1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên cứu khả năng khí thực và giái pháp phòng khí thực trên đập tràn cao

159 22 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 159
Dung lượng 7,22 MB

Các công cụ chuyển đổi và chỉnh sửa cho tài liệu này

Nội dung

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu khả năng khí thực và giải p

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

TRẦN XUÂN HÒA

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Mã số: 60-58-02-02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS NGUYỄN CHIẾN

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc

sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu

khả năng khí thực và giải pháp phòng khí thực trên đập tràn cao, áp dụng cho đập tràn thủy điện Xekaman 1” Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc

tới thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến đã dành nhiều thời gian và tâm huyết

hướng dẫn nghiên cứu và giúp tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, khoa Công trình cùng các thầy giáo, cô giáo đã tham gia giảng dạy và tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian tác giả học tập chương trình Cao học của trường Đại học thủy lợi, cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty cổ phần Điện Việt Lào, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập và thực hiện luận văn này

Do còn hạn chế về trình độ chuyên môn, cũng như thời gian có hạn, nên trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả không tránh khỏi những sai sót Tác giả mong muốn tiếp tục nhận được chỉ bảo của các thầy, cô giáo và sự góp ý của các bạn bè đồng nghiệp

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 24 tháng 11 năm 2015

Tác giả luận văn

Trần Xuân Hòa

Trang 5

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Hà Nội, ngày 24 tháng 11 năm 2015

Tác giả luận văn

Trần Xuân Hòa

Trang 6

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG CÁC ĐẬP TRÀN CAO VÀ VẤN ĐỀ KHÍ THỰC TRÊN MẶT TRÀN 3

1.1 Tình hình xây d ựng đập bê tông trọng lực và đập tràn cao ở Việt Nam 3

1.1.1 Tình hình xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện trên thế giới 3

1.1.2 Một số thông số chính về các công trình thủy lợi hiện có 4

1.2 Điều kiện làm việc của đập tràn cao 8

1.2.1 Tác dụng của khí thực 8

1.2.2 Ảnh hưởng của hàm khí và thoát khí đến sự làm việc của đập tràn 13

1.2.3 Ảnh hưởng của sóng 14

1.2.4 Sự mài mòn bề mặt 14

1.2.5 Sự phá hoại do tác dụng của tải trọng động 15

1.3 Các nghiên c ứu về khí thực trên mặt tràn 16

1.3.1 Tình hình nghiên cứu khí thực trên mặt tràn của thế giới 16

1.3.2 Tình hình nghiên cứu khí thực trên mặt tràn ở Việt Nam 17

1.3.3 Một số hình ảnh về bố trí thiết bị tiếp khí trên công trình tràn tháo lũ.18 1.4 Ph ạm vi nghiên cứu của luận văn 21

1.5 K ết luận Chương I 21

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TỔNG QUÁT KHẢ NĂNG KHÍ THỰC TRÊN ĐẬP TRÀN 22

2.1 Nhi ệm vụ và phạm vi nghiên cứu 22

2.1.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 22

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 22

2.2 Phương pháp kiểm tra khí hóa và khí thực trên mặt tràn 22

2.2.1 Kiểm tra khí hóa 23

Trang 7

2.2.2 Kiểm tra khí thực [1] 32

2.3 Tính toán c ụ thể cho các trường hợp 33

2.3.1 Sơ đồ chung 33

2.3.2 Tính toán cho trường hợp 1 (Hmt = 80m, htk = 12m, Rb =30MPa) 38

2.3.3 Tính toán cho các trường hợp khác 45

2.4 Phân tích k ết quả tính toán 63

2.4.1 Phân tích khả năng khí hóa 63

2.4.2 Phân tích khả năng khí thực 64

2.5 K ết luận Chương 2 66

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG CHO ĐẬP TRÀN THỦY ĐIỆN XEKAMAN 1 .67

3.1 Gi ới thiệu công trình 67

3.1.1 Vị trí công trình 67

3.1.2 Nhiệm vụ, quy mô công trình 67

3.2 Các thông s ố tính toán khí thực đập tràn [6] 71

3.3 Ki ểm tra khí hóa và khí thực mặt tràn 73

3.3.1 Kiểm tra khí hóa 73

3.3.2 Kiểm tra khí thực 79

3.4 Nghiên c ứu giải pháp phòng khí thực cho đập tràn thủy điện Xekaman 1 .81

3.4.1 Đề xuất giải pháp 81

3.4.2 Bố trí các bộ phận tiếp khí trên mặt tràn 82

3.4.3 Tính toán BPTK theo [9] 83

3.5 K ết luận Chương 3 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 1 – Kết quả tính toán vẽ đường mặt nước trên tràn ứng với các trường hợp nghiên cứu .94

Trang 8

PHỤ LỤC 2 – Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực 111 PHỤ LỤC 3 – Bản vẽ mặt cắt ngang đập tràn ứng với các trường hợp tính toán 128 PHỤ LỤC 4 – Kết quả tính toán kiểm tra khí hóa, khí thực đập tràn thủy điện Xekaman 1 135

Trang 9

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Công trình đầu mối Hồ chứa nước Định Bình 6

Hình 1.2: Đập tràn và Đập dâng hồ chứa nước Cửa Đạt 6

Hình 1.3: Đập tràn và Đập dâng Công trình thủy điện Đồng Nai 4 7

Hình 1.4: Công trình thủy điện Sơn La nhìn từ hạ lưu 7

Hình 1.5: Khí thực trên mặt tràn đập Bratxcaia (Nga) [1] 9

Hình 1.6: Xâm thực mũi phun cuối bể ở đập tràn Thác Bà 10

Hình 1.7: Hiện tượng khí thực xâm thực bề mặt dốc nước tràn Kẻ Gỗ [1] 12

Hình 1.8: Bố trí hệ thống ống dẫn khí trên trụ pin đập tràn 19

Hình 1.9: Bố trí TBTK trên đập tràn 19

Hình 1.10: Bộ phận tiếp khí trên đập tràn 20

Hình 1.11: Quan sát trộn khí trên bề mặt dốc tràn khi có TBTK 20

Hình 2.1: Sự hình thành đuốc khí [9] 23

Hình 2.2: Xác định hd .26

Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ ξ1 = f (y/∆); ξ2 = f(δ/∆); δ/∆ = f (L/∆) [1] 31

Hình 2.4: Sơ đồ xây dựng mặt cắt đập tràn 34

Hình 2.5: Mặt cắt đập tràn 35

Hình 2.6: Sơ đồ mặt cắt đập tràn 37

Hình 2.7: Biểu đồ quan hệ K=f(Zm, htk) ứng với Hmt=40m .46

Hình 2.8: Biểu đồ quan hệ K=f(Zm, htk) ứng với Hmt=60m .47

Hình 2.9: Biểu đồ quan hệ K=f(Zm, htk) ứng với Hmt=80m .48

Hình 2.10: Biểu đồ quan hệ K=f(Zm, htk) ứng với Hmt=100m .49

Trang 10

Hình 2.11: Biểu đồ quan hệ VĐT=f(htk, Hmt) ứng với Zm=2mm

50

Hình 2.12: Biểu đồ quan hệ VĐT=f(htk, Hmt) ứng với Zm=3mm .51

Hình 2.13: Biểu đồ quan hệ VĐT=f(htk, Hmt) ứng với Zm=4mm .52

Hình 2.14: Biểu đồ quan hệ VĐT=f(htk, Hmt) ứng với Zm=5mm .53

Hình 2.15: Biểu đồ quan hệ VĐT=f(htk, Hmt) ứng với Zm=6mm .54

Hình 2.16: Biểu đồ quan hệ VĐT=f(htk, Hmt) ứng với Zm=7mm .55

Hình 2.17: Biểu đồ quan hệ VĐT = f(Zm, htk, Vng) ứng với Hmt=40m .57

Hình 2.18: Biểu đồ quan hệ VĐT = f(Zm, htk, Vng) ứng với Hmt=60m 59

Hình 2.19: Biểu đồ quan hệ VĐT = f(Zm, htk, Vng) ứng với Hmt=80m 61

Hình 2.20: Biểu đồ quan hệ VĐT = f(Zm, htk, Vng) ứng với Hmt=100m 63

Hình 3.1: Mặt cắt đập tràn thủy điện Xekaman 1 [6] 73

Hình 3.2 Bố trí mũi hắt tại BPTK 84

Hình 3.3: Bố trí mũi hắt và ống dẫn khí (BPTK) 87

Hình 3.4: Bố trí bộ phận tiếp khí trên đập tràn thủy điện Xekaman 1 89

Trang 11

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao ở Việt Nam [10] 4

Bảng 2.1: Quan hệ giữa cột nước áp lực khí trời và cao độ [1] 26

Bảng 2.2: Trị số của cột nước áp lực phân giới [1] 26

Bảng 2.3: Các dạng mấu gồ ghề đặc trưng và trị số Kpg tương ứng .28

Bảng 2.4: Chiều cao nhám tương đương trên bề mặt của một số vật liệu chính 29

Bảng 2.5: Các Seri tính toán 36

Bảng 2.6: Tọa độ đường cong mặt tràn Ophixerop 38

Bảng 2.7: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn Hmt = 80m, htk=12m .42

Trang 12

Bảng 2.8: Quan hệ K=f(Zm, htk) ứng với Hmt=40m 46

Bảng 2.9: Quan hệ K=f(Zm, htk) ứng với Hmt=60m 47

Bảng 2.10: Quan hệ K=f(Zm, htk) ứng với Hmt=80m 48

Bảng 2.11: Quan hệ K=f(Zm, htk) ứng với Hmt=100m 49

Bảng 2.12: Quan hệ VĐT=f(htk,Hmt) ứng với Zm=2mm 50

Bảng 2.13: Quan hệ VĐT=f(htk,Hmt) ứng với Zm=3mm 51

Bảng 2.14: Quan hệ VĐT=f(htk,Hmt) ứng với Zm=4mm 52

Bảng 2.15: Quan hệ VĐT=f(htk,Hmt) ứng với Zm=5mm 53

Bảng 2.16: Quan hệ VĐT=f(htk,Hmt) ứng với Zm=6mm 54

Bảng 2.17: Quan hệ VĐT=f(htk,Hmt) ứng với Zm=7mm 55

Bảng 2.18: Quan hệ VĐT=f(Zm,htk,Vng) ứng với Hmt=40m 56

Bảng 2.19: Quan hệ VĐT=f(Zm,htk,Vng) ứng với Hmt=60m 58

Bảng 2.20: Quan hệ VĐT=f(Zm,htk,Vng) ứng với Hmt=80m 60

Trang 13

Bảng 2.21: Quan hệ VĐT=f(Zm,htk,Vng) ứng với Hmt=100m

62

Bảng 3.1: Thông số chính công trình thủy điện Xekaman 1 [6] 68

Bảng 3.2: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn thủy điện Xekaman 1 76

Bảng 3.3: Kết quả tính toán kiểm tra khí hóa với Zm =6mm 77

Bảng 3.4: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa với các trị số Zm 78

Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí thực mặt tràn Xekaman 1 (Bê tông M30, Vng= 14,17m/s) .80

Bảng 3.6: Thông số tính toán bộ phận tiếp khí 83

Bảng 3.7: Bảng kết quả tính toán bộ phận tiếp khí 88

Phụ lục 1.1: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=8m, Hmt=40m .95

Phụ lục 1.2: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=10m, Hmt=40m .96

Phụ lục 1.3: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=12m, Hmt=40m .97

Phụ lục 1.4: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=14m, Hmt=40m .98

Phụ lục 1.5: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=8m, Hmt=60m .99

Phụ lục 1.6: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=10m, Hmt=60m .100

Phụ lục 1.7: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=12m, Hmt=60m .101

Phụ lục 1.8: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=14m, Hmt=60m .102

Trang 14

Phụ lục 1.9: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=8m, Hmt=80m 103

Phụ lục 1.10: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=10m, Hmt=80m 104

Phụ lục 1.11: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=12m, Hmt=80m 105

Phụ lục 1.12: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=14m, Hmt=80m 106

Phụ lục 1.13: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=8m, Hmt=100m 107

Phụ lục 1.14: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=10m, Hmt=100m 108

Phụ lục 1.15: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=12m, Hmt=100m 109

Phụ lục 1.16: Kết quả vẽ đường mặt nước trên tràn htk=14m, Hmt=100m 110

Phụ lục 2.1: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại A ứng với Hmt=40m 112 Phụ lục 2.2: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại A ứng với Hmt=60m 114 Phụ lục 2.3: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại A ứng với Hmt=80m 116 Phụ lục 2.4: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại A ứng với Hmt=100m 118 Phụ lục 2.5: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại T ứng với Hmt=40m 120

Trang 15

Phụ lục 2.6: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại T

ứng với Hmt=60m 122

Phụ lục 2.7: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại T ứng với Hmt=80m 124

Phụ lục 2.8: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa, khí thực tại T ứng với Hmt=100m 126

Phụ lục 4.1: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Zm=2mm 136

Phụ lục 4.2: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Zm=3mm 137

Phụ lục 4.3: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Zm=4mm 138

Phụ lục 4.4: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Zm=5mm 139

Phụ lục 4.5: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Zm=6mm 140

Phụ lục 4.6: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Zm=7mm 141

Phụ lục 4.7: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Zm=8mm 142

Phụ lục 4.8: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Zm=9mm 143

Phụ lục 4.9: Tổng hợp kết quả tính toán kiểm tra khí hóa khi Zm=10mm 144

Trang 16

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong thực tế xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện hiện nay có rất nhiều hồ chứa vừa và lớn Các đập tràn tháo nước trong công trình đầu mối của các hồ chứa vừa là lớn là các đập tràn cao được xây dựng bằng bê tông cốt thép

Đối với bề mặt đập tràn, khí hóa có thể xuất hiện ở dạng tổng thể hoặc cục bộ Theo điều kiện an toàn, đập tràn cao thường áp dụng loại mặt tràn không chân không (dạng WES hoặc Criger-Ofixerov) Do đó dạng khí hóa tổng thể trên mặt tràn không xẩy ra Trong quá trình thi công hoặc khai thác đập tràn cao có thể hình thành các gồ ghề cục bộ Hình dạng mấu gồ ghề cục

bộ rất phong phú và mang nhiều yếu tố ngẫu nhiên Vì vậy với các đập tràn cao hiện tượng khí hóa, khí thực trên mặt tràn xuất hiện chủ yếu do các gồ ghề cục bộ

Khi dòng chảy có lưu tốc lớn đi qua các vị trí có gồ ghề cục bộ, các dòng tia sẽ không còn bám sát thành rắn, tạo nên chân không ở phía sau các mấu này Khi trị số áp lực chân không vượt quá giới hạn phân giới thì sẽ hình thành khí hóa và có thể dẫn đến khí thực phá hoại trên bề mặt của đập tràn Vì vậy, nghiên cứu khả năng khí thực và giải pháp phòng khí thực trên đập tràn

cao có tính khoa học và thực tiễn, để giải quyết cấp thiết một vấn đề xây dựng

đập tràn nói riêng cũng như các công trình tháo nước nói chung

2 Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu khả năng khí thực và giải pháp phòng khí thực trên đập tràn cao

- Giải pháp công trình đề phòng khí thực

Trang 17

- Tính toán áp dụng cho đập tràn công trình thủy điện Xekaman 1

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

a Cách tiếp cận

- Từ thực tế: Các trường hợp đập tràn khi vận hành đã có xẩy ra khí thực

- Tiếp cận từ các điều kiện kỹ thuật: Công trình phải đảm bảo điều kiện bền, ổn định

b Phương pháp nghiên cứu

- Kế thừa các nghiên cứu trước đó đã có

- Thu thập tài liệu từ công trình thực tế

- Phân tích khả năng xẩy ra khí hóa và khí thực trên mặt đập tràn

- Ứng dụng cho công trình thực tế

Trang 18

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG CÁC ĐẬP TRÀN CAO VÀ

VẤN ĐỀ KHÍ THỰC TRÊN MẶT TRÀN 1.1 Tình hình xây d ựng đập bê tông trọng lực và đập tràn cao ở Việt

Nam

1.1.1 Tình hình xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện trên thế giới

Từ xa xưa con người đã biết đắp đập trữ nước, chủ yếu dùng cho sinh hoạt và nông nghiệp Dấu tích các đập ít nhất từ 3.000 năm trước công nguyên đã tìm thấy ở Jordan, Ai Cập và vùng Trung Đông Nhưng từ nửa sau của thế kỷ XX, xây dựng đập mới trở thành một trào lưu mạnh mẽ do nhu cầu phát triển công nghiệp, thủy điện và phòng chống lũ Theo thống kê năm 1998 của Uỷ ban đập nước thế giới (World Commission on Dams – WCD), nhân loại đã xây dựng được 47.655 đập cỡ lớn ở 140 nước trên thế giới Năm nước

có nhiều đập nhất là Trung Quốc có 22.000 đập, Mỹ 6.575 đập, Ấn Độ 4.291 đập, Nhật Bản 2.675 đập và Tây Ban Nha là 1.196 đập Theo khu vực đứng đầu là châu Á với 31.340 đập, tiếp theo là Tây Âu 4.277 đập, Châu Phi 1.299

đập, Đông Âu 1203 đập, Nam Mỹ 979 đập, Bắc và Trung Mỹ 801 đập

Đối với Việt Nam, cho đến nay vẫn là một đất nước có nền kinh tế nông nghiệp, tài nguyên nước có ý nghĩa quyết định trong sự phát triển bền vững của đất nước Lịch sử hình thành và phát triển của dân tộc Việt Nam gắn liền với sự hình thành của hệ thống đê điều chống lũ hàng ngàn năm với hệ thống kênh rạch để mở mang vùng đất mới, phát huy mặt lợi của nước, hạn chế mặt hại để tồn tại và phát triển Cũng chính nhờ lợi thế đó, một nền văn minh lúa nước đã hình thành từ nghìn năm ở Đồng bằng sông Hồng và di cư vào Đồng bằng sông Cửu Long 300 năm trước đây

Tuy vậy, nhưng do đặc điểm lịch sử mà sự phát triển của các hệ thống đầu mối thủy lợi ở nước ta chậm hơn so với các nước phát triển trên thế giới

Trang 19

Từ khi nước Việt Nam dân chủ cộng hòa ra đời nhất là sau khi hòa bình lập

lại, thủy lợi nước ta mới thật sự trở thành một ngành thuộc kết cấu hạ tầng

kinh tế - xã hội được ưu tiên đầu tư Đến nay cả nước có khoảng 10.000 hồ

chứa lớn nhỏ trong đó có khoảng 500 hồ chứa có đập lớn đứng hàng thứ 16

trong số các nước có nhiều đập cao trên thế giới Trong số các đập có chiều

cao nhỏ hơn 60m thì đập vật liệu địa phương chiếm tới hơn 80%, còn đối với

đập có chiều cao lớn hơn 60m thì đập bê tông nói chung và đập bê tông trọng

lực nói riêng lại chiếm một tỷ lệ đáng kể Đầu mối các công trình Bản Chát,

Bản Vẽ, Hủa Na, Trung Sơn, Plêikrông, Sê San 3 và Sê San 4, Sơn La, Lai

Châu, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Tân Giang, Lòng Sông, Định Bình, Nước

Trong… có các đập bê tông trọng lực lớn và đập tràn cao với khối lượng tới

hàng triệu m3

, chiều cao đập đến hàng trăm mét

1.1.2 Một số thông số chính về các công trình thủy lợi hiện có

Gắn liền với các hệ thống đầu mối thủy lợi nêu trên là các công trình

tháo lũ, làm nhiệm vụ tháo phần nước lũ không thể chứa trong hồ, có khi chúng còn được đặt ở dưới sâu và đảm nhận việc tháo cạn một phần hay toàn

bộ hồ chứa khi cần thiết kiểm tra hoặc sửa chữa

Công trình tháo lũ trên các hệ thống đầu mối thủy lợi rất đa dạng Dưới

đây là bảng thống kê các công trình có đập trọng lực và đập tràn cao ở Việt

Nam

Bảng 1.1: Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao ở Việt Nam [10]

Tên công trình

Năm xây dựng

Loại đập

Chiều cao Hmax

Hình thức tràn Qxả max

(m 3 /s)

Dung tích toàn bộ (10 6 m 3 )

Dung tích hữu ích (10 6 m 3 )

Hồ Định Bình 2003-2006 D 50 Đập tràn+ mũi

Hồ Cửa Đạt 2004-2009 C 118,5 Dốc nước + Tiêu năng đáy 11.594 1.364,8 1070,8

Trang 20

Tên công trình

Năm xây dựng

Loại đập

Chiều cao Hmax

Hình thức tràn Qxả max

(m 3 /s)

Dung tích toàn bộ (10 6 m 3 )

Dung tích hữu ích (10 6 m 3 )

TĐ Hàm thuận 1996-2001 B 93,5 Dốc nước + mũi

TĐ Đại Ninh 2003-2007 B 54

Có cửa/ Dốc nước + mũi phun

TĐ Đồng Nai 3 2005-2009 D 108 có cửa + Mũi

- C: Đập đá đổ bê tông bản mặt - D: Bê tông đầm lăn

- E: Bê tông thường

Trang 21

Hình 1.1: Công trình đầu mối Hồ chứa nước Định Bình

Hình 1.2: Đập tràn và Đập dâng hồ chứa nước Cửa Đạt

Trang 22

Hình 1.3: Đập tràn và Đập dâng Công trình thủy điện Đồng Nai 4

Hình 1.4: Công trình thủy điện Sơn La nhìn từ hạ lưu

Trang 23

1.2 Điều kiện làm việc của đập tràn cao

Đối với công trình tháo nước nói chung cũng như đối với đập tràn cao nói riêng thì dòng chảy qua đập có lưu lượng và lưu tốc lớn, nó tác động đến quá trình làm việc của công trình tháo nước

Các dòng chảy cao tốc có những nét đặc thù sau:

- Có mức độ xáo trộn mãnh liệt, mạch động áp lực, lưu tốc có trị số lớn, ảnh hưởng trực tiếp tới ổn định và độ bền công trình

- Quán tính của đơn vị thể tích nước rất lớn, trong khi trở lực của độ nhớt không thể hiện rõ ràng

- Dòng chảy rất nhậy bén với đường biên: Các nhiễu động phát sinh tại một điểm bất kỳ trong dòng chảy có thể được truyền đi và gây ảnh hưởng trong một phạm vi rất rộng xuôi theo chiều dòng chảy Khi xem xét xử lý các hiện tượng thủy lực đặt biệt trên đập tràn có cột nước cao cần phải xét tới tác dụng của dòng cao tốc tác dụng lên tràn

- Đặc trưng mạch động của tải trọng thủy động gây nên ứng suất mỏi trong kết cấu

- Khí thực và xâm thực khí thực trên bề mặt đập tràn

- Hàm khí và thoát khí làm thay đổi chiều sâu dòng chảy gây chấn động hoặc nước va trong đường xả kín

- Sự hình thành và truyền sóng nhiễu trong lòng dẫn không áp

- Khả năng mài mòn thành lòng dẫn khi dòng chảy mang theo nhiều bùn cát thô

1.2.1 Tác dụng của khí thực

Trang 24

Khi dòng chảy có lưu tốc lớn trên đập tràn đi qua các vị trí có gồ ghề cục bộ, các dòng tia sẽ không còn bám sát thành rắn, tạo nên chân không ở phía sau các mấu này Khi trị số áp lực chân không vượt quá giới hạn phân giới thì sẽ xuất hiện hàng loạt bong bóng chứa hơi nước, khi đó hình thành khí hóa Các bong bóng chứa hơi nước sẽ được dòng chảy cuốn theo đến vùng

có áp suất cao hơn, chúng bị ép mạnh từ mọi phía và bị tiêu hủy Nếu sự tiêu hủy này xảy ra dồn dập ở gần bề mặt tràn sẽ tạo ra một xung lực lớn và lập lại nhiều lần làm cho bê tông mặt tràn bị mỏi, dẫn đến bong rời, khi đó hiện tượng khí thực hình thành trên bề mặt tràn Khí thực thường phá hoại bề mặt tràn trong một phạm vi nhất định gọi là hố xâm thực

Dưới đây là một vài trường hợp về xâm thực khí thực trên các công trình tháo trên thế giới và Việt Nam trong thời gian gần đây:

- Đập tràn Bratxcaia (Nga):

Nguyên nhân gây xâm thực mặt tràn là các bậc lồi để lại sau khi dỡ cốt pha và không được bạt đi kịp thời, các khe thi công không được lấp nhét kĩ và các gồ ghề khác Trên mặt của một khoang tràn làm việc liên tục 11 ngày đêm

đã hình thành một hố sâu 1,2m, thể tích gần 12m3, ở các khoang khác, các hố sâu từ 0,2m đến 0,4m

Hình 1.5: Khí thực trên mặt tràn đập Bratxcaia (Nga) [1]

Trang 25

- Đập tràn Thác Bà:

Đập tràn Thác Bà bắt đầu xây dựng vào năm 1971, mặt tràn dạng Ophixerop, tràn gồm 3 khoang x 10m có cửa van, khoang giữa có mũi phóng, hai khoang bên theo sơ đồ tiêu năng đáy, sân tiêu năng dài 28,6m, ở cuối có

bố trí 7 mố tiêu năng, giữa các mố là mũi phun thấp hình nêm Năm 1990 tràn

xả lưu lượng Q = 1.300m3/s qua 3 khoang khi mực nước hạ lưu ở cao trình 27,65m (sân sau ở cao trình 20m) Nghiên cứu điều kiện làm việc của đập tràn cho thấy với lưu lượng này thì chiều dài sân không đủ để tạo nước chảy ngập trong bể ứng với mực nước hạ lưu là 27,65m, dòng chảy trên bề mặt vẫn là dòng chảy xiết, với vận tốc tại đáy bể là 22,8 – 25m/s, do đó tại các mũi phun

sẽ sinh tách dòng tạo chân không dẫn đến khí thực Kết quả là mặt sân tiêu năng giáp với các mố 5, 6 bị bong tróc bê tông từ 10÷20cm, trơ cốt thép dọc, cốt thép ngang bị đứt, các thành đứng của các mũi phun thấp hầu hết dưới chân bị bóc rỗ sâu 5÷10cm (hình 1.1) Đây là hậu quả của xâm thực khí thực

do bề mặt có gồ ghề cục bộ và đường viền của các mũi phun thấp có cấu tạo chưa hợp lý [1]

Hình 1.6: Xâm thực mũi phun cuối bể ở đập tràn Thác Bà

Trang 26

- Hệ thống đập Bái Thượng – Sông Chu (Thanh Hóa)

Hệ thống được xây dựng vào năm 1920, hoàn thành năm 1926, trong hệ thống có đập tràn trọng lực ngăn sông Chu để dâng nước đưa vào hệ thống công trình dẫn nước Sau 3 năm vận hành (năm 1929), hiện tượng xâm thực

đã xuất hiện ở hạ lưu đập, mỗi năm theo thời gian phát triển thêm và làm xói chân đập tràn sâu đến 2m, đã phải xử lý bằng cách đắp vào 3000m3 đá Sau đó đập vẫn tiếp tục bị phá hoại ở các năm 1939, 1942, 1952, 1980 Đến năm

1988, mặt đập bị xói mòn, lở nhiều chỗ, lớp bê tông bảo vệ trên mặt đập bị bào mòn 3-5cm, các răng trên mặt đập bị rỗ, có chỗ sâu đến 0,7 đến 0,8m, chân đập bị xói mòn, khoét sâu dạng hàm ếch từ 0,4-0,8m và dài 2-3m Sự phá hủy bê tông và công trình đập Bái Thượng thì do nhiều nguyên nhân nhưng trong đó có sự tham gia của hiện tượng khí thực và sự tác động cùng lúc của nó với các yếu tố khác làm cho tốc độ và mức độ hư hỏng càng lớn hơn [2]

- Tràn xả lũ Nam Thạch Hãn – Quảng Trị:

Tràn bắt đầu khởi công từ năm 1978, kiểu ngưỡng tràn đỉnh rộng, nối tiếp sau là dốc nước Tháng 10/1983 tràn xả với lưu lượng 7.000m3/s Kết quả ngưỡng tràn và dốc nước bị hư hỏng nặng Trên mặt tràn quan sát thấy nhiều chỗ lớp vữa xi măng bị bong ra, chỉ còn trơ lại các hòn sỏi, nhiều chỗ trơ cốt thép, có chỗ bê tông bị xói sâu vào thành 0,2÷0,3m Đó là do hiện tượng khí thực gây ra (hiện tượng này xảy ra với vận tốc bình quân V= 15m/s) [1]

- Tràn xả lũ hồ chứa nước Kẻ Gỗ - Hà Tĩnh:

Công trình được thiết kế xây dựng từ những năm 1970 đến năm 1979

và chính thức bàn giao đưa vào khai thác sử dụng từ năm 1987, với tần suất lũ thiết kế P=0,5%, ứng với lưu lượng thiết kế QTK = 1.080m3/s Có tràn xả lũ gồm 2 cửa, chiều rộng mỗi cửa là B = 10m, hình thức tràn xả sâu, kiểu đập

Trang 27

tràn thực dụng, điều tiết bằng cửa van cung Dốc nước và mũi phun bố trí theo hình thức mở rộng dần, với góc cửa mở α = 12o12’, chiều rộng đầu dốc nước 21m và cuối mũi phun 36m, chiều dài dốc nước 23,5m, chiều dài máng phun 39,5m, độ dốc dốc nước và máng phun thiết kế là i = 0,1, dọc thân dốc nước

bố trí một tường phân dòng nối liền từ trụ pin đến cuối mũi phun Ngoài tràn

xả lũ chính còn bố trí 2 cửa tràn kết hợp với cống lấy nước, chiều rộng mỗi cửa BP = 3m, kiểu đập tràn thực dụng điều tiết bằng cửa van cung, với lưu lượng thiết kế QPTK = 296 m3/s

Sau hơn 20 năm khai thác sử dụng, công trình đã phát huy tốt các nhiệm vụ điều tiết lượng nước trong hồ và xả lượng nước thừa về trong mùa

lũ Qua đánh giá thực tế thì ở phần mũi phun đã xuất hiện hiện tượng xâm thực do khí thực, bề mặt mũi phun xuất hiện các lỗ với chiều sâu từ 2 – 3cm,

có chỗ sâu tới 5cm và đã bị lộ cốt thép ra ngoài (hình 1.7) [1]

Hình 1.7: Hiện tượng khí thực xâm thực bề mặt dốc nước tràn Kẻ Gỗ [1]

Trang 28

- Tràn xả lũ hồ chứa nước Núi Cốc – Thái Nguyên:

Công trình được khởi công xây dựng từ năm 1973, được đưa vào khai thác sử dụng năm 1982, với lưu lượng thiết kế QTK = 830 m3/s (P = 0,5%),

Btr= 3 x 8m, hình thức tràn xả mặt, ngưỡng tràn mặt cắt hình thang mái thoải, điều tiết bằng cửa van cung Chiều dài dốc nước 20m, chiều dài máng phun,

kể cả mũi phun 40m, độ dốc i = 0,125, kết cấu dốc nước và máng phun bằng

bê tông cốt thép M20

Qua 22 năm khai thác sử dụng đã có xuất hiện hiện tượng xâm thực do khí thực ở phần máng phun và mũi phun [2]

1.2.2 Ảnh hưởng của hàm khí và thoát khí đến sự làm việc của đập tràn

Khi thiết kế các đập tràn cao có lưu tốc dòng chảy lớn, phải giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến hiện tượng hàm khí Do hàm khí, thể tích hỗn hợp nước - không khí tăng lên nên đối với lòng dẫn không áp thì cần tăng chiều cao thành bên

Do hàm khí các tia phóng xuống hạ lưu sẽ làm giảm tầm phóng của tia

và tạo các đám mây bụi nước làm phức tạp các điều kiện khai thác các thiết bị

cơ điện (do độ ẩm tăng lên) và gây bất lợi cho ổn định các mái bờ dốc nối tiếp với công trình

Ở đập AtXoan (Ai Cập) các tia có tầm phóng tới 150m, dọc con đường nắm trên bờ đá dốc bị bao phủ bởi một lớp bụi nước làm cản trở giao thông ngay từ khi bắt đầu khai thác công trình Mái đất bị bão hòa nước dẫn đến mất

ổn định làm cho đường giao thông bị phá hoại

Tuy vậy, khác với khí thực, sự hàm khí dòng chảy trong công trình không phải bao giờ cũng gây hại Ngược lại, sự hàm khí ở lớp dòng chảy sát

Trang 29

thành có tác dụng hạn chế khả năng xâm thực, giảm mức độ gây xói của dòng chảy Ngoài ra, hàm khí còn làm giầu oxi cho nước, giúp cải thiện môi trường của dòng nước khi chảy xuống hạ lưu

Đi kèm theo hàm khí là sự thoát khí, hiện tượng này có ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của các công trình xả kiểu kín Sự thoát các bọt khí ra khỏi nước và tụ lại trên trần sẽ dần tạo ra các bọt khí trên đó, làm giảm mặt cắt ướt của dòng chảy Việc đẩy các bọt khí này ra khỏi đường dẫn nước có áp sẽ kéo theo hiện tượng nước va

1.2.3 Ảnh hưởng của sóng

Trong dòng chảy xiết thường hình thành sóng do kết quả tác động qua lại giữa dòng chảy với thành rắn làm đổi hướng dòng chảy Sóng cũng tự hình thành một ngẫu nhiên từ phía mặt thoáng Sóng trong dốc nước biểu hiện dưới dạng các sóng dừng hay hình thức nước nhẩy xiên, còn trong trường hợp sau

ở dạng các sóng lăn (sóng chạy) Cả hai loại sóng đều ảnh hưởng có hại tới sự làm việc của công trình: làm tăng chiều cao mực nước trong dốc nước, làm xấu đi các điều kiến nối tiếp hạ lưu, có khả năng gây dồn ép không khí trong các đường tháo nước kín Các sóng lăn còn làm gia tăng tải trọng động lên công trình

1.2.4 Sự mài mòn bề mặt

Khi xả nước qua đập tràn hoặc các cửa xả đặt cao thì nước xả thường chứa ít bùn cát Bùn cát chỉ xâm nhập các cửa xả khi chúng đã lấp đầy dung tích hồ chứa, hoặc khi phải tháo cạn hồ bằng các cửa xả đáy

Sự mài mòn tường và đáy đường xả, các thiết bị tiêu năng hạ lưu diễn

ra ở nhiều công trình, chẳng hạn ở đập Anderson – Reng (Hoa Kỳ), bùn cát đã

Trang 30

mài mòn lớp bọc kim loại của đường hầm dài tới chiều sâu 7cm khi tháo lưu lượng thi công với vận tốc V=9m/s

1.2.5 Sự phá hoại do tác dụng của tải trọng động

Với các công trình xả có cột nước cao, năng lượng thừa của dòng chảy xuống hạ lưu là rất lớn Việc sử dụng các mố tiêu năng và mố phân dòng để giảm chiều sâu đào bể và làm giảm năng lượng dòng chảy ở hạ lưu bị hạn chế

do khả năng phát sinh khí thực Vì vậy trong nhiều trường hợp, việc áp dụng tiêu năng bằng mũi phun là rất hợp lý Ở đây xin dẫn chứng một số ví dụ để chứng minh tầm quan trọng của việc chọn sơ đồ nối tiếp hạ lưu

Ở đập Vacô (Hoa Kỳ), chiều dài của tấm tiêu năng chọn đảm bảo với chiều dài của nước nhẩy (nối tiếp chảy đáy) Kết cấu gia cố hạ lưu như vậy hoàn toàn đảm bảo chế độ làm việc bình thường của công trình Tuy nhiên, sau 16 năm khai thác đã xẩy ra xói lớp gia cố hạ lưu Thể tích vật liệu bị bong

ra (gồm bê tông và đá nền) lên tới 380.000m3, chiều sâu tới 6,7m

Đập tràn của công trình XupKhun (Triều Tiên) có chiều cao H=107m, chiều dài khoảng 370m, cột nước trên đỉnh 6,5m Tấm tiêu năng dài 30m có mũi phun ở cuối để tạo cơ chế độ chảy mặt ở sân sau Khi xả nước trong thời gian 11,5 tháng với lưu lượng đơn vị trên tấm tiêu năng là 22,8-31,4m3

/s.m và lưu tốc 35m/s, tấm tiêu năng bị bẻ gẫy, nền đá bị xói, chiều sâu phá hoại đạt tới 4,8m, thể tích bê tông bị cuốn đi chiếm 1/3 tổng thể của tấm tiêu năng Nguyên nhân của sự cố là do không đặt các thiết bị thoát nước thấm từ nền và không neo chặt tấm vào nền Một phần của tấm tiêu năng được đúc bằng cách

đổ bê tông trong nước do thi công không có biện pháp thoát nước thấm làm khô hố móng Trong biện pháp sửa chữa đã bố trí các lỗ thoát nước và neo chặt tấm tiêu năng vào nền, do đó công trình lại làm việc an toàn

Trang 31

Đập tràn cao làm việc với cột nước trên mặt tràn lớn khi xả lũ với lưu lượng lớn, dòng chảy có vận tốc cao Mạch động lớn của vận tốc và áp suất có thể tác dụng vào đường biên làm cho kết cấu thanh mảnh bị chấn động, bị phá hoại Cục bộ có vùng phát sinh áp suất thấp, xuất hiện chân không dẫn đến khí thực Dòng chảy có hiện tượng trộn khí, trên đường dẫn xuất hiện các sóng xung kích

1.3 Các nghiên c ứu về khí thực trên mặt tràn

1.3.1 Tình hình nghiên cứu khí thực trên mặt tràn của thế giới

Vấn đề khí thực ở các nước trên thế giới từ lâu đã được quan tâm Ghi nhận đầu tiên và sự phá hoại bởi khí thực là tại đập Hoover Sau khi nghiên cứu người ta kết luận rằng nguyên nhân chính là do lòng dẫn không được xử

lý tốt và dòng chảy không thuận, người ta cũng thấy rằng công tác bê tông cần phải được xem xét một cách nghiêm túc Tại thời điểm đó khái niệm độ nhám

bề mặt và vai trò của việc xử lý bề mặt chưa được rõ ràng Cuối năm 1981, việc xử lý bề mặt sử dụng cho đường tràn có lưu tốc lớn đặt ra những yêu cầu khắt khe hơn Trong năm 1981, cuốn “Hướng dẫn công tác bê tông” được phát hành ở Mỹ và được sử dụng rộng rãi cho tất cả các đập tràn có lưu tốc dòng chảy lớn hơn 23m/s

Trong năm 1961, lợi ích của việc lắp đặt bộ phận tiếp khí trong việc ngăn ngừa khí thực đã được chứng minh ở đập Grand Coulee, bộ phận tiếp khí đầu tiên được lắp đặt trên đường tràn là tại đập Yellowtail vào năm 1967 Tuy nhiên lúc này người ta vẫn chưa hoàn toàn tin cậy vào bộ phận tiếp khí,

do đó phần hạ lưu tràn góc dốc 1:100 và bề mặt được sơn phủ epoxy Kết quả vận hành chứng minh hiệu quả khi sử dụng bộ phận tiếp khí, khi góc dốc ở hạ lưu tuynen 1:20 và không sơn epoxy

Trang 32

Ở Liên Xô trước đây, các nghiên cứu thực nghiệm về khí thực đã được tiến hành một cách có hệ thống Đã xác định được hệ số khí hóa phân giới của hàng loạt các bộ phận chảy bao của công trình tháo nước công bố biểu đồ quan hệ giữa lưu tốc ngưỡng xâm thực với cường độ vật liệu và độ hàm khí trong nước [9] Giải pháp tiếp khí để phòng khí thực trên mặt tràn đã được áp dụng thành công ở đập Bratxcaia (phương án sửa chữa năm 1967), đường tràn thủy điện Nurêch (1978) và nhiều công trình khác

Đến nay đã có hơn 100 công trình của các nước đã sử dụng phương pháp tiếp khí vào dòng chảy để phòng ngừa khí thực Kết quả vận hành chứng minh hiệu quả khi sử dụng bộ phận tiếp khí là rất tốt Trung Quốc áp dụng phương pháp tiếp khí vào dòng chảy này từ những năm 1970, sau đó phát triển rất nhanh Trên các công trình xả lũ của các công trình Điểu Giang Độ, Phùng Gia Sơn, Đông Giang, Dương Hiệp, Fengman, Thạch Đầu Hà đều

bố trí bộ phận tiếp khí

1.3.2 Tình hình nghiên cứu khí thực trên mặt tràn ở Việt Nam

Nghiên cứu tính toán về khí thực trên đập tràn nói riêng, công trình thủy lợi nói chung ở nước ta trong thời gian qua chưa được chú trọng đúng mức Trong khi đó, những năm gần đây đã ghi nhận càng nhiều các sự cố hư hỏng công trình do các nguyên nhân có liên quan đến hiện tượng khí thực như

ở các đường tràn công trình đầu mối Nam Thạch Hãn, Thác Bà, Kẻ Gỗ, Núi Cốc, Phú Ninh Điều này đòi hỏi trong tính toán thiết kế cũng như thi công xây dựng các công trình mới phải đề cập đầy đủ hơn các vấn đề dự báo khí thực trong công trình thủy lợi, cũng như áp dụng các biện pháp kỹ thuật chuyên môn đề phòng sự cố Ngoài ra các công trình đã được xây dựng cũng cần phải tiến hành tính toán kiểm tra và áp dụng các biện pháp sử lý khi cần thiết

Trang 33

Thời gian gần đây ở Việt Nam cũng đã nghiên cứu áp dụng phương pháp tiếp khí vào dòng chảy trên công trình tháo nước như: đường tràn của hồ chứa nước Cửa Đạt – Thanh Hóa, thủy điện Sơn La, thủy điện Lai Châu

Năm 2006, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã ban hành tiêu chuẩn ngành về tính toán khí thực (14 TCN 198: 2006) Năm 2012, tiêu chuẩn này được chuyển thành tiêu chuẩn quốc gia (TCVN 9158: 2012) Một số nghiên cứu về khả năng khí thực và giải pháp phòng khí thực trên các bộ phận của công trình tháo nước cũng đã được công bố trong thời gian gần đây như: Kiểm tra khí thực ở các đập tràn cao, áp dụng cho đập tràn của thủy điện Lai Châu – Nguyễn Chiến, Nguyễn Thái Bình - Tạp chí KHKT Thủy lợi & Môi trường số 42 – 2013 [2]; Giải pháp phòng khí thực cho các thiết bị tiêu năng sau đập tràn cao, áp dụng cho đập tràn Hồ Nước Trong – Nguyễn Chiến, Phạm Hồng Hưng - Tạp chí KHKT Thủy lợi & Môi trường số 30; Tính toán khí thực các công trình thủy Lợi – Nguyễn Chiến (2003) – Nhà xuất bản Xây dựng; Nguyễn Chiến Tính toán bộ phận tiếp khí để phòng khí thực trên mặt tràn và dốc nước của công trình tháo nước Tạp chí KHKT Thủy lợi và Môi trường số 16 Hà Nội 2007; Nguyễn Chiến, Phạm Nguyên Hùng Tính toán

sự phân bố của hàm lượng không khí trong dòng chảy hở trên các công trình tháo nước Tạp chí KHKT Thủy lợi và Môi trường số 18 Hà Nội 2007

Về khí thực trên mặt tràn, mặc dù đã có một số nghiên cứu như đã nêu trên, nhưng chưa có công trình nào thực hiện việc nghiên cứu tổng quát về khả năng khí hóa và khí thực trên mặt tràn phụ thuộc vào các thông số khác nhau như chiều cao mặt tràn, cột nước tràn, độ gồ ghề bề mặt và độ bền của vật liệu bề mặt tràn

1.3.3 Một số hình ảnh về bố trí thiết bị tiếp khí trên công trình tràn tháo lũ

Trang 34

Hình 1.8: Bố trí hệ thống ống dẫn khí trên trụ pin đập tràn

Hình 1.9: Bố trí TBTK trên đập tràn

Trang 35

Hình 1.10: Bộ phận tiếp khí trên đập tràn

Hình 1.11: Quan sát trộn khí trên bề mặt dốc tràn khi có TBTK

Trang 36

1.4 Ph ạm vi nghiên cứu của luận văn

Nghiên cứu khả năng xuất hiện khí hóa và khí thực ứng với các trường hợp Htk, Hmt, Rb, Zm khác nhau Trên cơ sở phân tích mối quan hệ giữa 4 thông số trên đưa ra lựa chọn vật liệu cho thiết kế đập tràn Tính toán kiểm tra lại nếu trên bề mặt tràn vẫn xuất hiện khí thực thì cần thiết phải tính toán thiết

Trang 37

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TỔNG QUÁT KHẢ NĂNG KHÍ THỰC

TRÊN ĐẬP TRÀN 2.1 Nhi ệm vụ và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng xuất hiện khí hóa ứng với các chiều cao mặt tràn, cột nước thiết kế và chiều cao mấu gồ ghề khác nhau

Kiểm tra khả năng xẩy ra khí thực sau khi xuất hiện khí hóa ứng với các mác bê tông mặt tràn khác nhau

Phân tích quan hệ Hmt, Zm, VĐT, Rb trên các biểu đồ để xác định khả năng khí thực, lựa chọn vật liệu phù hợp với các thông số thiết kế cụ thể của đập tràn để phòng khí thực

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu

Khả năng xuất hiện khí thực trên mặt tràn phụ thuộc vào các yếu tố: chiều cao đập, mác vật liệu, độ gồ ghề cục bộ trên mặt tràn

Xét các trường hợp đập tràn phi chân không (Ophixerop) có các thông

số thay đổi như các đập tràn cao đã xây dựng ở Việt Nam:

- Chiều cao mặt tràn: Hmt = 40m, 60m, 80m, 100m (tính từ điểm thấp nhất của mũi phun đến ngưỡng tràn)

Trang 38

2.2.1 Kiểm tra khí hóa

2.2.1.1 Khái niệm về khí hóa [1]

Khí hóa là hiện tượng xuất hiện hàng loạt bong bóng chứa khí và hơi trong lòng chất lỏng ở điều kiện nhiệt độ bình thường nhưng áp suất bị giảm xuống dưới một trị số giới hạn gọi là áp suất phân giới, ký hiệu là P pg

Đối với các công trình tháo nước (CTTN), chất lỏng được xét là nước, hơi xuất hiện dưới dạng các bong bóng là hơi nước; áp suất phân giới chính là

áp suất hóa hơi của nước ở nhiệt độ tương ứng

Như vậy điều kiện xuất hiện khí hóa tại một khu vực nào đó trong dòng chảy là khi ở đó có:

P ≤ Ppg , hoặc H ≤ Hpg ,

trong đó:

P – áp suất tuyệt đối tại điểm đang xét;

H – cột nước áp lực tương ứng với P;

Ppg – áp suất phân giới của nước;

Hpg – cột nước tương ứng với Ppg

Hình 2.1: Sự hình thành đuốc khí [4]

a Khi chảy bao quanh bậc lồi; b Chảy bao quanh hình trụ

d

Ld

Trang 39

Các bong bóng khí được hình thành tập trung trong một khu vực nhất định của dòng chảy gọi là đuốc khí (hình 2.1) Phạm vi của đuốc khí có thể dài, ngắn khác nhau tùy theo mức độ mạnh yếu của khí hóa

2.2.1.2 Các thông số đặc trưng của khí hóa [1]

a Hệ số khí hóa (K)

Hệ số khí hóa là một đại lượng không thứ nguyên dùng để biểu thị mức

độ mạnh yếu của khí hóa trong dòng chảy, ký hiệu là K Giá trị của K tại một

bộ phận cụ thể được xác định như sau:

2

2

ĐT pg ĐT

K

V g

Hpg- Cột nước áp lực phân giới (m)

b Hệ số khí hóa phân giới (K pg )

Hệ số khí hóa phân giới là giá trị của hệ số khí hóa K tương ứng với trạng thái chớm khí hóa, nghĩa là khi các bong bóng khi mới bắt đầu hình thành Trạng thái này xác định bằng thực nghiệm với sự quan sát các bong bóng khí bằng mắt thường hay các máy đo chuyên dụng

Sử dụng các giá trị K và Kpg, điều kiện khí hóa của dòng chảy tại một khu vực nào đó sẽ là:

K ≤ Kpg , (2.2)

Trang 40

Trị số Kpg chỉ phụ thuộc vào hình dạng vật chảy bao và chủ yếu xác định bằng thí nghiệm mô hình

2.2.1.3 Kiểm tra sự xuất hiện khí hóa

a Nguyên tắc chung

Điều kiện xuất hiện khí hóa: K < Kpg (2.3)

Trong đó:

K – hệ số khí hóa;

Kpg – hệ số khí hóa phân giới

Trường hợp khống chế theo điều kiện (2.3) dẫn đến kích thước công trình quá lớn, không thỏa mãn điều kiện kinh tế thì có thể chấp nhận có khí hóa ở giai đoạn đầu (khả năng xâm thực là rất nhỏ) Khi đó điều kiện khống chế:

hd - cột nước áp lực dư, được quy ước tương ứng với từng loại vật chảy bao; hd = h*cosѱ

- h: Chiều sâu dòng chảy tại mặt cắt tính toán (theo phương vuông góc với đáy)

- ѱ : Góc nghiêng của tiếp tuyến mặt tràn so với phương ngang

Ngày đăng: 11/07/2020, 21:07

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

🧩 Sản phẩm bạn có thể quan tâm

w