Xác định các thông số thủy lực để lựa chọn kết cấu mũi phun tràn xả lũ hồ thủy điện buôn tua srah

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài: “Xác định các thông số thuỷ lực để lựa chọn kết cấu mũi phun tràn xả lũ hồ thuỷ điện Buôn Tua Srah” được hoàn

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với

đề tài: “Xác định các thông số thuỷ lực để lựa chọn kết cấu mũi phun tràn

xả lũ hồ thuỷ điện Buôn Tua Srah” được hoàn thành với sự cố gắng của tác

giả cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của Phòng đào tạo Đại học & sau đại học, khoa Công trình, các thầy cô giáo trường Đại học Thủy lợi, ban lãnh đạo Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng điện 4 đã tạo điều kiện và giúp đỡ về mọi mặt Tác giả xin chân thành cảm ơn các cơ quan, đơn vị và cá nhân nói trên

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Lê Văn Nghị (Trung tâm Nghiên cứu thuỷ lực - Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Động lực học sông biển - Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam) đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tác giả xin cảm ơn nhóm lập dự án và thiết kế Thủy điện Buôn Tua

Srah đã tạo điều kiện giúp đỡ và đóng góp các ý kiến quý báu cho luận văn

Sau cùng tác giả xin cảm ơn những người thân, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, khích lệ cá nhân tôi trong quá trình làm luận văn

Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, do điều kiện có hạn nên không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, các anh chị và bạn bè đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn

Hà nội, ngày 05 tháng 12 năm 2011

Nguyễn Tiến Phong

1.2 KHẢ NĂNG XẢ CỦA ĐẬP TRÀN MẶT CẮT THỰC DỤNG [5] 6 8T

1.3 ĐƯỜNG MẶT NƯỚC TRÊN ĐẬP TRÀN 8 8T

ĐỊNH ĐƯỜNG KHẢ NĂNG XẢ CỦA ĐẬP 8T

KẾT QUẢ THUYẾT VỚI KẾT QUẢ NGHIỆM MÔ HÌNH 8T 49 8T

3.7 8T 8T CHẾ ĐỘ THỦY LỰC NỐI TIẾP SAU ĐẬP TRÀN 8T 51 8T

3.8 8T 8T NHẬN XÉT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 8T 52 8T

4.3 8T 8T HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP CỦA LUẬN VĂN 8T 55 8T

TÀI LIỆU THAM KHẢO8T 56

/s.m)~L URU px URU (m) thiết lập từ mô hình thủy lực đập tràn U 52

/s, (h U A RU =6.75m- tính theo phương trình Becnuli) U 32

8TU

Bảng 2-11: Đường mặt nước trên dốc nước, Q URU xả URU =4308m U

3 PU

/s, (h U A RU =9.31m- tính theo công thức thực nghiệm) 33

phương trình Becnuli)

8TU

Bảng 2-14: Đường mặt nước trên dốc nước, Q URU xả URU = 3577m U

3 PU

/s, (h U A RU =8.22m - tính theo công thức thực nghiệm) U 34

8TU

Bảng 2-16: Đường mặt nước trên dốc nước, Q URU xả URU = 906m U

3 PU

/s, (h U A RU =1.72m- tính theo phương trình Becnuli) U 35

8TU

Bảng 2-17: Đường mặt nước trên dốc nước, Q URU xả URU = 906m U

3 PU

/s, (h U A RU =3.29m- tính theo công thức thực nghiệm) U 36

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Công trình xả lũ là một bộ phận quan trọng không thể thiếu được trong đầu mối thuỷ lợi - thuỷ điện của hồ chứa nước Nó có nhiệm vụ xả lưu lượng thừa trong mùa lũ, xả cạn hồ chứa đến cao trình ngưỡng tràn khi cần thiết hay

để kết hợp xả bùn cát 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

Tùy theo điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn của từng công trình cụ thể để thiết kế dạng công trình tháo lũ khác nhau trong tổng thể bố trí công trình, bao gồm cả tràn xả mặt (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, 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 và bể kết hợp Biện pháp tiêu năng đáy thường được áp dụng cho các công trình vừa

và nhỏ, mực nước hạ lưu tương đối 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

− Ti êu năng mặt: Dòng chảy hình thức tiêu năng này ở trạng thái chảy

mặt Nhìn chung, với chế độ chảy mặt ở hạ lưu tạo thành sóng giảm dần làm xói lở ở vùng này Thông 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 phun 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 Tiêu năng dòng phun

xa được chia làm hai loại cơ bản theo đặc điểm kết cấu mũi phun:

+ Mũi phun liên tục: Dòng phun là dòng chảy không có sự va đập

với nhau trong quá trình bay trong không khí, dòng đổ xuống hạ lưu do tiêu hao năng lượng ít nên gây ra vận tốc và sóng lớn ở hạ lưu Mặt khác, dòng phun là dòng chảy tập trung ít trộn khí nên trong trường hợp cột nước cao, tỷ lưu lớn sẽ làm cho chiều sâu xói lớn

+ Mũi phun không liên tục: Là loại mũi phun tạo nên các dòng phun

có chiều dài khác nhau trong quá trình ra khỏi mũi phun, dòng đặc tập trung được phân tán thành nhiều dòng rơi xuống mặt nước hạ lưu Năng lượng dòng chảy được tiêu hao nhiều nên vận tốc và sóng ở hạ lưu nhỏ, do đó giảm chiều sâu xói và khối lượng gia cố

ở hạ lưu

Trong quá trình thiết kế đập tràn tiêu năng bằng dòng phun, có nhiều yếu tố cần thiết phải xác định để lựa chọn được mũi phun nhằm đảm bảo tối

ưu về kinh tế và kỹ thuật, đặc biệt là xác định vận tốc và cột nước trên đập tràn

Mục đích xác định vận tốc dòng chảy trên mặt tràn: Mỗi loại vật liệu

đều chịu được tác dụng giới hạn nào đó của vận tốc dòng chảy, gọi là vận tốc cho phép [VR cp R] Nếu vận tốc dòng chảy trên bề mặt đập tràn lớn hơn vận tốc cho phép thì bề mặt sẽ bị phá hoại Như vậy, ứng với từng điều kiện cụ thể người thiết kế cần phải tính toán được vận tốc trên mặt đập tràn sao cho phù hợp với loại vật liệu được sử dụng để đảm bảo tối ưu về kinh tế và kỹ thuật,

từ đó đưa ra các giải pháp kỹ thuật phù hợp

Mục đích xác định cột nước trên mặt tràn: Một thành phần của đập tràn

là tường bên, chiều cao của tường bên phụ thuộc vào cột nước trên đập tràn ứng với từng mặt cắt khác nhau Để vận hành đập tràn an toàn cần thiết phải thiết kế chiều cao tường bên phù hợp với cột nước trên mặt tràn

Hiện nay, ở nước ta khi thiết kế đập tràn đều theo Quy phạm tính toán

thủy lực đập tràn QP.TL.C-8-76 Ngoài ra, theo TCXDVN 285-2002: Công trình thủy lợi - Các qui định chủ yếu về thiết kế [5] và 14 TCN 173-2006:

Tiêu chuẩn thí nghiệm mô hình thủy lực các công trình đầu mối thủy lợi [6] thì với công trình cấp II trở lên cần thiết phải có thí nghiệm mô hình thủy lực Kết quả giữa tính toán lý thuyết với kết quả thí nghiệm mô hình sẽ được hiệu chỉnh và lựa chọn được các thông số thiết kế theo phương án tối ưu về mặt kinh tế - kỹ thuật

Chính vì những yêu cầu cấp thiết nêu trên nên học viên đã lựa chọn đề tài: “Xác định các thông số thuỷ lực để lựa chọn kết cấu mũi phun tràn xả lũ

hồ Thuỷ điện Buôn Tua Srah”

2 Mục tiêu của đề tài

− Lựa chọn phương pháp tính toán thủy lực đập tràn trước dốc nước

− Tính toán thủy lực cho tràn xả lũ thủy điện Buôn Tua Srah để lựa chọn mũi phun hợp lý

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tiếp cận:

− Tiếp cận tổng hợp: Tiếp cận theo các tính toán lý thuyết và tài liệu thí nghiệm mô hình thủy lực đập tràn

− Tiếp cận kế thừa: Các kinh nghiệm và phương pháp tính toán xác định

độ sâu dòng chảy, vận tốc dòng chảy qua đập tràn trong các nghiên cứu trước đây được tham khảo trong luận văn

Phương pháp nghiên cứu:

− Phương pháp nghiên cứu lý luận: Các lý thuyết về dòng chảy qua đập tràn được nghiên cứu một cách đầy đủ Phân tích các kết quả nghiên cứu có liên quan về độ sâu dòng chảy và vận tốc dòng chảy trên mặt đập tràn xả lũ dạng hình thang vát cong có mũi hắt

− Phương pháp so sánh thực nghiệm: Các kết quả nghiên cứu thí nghiệm

mô hình thủy lực đập tràn xả lũ dạng dạng hình thang vát cong được so sánh, đối chứng với tính toán lý thuyết

4 Kết quả dự kiến đạt được

− Lựa chọn phương pháp tính toán thủy lực đập tràn trước dốc nước

− Tính toán thủy lực cho tràn xả lũ thủy điện Buôn Tua Srah để lựa chọn mũi phun hợp lý

Chương 2: Tính toán thủy lực đập tràn thủy điện Buôn Tua Srah

Chương 3: So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm Chương 4: Kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Chương 1: TỔNG QUAN TÍNH TOÁN THỦY LỰC

ĐẬP TRÀN XẢ LŨ MẶT CẮT THỰC DỤNG

Các yếu tố thủy lực trên đập tràn đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu tính toán lý thuyết và thực nghiệm Tuy nhiên các nghiên cứu mới chỉ phù hợp với từng dạng công trình cụ thể Các yếu tố thủy lực chủ yếu cần xác định trên đập tràn bao gồm:

− Lưu lượng đơn vị (q- mP

3 P/sm)

− Vận tốc (v- m/s), cột nước (m) trên đập tràn

− Bán kính cong đoạn cong ngược

− Các yếu tố thủy lực trên mũi phun

− Chiều sâu hố xói, chiều dài phóng xa

Lưu lượng chảy qua đập tràn mặt cắt thực dụng tính theo công thức:

2 3 0

2 H g B

+ HR 0 R: Cột nước có kể đến lưu tốc tới gần ; ( )

2

2 0

g

v H

+ g : Gia tốc trọng trường (m/sP

2 P)

Trong đó : ξR k Rlà hệ số hình dạng của các trụ bên

+ Đối với đập tràn có n khoang giống nhau, được ngăn cách bởi những

mố trụ có hình dạng như nhau

b n

Trong đó : ξR 0 R là hệ số hình dạng của các trụ giữa Các giá trị ξR k R và ξR 0 Rphụ thuộc vào hình dạng của mố trụ bên và mố trụ giữa Các giá trị này xem Hình 1-1 và Hình 1-2 dưới đây

0 =

b

H

(bất luận giá trị thực là bao nhiêu)

Độ sâu đầu dốc nước được tính toán theo các cách sau:

1.3.1.1 Tính độ sâu đầu dốc nước theo phương trình Becnuli

Viết phương trình Becnuli cho hai mặt cắt: Mặt cắt trước tràn và mặt cắt tại đầu dốc nước A-A

) cos (

+ θ : Góc hợp giữa phương ngang với dốc nước

+ hR A R: Cột nước tại điểm đầu dốc (điểm A)

+ vR A R: Vận tốc tại điểm đầu dốc nước

+ q : Lưu lượng đơn vị (mP

3 P/s.m)

Chiều sâu tại điểm đầu dốc nước (điểm A) được tính như sau:

) (

A

h E g

q h

−

= ϕ

(1-6)

+ ϕ : Hệ số lưu tốc, lấy ϕ= 0.90

+ q: Lưu lượng đơn vị

+ ER 0 R: Cột nước năng lượng tổng tính đến điểm A, ER 0 R= ZR hồ R - ∇A + hR A R: Cột nước tại điểm đầu dốc nước

Bằng phương pháp tính thử dần ta tìm được độ sâu hR A R điểm A tương ứng với các cấp lưu lượng

1.3.1.3 Tính độ sâu đầu dốc nước theo công thức thực nghiệm [11]

Đường nước đổ được tính từ mặt cắt đầu dốc nước Độ sâu dòng chảy ở đây luôn nhỏ hơn độ sâu phân giới hR k R Từ kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực một số đập tràn có độ dốc dốc nước i≥0.2, độ sâu điểm A được tính theo công thức:

l k A

i

h k

Đường mặt nước trên dốc nước có độ dốc lớn đã được tính toán thí nghiệm trên nhiều công trình ở Việt Nam, trong đó có thủy điện Yaly [11] Theo kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực đập tràn Yaly [11] có: i=35%; k=0.63; l=0.08 Với đập tràn thủy điện Buôn Tua Srah có độ dốc dốc nước

trên đập tràn là iR 2 R=30%, do đó kiến nghị lấy k=0.8 và l=0.08

Vì mặt tràn là mặt phẳng nên có thể dùng phương pháp V.I Tsanomxki dựa vào phương trình cơ bản chuyển động không đều của nước:

f

i i

2 cos

2 cos

2 1 1

1

+ +

+

g

v h

tb

i f

v v

;

tb tb

Biết được hR i R và vR i R ở đầu đoạn (ở đây bắt đầu từ mặt cắt A-A, nên

hR i R=hR A R, vR i R=vR A R) Giả thiết vR i+1 R và tính

1

1 +

+ =

vi

q

h i , xác định được ∆l (là khoảng cách giữa hai mặt cắt i và (i+1)) Tiếp tục tính toán cho các đoạn tiếp theo và

cuối cùng xác định được đường mặt nước cho các đoạn có chiều dài L

α

y3 β

2

3 2

1

θ

y1

Hình 1-3 : Sơ đồ tính toán đường mặt nước trên mũi phun

Mặt cắt 1-1 là mặt cắt cuối dốc nước, các thông số thủy lực được tính theo mục trên

Ở hai mặt cắt còn lại vận tốc và chiều sâu được xác định theo phương trình lưu lượng không đổi (phương trình liên tục) và phương trình Becnuly, lập theo trình tự sau:

R C

v

.

2

2.l1− 2=B (1-9)

tb

R C

v

.

2

2.l2−3=D (1-10)

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

v

2

= γ

u g

Hình thức tiêu năng bằng mũi phun là hình thức tiêu năng cơ bản ở các công trình xả lũ Điều kiện để sử dụng hình thức tiêu năng này là chiều cao cột nước ở trước mũi phun phải đủ lớn để tạo ra dòng phóng xa mà không gây

ảnh hưởng xấu đến chân công trình Ngoài ra, dòng chảy ở hạ lưu cũng phải

có một lớp nước đệm đủ lớn để đảm bảo độ sâu của hố xói không quá lớn Vì vậy theo kinh nghiệm xây dựng ở nhiều nước trên thế giới thì hình thức này

đã được ứng dụng nhiều đối với các hồ chứa có cột nước cao và trung bình Tuy nhiên, khi áp dụng hình thức tiêu năng mũi phun do vận tốc ở cuối mũi phun và chênh lệch cột nước lớn nên thường xảy ra các hiện tượng:

− Xói lở hạ lưu công trình tháo lũ đặc biệt là gây ra hố xói làm biến dạng lòng sông ngay tại vị trí mũi phun

− Xung kích của dòng phun tạo thành dòng cuộn chảy ngược hoặc sóng

vỗ vào mái đập

− Mũi phun thường hay xảy ra hiện tượng xâm thực

− Khi xả lũ, dòng phun tạo ra sương mù làm ảnh hưởng không nhỏ đến giao thông và các thiết bị điện, trạm phân phối điện ở khu vực công trình đầu mối

Nhân tố quan trọng và ảnh hưởng bất lợi đến hạ lưu công trình tháo lũ

là chiều dài của dòng phun xa Chiều dài dòng phun phải đảm bảo để không làm ảnh hưởng đến hoạt động của các công trình khác và đảm bảo an toàn hoạt động cho hệ thống, đồng thời không gây diễn biến xói lở và mất ổn định cho bản thân công trình Chính vì vậy tính toán lựa chọn các thông số thủy lực của mũi phun cần phải thỏa mãn chiều dài dòng phun hợp lý

Khi vận tốc dòng chảy càng tăng lên thì không khí trộn vào dòng nước càng nhiều và khi đó trong vùng cuộn được hình thành dòng rối mãnh liệt, các dòng này va đập và xáo trộn lẫn nhau, ma sát tương đối với nhau làm tiêu hao

đi một năng lượng đáng kể Đệm nước càng sâu thì khả năng mở rộng của

lưỡi nước càng lớn thì khả năng tiêu hao năng lượng nước càng nhiều Hố xói đạt đến một độ sâu nhất định thì mới có hiệu quả tiêu năng

Xác định chiều dài dòng phun bằng cách coi dòng phun có dạng Parabol Căn cứ vào công thức lý luận tính được khoảng cách theo phương ngang của dòng phun L=f(ϕ,θ,v,z), trong tính toán có sai khác với thực tế do các nguyên nhân:

− Trong công thức tính toán với các giá trị θ, v, ϕ là các giá trị gần đúng

− Trong công thức chưa đề cập đến bán kính của đoạn cong ngược

− Trong tính toán chưa đề cập đến khoảng cách từ điểm thấp nhất của đoạn cong tới đỉnh mũi phun

− Chưa xét đến mức độ mở rộng, hiện tượng trộn khí, sức cản của không khí…

Dưới đây trình bày một số công thức tính chiều dài phun xa theo lý thuyết vật bắn ra và theo thực nghiệm của một số tác giả:

=

α ϕ

α

sin 1

1 2 sin

c c

Z

T y Z

ϕ

T T

T

h Z g

1.4.1.2 Chiều dài dòng phun theo Liên Xô (cũ)

Trong Quy phạm, tính toán chiều dài phun xa theo công thức:

g

h p g v

v v

2 2

Trong đó :

+ LR p R: Chiều dài phun xa (m)

+ β : Góc hất của mũi phun

+ v : Lưu tốc tại mũi phun

+ h : Độ sâu trên mũi phun

+ p: Chênh lệch từ mũi phun đến mặt nước hạ lưu

) ( sin

+ T : Chiều sâu xói lớn nhất (m)

+ Z : Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (m)

+ P : Chênh lệch độ cao từ mũi hất đến mặt nước hạ lưu (m)

θ 2 sin 9

.

1 Z c

Trong đó:

+ L : Chiều dài phun xa (m)

+ θ : Góc mũi hất

+ ZR c R: Chênh lệch độ cao từ mặt nước thượng lưu đến đỉnh mũi hất (m)

Tốc độ bình quân của dòng chảy tại mũi phun được xác định theo công thức: v=ϕ 2gh

Các nhân tố ảnh hưởng đến vận tốc chủ yếu là: Chiều cao cột nước tác dụng đến mũi, các tổn hao của dòng chảy ở cửa vào, cửa ra, theo đường biên công trình Toàn bộ các tổn thất này được phản ảnh qua hệ số lưu tốc ϕ Trong thực tế tính toán khó có thể phân tích lý luận để xác định giá trị ϕ Chỉ

có thể thông qua mô hình hoặc tài liệu quan sát nguyên hình các nhân tố chủ yếu, tìm ra công thức kinh nghiệm Hiện nay tồn tại nhiều công thức để tính ϕ của nhiều tác giả cho kết quả tính toán khác nhau

− Công thức của Sở Thủy lợi Đông Bắc Trung Quốc: 2/3 1,15

)'/(

0077,01

S q

là chiều dài dòng chảy trên mặt đập Z’ là khoảng cách từ đỉnh đập đến đến đỉnh mũi phun B’ là khoảng cách trên mặt phương ngang từ đỉnh đập đến đỉnh bậc nhảy

− Công thức của Trần Xuân Đỉnh:

2 0 3 / 2

− Công thức của Viện Thủy lợi Nam Kinh: 0 , 65

' 83

' 015 0 1

Trong đó: S’≈(Z’)P

2 P+(B’)P 2

P chiều dài dòng chảy trên mặt đập Z’ là khoảng cách từ đỉnh đập đến đến đỉnh mũi phun B’ là khoảng cách trên mặt phương ngang từ đỉnh đập đến đỉnh bậc nhảy; hR 0 Rlà cột nước tràn

Từ các công thức tính ϕ ở trên cho biết hệ số lưu tốc chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi lưu lượng qua tràn q và chiều dài của dòng chảy S’

Trong thực tế thì độ dài và bán kính cong của đoạn cong ngược có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm việc của mũi phun Khi chiều dài và bán kính cong của đoạn cong thích hợp thì góc phóng gần với góc tiếp tuyến của đoạn cong Đã có nhiều nghiên cứu nhằm xác định góc phóng θ hợp lý, khi các giá trị khác không thay đổi, R tăng thì chiều dài phóng xa cũng tăng Khi R đã vượt quá một trị số giới hạn thì chiều phóng xa cũng giảm nhỏ

Khi R không biến đổi, lưu lượng đơn vị q (mP

3 P/s.m) tăng chiều dài phóng xa cũng tăng, khi q tăng đến một trị số nhất định thì chiều dài phóng xa cũng giảm

Theo kinh nghiệm thiết kế hiện nay, ở Mỹ đối với bán kính ở các bậc cao chọn R=10m, đối với bậc thấp R=8b với b là chênh lệch giữa cao độ điểm

thấp nhất của đoạn cong và đỉnh mũi phóng Ở Trung Quốc khi thiết kế dùng công thức R=(6÷8)h, trong đó h là độ sâu dòng nước ở điểm thấp nhất của đoạn cong

Chương 2: TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐẬP TRÀN

THUỶ ĐIỆN BUÔN TUA SRAH

Công trình thuỷ điện Buôn Tua Srah là công trình cấp II với công suất lắp máy NR lm R=86MW, điện lượng trung bình năm ER 0 R=358.6 triệu Kwh, được xây dựng từ năm 2005 và phát điện thương mại cuối năm 2009 Công trình được xây dựng trên sông Krông Knô - là nhánh chính của sông Srêpok

Nhà máy nằm cách thành phố Buôn Ma Thuột 60km về phía Đông Nam theo đường chim bay Vùng tuyến công trình thuộc địa phận xã Nam Ka

- huyện Lăk - tỉnh Đăk Lăk và xã Quảng Phú - huyện Krông Nô - tỉnh Đăk Nông Tuyến đập chính có tọa độ theo hệ tọa độ VN 2000 như sau:

X=1358663.920; Y=504175.57

− Phát điện lên lưới điện Quốc gia

− Kết hợp cấp nước cho diện tích đất canh tác khoảng 5200 ha

− Kết hợp phòng lũ cho hạ lưu

− Điều tiết nước cho hệ thống bậc thang hồ chứa: thủy điện Srêpok 3, Buôn Kuốp và thủy điện Srêpok 4

− Tạo điều kiện phát triển kinh tế, xã hội, đời sống dân sinh trong vùng

Công trình thủy điện Buôn Tua Srah bao gồm các hạng mục chính sau: công trình đầu mối: Đập dâng, đập tràn; tuyến năng lượng gồm: Kênh dẫn,

cửa lấy nước, đường hầm áp lực, nhà máy thủy điện, kênh xả; trạm phân phối điện 220kV

Cụm công trình đầu mối gồm:

− Đập dâng là đập đập đá đổ lõi đất sét, cao trình đỉnh đập +492.3m, chiều rộng đỉnh đập BR đ R = 8.0m

− Đập tràn mặt cắt thực dụng dạng hình thang vát cong, bằng bê tông có

cửa van điều tiết:

+ Cao trình ngưỡng tràn +473.5m

+ Số khoang tràn n = 3, chiều rộng một cửa tràn b = 12m

+ Kích thước cửa van cung là b×h = 12×14.8m

+ Cao trình sân phủ thượng lưu: +470.0m

Bảng 2-1: Thông số chính công trình thủy điện Buôn Tua Srah

I Các đặc trưng lưu vực

2

2930

3 Lưu lượng trung bình nhiều năm (QR 0 R) mP

3 P

4 Tổng lượng dòng chảy TB nhiều năm 10P

6 P

mP 3

3217

3 P

6 P

mP 3

1042

7 Lưu lượng đỉnh lũ

3 P

3 P

TT Các thông số Đơn vị Trị số Ghi chú

6 P

mP 3786.9

6 P

mP 3522.6

6 P

mP 3264.2

III Lưu lượng qua nhà máy

3 P

3 P

Bảng 2-2: Quy mô các hạng mục công trình

TT Tên hạng mục Đơn vị Trị số Ghi chú

- Lưu lượng xả lớn nhất với P= 0.1% mP

3 P

- Lưu lượng xả lớn nhất với P= 0.5% mP

3 P

II Tuyến năng lượng

1 Kênh dẫn tiết diện hình thang

4 Nhà máy thuỷ điện

TT Tên hạng mục Đơn vị Trị số Ghi chú

5 Kênh xả nhà máy

Theo hồ sơ thiết kế đập tràn thủy điện Buôn Tua Srah: Đập tràn thực dụng gồm 3 khoang, kích thước 12×14m, trụ pin dày 3.0m, nền tràn và dốc nước đặt trên nền đá IIA, IIB Các thông số thiết kế :

− Cao trình mực nước lũ kiểm tra (P=0.1%) : +489.57m

− Khả năng xả của đập tràn ứng với lũ kiểm tra : QR xảP=0.1% R=4308mP

3 P/s

− Cao trình mực nước lũ thiết kế (P=0.5%) : +487.88m

− Khả năng xả của đập tràn ứng với lũ thiết kế: QR xảP=0.5% R=3577mP

3 P/s

b) Bước 2: Thông số hình học mặt cắt tràn thực dụng hình thang vát cong

+ Cạnh trên hình thang trước khi vát cong: δ= 3.84m + Bán kính cong RR 1 R: 6m

+ Nối tiếp bán kính cong RR 1 R là bán kính cong RR 2 R: 10m + Nối tiếp bán kính cong RR 2 R là dốc nước iR 1 R=50% có chiều dài: LR 1 R= 11.85m

+ Nối tiếp dốc nước iR 1 Rlà bán kính cong ngược có RR 3 R=40m + Nối tiếp bán kính cong ngược RR 3 R là dốc nước iR 2 R=30% có chiều dài LR 2 R= 59.2m

+ Nối tiếp với dốc nước là mũi phun có bán kính cong

RR 4 R=25.0m + Mũi phun có góc hất là α=28P

0 P

2.3 Xác định đường khả năng xả của đập tràn

Để xác định xác định các yếu tố thủy lực trên đập tràn cần thiết phải xác định khả năng xả của đập tràn Xác định khả năng xả cần phải xem xét đến ảnh hưởng của lưu tốc tới gần Để thuận tiện cho tính toán thủy lực đập tràn, tác giả đã viết chương trình xác định khả năng xả cho đập tràn có mặt cắt thực dụng

Chương trình xác định khả năng xả của đập tràn thực dụng được xây dựng trên cơ sở lý thuyết của Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn QP.TL C-8- 76 [7] và khả năng xả của đập tràn dạng WES theo [19]

Mặt cắt đập tràn dạng hình thang vát cong cần nhập các thông số sau:

Số khoang tràn, bề rộng tràn nước, bề rộng mặt cắt thượng lưu, cao độ ngưỡng tràn, mực nước lớn nhất (giả thiết), trị số cạnh trên của hình thang (trước khi vát cong), trị số PR 1 R, hệ số mái thượng lưu, hệ số mái hạ lưu, loại mố trụ, loại mố bên, quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu tràn: Q=f(ZR hl R),

− Ngôn ngữ lập trình: Visual Basic 6.0

− Sơ đồ khối chương trình xem Hình 2-2

Kết quả chương trình đưa ra bao gồm :

− Kết quả đưa ra file tính dạng *.txt Các kết quả bao gồm : Cột nước toàn phần trước tràn HR 0 R, vận tốc tới gần, lưu lượng và mực nước hạ lưu, hệ số co hẹp bên ε, hệ số lưu lượng, hệ số chảy ngập,

− Hình vẽ quan hệ mực nước hồ và khả năng xả của đập tràn

Hình 2-2: Sơ đồ khối tính toán khả năng xả của đập tràn mặt cắt thực dụng

Hình 2-3: Giao diện chính của chương trình

Hình 2-4 : Khả năng xả của đập tràn Buôn Tua Srah Bảng 2-4: Kết quả tính toán khả năng xả Thủy điện Buôn Tua Srah

- Tinh toan kha nang xa cua dap tran theo QP.TL C-8-76

- Phuong an tinh : Cong trinh thuy dien Buon Tua Srah

- So khoang tran : 3.0 (khoang)

- Be rong moi khoang tran : 12.00 (m)

- Cao do nguong tran : +473.50 (m)

- |TT |Muc nuoc |Cotnuoc_H0|Vantoctg | Luu luong | Zhl |Epsilon| Heso | He so | | | m | m | m/s | m3/s | m | |luuluong| ngap | -

2.3.4 So sánh kết quả tính toán khả năng xả

Kết quả tính toán khả năng xả theo Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn QP.TL C-8- 76 [7] và kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực đập tràn Buôn Tua Srah như bảng dưới đây:

Bảng 2-5: Tính khả năng xả theo chương trình và theo thí nghiệm mô hình

QR TT R(mP

3 P/s)

Lưu lượng

TN mô hình tổng thể

QR TNTT R(mP

3 P/s)

Sai số (%)

Ứng dụng chương trình tính toán khả năng xả của đập tràn từ cao trình ngưỡng tràn 473.5m đến mực nước hồ 490.0m, kết quả cho thấy:

− Khi cột nước tràn thay đổi từ cao trình 486.0m đến 490.0m: Kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực có sai số không lớn

− Khi cột nước tràn thay đổi từ cao trình ngưỡng tràn 473.5m đến 486.0m: Kết quả tính toán khả năng xả theo lý thuyết và theo mô hình thủy lực có sai số lớn, theo tác giả do những nguyên nhân sau:

+ Do đập tràn đặt bên vai trái nên ở mực nước thấp dòng chảy cửa vào không thuận

+ Ảnh hưởng của cao trình sân phủ thượng lưu: đập tràn có chiều cao

PR 1 R=3.50m, ở mực nước thấp đập tràn làm việc gần giống đập tràn đỉnh rộng, do đó hệ số lưu lượng nhỏ hơn đập tràn mặt cắt thực dụng hình thang vát cong

+ Ảnh hưởng của tường cánh thượng lưu

B m

Trong đó : εR hc R là hệ số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của chiều cao đập PR 1 R, ảnh hưởng của dòng chảy cửa vào không thuận (do đập đặt trên vai trái), ảnh hưởng của tường cánh,

− Đường quan hệ giữa lưu lượng đơn vị q với hệ số hiệu chỉnh εR hc R được thể hiện trong hình Hình 2-5 và phương trình đường quan hệ là : εR hc R= -0.00000027qP

3 P + 0.00005803qP

2 P

- 0.00202674q + 0.88621338

Hình 2-5 : Đường quan hệ giữa hệ số hiệu chỉnh εhc với lưu lượng đơn vị q

2.4 Xác định đường mặt nước trên đập tràn

− Độ sâu dòng đều hR 0 Rtính theo phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thủy lực

− Tính độ sâu phân giới theo công thức: 3

Áp dụng công thức (1-5) tính toán thử dần tìm được độ sâu điểm A ứng với các cấp lưu lượng, kết quả như dưới đây:

Bảng 2-7: Cột nước đầu dốc nước đập tràn - tính theo phương trình Becnuli

TT Lưu lượng xả

QR xả R (mP

3 P/s)

2.4.2.2 Tính độ sâu đầu dốc nước theo 14 TCN 81-90:

Áp dụng công thức (1-6) tính toán độ sâu điểm A theo phương pháp thử dần ứng với các cấp lưu lượng, kết quả như dưới đây:

Bảng 2-8: Cột nước đầu dốc nước đập tràn- tính theo 14 TCN 81-90

TT Lưu lượng xả

QR xả R (mP

3 P/s)

Áp dụng công thức nghiên cứu thực nghiệm từ mô hình đập tràn Yaly, tính toán cột nước điểm A ứng với các cấp lưu lượng như sau:

Bảng 2-9: Cột nước đầu dốc nước đập tràn- tính theo công thức thực nghiệm

TT Lưu lượng xả

QR xả R (mP

3 P/s)

Xuất phát từ độ sâu và vận tốc của điểm A (hR A R, vR A R), giả thiết trị số hR i R, tính vR i R bằng cách thử dần khoảng cách ∆lR i R (m) ở mặt cắt i, tính toán cho đến mặt cắt cuối dốc khi Σ∆lR i R=LR 2 R= 65.2m

Bảng 2-10: Đường mặt nước trên dốc nước, QR xả RR R=4308mP

3 P/s, (hR A R=6.75m- tính theo phương trình Becnuli)

v (m/s)

∋ (m)

∆∋

(m)

χ (m)

R (m) λ hR tb

v (m/s)

∋ (m)

∆∋

(m)

χ (m)

R (m) λ hR tb