Xác định các thông số thủy lực để lựa chọn kết cấu mũi phun tràn xả lũ cửa đạt

Với sự trao đổi khoa học và tư vấn kỹ thuật của chuyên gia nước ngoài, các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện ở nước ta đã được thiết kế và xây dựng đập tràn xả lũ dạng WES có dốc nước và mũ

Sau thời gian học tập và làm luận văn, được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội, các cán bộ khoa học

- Viện Khoa học Thuỷ lợi Hà Nội, đến nay tôi đã hoàn thành luận văn thạc sĩ

kỹ thuật với đề tài “Xác định các thông số thủy lực để lựa chọn kết cấu mũi

phun tràn xả lũ Cửa Đạt”

Các kết quả trong luận văn là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình tính toán để lựa chọn kết cấu mũi phun tràn xả lũ Do thời gian và kinh nghiệm hạn chế nên trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ kỹ thuật còn tồn tại một số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu Tác giả rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp

Đặc biệt tác giả gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy giáo – PGS.TS Trần Quốc Thưởng đã nhiệt tình hướng dẫn,chỉ bảo, cung cấp các thông tin khoa học cần thiết trong quá trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn các thầy,

cô giáo - Trường Đại học Thuỷ lợi, các cán bộ khoa học Phòng Thuỷ lực - Viện khoa học Thuỷ lợi và bạn bè đồng nghiệp đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập nghiên cứu để tôi hoàn thành tốt luận văn

Sau cùng tôi xin cảm ơn những người thân trong gia đình đã động viên, khích lệ tôi trong quá trình nghiên cứu và làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 8 năm 2012

Nguyễn Đắc Tuân

Tôi xin cam đoan luận văn “ Xác định các thông số thủy lực để lựa chọn kết cấu mũi phun tràn xả lũ Cửa Đạt ” là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ luận văn nào trước đây./

Hà Nội, tháng 08 năm 2012

M Ở ĐẦU 12T 2T

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRÀN XẢ LŨ 42T 2T

1.1 Tỡnh hỡnh xõy dựng tràn xả lũ ở Việt Nam 42T 2T

1.3 Cỏc phương phỏp tớnh toỏn xỏc định độ sõu và vận tốc dũng chảy trờn mũi phun tràn xả lũ 11

1.3.2.2 Tớnh toỏn cỏc thụng số thủy lực đập tràn thực dụng dạng WES 24

2T

1.3.3 Xỏc định độ sõu và vận tốc dũng chảy trờn mũi phun tràn xả lũ 282T 2T

Kết luận chương I: 302T 2T

Ch-ơng ii: giới thiệu về công trình hồ chứa nớc cửa

đạt thanh hoá 312T

2T

2.1 Giới thiệu sơ lợc về công trình 312T 2T

2.1.1.Vị trí bố trí công trình đầu mối 312T

2.3.1 Mục đích thí nghiệm 462T 2T

2.3.2 Yêu cầu thí nghiệm 462T 2T

2.3.3 Nội dung thí nghiệm mô hình 46

Bảng 1-1: Tọa độ mặt tràn phi chân không dạng Creager- Ophicerov 132T 2T

Bảng 1-2 Trị số bán kính nối tiếp R (m) 142T 2T

Bảng 1.3: Hệ số lưu lượng m khi cột nước tràn thấp hơn cột nước tràn thiết kế theo N.N.Pavlopxki 182T

Hình 1.1 Mặt cắt tràn dạng Creager- Ophicerov 122T 2T

Hình 1.2 Các dạng mặt cắt đập tràn phi chân không 15

2T

Hình 1.3: Hình dạng các trụ bên và giá trị hệ số ξR k R 172T 2T

Hình 1.4: Hình dạng các trụ giữa và giá trị hệ số ξR 0 R 172T 2T

Hình 1.5: Đầu tràn phía thượng lưu dùng 2 bán kính cong R1 và R2 với mái xiên .202T

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:

Trong thiết kế các công trình thuỷ lợi thủy điện nói chung, một vấn đề hết sức quan tâm đó là làm thế nào để giải quyết bài toán về thuỷ lực một cách tương đối chính xác và phù hợp với từng công trình cụ thể

Hiện nay, do yêu cầu cung cấp điện, nước cho các khu công nghiệp, đô thị và dân sinh kinh tế… ngày càng lớn nhiều công trình thuỷ lợi, thuỷ điện lớn đã được thiết kế và xây dựng Với sự trao đổi khoa học và tư vấn kỹ thuật của chuyên gia nước ngoài, các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện ở nước ta đã được thiết kế và xây dựng đập tràn xả lũ dạng WES có dốc nước và mũi phun Hình thức tiêu năng bằng mũi phun cuối dốc nước được áp dụng cho một loạt các công trình xả cột nước cao, lưu lượng lớn như:

- Đập tràn thuỷ điện Sơn La

- Đập tràn hồ chứa nước Tả Trạch

- Đập tràn hồ chứa nước Cửa Đạt

- Đập tràn thuỷ điện Kanak…

Khi thiết kế mũi phun tràn xả lũ có nhiều yếu tố thuỷ lực cần phải xác định để chọn được mũi phun tràn đảm bảo cả về kinh tế và kỹ thuật Một trong những yếu tố đó là vận tốc trên mũi phun

Mục đích xác định vận tốc dòng chảy trên mũi phun: Mỗi loại vật liệu dùng để xây dựng tràn có thể chịu đựng được tác dụng được giới hạn nào đó của vận tốc, gọi là vận tốc cho phép [VR cp R] Chẳng hạn như vận tốc chống xói cho phép [VR cp R] ứng với từng vật liệu Nếu vận tốc qua tràn lớn hơn vận tốc chống xói cho phép của vật liệu xây dựng tràn thì tràn sẽ bị phá hoại Như vậy, để đảm bảo tràn không bị phá hoại hay mũi phun không bị phá hoại thì phải xác định vận tốc trên mặt mũi phun ứng với các cấp lưu lượng khác nhau

là việc làm cần thiết để từ đó xác định kết cấu tiêu năng hợp lý cho tràn xả lũ

Quy phạm tính toán thuỷ lực mới nêu về tính toán mặt cắt tràn, còn tính toán mũi phun chưa đề cập đến Vì vậy khi tính toán thường phải tham khảo

các tài liệu là chính Do đó có nhiều phương pháp và cách tính khác nhau Tuy nhiên trong khi tính toán có nhiều yếu tố không thể xác định được bằng lý thuyết, nên việc tính toán thường phải kết hợp với thí nghiệm mô hình thuỷ lực nhằm hiệu chỉnh một số thông số thuỷ lực để chọn kết cấu tiêu năng tràn hợp lý

II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 285-2002, các công trình Thuỷ lợi- Thủy điện từ cấp II trở lên để phục vụ cho công tác hiệu chỉnh bản vẽ thiết kế thi công và công tác thẩm định xét duyệt thiết kế cần phải có kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thuỷ lực Công trình hồ chứa nước Cửa Đạt là một công trình có quy mô lớn vì vậy việc nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực

để xác định kết cấu mũi phun hợp lý là vô cùng quan trọng Tính toán lý thuyết, so sánh, đối chứng với thí nghiệm mô hình để xác định các yếu tố thuỷ lực: Độ sâu, vận tốc dòng chảy trên mũi phun tràn xả lũ Cửa Đạt

III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Luận văn kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và đối chứng, so sánh với thí nghiệm

Phương pháp nghiên cứu là:

- Phương pháp nghiên cứu lý luận là tổng quan và phân tích các kết quả nghiên cứu có liên quan đến đề tài đã được công bố, xác định độ sâu, vận tốc dòng chảy trên mũi phun tràn xả lũ Cửa Đạt

- Tham khảo kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thuỷ lực mũi phun tràn xả lũ Cửa Đạt, so sánh và đối chứng với tính toán

IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

Từ tính toán lý thuyết so sánh với thực nghiệm xác định độ sâu, vận tốc dòng chảy để chọn mũi phun tràn xả lũ Cửa Đạt hợp lý Có thể áp dụng cho các công trình tương tự

V NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN

Chương I: Tổng quan về tràn xả lũ

1.1 Tình hình xây dựng tràn xả lũ ở Việt Nam

1.2 Tổng hợp các công thức xác định độ sâu và vận tốc dòng chảy trên mũi phun tràn xả lũ

Chương II: Giới thiệu về công trình Cửa Đạt – Thanh Hoá

2.1 Giới thiệu sơ lược về công trình

2.2 Nội dung nghiên cứu về xác định vận tốc và độ sâu dòng chảy trên mũi phun tràn

Chương III: Các phương pháp tính toán lý thuyết

3.1 Xác định độ sâu dòng chảy trên mũi phun tràn xả lũ Cửa Đạt 3.2 Xác định vận tốc dòng chảy trên mũi phun tràn xả lũ Cửa Đạt

Chương IV: So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm

4.1 Khái quát mô hình tràn xả lũ Cửa Đạt

4.2 Kết quả xác định độ sâu dòng chảy trên mũi phun bằng thực nghiệm mô hình thuỷ lực

4.3 Kết quả xác định vận tốc dòng chảy trên mũi phun bằng thực nghiệm mô hình thuỷ lực

4.4 So sánh kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thực nghiệm mô hình thuỷ lực

4.5 Kiến nghị chọn mũi phun hợp lý cho tràn xả lũ Cửa Đạt

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo - Phụ lục

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRÀN XẢ LŨ 1.1 Tình hình xây dựng tràn xả lũ ở Việt Nam

Công trình xả lũ là một bộ phận quan trọng không thể thiếu được trong đầu mối thuỷ lợi - thuỷ điện có hồ chứa nước Nó có nhiệm vụ xả lưu lượng thừa trong mùa lũ, xả lưu lượng cần dùng cho các nhu cầu ở hạ lưu và xả cạn

hồ chứa khi cần thiết hay để kết hợp xả bùn cát đáy nhằm nâng cao tuổi thọ của hồ chứa, xả nước khi thi công,… Các nhiệm vụ đó có thể do một hay nhiều loại công trình xả cùng thực hiện, nhưng nói chung công trình xả nước luôn là thành phần quan trọng đảm bảo an toàn cho toàn bộ công trình đầu mối cũng như đối với hạ du

Tuỳ theo đặc điểm địa hình, địa chất của khu vực tuyến công trình, bố trí tổng thể công trình đầu mối và nhiệm vụ của công trình xả nước, có thể bố trí theo nhiều hình thức khác nhau, như công trình xả nước trên mặt: tràn dọc, tràn ngang, tháo nước kiểu xi phông, kiểu giếng,… và công trình tháo nước dưới sâu: cống ngầm, đường hầm Trong đó, hình thức công trình xả mặt chiếm đa số ở nước ta

Trong những năm gần đây, đặc biệt từ năm 2002, ở nước ta đang triển khai thiết kế và xây dựng rất nhiều công trình thuỷ lợi, thuỷ điện, trong đó nhiều công trình có hồ chứa và công trình xả lũ có quy mô lớn Có thể nêu ra một số dự án như thuỷ điện Sê San 3, Na Hang (Tuyên Quang), Rào Quán (Quảng Trị), Plêikrông, Sê San 3A, Sê San 4, A Vương, Buôn Kướp, Đại Ninh, Sêrêpôk, Buôn Tua Sa, Bản Vẽ, Sông Ba Hạ, An Khê-Ka Năc, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Sông Tranh 2, Bản Chát, Huội Quảng, Sơn La, Cửa Đạt, Bắc Hà,… Đây là những công trình có quy mô hồ chứa có dung tích từ hàng triệu cho đến hàng chục tỷ mP

năm trở lại đây, tốc độ xây dựng các đập cao, hồ chứa lớn phát triển nhanh Chúng ta đã nhanh chóng áp dụng thành công những công nghệ thiết kế, thi công tiên tiến của thế giới để xây dựng các công trình đầu mối ở Việt Nam như đập đá đổ bản mặt bê tông (CFRD), đập bê tông đầm lăn (RCC), đập bê tông truyền thống (CVC) khối lớn cấp phối liên tục Trong số đó có những đập đã được đưa vào vận hành an toàn, về đập đá đổ bản mặt có đập hồ chứa nước thuỷ lợi-thuỷ điện Quảng Trị, thuỷ điện Tuyên Quang; về đập CVC có đập Sê San 3, Sê San 3A; Về đập RCC có đập Plêikrông Trước đó, chúng ta cũng đã xây dựng một số đập, hồ chứa lớn như Hoà Bình, Thác Bà, Trị An, Thác Mơ, Ialy, Sông Hinh, Vĩnh Sơn, Dầu Tiếng, A Yun Hạ, Phú Ninh,… Phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn của từng công trình mà chúng ta cũng đã thiết kế nhiều dạng công trình tháo lũ khác nhau trong tổng thể bố trí công trình, bao gồm cả tràn xả mặt sông (Sê San 3, Sê San 3A, Sê San 4, Plêikrông, A Vương, Bản Chát, Huội Quảng, …), xả mặt kết hợp với

xả sâu (Hoà Bình, Sơn La, Tuyên Quang), đường tràn dọc (Ialy, Sông Hinh, Hàm Thuận-Đa Mi, Tuyên Quang, Rào Quán, Đại Ninh,…)

Về hình thức tiêu năng sau công trình tháo nước, thường có 3 dạng tiêu năng được áp dụng:

- Tiêu năng đáy: Đặc điểm tiêu năng bằng dòng đáy là lợi dụng sức cản nội bộ của nước nhảy Có thể áp dụng kiểu bể hay tường + bể kết hợp Biện pháp tiều năng đáy thường được áp dụng cho các công tình vừa và nhỏ, mực nước hạ lưu tương dối lớn, địa chất nền công trình thường là đá yếu (Trị An,

A Lưới,…) Loại hình này đảm bảo tiêu tán hết năng lượng dư nhưng đòi hỏi khối lượng xây lắp khá lớn, giá thành cao, đặc biệt đối với các công trình có quy mô lớn

- Tiêu năng mặt: Dòng chảy hình thức tiêu năng này ở trạng thái chảy mặt, chỉ sau khi mở rộng hoàn toàn mới đạt đến đáy Nhìn chung, với chế độ

chảy mặt ở hạ lưu tạo thành sóng giảm dần làm xói lở ở vùng này Thường động năng thừa phân tán trên một chiều dài lớn hơn so với chế độ chảy đáy Chế độ chảy mặt có thể áp dụng trong trường hợp nền đá, khi không cần gia

cố hạ lưu hay giảm chiều dài gia cố, mực nước hạ lưu cao và thay đổi ít

- Tiêu năng bằng dòng phu xa: Tiêu năng phóng xa được lợi dụng mũi phun ở chân đập hoặc cuối dốc nước để dòng chảy có lưu tốc lớn phóng xa khỏi chân đập Đây là hình thức tiêu năng được dùng khá phổ biến, đặc biệt trong các công trình xả có cột nước cao Đối với hình thức tiêu năng bằng dòng phun ở chân đập đã được thiết kế ở một loạt các công trình có đập bê tông (CVC và RCC) như Sê San 3, Plêikrông, Sê San 3A, A Vương, Bản Vẽ, Bản Chát, Huội Quảng, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4,… Hình thức tiêu năng bằng mũi phun cuối dốc nước cũng được áp dụng cho một loạt các công trình xả cột nuớc cao, lưu lượng lớn như: Ialy, Hàm Thuậ-Đa Mi, Đại Ninh, Rào Quán, Tuyên Quang, Sơn La, Cửa Đạt, Tả Trạch…

Bảng thống kê một số công trình xả nước có quy mô lớn ở Việt nam

2/s)

1 Hoà Bình Hoà Bình Dốc nước,

mũi phun 90 37800

2 Thác Mơ Bình Phước Bnăng ể tiêu 13.8 52 6100 105.2

3 Yali Gia Lai Dốc nước,

mũi phun 18.8 105 17570 137.8

4 Đại Ninh Bình Thuận Dốc nước, mũi phun 18.6 45 7390 102.6

5 Ayun Hạ Gia Lai Dốc nước,

mũi phun 10.92 23 1237 48.5

6 Đồng Nai 4 Đ.Lắc, L Đồng Dốc nước, mũi phun 16 75 13300 141.5

7 Plêikrông Kon Tum Dốc nước,

mũi phun 18 70 6050 84.0

2/s)

8 Sê San 3 Kon Tum Đập tràn,

mũi phun 16.3 90 17536 173.6

9 Rào Quán Quảng Trị Dốc nước, mũi phun 5.05 30 1668 69.5

10 Tuyên Quang Tuyên Quang Đập tràn,

14 Cần Đơn Bình Phước Bnăng ể tiêu 12 50 6965 181.1

15 Sê San 3A Gia Lai, Kon

Tum

Bể tiêu năng 17.76 105 1800 141.2

16 Bình Điền Thừa Thiên Huế Đập tràn, mũi phun 12.96 50 4519 76.6

17 SrêPok 3 Đak Nông Đập tràn, mũi phun 15.5 75 12320 131.1

18 Nậm Chiến Sơn La Đập tràn, mũi phun 5.63 80 2387 24.1

19 Sê San 4 Gia Lai, Kon

Tum

Đập tràn, mũi phun 15.6 120 20090 139.5

20 Cửa Đạt Thanh Hoá Dốc nước,

mũi phun 24.33 67 13520 171.4

21 Tả Trạch Thừa Thiên Huế Dốc nước, mũi phun 16.07 58 6147 106

22 Sơn La Sơn La Dốc nước, mũi phun 28.76 167 38240 236

Bảng thông số kỹ thuật một số tràn + dốc nước có quy mô lớn ở Việt Nam

1.2.1 Công trình thuỷ điện Kanak – Gia Lai

Công trình thuỷ điện Kanak – Gia Lai có công suất lắp máy là 13MW, công suất đảm bảo là 3.5MW, điện lượng trung bình hàng năm là 58.5 triệukwh, nhằm bổ sung nguồn điện vào lưới điện quốc gia cấp cho các tỉnh miền Trung và miền Nam Đồng thời còn bổ sung nguồn nước tưới cho vùng đồng bằng hạ lưu sông Cồn phía Nam tỉnh Bình Định, đảm bảo nguồn nước môi trường hạ lưu sông Ba

Đập dâng bằng đá đổ bản mặt bê tông cao 68.0m, chiều dài toàn đập là 849.0m Đập tràn xả lũ vận hành bố trí bên bờ phải kiển thực dụng gồm 3 khoang có kích thước: nxbxh=3x12x13m; kết cấu bê tông cốt thép, tiêu năng theo dạng dốc nước mũi phun và hố xói: Dốc nước dài 215.15m đoạn đầu dài 135.88m với độ dốc i=10%, đoạn sau dài 58.65m độ dốc i=19.8%, giữa hai đoạn dốc có đoạn chuyển tiếp với bán kính cong lồi R=150m, sau đoạn dốc thứ hai là đoạn mũi phun dài 20.64m, đoạn này có bán kính cong ngược R=30m; mũi hất có góc độ θ = 30P

o

P

Tuyến năng lượng kiểu đường dẫn bố trí bên bờ trái bao gồm cửa lấy nước 2 khoang bằng bê tông cốt thép có lưu lượng thiết kế là QR TĐ R = 40.8mP

3

P

/s; đường hầm dẫn nước dài gần 462.0m, đường kính trong D=4.0m, có áo bọc bằng bê tông dày 0.40m; nhà máy thuỷ điện với 2 tổ máy tuốc bin cánh quay trục đứng NR Lm R=2*6.5Mw; kênh xả dài 111.5m, đáy rộng 8.0m; trạm phân phối điện có kích thước dài*rộng = 38.5*24.75m

1.2.2 Công trình Cửa Đạt – Thanh Hoá

Công trình đầu mối thuỷ lợi hồ chứa nước Cửa Đạt là một công trình cấp I theo tiêu chuẩn TCXDVN 285-2002, có tính chất kỹ thuật phức tạp Hệ thống công trình gồm:

- Đập chính đầu mối Cửa Đạt

- Đầu mối đập phụ Dốc Cáy

Đầu mối đập phụ Hòn Can Trong đó cụm đầu mối Cửa Đạt là lớn và phức tạp nhất Cụm công trình này bao gồm các hạng mục:

- Đập chính là đập đá đổ chống thấm bằng bê tông bản mặt

- Đập tràn xả lũ gồm 5 khoang mỗi khoang rộng 11.0m; ngưỡng tràn ở cao trình 97m, đáy kênh dẫn thượng lưu ở cao trình 85m; giữa các khoang tràn có trụ pin giữa dày 3.0m trên đỉnh tràn có lắp các cửa van cung; không có tường ngực Tràn xả lũ có dnạg xả mặt

- Nối với đập tràn là dốc nước dài 240m; i=20% tiêu năng bằng mũi phun liên tục với góc hất α=30P

o

P

1.2.3 Công trình thuỷ điện Tuyên Quang

Công trình thuỷ điện Tuyên Quang có dung tích hồ chứa toàn bộ lớn hơn 2tỷ m3, công suất phát điện lớn hơn 300MW, theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 285-2002 công trình thuộc cấp I

Đập tràn xả lũ được đặt bên bờ phải của đập dâng nước, thiết kế theo kiểu xả kết hợp - xả mặt và xả sâu

- Xả mặt: Mặt tràn được chọn theo mặt cắt thực dụng phi chân không Creager-Oficerov, với cột nước thiết kế mặt cắt HR tk R = 15.15m (cao độ đỉnh tràn là 104.85m) Số khoang tràn nR 1 R = 4, chiều rộng mỗi khoang bR o R=15m, do

đó chiều rộng tràn nước tổng cộng là b=60m Trụ đập dày d=3.5m, đầu trụ phía thượng lưu lượn tròn (trên bình diện) với bán kính công r=1.75m Mặt tràn kết thúc ở cao độ 86.7m với bán kính cong (lõm) 18.5m, các trụ đập kéo dài hơn mặt tràn về phía hạ lưu

- Xả sâu: Số lỗ xả sâu nR 2 R=8; lỗ có tiết diện chữ nhật với kích thước rộng*cao=4.5*6m, cao độ đáy lỗ 79m, cao độ trần lỗ 85m, trần cửa vào có dạng cong elíp Trụ phân cách giữa các lỗ có 2 loại, dày 6m và 3.5m, đầu vào cong tròn với bán kính 1.75m Dốc nước tiếp sau các lỗ xả sâu có độ dốc đáy

i=0.13, dài 85m, mũi phun dạng liên tục với góc hất α=25P

o

P

Các lỗ xả đều được đóng bằng cửa van cung

1.2.4 Công trình thuỷ điện Sơn La

Công trình thuỷ điện Sơn La với công suất lắp máy 2400Mw sẽ đưa vào hệ thống điện quốc gia sản lượng điện một năm 8.71 tỷ kwh công với điều tiết dòng chảy, cho phép nhận sản lượng điện bổ sung tại các tổ máy của nhà máy thuỷ điện Hoà Bình 719 triệu kwh và tăng công suất đảm bảo lên 107Mw

Dốc nước tràn xả lũ dài 285m, bề rộng (đầu là 111.50m, cuối là 171.3m), mũi phun liên tục với góc hất α=22P

- Vẽ đường thẳng BC và DE tiếp tuyến với đường cong đó cùng với đường thẳng nằm ngang tạo thành góc α2

P G

x

y

R n'

475 ,

Y

(1 – 1)

Theo phương trình trên ta sẽ xác định được toạ độ mặ tràn phi chân không theo bảng 1-1 sau:

Bảng 1-1: Tọa độ mặt tràn phi chân không dạng Creager- Ophicerov

Đoạn cong ngược có bán kính R không ảnh hưởng tới khả năng tháo

mà chủ yếu là có liên quan đến việc nối tiếp dòng chảy với mặt nước hạ lưu Giá trị của bán kính nối tiếp R có thể lấy theo bảng 1-2 hoặc có thể lấy như sau:

+ Đối với đập thấp trên nền mềm có cột nước trên đỉnh tràn lớn:

R = (0.50÷1.0) (HR d R+ZR max R) (1-2) + Đối với đập trên nền đá, cột nước trên đỉnh nhỏ hơn 5m:

R = (0.25÷0.50) (HR d R+ZR max R) (1-3) Trong đó:

ZR max R - Độ chênh cột nước lớn nhất thượng, hạ lưu

- Nếu khi HR tr R> HR d R thì có thể xảy ra hiện tượng chân không trên mặt tràn, tức là xuất hiện áp suất âm Ngoài ra cần chú ý là ở gần điểm B trên đoạn BC có thể có chân không khi cột nước HR tr R ≤ HR d R

Có một số loại hình dạng mặt cắt tràn không chân không dạng Creager- Ophicerov như sau:

C

DE F R

F R

1.3.1.2 9BTính toán các thông số thủy lực đập tràn thực dụng dạng Creager- Ophicerov

12B

* Khả năng xả và hệ số lưu lượng

a) Lưu lượng xả qua tràn mặt tính theo công thức sau:

2 0

2 m b g H

.σR n R: Hệ số chảy ngập, lấy theo bảng 1-3

.ε: Hệ số co hẹp bên, được tính như sau:

• Trường hợp

b

H0 ≤ 1,0, hệ số co hẹp bên ε được xác định như sau:

- Đối với đập tràn chỉ có 1 khoang (không có mố trụ ở giữa):

b

H k

0

2 , 0

Trong đó: ξR k R – là hệ số hình dạng của các trụ bên

- Đối với đập tràn có n khoang giống nhau được ngăn cách bới những

mố trụ có hình dạng như nhau:

b

H n

n

).

1 ( 2 , 0

Trong đó: ξR 0 R – là hệ số hình dạng của các trụ giữa

Các giá trị của ξR k R và ξR 0 R phụ thuộc và hình dạng của chúng Các giá trị này xem ở hình vẽ (1.3) và (1.4)

m: là hệ số lưu lượng của tràn được xác định như sau:

• Theo N.N Pavlopxki, hệ số lưu lượng m của đập tràn thực dụng tính theo biểu thức:

m = σR Φ R.σR H R.mR r R (1-7)

mR r R: Hệ số lưu lượng dẫn xuất, với đập tràn thực dụng không chân không Creager- Ophicerov thì mR r R = 0,504

σR Φ R: Hệ số hình dạng lấy theo bảng 17

σR H R: Hệ số độ chênh lệch cột nước, lấy theo bảng 18

Ngoài ra, khi cột nước tràn nhỏ hơn cột nước thiết kế thì hệ số lưu lượng có thể tham khảo ở bảng 1.3 theo đề nghị của N.N.Pavlopxki:

Bảng 1.3: Hệ số lưu lượng m khi cột nước tràn thấp hơn cột nước tràn thiết kế

- Nếu chiều dài của đoạn thẳng đứng CB ≤ 3H thì hệ số lưu lượng của

nó phải lấy nhỏ hơn hệ số lưu lượng của đập có mặt thẳng đứng 2%

b) Lưu lượng xả qua cống xả sâu tính theo công thức sau:

Q = µR c R.ϖ 2g.(H o +iL− η d) (1.8) Trong đó:

ϖ: Diện tích mặt cắt ngang tính toán, ϖ=4*3.2=12.8mP

2

P

g: Gia tốc trọng trường

i: Độ dốc đáy cống

L: Chiều dài cống, L=18.95m

d: Chiều cao cửa ra của cống

η=0.85s

µR c R: Hệ số lưu lượng xác định theo công thức sau:

µR c R =

∑ +∑

+

R C

L g c

r

.

2 1

2

ξ α

a) 13BĐoạn cong phía thượng lưu đập tràn:

Đoạn cong phía thượng lưu đập tràn được xác định theo một trong ba cách sau:

- Khi mặt tràn có mái thượng lưu xiên thì đoạn cong phía thượng lưu đập tràn dùng hai cung tròn có bán kính RR 1 R và RR 2 R nối tiếp nhau (hình 1.8) Giá trị của các bán kính này và các tham số khác của phương trình mặt tràn đoạn cong phía hạ lưu được lấy trong bảng 1.5

o

x y

Hình 1.5: Đầu tràn phía thượng lưu dùng 2 bán kính cong R1 và R2 với

- Khi mặt mặt tràn có mái thượng lưu thẳng đứng thì đoạn cong phía thượng lưu đập tràn dùng ba cung tròn nối tiếp nhau (hình 1.6)

R

= 0.0 4H

®

Hình 1.6: Đầu tràn phía thượng lưu dùng 3 bán kính cong RR 1 R, RR 2 R và RR 3

- Khi đập tràn có đầu nhô ra phía thượng lưu thì đoạn cong phía thượng lưu tràn vẽ theo đường ellipse Phần đầu nhô ra cần thỏa mãn điều kiện

2

=

− +

d

d

y bH aH

Hình 1.7: Đầu tràn phía thượng lưu nhô ra dùng đường cong ellipse

b) 14BĐoạn cong phía hạ lưu đập tràn:

Phần đường cong phía hạ lưu tràn được xác định theo phương trình (1-10):

y kH

x n = d n−1Trong đó :

n: Tham số phụ thuộc độ dốc của mái thượng lưu Giá trị của các tham

số này xem bảng 1.5

k: Tham số phụ thuộc độ dốc của mái thượng lưu Giá trị của các tham

số này lấy như sau:

x, y: Tọa độ các điểm trên đoạn cong mặt tràn phía hạ lưu

HR d R: Cột nước thiết kế định hình đường cong mặt đập tràn (phía hạ lưu) Giá trị HR d R được xác định như sau:

- Khi PR 1 R ≥ 1,33HR d R gọi là đập cao, lấy HR d R = (0,75÷0,95)HR max

- Khi PR 1 R < 1,33HR d R gọi là đập thấp, lấy HR d R = (0,65÷0,85)HR max

Trong đó HR max Rlà cột nước trên đỉnh tràn ứng với lưu lượng lũ kiểm tra Mặt cắt đập tràn dạng WES với các độ dốc mặt thượng lưu khác nhau được thể hiện ở hình 1.8

Hình 1.8: Sơ đồ mặt cắt đập tràn dạng WES với độ dốc mặt thượng lưu khác

nhau Tọa độ tiếp điểm của đoạn cong phía hạ lưu đập tràn và đoạn thẳng hạ lưu tràn được xác định bằng cách giải hệ phương trình (1-11) hoặc tra đồ thị hình 1.9:

d d

i

H m y

H m m

H x

172 , 2

172 , 1 85

, 0 1

592 , 0

096 , 1

1 096 ,

Hình 1.9: Đồ giải xác định tiếp điểm đoạn cong hạ và đoạn thẳng hạ lưu tràn

11B

1.3.2.2 Tính toán các thông số thủy lực đập tràn thực dụng dạng WES

Khả năng xả và hệ số lưu lượng

* Kết quả nghiên cứu khả năng tháo và hệ số lưu lượng của Mỹ

Công thức xác định lưu lượng của đập tràn dạng WES là:

H: Cột nước trên đỉnh đập ( không kể lưu tốc tới gần) P: Chiều cao đập tràn phía mặt thượng lưu

Công thức (1.13) dùng cho tới = 5

5 , 1

1 68 ,

- Khi chiều cao đập P>1,33HR d R, có nghĩa là đập cao thì có thể bỏ qua lưu tốc tới gần, do đó HR e R = HR d R thì ta có: C = CR d R = 4,03

- Khi chiều cao đập P≤1,33HR d R, có nghĩa là đập thấp, cần phải xét đến ảnh hưởng của cột nước lưu tốc tới gần hR v R Và hệ số lưu lượng C được tính theo công thức (1.15) như sau:

12 , 0

97 ,

2 02

α

+

= +

* Kết quả nghiên cứu khả năng tháo và hệ số lưu lượng của Trung Quốc

Theo kết quả nghiên cứu về đập tràn dạng WES của các nhà khoa học Trung Quốc thì khả năng xả qua mặt đập tràn khi chảy tự do được tính theo công thức (1-3) nhưng có xét thêm tới ảnh hưởng của mái thượng lưu đập C:

2 0

2 m b g H C

Trong đó:

C: Hệ số ảnh hưởng của mái thượng lưu đập, lấy theo bảng 1.5

m: Hệ số lưu lượng dùng cho đập tràn dạng WES, lấy theo bảng 1.6

ε: Hệ số co hẹp bên, tính theo công thức (1-6):

b

H n

n

).

1 ( 2 , 0

Bảng 1.6: Hệ số lưu lượng của đập tràn dạng WES

PR 1 R/HR d

HR 0 R/HR d

0,4 0,425 0,430 0,431 0,433 0,436 0,5 0,438 0,442 0,445 0,448 0,451 0,6 0,450 0,455 0,458 0,460 0,464 0,7 0,458 0,463 0,468 0,472 0,476 0,8 0,467 0,474 0,477 0,482 0,486 0,9 0,473 0,480 0,485 0,491 0,494 1,0 0,479 0,486 0,491 0,496 0,501 1,1 0,482 0,491 0,496 0,502 0,507 1,2 0,485 0,495 0,499 0,506 0,510 1,3 0,496 0,498 0,500 0,508 0,513

Bảng 1.7: Hệ số hình dạng trụ pin ξ0 của đập tràn dạng WES

Hình dạng

đầu trụ pin LR w R=

HR 0

LR w R= 0,5HR 0

LR w R = 0

Ghi chú

75 , 0

1.3.3 Xác định độ sâu và vận tốc dòng chảy trên mũi phun tràn xả lũ

Sơ đồ tính toán như sau:

- Mặt cắt 1-1, nghĩa là ở chỗ chuyển tiếp giữa đoạn phẳng và đoạn cong

- Mặt cắt 2-2, qua điểm thấp nhất của mặt cắt mũi phóng

tb

R C

tb

R C

Trong đó:

yR 1 R và yR 3 R là độ chênh cao của đáy tại các mặt cắt 1-1 và 3-3 so với mặt phẳng so sánh đi qua điểm thấp nhất của mũi phóng

lR 1-2 R và lR 2-3 Rlà khoảng cách giữa các mặt cắt 1-2 và 2-3

vR tb R, RR tb R, CR tb Rlà các trị số trung bình của vận tốc, bán kính thuỷ lực và hệ

số Chezy trên đoạn mũi phóng

γu

p

là thành phần xét đến áp lực ly tâm do dòng chảy cong gây ra Trong trường hợp khi bán kính cong RR mũi hắt R của mũi phóng đủ lớn so với chiều sâu dòng chảy, nghĩa là khi RR mũi hắt R/hR 1 R ≥ 8, thì trị số pR u R/γ có thể tính theo hệ thức:

γu

p

=

H R

αR H R là góc nghiêng của mũi hắt so với phương nằm ngang:

v

2

= γ

1

1

u g

v

P u

γVới

U

Kết luận chương I:

Trong chương I tác giả đã trình bày tổng quát về hai loại mặt cắt đập tràn thực dụng đang được sử dụng ở nước ta trong thiết kế và xây dựng các công trình thuỷ lợi - thuỷ điện đó là mặt cắt dạng WES và dạng Creager-Ophicerov Đồng thời cũng nêu lên cơ sở lý thuyết tính toán xác định vận tốc dòng chảy ở mũi phun tràn xả lũ

Bên cạnh đó đã khái quát phương pháp tính toán đường mặt nước và vận tốc dòng chảy trên mũi phun tràn xả lũ của hai mặt cắt kể trên Để vẽ vận tốc dòng chảy cho mũi phun tràn xả lũ thường thông qua thí nghiệm mô hình thuỷ lực

Trong chương này tác giả đã nêu lý thuyết tổng quát khi xác định đường mặt nước và vận tốc dòng chảy trên mũi phun tràn xả lũ nhằm lựa chọn kết cấu mũi phun tràn xả lũ hợp lý

Ch-ơng ii: giới thiệu về công trình hồ chứa n-ớc

cửa đạt thanh hoá

2.1 Giới thiệu sơ lược về công trình

2.1.1.Vị trí bố trí công trình đầu mối

Đập Cửa Đạt được xây dựng trên thượng nguồn sông Chu tại vị trí thuộc xã Xuân Mỹ, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hoá Khởi công 2/2/2004, chặn dòng 2/12/2006, hoàn thành (dự kiến) 2009

2.1.2 Nhiệm vụ chính của công trình

- Chống lũ tiểu mãn, lũ sớm, giảm nhẹ lũ chính vụ cho hệ thống sông Chu

- Cấp nước tưới ổn định cho 87000 ha ( trong đó có 50000 ha của hệ thống thuỷ nông Bái Thượng)

- Tạo nguồn nước sinh hoạt cho vùng đông dân cư rộng lớn của tỉnh Thanh Hoá với 2,5 triệu dân

- Cấp nước với lưu lượng 8mP

3

P

/s cho sản xuất công nghiệp

- Phát điện với công suất lắp máy 97 MW

2.1.3 Qui mô và các hạng mục công trình

Công trình đầu mối thủy lợi hồ chứa nước Cửa Đạt là một công trình cấp I theo tiêu chuẩn TCXDVN 285 – 2002, có tính chất kỹ thuật phức tạp

Hệ thốn công trình bao gồm:

- Đập chính đầu mối Cửa Đạt

- Đầu mối đập phụ Dốc Cáy

- Đầu mối đập phụ Hón Can

Trong đó cụm đầu mối Cửa Đạt là lớn và phức tạp nhất Cụm công trình này bao gồm các hạng mục:

- Đập chính là đập đá đổ chống thấm bằng bê tông bản mặt

- Đập tràn xả lũ với 5 khoang mỗi khoang rộng 11.0m; ngưỡng tràn ở cao trình ∇+97, đáy kênh dẫn thượng lưu ở cao trình ∇+85; giữa các