Luận văn giải pháp nâng cao chất lượng công tác lập tổng mức đầu tư xây dựng công trình tại ban quản lý các dự án oda ngành nông nghiệp và phát triển nông thôn hà tĩnh

LỜI TÁC GIẢ Với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình trường Đại học thuỷ lợi, Tổng Công ty Tư vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam - CTCP, cùng các thầy cô gi

Trang 1

LỜI TÁC GIẢ

Với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình

trường Đại học thuỷ lợi, Tổng Công ty Tư vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam - CTCP,

cùng các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ

thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu năng lực tháo

và điều tiết lũ qua đập tràn zích zắc ” đã được hoàn thành

Tác giả xin cảm ơn chân thành đến KS Đinh Sỹ Quát, người trực tiếp nghiên

cứu tính toán áp dụng hình thức tràn Piano trong công trình Văn Phong, cùng các cơ

quan đơn vị và các cá nhân đã truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công

bố cũng như sự giúp đỡ, tạo điều kiện của lãnh đạo Tổng Công ty tư vấn xây dựng thủy

lợi Việt Nam – CTCP, Công ty tư vấn 11 cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên

cứu vừa qua

Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Văn Quốc,

người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện

luận văn này

Tác giả có được kết quả như hôm nay chính là nhờ sự chỉ bảo ân cần của các

thầy giáo, cũng như sự động viên cổ vũ của cơ quan, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp

trong những năm qua

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể không tránh khỏi

những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các

thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp

Luận văn được hoàn thành tại phòng đào tạo đại học và sau đại học, Trường

Đại học Thủy lợi

Hà Nội, Tháng 09 năm 2011

Tác giả

Nhi ■ u event thú v ■ , event ki ■ m ti ■ n thi ■ t th ■ c 123doc luôn luôn t ■ o c ■ i gia t ■ ng thu nh ■ p online cho t ■ t c ■ các thành viên c ■ a website.

123doc s ■ u m ■ t kho th ■ vi ■ n kh ■ ng l ■ i h ■ n 2.000.000 tài li ■ t c ■ nh v ■ c: tài chính tín d ■ ng, công ngh ■ thông tin, ngo ■ i ng ■ , Khách hàng có th ■ dàng tra c ■ u tài li ■ u m ■ t cách chính xác, nhanh chóng.

Mang l ■ i tr ■ nghi ■ m m ■ i m ■ cho ng ■■ i dùng, công ngh ■ hi ■ n th ■ hi ■ ■■ ■ n online không khác gì so v ■ i b ■ n g ■ c B ■ n có th ■ phóng to, thu nh ■ tùy ý.

Luôn h ■■ ng t ■ i là website d ■ ■■ u chia s ■ và mua bán tài li ■ u hàng ■■ u Vi ■ t Nam Tác phong chuyên nghi ■ p, hoàn h ■ o, cao tính trách nhi ■ m ■ ng ng ■■ i dùng M ■ c tiêu hàng ■■ ■ a 123doc.net tr ■ thành th ■ vi ■ n tài li ■ u online l ■ n nh ■ t Vi ■ t Nam, cung c ■ p nh ■ ng tài li ■■■ c không th ■ tìm th ■ y trên th ■ ■■ ng ngo ■ i tr ■ 123doc.net

123doc cam k ■ t s ■ mang l ■ i nh ■ ng quy ■ n l ■ t nh ■ t cho ng ■■ i dùng Khi khách hàng tr ■ thành thành viên c ■ a 123doc và n ■ p ti ■ n vào tài kho ■ n c ■ a 123doc, b ■ n s ■ ■■■ c h ng nh ■ ng quy ■ n l ■ i sau n ■ p ti ■ n trên website

Th ■ a thu ■ n s ■ ng 1 CH ■ P NH ■ N CÁC ■ I ■ U KHO ■ N TH ■ A THU ■ N Chào m ■ ng b ■■■ ■ i 123doc.

dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai

Trang 2

1.2.1 Ngưỡng tràn zíc zắc kiểu truyền thống 18

2.2.1 Đặc điểm cấu tạo và kích thước của tràn zích zắc 32

2.2.2 Các kết quả nghiên cứu về năng lực tháo của ngưỡng tràn zích zắc 34

2.3 Ngưỡng tràn zích zắc kiểu phím piano (piano keys weir) 38

2.3.1 Mặt cắt điển hình và khả năng tháo của tràn phím đàn 38

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của tràn phím đàn Piano 44

Chương 3 LẬP CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG THÁO QUA

3.1.1 Nguyên lý cơ bản điều tiết lũ bằng hồ chứa và cơ sở phân tích

3.1.2 Các dạng đường xả lũ khi tràn chính và tràn phụ cùng tham gia

Trang 3

3.3 Lựa chọn phương pháp tính điều tiết lũ và lập chương trình HMD

v1.0 xác định quy mô công trình tháo lũ 67 3.3.1 Lựa chọn phương pháp tính toán điều tiết lũ 67

3.3.2 Thuật toán và sơ đồ khối của chương trình 67

Chương 4 ÁP DỤNG CHƯƠNG TRÌNH HMD 1.0 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ

CHO MỘT SỐ HỒ CHỨA CÓ THỂ ÁP DỤNG NGƯỠNG TRÀN

4.1 Giới thiệu về một vài công trình áp dụng 77

4.1.1 Công trình thủy lợi hồ chứa nước Ẳng Cang 78

4.1.2 Công trình thủy lợi hồ chứa nước Tân Giang 81

4.2 Tính toán xác định quy mô tràn zích zắc cho các công trinh trên 87

4.2.1 Tính toán một số phương án công trình xả lũ cho hồ chứa nước

Trang 4

Hình 1-14: Một số loại van trên mặt thường được sử dụng 17

Hình 1-15: Tràn mỏ vịt với nhiều răng tràn trên sông 17

Hình 1-16: Tràn mỏ vịt kết hợp cống điều tiết và phân chia nước trên kênh 17

Hình 1-17: Tràn zíc zắc - Mỹ (nhìn từ hạ lưu) 18

Hình 1-18: Hình thức cấu tạo tràn labyrinth kiểu ngưỡng răng cưa 19

Hình 1-19: Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn đặc biệt 19

Hình 1-20: Mô hình tràn Sông Móng (nhìn từ thượng lưu) 22

Hình 1-21: Mô hình 1/2 tràn Phước Hòa (nhìn từ thượng lưu) 22

Hình 1-22: Đập tràn phím Piano Maguga ở Xoa zi lân 23

Hình 1-23: Đập tràn phím Piano Liege ở Bỉ 24

Hình 1-24: Đập tràn phím Piano Goulou ở Pháp 24

Hình 1-25: Mô hình đập tràn phím Piano Văn Phong ở Việt Nam 24

Hình 1-26: Hai mô hình nghiên cứu đập tràn phím Piano của giáo sư F

Hình 1-27: Thi công tràn phím đàn- ống dẫn khí đặt dưới console hạ lưu 26

Trang 5

Hình 2-2: Cấu tạo tràn labyrinth kiểu ngưỡng răng cưa 33

Hình 2-4: Đường cong hệ số lưu lượng với hình dạng đỉnh ngưỡng 3/4

Hình 2-5: Ảnh hưởng chảy ngập đến lưu lượng 37

Hình 2-10: Thí nghiệm dòng chảy qua tràn phím đàn 44

Hình 2-11: Các đặc trưng hình học của một đơn vị tràn phím đàn 45

Hình 2-12: Mặt bằng một phân đoạn tràn phím đàn 45

Hình 2-13: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ W/H 46

Hình 2-14: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ L/W 47

Hình 2-15: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ b/a 47

Hình 2-16: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào quan hệ d/c 48

Hình 2-17: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào hình dạng cửa vào dưới công xôn 48

Hình 2-18: Vận hành của PKW với sự tắc nghẽn của vật nổi 49

Hình 2-19: Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào sự có mặt của vật nổi 49

Hình 2-21: Mô hình thí nghiệm mặt cắt tràn loại PKB, ô ra có dạng bậc

Hình 3-1: Sơ đồ thiết lập phương trình điều tiết lũ 54

Hình 3-2: Tổ hợp các hình thức kết cấu của tràn chính và tràn phụ 55

Hình 3-3: Đường quá trình xả lũ khi tràn chính và tràn phụ đều không có

Hình 3-4: Đường quá trình xả khi tràn chính tự do và tràn phụ kiểu tấm

Hình 3-5: Đường quá trình xả khi tràn chính tự do và tràn phụ kiểu tấm

Trang 6

Hình 3-6: Đường quá trình xả khi tràn chính là tràn tự do và tràn phụ kiểu

Hình 3-7: Đường quá trình xả khi tràn chính tự do và tràn phụ kiểu bản

Hình 3-8: Đường quá trình xả lũ khi tràn chính có cửa và tràn phụ tự do 59

Hình 3-9: Đường quá trình xả khi tràn chính cócửa van và tràn phụ kiểu

Hình 3-10: Đường quá trình xả khi tràn chính cócửa van và tràn phụ kiểu

Hình 3-11: Đường quá trình xả khi tràn chính có cửa van và tràn phụ kiểu

Hình 3-12: Đường quá trình xả khi tràn chính có cửa van và tràn phụ kiểu

Hình 3-13: Biểu đồ phụ trợ biểu diễn quan hệ f1, f2 theo q 64

Hình 3-14: Đường quá trình lũ tam giác theo PP Kôtrêin 66

Hình 4-1: Đường đặc tính quan hệ Z~V hồ chứa Tân Giang 83

Hình 4-2: Điều tiết lũ qua tràn Ẳng Cang với lũ thiết kế P=1% 87

Hình 4-3: Điều tiết lũ qua tràn Ẳng Cang với lũ thiết kế P=0-2% 88

Hình 4-4: Điều tiết lũ qua tràn zich zắc Ẳng Cang (kiểu ngưỡng răng cưa)

Trang 7

Hình 4-12: Mô hình tràn Tân Giang sau khi nâng cấp tạo phần tràn tự do

Hình 4-13: Điều tiết lũ qua tràn Tân Giang với mô hình lũ kiểm tra tần suất

Hình 4-14: Điều tiết lũ qua tràn Tân Giang với mô hình lũ kiểm tra tần suất

Hình 4-15: Điều tiết lũ qua tràn Ophixerop Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với

Hình 4-16: Điều tiết lũ qua tràn Ophixerop Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với

Hình 4-17: Hình dạng một đơn nguyên tràn zích zắc kiểu piano loại B 97

Hình 4-18: Bố trí mô phỏng ngưỡng zích zắc kiểu piano loại B cho tràn Nậm

Hình 4-19: Điều tiết lũ qua tràn Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu

Hình 4-20: Điều tiết lũ qua tràn Nậm Bú có kết hợp tháo lũ với cống xả sâu

loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai

Trang 8

Bảng 2-1 Một số sơ đồ và công thức tính toán lưu lượng qua tràn 28

Bảng 2-3 So sánh đập tràn zích zắc kiểu A với đập tràn Crigiơ, đập thành

Bảng 2-4 So sánh đập tràn zích zắc kiểu B với đập tràn Crigiơ, đập thành

Bảng 4-1 Mô hình lũ hồ chứa nước Ẳng Cang 80

Bảng 4-2 Quan hệ Z ~ F ~ W hồ chứa nước Ẳng Cang 81

Bảng 4-3 Quan hệ Q = f(Z) hạ lưu hồ chứa nước Ẳng Cang 81

Bảng 4-4 Đường quá trình lũ hồ chứa nước Tân Giang 82

Bảng 4-6 Đường quá trình lũ hồ chứa nước Nậm Bú 86

Bảng 4-7 Bảng quan hệ Z-F-V hồ chứa Nậm Bú

Trang 9

MỞ ĐẦU

I- T ính cấp thiết của đề tài

Công trình tháo lũ một phần không thể thiếu được trong cụm công trình đầu

mối, nhằm xả nước lũ thừa của hồ chứa, đảm bảo an toàn cho đập chắn Với vai trò

như vậy, công trình tháo lũ phải được chú ý đặc biệt trong thiết kế, thi công, quản lý và

vận hành

Ở nước ta, đập tràn tháo lũ mặt (chảy tự do hoặc có cửa van điều tiết), thường

được thiết kế theo dạng ngưỡng đỉnh rộng, hoặc ngưỡng thực dụng kiểu

Crigiơ-Ofixerop Đối với các kiểu ngưỡng này, khi cao trình đặt ngưỡng và kích thước cửa

tháo nước đã xác định, nếu muốn tăng năng lực tháo lũ thì cần phải tăng chiều cao cột

nước trên ngưỡng tràn Điều này có nghĩa là tăng cột nước siêu cao, tức là tăng dung

tích trữ lũ, dẫn đến phải nâng cao cao trình đỉnh đập, làm tăng diện tích ngập lụt của

lòng hồ, vì thế công tác đền bù và tái định cư gặp nhiều khó khăn

Chúng ta biết, theo quan hệ giữa cao trình mực nước trong hồ và thể tích hồ

chứa (V = f(Z)), ở phần trên cao của bụng hồ, cứ mỗi mét chiều cao cột nước thì thể

tích nước trong hồ sẽ lớn hơn rất nhiều so với phần bụng hồ ở dưới thấp Như vậy, nếu

chúng ta tìm được kiểu đập tràn mới có năng lực tháo nước lũ lớn hơn nhiều so với các

kiểu truyền thống, thì ứng với việc giữ nguyên cao trình đỉnh đập không tràn (khi sử

dụng đập tràn kiểu truyền thống), chúng ta có thể nâng cao trình mực nước dâng bình

thường lên, và như vậy nâng cao được dung tích hữu ích Đây là vấn đề có ý nghĩa đặc

biệt quan trọng, nó có thể làm thay đổi các quan điểm cũ, cho phép chúng ta lựa chọn

được phương án có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt hơn trong thiết kế Đối với các hồ

chứa đã xây dựng, nếu áp dụng một kiểu đập tràn mới có năng lực tháo nước lũ lớn

hơn nhiều so với các kiểu truyền thống, có thể cho phép cải tạo công trình tháo lũ để

nâng cao dung tích hữu ích của hồ chứa

Đập tràn kiểu mới có ngưỡng zích zắc đã được áp dụng ở nhiều nước trên với tỷ

lệ 1/1000 đập lớn và làm giảm được dung tích siêu cao (Vsc) 100-109 m3 trên toàn thế

giới, đem lại hiệu quả tăng năng lực tháo nước lũ thừa của hồ chứa, nâng cao an toàn

cho đập chắn, nâng cao dung tích hữu ích, giảm diện tích ngập lụt và đền bù Pháp,

Angêri, Trung Quốc là những nước khởi đầu, đã và đang tiếp tục nghiên cứu để áp

dụng loại đập tràn này Ở Việt Nam, tràn zích zắc đã được nghiên cứu và ứng dụng

Trang 10

vào một số công trình như tràn sông Móng, đập dâng Văn Phong, tràn Nậm Bú, tràn

Tiên Thành v.v…

Tiếp cận với thành tựu nghiên cứu về đập tràn zichzắc trên thế giới (labyrinth

weir, hoặc key piano weir - gọi theo tiếng Anh) và trong nước, việc nghiên cứu ứng

dụng những thành tựu này trong thiết kế những công trình tháo nước đã, đang và sẽ

xây dựng là một vấn đề rất cần thiết Sự phát triển của công nghệ tin học, đặc biệt là sự

ra đời của nhiều ngôn ngữ lập trình bậc cao cùng với nhiều phần mềm tính toán mạnh

giúp cho những kỹ sư có thêm nhiều công cụ, nhiều phương pháp giải quyết những bài

toán trong thiết kế với độ chính xác cao Do vậy, việc nghiên cứu thiết lập một chương

trình tính toán khả năng tháo và điều tiết lũ qua tràn zích zắc xuất phát từ bài toán điều

tiết xác định quy mô công trình xả với hình thức tràn này là điều hết sức cần thiết

Nội dung của luận văn thạc sỹ này nghiên cứu lập một chương trình tính toán

khả năng tháo và điều tiết lũ qua tràn zích zắc với mục đích cung cấp thêm một công

cụ cho các kỹ sư thiết kế công trình thuỷ lợi và mong muốn hình thức tràn zích zắc này

ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn trong thực tế

II- Mục đích nghiên cứu

Thông qua việc sử dụng một ngôn ngữ lập trìnht lập chương trình tính toán thiết

kế tràn zích zắc cho một số hình thức tràn zích zắc thông dụng hiện nay- Trên cơ sở

các số liệu đầu vào, chương trình sẽ cung cấp cho người thiết kế các kết quả tính toán

về xác định quy mô tràn trong các trường hợp làm việc có và không có kết hợp với các

công trình tháo khác

III- Cách tiếp cận, phương pháp và đối tượng nghiên cứu

1- Cách tiếp cận

Nghiên cứu thông qua các tài liệu về tràn zích zắc ở trong nước và nước ngoài

Tìm hiểu qua một số các công trình tràn zích zắc đã và đang được áp dụng

2- Phương pháp nghiên cứu

Dùng các lý thuyết về tính toán năng lực tháo với công trình tháo nước là tràn zích zắc

trên thế giới, kết hợp với các phương pháp tính toán điều tiết xác định quy mô tràn để

giải quyết vấn đề nghiên cứu đã đưa ra

3- Đối tượng nghiên cứu

Ứng dụng vào một số công trình tràn trong nước đã được xây dựng hoặc sẽ xây

dựng trong tương lai

Trang 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐẬP TRÀN TRÊN THẾ GIỚI

Đập và hồ chứa có những đóng góp rất lớn tới môi trường và sự phát triển kinh tế

của khu vực Trong đó công trình xả lũ nơi đầu mối hồ chứa đóng vai trò rất quan

trọng trong quá trình thực hiện dự án Hầu hết quy mô các công trình xả lũ được

nghiên cứu lựa chọn sao cho thoả mãn các điều kiện:

- Xả lũ được thuận lợi, hạn chế đến mức thấp nhất các ảnh hưởng xấu đến chế độ

thủy lực của dòng chảy ở hạ lưu

- Nâng cao vừa đủ đầu nước trước đập để có thể dẫn nước vào kênh đảm bảo tưới

tự chảy cho phần lớn diện tích đất canh tác của khu tưới

- Diện tích ngập lụt ít nhất

- Thi công thuận lợi, quản lý vận hành dễ dàng

- Có khối lượng xây dựng và giá thành hợp lý

- Phù hợp với cảnh quan môi trường

Đập dâng tràn là biện pháp công trình để dâng cao mực nước trong sông suối

phục vụ tưới tự chảy cho khu vực nhỏ lân cận mà vốn đầu tư không cao, xây dựng

không phức tạp như biện pháp hồ đập

Hình 1-1: Các đại lượng đặc trưng của đập tràn

Với: b: Chiều rộng đập tràn: là chiều dài đoạn tràn nước

P1: Chiều cao của đập so với đáy kênh hoặc sông thượng lưu

P: Chiều cao của đập so với đáy hạ lưu

H: Cột nước tràn: là chiều cao mặt nước thượng lưu so với đỉnh đập

δ: Chiều dày đỉnh đập

hh: Chiều sâu cột nước hạ lưu

Trang 12

hn: Độ ngập hạ lưu: là chiều sâu từ mặt nước hạ lưu đến đỉnh đập (khi nước

hạ lưu cao hơn đỉnh đập), hn = hh - P

Người ta phân loại các dạng công trình xả lũ theo các tiêu chí sau:

1) Phân loại theo hình dạng kích thước mặt cắt ngang tràn:

Theo cách phân loại này đập tràn có thể chia ra làm 3 loại sau đây:

a Đập tràn thành mỏng (hình 1-1)

Khi chiều dày của đỉnh đập δ < 0.67H, làn nước ngay sau khi tràn qua mép

thượng lưu của đỉnh đập thì tách rời khỏi đỉnh đập, không chạm vào toàn bộ mặt đỉnh

đập, do đó hình dạng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến làn nước tràn và lưu

c) Đập tràn thực dụng có cửa van điều tiết lưu lượng

c Đập tràn đỉnh rộng (hình 1-3)

Khi đỉnh đập nằm ngang (hoặc rất ít dốc) và có chiều dày tương đối lớn:

(2÷3)H < δ < (8÷10)H

Trên đỉnh đập hình thành một đoạn dòng chảy có tính chất thay đổi dần Nhưng

nếu chiều dày đỉnh đập quá lớn δ > (8÷10)H, thì không thể coi là đập tràn nữa mà phải

coi như một đoạn kênh

Trang 13

3) Phân loại theo dạng tuyến đập trên mặt bằng:

a Ngưỡng tràn trên mặt bằng có dạng đường thẳng

- Đập tràn thẳng hoặc tràn chính diện (hình 1-5a)

4) Phân loại theo ảnh hưởng của mực nước hạ lưu đối với dòng chảy:

a Đập tràn không ngập, lúc đó Q và H đều không phụ thuộc vào hn

b Đập tràn chảy ngập: Khi mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập đến mức độ ảnh

hưởng đến hình dạng làn nước tràn và năng lực tháo nước của đập

Trang 14

Ngoài ra đập tràn cửa chữ nhật còn phải căn cứ vào quan hệ giữa chiều dài tràn

nước của đập với chiều rộng lòng dẫn ở thượng lưu mà chia ra hai loại là: đập không

có co hẹp bên và đập có co hẹp bên

5) Phân loại theo hình thức kết cấu, vật liệu làm đập:

Đối với đập dâng tràn thường được phân loại theo các hình thức sau:

a Đập gỗ tràn nước: Theo kết cấu có các loại:

- Đập cọc gỗ (Hình 1-6a) : Dùng cọc gỗ kết hợp với vật liệu đất đá

- Đập tường chống: Bản chắn nước và các tường chống đều bằng gỗ

- Đập cũi gỗ (Hình 1-6b): Dùng cũi gỗ trong đó chứa đất, cát, đá để tạo thành đập

Vật liệu gỗ tuy sẵn có nhưng loại đập này không nên khuyến khích phát triển nhất

là trong điều kiện diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp hiện nay

b Đập đá tràn nước: Sử dụng vật liệu đá kết hợp với một phần vật liệu khác như

đất, bê tông Do khối đá đổ thân đập có chuyển vị nên mặt tràn thường bị biến dạng

sau mùa lũ cần phải tu sửa lại

- Đập trên nền đất (Hình 1-7a): có mặt tràn nước thoải

- Đập trên nền đá (Hình 1-7b): có mặt tràn dốc hơn, ở đỉnh và chân mái hạ lưu có

khối bê tông giữ ổn định, mặt tràn được xây bằng tấm bê tông hoặc đá xây

1:3

11.25 2.5

12.25 3.5

Trang 15

§¸ x©y

Hình 1-8: Đập dâng phân theo vật liệu làm đập

- Đập xen cốp: gồm bản mặt và các vách dọc ngang bằng đá xây phía trong chất

đầy bằng vật liệu tại chỗ như: đất, cát, sỏi, đá

- Đập đá xếp bọc bê tông: phần lõi là khối đá xếp

e Đập cao su:

Thân đập là một túi cao su có thể bơm căng bằng nước hay không khí để tạo

thành vật chắn nước.Thành túi được gắn chặt với bản đáy bằng BTCT tiếp giáp với

nền Khi tháo lũ thì xả hết nước hay không khí để túi xẹp xuống bản đáy và nước chảy

tràn tự do trên đó

Hình 1-9: Đập cao su 6) Phân loại theo phương thức giữ ổn định:

Theo cách thức giữ ổn định có các loại đập sau: Đập trọng lực, đập vòm, đập trụ

chống

- Đập trọng lực giữ ổn định nhờ trọng lượng bản thân, đập có thể làm bằng bê

tông, bê tông cốt thép, đá xây, đá đổ, đá bọc bê tông (hình 1-10)

- Đập vòm có thể bằng đá xây nhưng là đập rất thấp, phần lớn làm bằng bê

tông, bê tông cốt thép (hình 1-11)

Các mặt cắt nằm ngang đập là những vòng vòm, chân tựa vào hai bờ do vậy yêu

cầu về địa chất nơi xây dựng đập phải tốt thường là đá rắn chắc

Ngoài địa chất phải tốt thì địa hình cũng ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng xây dựng

đập Lòng sông có mặt cắt chữ V là trường hợp địa hình lý tưởng nhất để xây dựng đập

vòm

Trang 16

- Đập trụ chống được tạo bởi các bản chắn nước nằm nghiêng và các trụ chống

để đỡ bản Đập có các hình thức sau: đập chắn nước và đập tràn nước

Hình 1-12: Các dạng đập trụ chống chắn nước a) Đập bản phẳng; b) Đập liên vòm; c) Đập to đầu

Hình 1-13: Các dạng mặt cắt đập trụ chống cho tràn nước 7) Theo hình thức điều tiết lưu lượng có cửa van hay không cửa van:

Ưu điểm của cửa van: Tháo cùng một lưu lượng thì loại không có cửa van cần

một cột nước cao hơn Muốn giảm thấp MN trong hồ cần phải tăng chiều rộng đường

tràn làm tăng khối lượng đập, giá thành công trình tăng lên; thêm nữa cửa van tạo khả

năng tháo bùn cát hay vật nổi một cách dễ dàng

Tuy vậy, việc chế tạo, thi công và quản lý vận hành cửa van phức tạp Do vậy,

cửa van thường chỉ áp dụng cho những công trình có mực nước, lưu lượng lớn và khu

vực ngập ở thượng lưu lớn

Ở đập tràn thường sử dụng loại van trên mặt Đặc điểm của loại này là khi đóng

đầu van nhô lên khỏi mặt nước

Trang 17

Trong hệ thống thủy lợi thủy điện ngày nay, đập tràn kiểu mới có ngưỡng zích

zắc đang được tiếp tục nghiên cứu, áp dụng ở nước ta và nhiều nước trên thế giới hình

thức tràn này ra đời xuất phát từ yêu cầu tăng khả năng tháo nhưng vẫn phải giữ

nguyên bề rộng tháo nước như cũ đồng thời đơn giản trong quản lý vận hành công

trình Khi mà các hình thức tràn tự do khác như tràn ngang hay tràn dọc đều không

thoả mãn yêu cầu trên thì hình thức đập zích zắc đang chứng minh được tính ưu việt

của nó Khởi đầu từ những năm 60 của thập kỷ 17, hình thức đập này ban đầu được

hình thành dựa trên nguyên lý kéo dài ngưỡng tràn (chiều rộng tràn nước) để nâng cao

đầu nước và tăng khả tháo nước khi cần Dựa trên nguyên lý này, người ta cải tạo

ngưỡng tràn truyền thống có phương vuông góc với phương dòng chảy thành một số

hình thức khác như tràn ngưỡng xiên so với phương dòng chảy, tràn ngưỡng hình chữ

Z, tràn ngưỡng cong v.v…

Các hình thức công trình này ban đầu được ứng dụng rất hiệu quả vào một số công

trình điều tiết trên kênh trong các hệ thống thuỷ nông nội đồng phục vụ cho việc dâng

cao đầu nước tưới nhưng vẫn đảm bảo tháo lưu lượng thừa khi cần thiết

Hình 1- 15: Tràn mỏ vịt với nhiều răng tràn

trên sông

Hình 1-16: Tràn mỏ vịt kết hợp cống điều tiết và phân chia nước trên kênh

Trang 18

Qua một thời gian ứng dụng hình thức đập tràn mới này, người ta đã cải tiến và phát

triển thêm các hình thức tràn zích zắc khác áp dụng cho cả những công trình tháo lũ

trong đầu mối hệ thống thuỷ lợi nhằm làm giảm giá thành đầu tư xây dựng công trình,

giảm kinh phí vận hành quản lý và bảo dưỡng nhưng vẫn đảm bảo những mục tiêu mà

dự án cần đạt tới

1.2.1 Ngưỡng tràn zích zắc kiểu truyền thống:

1 Định nghĩa:

Tràn labyrinth là tràn tự do có mặt bằng hình gấp khúc (zích zắc) nhằm kéo dài

đường tràn nước dài hơn tràn thẳng có cùng khẩu độ

Hình 1-17: Tràn zích zắc - Mỹ (nhìn từ hạ lưu)

Lâu nay, đập tràn zích zắc truyền thống đã được áp dụng thành công tại rất nhiều

nơi trên thế giới Tràn zích zắc đầu tiên được xây dựng ở Australia vào năm 1941, có

lưu lượng xả lớn nhất Q=1020m3/s, cột nước tràn H=1,36m,chiều cao ngưỡng tràn

P=2,13m, số nhịp n=11 Những nghiên cứu sâu về lý thuyết và mô hình có từ cuối

những năm 60, đầu những năm 70 của thế kỷ XX Tràn zích zắc lớn nhất hiện nay là

đập Ute trên sông Canadian ở New Mexico có Qmax=15.700m3/s, cột nước tràn

H=1,36m,chiều cao ngưỡng tràn P = 9,14m; n = 11 chu kỳ zích zắc, tổng chiều dài

đỉnh là W = 1024m trên đường tràn rộng 256m

Ngưỡng tràn gồm những tường bê tông cốt thép thẳng đứng, tương đối mỏng,

giống đập tràn thành mỏng đặt trên sàn phẳng và bố trí dạng răng cưa hình thang hay

tam giác nên cho lưu lượng xả tràn lớn gấp đôi so với ngưỡng tràn thông thường kiểu

Creager

Loại đập này có nhiều biến thái khác nhau, nhìn chung đều nhằm mục đích kéo

dài ngưỡng tràn giống như hình 1-18

Trang 19

- Loại hình tam giác (hình 1-6b): Có mặt bằng hình tam giác, loại này thường ít

được sử dụng vì tại vị trí góc tam giác hiệu quả không cao, trong khi đó lại kéo dài

phần đế móng tràn

- Loại hình thang (hình 1-6a): Hầu hết tràn labyrinth có hình dạng mặt bằng kiểu

hình thang, thậm chí có tác giả còn định nghĩa “tràn labyrinth là tràn tự do có hình

dạng mặt bằng là một số hình thang xếp liền kề” Kiểu hình thang khắc phục được

nhược điểm của kiểu tam giác, tại vị trí góc hình tam giác thì được cắt đi (cắt tại vị trí

nào xem phần sau), mục đích là cắt bỏ phần mà khả năng thoát không hiệu quả, đồng

thời còn làm giảm chiều rộng đế móng

- Kiểu chữ nhật hay phím đàn piano (Hình 1-6c)

- Kiểu mỏ vịt (Hình 1-6d)

- Kiểu tràn xiên (Hình 1-6e)

- Kiểu tràn bên (Hình 1-6f)

3 Ứng dụng tràn labyrinth trên thế giới và ở Việt Nam:

Tràn labyrinth được xây dựng trên khắp thế giới, nước ứng dụng loại tràn này

nhiều nhất là Mỹ và Bồ Đào Nha Tràn có lưu lượng thoát lớn nhất hiện nay là tràn Ute

thuộc Mỹ Bảng 1-2 thống kê một số đập tràn labyrinth đã được xây dựng trên thế giới

Trang 20

Bảng 1-1 Thông số cơ bản một số đập tràn labyrinth đã xây dựng trên thế giới

xd

Q m3/s

Agua

Brance Poutugal 124 1.65 3.5 12.5 28.0 2 Quintel et al

Alfaiates Poutugal 1999 99 1.6 2.5 13.2 37.5 1 Quintel et al

Alijo Poutugal 1991 52 1.23 2.5 8.7 21.05 1 Magallaes

Arcosso Poutugal 2001 85 1.25 2.5 13.3 16.68 1 Quintel et al

Avon Australia 1970 1420 2.16 3.0 13.5 26.5 10 Darvis

Bartletts

Ferry USA 1983 5920 2.19 3.43 18.3 70.3 20 Mayer

Belia Zaire 400 2.00 3/2 18.0 31.0 2 Magallaes

Beni

Bahdel Algeria 1944 1000 0.5 4 62.5 20 Afshar

Boardman USA 1978 387 1.77 2.76 18.3 53.5 2 Babb

Calde Poutugal 2001 21 0.6 2.5 7.4 28.19 1 Quintel et al

Carty USA 1977 387 1.8 2.8/4.3 18.3 54.6 2 Afshar

Forestport USA 1988 76 1.02 2.94 6.10 21.9 2 Lux ( 1989 )

Garland

Canal USA 1982 25.5 0.37 1.40 4.57 19.6 3

Lux/Hinchlif

Genma Poutugal 115 1.12 3.0 12.5 30.0 2 Quintel et al

Hartezza Algeria 1983 350 1.9 3.5 9.7 28.6 3 Lux ( 1989 )

Hyrum USA 256 1.68 3.66 9.1 45.7 2 Lux ( 1989 )

Influente Mozamb

ique 1985 60 1.00 1.60 4.15 24.76 3 Magalhaes

Keddera Algeria 1985 250 2.46 3.5 8.9 26.3 2 Lux ( 1989 )

Kizileapinr Turkey 2270 4.6 4.0 75.4 263.9 5 Yildiz

Meteer USA 1972 239 1.83 4.57 5.49 17.6 4 CH2M Hill

Navet Trinidad 1974 481 1.68 3.05 5.49 12.8 10 Phelps

Trang 21

Ohau Canal New

Zealand 1980 540 1.08 2.50 6.25 37.5 12 WalshPacoti Brazil 1980 3400 2.72 4.0 8.0 41.52 15 Magalhaes

Pisao Poutugal 50 1.0 3.5 8.0 200.0 1 Quintel et al

Quincy USA 1973 26.5 2.13 3.96 13.6 26.5 4 Magalhaes

Ristschard USA 1555 2.74 3.05 83.8 411 9 Vermeyen

Rollins USA 1841 2.74 3.35 472 9 Tullis

Saco Brazil 1986 640 1.5 45 248.5 Quin et al

SDomings Poutugal 1993 160 1.84 3.0 7.5 22.53 2 Magalhaes

SamRaybur

USCOLD ulletinSanta Justa Poutugal 285 1.35 3.00 10.5 67.4 2 Lux

Sarioglan Turkey 490.7 1.06 3.0 70 358.4 7 Yildiz

Sarno Algeria 1952 360 1.5 6.0 27.9 8 Afshar

Teja Poutugal 1995 61 1.05 2.0 12.0 36.0 1 Quintel et al

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

Flamingo USA 1990 1591 2.23 7.32 95.1 67.4 4 LasVegas,nv

Tongue

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

WY

Ở Việt Nam, đập tràn labyrinth bước đầu đang được nghiên cứu và áp dụng ở

một số công trình như: Tràn xả lũ Sông Móng - Bình Thuận (hình 1-10), tràn xả lũ

Phước Hòa -Bình Phước (hình 1-11 tràn xả lũ Tuyền Lâm, Lâm Đồng)… Một số thông

số cơ bản của tràn như sau:

Trang 22

Ta thấy khả năng thoát của tràn labyrinth có thể gấp từ 2 đến 5 lần các tràn có

ngưỡng thẳng do vậy có thể tăng mức độ an toàn hồ chứa hoặc nâng cao khả năng tích

nước của hồ Tuy vậy các điều kiện ràng buộc về các yếu tố thuỷ lực cũng rất khắt khe,

như là cột nước tràn thấp, dòng chảy sau tràn là dòng xiết, khả năng điều tiết hồ chứa

v.v… đến các yếu tố về mặt cấu tạo tràn như là giới hạn về tỷ số giữa chiều cao tràn

với cột nước trên tràn, giới hạn góc tường bên, chiều dài vùng xáo trộn v.v… là hết sức

phức tạp Điều kiện ứng dụng thích hợp:

- Hình dạng ngưỡng tràn: Cần có chiều cao ngưỡng tràn đảm bảo sao cho

H/P<0,9, do vậy thay thế tràn cũ có chiều cao ngưỡng, như là: tràn thực dụng, hình

thang hoặc thành mỏng là thích hợp nhất

- Bộ phận thân dốc: Cần phải tạo ra sao cho phía sau ngưỡng tràn là dòng xiết

Trang 23

- Bộ phận tiêu năng sau tràn: đơn giản và có thể tăng tỷ lưu lên hoặc mở rộng

đuôi tràn

- Địa hình: Đối với tràn labyrinth, khẩu diện tràn nếu bằng khẩu diện tràn cũ khả

năng tháo có thể lớn hơn từ 2 đến 5 lần tràn thẳng, do vậy không cần phải mở rộng mà

vẫn có khả năng tháo với lưu lượng lớn hơn Như vậy thích hợp loại tràn khó mở rộng,

địa hình sườn dốc đứng chẳng hạn

- Địa chất: Do cần phải có chiều cao ngưỡng tràn đảm bảo sao cho H/P<0,9, do

vậy nếu cần phải đào sâu ngưỡng tràn thì địa chất nền có thể đào sâu được Đặc biệt bộ

phận tiêu năng, do đảm nhận tiêu năng với tỷ lưu lớn hơn trước (trường hợp không mở

rộng bộ phận sau tràn) thì nền phía sau tốt nhất là nền đá cứng chắc hoặc tiêu năng

bằng mũi phun

Tràn labyrinth đạt hiệu quả cao hơn các loại tràn có ngưỡng thẳng khi các yếu tố như:

hình dạng tràn, địa hình, địa chất thuận lợi cho việc áp dụng như phân tích ở trên, khả

năng điều tiết của hồ kém hoặc coi như bằng không, bộ phận tiêu năng đơn giản, hoặc

không cần thiết (nền đá gốc chẳng hạn) Với khả năng tháo ưu thế, tràn labyrinth đã

làm giảm đáng kể chiều cao cột nước tràn, giảm thời gian ngập do lũ và giảm diện tích

ngập Nhược điểm của kiểu ngưỡng này là muốn tăng lưu lượng thì phải tăng chiều cao

tường và cần diện tích rộng trên sàn phẳng, do đó khó bố trí trên đỉnh đập trọng lực

1.2.2 Ngưỡng tràn zích zắc kiểu phím Piano: (Piano Keys Weir)

Hình 1-22: Đập tràn phím Piano Maguga ở Xoa zi lân

Trang 24

Hình 1-23: Đập tràn phím Piano Liege ở Bỉ

Hình 1-24: Đập tràn phím Piano Goulou ở Pháp

Hình 1-25: Mô hình đập tràn phím Piano Văn Phong ở Việt Nam

Năm 1999, nhóm của giáo sư F Lempérière (thuộc tổ chức Hydrocoop Cộng

hoà Pháp ) đã tiến hành các nghiên cứu và tìm ra kiểu đập tràn mới này với kiểu thiết

kế đầu tiên đã được thử nghiệm vào ở phòng thí nghiệm L.N.H.E của Điện lực Pháp và

vào năm 2002 ở trường đại học Roorke của Ấn Độ cùng với trường đại học Biskra của

Algeria

Trang 25

a) Mô hình nghiên cứu tràn phím đàn Piano

Piano kiểu B

Hình 1-26: Hai mô hình nghiên cứu đập tràn phím Piano của giáo sư F Lempérière

Từ năm 2000, nhiều nghiên cứu và thí nghiệm mô hình về tràn theo kiểu

labyrinth có thể bố trí được trên đập trọng lực thông thường đã được thực hiện ở Pháp,

Algeri, Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam và Thụy Sỹ Một số kiểu đã được cố gắng tối

ưu về phương diện thủy lực cũng về phương diện kết cấu và thi công Hơn 100 kiểu

dạng tràn đã được nghiên cứu và thí nghiệm, nhiều giải pháp có tính khả thi song các

kiểu thuận lợi nhất đã được xây dựng trên hai nguyên lý sau:

- Các tường có dạng chữ nhật trên mặt bằng, tương tự như các phím đàn piano;

cũng vì vậy kiểu tràn này được đặt tên là tràn phím đàn piano, gọi tắt là tràn phím đàn,

từ tiếng Anh là Piano Keys Weirs, viết tắt là P.K Weirs

- Các tường theo phương thẳng góc với dòng chảy đều được bố trí theo mặt dốc

(nghiêng) Bố trí này tạo nên thuận lợi về phương diện thủy lực, nhất là trong trường

hợp lưu lượng xả lớn, đồng thời lại giảm được chiều rộng đáy của kết cấu, và do vậy,

có thể bố trí tràn phím đàn trên các đập tràn ngưỡng đỉnh rộng hay đập bêtông trọng

lực thông thường

Về điều kiện thi công, tràn phím đàn có thể được xây dựng bằng bê tông cốt thép đúc

sẵn hoặc đổ tại chỗ Trong trường hợp tường thấp, có thể chọn chiều dầy tường từ yêu

cầu sử dụng cốt thép Trường hợp H < 2 m, có thể sử dụng tường thép có các đai tăng

cứng Chi phí xây dựng theo một mét chiều rộng tràn thường tỉ lệ với H

Trang 26

Không nên bố trí kết cấu gia cường hay các thanh giằng tại các tường ở ô vào và

ô ra vì chúng có thể làm các vật nổi mắc lại

Có thể đưa khí vào bên dưới phần

console hạ lưu để tránh bị rung động

bằng các ống dẫn khí giản đơn

Do xảy ra cuốn khí mạnh nên dòng

chảy ra khỏi tràn phím đàn được tiêu

năng nhiều hơn và xói ở hạ lưu giảm

đáng kể, nhất là với các lưu lượng xả từ

trung bình trở xuống Hình 1-27: Thi công tràn phím đàn- ống dẫn

khí đặt dưới console hạ lưu

1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1:

Ở Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới, vấn đề phát triển nguồn nước

nói chung và vấn đề phát triển thủy lợi nói riêng luôn là tiêu chí được đặt lên hàng đầu

Từ khi đất nước thống nhất năm 1975, hàng loạt đập dâng được xây dựng trên khắp ba

miền Bắc, Trung, Nam Các đập dâng được xây dựng đã phát huy tác dụng và đóng

góp không nhỏ vào sự phát triển của nền nông nghiệp nước nhà

Bằng các phương pháp nghiên cứu từ lí luận đến thực tiễn như: phương pháp thí

nghiệm mô hình, phương pháp giải tích, phương pháp phân tích thống kê, nước ta

cũng đã xây dựng được các tiêu chuẩn, quy phạm trên các khâu thiết kế, thi công và

quản lý vận hành đập Những tiêu chuẩn ngày một hoàn thiện minh chứng cho sự phát

triển của nền khoa học - kỹ thuật của nước ta

Một số vấn đề mới hiện nay đang được quan tâm như: Việc ứng dụng vật liệu

bê tông đầm lăn, vật liệu cao su, vật liệu composit… bên cạnh vật liệu đất đá và bê

tông truyền thống; ngoài hình thức tràn đỉnh rộng, Ofixerov, hiện nay còn nghiên cứu

và áp dụng vào thiết kế thực tế nhiều hình thức khác như: WES, đặc biệt là hình thức

tràn zichzắc, kiểu phím đàn piano và mỏ vịt… Một số nước trong đó có nước ta đã xây

dựng được cơ sở lí luận, tiêu chuẩn tính toán thiết kế, nâng cấp và sửa chữa đập dâng

Trang 27

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NĂNG LỰC THÁO

CỦA TRÀN ZÍCH ZẮC

2.1.1 N gưỡng tràn thực dụng tổng quát

Trong trường hợp chung, khi cửa tràn hình chữ nhật, lưu lượng qua tràn phụ

thuộc vào các đại lượng chủ yếu sau:

- Chiều rộng cửa tràn b

- Chiều rộng sông thượng lưu B

- Cột nước toàn phần trên đỉnh tràn Ho

- Chiều sâu ở hạ lưu hh

m: Hệ số lưu lượng phụ thuộc đặc tính, cấu tạo từng loại đập

ε: Hệ số co hẹp bên, phụ thuộc mức độ co hẹp h/B và hình dạng cửa vào trên

mặt bằng

σn: Hệ số ngập (σn<1), phụ thuộc chủ yếu vào mức độ ngập, tức quan hệ giữa

hn và H

Các trị số m, ε, σn sẽ được xét riêng cho từng loại đập cụ thể

Một số công thức tính lưu lượng của dòng chảy qua một số loại mặt cắt đập

thường gặp thể hiện ở bảng 2-1

Trang 28

Bảng 2-1: Một số sơ đồ và công thức tính toán lưu lượng qua tràn

lượng

Hệ số lưu lượng thiết kế

Trang 29

7 0 1 0 1

1 = ÷

h d

mo=0.2÷0.45 (ε ≈ 0.9)

P

H

+

=

Bảng trên chỉ mang tính chất tổng quát, khi tính toán chi tiết phải sử dụng các sổ

tay tính toán thủy lực và hướng dẫn thiết kế

2.1.2 N gưỡng tràn Creager – Ofixerov:

Mặt cắt Creager - Ofixerov được các nhà khoa học Braxin nghiên cứu và công bố

năm 1929 và được các nhà khoa học Mỹ nghiên cứu và công bố năm 1945

Nguyên tắc thiết kế mặt cắt đập không có chân không là làm cho mặt cắt đập ăn

khớp với mặt dưới của làn nước chảy qua đập tràn thành mỏng tiêu chuẩn, ứng với một

cột nước Htk cho trước, gọi là cột nước thiết kế

Creager nghiên cứu đường cong nước rơi tự do từ đập tràn thành mỏng, vẽ quỹ

đạo của hạt nước từ vị trí 2/3H, từ quỹ đạo đó lấy xuống một đoạn bằng 1/3 chiều dày

Trang 30

làn nước thì được mặt dưới của làn nước tràn tự do và cho mặt đập hơi ăn lấn vào làn

nước tràn tự do

Sau này, Ofixerov nghiên cứu và sửa chữa mặt cắt Creager, cải biến điều kiện

thủy lực đưa ra mặt cắt gọi là kiểu mặt cắt Creager - Ofixerov (hình 1-16) và đưa ra

bảng tra tọa độ của tràn ứng với cột nước Htk

A

B

E R

y

x

O' O

E' F A'

E

R y

x

O' O

E' B'

y' C'

Hình 2-1: Một số dạng mặt cắt đập tràn

* Khả năng tháo của tràn có ngưỡng thực dụng Ophixerop:

Lưu lượng chảy qua đập tràn có ngưỡng thực dụng tính theo biểu thức:

Ho: Cột nước trên đỉnh đập có kể đến lưu tốc đến gần

Muốn tính được Q theo (1-2) cần xác định được các hệ số m, σn, ε Các hệ số

này được xác định bằng công thức thực nghiệm hoặc tra bảng

Nếu trên đỉnh đập có cửa van, khi cửa mở với độ mở a nào đó, lưu lượng tháo qua

đập được tính theo biểu thức:

Q = εmBa 2g(Ho −αa) (2-3)

Trong đó:

Trang 31

Khi cửa van mở hoàn toàn công thức tính lưu lượng trở về dạng (1-2)

* Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của tràn thực dụng:

1 Hệ số ngập σn :

Khi hạ lưu có nước nhảy xa thì hạ lưu luôn luôn không ngập σn=1 Nếu hạ lưu có

nước nhảy ngập thì nước chảy qua đập tràn có thể ngập hoặc không ngập, khi đó σn

Rozannov đã thí nghiệm và xây dựng nên đường cong để xác định σn của đập

tràn mặt cắt thực dụng

2 Hệ số co hẹp bên ε :

Trường hợp 1

b

H0 ≤ thì hệ số ε được xác định theo biểu thức thực nghiệm sau:

Đối với đập tràn không có trụ pin ở giữa (chỉ có một khoang):

b

H2,0

yζ

−

=

Trong đó: ξy- hệ số giảm, xét đến hình dạng mép vào của trụ biên Kriger đã thí

nghiệm và đưa ra trị số ξy ứng với ba loại cửa có mép vào khác nhau

Đối với đập tràn có trụ pin ở giữa chia thành nhiều khoang giống nhau:

b

Hn

)1n(2

,0

ξ - hệ số giảm, xét đến hình dạng của trụ pin Ofixerov đã thí nghiệm và đưa ra

trị số ξp ứng với hình dạng khác nhau của trụ pin

Trang 32

Trường hợp 1

b

H0 > thì hệ số ε được xác định theo các biểu thức thực nghiệm

(1-5), (1-6) trên nhưng thay 1

σ - Hệ số điều chỉnh cột nước, do khi thiết kế mặt cắt đập dùng Htk, mà đập làm

việc với cột nước H thay đổi

d

σ - Hệ số hình dạng

(σH, σdxác định bằng cách tra bảng)

* Nhận xét:

Đây là loại mặt cắt tràn được áp dụng rộng rãi nhất hiện nay trên thế giới và đặc

biệt ở Việt Nam Cơ sở lý thuyết của loại mặt cắt tràn này tương đối đầy đủ và hoàn

chỉnh Lưu lượng đơn vị của lọai đập tràn này xấp xỉ q=2.2Ho3/2 Vì vậy để tăng cường

khả năng tháo lũ của đập tràn thường phải hạ thấp cao trình ngưỡng tràn và sử dụng

cửa van để điều tiết lưu lượng Tuy nhiên điều này dẫn tới những ảnh hưởng đến khả

năng tháo qua tràn do hình dạng cửa vào, trụ pin, khe van, khe phai, vị trí đạt cửa

van…Ngoài ra việc vận hành cửa van sẽ phức tạp và đôi khi ít an toàn do sự cố về cửa

van

2.2 NGƯỠNG TRÀN ZÍCH ZẮC

2.2.1 Đặc điểm cấu tạo và kích thước của tràn zích zắc:

Ngưỡng tràn gồm những tường bê tông cốt thép thẳng đứng, tương đối mỏng,

được đặt trên sàn phẳng theo dạng răng cưa hình thang (hình.1-5) Tỷ số N=L/W

thường bằng 4 (L là chiều dài ngưỡng theo tuyến răng cưa và W là bề rộng khoang

tràn) cho lưu lượng xả tràn lớn gấp đôi so với ngưỡng tràn thông thường kiểu Creager

Nhược điểm của kiểu ngưỡng tràn này là muốn tăng lưu lượng tràn thì phải tăng chiều

cao tường và cần diện tích rộng cho sàn phẳng, khó bố trí trên đỉnh đập trọng lực

Loại đập này có nhiều hình thái khác nhau, song nhìn chung đều giống nhau ở

mục tiêu là nhằm kéo dài ngưỡng tràn

Trang 33

Hình 2-2: Cấu tạo tràn labyrinth kiểu ngưỡng răng cưa

B : Chiều dài 1 cánh tường bên

D : Chiều dài tràn labyrinth, theo hướng dòng chảy về hạ lưu

n : Số răng tràn (trong hình 2-2 là 2)

Wc : Khẩu độ tràn

W : Chiều rộng chân 1 răng tràn

2a : Bề rộng đỉnh răng tràn

α: Góc hbởi tường nghiêng và phương dòng chảy ợp

t : Chiều dày tường tràn (hình 2-2)

R : Bán kính đỉnh tràn (hình 2-2)

P : Chiều cao tràn (hình 2-2)

Ho : Tổng chiều cao cột nước bao gồm cả cột nước tới gần

* Các kích thước của đập labyrinth được xác định như sau:

Chiều rộng mỗi răng tràn :

a.4Warctan −

Trang 34

)a.2.(

2L

Chiều dài đập theo hướng dòng chảy:

2 2

2

2a W B

Cột nước trên đỉnh (cột nước tràn):

g.2

V.HH

2

o

α+

- Loại có ngưỡng dạng ¼ đường tròn

- Loại có ngưỡng ½ đường tròn

- Loại có ngưỡng dạng đặc biệt

Hiện nay đang được sử dụng nhiều nhất là loại tràn có ngưỡng ¼ đường tròn Các

công thức tính toán sau này cũng chủ yếu nghiên cứu từ dạng này

2.2.2 Các kết quả nghiên cứu về năng lực tháo của ngưỡng tràn zích zắc

- Dòng chảy qua đập tràn labyrinth có những đặc điểm khác biệt so với dòng

chảy qua đập tràn đỉnh thẳng Với tràn đỉnh thẳng, tất cả các đường dòng vuông góc

với với đỉnh tràn và là dòng chảy 2 chiều Với tràn labyrinth được đặt không vuông

góc với dòng chảy, các đường dòng là dòng 3 chiều Phía dưới lớp nước dòng chảy

vuông góc với ngưỡng, tại mặt thoáng các đường dòng hướng theo chiều chảy hạ lưu

- Dòng chảy qua đập tràn labyrinth càng phức tạp hơn với hiện tượng giao thoa

của các tia nước từ các đỉnh nhọn của tràn Hiện tượng này là do các tia nước của 2

Trang 35

tường bên kề nhau sẽ tương tác với nhau và làm giảm lưu lượng tràn (sau này sẽ được

phản ánh trong hệ số lưu lượng) Cấp độ ảnh hưởng càng tăng nếu chiều cao cột nước

trên đỉnh tràn tăng, khi tăng đến 1 giá trị nhất định dòng chảy qua tràn labyrinth cũng

chỉ tương đương với các loại tràn thẳng khác

Từ các kết quả nghiên cứu xác định lưu lượng từ mô hình vật lý của ông

- Công thức tính lưu lượng qua tràn: Tullis và nnk (1995) đưa ra công thức tính lưu

lượng dựa vào tổng cột nước thượng lưu:

2 / 3 2 3

2 L g H C

(2− 7)

- Xây dựng các đường cong mẫu xác định lưu lượng từ mô hình

Xuất phát từ đường họ đường cong mẫu (hình 2-4), Tullis cho ra được phương

trình tính hệ số lưu lượng (Cd)

4 0 5

3 0 4

2 0 3 0 2

=

P

H A P

H A A

C d

(2− 8) Trong đó các số hạng A1, A2, A3, A4, A5 được đưa ra trong Bảng 2-2



Hình 2-4 : Đường cong hệ số lưu lượng với hình dạng đỉnh ngưỡng 3/4 đường

tròn, mặt bằng ngưỡng tam giác

Tràn thẳng α=350

Trang 36

Bảng 2-2: Hệ số của đường cong mẫu

số Ho/P ≤ 0,7

Với độ ngập lớn thì dùng Ct = 0,76

- Một số nguyên tắc thiết kế lựa chọn các thông số kết cấu:

+ Tỷ số cột nước thượng lưu 0 , 9

Do hệ số lưu lượng giảm khi cột nước thượng lưu tăng nên tràn zích zắc được ứng dụng hợp lý nhất khi cột nước tràn thấp

+ Tỷ số theo phương đứng: Theo Lux (1989) 2 2,5

a4W( −

- Chảy ngập: Nếu mực nước tràn ở khoảng giữa đập vượt quá cao độ đỉnh tràn thì

sẽ bị ngập Chảy ngập sẽ làm giảm lưu lượng dòng chảy qua đập Độ ngập (hd) được định nghĩa là chênh lệch của mực nước hạ lưu ngay sau đập với đỉnh đập Với đập tràn đỉnh nhọn, lưu lượng chảy ngập Qs cho bởi công thức Villemonte (1947);

Trang 37

5 6 7 8 9

W/P=3.5 L/W=6

0.000

385 , 0 2 / 3

u d

385 , 0 2 / 3

u

d s

h

PP

h1Qh

h1QQ

Qs : Lưu lượng khi chảy ngập

Q : lưu lượng trong trường hợp không kể ảnh hưởng ngập

hu : Cột nước thượng lưu trên đỉnh đập

hd : Cột nước hạ lưu trên đỉnh đập

P : Chiều cao đập

Khi cao độ mực nước hạ lưu bằng cao độ đỉnh, không có ảnh hưởng nào được ghi

nhận

Khi mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập lưu lượng bắt đầu giảm, nếu độ ngập (xác

định bằng tỷ số giữa mực nước hạ lưu chia cho chiều cao đập) tăng, dòng chảy qua đập

sẽ bị giảm Hình 2-5 biểu thị ảnh hưởng của chảy ngập đến lưu lượng Tuy nhiên khi

hd/P xấp xỉ h/P công thức (2-9) khác với kết quả quan sát Sự khác biệt này cần có

những nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của ngập đối với tràn labyrinth

Hình 2-5: Ảnh hưởng chảy ngập đến lưu lượng

* Nhận xét:

Ta thấy khả năng thoát của tràn labyrinth có thể gấp từ 2 đến 5 lần các tràn có

ngưỡng thẳng do vậy có thể tăng mức độ an toàn hồ chứa hoặc nâng cao khả năng tích

nước của hồ Tuy vậy các điều kiện ràng buộc về các yếu tố thuỷ lực cũng rất khắt khe,

như là cột nước tràn thấp, dòng chảy sau tràn là dòng xiết, khả năng điều tiết hồ chứa

Trang 38

v.v… đến các yếu tố về mặt cấu tạo tràn như là giới hạn về tỷ số giữa chiều cao tràn

với cột nước trên tràn, giới hạn góc tường bên, chiều dài vùng xáo trộn v.v… là hết sức

phức tạp

2.2.3 Điều kiện ứng dụng :

- Hình dạng ngưỡng tràn: Cần có chiều cao ngưỡng tràn đảm bảo sao cho

H/P<0,9, do vậy thay thế tràn cũ có chiều cao ngưỡng, như là: tràn thực dụng, hình

thang hoặc thành mỏng là thích hợp nhất

- Bộ phận thân dốc: Cần phải tạo ra sao cho phía sau ngưỡng tràn là dòng xiết

- Bộ phận tiêu năng sau tràn: đơn giản và có thể tăng tỷ lưu lên hoặc mở rộng

đuôi tràn

- Địa hình: Đối với tràn labyrinth, khẩu diện tràn nếu bằng khẩu diện tràn cũ khả

năng tháo có thể lớn hơn từ 2 đến 5 lần tràn thẳng, do vậy không cần phải mở rộng mà

vẫn có khả năng tháo với lưu lượng lớn hơn Như vậy thích hợp loại tràn khó mở rộng,

địa hình sườn dốc đứng chẳng hạn

- Địa chất: Do cần phải có chiều cao ngưỡng tràn đảm bảo sao cho H/P<0,9, do

vậy nếu cần phải đào sâu ngưỡng tràn thì địa chất nền có thể đào sâu được Đặc biệt bộ

phận tiêu năng, do đảm nhận tiêu năng với tỷ lưu lớn hơn trước (trường hợp không mở

rộng bộ phận sau tràn) thì nền phía sau tốt nhất là nền đá cứng chắc hoặc tiêu năng

bằng mũi phun

Tràn labyrinth đạt hiệu quả cao hơn các loại tràn có ngưỡng thẳng khi các yếu tố

như: hình dạng tràn, địa hình, địa chất thuận lợi cho việc áp dụng như phân tích ở trên,

khả năng điều tiết của hồ kém hoặc coi như bằng không, bộ phận tiêu năng đơn giản,

hoặc không cần thiết (nền đá gốc chẳng hạn) Với khả năng tháo ưu thế, tràn labyrinth

đã làm giảm đáng kể chiều cao cột nước tràn, giảm thời gian ngập do lũ và giảm diện

tích ngập Nhược điểm của kiểu ngưỡng này là muốn tăng lưu lượng thì phải tăng

chiều cao tường và cần diện tích rộng trên sàn phẳng, do đó khó bố trí trên đỉnh đập

trọng lực

WEIR):

2.3.1 Mặt cắt điển hình và khả năng tháo của tràn phím đàn:

Nhóm của F Lempérière đã nghiên cứu 2 dạng tràn phím đàn:

Trang 39

- Loại A (PKA): máng tràn (thường đối xứng) ở cả 2 phía thượng và hạ lưu (Hình

+ Tỷ lưu của đập phím đàn loại A là: q=4h H m3/s/m, (2-10)

Trong đó: h (đầu nước), H (chiều cao lớn nhất của tường) tính bằng m

+ Tỷ số giữa chiều dài phím đàn trên /dài tràn N=6

+ Phần công xôn thượng và hạ lưu có cùng độ dốc 2/1 (H/V) Chiều rộng của

phím vào (Inlet) bằng 1.2 lần chiều rộng phím ra (outlet)

+ Chiều rộng đáy phím đàn “b” bằng 1/2 chiều rộng đỉnh “a” Chiều cao lớn nhất

của tường “H” bằng a/4

Bẳng các thí nghiệm thuỷ lực, F Lempérière và nhóm cộng sự đã xây dựng được một

bảng kết quả so sánh về khả năng tháo (biểu thị qua lưu lượng đơn vị và cột nước trên

tràn) giữa đập tràn phím đàn Pianô, đập tràn Crigiơ và đập tràn thành mỏng Những kết

quả nghiên cứu được thể hiện ở bảng 2-3

Trang 40

Bảng 2-3 So sánh đập tràn zích zắc kiểu A với đập tràn Crigiơ, đập thành mỏng với cùng bề rộng tràn nước

2.Lưu lượng đơn vị đập tràn

zích zắc theo phương vuông

3.Lưu lượng đơn vị đập tràn

zích zắc theo bề rộng tràn

4.Lưu lượng đơn vị của đập

tràn Crigiơ theo Bthẳng của

5.Lưu lượng đơn vị của tràn

thành mỏng theo Bthẳng của

6.Độ chênh lưu lượng đơn vị

của tràn zích zắc theo phương

vuông góc với dòng chảy và

8.Độ chênh lưu lượng đơn vị

của tràn zích zắc theo phương

vuông góc với dòng chảy và

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	3,23 MB