NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BỂ TIÊU NĂNG HỢP LÝ ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH ĐÁ HÀN HÀ TĨNH

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BỂ TIÊU NĂNG HỢP LÝ ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH ĐÁ HÀN HÀ TĨNH

Trong th i gian h c t p cao h c khóa 16 t i tr ng, h c viên đã đ c các th y

cô các b môn khoa h c c a tr ng t n tình ch d n, giúp đ , đ c khoa đào t o sau

đ i h c quan tâm ng th i h c viên luôn nh n đ c s giúp đ c a các anh ch em

h c viên cùng khóa

T rong th i gian h c viên làm lu n v n, đ c s h ng d n t n tình c a th y giáo h ng d n khoa h c PGS.TS Lê V n Ngh , công tác t i Phòng thí nghi m tr ng

đi m qu c gia v đ ng l c h c sông bi n – Vi n khoa h c Th y l i Vi t Nam, giúp

h c viên hoàn thành lu n v n này c Phòng thí nghi m tr ng đi m qu c gia v

đ ng l c h c sông bi n – Vi n khoa h c Th y l i Vi t Nam và c quan t v n thi t k giúp cung c p tài li u đ h c viên làm lu n v n

Ngoài ra đ hoàn thành đ c khóa h c, h c viên đã nh n đ c s giúp đ t o

m i đi u ki n c a gia đình, c a lãnh đ o và anh ch em trong đ n v mà h c viên công tác

Vì v y nhân d p này h c viên xin chân thành g i t i nhà tr ng, các th y cô,

b n bè, anh ch em đ n v công tác và gia đình h c viên l i bi t n và c m n sâu s c

nh t

c bi t h c viên xin bày t lòng bi t n và c m n sâu s c t i th y giáo h ng

d n khoa h c PGS.TS Lê V n Ngh và Phòng thí nghi m tr ng đi m qu c gia v đ ng

l c h c sông bi n – Vi n khoa h c Th y l i Vi t Nam đã giúp đ h c viên hoàn thành

lu n v n này

Do trình đ và th i gian có h n nên lu n v n không th tránh kh i nh ng t n t i,

h n ch Tác gi r t mong nh n đ c m i ý ki n đóng góp và trao đ i chân thành c a

ng i đ c

Hà N i, ngày 01 tháng 12 n m 2010

H c viên

M C L C

1

M U 1 5 1

1.í ngh a th c ti n, khoa h c c a lu n v n 1 5 1

2 M c tiờu, ph ng phỏp và ph m vi nghiờn c u 1 8 1

3 B c c c a lu n v n 1 9 1

CH NG 1: T NG QUAN 1 10 1

1.1 T ng quan v tỡnh hỡnh xõy d ng tràn x l và tiờu n ng sau tràn trong cỏc cụng trỡnh th y l i, th y đi n Vi t Nam 1 11 1

1.2 T ng quan tiờu n ng đáy sau tràn th c d ng và cu i d c n c 1 14 1

1.2.1.Tỡnh hỡnh xõy d ng cụng trỡnh tràn tiờu n ng đỏy 1 14 1

1.2.2 Tỡnh hỡnh v n hành th c t m t s h ch a và cụng trỡnh x l 1 15 1

1.3 nh h ng c a chi u sõu, chi u dài b đ n hi u qu tiờu n ng 1 16 1

1.4 Cỏc hỡnh th c k t c u tiờu n ng dũng đỏy 1 16 1

1.4.1 B tiờu n ng: 1 17 1

1.4.2 T ng tiờu n ng 17

1

1.4.3 B t ng k t h p: 1 18 1

1.5 K t lu n ch ng 1: 1 19 1

CH NG 2: NGHIấN C U Lí THUY T V B TIấU N NG SAU TRÀN

V N HÀNH 1 20 1

2.1.Lý thuy t t ng t đ thi t l p mụ hỡnh nghiờn c u 1 20 1

2.1.1 Kh ỏi ni m v mụ hỡnh: 1 20 1

2.1.2 Lý thuy t t ng t 1 22 1

2.2 Nghiờn c u lý thuy t v n i ti p và tiờu n ng sau tràn 1 25 1

2.2.1 N c nh y 1 25 1

2.2.2 N i ti p dũng ch y h l u cụng trỡnh 1 25 1

2.3 Tớnh toỏn b tiờu n ng sau tràn 1 27 1

2.3.1 Tớnh toỏn chi u sõu b 1 28 1

2.3.2 Tớnh toỏn chi u dài b : 1 29 1

2.3.3 o n gia c h l u 1 31 1

2.3.4 Cỏc bi n phỏp tiờu n ng ph tr 1 32 1

2.3.5 L u l ng tớnh toỏn tiờu n ng 1 37 1

2.4 K t lu n ch ng 2: 1 38 1

CH NG 3: NGHIấN C U THÍ NGHI M Mễ HèNH TH Y L C TRÀN V N HÀNH Á HÀN HÀ T NH 1 39 1

3.1 Gi i thi u chung v cụng trỡnh ỏ Hàn Hà T nh 1 39 1

3.1.1 V trớ cụng trỡnh 1 39

3.1.2 Nhi m v công trình 1 39 1

3.1.3 Quy mô công trình 1 39 1

3.2 Nhi m v thí nghi m mô hình 1 42 1

3.3 Xây d ng mô hình 1 42 1

3.3.1.Ch n lo i mô hình 1 42 1

3.3.2.Tiêu chu n t ng t 1 43 1

3.3.3 Ch n t l mô hình 1 44 1

3.3.4 Xây d ng mô hình 1 45 1

3.3.5 Thi t b đo đ c, thí nghi m mô hình 1 47 1

3.3.6 ánh giá sai s v xây d ng và l p đ t mô hình đ p tràn 1 49 1

3.4 K t qu thí nghi m ph ng án thi t k 1 50 1

3.4.1 Các tr ng h p và l u l ng yêu c u thí nghi m 1 50 1

3.4 2 Thí nghi m ki m nghi m mô hình 1 50 1

3.4.3 K t qu thí nghi m mô hình ph ng án thi t k 1 53 1

3.4.4 Nh n xét ph ng án thi t k và m t s đ ngh 1 65 1

3.5 K t qu thí nghi m ph ng án hoàn thi n 1 69 1

3.5.1 N i dung c a ph ng án hoàn thi n đ a vào thí nghi m 1 69 1

3.5.2 K t qu thí nghi m ph ng án hoàn thi n 1 70 1

3.6 K t lu n ch ng 3: 1 88 1

Ch ng 4: SO SÁNH K T QU TÍNH TOÁN LÝ THUY T VÀ THÍ NGHI M

MÔ HÌNH 1 89 1

4.1 S li u ban đ u 1 89 1

4.2 K t qu tính toán 1 90 1

4.2.1 Ph ng án thi t k 1 90

4.2.2 Ph ng án hoàn thi n 92

1

4.3 K t lu n 1 96 1

K T LU N, T N T I VÀ KI N NGH 1 97 1

1 K t lu n 1 97 1

2 Nh ng v n đ còn t n t i, ki n ngh 1 98 1

2.1 V n đ còn t n t i, h n ch 1 98 1

2.2 Ki n ngh 1 98 1

TÀI LI U THAM KH O 1 1 101

M C L C B NG

1

B ng 1.1 B ng th ng kê m t s h đ p, đ p tràn xây d ng Vi t Nam s d ng

bi n pháp tiêu n ng đáy 1 11 1

B ng 2.1 Tr s a P

* P , b P

* P , c P

* P , S 1 34 1

B ng 2.2 Tr s M, N 1 35 1

B ng 2.3 Tr s A 1 35 1

B ng 2.4 Các h s r, t,s 1 36

B ng 3.1 K t qu ki m nghi m mô hình v kh n ng tháo - PATK 50

B ng 3.2 K t qu ki m nghi m mô hình v kh n ng tháo - PATK 51

1

B ng 3.3 K t qu thí nghi m đo đ ng m t n c Tràn x l á Hàn - Ph ng án thi t k 1 1 Q=2038 m P

3 P /s; Z R TL R = 43,38m; Z R HL R = 24,70m; 1 55 1

thi t k Q=1742 m P

3 P /s; Z R TL R = 42,76m; Z R HL R = 24,05m 56 1

B ng 3.5 K t qu thí nghi m đo đ ng m t n c Tràn x l á Hàn Ph ng án

thi t k , 1 Q=1400 m P

3 P /s; Z R

TL R = 42,05m; Z R

HL R = 23,30m 1 57 1

B ng 3.6 K t qu thí nghi m đo đ ng m t n c tràn x l á Hàn Ph ng án

thi t k , Q=1100 m P

3 P /s; Z R

TL R = 41,40m; Z R

HL R = 22,58m 58 1

thi t k , Q=800 m P

3 P /s; Z R TL R = 40,69m; Z R HL R = 21,80m 59 1

B ng 3.8 K t qu thí nghi m đo đ ng m t n c tràn x l á Hàn - Ph ng án

thi t k , Q=500 m P

3 P /s; Z R TL R = 39,90m; Z R HL R = 20,85m 60 1

B ng 3.9 B ng các thông s n c nh y - PATK1 64 1

B ng 3.10 B ng xác đ nh hi u qu tiêu n ng – PATK1 65 1

B ng 3.11 sâu dòng ch y trên ng ng và cu i d c.1 70 1

B ng 3.12 K t qu thí nghi m đo đ ng m t n c mô hình tràn x l á Hàn -

Ph ng án hoàn thi n , Q=2038 m P

3 P /s; Z R TL R = 43,38 m; Z R HL R = 27,75m 74 1

B ng 3.13 K t qu thí nghi m đo đ ng m t n c mô hình tràn x l á Hàn -

Ph ng án hoàn thi n , Q=1742 m P

3 P /s; Z R TL R = 42,67 m; Z R HL R = 26,87m 75 1

B ng 3.14 K t qu thí nghi m đo đ ng m t n c mô hình tràn x l á Hàn -

Ph ng án hoàn thi n , Q=1400m P

3 P /s; Z R TL R = 41,40m; Z R HL R = 26,47m 76 1

B ng 3.15 K t qu thí nghi m đo đ ng m t n c mô hình tràn x l á Hàn -

Ph ng án hoàn thi n , Q=1100 m P

3 P /s; Z R

TL R = 42,05 m; Z R

HL R = 25,87m 77 1

B ng 3.16 K t qu thí nghi m đo đ ng m t n c mô hình tràn x l á Hàn -

Ph ng án hoàn thi n , Q=800 m P

3 P /s; Z R

TL R = 40,68 m; Z R

HL R = 24,47m 78 1

B ng 3.17 K t qu thí nghi m đo đ ng m t n c mô hình tràn x l á Hàn -

Ph ng án hoàn thi nQ=500 m P

3 P /s; Z R

TL R = 39,90 m; Z R

HL R = 23,16m 79 1

B ng 3.18 Các thông s c a n c nh y- PAHT1 84 1

B ng 3.19 Xác đ nh n ng l ng tiêu hao trong b -PA hoàn thi n 1 85 1

B ng 3.20 So sánh hi u qu hai ph ng án1 87 1

B ng 4.1 B ng s li u đ u vào đ tính toán thông s chi u dài n c nh y 1 89 1

B ng 4.2 K t qu tính chi u dài n c nh y – ph ng án thi t k 1 93 1

B ng 4.3 K t qu tính chi u dài n c nh y – ph ng án thi t k 1 94 1

B ng 4.4 K t qu tính chi u dài n c nh y – ph ng án hoàn thi n 1 95

M C L C HÌNH NH

1

Hình 1.1 B tiêu n ng 1 17 1

Hình 1.2 T ng tiêu n ng 1 18 1

Hình 1.3 B t ng k t h p 1 19 1

Hình 2.1 S đ tính toán b tiêu n ng 1 28 1

Hình 2.2 Bi u đ l u t c công trình tháo 1 31 1

Hình 2.3 M t s hình th c m nhám 1 33 1

Hình 2.4 Hình th c các thi t b tiêu n ng (kích th c trong hình ghi theo m) 1 36 1

Hình 2.5 S đ tình hình dòng ch y khi có thi t b tiêu n ng trên sân sau 1 37 1

Hình 3.1 m t b ng mô hình t ng th tràn x l á Hàn 1 46 1

Hình 3.2 C t d c mô hình tràn x l á Hàn 1 46 1

Hình 3.3 V trí m t c t và đi m đo l u t c và m c n c trên mô hình 1 49 1

Hình 3 4 Quan h th c nghi m Q = f(Z R h R ) và Q = f(Z R kênh R ) 1 51 1

Hình 3.5 Quan h th c nghi m Q = f(m) - tràn t do 1 52

1 nh 3.1 Tình hình th y l c trên tràn và d c n c – PATK 1 54

1 nh 3.2 N c nh y trong b tiêu n ng và nh y th c p sau b - PATK 1 55

1 nh 3.3 B trí 02 ng ng trên d c n c, hai hàng m trong b và rút ng n chi u dài b tiêu n ng (L R

b R =30m)- PAHT 68

1 nh 3.4 Tình hình th y l c trên d c n c và trong b tiêu n ng , n c tràn qua đ nh thành b - PAHT 72

1 nh 3.5 N c nh y đ y lùi vào đ u b và nh y ng p trong b tiêu n ng, không còn

n c nh y th c p kênh x sau b – PAHT 1 73

M U 1.Ý ngh a th c ti n, khoa h c c a lu n v n

t n c ta có đi u ki n đ a hình r t đ c thù, phía Tây là đ i núi cao, phía ông là các vùng đ ng b ng l n ven bi n, Vi t Nam là m t trong nh ng

n c có h th ng sông, su i dày đ c ây là m t ti m n ng l n đ xây d ng

và phát tri n các công trình th y đi n, th y l i ph c v cho công cu c công nghi p hóa, hi n đ i hóa đ t n c, góp ph n vào quá trình phát tri n xã h i,

c i thi n đ i s ng nhân dân

Vi c xây d ng các đ p ng n, đ p dâng trên các sông, su i s làm hình thành nên các h ch a Bên c nh tác d ng đi u hòa dòng ch y trong mùa l ,

l n Theo tài li u đi u tra c a C c Thu l i, s c công trình mà nguyên nhân

xu t phát t vi c h h ng công trình tràn có t l nh sau: H có dung tích t

5 ÷ 10 tri u mP

3

P

có g n 30% h h ng là do s c tràn; H có dung tích 1 ÷ 5 tri u mP

Nh v y h ng m c công trình tràn x n c là m t trong nh ng y u t quan tr ng quy t đ nh hi u qu làm vi c c a t ng th m t d án th y l i, th y

đi n Vi c b trí đ p tràn có quan h v i b trí t ng th , đi u ki n thi công,

đi u ki n đ a ch t, đ a hình, th y v n , vi c ch n ra đ c k t c u tràn phù

h p c ng là m t v n đ luôn đ c quan tâm Hình th c k t c u công trình tràn

đ c ch n s quy t đ nh hi u qu tiêu hao n ng l ng th a c a dòng ch y

qua tràn Trong đó k t c u m t c t tràn quy t đ nh kh n ng tiêu hao n ng

l ng trên đo n m t tràn và hình th c tiêu n ng quy t đ nh kh n ng tiêu hao

n ng l ng đo n sau tràn

V i nh ng công trình có c t n c cao có nhi u bi n pháp tiêu n ng nh : Tiêu n ng phóng x , tiêu n ng dòng m t, tiêu n ng dòng đáy… M i hình th c tiêu n ng này l i có nh ng u nh c đi m khác nhau và phù h p v i nh ng

đi u ki n đ a hình, đ a ch t khác nhau Chính vì v y vi c nghiên c u m t bi n pháp tiêu n ng thích h p cho m i công trình là h t s c c n thi t Nó là ti n đ cho công trình ho t đ ng n đ nh có hi u qu sau này V i nh ng công trình

ch ng k t qu tính toán lý thuy t b ng các s li u đo t ng đ i t ng đ ng

v i th c t đ ng th i tìm ra nh ng hi n t ng b t l i cho công trình mà trên

lý thuy t không th l ng h t đ c là m t trong nh ng bi n pháp đang đ c

áp d ng ngày càng r ng rãi

i v i tràn v n hành, các c p l u l ng, m c n c x qua tràn có đ chênh l ch khá l n nên hi u qu làm vi c c a tràn ph thu c r t nhi u vào hình d ng kích th c c a tràn c bi t là chi u dài, chi u sâu b Chi u sâu

b quy t đ nh ch đ n c nh y sau b tiêu n ng (n c nh y ng p, nh y t i

ch , nh y phóng xa); còn chi u dài b nh h ng r t l n đ n đi u ki n kinh t

k thu t công trình Vì v y, tính toán và l a ch n kính th c h p lý c a b tiêu n ng s góp ph n r t l n trong hi u qu tiêu hao n ng l ng c a dòng

ch y, gi i quy t v n đ n i ti p th y l c sau công trình x , làm gi m xói l h

l u công trình và gi m m c đ uy hi p s c t i t ng th d án và đem l i

hi u qu kinh t cho công trình

Vi c xác đ nh kích th c b tiêu n ng hi n nay đ u d a trên các

ph ng pháp lý thuy t và công th c th c nghi m tính toán chung dành cho t t

c các công trình Trong khi, th c t m i công trình có nh ng đi u ki n đ c

Công trình á Hàn t nh Hà t nh thi t k ban đ u ch n hình th c tiêu

n ng ki u m i phun song do tình hình đ a ch t t i tuy n tràn không ph i là

n n đá, ngay c l p đá phi n sét 4b có c ng đ kháng nén khô ch a t i 185KG/cm2 do v y ph ng án tiêu n ng b ng m i phun sau tràn là không

thớch h p Do đú ph i chuy n đ i sang tiờu n ng đỏy nh m b o đ m n đ nh

cụng trỡnh

Cỏc thụng s v b tiờu n ng c a tràn v n hành ỏ Hàn đó đ c tớnh toỏn và đ c ti n hành thớ nghi m t i Trung tõm nghiờn c u Th y l c – Phũng thớ nghi m tr ng đi m Qu c gia v đ ng l c h c sụng bi n - Vi n Khoa h c Th y l i Vi t Nam Tuy nhiờn k t qu thớ nghi m đú ch a đ c nghiờn c u, phõn tớch, đỏnh giỏ và đ i ch ng v i tớnh toỏn lý thuy t trong bài toỏn c th nh m xỏc đ nh kớch th c h p lý cho b tiờu n ng c a tràn v n hành ỏ Hàn và cho cỏc cụng trỡnh t ng t

tài “Nghiờn c u xỏc đ nh kớch th c b tiờu n ng h p lý ỏp d ng

cho cụng trỡnh ỏ Hàn Hà T nh ” ti n hành phõn tớch k t qu đo đ c t thớ

nghi m mụ hỡnh, so sỏnh, đ i ch ng v i cỏc k t qu tớnh toỏn lý thuy t là h t

s c c n thi t và cú ý ngh a th c ti n đ i v i cụng trỡnh ỏ Hàn núi riờng và cỏc cụng trỡnh cú đi u ki n t ng t núi chung, nờn đõy là đ tài c n thi t và

cú ý ngh a th c ti n

2.1 M c đớch c a đ tài:

- Nghiên cứu xác định kích thước hợp lý của bể tiêu năng và khả năng

tiêu năng của tràn, tính toán áp dụng cụ thể cho tràn vận hành Đá Hàn tỉnh Hà Tĩnh

- ánh giá so sánh kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thí nghiệm mô

hình để rút ra vấn đề cần lưu ý trong việc nghiên cứu xác định kích thước bể tiêu năng

- Thu th p cỏc tài li u tham kh o

2.2 Ph ng phỏp nghiờn c u:

- Lu n v n k t h p gi a nghiờn c u lý lu n và nghiờn c u th c nghi m

1.2 T ng quan tiờu n ng đáy sau tràn th c d ng và cu i d c n c

1.3 nh h ng c a chi u sõu, chi u dài b đ n hi u qu tiờu n ng

1.4 Cỏc hỡnh th c k t c u tiờu n ng dũng đỏy

TRÀN V N HÀNH

2.1 Lý thuy t t ng t đ thi t l p mụ hỡnh nghiờn c u

2.2 Nghiờn c u lý thuy t v n i ti p và tiờu n ng sau tràn

2.3 Tớnh toỏn b tiờu n ng sau tràn

3.1 Gi i thi u chung v công trình á Hàn

3.2 Nhi m v thí nghi m mô hình

3.3 Xây d ng mô hình

3.4 K t qu thí nghi m ph ng án thi t k

3.5 k t qu thí nghi m ph ng án hoàn thi n

CH NG 4: SO SÁNH K T QU TÍNH TOÁN LÝ THUY T VÀ THÍ NGHI M MÔ HÌNH

1.1 T ng quan v tình hình xây d ng tràn x l và tiêu n ng sau tràn trong các công trình th y l i, th y đi n Vi t Nam, [13]

n c ta hi n nay có r t nhi u h ch a n c đã và đang đ c xây

d ng Các công trình này ch y u đ c xây d ng trung du và mi n núi Các

công trình này đóng góp m t ph n không nh cho s phát tri n c a nhi u ngành kinh t , góp ph n n đ nh xã h i, an ninh, qu c phòng

Tràn x l là m t ph n không th thi u trong h th ng đ u m i công trình h ch a, chi m m t t tr ng khá l n trong t ng v n đ u t xây d ng công trình Vì v y vi c tính toán, l a ch n ph ng án tràn x l và tiêu n ng sau tràn có ý ngh a r t quan tr ng Vi c l a ch n hình th c, b trí tràn x l

và tiêu n ng sau tràn tùy thu c vào đi u ki n đ a hình, đ a ch t, gi i pháp b trí t ng th công trình, đi u ki n qu n lý v n hành

V i công trình tràn x l vi c tiêu hao n ng l ng c a dòng ch y là vô cùng quan tr ng Chính vì v y vi c l a ch n hình th c tiêu n ng có ý ngh a quan tr ng v i công trình tràn x l và v i c h th ng công trình V i nh ng công trình có đ a ch t n n y u, c t n c th p thì s d ng bi n pháp tiêu n ng đáy là thích h p Trong th c t n c ta c ng r t nhi u công trình s d ng

đ m

72 C a van + TN

đáy

1.2.1.Tình hình xây d ng công trình tràn tiêu n ng đáy

Theo th ng kê Vi t nam có kho ng trên 650 h , đ p ch a c l n và

v a, trên 35.000 h , đ p ch a c nh Tính đ n nay, chúng ta đã xây d ng và

đ a vào khai thác trên 500 h ch a n c có dung tích t 1 tri u mét kh i tr lên, tr m t s h có m c đích chính là phát đi n còn l i ch y u là tr n c

đ t i và c p n c sinh ho t

Trong vi c b trí t ng th m t d án th y l i, th y đi n, công trình tràn

x n c và v n đ tiêu n ng sau tràn nh m đ m b o n i ti p dòng ch y h l u chi m m t v trí quan tr ng Hình th c tiêu n ng phòng xói đ c l a ch n

d a trên đi u ki n đ a hình, đ a ch t, đi u ki n dòng x , ph ng th c v n hành, chi u sâu n c h l u

c đi m tiêu n ng dòng đáy là l i d ng s c c n n i b c a n c nh y,

đó là hình th c th ng dùng nh t i u ki n c b n c a hình th c tiêu n ng này là chi u sâu n c h l u ph i l n h n chi u sâu liên h p th hai c a

tông Khi n n đá x u, đo n n i ti p theo sau sân sau (sân sau th hai) c n

đ c b o v thích đáng Mu n t ng hi u qu tiêu n ng thì th ng trên sân sau xây thêm các thi t b tiêu n ng ph nh m , ng ng, v.v đ cho s xung kích n i b dòng ch y càng mãnh li t và ma sát gi a dòng ch y v i các thi t

b đó c ng có th tiêu hao m t ph n n ng l ng Bi n pháp này có hi u qu

t t và đ c ng d ng r ng rãi Tiêu n ng dòng đáy th ng đ c dùng v i c t

n c th p, đ a ch t n n t ng đ i kém Khi c t n c cao, hR c RP

"

Pr t l n, yêu c u chi u sâu n c h l u l n, nh v y ph i đào sâu sân sau và c n đ c b o v kiên c h n Lúc đó, hình th c tiêu n ng đáy th ng không kinh t

Trong nh ng n m g n đây, các công trình th y đi n, th y đi n k t h p

th y l i l n đ c phát tri n xây d ng nhanh, trong lúc kinh nghi m thi t k , nghiên c u c a ta còn h n ch Nhi u nghiên c u c a n c ngoài ch a đ c

c p nh t h ng d n s d ng trong n c Hi n nay có r t nhi u công th c và

đ a đ n nh ng k t qu c ng r t khác nhau Do đó vi c áp d ng công th c tính

toán nh th nào đ k t qu tính toán là ch tiêu k thu t tin c y, an toàn và kinh t cho công trình là m t bài toán cho m i công trình c th gi i quy t

v n đ này, vi c k t h p phân tích, đ i ch ng, so sánh gi a tính toán lý thuy t

và k t qu nghiên c u th c nghi m mô hình đang là h ng đi h p lý và ngày

Nh v y s c h ch a do s c đ p tràn gây ra chi m t l r t cao S

c đ p tràn th ng do các nguyên nhân: L v t qua đ nh đ p tràn; Th m qua

n n; Th m qua thân đ p; p b trôi ho c b gãy; Xói tiêu n ng; Xói l h

l u; Gãy, k t c a van; H ng thi t b đóng m

Trong đó xói tiêu n ng th ng do các nguyên nhân sau: ánh giá sai

đ a ch t n n; Xác đ nh sai m c n c h l u đ p, Bi n pháp tiêu n ng không

h p lý; Thi công ph n tiêu n ng không đ m b o ch t l ng; V n hành tràn sai

quy trình

1.3 nh h ng c a chi u sâu, chi u dài b đ n hi u qu tiêu n ng

Các kích th c chi u sâu, chi u dài b có nh h ng r t l n đ n hi u

qu tiêu n ng, phòng xói h l u công trình

Chi u sâu b ph i đ m b o đi u ki n c b n c a hình th c tiêu n ng đáy là chi u sâu n c h l u ph i l n h n chi u sâu liên h p th hai c a

n c nh y hR h R > hR c R P

''

Pđ đ m b o sinh n c nh y ng p Nh ng n u chi u sâu b quá l n s d n đ n n c nh y quá ng p, lúc này dòng n c l i ch y lu n đáy và d n đ n phá h y lòng d n đáy công trình

Chi u dài b c ng có nh h ng r t l n đ n hi u qu kinh t k thu t

c a công trình N u ta làm b quá dài thì đ m b o tiêu n ng t p trung trong b (b gói g n n c nh y) nh ng không kinh t và ng c l i n u b ng n thì

chúng ta không gói đ c n c nh y trong b

Vì v y ngoài k t qu tính toán lý thuy t, c n ti n hành thí nghi m mô

hình v i m i công trình c th , trong đi u ki n biên t ng đ ng v i th c t đ xác đ nh kích th c b tiêu n ng h p lý, đ m b o tiêu hao n ng l ng th a

c a dòng ch y đ t hi u qu cao nh t đ i v i công trình đó

1.4 C ác hình th c k t c u tiêu n ng dòng đáy, [16]

K t c u tiêu n ng dòng đáy g m có các hình th c sau: ào b tiêu

c n tiêu n ng m t l n

1.4.2 T ng tiêu n ng:

N u đi u ki n k t c u và thi công, khi làm b tiêu n ng không thích

h p thì nên dùng t ng tiêu n ng T ng tiêu n ng làm vi c nh m t đ p tràn

và chúng ta ph i ki m tra tr ng thái ch y qua t ng:

Z'

Z' h d

h o

v q

q t

C

o

v o o o

lý Trong tr ng h p th nh t, b s ph i r t sâu, đáy kênh h l u ph i h

th p quá nhi u và tiêu n ng h l u đ p s n ng n thêm Trong tr ng h p

th hai, t ng s ph i quá cao, sau t ng r t có kh n ng x y ra n c nh y

xa và ta ph i làm ti p t ng th hai… Trong đi u ki n nh th , t t h n h t

là k t h p c hai bi n pháp trên, v a h th p đáy kênh, v a làm t ng Th c

t ch ng t dùng bi n pháp này trong nhi u tr ng h p r t có l i v m t kinh t và k thu t

E

E

O

t q

c

v o

v' o

2g(v' )o 2 q

c

o

Hình 1.3 B t ng k t h p

1.5 K t lu n ch ng 1:

Hi n nay r t nhi u công trình tháo l các công trình th y l i, th y

đi n s d ng bi n pháp tiêu n ng đáy, đ c bi t là nh ng công trình có c t

n c v a và th p, nh ng công trình có đ a ch t n n y u Vi c l a ch n hình

th c k t c u, kích th c b tiêu n ng h p lý có nh h ng r t l n đ n hi u

qu tiêu n ng, đ n s n đ nh và hi u qu kinh t k thu t c a công trình

Nh ng nh ng v n đ này ch a đ c nghiên c u tính toán c th , c n đ c nghiên c u tính toán c th nh ng ch ng sau

h d

h

C H NG 2: NGHIÊN C U LÝ THUY T V B TIÊU N NG SAU

TRÀN V N HÀNH 2.1.Lý thuy t t ng t đ thi t l p mô hình nghiên c u, [9], [12]

Mô hình hóa là s bi u th b ng hình nh các công trình ho c hi n

t ng c a th c t , b ng công c v t lý và toán h c h p lý đ có th nghiên

Mô hình hóa hi n t ng th y l c d a trên lý thuy t t ng t Lý thuy t

t ng t xu t phát t s phân tích toán h c ho c phân tích th nguyên các đ i

l ng nh h ng đ n hi n t ng nghiên c u Các đ nh lu t hay tiêu chu n

t ng t cho phép chúng ta chuy n nh ng k t qu thu đ c trên mô hình sang

T các ph ng pháp gi i đ c b ng toán h c các m i quan h v t lý

M c đích c a nghiên c u th c nghi m mô hình th y l c là kh o sát nh ng nghiên c u quy lu t c a dòng ch y, tác đ ng c a n c lên môi tr ng mà nó chuy n đ ng trong đó nh m góp ph n thi t th c vào vi c thi t k t i u h

th ng công trình ho c h ng m c công trình

+ Nhi m v c a thí nghi m mô hình th y l c là:

B ng th c nghi m gi i quy t nh ng v n đ th c t c a thi t k , xây

d ng và khai thác s d ng công trình th y l i, th y đi n mà nh ng v n đ đó không gi i quy t th a đáng đ c b ng con đ ng lý lu n

Phát hi n nh ng quy lu t c a các hi n t ng th y đ ng l c h c và đ nh ngh a đ c chúng

Ki m tra, b sung và chính xác hóa các công th c lý thuy t c a th y

l c b ng cách xác đ nh giá tr c th c a các h s khác nhau (mà tr c đó l a

ch n ch là g n đúng), ki m tra các k t qu c a mô hình toán

Thi t l p quan h th c nghi m gi a thông s riêng bi t c a hi n t ng nghiên c u

Ki m tra các k t qu tính toán theo lý thuy t đã có và góp ph n vào s phát tri n ti p theo c a th y l c

+ Khi nghiên c u trên mô hình th y l c, có nh ng ti n l i sau:

Kích th c bé h n so v i th c t

o các đ i l ng th y l c đ c chính xác, nhanh và ti n l i

o đ c mang tính h th ng cao

Có th đ n đ c b t k v trí nào đ đo

Có th quan sát và nghiên c u t ng đ i lâu m t hi n t ng ho c đ ng

th i các y u t (c c u trúc bên trong và tác đ ng bên ngoài)

2 1.2 Lý thuy t t ng t

2.1.2.1 T ng t hình h c:

N u chúng ta ch t o mô hình gi m nh so v i công trình th c t thì hình d ng c a công trình c ng t ng ng phù h p M i góc t ng ng không

đ i, m i kích th c đ u đ c gi m nh theo cùng m t t l Ta g i đó là

t ng t hình h c gi a mô hình và th c t T l gi a đ dài trong th c t (lR t R)

và đ dài t ng ng trên mô hình (lR m R) g i là t l hình h c

m

t l l

t s

S

l m

t v

V

lz ly

λ = = ;

l u t

lx az ay

λλ

λλλ

2.1.2.2 T ng t đ ng h c:

T ng t đ ng h c là t ng t các thành ph n t ng ng c a l u t c, gia t c th c t và mô hình

Ta có:

m

t l t

t

=

N u t l đ dài theo 3 ph ng là:

tx lx l

a

=λ

Khi chúng ta có t l l u t c và t l gia t c là h ng s thì chúng ta có đ c

t ng t đ ng h c:

lz ly

λ = = ;

l u t

lx az ay

λλ

λλλ

mx m

.

λ

λλ

2.1.2.4 Tiêu chu n t ng t

Dòng ch y qua công trình tháo l và h l u th ng là dòng ch y t

do - dòng ch y có m t thoáng, ch u tác đ ng ch y u c a tr ng l c, theo lý thuy t mô hình th y l c có th s d ng tiêu chu n t ng t chính là Froude

(Fr)

idem gL

m gh

Nói m t cách ch t ch thì tiêu chu n Froude đ c áp d ng khi l c nh t

có th b qua so v i tr ng l c, Reynolds bé nh t trên mô hình ph i không bé

h n giá tr gi i h n (ReR gh R) nào đó Ngh a là khi đó tiêu chu n Reynolds không

có hi u l c, dòng ch y khu t đ ng mô hình hay khu bình ph ng s c c n

2.2 Nghiên c u lý thuy t v n i ti p và tiêu n ng sau tràn, [8]

2.2.1 N c nh y

2.2.1.1 Khái ni m:

Là hi n t ng th y l c n y sinh trong quá trình dòng ch y chuy n t

tr ng thái ch y xi t sang tr ng thái ch y êm Hi n t ng này đ c đ c tr ng

b i khu lu ng chính ch y xuôi, m r ng đ t ng t và khu ch y xoáy chuy n

đ ng vòng quanh t i ch trên m t khu lu ng chính

ti p ch y đáy có hai tr ng h p sau:

* Dòng ch y h l u là dòng ch y êm: Trong tr ng h p này dòng ch y qua

ng ng tràn đ xu ng h l u xu t hi n m t c t co h p C – C T i m t c t co

h p, đ sâu dòng ch y (hR c R) là nh nh t và l u t c đ t giá tr l n nh t Khi đó

có hR c R < hR k R do v y n i ti p ch y đáy trong tr ng h p này b t bu c ph i qua

N i ti p ch y đáy th ng g p trong đi u ki n có b c th ng đ ng h

thành dòng ch y m t không ng p D ng này t n t i trong ph m vi hR h Rthay đ i khá l n

+ Khi hR h R ti p t c t ng đ n m t lúc nào đó thì có d ng n i ti p m t đáy không

ng p khu v c đ u là tr ng thái ch y m t khu v c sau là ch y đáy D ng

n i ti p này là trung gian, không n đ nh, ch t n t i trong ph m vi thay đ i

r t nh c a đ sâu h l u

+ N i ti p ch y m t ng p: Khi trên b c có khu ch y cu n và l u t c l n nh t

c a dòng ch y xu t hi n trên m t ây là d ng n i ti p n đ nh và t n t i trong ph m vi thay đ i đ sâu h l u khá l n

Trong n i ti p ch y m t, khi b c có bán kính cong ng c khá l n s hình thành cu n n c d ng ph u g i là dòng ph u N i ti p d ng này tiêu hao

2.3 Tính toán b tiêu n ng sau tràn, [4], [5], [8], [16]

M c đích c a vi c tính toán b tiêu n ng sau tràn là thi t k b tiêu

n ng h p lý cho công trình, nh m tiêu hao ph n n ng l ng th a c a dòng

ch y tr c khi x vào kênh d n h l u, ch ng xói l lòng d n h l u, đ m b o

an toàn cho công trình Tính toán b tiêu n ng c n xác đ nh các đ i l ng:

L u l ng tiêu n ng; Chi u sâu b ; Chi u dài b ; Chi u dài đo n gia c h

l u

2.3.1 Tính toán chi u sâu b

Hình 2.1 S đ tính toán b tiêu n ng

Ph ng pháp chung d a trên các ph ng trình sau:

+ Ph ng trình quan h m c n c th ng, h l u:

)(

c

h E g

q h

2 0

"

c c

c

gh

q h

(2 – 6)

+ Ph ng trình hình h c:

Z h

d h

2

2

2 2

2

2

q h

C

C h

Z' Z' h d

h o

v q

q t

C

o

v o o o

2.3.2 Tính toán chi u dài b :

Chi u dài b ph i đ dài đ n c nh y n m g n trong b , khi đó hi u

qu tiêu n ng c a b m i đ m b o

Trong đó: LR r R – chi u dài n c r i

LR 1 R–R Rchi u dài gói n c nh yR

Chi u dài n c r i (LR r R) đ c tính toán nh sau:

+ N u ch y qua đ p tràn th c d ng có m t c t hình thang:

)3,0(33,

1 H0 p H0

+ Ch y qua đ p tràn th c d ng có c a van:

)32,0(

+ Ch y qua đ p tràn đ nh r ng

)24,0(64,

* L u ý: LR r R có th b ng không khi dòng n c tràn theo m t tràn

Chi u dài gói n c LR 1 Rđ c tính toán nh sau:

) 1 (

3 ,

"

10(2

h h F

h h F L

r

r n

−+

h h

h

- Theo Nadaza Einwachtina: Ln = 8 , 3 Fr1( Fr1 − 1 ) (2 – 23)

2.3.3 o n gia c h l u

l nn

1 C

1 C

5 4

3

m 2

l 3

l sn =l 2

Vcp

x 0

Hình 2.2 Bi u đ l u t c công trình tháo

B tiêu n ng m i ch tiêu hao m t ph n l n n ng l ng th a Ph n còn

l i t n t i d ng đ ng n ng, m ch đ ng làm cho dòng ch y sau khi ra kh i

b tiêu n ng v n còn m ch đ ng r t l n, có bi u đ l u t c l n đáy lòng d n

và d n tr v dòng ch y t nhiên có bi u đ l u t c phân b d ng logrit ( xem

hình 2 - 2 ) Do đó đ b o v lòng d n sau b tiêu n ng ta ph i làm sân sau th

hai, sân sau th ba K t c u c a nó có tính d bi n d ng thích nghi v i đ a

ch t n n h l u, d th m n c Chi u dài sân sau có th tham kh o công th c:

2.3.4 Các bi n pháp tiêu n ng ph tr

Trong n i ti p và tiêu n ng h l u các công trình th y l i, nh t là v i dòng ch y có l u t c cao, đ t ng hi u qu tiêu hao n ng l ng th a ng i ta còn s d ng các thi t b tiêu n ng ph Tuy nhiên trong thi t k c ng c n ph i

chú ý t i các hi n t ng xâm th c do khí th c ho c mài mòn x y ra xung quanh các thi t b tiêu n ng ph , hi n t ng các v t n i va đ p vào các thi t

b này

Trong tiêu n ng đáy khi thi t k các thi t b tiêu n ng ph tr c n chú ý các v n đ sau:

- Trong tiêu n ng đáy n u làm m g n chân d c quá s làm cho dòng

n c b h t lên làm nh h ng đ n ch đ tiêu n ng đáy, nh h ng đ n hi u

qu tiêu n ng

- N u c t n c h l u th p khi dòng n c va đ p v i m có th s làm

cho dòng n c b h t lên theo ph ng th ng đ ng gây ra hi n t ng th y l c

b t l i trong b tiêu n ng nh : Gây ra sóng, dâng cao m c n c trong b

- Nên b trí hai hàng m thì hi u qu tiêu n ng t t h n so v i b trí m t hàng, kho ng cách gi a hai hàng m LR n R ≈( 2 ÷ 3) dR n R b trí các m theo hình

Có nhi u cách tính toán th y l c công trình khi có m , đây xin nêu

hai cách tính toán sau:

* Cách 1: Coi vi c tính toán th y l c cho máng có đ nhám gia c ng trong

đi u ki n dòng đ u v n dùng các công th c chung, ch khác là dùng h s Sêdi gia c ng (CR gc R), h s s c c n c a acxy (λR gc R) và đ nhám gia c ng

Ri n

Ri

g Ri

C V

gc gc

gc

18

c) b) a)

g) f) e) d)

+ Công th c Pical p: áp d ng cho m nhám b ng d m ch nh t đ t th ng góc

th ng góc v i dòng ch y, m nhám ch V ng c, m nhám hình W

Ni i

χσ

V i đi u ki n δ = 7∆ và σP

*

P≥ 3 Trong đó: χ là chu vi t

Trong đó:

b

b h

;

'' = ε =β

Các h s r, t,s l y b ng 2 – 4 Công th c Phancovich áp d ng cho m nhám c đáy và hai bên thành

b

t S

C P

X L

Phân tích tình hình dòng ch y khi có thi t b tiêu n ng trên sân sau (hình

2.4) và vi t ph ng trình đ ng l ng cho hai m t c t 1-1 và 2-2, ta có:

2

hRqvg2

hqvg

2 2 2

0

2 1 c

2.4 K t lu n ch ng 2:

Ch ng này tác gi đã t p trung nghiên c u lý thuy t v n i ti p và tiêu

n ng h l u công trình, v b tiêu n ng, v các bi n pháp tiêu n ng ph tr và

v n đ v đo n gia c h l u Song hi n nay song song t n t i r t nhi u công

th c tính toán kích th c n c nh y, kích th c b tiêu n ng Chính vì v y

nh ng v n đ lý thuy t còn t n t i này c n đ c làm sáng t thêm thông qua phân tích, so sánh v i k t qu thí nghi m, c n làm rõ nh ng ch ng ti p

theo

CH NG 3: NGHIÊN C U THÍ NGHI M MÔ HÌNH TH Y L C

TRÀN V N HÀNH Á HÀN HÀ T NH 3.1 Gi i thi u chung v công trình á Hàn Hà T nh

3.1.1 V trí công trình

Công trình đ u m i xây d ng trên sông Rào N , thu c đ a ph n xã Hoà

H i, huy n H ng Khê, t nh Hà T nh

3.1.2 Nhi m v công trình

C p n c qua h th ng kênh cho 2612 ha trong đó t i tr c ti p cho

1324,2 ha lúa ; 285,6 ha m u; 23 ha ao h nuôi tr ng thu s n và t o ngu n cho 979,2 ha cây công nghi p và cây n qu

X n c v i l u l ng Q = 3,82 mP

3

P

/s đ b o v môi tr ng sinh thái h

du, k t h p phát đi n v i công su t l p máy kho ng 1.000 kW và t o ngu n

n c t i cho 2388 ha phía b h u sông Ngàn Sâu

C p n c sinh ho t cho 23396 nhân kh u qua h th ng kênh d n