Thiết kế công trình thủy (trường đại học thủy lợi )

Yêu cầu: - Phải tháo được lưu lượng thiết kế; - Phải tháo được lưu lượng thiết kế; - Dòng chảy qua tràn không ảnh hưởng đến các hạng mục công trình khác; - Có thể vừa xả lũ, tháo bùn cát

Trang 1

Chương

Chương 07 07: CÔNG TRÌNH THÁO LŨ : CÔNG TRÌNH THÁO LŨ

Bộ môn: THỦY CÔNG

BÀI GIẢNG: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THỦY

Giảng viên: TS LÊ THANH HÙNGChương

Chương 07 07: CÔNG TRÌNH THÁO LŨ : CÔNG TRÌNH THÁO LŨ

Trang 10

I MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU:

1 Mục đích: Tháo lượng nước thừa trong mùa lũ hoặc tháo cạn một phần hay toàn bộ hồ chứa

2 Yêu cầu:

- Phải tháo được lưu lượng thiết kế;

- Dòng chảy qua tràn không ảnh hưởng đến các hạng mục công trình khác;

- Có thể vừa xả lũ, tháo bùn cát vừa kết hợp ngăn nước;

- Có thể có hoặc không có cửa van để khống chế lưu lượng;

Trang 11

§7-1: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ

II PHÂN LOẠI:

1 Theo cao trình đặt CTTL:

a CT tháo lũ trên mặt: Là công trình hở:

=> Thi công thuận lợi, kiểm tra, sửa chữa dễ dàng

=> Khó bố trí khi địa hình chật hẹp, sườn núi dốc

b CT tháo lũ dưới sâu: Thường là kiểu kín:

=> Khó thi công, kiểm tra, sửa chữa

=> Có thể đặt dưới đập (xi phông, cống ngầm), hay trong bờ (đường hầm tháo lũ)

=> Có thể tháo nước hồ ở mọi cao trình

Trang 12

II PHÂN LOẠI:

2 Theo điều kiện khống chế Q, H:

a Tràn có cửa van khống chế: ∇ngưỡng < MNDBT:

- Khả năng tháo lũ lớn, giảm ngập lụt thượng lưu

- Có thể kết hợp tháo cạn 1 phần hồ chứa

- Có thể kết hợp 1 phần V để phòng lũ

- Có thể kết hợp 1 phần Vhữu ích để phòng lũ

- Kết cấu, quản lý, vận hành phức tạp

- Thường dùng với CT vừa và lớn, có nhiệm vụ phòng lũ HL

b Tràn tự do (không có cửa van): ∇ngưỡng = MNDBT:

- Kết cấu đơn giản, quản lý dễ dàng, làm việc an toàn

- Mực nước lũ cao, ngập lụt nhiều

Trang 13

II PHÂN LOẠI:

3 Theo chức năng, nhiệm vụ:

a Đường tràn chính: Thường xuyên sử dụng để tháo lũ

b Đường tràn phụ: Sử dụng lũ về nhanh, vượt lũ thiết kế

(ít sử dụng, kết cấu có thể làm đơn giản, ít kiên cố)

Trang 14

II PHÂN LOẠI:

4 Theo hình dạng và kết cấu:

a Đập tràn trọng lực: Thường bố trí trên đập chính, vừa

dâng nước, vừa tháo nước (đập BTTL, đập vòm.)

b Đường tràn dọc: Thường bố trí bên vai đập VL địa

phương, đập bản chống nơi có bờ thoải, rộng

c Đường tràn ngang: Bố trí trên sườn dốc, địa hình chật hẹp

d Xi phông tháo lũ: Bố trí trong thân đập BTTL

e Đường hầm tháo lũ: Bố trí ngầm trong lòng núi đá

f Giếng tháo lũ

Trang 15

Trang 17

§7-2: ĐẬP TRÀN TRỌNG LỰC

Trang 19

II BỐ TRÍ ĐẬP TRÀN:

- Phải tìm mọi cách bố trí trên nền đá;

- Hạn chế sự phá hoại trạng thái tự nhiên của lòng sông;

- Phù hợp với điều kiện thi công và dẫn dòng thi công

- Có thể kết hợp với các hình thức tháo khác để giảm bề

rộng tràn (xả sâu, xả qua nhà máy TĐ, qua âu thuyền );

- Dòng chảy không ảnh hưởng đến vận tải thủy;

- Lòng sông và hai bờ không bị xói lở, không ảnh hưởng các công trình khác ở hạ lưu;

Trang 20

II BỐ TRÍ ĐẬP TRÀN:

Đập tràn kết hợp kết hợp

xả sâu

Trang 22

III KÍCH THƯỚC ĐẬP TRÀN:

1 Cao trình ngưỡng:

- Khi không có cửa van: cao trình ngưỡng bằng MNDBT;

- Khi có cửa van: cao trình ngưỡng lấy thấp hơn MNDBT

2 Lưu lượng đơn vị qua đập tràn:

- Lưu lượng đơn vị phụ thuộc:

+ Cấu tạo địa chất của lòng sông,+ Chiều sâu nước ở hạ lưu,

+ Lưu tốc cho phép,+ Hình thức và cấu tạo bộ phận bảo vệ sau đập,+ Trình tự đóng mở cửa van

Trang 23

2 Lưu lượng đơn vị qua đập tràn:

- Lưu lượng đơn vị qp ở bộ phận bảo vệ sau sân tiêu năng:

p

B

Q h

v

[v] : lưu tốc cho phép ở hạ lưu,

h : chiều sâu nước hạ lưu,

Qp : lưu lượng sau đập tràn,

Bp : bề rộng của lòng sông sau sân tiêu năng

p p

B

Trang 24

3 Bề rộng lỗ tràn:

- Bề rộng lỗ tràn phải đảm bảo tháo được lưu lượng lớn nhất:

q : lưu lượng đơn vị tháo qua đập tràn,

q

Q

q : lưu lượng đơn vị tháo qua đập tràn,

Qtr: lưu lượng qua tràn (Qtr = Qth - αQo)

Qth: lưu lượng cần tháo khỏi hồ chứa (tính từ điều tiết lũ)

Qo : lưu lượng tháo qua các công trình khác

α : hệ số lợi dụng (α = 0,75 ÷ 0,9)

- Nếu B lớn thì ta phân thành nhiều khoang nhỏ (số khoang

Trang 25

- Có thể làm theo dạng mặt cắt chân không có đỉnh hình tròn

- Có thể làm theo dạng mặt cắt chân không có đỉnh hình tròn hoặc elíp => hệ số lưu lượng tương đối lớn (0,55 ÷ 0,57)

- Nối tiếp mặt HL với sân sau bằng mặt cong có bán kính:

R = (0,2÷0,5) (P+H),

P: chiều cao đập; H: cột nước trên đỉnh tràn

- Nối tiếp mặt HL với mũi phun, bán kính R được xác định:

Trang 26

4 Hình dạng mặt cắt đập tràn:

h1 ≥ 0,4Htk

Htk: cột nước thiết

Trang 28

IV KHẢ NĂNG THÁO NƯỚC CỦA ĐẬP TRÀN :

2 Tràn có cửa van, độ mở a:

Lưu lượng tháo qua đập:

g 2 Ba

0 25

,

0 H

a 186 ,

0 65

,

0

Trang 29

V TIÊU NĂNG SAU ĐẬP TRÀN:

Tiêu năng đáy Tiêu năng mặt

Tiêu năng mặt ngập Tiêu năng phóng xa

Trang 30

1 Tiêu năng đáy:

a Nguyên lý: tiêu năng bằng sức cản nội bộ của nước nhảy

b Điều kiện: chiều sâu nước cuối bể phải lớn hơn chiều sâu liên hiệp của nước nhảy (hb=d+hh+∆Z>hc”) để đảm bảo nước

liên hiệp của nước nhảy (hb=d+hh+∆Z>hc”) để đảm bảo nước nhảy ngập và tiêu năng tập trung trong phạm vi khống chế

c Hình thức công trình: bể tiêu năng, tường tiêu năng hoặc

bể và tường kết hợp

d Điều kiện áp dụng: Tiêu năng dòng đáy thường dùng với cột nước thấp, địa chất nền không tốt

Trang 32

2 Tiêu năng mặt:

a Nguyên lý: Lợi dụng sức cản nội bộ của nước, khuếch tán dòng chảy

b Điều kiện: Dòng chảy ở trạng thái chảy mặt

c Hình thức công trình: Tạo mũi phun ngập phía hạ lưu

d Đặc điểm, điều kiện áp dụng: Làm việc không ổn định khi mực nước hạ lưu thay đổi nhiều, ở hạ lưu có sóng => ảnh hưởng đến sự làm việc của các công trình khác như thủy

điện, âu tàu và xói lở bờ sông

Trang 33

2 Tiêu năng mặt (tiếp):

- Lưu tốc ở đáy nhỏ nên

chiều dày sân sau bé,

Trang 34

3 Tiêu năng phóng xa:

a Nguyên lý:

- Dùng mũi phun tạo dòng chảy có lưu tốc lớn phóng xa khỏi chân đập, khuếch tán trong không khí

- Năng lượng dòng chảy tiêu hao phần lớn trong không khí,

- Năng lượng dòng chảy tiêu hao phần lớn trong không khí, phần nhỏ còn lại ở lòng sông

b Hình thức công trình: Tạo mũi phun phóng xa phía hạ lưu

c Đặc điểm: Độ dài phóng xa càng lớn càng có lợi Đập tràn càng cao, độ dài lấy càng lớn

Trang 35

Mũi phun liên tục

Trang 37

§7-3: ĐƯỜNG TRÀN DỌC

Trang 38

Hồ có diện tích mặt hồ lớn nhất thế giới

Trang 39

I ĐẶC ĐIỂM:

- Tràn hở, nằm ngoài thân đập, hướng nước vào ngưỡng

dọc theo hướng đường tháo

- Đây là loại đường tràn thường gặp trong đầu mối công trình

có đập không tràn bằng vật liệu tại chỗ và đập có trụ chống

- Thường nằm trên bờ hồ chứa nước

- Thi công và quản lý đơn giản, xây dựng được trong nhiều điều kiện địa hình khác nhau, yêu cầu về địa chất không cao,

an toàn về tháo lũ

Trang 40

II NGUYÊN TẮC CHỌN VỊ TRÍ:

- Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế, xét đến các điều kiện: địa hình, địa chất, an toàn, không ảnh hưởng tới sự làm việc của các công trình khác;

- Lợi dụng điều kiện địa hình để giảm tối đa khối lượng đào đắp đất, đá, bêtông;

đắp đất, đá, bêtông;

- Vị trí và hướng bộ phận vào và ra của đường tràn phải

thích hợp để không làm xói lở đập và công trình khác, bảo

đảm làm việc bình thường cho toàn bộ hệ thống

Trang 41

III CÁC BỘ PHẬN CHỦ YẾU:

1 Kênh dẫn vào:

Trang 42

hoặc, tuyến thẳng hoặc cong, có thể không có kênh dẫn,

nhưng cần có tường cánh hướng dòng

- Đáy kênh có độ dốc i = 0 hoặc i < 0 theo chiều dòng chảy Mặt cắt ngang của kênh có thể hình chữ nhật (nền đất, có tường bên bê tông) hoặc hình thang (nền đá)

Trang 43

2 Ngưỡng tràn:

- Ngưỡng tràn có thể là đập tràn thực dụng hoặc đập tràn

đỉnh rộng, tràn có cửa van hay tràn tự do

Ngưỡng tràn nói chung là thẳng và bố trí cho dòng nước

chảy vào được thuận lợi và thẳng góc với ngưỡng

- Đập tràn đỉnh rộng có chiều rộng đỉnh ngưỡng C theo chiều nước chảy trong phạm vi: (3÷10)H > C > (2÷3)H

- Đập tràn đỉnh rộng làm việc theo chế độ chảy không ngập hoặc chảy ngập

Trang 44

- Lưu lượng tính theo công thức:

- Khi hn > nHo, lưu lượng được tính theo công thức:

2 / 3 0

Q = σ ε

2 / 3 0

Hg2mB

Q = ε

Trang 46

Nếu i0 < igh thì nên dùng độ dốc địa hình tự nhiên.

Thường chọn: i0 < id < igh.Nếu i0 > igh thì không thể dùng

Trang 48

3 Kênh tháo:

* Dốc nước tại chỗ uốn cong:

Mặt nước bờ lõm cao hơn bờ lồi

v tg

2

= α

v - lưu tốc trung bình tại đoạn cong;

Trang 49

nước gần đáy bị giữ lại,

còn lớp nước trên trượt

xuống với tốc độ lớn

=> có thể sinh sóng truyền theo chu kỳ trên dốc nước => gây

áp lực động lên bản đáy

Trang 50

3 Kênh tháo:

* Hiện tượng hàm khí trong dốc nước:

- Khi Vdốc lớn, không khí bị hút vào dòng chảy => làm cho

chiều sâu nước trên dốc tăng => cần tăng chiều cao tường bên dốc nước

bên dốc nước

- Chiều sâu nước ngậm khí có thể tính theo công thức:

v - lưu tốc dòng chảy, (v > 3m/s bắt đầu ngậm khí);

h

hnk

Trang 51

- Tăng chiều sâu dòng chảy,

- Giảm lưu tốc trên dốc,

- Tiêu năng dọc theo dốc

Tính toán mố nhám dựa vào

yêu cầu khống chế lưu tốc,

Trang 52

dòng chảy hắt vào không khí,

bị khuếch tán hai chiều hạn 6°÷8°

5

4 4

Trang 53

Trang 57

Trang 59

§7-4: ĐƯỜNG TRÀN NGANG

Trang 61

I ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG:

Khi địa hình dốc, hẹp, nền đá, không có vị trí thích hợp để làm đường tràn dọc

II ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC:

- Đường tràn ngang cũng là loại đường tràn hở gồm các bộ

- Đường tràn ngang cũng là loại đường tràn hở gồm các bộ phận: ngưỡng tràn, máng bên nằm trực tiếp sau ngưỡng

tràn, kênh tháo

- Đặc điểm chủ yếu của đường tràn ngang là sau khi chảy qua ngưỡng tràn vào máng bên, dòng nước sẽ chuyển theo phương vuông góc hoặc gần vuông góc với phương dòng

Trang 62

II ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC:

- Dòng chảy trong máng bên là dòng biến lượng, xoắn ốc khá phức tạp

- Bố trí ngưỡng tràn theo đường đồng mức của sườn núi,

chiều dài ngưỡng tràn bảo đảm tháo hết lưu lượng lũ cần

thiết với cột nước trên ngưỡng thấp mà khối lượng đào đất

đá hợp lý

- Độ dốc kênh tháo tương đối lớn nên mặt cắt kênh có thể

giảm nhỏ, do đó khối lượng công trình giảm

Trang 63

III TÍNH TOÁN THỦY LỰC:

1 Ngưỡng tràn: Chảy tự do khi (MNbể - ∇ngưỡng) ≤ 0,4Htr

Bề rộng ngưỡng tràn:

2 Máng bên:

a) Phương pháp đơn giản của giáo sư E.A.Zamarin:

2 / 3 0

2 Hgm

QB

nε σ

=

- Coi dòng chảy trong máng bên là dòng đều

- Khống chế V ≤ Vk, Vk: là lưu tốc của dòng chảy phân giới ở mặt cắt cuối máng

- Chia máng bên ra từng đoạn, khoảng cách các mặt cắt kể

Trang 65

2 Máng bên:

- Xác định chiều rộng b của đáy và độ dốc mái của mặt cắt ngang máng bên Biết Qx => tính được chiều sâu trung bình

2 2

2

R

n v R

C v

Trang 66

2 Máng bên:

- Chênh MN giữa hai m/c bằng thất cột: hw = l.itb

(l - khoảng cách giữa hai mặt cắt)

- Xác định được đường mặt nước trong máng bên, biết độ

- Xác định được đường mặt nước trong máng bên, biết độ sâu tại mỗi mặt cắt, => xác định cao trình đáy máng bên

* Nhận xét: Do giả thiết dòng chảy trong máng bên là dòng đều => kết quả tính toán chỉ là gần đúng

=> Chỉ dùng để sơ bộ xác định kích thước máng bên

Trang 67

2 1

2 2 0

tb

2 tb

2 1

2 2 0 2

1

g 2

Q

Q x

R

C

Q g

2

v

v y

y

ω

− α

+

∆ ω

d) Phương pháp I.M.Konovalôp:

tb tb

tb

2 tb

2

.g2

v2g

2

v2

y

ω

∆+

∆

=

∆

Trang 69

§7-5: XI PHÔNG THÁO LŨ

2

I - I

1 2

3 4

b)

Trang 70

I KHÁI NIỆM:

- Công trình tháo lũ kiểu kín, làm việc tự động

- Có thể đặt trong thân đập hay trong bờ

- Có thể tháo lũ với lưu lượng lớn

Trang 71

II CÁC BỘ PHẬN CHÍNH: a) b) 1

2 3

Trang 72

II CÁC BỘ PHẬN CHÍNH:

1 Cửa vào: hình loa, đặt ngập dưới MNDBT (0,7÷1m)

2 Lỗ thông khí: đặt ở thành trên miệng vào, ngang MNDBT

3 Đỉnh tràn xi phông: ngang MNDBT

4 Ống tháo nước: mặt cắt chữ nhật, tròn

5 Thiết bị chắn khí: lưỡi gà, ống cong

6 Cửa ra: phun ra không khí hoặc ngập dưới MNHL

7 Thiết bị tiêu năng: mũi phun, bể tiêu năng

Trang 73

III QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC (tự động):

- Khi MN hồ = MNDBT: XP không làm việc

- Khi bắt đầu lũ (Q nhỏ) ⇒ tràn tự động vào ống, chảy không đầy ống (không áp)

- Khi lũ lớn (Q lớn) ⇒ ngập ống thông khí ⇒ tạo chân không

⇒ hút nước đầy ống ⇒ XP làm việc thực sự ⇒ tháo lũ

nhanh

- Khi MN hồ rút xuống MNDBT ⇒ hở ống thông khí ⇒ XP

ngừng làm việc

Trang 74

IV TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG THÁO:

Lưu lượng chảy qua xi phông:

0

2gH

µ - hệ số lưu lượng;

ωr - diện tích mặt cắt ra của ống xi phông;

H0 - cột nước có kể đến lưu tốc tiến gần

v H

H

2 0 0

α

+

=

Trang 75

IV TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG THÁO:

* Trường hợp cửa ra của ống xi phông không ngập:

H - chênh lệch cột nước thượng lưu đến tâm mặt cắt cửa ra.Khi đó hệ số lưu lượng:

=

ω

tỷ số giữa diện tích m/c cửa ra và diện tích m/c đang xét, tại vị trí có hệ số tổn thất cột nước ξi

* Trường hợp cửa ra của ống xi phông ngập nước:

H - chênh lệch cột nước thượng hạ lưu

1 + Σ ξi Ki

i

r i

=

ω

Trang 77

§7-6: CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KHÁC

Trang 79

Trang 81

Trang 82

2 I

5

3

4 II

2 3

Định dạng
Số trang	82
Dung lượng	1,68 MB