Nghiên cứu ứng dụng hình thức tràn mỏ vịt cho hồ chứa nước loại vừa và nhỏ, áp dụng cho hồ đăk trít, kon tum

Trong khi đó, vi c.

Tác gi

D ăTh ThanhăT i

ii

L I C Mă N

Sau m t th i gian h c t p và nghiên c u t i Khoa Công trình tr ng i h c Th y l i

Hà N i, d i s d y b o, giúp đ t n tình c a các th y cô giáo các b môn trong

tr ng, s c ng tác c a các c quan chuyên môn và các b n bè c ng s , đ ng nghi p

v i s n l c ph n đ u c a b n thân, tác gi đư hoàn thành Lu n v n Th c s k thu t, chuyên ngành k thu t xây d ng Công trình th y v i n i dung: “Nghiên c u ng d ng hình th c tràn m v t cho h ch a n c lo i v a và nh , áp d ng cho h k Trít, Kon Tum”

Tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n th y giáo GS.TS Nguy n Chi n, cán b

h ng d n khoa h c, đư t n tình h ng d n, ch b o cho tác gi nh ng ki n th c qúy báu đ tác gi hoàn thành Lu n v n

Xin chân thành c m n s giúp đ c a các th y cô giáo Khoa Công trình tr ng i

h c Th y l i và các b n đ ng nghi p nhi u l nh v c chuyên môn khác nhau, các c quan, đ n v đư cung c p các tài li u và t o đi u ki n thu n l i giúp tác gi hoàn thành

Lu n v n này

Tác gi xin chân thành c m n ng i thân, gia đình, c quan tác gi đang công tác đư

t o m i đi u ki n trong su t quá trình h c t p và nghiên c u đ tài

Do đi u ki n th i gian và trình đ còn h n ch nên trong quá trình làm Lu n v n không tránh kh i nh ng khi m khuy t, tác gi mong đ c đóng góp ý ki n, ch b o

c a các th y cô giáo, các b n bè đ ng nghi p đ Lu n v n đ c hoàn ch nh và tr n

v n h n

Hà N i, tháng 8 n m 2016

Tác gi

D ăTh ThanhăT i

M C L C

M U VIII

N C 3

1.1 Xây d ng H ch a n c Vi t Nam 3

1.1.1 M c đích và nhi m v c a vi c xây d ng h ch a 3

1.1.2 Quá trình xây d ng, phát tri n h đ p Vi t Nam 3

1.1.3 V n đ qu n lý, khai thác và an toàn h đ p 6

1.2 Nhi m v và hình th c b trí công trình tháo l h ch a n c 7

1.2.1 Nhi m v c a công trình tháo l h ch a n c 7

1.2.2 Hình th c b trí công trình tháo l h ch a n c 8

1.3 Yêu c u và đ c đi m b trí công trình tháo l h ch a n c lo i v a và nh 11

1.3.1 Yêu c u b trí công trình tháo l h ch a 11

1.3.2 Kh n ng đi u ti t l u l ng công trình tháo l 12

1.3.3 L a ch n b trí công trình tháo l h ch a n c v a và nh 13

1.4 t nhi m v nghiên c u 15

1.5 K t lu n ch ng 1 15

CH NGă2 NGHIÊN C U T NG QUÁT V B TRÍ VÀ TÍNH TOÁN TH Y L CăMÁNGăTHUăN C C A TRÀN M V T 17

2.1 B trí công trình tràn t đ ng h ch a v a và nh 17

2.1.1 Yêu c u chung v b trí tràn h ch a n c 17

2.1.2 Các hình th c đi u ti t l u l ng c a đ p tràn t i các h ch a 18

2.1.3 Các hình th c b trí ng ng tràn t đ ng 18

2.2 B trí tràn t đ ng ki u m v t 23

2.2.1 B trí m t b ng 23

2.2.2 M t c t ngang c a ng ng tràn 25

2.3 Tính toán th y l c máng thu n c c a tràn m v t 26

2.3.1 Yêu c u tính toán 26

2.3.2 Các ph ng pháp tính toán th y l c máng thu 26

iv

2.4.1 Gi i h n ph m vi bi n đ i c a các thông s 32

2.4.2 Quy trình tính toán 34

2.4.3 K t qu tính toán 35

2.4.4 Nh n xét k t qu tính toán 47

2.5 K t lu n ch ng 2 48

CH NGă3ăăăăă NG D NG TÍNH TOÁN CHO TRÀNă KăTRệT 50

3.1 Gi i thi u chung v h k Trít 50

3.1.1 Tên d án: 50

3.1.2 a đi m xây d ng: 50

3.1.3 M c tiêu và nhi m v c a d án: 50

3.1.4 Các h ng m c chính trong d án 50

3.1.5 i u ki n t nhiên, xã h i 50

3.1.6 Gi i thi u H k Trít 52

3.2 B trí đ ng tràn trong ph ng án nâng c p h k Trít 55

3.3 Tính toán đi u ti t l cho ph ng án ch n 55

3.3.1 M c đích tính toán 55

3.3.2 Tài li u tính toán 56

3.3.3 L a ch n ph ng án đi u ti t l 57

3.3.4 N i dung tính toán 57

3.4 Tính toán th y l c máng thu n c tràn k Trít 64

3.4.1 Các hình th c b trí tràn 64

3.4.2 Tính toán th y l c máng thu n c cho các ph ng án 66

3.4.3 Phân tích k t qu tính toán 72

3.4.4 So sánh v i k t qu nghiên c u ch ng 2 72

3.4.5 Phân tích l a ch n ph ng án 73

3.5 K t lu n ch ng 3 75

K T LU N VÀ KI N NGH 76

TÀI LI U THAM KH O 78

PH L C 79

DANH M C HÌNH V

Hình 1 - 1: H nh Bình - Bình nh 4

Hình 1 - 2: H C a t- Thanh Hóa 5

Hình 1 - 3: H T Tr ch - Th a thiên Hu 5

Hình 1 - 4: H Hòa Bình - Hòa Bình 6

Hình 1 - 5: p h ch a m Hà ng - Qu ng Ninh v ngày 30/10/2014 7

Hình 1- 6: ng tràn d c [1] 9

Hình 1 - 7: ng tràn ngang [1] 10

Hình 1 - 8: Tràn b sung c a h Núi C c - nhìn t h l u 12

Hình 1 - 9: Tràn s c h Tru i nhìn t h l u 13

Hình 1 - 10: Mô hình 1/2 tràn Ph c Hòa (nhìn t th ng l u) 14

Hình 1 - 11: Tràn phím piano p dâng V n Phong - Bình nh 14

Hình 1 - 12: Ng ng tràn ki u Zik z c đ p dâng Ph c Hòa - Bình D ng 15

Hình 2 - 1: Tràn ngang H ch a n c Ông Lành - Bình nh 20

Hình 2 - 2: Tràn x l tuy n cong H Tuy n Lâm - Lâm ng 20

Hình 2 - 3: Tràn x l Sông Móng - Bình Thu n 21

Hình 2 - 4: M t b ng các d ng ng ng tràn zik z c 21

Hình 2 - 5: M t b ng tràn m v t 22

Hình 2 - 6: Máng thu m r ng d n (S đ 1) 24

Hình 2 - 7: Máng thu thu h p d n (S đ 2) 25

Hình 2 - 8: Máng thu l ng tr (S đ 3) 25

Hình 2 - 9: M t s d ng đ nh tràn [9] 26

Hình 2 - 10: Hình minh h a tính di n tích gia c máng thu 35

Hình 2 - 11: Minh h a xác đ nh tr s i h p lý 35

Hình 2 - 12: Quan h i ~ q, H, theo các s đ 42

Hình 2 - 13: Quan h i ~ H, q, theo các s đ 43

Hình 2 - 14: Quan h Fmin ~ q, H, theo các s đ 45

Hình 2 - 15: Quan h Fmin ~ H, q, theo các s đ 46

Hình 3 - 1: M t b ng t ng th khu v c h k Trít [6] 54

vi

Hình 3 - 4: M ng b ng b trí máng thu m r ng d n (S đ 1) 65

Hình 3 - 5: M ng b ng b trí máng thu thu h p d n (S đ 2) 65

Hình 3 - 6: M ng b ng phân chia m t c t tính đ ng m t n c (S đ 1) 68

Hình 3 - 7: Minh h a đ ng m t n c trong máng bên (S đ 1 ) 68

Hình 3 - 8: M ng b ng phân chia m t c t tính đ ng m t n c (S đ 2) 68

Hình 3 - 9: Minh h a đ ng m t n c trong máng bên (S đ 2) 68

Hình 3 - 10: Minh h a m t b ng, c t d c, c t ngang tràn (S đ 2) 75

DANH M C B NG BI U

B ng 2 - 1: Tính toán đ ng m c n c trong máng cho m t tr ng h p; hình th c m

r ng d n 36

B ng 2 - 2: Tính di n tích gia c máng thu; hình th c m r ng d n 37

B ng 2 - 3: B ng t ng h p k t qu tính di n tích gia c máng thu 38

B ng 2 - 4: Quan h i, q, H, theo các s đ 41

B ng 2 - 5: Quan h i, H, q, theo các s đ 41

B ng 2 - 6: Quan h Fmin ~ q, H, theo các s đ 44

B ng 2 - 7: Quan h Fmin ~ H, q, theo các s đ 44

B ng 3 - 1: Quá trình l đ n t i tuy n đ p k Trít 56

B ng 3 - 2: Quan h F ~ Z và V ~ Z H ch a k Trít 56

B ng 3 - 3: Tính toán đi u ti t l Thi t k T n su t P = 1% Theo ph ng pháp th d n 61

B ng 3 - 4: Tính toán đi u ti t l Ki m tra T n su t P = 0,2% Theo ph ng pháp th d n 62 B ng 3 - 5: T ng h p k t qu tính toán đi u ti t l h ch a k Trít 63

B ng 3 - 6: B ng tính h s l u l ng m 66

B ng 3 - 7: Tính toán đ ng m c n c trong máng bên theo ph ng pháp th d n, hình th c máng thu m r ng d n 69

B ng 3 - 8: Tính toán đ ng m c n c trong máng bên theo ph ng pháp th d n, hình th c máng thu Thu h p d n 70

B ng 3 - 9: B ng tính di n tích gia c máng M r ng d n d n 71

B ng 3 - 10: B ng tính di n tích gia c máng Thu h p d n 71

B ng 3 - 11: B ng t ng h p, so sánh di n tích gia c máng thu 71

BNN & PTNT : B nông nghi p & phát tri n nông thôn

TCVN : Tiêu chu n Vi t Nam

M U

1 Tính c p thi t c a đ tài

Trong th i gian qua, xây d ng th y l i và th y đi n đư và đang phát tri n m nh m , đem l i nh ng thành t u khoa h c to l n trong s nghi p đ i m i công nghi p hóa,

hi n đ i hóa đ t n c Do nhu c u dùng n c, phát đi n không ng ng t ng lên nên các

h ch a đ c xây d ng ngày càng nhi u, phong phú v hình th c và khác bi t v quy

mô, hàng ngàn d án Th y l i, th y đi n l n nh đ c th c hi n cho các m c đích phát đi n, t i tiêu, c p n c dân d ng, công nghi p c i t o môi tr ng, phòng ch ng thiên tai… đư góp ph n to l n trong vi c phát tri n kinh t đ t n c, c i thi n đ i

s ng nhân dân Do m c đ quan tr ng và đ c thù c a công trình Th y l i, nh ng yêu

c u v đ m b o an toàn và kinh t trong vi c tính toán thi t k , thi công và qu n lý khai thác đ t ra ngày càng cao

Theo th ng kê Vi t Nam hi n nay, g n 50% s c h đ p là do n c tràn đ nh đ p

b i các lý do khác nhau nh l v t thi t k , l t p trung quá nhanh, hay s c k t c a

van… i u này càng tr nên tr m tr ng h n trong đi u ki n bi n đ i khí h u, r ng phòng h b phá ho i… Vì v y trong thi t k m i h ch a, ho c rà xoát n ng l c x l

c a các h đư xây d ng, c n xem xét các ph ng án tràn có n ng l c x l cao và làm

d ng m vt khi phía tr c đ p có đ a hình thích h p Tuy nhiên lo i tràn d ng m v t

hi n ch a đ c nghiên c u nhi u M t s v n đ v b trí m t b ng máng thu n c sau ng ng tràn nh đ d c máng, đ m r ng theo chi u dòng ch y, ch n chi u r ng

- Thu th p, th ng kê và t ng h p tài li u nghiên c u liên quan đ n đ tài

- Tham kh o các tài li u lý thuy t có liên quan đ n đ tài đ ph c v m c đích nghiên

- Nghiên c u t ng quát v xác đ nh các thông s b trí tràn m v t (đ d c máng, đ

m r ng, b r ng cu i máng … ) đ làm tài li u tham kh o khi thi t k

- L a ch n đ c s đ b trí tràn m v t và máng thu thích h p v i đi u ki n c a h

ak Trít - Kon Tum

CH NGă1 T NG QUAN V XÂY D NGă NG TRÀN H CH A

t ng thêm b t l i cho công tác th y l i t i tiêu và s n xu t nói chung

Vì v y h ch a n c là công trình quan tr ng đ khai thác s d ng n c và phòng

ch ng tác h i do ngu n n c gây ra Nhi u n m nay h ch a n c đư đóng vai trò quan tr ng trong vi c phát đi n, tr n c mùa m a, c p n c mùa ki t, gi m b t khó

kh n thi t h i do h n hán gây ra, c i thi n môi tr ng s ng Khi m t h ch a n c

đ c xây d ng, s t o s n đ nh và phát tri n kinh t xư h i cho c m t khu v c; t o công n vi c làm, gi i quy t th t nghi p, phân b lao đ ng, l p các trung tâm dân c

1.1.2 Quá trình xây d ng, phát tri n h đ p Vi t Nam

V i s phát tri n c a xư h i nói chung và l nh v c khoa h c k thu t nói riêng, t bu i

s khai khi con ng i bi t dùng v t li u t i ch nh đ t đá, cành cây, g … đ ch n dòng trên các sông su i đ nâng cao m c n c, l y n c vào các kênh ph c v s n

xu t và sinh ho t thì s ra đ i c a các h đ p nhân t o là h t s c c n thi t Vi t Nam

có đi u ki n đ a hình, đ a ch t, sông ngòi t ng đ i thu n l i nên vi c xây d ng các h

4

1954 mi n B c đư xây d ng m t s công trình nh : Thác Bà, C m S n, i L i,

ng Mô, su i Hai, Núi C c… c bi t t khi n c nhà th ng nh t, trong cao trào làm Th y l i hàng lo t h ch a, đ p dâng đ c xây d ng, đ n nay s h ch a xây

d ng không nh ng t c đ phát tri n nhanh, mà c v quy mô công trình c ng l n lên không ng ng Hi n nay, trong công cu c công nghi p hóa, hi n đ i hóa đ t n c, đư

b t đ u xây d ng h l n, đ p cao c nh ng n i có đi u ki n t nhiên ph c t p Theo

s li u th ng kê c a B Nông nghi p và Phát tri n nông thôn, đ n nay c n c có 6.648 h ch a thu l i v i t ng dung tích tr kho ng 11 t m3, trong đó 560 h ch a

l n có dung tích tr trên 3 tri u m3, 1.752 h có dung tích tr t 0,2 đ n 3 tri u m3

, còn

l i là 4.336 h có dung tích nh h n 0,2 tri u m3 Các đ a ph ng đư xây d ng nhi u

h ch a là Ngh An, Thanh Hoá, k L k, Hoà Bình, Tuyên Quang, B c Giang, Bình

nh, Phú Th …

Hình 1 - 1: H nh Bình - Bình nh

Hình 1 - 2: H C a t- Thanh Hóa

Hình 1 - 3: H T Tr ch - Th a thiên Hu

6

Hình 1 - 4: H Hòa Bình - Hòa Bình

1.1.3 V n đ qu n lý, khai thác và an toàn h đ p

Qu n lý và khai thác h ch a là s d ng h ch a, c ng c nâng cao ch t l ng, duy tu

b o d ng, quan tr c nghiên c u nh m đ m o an toàn cho c h th ng c ng nh t ng

h ng m c công trình, nh m phát huy hi u qu công trình theo nhi m v h ch a đư

đ c n đ nh

H ch a đ c coi là an toàn, khi nó đ m b o đ y đ nhi m v đ c giao trong tr ng thái làm vi c n đ nh bình th ng c a c c m đ u m i c ng nh c a

t ng h ng m c công trình V i t c đ phát tri n xây d ng h ch a n c nhanh đư đem

l i nhi u l i ích khác nhau cho nhân lo i, nh ng nh ng s c h h ng, c ng t ng theo, bên c nh vi c xây d ng h đ p thì v n đ an toàn đ p ngày càng đ c chú tr ng Theo đánh giá c a B NN-PTNT, sau h n 10 n m tri n khai th c hi n ch ng trình đ m

b o an toàn h ch a đư đ t nhi u k t qu khích l

n nay, các h có dung tích l n h n 100 tri u m3 đư đ c s a ch a, nâng c p m c

b o đ m an toàn cao, các h ch a có dung tích h n 10 tri u m3 và m t s h có dung tích t 3 tri u m3n c tr lên b xu ng c p c b n đư đ c s a ch a, b o đ m an toàn

Tuy nhiên, s l ng h ch a có dung tích d i 3 tri u m3đ c s a ch a không nhi u,

h có dung tích d i 1 tri u m3 c n s a ch a nâng c p còn l i r t l n, c tính kho ng 1.150 h ch a b h h ng xu ng c p và thi u kh n ng x l c n ph i s a ch a, nâng

c p đ m b o an toàn S l ng h h h ng ch y u là h ch a nh Trong khi đó, vi c

n m b t thông tin v h trong mùa m a bưo còn h n ch , vi c tri n khai ng c u khi

có s c th ng ch m

M t s hình nh v s c h đâp

Hình 1 - 5: p h ch a m Hà ng - Qu ng Ninh v ngày 30/10/2014

1.2 Nhi măv ăvƠăhìnhăth căb ătríăcôngătrìnhătháoăl ă ăh ăch aăn c

1.2.1 Nhi m v c a công trình tháo l h ch a n c

Khi xây d ng đ u m i công trình h ch a n c, đ p dâng trên sông, công trình l y

n c và m t s công trình ph c v cho m c đích chuyên môn thì công trình tháo l là

m t h ng m c không th thi u các đ u m i th y l i, nó có ch c n ng tháo n c th a trong mùa l đ đ m b o an toàn cho b n thân công trình đ u m i c ng nh vùng h

du m t s đ u m i th y l i, công trình tháo l còn đ c k t h p đ tháo n c

th ng xuyên xu ng h l u, x bùn cát, tháo c n h ch a khi c n thi t, hay k t h p đ tháo n c trong th i k thi công công trình

Trong các công trình đ u m i, có th làm công trình ng n n c và tháo n c k t h p,

c ng có th làm riêng công trình tháo bên b i v i đ p bê tông tr ng l c và bê tông

c t thép, th ng b trí công trình tháo n c ngay trên thân đ p i v i các đ p dùng

v t li u t i ch , đ p b n ch ng thì công trình tháo l đ c tách riêng g i là đ ng tràn

l bên b

ng tràn l có th có c a van kh ng ch , c ng có th không có Khi không có c a van, cao trình ng ng tràn v a b ng cao trình m c n c dâng bình th ng, lúc m c

n c h b t đ u dâng lên và cao h n ng ng tràn thì n c trong h t đ ng ch y

xu ng h l u Khi đ ng tràn có c a van kh ng ch , cao trình ng ng tràn th p h n

8

1.2.2 ảình th c b trí công trình tháo l h ch a n c

i v i t ng lo i đ u m i công trình th y l i c n phân tích k đi u ki n đ a hình, đ a

ch t, th y v n và đ c đi m làm vi c c ng nh yêu c u v thi công, qu n lý, khai thác mà ch n cách b trí, hình th c, kích th c công trình tháo l thích h p, đ m b o an toàn cho công trình và đáp ng yêu c u kinh t Xét v hình th c công trình tháo l có

r t nhi u lo i:

+ Công trình tháo l d i sâu: Có th đ t d i đ p hay trong b , tùy thu c vào đi u

ki n c th mà công trình tháo n c ki u này th ng đ c k t h p v i nhi u m c đích khác nhau, tháo l k t h p x bùn cát, d n dòng thi công, l y n c cho yêu c u t i…

Do công trình đ t cao trình th p nên có th tháo c n đ c h (khi s a ch a hay có s

c ) Th c t Vi t nam công trình tháo n c d i sâu đ c k đ n là c ng ng m,

đ ng ng, đ ng h m

+ Công trình tháo l trên m t: th ng đ t cao trình t ng đ i cao, nên ch y u đ

tháo dung tích phòng l c a h ch a, công trình tháo l trên m t có các hình th c nh

đ p tràn, đ ng tràn d c, đ ng tràn ngang, máng bên, xi phông tháo l …

V i nh ng u đi m c b n là làm vi c an toàn, d thi công, thu n ti n cho qu n lý và

s a ch a khi c n thi t nên đ p tràn, đ ng tràn d c, đ ng tràn ngang đ c áp d ng trong đ i đa s các h ch a đư xây d ng Vi t Nam và xu th này s đ c ti p t c duy trì, phát tri n trong th i gian t i

135 130

125 120 115 110 105

130 125 120 115 110 105

+ Ng ng tràn: Có th là đ p tràn th c d ng hay đ nh r ng, trên đ nh có ho c không

có c a van Trên n n đ t, th ng ng ng th p nên theo hình th c đ nh r ng Trên n n

đá đ t ng thêm kh n ng tháo n c và gi m chi u r ng đ ng tràn có th dùng đ p tràn th c d ng

Ng ng tràn nói chung là th ng đ dòng ch y vào đ c thu n l i và th ng góc v i

ng ng C ng có tr ng h p b trí ng ng tràn thành đ ng cong, th m chí có lúc thành đ ng gãy đ t ng thêm chi u dài tràn n c Tr ng h p này, dòng ch y sau

ng ng th ng r i lo n nên ng i ta c ng ít dùng Sau ng ng tràn có th b trí thi t

b tiêu n ng ho c n i ti p ngay v i kênh tháo

p sau ng ng tràn đ chuy n n c xu ng h l u Kênh tháo

10

l n cu i d c, hình th c tiêu n ng có th là tiêu n ng đáy ho c tiêu n ng phóng xa, tùy theo m c n ng l ng th a và đi u ki n đ a ch t lo i đ ng tháo ki u b c n c,

n ng l ng th a đ c tiêu hao r i đ u trên đ ng tháo, đi u ki n làm vi c c a m i b c

nh nhàng h n so v i b cu i d c, tuy nhiên kh i l ng công trình b c n c l n

ng ng và đ ng tháo n i ti p sau máng bên

đ ng tràn ngang, c n xác đ nh đ ng m t n c trong máng bên đ ki m tra tr ng thái

ch y qua ng ng Vi c tính toán máng bên sao cho th a mãn yêu c u tháo l và th a mưn đi u ki n v n t c trong máng ≤ Vcpx đ m b o an toàn, th ng kh ng ch

tr ng thái ch y qua ng ng là dòng đ u (t do)

Nguyên t c thi t k đ ng tháo n c c a tràn ngang c ng nh đ ng tràn d c Trong

th c t đ t ng b r ng tràn n c nh m gi m c t n c trên tràn, gi m di n tích ng p

l t, có th áp d ng các d ng ng ng tràn zik z c trên m t b ng, tràn labyrinth …

1.3 Yêuăc uăvƠăđ căđi măb ătríăcôngătrìnhătháoăl ă ăh ăch aăn călo iăv a và nh

1.3.1 Yêu c u b trí công trình tháo l h ch a

Trong các công trình đ u m i c a h ch a n c, ngoài các h ng m c nh đ p dâng,

c ng l y n c và m t s công trình nh th y đi n… thì công trình tháo l (tràn x l )

là m t h ng m c quan tr ng, không th thi u Nhi m v c a tràn x l trong h ch a đóng vai trò nh m t van an toàn c a h th ng công trình th y l i, th y đi n đ x

n c th a, kh ng ch m c n c th ng l u không cho v t quá m c cho phép t ng

ng v i t n su t l c a công trình Trong th i gian g n đây s thay đ i khí h u toàn

c u làm cho c ng đ l l n h n, l t p trung quá nhanh, … và s phát tri n c a xã

h i làm cho nhu c u dùng n c t ng lên… đư làm cho các công trình đư xây d ng không đ m b o đ c an toàn trong mùa m a l và gi m hi u qu trong khai thác v n hành

Vì nh ng lý do trên mà t i các c m công trình đ u m i, lúc đ u th ng xây d ng

đ ng tràn chính, sau vì nh ng nguyên nhân khác nhau ng i ta đư xây d ng thêm

nh ng tràn ph v i nh ng m c tiêu khác nhau Ngày nay th c t đa d ng, vi c làm nhi u tràn x l v i nh ng ch c n ng nhi m v có ph n khác nhau đư đ c xem xét nghiên c u đ a ra ngay t khi l p d án thi t k

Tràn s c (hay tràn x l s c ) là công trình tháo x l kh n c p khi tính toán v i

l v t tiêu chu n thi t k ho c khi m c n c l tính toán trong h v t m c n c

12

l thi t k do nhi u nguyên nhân khác nhau nh m đ m b o an toàn, tránh s c cho

h ch a, c ng nh các công trình trong c m đ u m i công trình th y l i, th y đi n Tràn s c đ c s d ng nh m t tràn ph đ gi m nh quy mô c a tràn chính

n c ta, trong nh ng n m qua, đ ng tràn ph đ c xây d ng các h ch a là m t

gi i pháp tình th đ h tr tháo các con l v t quá l thi t k

1.3.2 Kh n ng đi u ti t l u l ng công trình tháo l

Kh n ng tháo l c a công trình là m t thông s quan tr ng, liên quan đ n an toàn c a

b n thân công trình đ u m i c ng nh khu v c h du i l ng đ c tr ng cho kh

n ng tháo c a công trình chính là l u l ng tháo (Qx, m3/s)

1.3.2.1 Tràn x l có c a van (Tháo n c có đi u ti t)

Lo i này có ng ng đ t th p h n MNDBT c a h , có c a đ đi u khi n l u l ng c n tháo C a van có th là lo i trên m t ho c d i sâu u đi m chính c a tràn có c a van

là kh n ng tháo n c l n, ch đ ng t t trong vi c h th p m c n c h , có th k t

h p đ tháo n c th ng xuyên ho c tháo c n h ch a khi c n thi t, tuy nhiên có

nh c đi m qu n lý ph c t p các h ch a có s d ng m t ph n dung tích h u ích

đ phòng l , nh các h Hòa Bình, S n La, Tuyên Quang… thì nh t thi t ph i s d ng

c a tháo n c có đi u ti t Tuy nhiên c n trang b h th ng c a van và thi t b đóng

m đ tin c y S tr c tr c c a thi t b đóng m c a van hay k t c a van có th d n

đ n s c công trình Ví d đ ng tràn c a th y đi n H Hô (Hà T nh), trong c n l tháng 10 n m 2010, h th ng v n hành b m t đi n, van không m đ c làm n c h dâng r t nhanh, n c tràn qua đ nh đ p bê tông d i xu ng h l u, phá h y toàn b nhà máy th y đi n và đe d a an toàn c a đ p

Hình 1 - 8: Tràn b sung c a h Núi C c - nhìn t h l u

1.3.2.2 Tràn x l không có c a van (tràn tháo n c t đ ng)

Lo i này có ng ng tràn đ t ngang v i MNDBT c a h ch a Khi có l và m c n c

h v t quá MNDBT, công trình tháo n c s làm vi c t đ ng cho đ n khi m c n c

i v i h ch a n c lo i v a và nh , do đ c đi m h có b ng ch a nh nên khi có l

v , l t p trung nhanh đòi h i yêu c u x l c ng ph i nhanh và t đ ng, đ gi m m c

Hình 1 - 12: Ng ng tràn ki u Zik z c đ p dâng Ph c Hòa - Bình D ng

i t ng nghiên c u c a Lu n v n là nghiên c u hình th c tràn m v t cho h ch a

n c v a và nh , trong đó c n chú tr ng các v n đ

- Nghiên c u các s đ b trí máng thu n c, (các ph ng án m r ng, thu h p và

l ng tr )

- Ph ng án và quy trình tính toán th y l c máng thu n c c a tràn m v t

- Nghiên c u các thông s Th y l c c a máng thu n c ánh giá tính h p lý c a t ng

ph ng án b trí, l a ch n ph ng án thích h p đ áp d ng

- Áp d ng tính toán cho h k Trít - Kon Tum

1.5 K tălu năch ngă1

V i đi u ki n đ a hình, đ a ch t, sông ngòi t ng đ i thu n l i Vi t Nam nên vi c xây d ng các h ch a ngày càng phát tri n Hàng ngàn d án Th y l i, th y đi n l n

nh đ c th c hi n cho các m c đích phát đi n, t i tiêu, c p n c dân d ng, công nghi p c i t o môi tr ng, phòng ch ng thiên tai đư góp ph n to l n trong vi c phát tri n kinh t đ t n c, c i thi n đ i s ng nhân dân

Bên c nh đó các v n đ v an toàn h đ p ngày càng đ c chú tr ng và đ t lên hàng

đ u t ng kh n ng tháo l qua đ p tràn ng i ta dùng đ p tràn có c a van đ h

th p cao trình ng ng tràn xu ng (hay t ng chi u cao l p n c tràn) đ ch đ ng

đi u ti t l ng n c x Tuy nhiên trong công tác qu n lý, v n hành ph c t p và ít

Tuy nhiên nh ng t ng k t và cách b trí tràn m v t, c ng nh nh ng nghiên c u sâu

h n v tính toán th y l c lo i tràn này là ch a có Vì v y Lu n v n đ t nhi m v nghiên c u, đ xu t quy trình tính toán th y l c máng thu n c c a tràn m v t và nghiên c u t ng quát các ph ng án b trí máng thu n c nh m tìm ra ph ng án b trí h p lý nh t dùng đ tham kh o trong thi t k lo i tràn này

C H NG 2 NGHIÊN C U T NG QUÁT V B TRÍ VÀ TÍNH TOÁN

2.1 B ătríăcôngătrình tràn t ăđ ngă ăh ăch aăv aăvƠănh

2.1.1 Yêu c u chung v b trí tràn h ch a n c

Vi c b trí đ p tràn tháo l trong đ u m i công trình có liên quan đ n đi u ki n đ a

ch t, đ a hình, l u l ng tháo, l u t c cho phép h l u

Khi l u l ng tháo l n, c t n c nh , lòng sông không n đ nh và n n có c u t o đ a

ch t ph c t p thì hình th c và b trí đ p tràn có ý ngh a quy t đ nh Khi c t n c l n,

ph i tiêu hao n ng l ng l n, vi c ch n v trí đ p tràn có ý ngh a quan tr ng

- Tr c tiên ph i đ ý đ n đ a ch t n n, khi có n n đá thì vi c xây d ng đ p tràn là thích h p nh t N u không có n n đá ho c n n đá x u thì c ng có xem xét b trí trên

n n không ph i là đá

- Ph i gi c nh quan thiên nhiên v n có c a lòng sông, do đó tr c tiên c n nghiên

c u ph ng án b trí đ p tràn t i lòng sông ho c g n bưi sông N u rút ng n chi u

r ng đ p tràn thì đi u ki n thu l c ban đ u có th b phá ho i, do đó ph i có bi n pháp tiêu n ng ph c t p Tuy nhiên, nhi u tr ng h p, ph ng án rút ng n chi u r ng

đ p tràn v n là kinh t h n N u l u l ng tháo nh ho c dòng ch y đư đi u ti t t t thì không nh t thi t ph i b trí đ p tràn gi a lòng sông

- B trí đ p tràn ph i phù h p v i đi u ki n tháo l u l ng thi công và ph ng pháp thi công

- Khi ph m vi n n đá không r ng, đ p không tràn không ph i là đ p bê tông, có th dùng bi n pháp t ng l u l ng đ n v đ rút ng n chi u r ng đ p tràn, đ ng th i có th

k t h p hình th c x m t và x đáy đ tháo l và t n d ng kh n ng tháo l qua nhà máy thu đi n, âu thuy n v.v

- Khi có công trình v n t i thu , vi c b trí đ p tràn c n chú ý đ m b o cho dòng ch y

và l u t c h l u không nh h ng đ n vi c đi l i c a tàu bè

- B trí đ p tràn c n đ m b o cho lòng sông và hai b h l u không sinh ra xói l , đ m

b o an toàn c a công trình

- i v i các sông nhi u bùn cát, b trí đ p tràn c n tránh sinh ra b i l ng nghiêm

+ các h ch a l n; th ng b trí tràn có c a van đ tháo l đ c ch đ ng, linh

ho t, t ng kh n ng tháo do nhi u yêu c u và lý do khác nhau Cao trình ng ng tràn

đ t th p h n MNDBT Do c t n c tràn l n nên t ng đ c l u l ng x , khi Bt không

l n gi m đ c m c n c max trong h và chi u cao đ p, gi m di n tích ng p và chi phí đ n bù Bên c nh đó còn nh ng nh c đi m nh hình th c k t c u ph c t p, thi công khó, v n hành s d ng đòi h i tính khoa h c chính xác, chi phí đ u t và qu n lý cao, kh n ng x y ra m t an toàn c a thi t b đóng m c a van hay k t c a van có th

d n đ n s c không l ng

+ các h ch a n c v a và nh ; đ i v i các h ch a n c v a và nh đ c bi t là

h vùng sâu vùng xa, đi u ki n qu n lý v n hành khó kh n thì th ng ch n hình

th c tràn t đ ng Cao trình ng ng b ng m c MNDBT, lo i này có nh ng u đi m

nh l i d ng đ a hình t nhiên đ m r ng quy mô tràn, (nh đ a hình eo yên ng a

th p, r ng và dài) gi m l u l ng đ n v và gi m yêu c u tiêu n ng, k t c u đ n gi n

d thi công, t đ ng v n hành, d qu n lý, kinh phí đ u t và chi phí qu n lý nh Tuy nhiên h n ch c a lo i này là th ng m c n c trong h cao, t ng di n tích ng p và

t ng chi u cao đ p không h th p đ c m c n c trong h khi c n

Chính vì t n t i nh c đi m trên, hi n nay t i m t s h ch a v a và nh đư xét đ n hình th c b trí tràn t do k t h p c a x có van Khi đó c a x có van đ c s d ng

đ h tr tháo các con l v t thi t k ho c x b t m t ph n dung tích h khi có yêu

c u

2.1.3 Các hình th c b trí ng ng tràn t đ ng

Nh đư nêu trên, tràn t đ ng là hình th c b trí ph bi n các h ch a n c v a và

nh Tùy theo đi u ki n đ a hình, đ a ch t và th y v n - l mà có các hình th c b trí (m t b ng) khác nhau Sau đây là các hình th c ph bi n nh t

2.1.3.1 Ng ng tràn tuy n th ng

ây là hình th c b trí đ c áp d ng r ng rãi nh t trong các h v a và nh đư đ c xây d ng Tùy theo quan h gi a h ng n c vào ng ng và h ng c a đ ng tháo sau ng ng mà phân bi t hai lo i:

a) Ng ng tràn d c

Lo i này có h ng n c vào ng ng trùng v i h ng c a đ ng tháo sau ng ng; ch

đ th y l c c a dòng ch y sau ng ng là thu n, tính toán đ n gi n Tuy nhiên khi b

r ng tràn Bt l n thì c n b trí đo n n i ti p thu h p t ng ng tràn vào d c n c đ

gi m kh i l ng tràn Trong tính toán th y l c đo n thu h p c n chú ý t i các đi u

ki n sóng xiên và n c nh y trên đo n thu h p đ đ m b o an toàn Hình th c này là

ch đ th y l c trong máng bên khá ph c t p: dòng ch y trong máng bên là dòng bi n

l ng ch y xo n c (k t h p dòng ch y h ng ngang và h ng d c), trong tính toán

th y l c c n ph i xét đ n đ c đi m này đ l a ch n đ d c và kích th c m t c t máng

đ đ tháo đ c l u l ng yêu c u

Ng ng tràn ngang đ c bi t có l i khi yêu c u kh u di n tràn (Bt) l n Khi đó có th

b trí ng ng tràn theo ph ng c a đ ng đ ng m c bên b h đ gi m kh i l ng đào (so v i ng ng tràn d c) Nh t o đ c Bt l n nên gi m đ c c t n c tràn, gi m

di n tích ng p c a h và t ng đ an toàn v x l c a h (khi l u l ng l đ n t ng thì

c t n c tràn t ng r t ít)

D ng ng ng tràn ngang đ c áp d ng nhi u h nh Ông Lành (Bình nh) hình (2

- 1) N c Ng t (Ninh Thu n), C u T ( k Nông) …

2.1.3.3 Ng ng tràn zik z c (Labyrinth)

Tràn labyrinth là tràn t do có m t b ng hình g p khúc (zík z c) nh m kéo dài đ ng tràn n c dài h n tràn th ng có cùng kh u đ , đư đ c áp d ng nhi u n i trên th

gi i Vi t Nam đ p tràn labyrinth b c đ u đang đ c nghiên c u và áp d ng m t

s công trình nh Tràn x l Sông Móng - Bình Thu n (hình 2 - 3), tràn x l Ph c Hòa - Bình Ph c (hình 1 - 10), tràn x l Khe Tân (Qu ng Nam) …

Nh c đi m c a ki u ng ng tràn này là mu n t ng l u l ng tràn thì ph i t ng chi u cao t ng ng ng tràn và c n di n tích r ng cho b thu n c sau ng ng

b thu n c sau ng ng là dòng 3 chi u, ch khi ra kh i b thu n c, dòng ch y m i

h ng theo tr c c a đ ng tháo sau b

2.1.3.4 Khái ni m đ p tràn m v t (M t b ng)

Tràn m v t là tràn t do có m t b ng gi ng hình m v t, hình v minh h a hình (2 - 5) (m t d ng riêng c a tràn labyrinth), m c đích kéo dài đ ng tràn n c dài h n tràn

th ng có cùng kh u đ B, nh m t ng kh n ng tháo c a đ p tràn, l u l ng x qua tràn

l n g p đôi so v i ng ng tràn th ng thông th ng (ng ng tràn ngang)

+ c đi m làm vi c:

Dòng ch y qua đ p tràn m v t v c b n gi ng nh dòng ch y qua đ p tràn labyrinth,

h ng dòng ch y qua ng ng vuông góc v i tuy n ng ng tràn, sau đó chuy n h ng theo d c tr c c a máng thu đ đ vào đ ng tháo sau máng

Máng thu c a tràn m v t c ng có nh ng đ c đi m t ng t nh máng bên c a tràn ngang Tuy nhiên tràn m v t có u đi m h n ch ng ng tràn b trí c 2 bên nên

t ng đ c di n tích tràn n c; dòng ch y trong máng thu c ng ít xoáy h n do s va

đ p c a 2 lu ng nh p vào máng t 2 phía làm t ng kh n ng tiêu hao n ng l ng Bên

c nh nh ng u đi m trên thì nh c đi m c a ki u ng ng tràn này c ng gi ng nh tràn Labyrinth, mu n t ng l u l ng tràn thì ph i t ng chi u cao t ng ng ng tràn và

t ng b r ng c a máng thu

Hình 2 - 5: M t b ng tràn m v t

Nh v y, đ i v i các h ch a n c v a và nh , đ c bi t là các h vùng sâu vùng xa

có đi u ki n v n hành và qu n lý khó kh n thì b trí ng ng tràn t đ ng là m t gi i pháp an toàn và h p lý Tuy nhiên, đ đ m b o linh ho t ng x trong m i tr ng h p thì t ng h c ng nên b trí thêm c a x sâu đ có th tháo c n m t ph n dung tích h khi c n thi t, ho c có th ph i h p v i tràn t đ ng đ tháo c n các con l v t thi t

Tràn m v t bao g m ng ng tràn và máng thu n c sau ng ng Máng th ng b trí

đ i x ng trên m t b ng đ t n d ng s va đ p c a các tia dòng đ i x ng qua tr c nh m

t ng kh n ng tiêu n ng, gi m dòng ch y cu n trong máng thu Vi c b trí m t b ng máng thu ph thu c r t nhi u vào đi u ki n đ a hình, đ a ch t c a t ng công trình c

th Sau đây đ xu t m t s s đ đ i bi u đ nghiên c u

2.2.1.1 Máng thu m r ng d n

S đ máng thu m r ng d n nh trên hình 2 - 6

B r ng Bn c a m t c t cu i máng th ng l y theo b r ng d c n c (đ c xác đ nh theo l u l ng đ n v kh ng ch q; tr s c a q ph thu c vào đi u ki n đ a ch t c a

d c n c và b tiêu n ng sau d c)

B r ng B1 c a m t c t đ u máng xác đ nh theo đi u ki n đ không gian đ 2 tia dòng

đ i x ng 2 bên va đ p và tiêu n ng tr c khi nh p vào dòng ch y d c máng Tr s c a

B1 ph thu c vào c t n c l n nh t trên ng ng tràn (H) theo quan h đ ng bi n (H

l n thì B1 l n)

V m t th y l c đây là cách b trí thu n nh t, vì m t c t ngang c a máng t ng d n theo chi u dòng ch y, phù h p v i quy lu t t ng c a l u l ng Ngoài ra l u t c nh p dòng c ng đóng góp m t ph n n ng l ng trong vi c đ y kh i n c ch y xuôi d c theo tr c máng (làm t ng kh n ng tháo c a máng)

Hình th c này đ c đ xu t đ kh c ph c h n ch c a lo i tràn trên: v i máng thu có

b r ng m t c t đ u B1 l n thì t ng chi u dài máng s ng n h n ( ng v i Btđư đ nh)

do đó tránh đ c vi c đ t móng v trí có đáy h sâu, khó x lý và d gây m t n

đ nh

C ng nh s đ 1 tr s Bn c a m t c t cu i máng xác đ nh theo tr s l u l ng đ n v

kh ng ch trên d c n c Còn tr s B1 m t c t đ u máng xác đ nh theo đi u ki n rút

ng n chi u dài máng đ n m c có th , nh m tránh ph m vi đáy h sâu

V m t th y l c b trí máng thu theo cách này là không thu n, do l u l ng thì t ng

d n theo chi u dòng ch y mà b r ng máng thu l i gi m d n, do đó đ d c đáy máng

ph i l n, kh i l ng đào và gia c máng t ng lên M t khác do máng thu h p d n, hình chi u c a l u t c nh p dòng lên tr c máng s làm c n tr dòng ch y trong máng và đòi

h i di n tích m t c t máng ph i l n đ t i đ c l u l ng yêu c u

Hình th c máng thu h p d n thích h p v i đi u ki n đ a hình lòng h phía tr c tuy n

đ p có đ d c l n, không cho phép kéo dài m v t sâu vào lòng h M c dù hình th c này còn t n t i v n đ th y l c dòng ch y ph c t p, song c ng là ph ng án đ c cân

nh c khi b trí công trình đ u m i t i nhi u h ch a

Hình 2 - 7: Máng thu thu h p d n (S đ 2)

2.2.1.3 Hình th c máng thu ki u l ng tr (hình 2 - 8)

ây là hình th c trung gian gi a 2 cách b trí nêu trên Vi c b trí b r ng máng không đ i theo chi u dài máng là thu n l i cho thi t k và thi công máng

V m t th y l c, c b n dòng ch y trong máng là thu n H ng nh p dòng t 2 phía

c a máng là đ i đ u nhau nên kh n ng tiêu hao n ng l ng t t, kh c ph c đ c dòng

ch y xo n c trong máng Tuy nhiên cách b trí này không l i d ng đ c h ng c a

l u t c nh p dòng đ t ng kh n ng tháo (hình chi u c a l u t c nh p dòng lên

ph ng tr c máng thu b ng không)

i u ki n ng d ng c a s đ 3 c ng t ng t nh s đ 1, t c khi đ a hình đáy h cho phép kéo dài đ u tràn m v t v phía th ng l u

26

Hình 2 - 9: M t s d ng đ nh tràn [9]

H s l u l ng ph thu c vào hình d ng c a ph n đ u ng ng và m c đ chân không

t o ra d i làn n c qua ng ng M c đ chân không l i thay đ i theo c t n c tràn, do đó khi c t n c tràn thay đ i thì tr s h s l u l ng m c ng thay đ i theo Quan h này đ c xác đ nh thông qua thí nghi m mô hình Theo k t qu nghiên c u

c a vi n khoa h c Th y l i mi n Nam, tr s trung bình c a h s l u l ng c a các

d ng ng ng tràn zik z c có th l y m = 0,43 V i các công trình t c p II tr lên, sau khi tính toán c n ph i ti n hành thí nghi m mô hình đ chính xác hóa kh n ng tháo

M c đích v đ ng m t n c trong máng thu là đ ki m tra kh n ng ch y ng p qua

ng ng tránh ch y ng p và làm cho kh n ng tháo không b gi m, đ sâu ng p trên ng ng hn (k t ng ng tr lên) kh ng ch hn≤ 0,4Htr

28

l là kho ng cách gi a 2 m t c t (m)

Nh v y đ ng m t n c trong máng bên đ c xác đ nh Bi t đ sâu t i m i m t c t,

do đó có th xác đ nh cao trình đáy toàn b máng thu

2.3.2.2 Ph ng pháp dòng bi n l ng [1], [4]

(Ngô Trí Vi ng và các tác gi : Th y công t p II - 2005 Nguy n V n Cung và các tác

gi : Công trình tháo l trong đ u m i h th ng Th y l i - 2005)

Gi thi t dòng ch y là n đ nh Có th dùng bi u th c sau đây đ v đ ng m c n c trong máng thu

2

02

o o

Ch s “tb” dùng đ ch tr s trung bình c ng c a 2 tr s cho c hai m t c t Trong

tr ng h p dòng nh p vào vuông góc v i tr c c a dòng c b n c a máng bên (S đ 3) thì  = 0, lúc đó ph ng trình (2 - 13) có d ng

Rtb là bán kính th y l c trung bình c a hai m t c t g n nhau (m)

tb là di n tích m t c t t trung bình 2 m t c t g n nhau trong máng (m2)

L u l ng t i m t c t tính toán Qx

(m3/s)

Chi u sâu h (m) Chi u r ng máng bên b (m)

Di n tích m t c t  (m2)

L u t c v (m/s) Chu vi t  (m) Bán kính th y l c R (m)

tb tb tb

Q

X

C  R 

2.3.3 L a ch n ph ng pháp tính toán

Có các ph ng pháp khác nhau đ tính toán th y l c dòng bi n l ng T n i dung các m c đư trình bày trên ta th y ph ng pháp dòng bi n l ng đư xét khá đ y đ các y u t th y đ ng l c c a dòng ch y trong máng, c th trong ph ng trình (2 - 14):

- L c làm bi n đ i l u t c d c theo tr c máng: s h ng đ u v ph i c a ph ng trình;

- L c đ kh c ph c ma sát d c theo dòng ch y (ma sát v i thành bên và ma sát n i

b ): s h ng th 2 v ph i c a ph ng trình;

- L c đ đ y ph n l u l ng m i nh p vào máng, làm cho nó chuy n đ ng theo

ph ng tr c máng: s h ng th 3 v ph i c a ph ng trình;

Vì v y ph ng pháp dòng bi n l ng ph n ánh khá đ y đ b n ch t c a dòng ch y trong máng thu Trong Lu n v n l a ch n ph ng pháp này đ tính toán

), các m t c t còn l i chi u sâu h

2.4 Nghiênăc uăt ngăquátăcácăthôngăs ăth yăl c c aămángăthuăn că ătrƠnăm ăv t

Nghiên c u các thông s th y l c, áp d ng v i đ p tràn th c d ng Ôphixêrôp lo i không chân không trong tr ng h p ch y t do đi vào máng thu

 là h s co h p bên, v i đ p tràn t do không có phân khoang  = 1

m là h s l u l ng, l y theo các s tay ho c tiêu chu n tính toán i v i đ p tràn

th c d ng không chân không ki u Ôphixêrôp m = 0,46 ÷ 0,49;