, α = 65o tiếp tuyến tại D ta xác định được điểm D và E với các toạ độ như sau: D(17,60; 20,21), E(29,88; 24,14)
Từ E vát 1 góc 25o ta xác định được điểm F, như vậy ta có được mặt tràn phía hạ lưu hoàn chỉnh
2 Đoạn đầu tràn
Chọn hình thức đập tràn có đầu nhô về phía thượng lưu, để tính toán hình dạng đoạn đầu tràn ta dùng đường cong elíp với phương trình như sau:
1 )
(
) (
)
2 2
2
=
− +
d
d
y bH aH
x
Trong đó:
aHd: nữa trục dài của đường cong elip
bHd: nữa trục ngắn của đường cong elip
Theo Quy phạm thiết kế đập tràn của Trung Quốc khi P1/Hd ≥ 2thì:
a = 0,28-0,30; a/b=0,87 + 3a
Chọn a = 0,28 ta có: aHd = 0,28.4,2 = 1,2(m)
a/b = 0,87 + 3.a = 0,87 + 3.0,28 = 1,71
→ b = 0,28/1,71 = 0,1637
→ bHd = 0,1637.4,2 = 0,69(m) + Với đập tràn đầu nhô theo quy phạm của Trung Quốc thì chiều cao đầu nhô phải thoả mãn:
d > Hmax/2 = 4,93/2 = 2,465(m)
Trang 4Lấy chiều cao d = 4,3(m) ta xác định được vị trí điểm vát A của đầu nhô, từ
A vát xuống mặt đập với mái vát 1:1 ta có được điểm A1
- Vẽ mặt cắt tràn
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5
X(m )
Y(m )
F D
C
174.5
o
A B
3 Khả năng tháo của đập
- Trường hợp thiết kế (P = 1%)
Lưu lượng tháo lũ của đập tràn dạng WES được tính toán dựa trên công thức sau:
Q = C.L.H3/2 (feet3/s)
L- Chiều rộng tràn nước L = 80m = 262,467(foot)
H- Cột nước tràn không kể lưu tốc tới gần H = 4,26m = 13,976(foot)
P- Chiều cao đập phía thượng lưu P = 32,44m = 106,43(foot)
C- Hệ số lưu lượng
Với P = 32,44m>1,33.H =1,33.4,26 = 5,667 tức khi đập đủ cao ta lấy C = 4,03
Thay vào công thức trên ta xác định được khả năng tháo qua tràn như sau
Q = 4,03.262,467.13,976^3/2 = 55267,781(feet3/s) = 1565(m3/s)
Trang 5Ta thấy: Q = 1565(m3/s) > Qmax1% = 1465(m3/s)
Vậy bề rộng tràn L= 80m thiết kế theo mặt cắt dạng WES đủ khả năng tháo lưu lượng lớn nhất ứng với tần suất lũ thiết kế
- Trường hợp kiểm tra (P = 0,2%)
H = CTMNLKT - CTMNDGC = 211,87 – 206,94 = 4,93(m) = 16,175(foot); Vậy lưu lượng tính toán:
Q = 4,03.262,467.16,1753/2 = 68806,218(feet3/s) = 1948(m3/s)
Ta thấy: Q = 1948(m3/s) > Qmax0,2% = 1821(m3/s)
Vậy bề rộng tràn L=80m được thiết kế theo mặt cắt dạng WES đủ khả năng tháo lưu lượng lớn nhất ứng với tần suất lũ kiểm tra
4 Vẽ đường mặt nước trên tràn
Việc xác định đường mặt nước trên tràn có ý nghĩa lớn trong việc xác định chiều cao trụ pin, cao trình ở tim đỉnh cửa van cung, đỉnh tường biên
Ta có: H/Hd = 4,26/4,2 = 1,01
Đối với đập tràn dạng WES thuộc loại đập cao thì đường mặt nước không có trộn khí trong trường hợp H/Hd = 1,01 (nằm trong khoảng từ 0,5-1,33) được xác định như bảng sau:
Bảng 9.13
H/Hd 1 1.01 1.33 Toạ độ mặt nước
-1.0 -0.933 -0.933 -1.210 -4.200 -3.920 -0.8 -0.915 -0.915 -1.185 -3.360 -3.844 -0.6 -0.893 -0.893 -1.151 -2.520 -3.752 -0.4 -0.865 -0.865 -1.110 -1.680 -3.634 -0.2 -0.821 -0.821 -1.060 -0.840 -3.449 0.0 -0.755 -0.755 -1.000 0.000 -3.172 0.2 -0.681 -0.681 -0.919 0.840 -2.861 0.4 -0.586 -0.586 -0.821 1.680 -2.462 0.6 -0.465 -0.465 -0.705 2.520 -1.954 0.8 -0.320 -0.320 -0.569 3.360 -1.345 1.0 -0.145 -0.145 -0.411 4.200 -0.610 1.2 0.055 0.055 -0.411 5.040 0.229
Trang 61.4 0.294 0.293 -0.220 5.880 1.233 1.6 0.563 0.562 -0.243 6.720 2.361 1.8 0.857 0.856 -0.531 7.560 3.594