TÍNH TOÁN VÀ TỐI ƯU HÓA KẾT CẤU ĐẬP TRÀN PHÍM PIANO-ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN DAK MI 2

TÍNH TOÁN VÀ TỐI ƯU HÓA KẾT CẤU ĐẬP TRÀN PHÍM PIANO-ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN DAK MI 2

L I C M N

V i s giúp đ c a phòng ào t o i h c và Sau i h c, Khoa Công trình

tr ng i h c thu l i, Công ty CP T v n Xây d ng i n 1 - PECC1, cùng các

th y cô giáo, gia đình, b n bè, đ ng nghi p, đ n nay Lu n v n Th c s chuyên ngành

Xây d ng công trình th y v i đ tài: “Tính toán và t i u hóa k t c u đ p tràn phím Piano- Áp d ng cho công trình th y đi n k Mi 2” đã đ c hoàn thành

Tác gi xin chân thành c m n các thày cô giáo, b n bè, đ ng nghi p đã giúp

đ , đóng góp nh ng ý ki n quý báu đ tác gi hoàn thành lu n v n

Tác gi c ng xin đ c c m n chân thành t p th cán b , lãnh đ o oàn TKT

S n La, Công ty CP T v n Xây d ng i n 1 đã giúp đ , t o đi u ki n thu n l i cho tác gi trong quá trình h c t p và nghiên c u v a qua

c bi t tác gi xin đ c t lòng bi t n sâu s c đ n TS Nguy n Ng c Th ng,

ng i đã tr c ti p h ng d n, giúp đ t n tình cho tác gi trong quá trình th c hi n

lu n v n này

V i th i gian và trình đ còn h n ch , lu n v n không th tránh kh i nh ng thi u sót Tác gi r t mong nh n đ c s đóng góp ý ki n c a các th y cô giáo, c a các Quý v quan tâm và b n bè đ ng nghi p

Lu n v n đ c hoàn thành t i Khoa Công trình, Tr ng i h c Th y l i

Hà N i, tháng 3 n m 2011

L i Tu n Anh

M C L C

M U 7

CH NG 1 9

T NG QUAN V P TRÀN X L 9

1.1 Các lo i đ p tràn áp d ng cho công trình dâng n c 9

1.1.1 Khái ni m [2], [3] 9

1.1.2 Phân lo i [1], [2], [3] 10

1.1.3 Tình hình xây d ng đ p dâng tràn trên th gi i và Vi t Nam 15

1.2 Các k t qu nghiên c u v l u l ng qua tuy n tràn có hình d ng khác nhau 16

1.2.1 Ng ng tràn th c d ng ki u Creager-Ophixerop 17

1.2.2 Ng ng tràn zíc z c ki u truy n th ng (Traditional labyrinth weir) 19

1.2.3 Ng ng tràn zíc z c ki u phím Piano (Piano Keys Weir) 27

1.3 Áp d ng tràn Piano cho công trình th y đi n k Mi 2 39

1.3.1 M c đích 39

1.3.2 Quy mô và lo i tràn Piano 40

CH NG 2 41

PHÂN TÍCH NG SU T BI N D NG P TRÀN PIANO B NG PH NG PHÁP PH N T H U H N 41

2.1 Các ph ng pháp gi i bài toán c v t r n bi n d ng, bài toán đàn h i [6], [7] 41

2.1.1 Ph ng pháp chính xác (hay ph ng pháp tích phân tr c ti p) 42

2.1.2 Các ph ng pháp g n đúng(Các ph ng pháp bi n phân) 42

2.1.3 Ph ng pháp sai phân h u h n 43

2.2 Ph ng pháp ph n t h u h n [6], [7], [13] 43

2.2.1 Khái ni m và n i dung c a ph ng pháp 43

2.2.2 Trình t phân tích bài toán theo PP PTHH 44

2.2.3 Tính k t c u theo mô hình t ng thích 46

2.2.4 Gi i h ph ng trình c b n 52

2.3 Ph n t b c cao và ph n t đ ng tham s [6], [7], [12], [13] 53

2.3.1 To đ t nhiên c a ph n t ba chi u 53

2.3.2 Ph n t c nh cong Ph n t đ ng tham s 56

2.3.3 Ph n t h u h n ba chi u trong bài toán không gian 56

2.4 L a ch n ph ng pháp và công c tính toán 63

CH NG 3 65

ÁP D NG TÍNH TOÁN K T C U P TRÀN PHÍM ÀN PIANO CÔNG TRÌNH TH Y I N K MI 2 65

3.1 Gi i thi u v công trình [5] 65

3.1.1 V trí d án 65

3.1.2 Nhi m v c a d án 65

3.2 Các gi i pháp công trình và k t c u chính [5] 67

3.2.1 C p công trình và tiêu chu n thi t k ch y u 67

3.2.2 Tuy n đ u m i 67

3.2.3 Tuy n n ng l ng 69

3.2.4 Các h ng m c công trình ph tr và đ ng b 70

3.3 Các thông s c b n c a công trình th y đi n k Mi 2 giai đo n TKKT 70

3.4 S li u tính toán 73

3.4.1 Các tiêu chu n và quy ph m áp d ng (B ng 3.2) 73

3.4.2 Tính ch t v t li u 73

3.4.3 Các s li u v đ p tràn 74

3.5 Phân tích k t c u đ p tràn 75

3.5.1 Tr ng h p tính toán 75

3.5.2 S đ l c tác d ng 75

3.5.3 Mô hình tính toán 76

3.6 K t qu tính toán 77

3.6.1 K t qu tính v i H=6m 77

3.6.2 K t qu tính v i H=6.75m 88

3.6.3 K t qu tính v i H=7.5m 99

3.7 Nh n xét k t qu tính toán và l a ch n chi u cao console th ng l u 110

K T LU N VÀ KI N NGH 112

TÀI LI U THAM KH O 113

DANH M C CÁC HÌNH V

Hình 1-2: M t c t c a tràn th c d ng 10

Hình 1-3: M t c t c a tràn đ nh r ng 11

Hình 1-4: Các hình d ng c a tràn 11

Hình 1-6: M t s d ng đ p g 12

Hình 1-7: M t s d ng đ p đá tràn n c 13

Hình 1-8: p dâng phân theo v t li u làm đ p 13

Hình 1-9: p cao su 14

Hình 1-10: M t s lo i đ p tr ng l c c i ti n 14

Hình 1-11: S đ đ p vòm 14

Hình 1-12: Các d ng đ p ch n n c 15

Hình 1-12a: Các d ng m t c t đ p tr ch ng tràn n c 15

Hình 1-13: M t s d ng m t c t đ p tràn 17

Hình 1-14: Tràn zíc z c - M (nhìn t h l u) 19

Hình 1-15: C u t o tràn labyrinth 20

Hình 1-16: M t b ng các d ng ng ng tràn đ c bi t 21

Hình 1-17: Các d ng đ nh tràn 22

Hình 1-18: Mô hình tràn Sông Móng 25

Hình 1-19: Mô hình 1/2 tr àn Ph c Hòa (nhìn t th ng l u) 25

Hình 1-20: p tràn phím Piano Ghrib Algeria 27

Hình 1-21: p tràn phím Piano Goulou Pháp 27

Hình 1-22: Mô hình đ p tràn phím Piano V n Phong Vi t Nam 28

Hình 1-23: M t b ng, c t ngang tràn PK-A 29

Hình 1-24: M t b ng, c t ngang tràn PK-B 30

Hình 1-25: th so sánh kh n ng x c a đ p tràn ki u Creager và ki u PKA v i H=4m [16] 31

Hình 1-26: Thay th ng ng tràn ki u Creager b ng ng ng tràn ki u PKA v i H=4m [16] 31

Hình 1-27: Thí nghi m dòng ch y qua tràn phím đàn 31

Hình 1-28: Các đ c tr ng hình h c c a m t đ n v tràn phím đàn 33

Hình 1-29: M t b ng m t phân đo n tràn phím đàn 33

Hình 1-30: H s l u l ng ph thu c vào quan h W/H [17] 34

Hình 1-31: H s l u l ng ph thu c vào quan h L/W [17] 34

Hình 1-32: H s l u l ng ph thu c vào quan h b/a [17] 35

Hình 1-33: H s l u l ng ph thu c vào quan h d/c [17] 36

Hình 1-34: H s l u l ng ph thu c vào hình d ng c a vào d i công xôn [17] 36

Hình 1-35: V n hành c a PKW v i s t c ngh n c a v t n i [17] 37

Hình 1-36: H s l u l ng ph thu c vào s có m t c a v t n i [17] 37

Hình 1-37: Các d ng m t c t thay th 38

Hình 1-38: Thi công tràn phím đàn- ng d n khí đ t d i console h l u 39

Hình 1-39: Mô hình thí nghi m m t c t tràn lo i PKB, ô ra có d ng b c thang áp d ng t i Th y đi n k Mi2 - Qu ng Nam 40

Hình 2-1: S đ ph ng pháp gi i 41

Hình 2-2: Hình d ng ph n t 44

Hình 2-3: S đ kh i l p và gi i bài toán theo ph ng pháp PTHH 51

Hình 2-4: X lý đi u ki n biên 53

Hình 2-5: H t a đ t nhiên ph n t t di n 54

Hình 2-6: H t a đ t nhiên ph n t l c di n 55

Hình 2-7: Ph n t c nh cong, đ ng tham s 3 chi u 56

Hình 2-8: Ph n t l c di n 8 đi m nút 58

Hình 2-9: Ph n t l c di n b c cao 20 đi m nút 58

Hình 2-10: Ph n t chu n kh i l p ph ng 59

Hình 2-11: Ph n t l c di n b c cao 32 đi m nút 62

Hình 3-1: V trí d án th y đi n k mi 2 66

Hình 3-2: M t c t d c tuy n đ p 67

Hình 3-3: M t c t ngang đ p tràn Piano 74

Hình 3-4: M t c t d c tràn Piano 75

Hình 3-5: S đ l c tác d ng 76

Hình 3-6: S đ hình h c ph n t solid 186 76

Hình 3-7: S đ ng su t ph n t solid 186 77

Hình 3-9: Chuy n v u x (m) 78

Hình 3-10: Chuy n v u y (m) 78

Hình 3-11: ng su t σx (T/m2) 79

Hình 3-12: ng su t σy (T/m2) 79

Hình 3-13: Chuy n v u x (m) 80

Hình 3-14: Chuy n v u y (m) 80

Hình 3-15: ng su t σx (T/m2) 81

Hình 3-16: ng su t σy (T/m2) 81

Hình 3-17: Chuy n v u x (m) 82

Hình 3-18: Chuy n v u y (m) 82

Hình 3-19: Chuy n v u z (m) 83

Hình 3-20: ng su t σx (T/m2) 83

Hình 3-21: ng su t σy (T/m2) 84

Hình 3-22: ng su t σz (T/m2) 84

Hình 3-23: ng su t σ1 (T/m2) 85

Hình 3-24: ng su t σ2 (T/m2) 85

Hình 3-25: ng su t σ3 (T/m2) 86

Hình 3-26: Chuy n v u x (m) 86

Hình 3-27: Chuy n v u y (m) 87

Hình 3-28: ng su t σx (T/m2) 87

Hình 3-29: ng su t σy (T/m2) 88

DANH M C CÁC B NG BI U B ng 1.1: Thông s c b n m t s đ p tràn labyrinth đã xây d ng trên th gi i.[15] 23 B ng 3.1: Các thông s c b n ph ng án ch n T k Mi 2 70

B ng 3.2: Các tiêu chu n và quy ph m áp d ng 73

B ng 3.3: Ch tiêu c lý c a bê tông 73

B ng 3.4: Ch tiêu c lý c a đá n n 74

M U

I Tính c p thi t c a đ tài

Trong quá trình phát tri n kinh t , các công trình xây d ng m c lên ngày càng nhi u, trong đó bao g m các công trình th y l i nh m đi u ti t dòng ch y t o thu n

l i cho công vi c s n xu t và đáp ng nhu c u c p n c cho các h dùng n c,

c ng nh các công trình th y đi n nh m ph c v nhu c u n ng l ng ngày càng

t ng c a các ngành s n xu t, d ch v và ph c v đ i s ng nhân dân

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

và m t s công trình ph c v cho m c đích chuyên môn, c n ph i xây d ng công trình đ tháo m t ph n l ng n c th a ho c tháo c n m t ph n hay toàn b h

ch a đ ki m tra s a ch a đ m b o h ch a làm vi c bình th ng và an toàn p tràn là m t ph n công trình không th thi u khi xây d ng các công trình th y l i,

th y đi n

H u h t nh ng đ p t tràn lòng sông hi n nay, thu c h th ng công trình đ u

m i th y l i, th y đi n, th ng có d ng đ p tràn th c d ng Creager ho c d ng Creager-Ophixerov Vì v y đ t ng kh n ng tháo n c 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 đ p tràn có c a van có

kh n ng tháo l n h n nh ng nó c ng làm cho t n th t l ng n c h nhi u h n,

v n hành ph c t p và ít an tòan h n (k t c a van) so v i đ p t tràn

c i thi n kh n ng tháo l c a đ p t tràn, có hàng ch c đ p tràn hi n nay

đã đ c thi t k theo ki u t ng đ ng trên m t đáy ph ng v i s đ r ng c a (m v t) có chi u dài đ ng tràn dài h n nhi u b r ng c a đ p tràn (th ng g p

4 l n) Ki u thi t k này th ng t ng g p đôi l u l ng so v i ki u đ p tràn

th c d ng Creager Tuy nhiên, các l ai đ p tràn m v t, do đ c đi m v hình

d ng t ng tràn đ t trên b móng ph ng, không th áp d ng trên đ nh c a

m t c t đ p bê tông tr ng l c thông th ng Vì th ki u thi t k này ch áp

d ng đ nâng cao kh n ng tháo l cho m t s ít đ p tràn có nh ng đi u ki n thích h p nh t đ nh và th c t ch chi m m t ph n ngàn c a nh ng đ p l n

Chính nh ng h n ch c a các đ p tràn truy n th ng, đ p tràn có c a van

c ng nh đ p tràn r ng c a đã đ t ra v n đ cho nhóm c a ông F Lempérière (Hydrocoop-France) nghiên c u tìm ra ki u đ p tràn m i có l u l ng tràn

l n, d xây d ng, có hình d ng gi ng nh bàn phím đàn Piano g i là đ p tràn phím Piano

T nh ng v n đ trên đ đ m b o đi u ki n k thu t c ng nh đ m b o tính hi u

qu c a đ p tràn phím Piano và ti t ki m t i đa chi phí trong quá trình xây d ng Chúng ta c n nghiên c u, tính toán và t i u hóa k t c u c a đ p tràn phím Piano t

đ y chúng ta có c s l a ch n kích th c c ng nh b trí c t thép cho tràn

II M c đích c a tài

Trên c s nghiên c u v ph ng pháp ph n t h u h n (PTHH), áp d ng đ tính toán tr ng thái ng su t và bi n d ng c a đ p tràn phím Piano, t đó l a ch n

đ c chi u cao h p lý c a console th ng l u đ m b o đi u ki n làm vi c c a tràn

và áp d ng cho công trình Thu đi n k Mi 2

CH NG 1

1.1.1 Khái ni m [2], [3]

V t ki n trúc ng n m t dòng không áp làm cho dòng đó ch y tràn qua đ nh g i

là đ p tràn p tràn là m t trong nh ng b ph n ch y u c a nhi u công trình

th y l i : ph n tràn n c tháo l c a h ch a , đ p ng n sông dâng n c , m t s

lo i c ng …

p dâng tràn: là m t h ng m c trong h th ng đ u m i công trình , ch n ngang sông v a có tác d ng ch n n c v a cho n c tràn qua đ khai thác dòng ch y t nhiên (l u l ng c b n) và ngu n n c đi u ti t t h ch a th ng l u (n u có)

p dâng tràn đ c xây d ng khi:

- Có nhu c u nâng cao m c n c

- L u l ng n c dùng nh h n l u l ng n c đ n t nhiên t ng tháng

Qđi >Qyci

Qđi: L u l ng n c đ n t ng tháng trong n m

Qyci: l u l ng n c c n t ng tháng trong n m

- Khi đ a hình không cho phép xây d ng h ch a do không t o đ c b ng h

p dâng tràn là bi n pháp công trình đ dâng cao m c n c trong sông su i

ph c v t i t ch y cho khu v c nh lân c n mà v n đ u t không cao , xây d ng không ph c t p nh bi n pháp h đ p

v i: b: Chi u r ng đ p tràn: là chi u dài đo n tràn n c

P1: Chi u cao c a đ p so v i đáy kênh ho c sông th ng l u

P: Chi u cao c a đ p so v i đáy h l u

H: C t n c tràn: là chi u cao m t n c th ng l u so v i đ nh đ p : Chi u dày đ nh đ p

hh: Chi u sâu c t n c h l u

hn: ng p h l u : là chi u sâu t m t n c h l u đ n đ nh đ p (khi

n c h l u cao h n đ nh đ p), hn = hh - P

1.1.2 Phân lo i [1], [2], [3]

1) Phân lo i theo hình d ng kích th c m t c t ngang tràn:

Theo cách phân lo i này đ p tràn có th chia ra làm 3 lo i sau đây:

a p tràn thành m ng (hình 1-1)

Khi chi u dày c a đ nh đ p < 0.67H, làn n c ngay sau khi tràn qua mép

th ng l u c a đ nh đ p thì tách r i kh i đ nh đ p , không ch m vào toàn b m t

đ nh đ p, do đó hình d ng và chi u dày c a đ p không nh h ng đ n làn n c tràn

d ng có c a van đi u ti t l u l ng

c p tràn đ nh r ng (hình 1-3)

Khi đ nh đ p n m ngang (ho c r t ít d c) và có chi u dày t ng đ i l n:

(2÷3)H < < (8÷10)H

Trên đ nh đ p hình thành m t đo n dòng ch y có tính ch t thay đ i d n

Nh ng n u chi u dày đ nh đ p quá l n > (8÷10)H, thì không th coi là đ p tràn

n a mà ph i coi nh m t đo n kênh

Ngoài ra đ p tràn c a ch nh t còn ph i c n c vào quan h gi a chi u dài tràn

n c c a đ p v i chi u r ng lòng d n th ng l u mà chia ra hai lo i là: đ p không

V t li u g tuy s n có nh ng lo i đ p này không nên khuy n khích phát tri n

nh t là trong đi u ki n di n tích r ng ngày càng b thu h p hi n nay

b p đá tràn n c: S d ng v t li u đá k t h p v i m t ph n v t li u khác

nh đ t, bê tông Do kh i đá đ thân đ p có chuy n v nên m t tràn th ng b bi n

d ng sau mùa l c n ph i tu s a l i

- p trên n n đ t (hình 1-7a): có m t tràn n c tho i

- p trên n n đá (hình 1-7b): có m t tràn d c h n, đ nh và chân mái h l u

có kh i bê tông gi n đ nh, m t tràn đ c xây b ng t m bê tông ho c đá xây

1:3

11.25 2.5 12.25

Hình 1-8: p dâng phân theo v t li u làm đ p

- p xen c p: g m b n m t và các vách d c ngang b ng đá xây phía trong

Các m t c t n m ngang đ p là nh ng vòng vòm, chân t a vào hai b do v y yêu c u v đ a ch t n i xây d ng đ p ph i t t th ng là đá r n ch c

b) p tr ng l c có l khoét l n

Hình 1-11: S đ đ p vòm

- p tr ch ng đ c t o b i các b n ch n n c n m nghiêng và các tr

ch ng đ đ b n p có các hình th c sau: đ p ch n n c và đ p tràn n c

Hình 1-12: Các d ng đ p ch n n c a) p b n ph ng; b) p liên vòm; c) p to đ u

Hình 1-12a: Các d ng m t c t đ p tr ch ng tràn n c

1.1.3 Tình hình xây d ng đ p dâng tràn trên th gi i và Vi t Nam

V i s phát tri n c a xã 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 ch y trên các sông su i đ nâng cao m c n c, l y n c vào các kênh

đ t t nhiên và nhân t o đ ph c v s n xu t và sinh ho t, thì đ p dâng đã tr thành phát minh th hai c a nhân lo i sau kênh m ng n nay, công trình đ p dâng không ch có nhi m v dâng n c ph c v cho m t vùng di n tích nh v i quy mô

đ n gi n mà đã có nh ng nhi m v và quy mô l n h n v i s phát tri n không

ng ng v hình th c, v t li u và th i gian thi công ó là các công trình đ p dâng trên sông l n, đ p dâng n c ph c v tu i sau đ u m i h ch a, đ p dâng k t h p phát đi n… Ví d : n c ta có m t s đ p dâng l n đi n hình đã và đang đ c xây

d ng nh : công trình Th ch Nham- Qu ng Ngãi, ng Cam-Phú Yên, công trình

th y đi n Hòa Bình, th y đi n S n La, th y đi n Tuyên Quang, …

Trên th gi i hàng lo t đ p dâng đ c xây d ng đ ph c v t i và phát đi n

đ n c nh : p Tumwater Canyon (M ); đ p Irwell Ramsbottom, Bury Anh;

đ p Mildura xây d ng trên sông Murray M …

Tuy nhiên, cùng v i s phát tri n đó thì các yêu c u v m c n c, kh n ng tháo l , v n đ ng p l t… làm cho các tiêu chu n c không còn đáp ng đ c trong thi t k và qu n lý v n hành d n đ n s thay th các tiêu chu n c b ng tiêu chu n

m i cao h n Bên c nh đó, s thay đ i khí h u toàn c u làm cho các con l đ n v t thi t k , s phát tri n c a xã h i làm cho nhu c u dùng n c t ng lên… đã làm cho các công trình đã 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 v y, v n đ nâng c p, thi t k công trình, t ng kh n ng tháo c a đ p tràn

đã và đang đ c quan tâm nghiên c u, ng d ng

Các gi i pháp trên đ u có nh ng u nh c đi m riêng và ph i nghiên c u đ

áp d ng cho phù h p v i công trình nh đi u ki n t nhiên, đ a hình, đ a ch t, đi u

ki n an toàn trong qu n lý v n hành, đi u ki n đ m b o hi u qu kinh t …

G n đây, gi i pháp thay đ i hình th c ng ng tràn truy n th ng b ng ng ng tràn m i có ki u zíc z c, nh m kéo dài đ ng tràn n c dài h n tràn th ng có cùng

kh u đ , đã đ c nghiên c u áp d ng r ng rãi nhi u n i trên th gi i và đem l i

hi u qu cao v m t công trình c ng nh l i ích v kinh t

nhau

c i thi n kh n ng thoát l c a đ p t tràn, ngoài các hình th c tràn truy n th ng

nh đ p tràn đ nh r ng, đ p tràn th c d ng Creager ho c Creager-Ophixerop…, đã có

nhi u nghiên c u v các ki u tràn m i (ch y u là kéo dài đ ng tràn) nh m t ng kh

n ng tháo c a đ p tràn Tác gi xin đ c gi i thi u m t s ki u ng ng tràn sau:

1.2.1 Ng ng tràn th c d ng ki u Creager-Ophixerop

M t c t Creager - Ofixerov đ c các nhà khoa h c Braxin nghiên c u và công

b n m 1929 và đ c các nhà khoa h c M nghiên c u và công b n m 1945

Nguyên t c thi t k m t c t đ p không có chân không là làm cho m t c t đ p n

kh p v i m t d i c a làn n c ch y qua đ p tràn thành m ng tiêu chu n, ng v i

m t c t n c Htkcho tr c, g i là c t n c thi t k

Creager nghiên c u đ ng cong n c r i t do t đ p tràn thành m ng, v qu

đ o c a h t n c t v trí 2/3H, t qu đ o đó l y xu ng m t đo n b ng 1/3 chi u dày làn n c thì đ c m t d i c a làn n c tràn t do và cho m t đ p h i n l n vào làn n c tràn t do

Sau này, Ofixerov nghiên c u và s a ch a m t c t Creager, c i bi n đi u ki n

A

B

E R

y

x

O' O

E' F A'

x

O' O

E' B'

y' C'

A

R D

N u trên đ nh đ p có c a van, khi c a m v i đ m a nào đó, l u l ng tháo qua đ p đ c tính theo bi u th c:

a186,065,

Khi c a van m hoàn toàn công th c tính l u l ng tr v d ng (1.1)

* Nh n xét:

ây là lo i m t c t tràn đ c áp d ng r ng rãi nh t hi n nay trên th gi i và

đ c bi t Vi t Nam C s lý thuy t c a lo i m t c t tràn này t ng đ i đ y đ và hoàn ch nh L u l ng đ n v c a l ai đ p tràn này x p x q=2.2Ho

3/2 Vì v y đ

t ng c ng kh n ng tháo l c a đ p tràn th ng ph i h th p cao trình ng ng tràn

và s d ng c a van đ đi u ti t l u l ng Tuy nhiên đi u này d n t i nh ng nh

h ng đ n kh n ng tháo qua tràn do hình d ng c a vào, tr pin, khe van, khe phai,

v trí đ t c a van…Ngoài ra vi c v n hành c a van s ph c t p và đôi khi ít an toàn

do s c v c a van

1.2.2 Ng ng tràn zíc z c ki u truy n th ng (Traditional labyrinth weir)

hi n nay là đ p Ute trên sông Canadian New Mexico có Qmax=15.700m3/s, c t

n c tràn H=1,36m, chi u cao ng ng tràn P = 9,14m; n = 11 chu k zíc z c, t ng chi u dài đ nh là W = 1024m trên đ ng tràn r ng 256m

2 c đi m c u t o và kích th c c a tràn

Ng ng tràn g m nh ng t ng bê tông c t thép th ng đ ng, t ng đ i m ng,

đ c đ t trên sàn ph ng theo d ng r ng c a hình thang (hình1-15) T s N=L/W

th ng b ng 4 (L là chi u dài ng ng theo tuy n r ng c a và W là b r ng khoang tràn) cho l u l ng x tràn l n g p đôi so v i ng ng tràn thông th ng ki u

Creager 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 và c n di n tớch r ng cho sàn ph ng, khú b trớ trờn đ nh đ p

Tường labyrinth

Rc

S

Hỡnh 1-15: C u t o tràn labyrinth

B : Chi u dài 1 cỏnh t ng bờn

D : Chi u dài tràn labyrinth, theo h ng dũng ch y v h l u

=

α

(1.6) Chi u r ng chân t ng :

2

) a 2 (

2 L

Chi u dài đ p theo h ng dòng ch y:

2 2

2

a.2WB

(1.8)

C t n c trên đ nh (c t n c tràn):

g 2

V H H

2 o

α +

đ c nh c đi m c a ki u tam giác, t i v trí góc hình tam giác thì đ c c t đi (c t

t i v trí nào xem ph n sau), m c đích là c t b ph n mà kh n ng thoát không hi u

- Lo i hình tam giác (hình 1-16b): Có m t b ng hình tam giác, lo i này th ng

ít đ c s d ng vì t i v trí góc tam giác hi u qu không cao, trong khi đó l i kéo dài

góc v i dòng ch y, các đ ng dòng là dòng 3 chi u Phía d i l p n c dòng ch y vuông góc v i ng ng, t i m t thoáng các đ ng dòng h ng theo chi u ch y h l u

- Dòng ch y qua đ p tràn labyrinth càng ph c t p h n v i hi n t ng giao thoa

c a các tia n c t các đ nh nh n c a tràn Hi n t ng này là do các tia n c c a 2

t ng bên k nhau s t ng tác v i nhau và làm gi m l u l ng tràn C p đ nh

h ng càng t ng n u chi u cao c t n c trên đ nh tràn t ng, khi t ng đ n 1 giá tr nh t

đ nh dòng ch y qua tràn labyrinth c ng ch t ng đ ng v i các lo i tràn th ng khác

6 ng d ng tràn labyrinth trên th gi i và Vi t Nam

Tràn labyrinth đ c xây d ng trên kh p th gi i, n c ng d ng lo i tràn này nhi u nh t là M và B ào Nha Tràn có l u l ng thoát l n nh t hi n nay là tràn Ute thu c M B ng 1-1 th ng kê m t s đ p tràn labyrinth đã đ c xây d ng trên

Ferry USA 1983 5920 2.19 3.43 18.3 70.3 20 MayerBelia Zaire 400 2.00 3/2 18.0 31.0 2 MagallaesBeni Bahdel Algeria 1944 1000 0.5 4 62.5 20 AfsharBoardman USA 1978 387 1.77 2.76 18.3 53.5 2 Babb

Carty USA 1977 387 1.8 2.8/4.3 18.3 54.6 2 AfsharCimia Italy 1982 1100 1.5 15.5 30.0 87.5 4 Lux/Hinch

lif

Ohau Canal New

Zealand 1980 540 1.08 2.50 6.25 37.5 12 WalshPacoti Brazil 1980 3400 2.72 4.0 8.0 41.52 15 MagalhaesQuincy USA 1973 26.5 2.13 3.96 13.6 26.5 4 MagalhaesRistschard USA 1555 2.74 3.05 83.8 411 9 Vermeyen

Saco Brazil 1986 640 1.5 45 248.5 Quin et alSDomings Poutugal 1993 160 1.84 3.0 7.5 22.53 2 MagalhaesSanta Justa Poutugal 285 1.35 3.00 10.5 67.4 2 Lux

Sarno Algeria 1952 360 1.5 6.0 27.9 8 Afshar

0 5.79 9.14 18.3 73.7 14 Lux Woronora Australia 1941 1020 1.36 2.13 13.41 31.23 11 Afshar

Flamingo USA 1990 1591 2.23 7.32 95.1 67.4 4 LasVegas,

nv Twin Lake USA 1989 570 2.74 3.35 8.31 34.05 4 Buffalo,

WY

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 1-18), Tràn x l

Ph c Hòa -Bình Ph c (hình 1-19), tràn x l Tuy n Lâm (Lâm ng)… M t s thông s c b n c a tràn nh sau:

ng ng th ng do v y có th t ng m c đ an toàn h ch a ho c nâng cao kh n ng tích n c c a h Tuy v y các đi u ki n ràng bu c v các y u t thu l c c ng r t

kh t khe, nh là c t n c tràn th p, dòng ch y sau tràn là dòng xi t, kh n ng đi u

ti t h ch a v.v… đ n các y u t v m t c u t o tràn nh là gi i h n v t s gi a chi u cao tràn v i c t n c trên tràn, gi i h n góc t ng bên, chi u dài vùng xáo

tr n v.v… là h t s c ph c t p i u ki n ng d ng thích h p:

- Hình d ng ng ng tràn: C n có chi u cao ng ng tràn đ m b o sao cho H/P<0,9, do v y thay th tràn c có chi u cao ng ng, nh là: tràn th c d ng, hình thang ho c thành m ng là thích h p nh t

- B ph n thân d c: C n ph i t o ra sao cho phía sau ng ng tràn là dòng xi t

- B ph n tiêu n ng sau tràn: đ n gi n và có th t ng t l u lên ho c m r ng đuôi tràn

- a hình: i v i tràn labyrinth, kh u di n tràn n u b ng kh u di n tràn c

kh n ng tháo có th l n h n t 2 đ n 5 l n tràn th ng, do v y không c n ph i m

r ng mà v n có kh n ng tháo v i l u l ng l n h n Nh v y thích h p lo i tràn khó m r ng, đ a hình s n d c đ ng ch ng h n

- a ch t: Do c n ph i có chi u cao ng ng tràn đ m b o sao cho H/P<0,9,

do v y n u c n ph i đào sâu ng ng tràn thì đ a ch t n n có th đào sâu đ c c

bi t b ph n tiêu n ng, do đ m nh n tiêu n ng v i t l u l n h n tr c (tr ng h p không m r ng b ph n sau tràn) thì n n phía sau t t nh t là n n đá c ng ch c ho c tiêu n ng b ng m i phun

Tràn labyrinth đ t hi u qu cao h n các lo i tràn có ng ng th ng khi các y u

t nh : hình d ng tràn, đ a hình, đ a ch t thu n l i cho vi c áp d ng nh phân tích trên, kh n ng đi u ti t c a h kém ho c coi nh b ng không, b ph n tiêu n ng đ n

gi n, ho c không c n thi t (n n đá g c ch ng h n) V i kh n ng tháo u th , tràn labyrinth đã làm gi m đáng k chi u cao c t n c tràn, gi m th i gian ng p do l và

gi m di n tích ng p Nh c đi m c a ki u ng ng này là mu n t ng l u l ng thì

ph i t ng chi u cao t ng và c n di n tích r ng trên sàn ph ng, do đó khó b trí trên

đ nh đ p tr ng l c

1.2.3 Ng ng tràn zíc z c ki u phím Piano (Piano Keys Weir)

Hình 1-20: p tràn phím Piano Ghrib Algeria

Hình 1-21: p tràn phím Piano Goulou Pháp

Hình 1-22: Mô hình đ p tràn phím Piano V n Phong Vi t Nam

Nhóm c a ông F Lempérière(Hydrocoop- France) nghiên c u tìm ra ki u đ p tràn

m i này v i ki u thi t k đ u tiên đã đ c th nghi m vào n m 1999 phòng thí nghi m L.N.H.E c a i n l c P háp và vào n m 2002 tr ng đ i h c Roorke c a

n cùng v i tr ng đ i h c Biskra c a Algeria

T n m 2000, nhi u nghiên c u và thí nghi m mô hình v tràn theo ki u labyrinth có th b trí đ c trên đ p tr ng l c thông th ng đã đ c th c hi n Pháp, Algeri, Trung Qu c, n , Vi t Nam và Th y S M t s ki u đã đ c c

- Lo i A (PKA): máng tràn (th ng đ i x ng) c 2 phía th ng và h l u (hình 1-23)

+ T s gi a chi u dài phím đàn trên /dài tràn N=6

+ Ph n công xôn th ng và h l u có cùng đ d c 2/1 (H/V) Chi u r ng c a phím vào (Inlet) b ng 1.2 l n chi u r ng phím ra (outlet)

+ Chi u r ng đáy phím đàn “b” b ng 1/2 chi u r ng đ nh “a” Chi u cao l n

nh t c a t ng “H” b ng a/4

- Lo i B (PKB): máng tràn ch phía th ng l u nh ng dài h n (hình 1-24)

Hình 1-24: M t b ng, c t ngang tràn PK-B (L=W+6H; N=L/W=6)

+ T l u c a đ p phím đàn lo i B là: q = 4 5 h H m3/s/m (1.11) + T s gi a chi u dài phím đàn trên /dài tràn N=6

+ Ph n công xôn th ng và h l u có cùng đ d c 2/1 (H/V) Chi u r ng c a phím vào (inlet) b ng chi u r ng phím ra (outlet)

+ Chi u r ng đáy phím đàn “b” b ng 1/2 chi u r ng đ nh “a” Chi u cao l n

Đập tràn ngưỡng phím Piano

Trước khi hạ thấp đỉnh đập Sau khi hạ thấp đỉnh đập

Hỡnh 1-26: Thay th ng ng tràn ki u Creager b ng ng ng tràn ki u PKA v i

H=4m [16]

Hỡnh 1-27: Thớ nghi m dũng ch y qua tràn phớm đàn

Do đ c đi m c u t o nh v y nên kh n ng tháo c a tràn phím đàn ch y u

ph thu c vào t s gi a chi u dài, đ sâu, chi u r ng và hình dáng c a các phím và

đ c bi t là s ph thu c vào t s N b ng t ng chi u dài t ng tràn chia chi u r ng tràn chính di n Bên c nh đó còn có nh h ng c a tác đ ng va đ p c a dòng n c khi ch y qua tràn; hình d ng c a ng ng c ng c ng làm cho phân b l u t c và l u

c: Chi u dài nhô ra c a công xôn th ng l u

d: Chi u dài nhô ra c a công xôn h l u

W: Chi u r ng m t đ n v tràn

L: Chi u dài tràn n c m t đ n v tràn

Kh n ng tháo c a m t đ p tràn không th ng đ c bi u th qua h s l u l ng

đ c rút ra t ph ng trình t ng quát có công th c nh sau: [17]

hg2W

Công th c (1.12) ta th y h s l u l ng đ c xác đ nh theo các c p giá tr s

đo Q và h Các thông s còn l i trong ph ng trình là h ng s cho m i ki u thi t k

Vì v y, c n phân tích k nh h ng c a các thông s hình h c tràn đ l a ch n m t

c t thi t k h p lý

* T l th ng đ ng W/H

- Ph n ánh hi u qu c a s thay đ i chi u cao đ i v i m t chi u r ng tràn c đ nh

- Ph n ánh nh h ng c a chi u r ng tràn v i m t chi u cao c đ nh

th hình 1-30 cho th y s ph thu c c a h s l u l ng và t s W/H Khi

t ng chi u cao tràn lên 25%, kh n ng tháo c a tràn t ng lên 6%

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

h*/H

L/W=4, W/H=1,11 L/W=4, W/H=1,33 L/W=4, W/H=1,67

Hình 1-30: H s l u l ng ph thu c vào quan h W/H [17]

* Chi u dài t ng đ i L/W

T s này nh h ng đáng k đ n dòng ch y Khi t ng t s L/W lên 2 l n thì h

s l u l ng t ng lên 50% v i nh ng c t n c t ng đ i h*/H<0,4 Tuy nhiên, hi u

qu gi m đáng k đ i v i c t n c t ng đ i h*/H>0,6 Nh v y, đ i v i nh ng giá

tr l n c a L/W và h*/H hi u qu v kh n ng tháo không cao, không kinh t

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

h*/H

L/W=4.0, W/H=1.1 L/W=6.0, W/H=0.8 L/W=7.0, W/H=0.8 L/W=8.5, W/H=0.8

Hình 1-31: H s l u l ng ph thu c vào quan h L/W [17]

* nh h ng c a chi u r ng các khoang tràn a, b

Ta bi t đ d c đáy khoang ph thu c vào chi u dài các công xôn th ng h l u

và chi u cao đ p T đó dòng ch y trong các khoang th ng và h l u có th s khác nhau K t qu thí nghi m cho th y vi c ch n chi u r ng khoang th ng l u a

l n h n khoang h l u b cho hi u su t t t nh t v i c t n c t ng đ i h*

/H<0,5 Khi

c t n c t ng đ i h*/H>0,5 hi u su t này nh h n Vi c t ng chi u r ng m t khoang th ng l u lên 20% và gi m chi u r ng khoang h l u thì kh n ng tháo

t ng 5% mà không nh h ng đ n quy mô công trình T đó cho th y thi t k v i chi u r ng a>b là có l i nh t

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

h*/H

L/W=4, W/H=1.11, b/a=0.67 L/W=4, W/H=1.11, b/a=1.0 L/W=4, W/H=1.11, b/a=1.5

Hình 1-32: H s l u l ng ph thu c vào quan h b/a [17]

* nh h ng chi u dài c a các công xôn th ng, h l u

V i mô hình không có công xôn h l u (d/c=0) thì hi u su t c a tràn cao h n khi có công xôn h l u N ng l c x t ng kho ng 12% đ i v i c t n c t ng đ i

h*/H < 0,4 và kho ng 9% đ i v i h*/H > 0,4

Tr ng h p công xôn đ i x ng d/c=1 thì hi u qu c a tràn cao h n v i công xôn không đ i x ng N ng l c x t ng 7% v i h*/H < 0,4 và kho ng 2% đ i v i

h*/H > 0,4

L/W=6 W/P=0.8 d/c=0 L/W=6 W/P=0.8 d/c=0.5 L/W=6 W/P=0.8 d/c=1

C a vào ph ng

C a vào tròn

- Hình 1-36 cho th y, tác đ ng c a v t n i có th làm gi m h s l u l ng đ i

v i c t n c t ng đ i h*/H < 0,5, quá giá tr này thì dòng ch y tr l i bình th ng

và h s l u l ng có giá tr b ng giá tr dòng ch y t do

- Tác đ ng c a v t n i có th làm gi m l u l ng ~ 10% khi chi u sâu c a l p

H*/P

Ecoulement libre Ecoulement en présence des corps flottants

Hình 1-35: V n hành c a PKW v i s

t c ngh n c a v t n i [17]

Hình 1-36: H s l u l ng ph thu c vào s có m t c a v t n i [17]

V i cùng l u l ng và b trí chung, có th có nh ng s a đ i nh v d ng tràn

nh hình 1-37 Nh ng s a đ i này thu n l i cho vi c tháo các v t n i, ô ra có các

b c thang đáy có th ti p n i v i các b c thang ph n bên d i c a đ p tràn Vi c

l a ch n c ng c n xét đ n các đi u thi công

Ch y t do

Ch y v i s có

m t c a v t n i

Không nên b trí k t c u gia c ng hay các thanh gi ng t i các t ng ô vào

và ô ra vì chúng có th làm các v t n i m c l i

Ô ra có b c thang

C t ngang ô ra

C t ngang ô vào

Trong tr ng h p xây m i, tràn phím đàn có th gi m đ c ba l n chi u dài tràn

ho c gi m đ c hai l n chi u cao c t n c tràn so v i tràn m t c t Creager

Có th áp d ng tràn phím đàn các tràn m t ch y t do đã xây d ng đ t ng đ an toàn ho c t ng dung tích ch a v i chi phí xây d ng th p

Có th xây d ng tràn phím đàn làm tràn kh n c p k t h p v i tràn đã có ho c v i tràn có c a xây m i thông qua s d ng ph n dung tích trên m c n c dâng bình

th ng (MNDBT) đ x m t ph n nh ng con l đ c bi t l n Ví d , v i chi u cao trên MNDBT là 4m có th x thêm đ c 40 đ n 50 m3/s/m

1.3.1 M c đích

Công trình th y đi n ak Mi 2 có đ c đi m là dung tích h ch a r t nh , thung l ng sông ak Mi t i khu v c d án có đ a hình hai bên b là núi cao, đ d c b sông l n, nên khi xây đ p ch t o đ c m t h ch a là m t d i h p d c theo lòng sông Lòng sông t i tuy n đ p r ng kho ng 30m, t i cao đ 630 thì r ng kho ng 100m

V i m c tiêu là nâng MNDBT cao trình 630.0m nh ng đ ng th i ph i đáp ng các đi u ki n là: - M c n c th ng l u l n nh t không thay đ i đ không nh

h ng đ n d án phía th ng l u; - T ng chi u r ng tràn không thay đ i (ch kho ng 100m) do đi u ki n đ a hình t i tuy n đ p; - Chi phí t ng do t ng chi u cao

đ p không v t quá l i nhu n thu đ c do t ng c t n c phát đi n đem l i; - Công tác v n hành h ch a thu n ti n và gi m chi phí Vì v y, vi c áp d ng đ p tràn

ng ng Piano ph i h p v i tràn có c a van đã đáp ng đ c c các đi u ki n v k thu t và kinh t , trong khi đ p tràn có c a van hoàn toàn ch đáp ng đ c các đi u

ki n v k thu t mà không th a mãn các đi u ki n v kinh t

1.3.2 Quy mô và lo i tràn Piano

đ m b o tính tin c y trong tính toán và đ y nhanh ti n đ thi t k khi công tác thí nghi m mô hình th y l c riêng cho công trình ch a đ c ti n hành, ki n ngh

l a ch n đ p tràn lo i B có b c tiêu n ng v i các thông s theo mô hình thí nghi m

đã th c hi n t i tr ng i h c Bách khoa TP H Chí Minh Kh n ng tháo c a tràn s b ng chi u r ng tràn nhân v i l u l ng đ n v qs, khi 1m≤H≤4m thì

qs = 10.81H - 2.34, khi H>4m thì qs = 17.17 H0.62

Hình 1-39: Mô hình thí nghi m m t c t tràn lo i PKB, ô ra có d ng b c thang áp

d ng t i Th y đi n k Mi2 - Qu ng Nam