Nghiên cứu chế độ thủy lực của tràn xả lũ nhằm xác định cao trình cầu giao thông ở hạ lưu công trình hồ Sông Cái - tỉnh Ninh Thuận

Trong thiết kế đập tràn xả lũ thì việc lựa chọn hình thức tiêu năng nào để phù hợp với các yêu cầu: lực của dòng chảy; dư đổ xuống hạ lưu ít ảnh hưởng đến sự an toàn của công trình lân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHẠM PHÙNG THƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘTHỦY LỰC CỦA TRÀN XẢ LŨ NHẰM XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH CẦU GIAO THÔNG Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH HỒ SÔNG CÁI – TỈNH NINH THUẬN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHẠM PHÙNG THƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘTHỦY LỰC CỦA TRÀN XẢ LŨ NHẰM XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH CẦU GIAO THÔNG Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH HỒ SÔNG CÁI – TỈNH NINH THUẬN

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60 – 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ VĂN NGHỊ

Hà Nội - 2010

Phạm Phùng Thường

LỜI CÁM ƠN

Gần ba năm học tập lớp cao học khóa 16 tại trường, học viên đã được các thầy cô ở các bộ môn khoa học của trường tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ, được khoa đào tạo sau đại học quan tâm Đồng thời trong thời gian học tập cao học, học viên đã được sự giúp đỡ của các anh chị em học viên cùng khóa giúp đỡ, trao đổi các bài giảng tại trường, giúp cho bản thân học viên hiểu sâu hơn về nội dung các bài giảng

Đến nay chuyển sang phần viết luận văn, học viên lại được sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS – TS Lê Văn Nghị công tác tại Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về động lực học sông biển – Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam hướng dẫn khoa học thực hiện luận văn này Song để có được tài liệu viết luận văn học viên đã được sự giúp đỡ của Trung tâm nghiên cứu thủy lực, của cơ quan tư vấn thiết kế– Công ty tư vấn xây dựng thủy lợi HEC1

Vì vậy nhân dịp này học viên xin chân thành gửi tới nhà trường, các thầy

cô, bạn bè khóa học, anh chị em ở đơn vị công tác và gia đình học viên lời biết

ơn và cám ơn sâu sắc nhất

Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, do trình độ và điều kiện thời gian có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi những tồn tại, hạn chế, học viên rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô, các anh chị và bạn bè đồng nghiệp./

Phạm Phùng Thường

1.2 Tổng quan về chế độ thủy lực hạ lưu tiêu năng theo dạng dòng phun ảnh

0T

0T

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CHẾ ĐỘ THỦY LỰC DÒNG

2.6 Nối tiếp dòng chảy và năng lượng dư tác động đến mực nước của cầu giao

0T

0T

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC TIÊU

+ Hình thức tiêu năng: Tiêu năng phóng xa

Phạm Phùng Thường

0T

CHƯƠNG 4: SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT VÀ THÍ

Phạm Phùng Thường

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Hồ chứa nước là công trình thủy lợi với mục đích sử dụng tổng hợp nguồn nước phục vụ các mục tiêu phát triển bền vững về kinh tế xã hội, cải thiện giao thông thủy và môi trường

Việc thiết kế, xây dựng các hồ chứa thì đường tràn xả lũ là một hạng mục quan trọng trong cụm đầu mối công trình thủy lợi và thủy điện Hồ chứa có nhiệm vụ tích nước, điều tiết lũ, còn đập tràn có nhiệm vụ xả lưu lượng nước dư để đảm bảo an toàn cho toàn bộ cụm công trình

Trong thiết kế đập tràn xả lũ thì việc lựa chọn hình thức tiêu năng nào để phù hợp với các yêu cầu:

lực của dòng chảy;

dư đổ xuống hạ lưu ít ảnh hưởng đến sự an toàn của công trình lân cận, đến sự xói lở hai bờ, đến các công trình quân sự, công nghiệp, giao thông, dân sinh ở hạ lưu đập tràn

Về hình thức tiêu năng thường áp dụng hiện nay gồm hai dạng:

như ngưỡng tiêu năng, mố tiêu năng, rãnh tiêu năng) Bể tiêu năng được bố trí ngay sau chân đập như đập tràn công trình thủy điện An Khê, hay đập tràn Nước

Phạm Phùng Thường

Trong Song cũng có công trình do điều kiện địa hình nên sau chân đập còn có dốc nước và đoạn cong chuyển tiếp nối với bể tiêu năng như công trình thủy lợi

Đá Hàn (Hà Tĩnh) hay công trình đập tràn EA Rớt (Đắc Lắc)…

trình tốt (là loại đá gốc: granite, hoa cương, thạch anh…có cường độ kháng nén σ>600 kg/cm2 trở lên thì nên dùng dạng tiêu năng này

Trong luận văn này học viên đi sâu nghiên cứu tác dụng của hố tiêu năng

Giai đoạn vừa qua có nhiểu công trình tràn xả lũ vận hành đã có tác động xấu đến cầu giao thông ở hạ lưu Như mùa lũ năm 2006, xả lũ đập tràn sông Hinh đã làm trôi cầu giao thông trên đường vào khu vực công trình mà kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực đã cảnh báo Lại như năm 2008 xả lũ thi công của công trình Cửa Đạt – Thanh Hóa đã làm vỡ mố cầu bờ trái, mà điều này cũng đã được cảnh bảo trong kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực tại viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

Vì tình hình thủy lực diễn ra phức tạp khi xả lũ, mà trong đồ án thiết kế không tính toán lường trước hết được Bởi vậy, tác giả luận văn cho rằng đi sâu nghiên cứu vấn đề xác định cao trình cầu giao thông khi xả lũ xuống hạ lưu của

ở hạ lưu tràn xả lũ trong giai đoạn sắp tới

II Mục đích và nhiệm vụ của đề tài:

Phạm Phùng Thường

học có tính độc lập, tập phân tích các vấn đề, hiện tượng thủy lực của dòng chảy

lũ, nhận biết các ảnh hưởng xấu đến các công trình ở hạ lưu đập tràn;

tự nhiên khi chưa có và đã xây dựng công trình xả lũ, đưa ra quy luật ảnh hưởng của dòng chảy sau khi công trình xả lũ;

cho công tác cần thiết sau này, dựa trên cơ sở đó để đánh giá tác động của dòng chảy đến các công trình tương tự

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

+ Dựa vào các tài liệu tham khảo: giáo trình thủy công, giáo trình thủy lực, động lực học dòng sông, các tài liệu chuyên khảo về đập tràn – nối tiếp tiêu năng sau đập tràn xả lũ, các báo cáo kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực của hai Viện: Viện năng lượng và Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam, các tài liệu dịch từ nước ngoài để cập nhật các thông tin cần thiết có liên quan đến đề tài của luận văn

+ Sử dụng thuyết minh tính toán thủy lực của thiết kế và báo cáo kết quả nghiên cứu thí nghiệm thủy lực đầu mối Hồ chứa Sông Cái của “ Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về động lực học sông biển”

+ Nghiên cứu lý thuyết về cách tính toán trong các tài liệu tham khảo

Phạm Phùng Thường

+ Kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình thủy lực của công trình đầu mối hồ chứa nước Sông Cái (tỉnh Ninh Thuận) để so sánh với tính toán theo thiết kế, từ đó đưa ra các kiến nghị thực hiện theo giải pháp hợp lý

IV Kết quả dự kiến đạt được

dòng chảy khi chưa có công trình và sau khi đã xây dựng công trình tràn xả lũ, dùng các số liệu khi đã xây dựng công trình tràn xả lũ, dùng các số liệu thu được

từ kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực để đề xuất việc xác định cao trình cầu giao thông

công trình tràn xả lũ đến việc an toàn ổn định của cầu giao thông ở hạ lưu gần đập tràn (như cầu giao thông bắc qua sông Cái)

thiện tình hình thủy lực đối với hai bờ và hạ lưu nhằm giảm bớt đáng kể mực nước, dao động sóng, vận tốc dòng chảy tại vị trí cầu giao thông, trên cơ sở đó kiến nghị phương pháp chọn kích thước hố xói cần thiết

thông trong điều kiện thủy văn chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và môi trường rừng đầu nguồn bị xâm hại như hiện nay

Phạm Phùng Thường

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 T ổng quan về công trình tiêu năng sau tràn xả lũ

Thủy điện là nguồn năng lượng sạch chiếm gần 1/5 sản lượng điện trên toàn thế giới Trong thực tế nó đóng vai trò chủ yếu về việc cung cấp điện ở 55 quốc gia Công suất lắp đặt thủy điện hiện nay khoảng 737,4 GW với tổng điện lượng hàng năm ước tính khoảng 2.767 TWh và có khoảng 118 GW công suất mới đang được xây dựng Đến nay gần 2/3 tiềm năng về thủy điện khả thi của thế giới chưa được khai thác

Song phạm vi khai thác ở các vùng lại khác nhau một cách đáng kể Ở Châu Âu và Bắc Mỹ hầu hết tiềm năng thủy điện đã được khai thác hết, còn Châu Á, Châu Phi và Nam Mỹ nơi mà nhu cầu về nước và năng lượng là cấp thiết lại vẫn còn tiềm năng đáng kể chưa được sử dụng

Để có được nguồn than đá trắng phục vụ cho tuốc bin phát điện, và điều tiết nước hợp lý cho hạ du vào mùa kiệt là cần thiết nên phải xây dựng các hồ chứa để tích nước, đồng thời điều tiết lũ, giảm bớt ngập lụt đối với hạ lưu Ngoài dung tích nước cần thiết được giữ lại trong hồ, lượng nước dư phải xả xuống hạ lưu qua tràn xả lũ

Một dòng sông tự nhiên khi chưa được khai thác thì dòng chảy trong sông chuyển động theo quy luật thông thường, tốc độ của dòng chảy lũ thường là 2,50m/s ÷ 3,0m/s, mực nước trên từng đoạn sông tương ứng với lưu lượng lũ đến, năng lượng của dòng chảy được tiêu hao theo tổn thất dọc đường do sức cản của lòng dẫn và hai bờ; không có hiện tượng dòng chảy tập trung mạnh gây ra

Phạm Phùng Thường

sóng lớn dao động ở hai bờ và tác động đến độ dâng mực nước đối với công trình giao thông ở đoạn hạ lưu sau đó

Song khi xây dựng hồ chứa và cụm công trình đầu mối đập dâng, đập tràn xả

lũ, nhà máy thủy điện, âu thuyền, âu tàu vv… thì dòng chảy lũ được điều tiết trữ lại trong lòng hồ, tạo ra mực nước thượng hạ lưu trên đoạn sông có chênh lệch

của hồ chứa, cần mở cửa đập tràn (cửa xả đáy hoặc cửa xả mặt) để tháo lưu lượng dư xuống lòng sông hạ lưu Phần lưu lượng này tập trung đổ xuống sau đập tràn bằng một trong hai hình thức đó là:

Phạm Phùng Thường

Hình 1-1 Mặt cắt ngang đập tràn Brack

Hay như đập tràn công trình thủy điện Guri (Venezuela) công trình được

lưu Δz = 130m; Mặt cắt ngang đập tràn Guri xem hình 1-2

Phạm Phùng Thường

Vï n g bª t « n g bÞ ph ¸ h o ¹ i

Hình 1-2 Mặt cắt ngang đập tràn Guri

Hay như mặt cắt đập tràn công trình thủy điện Tam Hiệp ở Trung quốc (

2

P

5.10m; bán kính cong ngược ở cuối tràn chọn R= 24.0m

Phạm Phùng Thường

Như vậy qua 3 công trình đập tràn nối tiếp tiêu năng dạng dòng phun nêu

dụng

phun ở Việt Nam ta

Từ thập niên 80 của thế kỷ 20, ở nước ta bắt đầu xây dựng các công trình

hồ chứa thủy lợi- thủy điện lớn như:

Sắp tới xây dựng các công trình:

Phạm Phùng Thường

Trong việc bố trí đầu mối thủy lợi- thủy điện thì tràn xả lũ và vấn đề biện pháp tiêu năng sau tràn nhằm nối tiếp dòng chảy từ thượng lưu xuống hạ lưu có một vị trí quan trọng; bởi lẽ hình thức tiêu năng được chọn thích hợp không chỉ giữ ổn định cho vùng chân đập tràn xả lũ mà còn không gây tác động xấu đến các công trình lân cận, ít gây xói lở đối với hai bờ hạ lưu sau công trình, cũng

sau đập tràn

Cách lựa chọn là dựa trên các điều kiện:

lưu tương ứng với lưu lượng xả;

Ở Việt Nam đập tràn xả lũ tiêu năng dạng mũi phun đã được áp dụng rất phổ biến Từ năm 1990 đến nay đã có 48 công trình tràn được xây dựng, trong đó có tới 25 công trình áp dụng dạng tiêu năng mũi phun chiếm tới 52%

Đặc biệt các công trình thủy lợi thủy điện lớn ngày nay xu hướng sử dụng tràn xả lũ tiêu năng dạng mũi phun ngày một gia tăng chiếm tới 65% trong tổng

số các công trình đã xây dựng và sẽ xây dựng

Với dạng tiêu năng mũi phun khi mà luồng chảy phóng xuống dòng sông hạ lưu, năng lượng mà dòng chảy nó mang theo cần được tiêu hao một cách tốt nhất khi dòng phun rơi vào hố xói được đào trước (đào một phần hoặc đào cả) là để

Phạm Phùng Thường

tạo được lớp nước đệm đủ cho luồng chảy phóng xuống nối tiếp với mặt nước ở

hạ lưu Năng lượng được tiêu hao tốt nhất, phần năng lượng dư ít gây xói lở, bào xói lòng dẫn hạ lưu, ít gây ra sóng dềnh lan truyền vào hai bờ và đến các công

hai cách thực hiện là:

Hai cách thực hiện trên, mỗi cách có ưu điểm, nhược điểm riêng, tác giả sẽ phân tích trong chương 4 của luận văn này đồng thời đưa ra ý kiến của mình khi vận dụng một trong hai cách trên

Vì vậy khi thiết kế tràn xả lũ tiêu năng theo dạng dòng phun (dòng phun từ mũi hắt cuối đập tràn với đập bố trí ở giữa dòng sông, hay dòng phun từ cuối dốc nước khi đập tràn bố trí ở bên bờ) cần phải chú đến việc tính toán là:

le;

Phạm Phùng Thường

tim và kích thước hố xói khi đã định chọn góc hắt α ứng với các tham số tính

tính toán ước tính chiều sâu hố xói;

định phương thức đào sâu hố xói, tránh các ảnh hưởng xấu đến các công trình kể

Phạm Phùng Thường

năng dòng phun);

ở nước ta do PGS.TS Trần Quốc Thưởng chủ trì đã công bố kết quả có thể tóm

Phạm Phùng Thường

Góc hắt

Cao độ tương đối của

Tỷ số

bề rộng rãnh và

mố a/b

Chiều rộng tương đối của

Góc khuếch tán ngang

0

Mái bên của

mố

m

Ghi chú

2.3 ÷ 2.5

Phạm Phùng Thường

Phạm Phùng Thường

Thời gian xói T = 1 giờ;

Vật liệu xói cát thô: d = 27 cm;

Đường viền xói 1 của mố hình thang;

Đường viền xói 2 của mố hình chữ nhật;

Đường viền xói 3 của mũi phun liên tục;

1.1.5 Tổng quan xác định chiều sâu hố xói và chiều dài phun xa

Trường hợp áp dụng hình thức tiêu năng theo dạng dòng phun cần tính

Tính chiều dài phun xa có nhiều công thức, nhưng thường dùng công thức theo quy phạm (Liên Xô cũ) là:

g

h p g v

v v

L p sin cos cos sin 2 ( )

2 2

Phạm Phùng Thường

Ngoài ra còn nhiều công thức lý thuyết và kinh nghiệm khác để tính chiều dài phun xa

Đối với chiều sâu hố xói cũng có không ít công thức tính độ sâu hố xói của nhiều tác giả như công thức của M.C Vưzgo; công thức của M.A Mikhalop;

Nhưng tính chiều sâu xói đối với nền đá được áp dụng nhiều là công thức của Trần Xuân Đình (TQ):

h

Trong đó: T- Chiều sâu tính từ mặt nước hạ lưu đến đáy hố xói (m);

3

P

/sm) ở chỗ lưỡi nước của dòng phun đi vào mặt lớp nước đệm;

chất của đá lòng sông

1.2 Tổng quan về chế độ thủy lực hạ lưu tiêu năng theo dạng dòng phun ảnh hưởng tới cầu giao thông

Hơn mười lăm năm qua từ kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực

về đập tràn xả lũ nối tiếp với mực nước hạ lưu theo dạng tiêu năng dòng phun,

Phạm Phùng Thường

trình có thể kể đến là:

Tràn xả lũ sông Hinh năm 2006 thực hiện xả lũ xuống hạ lưu đã xói trôi cầu giao thông bắc qua sông Hinh cách vị trí tràn xả lũ khoảng 800m bị trôi; do cao trình mặt cầu thấp hơn mực nước xả lũ sau tràn;

Thí nghiệm mô hình đập tràn xả lũ Tuyên Quang năm 2003 đã cảnh báo cầu giao thông bắc qua sông Gâm ở hạ lưu công trình, khi thực hiện tràn vận hành xả

Na-Hang, bị ngập gây trở ngại cho việc đi lại ở hai bờ; cầu giao thông này cách công

24 tấn; ngoài ra còn tạo ra độ dốc ngang của mặt nước giữa hai bờ, mà độ chênh lệch mặt nước tới 7-8m, gây sạt lở cho hai bờ;

mố cầu bờ trái Điều này đã được nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực cảnh báo Song chưa chú ý gia cố, nên mùa lũ năm 2008 thực hiện xả lũ thi công với

Trong chương 1 đã tổng quan về chương trình thủy lực thủy điện và tràn

xả lũ ở các nước, các biện pháp tiêu năng áp dụng sau đập tràn Tiếp theo đã trình bày tổng quan tình hình xây dựng các công trình thủy lợi - thủy điện ở nước

ta, đặc biệt đề cập đến công trình tiêu năng theo dạng mũi phun; trong đó có hai dạng mũi phun:

Đề cập đến các yếu tố tính toán chiều dài dòng phun và tính toán chiều sâu

hố xói;

Phạm Phùng Thường

Điều kiện chọn tiêu năng theo dạng dòng phun

xác định cao trình cầu giao thông sau đập tràn Hồ Sông Cái

Phạm Phùng Thường

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CHẾ ĐỘ THỦY LỰC DÒNG

CHẢY SAU CÔNG TRÌNH TIÊU NĂNG HẠ LƯU 2.1 Đặc điểm của công trình tiêu năng sau tràn xả lũ

này được chuyển hóa từ thế năng thành động năng, nếu độ sâu nước ở sau công trình nhỏ thì lưu tốc lớn Vì vậy sẽ làm thay đổi đặc tính dòng chảy tự nhiên của đoạn sông hạ lưu nối tiếp với công trình xả Mặt khác do việc bố trí chiều rộng của công trình xả đều hẹp hơn so với chiều rộng của lòng sông, khiến cho lưu lượng đơn vị của dòng chảy rất lớn, mà làm cho động năng được tập trung cao

độ, đây chính là đặc điểm cơ bản của dòng chảy sau các công trình tháo Khi mà lòng sông hạ lưu được tháo qua cùng một lưu lượng thì lưu lượng đơn vị tương đối nhỏ, nên lưu tốc dòng chảy nhỏ, độ sâu nước tương đối lớn, lòng sông nguyên dạng vốn đã trải qua một thời kỳ dài tự bản thân điều chỉnh nó đã hình thành dạng xói bồi cân bằng Do đó khi dòng xả lũ qua công trình có động năng rất lớn, làm thế nào để nối tiếp với dòng chảy ở hạ lưu trong trạng thái bình thường với thế năng là chính, đó chính là vấn đề cần phải giải quyết, nếu vấn đề này không giải quyết thỏa đáng thì đối với lòng sông ở hạ lưu có khả năng bị phá hoại nghiêm trọng Năng lượng của dòng chảy xả lũ qua tràn có thể dùng biểu thức (2.1) để tính:

công trình tiêu năng, nhằm tiêu hao phần năng lượng đó, giảm thiểu triệt để năng lượng dư gây tác động xấu đến các công trình ở hạ lưu và hai bờ

thường dùng một trong hai dạng, đó là:

Dưới đây xin lần lượt trình bày hai dạng tiêu năng nói trên

Kết cấu tiêu năng dòng đáy gồm có hình thức sau: Bể tiêu năng (gọi là bể

nổi)

h o

v q

q t

C

o

v o o

* Bể tiêu năng:

Đây là hình thức được áp dụng phổ biến ở các công trình tiêu năng dòng đáy (xem hình 2.1), đặc biệt là ở những công trình có địa chất nền yếu, có tầng

đá gốc sâu Hình thức này thường tạo ra chế độ chảy ngập khi qua ngưỡng bể nên chỉ cần tiêu năng một lần

* Tường tiêu năng:

Do điều kiện kết cấu và thi công, khi làm bể tiêu năng không thích hợp thì nên dùng tường tiêu năng xem hình 2.2 Tường tiêu năng làm việc như một đập tràn và trạng thái chảy qua tường là :

Phạm Phùng Thường

E E

O

t q

Trong thực tế, có nhiều trường hợp nếu làm bể tiêu năng chỉ bằng cách

hạ thấp đáy kênh hạ lưu hoặc chỉ bằng cách xây tường thì không hợp lý Trong trường hợp thứ nhất, bể sẽ phải rất sâu, đáy kênh hạ lưu phải hạ thấp quá nhiều

ra nước nhảy xa và ta phải làm tiếp tường thứ hai… Trong điều kiện như thế, tốt hơn hết là kết hợp cả hai biện pháp trên, vừa hạ thấp đáy kênh, vừa làm tường gọi là bể tiêu năng kết hợp Thực tế chứng tỏ dùng biện pháp này trong nhiều trường hợp rất có lợi về mặt kinh tế và kỹ thuật (Xem hình 2.3)

Phạm Phùng Thường

h

nghiệm cho biết hiệu quả của tiêu năng này so với tiêu năng đáy không kém hơn nhiều, nhưng chiều dài sân sau ngắn hơn 1/5 – 1/2 lần, đồng thời lưu tốc ở đáy nhỏ nên chiều dày sân sau nhỏ, thậm chí nếu trên nền đá cứng thì không cần làm

Tùy theo mực nước hạ lưu , trạng thái dòng chảy sẽ phân thành dòng chảy mặt không ngập và dòng chảy mặt ngập:

Phạm Phùng Thường

R

c a

h

h

a ghl = 0 , 82 + ( 2 , 44 − 2

R

c a

c a

h

h

a ghl = 0 , 82 + ( 3 , 44 − 7

R

đập có ảnh hưởng đến trạ ng thái chảy phóng xa , bé quá có thể xuất hiện dòng

2.1.3 Tiêu năng phóng xa:

Hình thức tiêu năng phóng xa (còn gọi là tiêu năng dòng phun) là lợi dụng mũi phun ở chân đập hạ lư u để dòng chảy có lưu tốc lớn phóng ra xa khỏi chân đập Dòng chảy được khuếch tán trong không khí , sau khi đổ xuống lòng sông

Do dòng chảy tiêu hao năng lượng rất lớn trong không khí nên giảm năng lực xói lòng sông và giảm ảnh hưởng nguy hại đến an toàn của đập Ở hình thức này năng lượng dòng chảy được tiêu hao trong không khí và một phần ở lòng sông

Phạm Phùng Thường

Dòng chảy phóng xuống hạ lưu và gây ra hố xói tới một độ sâu nhất định nào đó thì năng lượng thừa của dòng chảy được hoàn toàn tiêu hao bằng ma sát nội bộ , cho nên nếu chiều sâu nước hạ lưu càng lớn thì càng giảm được xói lở lòng sông

Độ dài phóng xa càng lớn càng có lợi Đập tràn càng cao, độ dài phóng xa lấy càng lớn Trái lại, đập thấp thì chiều dài phóng xa càng ngắn, nếu dùng hình thức tiêu năng này sẽ bị hạn chế

Để đạt được hiệu quả tiêu năng cao , chúng ta muốn chiều dài phóng xa lớn, mà yêu cầu xói lại ít , nhưng thực tế chiều dài phóng xa càng lớn thì khả

yếu phụ thuộc: Lưu tốc trên mũi phun , góc phun, cao trình mũi phun , bán kính cong mặt tràn gần mũi phun v v…Chiều sâu và phạm vi xói lở phụ thuộc : Độ sâu nước hạ lưu , địa chất lòng sông , chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (lưu tốc), lưu lượng đơn vị, tình hình khuếch tán của dòng chảy

Các hình thức kết cấu mũi phun: (đã nêu ở phần trên)

Đây chính là một trong những hình thức kết cấu công trình tiêu năng

phần còn lại sẽ được tiêu tán bởi lớp đệm nước hạ lưu Điều kiện thực hiện được tiêu năng phóng xa thì: Đỉnh mũi phun phải cao hơn mực nước hạ lưu, chiều cao

Phạm Phùng Thường

cột nước trước đập đủ lớn để tạo ra dòng phun phóng xa để không ảnh hưởng

không lớn quá [8]

Hình thức này thường dùng với công trình có cột nước trung bình và lớn

Ở Trung Quốc, người ta áp dụng cả với cột nước vừa và nhỏ, công trình đặt trên nền mềm Tuy vậy hình thức này cũng có những hạn chế nhất định:

hưởng đến các yêu cầu dùng nước phía hạ lưu công trình;

đập;

nói chung

2.2 Chiều dài phóng xa của các công trình tiêu năng bằng mũi phun

2.2.1 Tính toán c hiều dài phó ng xa: Chiều dài phóng xa là khoảng cách theo

Công thức lý luận chung chiều dài phóng xa , chỉ có thể xác định bằng nhữ ng công thức kinh nghiệm (1)

=

S

S hCos

Sin Sin

S

δ ϕ

δ α

α α

α δ

0 2 2

2

) 1 ( 2 cos

2

d h L

2 0

0 2

1

1

V

gZ Sin

Sin g

Cos

V

K

L = a α α + α +

Phạm Phùng Thường

m m

m

H

h S

i i H

0 2 2 2 2 0

[ 1 2

Góc θ được xác định theo công thức:

0 2 2 1

2 0

α α

θ

Cos V

gZ tg

Hình 2.4 Tiêu năng phóng xa và các thông số cơ bản Nhân đây học viên xin giới thiệu công thức xác định chiều dài phóng xa của Viện nghiên cứu khoa học thủy lợi Trường Giang đã chọn để tính chiều dài

=

θ

θ θ

θ

2 2 1

1 1 2

1 1

sin cos 2

1 1 sin cos

v

h P g g

v

o

P

);

5 , 0

2 2 1

1 1 2

cos cos 2

β

v

h p g tg

Các ký hiệu trong công thức (2.9), (2.10) theo hình vẽ: 2.5

2.2.2 Xác định tâm và chiều rộng của hố xói

Việc xác định phạm vi hố xói có liên quan đến kết qủa chiều dài phun xa, chiều dài phun xa áp dụng công thức tính thích hợp thì sẽ gần sát với thực tế; như vậy phạm vi kích thước hố xói ít bị sai lệch

0

P

), hệ số lưu

xói; lưu ý điều này để xác định vị trí hố xói được gần đúng không sai lệch lắm về

Phạm Phùng Thường

đến biên của luồng phun xa nhất, theo số liệu quan sát đo trên mô hình bước đầu xác định là:

Nhưng để tính được Lp thích hợp theo nghiên cứu của TQ thì các tham số thủy lực của dòng phun phải dựa vào cấp công trình để xác định lưu lượng xả lũ;

Trong quy phạm thiết kế đập tràn của Trung Quốc nêu rõ:

Song để bảo đảm công an toàn cho công trình vận hành sau này, quy phạm đã nêu rõ các kết cấu tiêu năng ( bể tiêu năng hay hố tiêu năng) phải được kiểm tra lại với tần suất của lũ thiết kế, để điều chỉnh kích thước cho hợp lý, còn độ sâu

hố xói dự kiến dựa vào công thức tính xói nêu trên để quyết định Mái của hố xói dựa vào tính chất cơ lý của nền đá để chọn cho thích hợp

Phạm Phùng Thường

Từ công thức tính chiều dài dòng phun cho ta thấy được các yếu tố ảnh hưởng gồm:

+ G óc hắt mũi phóng θ: góc hắt của mũi phóng thực chất khác với góc ra của

luồng phun, do luồng phun sau khi ra khỏi mũi hắt chịu tác dụng của trọng lực nên thường nhỏ hơn θ một ít, trong một số thí nghiệm đo đạc cho thấy:

Hình 2.5: Các ký hiệu của dòng phun