(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Chế Độ Thủy Lực Chọn Bể Tiêu Năng Cho Tràn Xả Lũ Hạ Sê San 2.Pdf

Microsoft Word lan chinh sua ch lam doc LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên nghành công trình thuỷ lợi với đề tài “Nghiên cứu chế độ thuỷ lực chọn bể tiêu năng cho tràn xả lũ hạ Sê San 2” được hoàn thà[.]

T Ổ NG QUAN TÌNH HÌNH XÂY D Ự NG TRÀN X Ả L Ũ Ở VI Ệ T NAM VÀ TRÊN TH Ế GI Ớ I

Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

Trong hệ thống công trình thuỷ lợi, công trình tháo đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết nước Nó giúp tháo nước lũ thừa khi hồ đạt mực nước tối đa, đồng thời có thể tháo hoàn toàn hoặc một phần hồ chứa để thực hiện sửa chữa, nạo vét, và cung cấp nước cho khu vực hạ lưu.

Các công trình tháo ở Việt Nam rất đa dạng về thể loại và hình thức kết cấu Từ năm 2002, nước ta đã triển khai nhiều dự án thiết kế và xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện, với nhiều hồ chứa và công trình xả lũ quy mô lớn Một số dự án tiêu biểu bao gồm thủy điện Sê San 3, Na Hang (Tuyên Quang), Rào Quán (Quảng Trị), Plêikrông, Sê San 3A, và 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

Trong gần 20 năm qua, Việt Nam đã chứng kiến sự phát triển nhanh chóng trong việc xây dựng các đập cao và hồ chứa lớn, với dung tích từ hàng triệu đến hàng chục tỷ m3 nước và khả năng xả nước từ hàng ngàn đến vài chục ngàn m3/s Các công nghệ thiết kế và thi công tiên tiến như đập đá đổ bản mặt bê tông (CFRD), đập bê tông đầm lăn (RCC), và đập bê tông truyền thống (CVC) đã được áp dụng thành công Nhiều công trình đã đi vào hoạt động an toàn, bao gồm đập hồ chứa thủy lợi-thủy điện Quảng Trị, thủy điện Tuyên Quang, đập Sê San 3, Sê San 3A, và đập Plêikrông Trước đó, một số đập lớn như Hòa Bình, Thác Bà, Trị An, Thác Mơ, Ialy, Sông Hinh, Vĩnh Sơn, và Dầu Tiếng cũng đã được xây dựng.

A Yun Hạ, Phú Ninh đã thiết kế nhiều dạng công trình tháo lũ phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất và thuỷ văn của từng công trình Các công trình này bao gồm tràn xả mặt sông như Sê San 3, Sê San 3A, Sê San 4, Plêikrông, A Vương, Bản Chát, Huội Quảng; xả mặt kết hợp với xả sâu tại Hoà Bình, Sơn La, Tuyên Quang; và đường tràn dọc như 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 là phương pháp hiệu quả để giảm thiểu sức cản nội bộ của dòng nước nhảy, thường được áp dụng cho các công trình vừa và nhỏ Phương pháp này có thể sử dụng kiểu bể hoặc kết hợp tường và bể Tiêu năng đáy thường được lựa chọn khi mực nước hạ lưu cao và địa chất nền công trình thường là đá yếu, như tại Trị An.

A Lưới là một loại hình công trình hiệu quả trong việc tiêu tán năng lượng dư thừa Tuy nhiên, nó yêu cầu khối lượng xây lắp lớn và chi phí cao, đặc biệt là đối với các dự án có quy mô lớn.

Tiêu năng mặt là dòng chảy diễn ra ở trạng thái chảy mặt, chỉ đạt đến đáy sau khi mở rộng hoàn toàn Chế độ chảy mặt ở hạ lưu tạo ra sóng giảm dần, dẫn đến hiện tượng xói lở trong khu vực này Động năng thừa thường phân tán trên một chiều dài lớn hơn so với chế độ chảy đáy Chế độ chảy mặt thích hợp trong trường hợp nền đá, khi không cần gia cố hạ lưu, giảm chiều dài gia cố, và mực nước hạ lưu cao với sự biến đổi ít.

T Ổ NG QUAN CÁC NGHIÊN C Ứ U V Ề TIÊU N Ă NG

Khái quát chung

Công trình tháo nước có đặc điểm nổi bật là dòng chảy từ thượng lưu xuống hạ lưu tạo ra năng lượng lớn, ảnh hưởng đến ổn định công trình Dòng chảy có tính chất thủy lực cơ bản là êm ở thượng lưu (Fr < 1), chảy xiết trong đoạn chuyển tiếp (Fr > 1) và trở lại trạng thái tự nhiên khi vào sông Để xử lý động năng thừa từ thượng lưu, cần giải quyết tiêu năng trước khi dòng chảy tiếp tục xuống hạ lưu Các giải pháp tiêu năng phải tối ưu hóa việc tiêu hao năng lượng thừa, điều chỉnh phân bộ vận tốc và giảm mạch động, nhằm đưa dòng chảy về trạng thái tự nhiên trong khoảng thời gian ngắn nhất, đồng thời bảo vệ công trình, hai bờ và lòng dẫn hạ lưu, đảm bảo sự ổn định trong các điều kiện thủy lực tương ứng với lưu lượng xả qua công trình.

Một trong những nhiệm vụ chính của thiết kế nối tiếp thượng hạ lưu là nghiên cứu chế độ thủy lực, chọn kết cấu và xác định các thông số của giải pháp tiêu năng dựa trên tính toán và mô hình thủy lực của công trình Việc giải quyết nhiệm vụ này rất phức tạp, liên quan đến ảnh hưởng của chế độ dòng chảy từ thượng lưu xuống hạ lưu, bao gồm các vấn đề như dòng xiết, hàm khí, mạch động áp suất và mạch động lưu tốc lớn Đặc điểm của các chế độ nối tiếp và điều kiện phát sinh, cũng như sự tương tác giữa các dòng chảy với công trình và lòng dẫn, là rất quan trọng Hơn nữa, hình thức và kết cấu công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện địa hình, địa chất tuyến công trình, độ chênh mực nước thượng hạ lưu, đặc điểm kết cấu và sự phân bố lưu lượng đơn vị qua công trình.

M ộ t s ố k ế t qu ả nghiên c ứ u ở n ướ c ngoài

Nghiên cứu về nối tiếp và tiêu năng dòng chảy qua công trình đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học cả trong và ngoài nước, dẫn đến nhiều giải pháp đa dạng trong các lĩnh vực và khía cạnh khác nhau.

Các vấn đề nối tiếp chảy đáy ở hạ lưu đã được nghiên cứu theo phương pháp lý thuyết, nổi bật với các công trình của Bidone vào năm 1880, Belanger năm 1928, và gần đây là N Ragiaratman với công thức tính chiều sâu liên hiệp của nước nhảy phân giới.

Theo phương pháp thực nghiệm, nhiều tác giả đã tiến hành thí nghiệm dựa trên phương trình năng lượng và động năng để tìm ra các hệ thức tính toán nước nhảy Từ đó, họ xác định được mối quan hệ giữa dòng xả và dòng chảy hạ lưu.

Tréc tou xốp áp dụng hệ thức nước nhảy của Belanger cùng với phương trình năng lượng để xác định độ sâu co hẹp tại chân đập và độ sâu liên hiệp tương ứng.

- Giáo sư A-grốt-Skin đã lập các phương trình tính toán nước nhảy theo dạng không thứ nguyên;

- Ngoài ra có thể kể đến các tác giả như: Aivadian, Pavơlôpxki, V.I.Avrinnhayry, V.A.Saomian có nhiều nghiên cứu về vấn đề nước nhảy;

- Nghiên cứu về nhảy ngập trong bài toán phẳng có: T Bunsu, An Rakhơmanốp, N.Rangiatman,v.v…

Trong các trường hợp nước nhảy không gian, nhiều nhà nghiên cứu như Picalôp và Abơranôp đã phát triển sơ đồ nước nhảy hoàn chỉnh với hình dạng đối xứng Các nhà khoa học khác như Linhxepxki và Guncô cũng đóng góp vào lĩnh vực nghiên cứu này.

Serenkôp và B.T Emxep đã chứng minh sự tồn tại của nước nhảy xiên, đồng thời xác định dạng và phân bố vận tốc của dòng xiên mở rộng Ngoài ra, các nghiên cứu của Q.F Vaxiliep và M.F Clatnhep cũng đã đóng góp quan trọng trong việc nghiên cứu dòng xiết và dòng êm ở hạ lưu công trình với điều kiện biên mở.

Khi nhảy vào không gian với lòng dẫn mở rộng dần, nhiều tác giả như Ra-khơ-ma-nốp và T.D.Prô-vô-rô-va đã nghiên cứu về hiện tượng này trong khu vực nối tiếp.

* Trong trường hợp bậc thấp có đập thụt nối tiếp: có các kết quả nghiên cứu của Forter và Krinde, Moore và Morgan, Ventechow Yames và Sharp

* Các nối tiếp chảy mặt ở hạ lưu công trình có thể kể đến:

Các nghiên cứu của A.A Xabanhep nhấn mạnh rằng áp suất ở bậc tuân theo quy luật thủy tĩnh, từ đó dẫn đến các hệ thức tính toán thủy lực cho các bậc tiếp theo.

- Ngoài ra có thể kể đến các nghiên cứu của M.F Scolanhep, M.A Makhlop về trạng thái nối tiếp chảy mặt

Vấn đề nối tiếp chảy mặt dạng dòng phun tự do ở hạ lưu công trình liên quan đến việc xác định chiều sâu hố xói, dựa trên các nghiên cứu của T.E.

Mirtxkhulava đã nghiên cứu nền đất không dính, trong khi T.Kh Akhơ-me-đốp tập trung vào nền đá rắn Các nghiên cứu của B.M.Sicvascvili đã chỉ ra sự nối tiếp và hợp nhất của hai dòng phun tự do.

* Các vấn đề nối tiếp theo dạng xả kết hợp ở hạ lưu công trình có thể kể đến các nghiên cứu của B.M Sicvasvili

* Các nghiên cứu về thuỷ lực và biện pháp công trình trong đoạn chuyển tiếp còn có thể kểđến các tác giả như:

Tiêu năng trong bể và các ảnh hưởng của mực nước hạ lưu, ngưỡng, cũng như bể tiêu năng đầu hố xói đã được nghiên cứu và chỉ ra bởi các tác giả như Tréc tou xốp, Smetana, Bá Kirova, Ughin trut, và P Novak Những nghiên cứu này đóng góp quan trọng vào việc hiểu rõ các yếu tố tác động đến tiêu năng trong các hệ thống thủy văn.

- Về xói hạ lưu có các tác giả như: Ter-Arakelian, Chalumina, Vuzgo…

- Cu min đã nghiên cứu rất kỹ sự phân bố lưu tốc trong vùng chuyển tiếp thông số đặc trưng α

- Vấn đề mạch động trong và sau nước nhảy đã được chỉ ra trong các nghiên cứu của Lê Vi

Grund đã phát hiện ra các cấu trúc đặc biệt trong nước nhảy liên quan đến vấn đề xói, thông qua việc khái quát trường lưu tốc bằng ba miền tương hỗ lẫn nhau.

- Liên quan đến chiều sâu xói ổn định đã có các tác giả như: Vuzgo, Schoklitsch, Vernonese, Jaeger, Patresev, Eggenberger, Smolianninov

- Chiều dài xói ổn định có nghiên cứu của Damamzin, Patrasev, Yuricki theo quan điểm chiều dài hố xói liên quan đến độ sâu lớn nhất của hố xói

- Levi, Vuzgo… lại xác định chiều dài xói phụ thuộc vào các yếu tố dòng chảy và công trình như: dòng chảy, đất nền, dạng công trình…

M ộ t s ố k ế t qu ả nghiên c ứ u ở Vi ệ t Nam

Trong những thập kỷ gần đây, nghiên cứu về chế độ thủy lực và lựa chọn bể tiêu năng chống xói ở hạ lưu công trình thủy lợi tại Việt Nam đã thu hút sự quan tâm đặc biệt từ các nhà nghiên cứu, thiết kế và quản lý Nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện tại Viện Khoa học Thủy lợi, với sự đóng góp của các tác giả như Trương Đình Dụ, Trần Đình Hợi, Hàn Quốc Trinh, và Trần Quốc.

Thưởng…), Trường Đại học Thuỷ lợi (các tác giả: Hoàng Tư An, Nguyễn Văn

Mạo, Phạm Ngọc Quý…) Viện khoa học Thuỷ lợi Nam bộ (các tác giả: Nguyễn Ân Niên, Trần Như Hối, Tăng Đức Thắng) và nhiều nhà chuyên môn khác

Nhiều tác giả Việt Nam đã nghiên cứu theo hướng tương đồng với các tác giả quốc tế, từ đó đưa ra những kết luận độc đáo Tuy nhiên, cũng có những tác giả chọn hướng nghiên cứu riêng, phù hợp với thực tiễn tại Việt Nam.

Việt Nam Có thể tóm tắt một số kết quả nghiên cứu sau:

- Các nghiên cứu của Nguyễn Văn Đặng dùng lý thuyết lớp biên để thành lập phương trình về nước nhảy ổn định

- Nguyên cứu của Lê Bá Sơn về các vấn đề nối tiếp theo dạng xả kết hợp ở hạ lưu công trình

- Nguyên cứu của Võ Xuân Minh về ảnh hưởng liên quan của mực nước hạ lưu, ngưỡng, bể tiêu năng đầu hố xói

Nghiên cứu của Võ Xuân Minh và Hoàng Văn Quý tập trung vào góc mở rộng β và các biện pháp phân bố đều lưu lượng Từ đó, họ đã tìm ra các giải pháp công trình hợp lý nhằm giải quyết bài toán tiêu năng trong điều kiện không gian với lòng dẫn mở rộng dần khi xảy ra hiện tượng nhảy ngập.

- Các nghiên cứu của Hoàng Tư An, Phạm Ngọc Quý và một số người khác về xói và ổn định ở hạ lưu công trình tháo nước.

Các lo ạ i đậ p tràn và tiêu n ă ng h ạ l ư u

Về kết cấu đập tràn rất khác nhau, đập tràn có thể phân loại theo các tiêu chuẩn sau:

- Phân loại theo chiều dày đỉnh đập và hình dạng mặt cắt ngang của đập tràn Theo cách này, đập tràn có thể phân làm 3 loại sau:

Khi chiều dày của đỉnh đập nhỏ hơn 0.67H, làn nước sẽ tách rời khỏi đỉnh đập ngay sau khi qua mép thượng lưu, không chạm vào toàn bộ mặt đỉnh đập Điều này cho thấy rằng hình dạng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến làn nước tràn và lưu lượng tràn.

Đập tràn có mặt cắt thực dụng được xác định khi 0.67H < δ < (2÷3)H, với chiều dày đập ảnh hưởng đến làn nước nhưng không quá lớn Mặt cắt của đập có thể là hình đa giác hoặc hình cong, chia thành hai loại: có chân không và không chân không Đối với đập tràn thực dụng không chân không, dòng chảy trên đập êm và áp suất dọc mặt đập luôn dương Ngược lại, đập thực dụng có mặt cắt chân không tại đỉnh đập tạo ra áp lực chân không, có thể sinh ra hiện tượng khí thực khi chân không lớn, nhưng chân không này cũng có tác dụng hút, làm tăng lưu lượng Để đảm bảo an toàn và rút ngắn chiều rộng đập, trị số chân không không được phép vượt quá Hck < (6÷6.5)m cột nước.

Đập tràn đỉnh rộng xảy ra khi đỉnh đập nằm ngang hoặc rất dốc, với chiều dày tương đối lớn trong khoảng 2÷3H < δ < 8÷10H, tạo ra một đoạn dòng chảy có tính chất thay đổi dần Nếu δ lớn hơn 8÷10H, dòng chảy trên đỉnh đập sẽ được coi như một đoạn kênh.

Hình 1-1: Các loại đập tràn theo dạng mặt cắt đập

- Phân loại theo hình dạng cửa tràn gồm có:

+ Đập tràn cửa chữ nhật

+ Đập tràn của hình tam giác

+ Đập tràn cửa hình thang

+ Đập tràn cửa hình cong

- Theo hình dạng tuyến đập tràn trên mặt bằng:

+ Đập cong, thường là hình cung

+ Đâp kiểu giếng, có đường tràn nước là hình cong kín, thường là tròn

- Theo hướng của đập so với hướng dòng chảy chính:

+ Đập thẳng góc với dòng chảy

+ Đập bên đặt một bên bờ song song với dòng chính

Trong những năm gần đây, đặc biệt từ năm 2002, Việt Nam đã triển khai nhiều dự án thiết kế và xây dựng công trình thủy lợi và thủy điện quy mô lớn Nổi bật trong số đó có thể kể đến các dự án thủy điện Sê San 3, Na Hang (Tuyên Quang) và Rào Quán (Quảng) Các công trình này không chỉ góp phần quan trọng vào việc cung cấp nước và điều tiết lũ mà còn thúc đẩy phát triển kinh tế khu vực.

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 là những công trình hồ chứa lớn với dung tích từ hàng triệu đến hàng chục tỷ m3 nước và khả năng xả nước từ hàng ngàn đến vài chục ngàn m3/s Trong 5-6 năm qua, tốc độ xây dựng các đập cao và hồ chứa lớn tại Việt Nam đã phát triển nhanh chóng, nhờ vào việc áp dụng thành công các công nghệ thiết kế và thi công tiên tiến như đập đá đổ bản mặt bê tông (CFRD), đập bê tông đầm lăn (RCC) và đập bê tông truyền thống (CVC) Nhiều công trình, như đập hồ chứa nước thủy lợi-thủy điện Quảng Trị và thủy điện Tuyên Quang, đã được đưa vào vận hành an toàn, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành thủy điện tại Việt Nam.

Đập RCC Sê San 3A và đập Plêikrông là những công trình quan trọng trong hệ thống thủy điện Việt Nam Trước đó, nhiều đập và hồ chứa lớn như Hòa Bình, Thác Bà, Trị An, Thác Mơ, Ialy, Sông Hinh, Vĩnh Sơn, Dầu Tiếng, A Yun Hạ, và Phú Ninh đã được xây dựng Mỗi công trình được thiết kế phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất và thủy văn riêng, với nhiều dạng công trình tháo lũ khác nhau Các hình thức tháo lũ bao gồm 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 (Hòa Bình, Sơn La, Tuyên Quang), và 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 là phương pháp sử dụng sức cản nội bộ của nước nhảy để giảm năng lượng dòng chảy Kiểu thiết kế này có thể áp dụng cho bể hoặc kết hợp giữa tường và bể Biện pháp này thường được sử dụng cho các công trình vừa và nhỏ, nơi mực nước hạ lưu tương đối lớn và địa chất nền công trình thường là đá yếu.

A Lưới là một loại hình công trình hiệu quả trong việc tiêu tán năng lượng dư thừa Tuy nhiên, nó yêu cầu khối lượng xây lắp lớn và chi phí cao, đặc biệt là đối với các dự án quy mô lớn.

Tiêu năng mặt là dòng chảy ở trạng thái chảy mặt, chỉ đạt đến đáy sau khi mở rộng hoàn toàn Chế độ chảy mặt ở hạ lưu tạo ra sóng giảm dần, gây xói lở tại khu vực này Động năng thừa trong chế độ chảy mặt phân tán trên một chiều dài lớn hơn so với chế độ chảy đáy.

Chế độ chảy mặt là phương pháp thích hợp khi nền đá không yêu cầu gia cố hạ lưu hoặc cần giảm chiều dài gia cố Phương pháp này cũng hiệu quả khi mực nước hạ lưu cao và có sự thay đổi ít.

Tiêu năng bằng dòng phun xa là phương pháp sử dụng mũi phun ở chân đập hoặc cuối dốc nước để tạo ra dòng chảy có lưu tốc lớn, phóng xa khỏi chân đập Phương pháp này phổ biến trong các công trình xả có cột nước cao và được chia thành hai loại cơ bản dựa trên đặc điểm kết cấu của mũi phun.

Mũi phun liên tục đặc trưng bởi dòng chảy không va đập trong không khí, dẫn đến việc năng lượng tiêu hao ít và tạo ra vận tốc lớn cùng sóng mạnh ở hạ lưu Dòng phun này tập trung ít khí, do đó, khi cột nước cao và tỷ lưu lớn, sẽ gây ra chiều sâu xói lớn.

Mũi phun không liên tục, còn được gọi là mũi phun 2 tầng, là thiết bị tạo ra các dòng phun va chạm trong không khí Quá trình này giúp phân tán dòng nước đặc tập trung thành nhiều dòng nhỏ, rơi xuống mặt nước hạ lưu một cách hiệu quả.

Năng lượng dòng chảy tiêu hao nhiều dẫn đến vận tốc và sóng ở hạ lưu giảm, làm giảm chiều sâu xói và khối lượng gia cố tại khu vực này Hình thức tiêu năng bằng dòng phun ở chân đập đã được thiết kế cho nhiều công trình đập bê tông như Sê San 3, Plêikrông, Sê San 3A, A Vương, Bản Vẽ, Bản Chát, Huội Quảng và Đồng Nai.

Hình thức tiêu năng bằng mũi phun cuối dốc nước được áp dụng cho nhiều công trình xả cột nước cao với lưu lượng lớn, bao gồm các dự án như Ialy, Hàm Thuận-Đa Mi, Tuyên Quang, Sơn La và Cửa Đạt.

Bảng 1-1: Bảng tổng hợp một sốđập tràn ở Việt Nam

TT Công trình Địa điểm Q

11 Đồng Mô Hà Nội 120 7,50 2 Đập tràn

TT Công trình Địa điểm Lưu lượng Chiều cao

1.2.4.2 Đặc điểm dòng chảy ở hạ lưu đập tràn

CÁC PH ƯƠ NG PHÁP TÍNH TOÁN LÝ THU Ế T V Ề TIÊU N Ă NG Đ ÁY

Ph ươ ng pháp lý lu ậ n

Dòng chảy hạ lưu ở khu vực tiêu năng rất phức tạp và chưa có phương pháp phân tích toán học chính xác Hiện nay, các chuyên gia vẫn sử dụng các công thức suy diễn từ lý luận kết hợp với hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm Ngoài ra, có thể áp dụng công thức bán thực nghiệm và sau đó tiến hành phân tích định tính trước khi sử dụng công thức kinh nghiệm để tính toán.

Đối với các công trình nhỏ, việc bố trí các bộ phận gần với sơ đồ lý thuyết cho phép áp dụng các công thức thủy lực để tính toán Trong khi đó, đối với các công trình lớn và vừa, sau khi thực hiện tính toán bằng công thức thủy lực, cần tiến hành nghiệm chứng thông qua mô hình thủy công.

Trong các bài toán tiêu năng phòng xói, việc sử dụng công thức toán học và công thức kinh nghiệm thường bị giới hạn bởi phạm vi ứng dụng Giải quyết và phân tích bằng số học gặp nhiều khó khăn, và khi suy diễn công thức lý luận, cần phải có các giả thiết để đơn giản hóa Trong quá trình giải các phương trình, thường phải loại bỏ các số hạng bậc cao, dẫn đến kết quả tính toán theo công thức lý luận thường chỉ có giá trị gần đúng Mặc dù các công thức kinh nghiệm là đáng tin cậy, nhưng phạm vi sử dụng của chúng cũng bị giới hạn, không thể mở rộng áp dụng một cách linh hoạt.

Ph ươ ng pháp th ự c nghi ệ m mô hình

Mô hình thí nghiệm mô phỏng công trình thực tế trong điều kiện phức tạp, cho kết quả gần gũi với thực tế Thực nghiệm giúp giải quyết các vấn đề thiết kế, xây dựng và khai thác công trình thủy lợi mà lý thuyết không thể đáp ứng đầy đủ Qua mô hình thủy lực, các công thức lý thuyết được kiểm tra, bổ sung và chính xác hóa, đồng thời kiểm chứng kết quả từ phương pháp lý luận Mô hình thí nghiệm, khi sát với thực tế, tạo điều kiện tin cậy cho các nghiên cứu và ứng dụng.

Mặc dù các công thức thực nghiệm có ứng dụng nhất định và giá trị gần đúng, thí nghiệm mô hình không thể thể hiện chính xác một số hiện tượng như sóng vỗ và dòng chảy có hiện tượng trộn khí Quyết định kích thước công trình tiêu năng dựa trên thực nghiệm mô hình đôi khi không hoàn toàn chính xác, do sự khác biệt giữa mô hình và dòng chảy thực tế, cũng như trạng thái dòng chảy và dòng phát sinh thường không đồng nhất Vì vậy, thí nghiệm mô hình không phải là phương pháp tuyệt đối.

Ph ươ ng pháp nghiên c ứ u trên nguyên hình

Nguyên hình là mô hình tỷ lệ 1:1, đảm bảo mọi điều kiện tương tự Tuy nhiên, dòng chảy thực tế diễn ra theo quy trình không thể dự đoán, khiến việc nghiên cứu, quan sát và đo đạc các thông số trên nguyên hình trở nên khó khăn Khi công trình đã hoàn thành, việc sửa đổi kết cấu và hình thức tiêu năng sau sự cố mất an toàn trở thành một thách thức lớn, tốn kém và phức tạp.

Khi nghiên cứu về tiêu năng, việc chỉ sử dụng một trong ba phương pháp là không đủ; do đó, cần kết hợp cả ba phương pháp để tìm ra giải pháp hiệu quả nhất Độ chính xác của mô hình và tính toán là yếu tố quan trọng đảm bảo tính hợp lý trong thiết kế, trong khi tính thực tiễn giúp kiểm nghiệm độ an toàn của công trình Từ các số liệu quan sát thực tế, có thể xây dựng các công thức thực nghiệm chính xác.

M Ộ T S Ố GI Ả I PHÁP TIÊU N Ă NG Đ ÁY

Xác đị nh l ư u l ượ ng tính toán tiêu n ă ng

Công trình tháo nước thường làm việc với nhiều cấp lưu lượng khác nhau

Công trình tiêu năng cần phải hoạt động hiệu quả ở mọi cấp lưu lượng trong phạm vi thiết kế, đảm bảo tạo ra nước nhảy ngập với hệ số ngập σ từ 1.05 đến 1.0 Để đáp ứng yêu cầu này, cần phải tính toán lưu lượng gây ra tình huống nối tiếp bất lợi nhất, được xác định là lưu lượng tính toán tiêu năng.

Trường hợp bất lợi nhất trong thiết kế công trình tiêu năng là khi nước nhảy xa có hiệu số (h c ” -h h ) lớn nhất, dẫn đến chiều dài đoạn chảy xiết lớn nhất Do đó, cần thiết kế công trình với quy mô lớn nhất để đảm bảo hiệu quả.

Lưu lượng tính toán tiêu năng không nhất thiết phải bằng lưu lượng lớn nhất Việc xác định lưu lượng này cần phải phân tích các trường hợp cụ thể, tùy thuộc vào mực nước thượng và hạ lưu của công trình.

Xác đị nh hình th ứ c n ố i ti ế p ch ả y đ áy

Độ sâu tại mặt cắt co hẹp hc ở sau công trình được xác định trực tiếp bằng phương pháp Bécnuli viết cho mặt cắt 0-0 và mặt cắt C-C (hình 1-3)

Hình 1-3: Giải pháp tiêu năng đáy ở hạ lưu công trình tháo nước

E0: Cột nước toàn phần thượng lưu so với đáy sân sau tại mặt cắt C-C Σξ : Tổng các hệ số tổn thất từ mặt cắt 0-0 đến C-C

= + ξ ϕ α 1 là hệ số lưu tốc (1-3)

Sau khi tính toán hc theo công thức đã đề cập, có thể xác định độ sâu liên hợp giữa hc và hc” với độ sâu hạ lưu hh, từ đó xác định các hình thức nối tiếp phù hợp.

Trong trường hợp 1, hạ lưu có thể được phân loại dựa trên dòng chảy: nếu dòng chảy êm thì có thể nối tiếp bằng nước nhảy phóng xa; nếu dòng chảy bằng thì nối tiếp bằng nước nhảy phân giới; và nếu dòng chảy ngập thì nối tiếp bằng nước nhảy ngập.

Trong trường hợp 2, khi hạ lưu là dòng chảy xiết với hc” > hh, dòng chảy sẽ giảm dần từ hc đến hh Nếu hc” = hh, một dòng chảy đều sẽ hình thành ngay sau mặt cắt co hẹp Ngược lại, khi hc” < hh, sẽ có một đường dâng nối tiếp với dòng chảy đều trong kênh dẫn.

Trong hình thức nối tiếp bằng nước nhảy phóng xa, sau mặt cắt co hẹp C-C, có một đoạn dòng chảy xiết (đường mặt nước loại C) trước khi chuyển thành dòng chảy êm bình thường ở hạ lưu Độ sâu liên hiệp thứ hai sau nước nhảy tương ứng với độ sâu dòng chảy bình thường ở hạ lưu Khi biết độ sâu hạ lưu hc" = hh, ta có thể tính toán độ sâu trước nước nhảy và xác định chiều dài đoạn chảy xiết bằng phương pháp tính dòng không đều.

1.4.3 Các biện pháp tiêu năng trong chế độ chảy đáy

Nối tiếp chảy đáy có nước nhảy xa là một hiện tượng nguy hiểm, do đó cần tìm biện pháp chuyển đổi nó thành nối tiếp bằng nước nhảy ngập Mặc dù dòng chảy sau nước nhảy ngập vẫn duy trì vận tốc lớn ở đáy và dòng mạch động kéo dài, nhưng điều này cho phép hình thành nối tiếp chảy mặt.

Có nhiều biện pháp tiêu năng, trong đó biện pháp cơ bản là biến đổi chế độ nối tiếp bằng nước nhảy xa thành nối tiếp bằng nước nhảy ngập Để thực hiện điều này, cần tăng độ sâu ở hạ lưu.

- Đào sân sau: Tức là làm bể tiêu năng:

- Làm tường chắn để nâng cao mực nước – Tức là làm tường tiêu năng;

- Vừa đào sâu, vừa làm tường – Bể và tường tiêu năng kết hợp

- Ngoài ra có trí thiết bị tiêu năng phụ - Các mố, ngưỡng, răng

Nhiệm vụ tính toán bao gồm việc xác định chiều sâu của bể và chiều cao của tường tiêu năng Đồng thời, cần xác định chiều dài bể (Lb) cũng như hình thức và kích thước của thiết bị tiêu năng phụ.

1.4.3.1 Tính bể tiêu năng (hình vẽ 1-3)

Phương pháp chung thường tính chiều sâu bể tiêu năng theo công thức: d =σ hc”- hh-ΔZ (1-4)

Trong bài viết này, các khái niệm quan trọng bao gồm hh, đại diện cho độ sâu hạ lưu trước khi đào bể; hc”, là độ sâu liên hợp với độ sâu co hẹp hc tính theo cao trình sân bể, cùng với cột nước thượng lưu E0’= E0 + d Hệ số an toàn ngập σ được xác định trong khoảng 1,05 đến 1,0 Cuối cùng, chênh lệch cột nước ở cửa ra của bể được tính bằng công thức ΔZ = ⎟⎟.

Diện tích mặt cắt ướt ở cuối bể được ký hiệu là ωb, với chiều sâu hb = σhc Trong khi đó, Δ đại diện cho diện tích mặt cắt ướt ở hạ lưu sau bể Hệ số lưu tốc tại cửa ra của bể được ký hiệu là ϕ’, thường có giá trị trong khoảng từ 0,95 đến 1,0.

Trong công thức (1-4), giá trị d được tính toán dựa vào các số hạng hc” và ΔZ, mà cả hai đều phụ thuộc vào ẩn số d Do đó, để giải bài toán, cần thực hiện việc tính toán d một cách chính xác qua từng bước.

Chiều c của tường tiêu năng tính bằng công thức:

H1: Cột nước tràn trên đỉnh tường, tính theo công thức tràn chảy ngập:

NH Ậ N XÉT CHUNG

Việc xử lý nối tiếp và tìm giải pháp tiêu năng phòng xói ở hạ lưu là rất quan trọng trong thiết kế công trình tháo Mỗi công trình cần lựa chọn giải pháp và tính toán kết cấu tiêu năng phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất và mực nước hạ lưu Sự nối tiếp từ thượng lưu xuống hạ lưu và hình thức tiêu năng cần được tính toán cặn kẽ để tránh hậu quả bất lợi Tại Việt Nam, kết cấu tiêu năng đáy là một trong những hình thức thường được sử dụng nhất Để nâng cao hiệu quả tiêu năng, thường xây dựng thêm các thiết bị như mố, ngưỡng trên sân sau nhằm tiêu hao năng lượng dòng chảy, giúp giảm lực phản kích và chiều dài sân sau, đồng thời giảm độ sâu đào bể và chiều cao tường tiêu năng Các hình thức mố hoặc ngưỡng làm cho dòng chảy biến động và tăng hiệu quả tiêu năng, nhưng cũng dễ sinh áp lực âm ở những nơi có lưu tốc lớn Nếu mố hoặc ngưỡng không thuận, áp lực sẽ lớn hơn, gây khí thực và phá hoại bê tông, ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của thiết bị tiêu năng Do đó, cần có cách tính toán phù hợp hơn và nghiên cứu trên mô hình thủy lực.

Việc xử lý nối tiếp dòng chảy hạ lưu và tìm giải pháp tiêu năng để phòng chống xói lở cho công trình là rất cần thiết và phức tạp, do ảnh hưởng của nhiều hiện tượng thủy lực bất lợi Luận văn này trình bày các tính toán ban đầu để xác định bể tiêu năng sau đập tràn, kết hợp với kết quả thí nghiệm nhằm lựa chọn hình thức và kết cấu bể tiêu năng hợp lý, đảm bảo an toàn cho công trình đập tràn Hạ Sê San 2.

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN BỂ TIÊU NĂNG TRÀN XẢ LŨ HẠ SÊ SAN 2

GI Ớ I THI Ệ U S Ơ L ƯỢ C V Ề CÔNG TRÌNH H Ạ SÊ SAN 2

Khái quát chung v ề công trình H ạ Sê San 2

Công trình thuỷ điện Hạ Sê San 2 tọa lạc tại Campuchia, cách biên giới Việt Nam - Campuchia khoảng 250 km về phía Tây Nó nằm cách điểm nhập lưu sông Srêpôk và Sê San khoảng 1,5 km và cách điểm hợp lưu giữa sông Sêkông và sông Sê San khoảng 20 km về phía thượng lưu Vùng lòng hồ của thuỷ điện này hoàn toàn nằm trong huyện Sê San, tỉnh Stungstreng, Campuchia Hạ Sê San 2 là công trình cuối cùng trong sơ đồ bậc thang sau hợp lưu của sông Sê San và sông Srêpok.

Đầu tư xây dựng thủy điện Hạ Sê San 2 không chỉ cung cấp nguồn điện cho phát triển kinh tế và đời sống của người dân tỉnh Ratarakin và Stungtreng, mà còn hỗ trợ lưới điện Việt Nam Dự án này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế - xã hội trong khu vực, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và thúc đẩy các hoạt động kinh tế địa phương.

- Tạo nguồn bổ sung nước cho khu vực hạ lưu vào mùa kiệt đáp ứng nhu cầu phục vụ nước sinh hoạt và công nghiệp trong tương lai

- Phát triển du lịch, giao thông thuỷ và đánh bắt nuôi trồng thuỷ hải sản khu vực hồ chứa

Sau khi hoàn thành xây dựng công trình Hạ Sê San 2, khu vực sẽ trở thành một điểm tập trung dân cư với hạ tầng đầy đủ Hệ thống giao thông phục vụ thi công sẽ thúc đẩy giao lưu kinh tế và xã hội, góp phần phát triển kinh tế địa phương.

2.1.1.2 Các hạng mục của công trình nghiên cứu

+ Đập dâng để tạo cột nước và hồ chứa

2.1.1.3 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật chính

- Cấp công trình: Công trình cấp I

- Diện tích lưu vực đến tràn Sê San 2: 49.200 Km 2

- Lưu lượng lũ thiết kế (P = 0,1%): 22.734 m 3 /s

- Lưu lượng lũ kiểm tra (P = 0,02%): 28.470 m 3 /s

Đậ p tràn n ướ c

2.1.2.1 Giới thiệu về đập tràn

Các thông số cơ bản của tràn:

- Đập tràn thực dụng không chân không kiểu Cơ-ri-giơ -Ô -phi-xê-rôv

- Các thông số cơ bản của đập tràn:

TÍNH TOÁN XÁC ĐỊ NH B Ể TIÊU N Ă NG

Các s ố li ệ u ban đầ u

- Đập tràn thực dụng không chân không kiểu Cơ-ri-giơ -Ô -phi-xê-rôv

- Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn QPTL-C-8-76

N ă ng l ự c x ả c ủ a đậ p tràn

Lưu lượng xả qua đập tràn thực dụng xác định theo công thức sau:

+ ε: Hệ số co hẹp ngang có kể tới ảnh hưởng của các mố trụ

+ ξmb: Hệ số giảm lưu lượng do ảnh hưởng mép vào tường bên

+ ξmt: Hệ số giảm lưu lượng do ảnh hưởng của hình dạng mố trụ trên mặt bằng

+ Σb = n*b với b là bề rộng khoang tràn, n là số khoang tràn

+ Ho: Cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần

Hình 2-1: Sơđồ tính toán tiêu năng hạ lưu đập tràn

Bảng 2-1: Bảng quan hệ mực nước thượng lưu và lưu lượng xả tổng

2.2.3 Độ sâu dòng chảy tại cửa vào bể Độ sâu dòng chảy tại đầu vào bể tiêu năng được xác định theo công thức:

Trong đó: + φ: là hệ số lưu tốc, lấy φ = 0,9

+ q: là tỷ lưu, q = Q/Bd + Bd: chiều rộng kênh

+ Eo: Năng lượng tại mặt cắt phía trước tràn tính với mặt chuẩn là đáy bể tiêu năng

Bằng phương pháp tính thử dần ta tính được độ sâu hc tương ứng với các cấp lưu lượng

Bảng 2-2: Độ sâu dòng chảy tại cửa vào bể tiêu năng

2.2.4 Tính lưu lượng tiêu năng

Lưu lượng tính toán tiêu năng đạt giá trị tối đa khi hiệu số (hc’’- hh) lớn nhất Để xác định hiệu số này, giả định rằng không có tổn thất cột nước trong dòng chảy từ đập tràn đến bể tiêu năng, đặc biệt là đối với các công trình có đập tràn.

Thủy điện và thủy lợi, đặc biệt là công trình tràn xả lũ Hạ Sê San 2, có lưu lượng biến đổi từ nhỏ đến lớn, làm cho vấn đề tiêu năng trở nên quan trọng sau đập tràn Thiết bị tiêu năng giúp giải quyết hiệu quả vấn đề này cho mọi cấp lưu lượng qua đập Do đó, cần xác định cấp lưu lượng gây ra sự nối tiếp bất lợi nhất, được gọi là lưu lượng tính toán tiêu năng Lưu lượng này xác định kích thước bể tiêu năng lớn nhất, nhưng không đồng nghĩa với việc lưu lượng tính toán tiêu năng là lớn nhất.

Để xác định lưu lượng tiêu năng cho đập tràn Hạ Sê San 2, các giá trị lưu lượng đã được tính toán qua đập tràn sẽ được sử dụng Luận văn sẽ áp dụng giá trị lưu lượng từ Q min = 5.000m³/s đến Q max = 28.470m³/s để thực hiện các tính toán cần thiết Kết quả tính toán lưu lượng tiêu năng được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 2-3: Kết quả tính toán lưu lượng tiêu năng

Từ kết quả tính toán trên với hiệu số (hc''-hh) lớn nhất ứng với lưu lượng tiêu năng là Q = 16.284 m3/s

2.2.5 Tính toán lý thuyết tiêu năng

2.2.5.1 Tính chiều sâu bể tiêu năng:

Tính chiều sâu bể tiêu năng bằng phương pháp thử dần theo công thức: hb = hh + d + ∆Z Trong đó: Độ chênh mực nước trước bể và sau bể là ∆Z

Z q ϕ σ q: Lưu lượng đơn vị được tính tại mặt cắt cuối bể d: Chiều sâu đào bể hh: Mực nước hạ lưu tương ứng φ b : Là hệ số lưu tốc của bểφ b = 0,95 ÷ 1,00

Kết quả tính toán như sau:

Bảng 2-4: Kết quả tính chiều sâu đào bể tiêu năng

Như vậy ứng với lưu lượng tính toán tiêu năng Q = 16.284m 3 /s, chọn chiều sâu đào bể tiêu năng d = 4,30m

2.2.5.2 Tính chiều dài bể tiêu năng Lb:

- Theo công thức kinh nghiệm của M.Đ Tréctôutxốp: Lb = β.ln + l1

Trong đó: + β: Hệ số thực nghiệm, β = 1

+ l n : Chiều dài nước nhảy theo Saphoret: Công thức (3-30

- GTTL) theo đó: ln= 4,5*hc

+ l1: là khoảng cách từ chân công trình đến mặt cắt co hẹp c-c, do đập là đập hình cong nên l1 =0

Kết quả tính toán như sau:

Bảng 2-5: Kết quả tính chiều dài bể tiêu năng

Qua tính toán với Q tiêu năng = 16.284m 3 /s thì chiều dài bể tiêu năng Lb

= 75,58m Chọn bể tiêu năng dài Lbm

Bảng 2-6: Thông số bể tiêu năng sau tràn

Tính toán thủy lực tiêu năng sau đập tràn là bước quan trọng để xác định các thông số kỹ thuật dựa trên tài liệu đầu vào và phương pháp tính toán Quá trình này giúp xác định hình thức và kết cấu của bể tiêu năng, đồng thời đánh giá mức độ an toàn và điều kiện khả thi Từ đó, đề xuất phương án bể tiêu năng phù hợp cho công trình tràn xả lũ Hạ.

Tính toán thủy lực gồm:

- Tính toán xác định khả năng tháo

Tính toán thủy lực tiêu năng sau đập tràn giúp xác định các thông số thủy lực quan trọng như lưu tốc dòng chảy và cao trình đường mặt nước Kết quả cho thấy kích thước và chiều dài bể tiêu năng Lm là 45.0m, với chiều sâu bể đạt 4,30m và vận tốc giữa bể khoảng 11.09m/s Do đó, chỉ cần gia cố bê tông dài 45.0m, trong khi đoạn sau của bể không cần gia cố do nền đá Enđêzit và chiều sâu mực nước trung bình lớn hơn 3m, với vận tốc cho phép Vcp đạt 25 m/s.

Bài viết đề cập đến việc tính toán kích thước, kết cấu và các thông số quan trọng của đập tràn, bao gồm hệ số lưu lượng, khả năng tháo nước của tràn, và cao trình mực nước thượng hạ lưu tràn.

Hình 2-2: Sơđồ tính toán tiêu năng hạ lưu đập tràn sau khi rút ngắn bể tiêu năng

SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT VÀ KẾT QUẢ

LÝ THUY Ế T T ƯƠ NG T Ự VÀ CÁC TIÊU CHU Ẩ N ÁP D Ụ NG

Dòng chảy qua đập tràn là dòng chảy hở chịu tác dụng chủ yếu từ trọng lực Theo lý thuyết mô hình thủy lực, tiêu chuẩn tương tự được sử dụng là Froude (Fr).

V - Là lưu tốc dòng chảy (m/s)

L - là kích thước dài (m) g - Là gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s 2 )

C - Là hệ số chezy theo công thức Manning: C n

Regh - Hệ số Rây-nôn giới hạn trong khu tự động mô hình:

R m ε Δ 14 ε - Hệ số sức cản ma sát (ε = 8 2

THI Ế T K Ế VÀ XÂY D Ự NG MÔ HÌNH

Thi ế t k ế mô hình

a Mô hình t ổ ng th ể tràn v ậ n hành:

Mô hình tổng thể tràn xả lũ vận hành được chọn theo tỷ lệ λl=1:100

Kiểm tra điều kiện tương tự mô hình thỏa mãn:

Từ tỷ lệ λl suy ra các tỷ lệ cần thiết

(i) Về chiều dài mô hình

Chiều dài cần mô hình hóa của phần thượng lưu tràn được xác định là L TL/H = 30, với độ sâu lớn nhất trên tràn H khoảng 19.0m Do đó, chiều dài lòng hồ phần thượng lưu trong mô hình tương ứng với thực tế là LTL ≈ 600m Để bố trí phần lặng sóng và đoạn chuyển tiếp, chiều dài L TL được lấy là khoảng 900m.

Chiều dài phần hạ lưu sau tràn được xác định từ tim tuyến tràn đến vị trí đo mực nước, cần xem xét ảnh hưởng của kênh xả nhà máy thủy điện Chiều dài vùng đệm trong mô hình được lấy tương ứng với thực tế, với giá trị LHL khoảng 1100m.

Như vậy tổng chiều dài trên mô hình tương ứng với chiều dài đoạn sông có công trình là ΣL ≈ 2000 m

(ii) Chiều cao cần mô hình hoá:

+ Phần thượng lưu: Mực nước thực tế lớn nhất là MNGC = 78.10m, cao trình đỉnh đập ∇81.0m, cao trình đáy lòng sông điểm thấp nhất khoảng

∇33.0m, nên suy ra chiều cao cần xét là: ∇81.0 - 33.0 H.0m, cộng thêm chiều cao an toàn và độ sâu lớp đệm để lên cọc địa hình nên lấy HTL = 100m

Mực nước lũ kiểm tra ở hạ lưu đạt 63.91m, trong khi cao trình đáy sông khoảng 33.0m, dẫn đến độ cao cần thiết là khoảng 31m Kết hợp với độ cao an toàn và lớp đệm lên cọc địa hình, độ cao hạ lưu được chọn là khoảng 80m.

(iii) Chiều rộng cần mô hình hoá:

Xét yếu tố không gian chọn chiều rộng cần mô hình hoá có cao độ lớn hơn mực nước hạ lưu lớn nhất khoảng B ≈ 1400m

Như vậy phạm vi công trình nghiên cứu trong mô hình là:

+ Chiều dài tổng cộng ΣL = 2000m + Chiều rộng (theo chiều dài đỉnh đập) B = 1400m + Chiều cao: HTL = 100m, HHL = 80m

Hình 3-1: Mô hình tổng thể thủy lực tràn xả lũ Hạ Sê San 2 b Mô hình t ổ ng th ể nghiên c ứ u thu ỷ l ự c s ơ đồ d ẫ n dòng x ả l ũ thi công:

Từ tỷ lệ mô hình λL = 100 suy ra các đại lượng khác nêu ở bảng 3.1

Bảng 3-1: Bảng quan hệ tỷ lệ của các mô hình

TT Tên tỷ lệ Biểu thức Với λl = 100

Xây d ự ng mô hình

Trong phần công trình, việc xây dựng đập tràn và cống dẫn dòng bằng bê tông cốt thép yêu cầu độ nhám bề mặt từ 0.016 đến 0.018 Theo tỷ lệ mô hình đã chọn, vật liệu làm mô hình cần đạt độ nhám là 0.0075.

(với mô hình tổng thể)

Do đó cho phép chọn kính hữu cơ có toạ độ nhám là: nkính ≈ 0.008 ÷ 0.0090 làm vật liệu để gia công chế tạo mô hình là đảm bảo

Địa hình lòng sông thực tế được hình thành từ lớp phủ cuội cát sỏi với độ nhám khoảng nn ≈ 0.023 ÷ 0.025 Do đó, vật liệu sử dụng để chế tạo địa hình lòng sông ở thượng và hạ lưu công trình cần đạt độ nhám tối thiểu là nm 15.2.

Do vậy trong mô hình cho phép sử dụng vữa xi măng cát trát và xoa nhẵn.

B ố trí thi ế t b ị đ o

Để thu thập các thông số thuỷ lực theo yêu cầu nội dung thí nghiệm trên các mô hình đã bố trí thiết bị như sau:

- Đo lưu lượng: Dùng đập lường thành mỏng, lỗ chữ nhật, xác định theo công thức Rebock:

Trong đó: b- Chiều rộng của đỉnh đập lường (m)

H* - Cột nước tác dụng trên đỉnh đập lường (m)

Đo lưu tốc sử dụng đầu đo điện tử PEMS, E40 được sản xuất tại Hà Lan, với dải đo từ 0,05 m/s đến 5,0 m/s và sai số chỉ 1% Thiết bị này được kết nối với máy tính để nhận tín hiệu và có chương trình tự động xử lý số liệu.

Mạch động lưu tốc được đo bằng đầu điện tử, với tín hiệu được máy vi tính nhận và xử lý thông qua bộ khuyếch đại cùng chương trình tự động.

Đo áp suất trung bình là quá trình sử dụng ống đo áp để xác định giá trị cột áp, từ đó tính toán áp suất thực tế theo công thức: P TT = P m λp.

Mạch động áp suất được đo bằng đầu đo áp suất điện tử, được sản xuất tại Hà Lan và Cộng hòa Liên bang Đức Số liệu thu được sẽ được nhập vào máy tính để ghi lại và vẽ biểu đồ mạch động áp suất một cách chính xác.

- Đo mực nước và sóng:

Mực nước hồ thượng lưu và hạ lưu được đo bằng thiết bị kìm đo cố định sản xuất từ Trung Quốc và Nga, có độ chính xác đến 0,1mm Để xác định đường mặt nước dọc công trình và dao động sóng, máy thuỷ chuẩn Ni04 và mia với số đọc đến 0,5mm được sử dụng.

Để đảm bảo độ ổn định của phép đo, thiết bị điện tử cần ghi số liệu trong khoảng thời gian từ 30 đến 60 giây, với tần suất nhận 10 tín hiệu mỗi giây.

Như vậy chuỗi số liệu của mỗi lần đo là 300 ÷ 600 lần

+ Mạch động lưu tốc (σv) được tính theo biểu thức: σv u n

+ Mạch động áp suất (σp) được tính theo: σp p n

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về lưu tốc tức thời (u') và lưu tốc trung bình theo thời gian (u), được đo bằng mét trên giây (m/s), cùng với áp suất tức thời (p') và áp suất trung bình theo thời gian (p), được biểu thị bằng milimét nước (mH2O) Ngoài ra, n đại diện cho số lần tín hiệu được đo đạc.

Các thiết bịđo đạc trên đã được kiểm định sai số không vượt quá 1%

+ Khi chế tạo và xây dựng mô hình thì dung thước thép với vạch khắc 0,5mm do TQ chế tạo và dùng thước kẹp để kiểm tra

Với chiều dài mô hình, các khoảng cách lớn từ 10m đến 20m được đo bằng thước thép do Trung Quốc sản xuất, nhằm xác định địa hình và sử dụng máy Ni04 để đo cao độ.

B ố trí m ặ t c ắ t đ o đạ c trên

Ngoài việc sử dụng kim đo cố định để đo mực nước thượng lưu và hạ lưu công trình, mực nước hồ cũng được đo tại vị trí 10Ho Hạ lưu còn được bố trí đo ở giữa kênh xả, cho phép thực hiện các phép đo mặt cắt ngang của dòng nước và vận tốc dòng chảy.

Hình 3.2: Mặt bằng tổng thể bố trí vị trí mặt cắt đo

THÍ NGHI Ệ M MÔ HÌNH

K ế t qu ả thí nghi ệ m ph ươ ng án tính toán thi ế t k ế

Phương án thiết kế đã được thử nghiệm với bể tiêu năng dài 80.0m và bề rộng đáy kênh xả nhà máy thủy điện B là 3m Sau khi hoàn tất gia công, chế tạo và lắp đặt mô hình, cơ quan tư vấn đã kiểm tra và xác nhận đạt yêu cầu Tiếp theo, cơ quan thí nghiệm đã mở nước thử nghiệm và tiến hành thí nghiệm chính thức.

Thí nghiệm thiết kế xả độc lập qua tràn xả lũ đã được thực hiện với 05 cấp lưu lượng khác nhau Trong đó, hai cấp lưu lượng lũ kiểm tra và lũ thiết kế tương ứng với Q(0.02%) và Q(0.1%) được thử nghiệm chảy tự do qua tràn Các cấp lưu lượng còn lại được điều chỉnh theo chế độ mở cửa van tương ứng với mực nước hồ ở cao trình ∇75.0m.

Bảng 3.2: Các cấp lưu lượng thí nghiệm

3.3.1.2 Thí nghiệm đường mặt nước: Để xác định đường mặt nước, đã bố trí đo dọc công trình Kết quả đo vẽ đường mặt nước ứng với 05 cấp lưu lượng xả lũ ghi trong các bảng 3-3 đến bảng 3-7 (Bảng phụ lục kèm theo)

Kết quả thí nghiệm cho thấy, trong hai trường hợp chảy tự do và chảy dưới cửa van, mặt nước ở thượng lưu tương đối phẳng lặng, với dòng chủ lưu đi vào giữa tràn.

Dòng chảy gần cửa vào tràn hạ thấp dần theo hình dạng nước đổ, với hiện tượng nước dềnh lên cao ở đầu các trụ pin Mặt nước tại giữa tim khoang tràn vồng cao, trong khi đường mặt nước ở sát trụ pin thì lõm xuống Các đầu trụ pin đều có hiện tượng co hẹp, trong đó hai trụ pin bên có kích thước co hẹp lớn hơn Dòng chảy trên các khoang tràn nhìn chung diễn ra một cách trơn thuận.

Hình 3-3: Mô hình tổng thể tràn khi chưa có tường biên bên phải

Hình 3-4: Mô hình tổng thể thủy lực tràn khi chưa có tường biên xuất hiện dòng vật phía bên phải tràn

Khi xả lũ qua cửa van, mặt nước hồ giữ được độ phẳng lặng, tuy nhiên, ở phía trước cửa van, hai bên khe phai trụ pin xuất hiện phễu xoáy tương ứng với lưu lượng xả lũ từ 9.340 đến 16.284 m³/s Đặc biệt, phễu xoáy ở hai trụ pin bên có kích thước lớn hơn và diễn ra liên tục.

Khi dòng chảy đổ xuống bể tiêu năng, nước nhảy hoàn chỉnh được hình thành trong cả hai trường hợp vận hành Sóng trong bể có kích thước tương đối lớn, phù hợp với các cấp lưu lượng xả khác nhau Dù ở bất kỳ cấp lưu lượng thí nghiệm nào, mực nước luôn thấp hơn cao trình ổ trục cửa van.

Chiều cao nước đo được là 67,23m Dọc theo hạ lưu, đường mặt nước không đồng đều và sóng dao động vẫn còn mạnh Số liệu từ bảng 3-3 đến bảng 3-7 đã chứng minh điều này.

3.3.1.3 Thí nghiệm xác định lưu tốc trung bình dòng chảy:

Với hai chế độ xả qua tràn là chảy tự do và chảy dưới cửa van ứng với

Mô hình được thiết kế với 05 cấp lưu lượng từ Q=5.000 đến 28.470 m³/s, trong đó đã bố trí hệ thống đo lưu tốc dòng chảy Sơ đồ bố trí đo lưu tốc được thực hiện theo sơ đồ đo đường mặt nước Kết quả đo lưu tốc được ghi lại chi tiết trong các bảng từ bảng 3-8 đến bảng 3-12.

Qua thí nghiệm cho thấy vận tốc đáy một số vị trí chủ yếu như sau : a Đầu bể tiêu năng :

- Lưu lượng xả Q = 5.000m 3 /s : Khoảng 15,15 ÷ 16,50 a Trong bể tiêu năng :

- Lưu lượng xả Q = 5.000m 3 /s : Khoảng 9,34 ÷ 9,58 c Cuối bể tiêu năng ::

Như vậy lưu tốc đáy tại bể tiêu năng lớn nhất đạt 19,09m/s

3.3.1.4 Xác định mạch động dòng chảy:

Kết quả xác định mạch động vận tốc dòng chảy cho các trưởng hợp xả lũ thệ hiện qua các bảng 3.13 đến bảng 3.17

Kết quả đo mạch động lưu tốc cho thấy mạch động đáy lớn nhất ở một số vị trí:

- Đầu bể tiêu năng khoảng 1,298 m/s

- Trong bể tiêu năng khoảng 0,99 m/s

- Cuối bể tiêu năng khoảng 0,39 m/s

3.3.1.5 Thí nghiệm tiêu năng: Ứng với 05 cấp lưu lượng thí nghiệm cho 2 trường hợp xả lũ qua tràn, sau khi dòng chảy qua tràn đổ xuống bể tiêu năng trong cả 2 trường hợp đều hình thành nước nhảy hoàn chỉnh Với hình thức tiêu năng đáy qua nước nhảy hoàn chỉnh trong bể, để xác định hiệu quả tiêu năng ta thiết lập phương trình năng lượng cho 2 mặt cắt; mặt cắt ở thượng lưu đập tràn 1-1 và mặt cắt 2-2 đầu lòng sông sau bể tiêu năng tại mặt cắt đo XII ta có:

Chọn mặt chuẩn so sánh O-O tại cao trình đáy bể tiêu năng ∇41,5m + Tại mặt cắt 1-1 Z1’ = Z1 – 41,50

Z1’, Z2’ : là thế năng ở mặt cắt 1-1 và 2-2

1 : là động năng tại mặt cắt 1-1 và 2-2

Kết quả đo đạc tính toán ứng với các chế độ thí nghiệm chủ yếu đạt được hiệu quả như trong bảng 3-18

Bảng 3-18: Xác định hiệu quả tiêu năng

Dữ liệu cho thấy khi xả lũ với lưu lượng thiết kế và kiểm tra xả tự do, năng lượng tiêu hao qua công trình và bể tiêu năng chỉ đạt khoảng 35,15% đến 36,01%, với khoảng 40% năng lượng dư còn lại gây ra sóng mạnh ở hạ lưu Ngược lại, khi xả lũ dưới chế độ chảy cửa van, năng lượng tiêu hao tăng lên từ 43,54% đến 62,97% Điều này cho thấy năng lượng dòng chảy qua bể tiêu năng vẫn chưa được tiêu hao hiệu quả Mô hình tổng thể cho thấy năng lượng dư lớn hơn do ảnh hưởng của dòng vật đổ vào hai bên bể tiêu năng, gây ra nhiễu động mạnh làm giảm hiệu quả tiêu năng.

3.3.1.6 Thí nghiệm nghiên cứu nối tiếp

Theo số liệu đo, mực nước ở đuôi đập tràn và đầu bể tiêu năng thấp hơn mực nước hạ lưu, dẫn đến hiện tượng nước nhảy trong bể không thuộc dạng nước nhảy ngập Dù ở tất cả các chế độ xả, nước nhảy vẫn tạo ra hiện tượng hoàn chỉnh trong bể tiêu năng.

Các yếu tố của nước nhảy tương ứng với 05 cấp lưu lượng xả lũ qua mô hình tổng thể tràn đã xác định độ sâu liên hiệp hc’ và hc” cùng với chiều dài nước nhảy được ghi trong bảng 3-19 Dữ liệu thu thập cho thấy rõ mối quan hệ giữa các yếu tố này.

- Chiều dài nước nhảy lớn nhất ứng với Q 284m 3 /s, với Ln = 67,00m

- Chiều dài nước nhảy ngắn nhất ứng với Q =5.000m 3 /s, với Ln = 42,08m

Bảng 3-19: Xác định các thông số tiêu năng

Lưu lượng xả Q Z hồ Z hl h c ' h c " Chiều dài nước nhảy Ln

Chiều dài nước nhảy lớn nhất được đo là Ln = 67,0m, tương ứng với lưu lượng xả lũ Q = 284m³/s, nhỏ hơn chiều dài bể thiết kế (LTK = 0m) Do đó, nước nhảy hoàn toàn nằm trong bể tiêu năng.

K ế t qu ả thí nghi ệ m ph ươ ng án s ử a đổ i

Phương án sửa đổi mô hình tổng thể được thực hiện sau khi tiến hành thí nghiệm thiết kế, nhằm xem xét và đánh giá các hiện tượng bất lợi về thủy lực, đồng thời tiến hành sửa đổi các hạng mục liên quan.

+ Chiều dài bể tiêu năng được rút ngắn từ Lm xuống còn Lu.0m, bề rộng đáy kênh thủy điện mở rộng B đ %0.0m

Thí nghiệm phương án sửa đổi xả độc lập qua tràn xả lũ được thực hiện với 05 cấp lưu lượng khác nhau Trong đó, 2 cấp lưu lượng lũ kiểm tra và lũ thiết kế tương ứng với Q (0.02%) và Q (0.1%) được thí nghiệm cho chảy tự do qua tràn Các cấp lưu lượng còn lại được vận hành theo chế độ khống chế độ mở cửa van, tương ứng với mực nước hồ ở cao trình ∇75,0m.

3.3.2.2 Thí nghiệm đường mặt nước Để xác định đường mặt nước, đã bố trí đo dọc công trình 15 mặt cắt ngang từ thượng lưu, trên tràn, bể tiêu năng đến hạ lưu Kết quả đo vẽ đường mặt nước ứng với 5 cấp lưu lượng xả lũ trong các bảng 3-21 đến bảng 3-25

(Bảng phụ lục kèm theo)

Kết quả thí nghiệm cho thấy, trong hai trường hợp chảy tự do và chảy dưới cửa van, mặt nước ở thượng lưu tương đối phẳng lặng, với dòng chủ lưu đi vào giữa tràn.

Dòng chảy gần cửa vào tràn hạ thấp dần theo dạng nước đổ, trong khi đầu các trụ pin có hiện tượng nước dềnh lên cao Ở giữa tim khoang tràn, mặt nước vồng cao lên, còn đường mặt nước thì lõm xuống sát trụ pin Tại các đầu trụ pin đều có hiện tượng co hẹp, trong đó hai trụ pin bên co hẹp đứng lớn hơn Dòng chảy trên các khoang tràn nhìn chung tương đối trơn thuận.

3.3.2.3 Thí nghiệm xác định lưu tốc trung bình dòng chảy

Với hai chế độ xả qua tràn là chảy tự do và chảy dưới cửa van ứng với

Mô hình được thiết lập với 05 cấp lưu lượng từ 5.000 đến 28.470 m³/s, trong đó đã bố trí hệ thống đo lưu tốc dòng chảy Sơ đồ đo được thực hiện theo cách thức đo đường mặt nước Kết quả đo lưu tốc được ghi chép chi tiết trong các bảng từ bảng 3-26 đến bảng 3-30.

Qua thí nghiệm cho thấy vận tốc đáy một số vị trí chủ yếu như sau : a Đầu bể tiêu năng :

- Lưu lượng xả Q = 5.000m 3 /s : Khoảng 15,15 ÷ 16,52 m/s a Trong bể tiêu năng :

- Lưu lượng xả Q = 5.000m 3 /s : Khoảng 9,36 ÷ 9,60 m/s c Cuối bể tiêu năng ::

Như vậy lưu tốc đáy tại bể tiêu năng lớn nhất đạt 18,97m/s

3.3.2.4 Xác định mạch động dòng chảy:

Kết quả xác định mạch động vận tốc dòng chảy cho các trưởng hợp xả lũ thệ hiện qua các bảng 3.31 đến bảng 3.35

Kết quả đo mạch động lưu tốc cho thấy mạch động đáy lớn nhất ở một số vị trí:

- Đầu bể tiêu năng khoảng 1,286 m/s

- Trong bể tiêu năng khoảng 0,95 m/s

- Cuối bể tiêu năng khoảng 0,39 m/s

Vì kết cấu bể giữ nguyên theo thiết kế, nên kết quả thí nghiệm tiêu năng tương tự như thí nghiệm theo phương án tính toán.

3.3.2.6 Thí nghiệm nghiên cứu nối tiếp

Nghiên cứu chế độ thủy lực nối tiếp dòng chảy trong công trình nước nhảy tại bể tiêu năng, kiểm tra chiều dài bể tiêu năng qua các chế độ xả lũ Thí nghiệm được thực hiện với ba cấp lưu lượng xả lũ, bao gồm hai chế độ xả: tự do qua tràn và chảy dưới cửa van Dòng chảy từ mặt tràn đến hạ lưu được nối tiếp thông qua nước nhảy hoàn chỉnh trong bể tiêu năng.

Theo số liệu đo lường, mực nước tại đuôi đập tràn và đầu bể tiêu năng thấp hơn mực nước hạ lưu, dẫn đến hiện tượng nước nhảy trong bể không phải là nước nhảy ngập Dù ở tất cả các chế độ xả, nước nhảy hoàn chỉnh vẫn được tạo ra trong bể tiêu năng.

Các yếu tố của nước nhảy tương ứng với ba cấp lưu lượng xả lũ qua mô hình tổng thể tràn đã xác định độ sâu liên hiệp hc’ và hc” cùng với chiều dài nước nhảy, được ghi lại trong bảng 3-36 Dữ liệu thu thập cho thấy mối liên hệ giữa các yếu tố này.

- Chiều dài nước nhảy lớn nhất ứng với Q 284m 3 /s, với Ln = 66.0m

- Chiều dài nước nhảy ngắn nhất ứng với Q =5.000m 3 /s, với L n = 42,0m

Bảng 3-36: Xác định các thông số tiêu năng

Lưu lượng xả Q Z hồ Z hl h c ' h c " Chiều dài nước nhảy L n

Chiều dài nước nhảy lớn nhất được đo là Ln = 66,0m, tương ứng với lưu lượng xả lũ Q = 284m³/s, nhỏ hơn chiều dài bể thiết kế L TK = 80,0m khoảng 14,0m Điều này cho thấy nước nhảy hoàn toàn nằm trong bể tiêu năng.

3.3.3 Kết quả thí nghiệm đặt tường biên bên phải ở bê tiêu năng

Theo bố trí ban đầu, tràm xả lũ chỉ có một tường biên bên trái Kết quả thí nghiệm cho thấy cả hai bên bể tiêu năng đều có dòng vật mạnh, đặc biệt là bên phải, gây nhiễu động và phá vỡ cơ chế tiêu năng, đe dọa sự ổn định của tường chắn bê tông bên phải Để khắc phục tình trạng này, sẽ tiến hành thí nghiệm làm tường chắn phía bên phải bể tiêu năng với chiều dài LE.0m và chiều cao h".0m từ đáy hố xói, với đỉnh tường ở cao trình ∇63.5m, nhằm triệt tiêu dòng vật.

Kết quả thí nghiệm cụ thể như sau:

- Lưu lượng thí nghiệm ứng với Q(P=0.02%); Q(P=0.1%) và Q(tiêu năng) + Đối với lưu lượng lũ kiểm tra Q (P=0.02%), thực hiện 2 nội dung sau:

• Thí nghiệm quan sát tình hình thủy lực

• Đo mực nước tại mặt cắt ngang tràn

+ Đối với 2 cấp lưu lượng Q (P=0.1%); và Q(tiêu năng) thực hiện 2 nội dung sau:

• Đo đường mặt nước trên các mặt cắt ngang

• Đo lưu tốc trung bình dòng chảy

Hình 3-5: Mô hình tổng thể thủy lực với trường hợp tường biên bên phải

Hình 3-6: Chếđộ thủy lực nối tiếp thượng hạ lưu tràn với trường hợp tường biên bên phải

3.3.3.2 Thí nghiệm đường mặt nước

Với 3 cấp lưu lượng xả như trên, thí nghiệm bố trí 6 mặt cắt ngang từ cuối tràn đến vị trí cách tim đập tràn 420m, trên mỗi mặt cắt đo từ 5 đến 7 thủy trực Số liệu đo được thể hiện trong bảng 3.38 ứng với 2 cấp lưu lượng Q.284m 3 /s và Q".734m 3 /s Từ số liệu đo đường mặt nước sau khi có tường chắn và bóc bỏ lớp phủ cho thấy:

Dòng chảy trên các khoang tràn được chia thành hai chế độ: chảy tự do và chảy dưới cửa van, đều diễn ra một cách trơn thuận Mặc dù đường mặt nước từ cuối tràn đến hạ lưu không có nhiều thay đổi, nhưng mực nước tại cuối tràn và hạ lưu đã được phân bố đều hơn, tạo ra dòng chảy êm thuận Trong sân tiêu năng, mực nước cũng phân bố tương đối đồng đều, và dòng chảy sau chân đập hình thành nước nhảy hoàn chỉnh, nằm hoàn toàn trong sân tiêu năng.

3.3.3.3 Thí nghiệm xác định lưu tốc trung bình dòng chảy Để đánh giá lưu tốc trung bình dòng chảy khi có tường chắn và bóc bỏ lớp phủ lòng sông, thí nghiệm đã bố trí các mặt cắt đo vận tốc trùng với mặt cắt đo đường mặt nước, trên mỗi mặt cắt đo 5 thủy trực Với 3 cấp lưu lượng xả qua tràn với 2 chế độ (chảy tự do và chảy dưới cửa van), kết quả đo lưu tốc được ghi trong bảng 3.39 Từ kết quả đo lưu tốc rút ra các giá trị tại các vị trí sau ứng với lưu lượng xả Q.284m 3 /s và Q".734m 3 /s :

Tại cuối tràn đầu bể tiêu năng lưu tốc đáy đạt v = 15.29m/s ÷ 16.81m/s;

So sánh, đ ánh giá k ế t qu ả tính toán và k ế t qu ả thí nghi ệ m ph ươ ng án

Trong khuôn khổ luận văn do thời gian có hạn với nhiệm vụ của đề tài

Nghiên cứu chế độ thuỷ lực của bể tiêu năng cho tràn xả lũ hạ Sê San 2 chủ yếu so sánh các yếu tố thủy lực tại vị trí đầu và cuối bể tiêu năng Bài viết đánh giá kết quả giữa tính toán lý thuyết và kết quả thí nghiệm ứng với năm cấp lưu lượng: Q = 0.470 m³/s, Q = 0.734 m³/s, Q = 2.284 m³/s, Q = 9.340 m³/s và Q = 5.000 m³/s.

3.3.4.1 So sánh chế độ nối tiếp dòng chảy trong bể tiêu năng:

Các yếu tố thủy lực của nước nhảy trong bể tiêu năng đã được so sánh giữa kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thí nghiệm của phương án thiết kế Kết quả so sánh này được trình bày chi tiết trong bảng 3.40.

Bảng 3.40: Kết quả so sánh các yếu tố nước nhảy

Kết quả tính toán lý thuyết (m) Sai số (%)

5 5.000 2,55 9,05 1,28 8,75 38,04 3,31 3.3.4.2 So sánh phân bố lưu tốc trong bể tiêu năng:

So sánh phân bố lưu tốc giữa kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thí nghiệm được thực hiện tại vị trí đầu bể tiêu năng, với các dữ liệu được trình bày trong bảng 3.41.

Bảng 3.41: Kết quả so sánh phân bố lưu tốc tại bể tiêu năng

Ví trí mặt cắt đo Điểm đo 3 4 5 6 TB

Kết quả tính toán lý thuyết

3.3.5 So sánh, đánh giá kết quả tính toán và kết quả thí nghiệm phương án sửa đổi:

Trong khuôn khổ luận văn do thời gian có hạn với nhiệm vụ của đề tài

Nghiên cứu về chế độ thủy lực trong việc chọn bể tiêu năng cho tràn xả lũ hạ Sê San 2 tập trung vào việc so sánh các yếu tố thủy lực tại vị trí đầu và cuối bể tiêu năng Bài viết đánh giá kết quả giữa tính toán lý thuyết và kết quả thí nghiệm tương ứng với ba cấp lưu lượng khác nhau: Q1 = 470 m³/s, Q2 = 734 m³/s, và Q3 = 284 m³/s.

3.3.5.1 So sánh chế độ nối tiếp dòng chảy trong bể tiêu năng:

Các yếu tố thủy lực nước nhảy trong bể tiêu năng đã được so sánh giữa kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thí nghiệm của phương án sửa đổi, với các kết quả được trình bày rõ ràng trong bảng 3.42.

Bảng 3.42: Kết quả so sánh các yếu tố nước nhảy

Kết quả tính toán lý thuyết (m) Sai số (%)

(m3/s) hc hc ’’ hc hc ’’ hc hc ’’

5 5.000 2,50 9,00 1,28 8,75 48,88 2,77 3.3.5.2 So sánh phân bố lưu tốc trong bể tiêu năng:

Kết quả so sánh phân bố lưu tốc giữa tính toán lý thuyết và thí nghiệm tại vị trí đầu bể tiêu năng được trình bày trong bảng 3.43.

Bảng 3.43: Kết quả so sánh phân bố lưu tốc tại bể tiêu năng

Ví trí mặt cắt đo Điểm đo

Kết quả tính toán lý thuyết

3.3.6 So sánh, đánh giá kết quả thí nghiệm phương án sửa đổi và kết quả thí nghiệm phương án đặt tường biên bên phải bể tiêu năng:

Bảng3.44: Giá trị lưu tốc đáy ứng với lưu lượng Q.284m 3 /s

(trước và sau khi có tường chắn và bóc bỏ tầng phủ)

Vị trí mặt cắt đo PA chưa có tường chắn và bóc bỏ lớp phủ (m/s)

PA có tường chắn và bóc bỏ lớp phủ (m/s)

Cuối sân TN 6.21 4.92 Đầu lòng sông hạ lưu 4.12 3.78

Bảng 3.45: Giá trị lưu tốc đáy ứng với lưu lượng Q".734m 3 /s

(trước và sau khi có tường chắn và búc bỏ tầng phủ)

Vị trí mặt cắt đo PA chưa có tường chắn và bóc bỏ lớp phủ (m/s)

PA có tường chắn và bóc bỏ lớp phủ (m/s)

Cuối sân tiêu năng 12.01 8.55 Đầu lòng sông hạ lưu 7.12 6.47

Thí nghiệm mô hình thủy lực giúp kiểm chứng kết quả tính toán thủy lực giữa kết quả tính toán lý thuyết và thí nghiệm

So sánh kết quả thí nghiệm mô hình với kết quả tính toán thực tế giúp phát hiện sự khác biệt, từ đó điều chỉnh các phương án và lựa chọn biện pháp hợp lý cho kết cấu tiêu năng hạ lưu công trình và các điều kiện cần thiết khác.

Qua thí nghiệm mô hình, phương án thiết kế bể tiêu năng dài 80.0m và phương án sửa đổi bể tiêu năng dài 75.0m đã được kiểm tra cho trường hợp xả lũ độc lập qua tràn vận hành Kết quả cho thấy sự khác biệt trong hiệu quả hoạt động của hai phương án này.

Khả năng tháo, áp suất dòng chảy và diễn biến thủy lực ở thượng lưu cùng với thân tràn hầu như không thay đổi do thượng lưu và công trình đầu mối ổn định Vận tốc và mực nước trong bể tiêu năng có sự thay đổi nhẹ, với vận tốc dao động từ 0.05 đến 0.30 m/s và mực nước từ 0.02 đến 0.20 m Đặc biệt, chiều dài nước nhảy trong phương án sửa đổi ngắn hơn khoảng 1.0m so với phương án thiết kế (PATK Lg.0m; PASĐ Lf.0m).

Giá trị lưu tốc đáy trong thí nghiệm phương án sửa đổi cho thấy cấp lưu lượng tiêu năng Q1% đạt 284m3/s, với vận tốc giữa bể khoảng 11.09m/s tại cuối đoạn dài 45.0m Điều này cho phép rút ngắn bể tiêu năng từ 80.0m xuống 75.0m và gia cố bê tông đoạn đầu dài 45.0m Theo tài liệu [13], đoạn sau của bể không cần gia cố vì nền là đá Enđêzit, với chiều sâu mực nước trung bình lớn hơn 3m và vận tốc cho phép Vcp = 25 m/s.

Cả hai phương án đều cho thấy tình hình thủy lực trong bể rất phức tạp do sự xuất hiện của dòng quẩn Có dòng chảy đổ xuống ở hai bên và dòng quẩn dọc theo hai bờ bể, điều này khiến cho việc tính toán lý thuyết gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là trong việc xác định dòng quẩn.

Phương án thí nghiệm với tường biên bên phải và việc bóc lớp phủ đã chỉ ra rằng giá trị lưu tốc trung bình giảm rõ rệt sau khi thực hiện Nguyên nhân chính là do việc bóc bỏ lớp phủ đã mở rộng diện tích mặt cắt ướt ở hạ lưu, dẫn đến giảm lưu tốc khi mặt cắt ướt tăng lên Thêm vào đó, khi dòng chảy tiêu năng bằng nước nhảy hoàn chỉnh, không còn dòng xiên và vật ngang gây nhiễu động mạnh, mực nước được phân bố đều hơn và không bị ảnh hưởng bởi khuếch tán ngang Điều này cải thiện cơ chế tiêu năng và làm cho diện tích mặt cắt ướt đồng đều hơn, từ đó lưu tốc cũng được phân bố đều và giảm xuống.

Đ ánh giá k ế t qu ả nghiên c ứ u

Luận văn tổng hợp kiến thức về tính toán thủy lực cho công trình nối tiếp tiêu năng bằng dòng đáy, tập trung vào việc phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy ở hạ lưu Bên cạnh đó, bài viết cũng thu thập các phương pháp tính toán hiện đang được áp dụng trong giảng dạy và sản xuất.

Luận văn cũng thu thập được một số công trình có nối tiếp tiêu năng dòng đáy ở trong nước và nước ngoài để rút ra bài học kinh nghiệm

Tính toán lý thuyết kết hợp với thí nghiệm trên mô hình nhằm đề xuất phương án tối ưu cho kết cấu nối tiếp và tiêu năng đáy của tràn xả lũ Hạ.

Trong nghiên cứu về Sê San 2, các thí nghiệm mô hình đã được thực hiện với hai phương án thiết kế bể tiêu năng, bao gồm bể dài 80.0m và bể dài 75.0m Kết quả cho thấy hiệu quả của cả hai phương án trong việc xử lý xả lũ độc lập qua tràn vận hành.

Dòng chảy qua tràn khi xả cho chảy tự do tạo ra nước nhảy hoàn chỉnh, với năng lượng tiêu hao qua nước nhảy đạt từ 35,15% đến 62,97% tổng năng lượng của dòng chảy Chiều dài nước nhảy lớn nhất Lnước nhảy đạt 0m tương ứng với lưu lượng Q là 284m³/s Trong trường hợp bể có chiều dài Lbể là 75,0m, nước nhảy vẫn được giữ trọn trong bể tiêu năng theo phương án sửa đổi.

Khả năng tháo nước, áp suất dòng chảy và diễn biến thủy lực ở thượng lưu cùng với thân tràn không có sự thay đổi đáng kể, do thượng lưu và công trình đầu mối vẫn giữ nguyên Tuy nhiên, vận tốc và mực nước trong bể tiêu năng có sự biến đổi nhẹ, với vận tốc dao động từ 0.05 đến 0.30 m/s và mực nước từ 0.02 đến 0.20 m Đặc biệt, chiều dài nước nhảy trong phương án sửa đổi ngắn hơn khoảng 1.0 m so với phương án thiết kế ban đầu.

Giá trị lưu tốc đáy được xác định với cấp lưu lượng tiêu năng Qp=1%.284m3/s cho thấy vận tốc giữa bể (cuối đoạn bể dài 45,0m) khoảng 11.09m/s Do đó, cần gia cố bê tông cho đoạn đầu bể dài 45,0m Đoạn sau bể có nền đá là loại đá cứng.

Enđêzit ứng với chiều sâu mực nước trung bình lớn hơn 3m có vận tốc cho phép Vcp = 25 m/s (theo tài liệu 13) nền không cần gia cố bê tông

Theo phương án thí nghiệm sửa đổi, đoạn sau bể tiêu năng đầu lòng sông hạ lưu sẽ gặp hiện tượng xói cục bộ trong quá trình vận hành tràn xả lũ khi lưu lượng đạt hoặc vượt mức Q ≥ Q10%.

T ồ n t ạ i và h ạ n ch ế

Do hạn chế về thời gian, nghiên cứu trong luận văn này không bao gồm các yếu tố ảnh hưởng khác như hiện tượng sóng, hàm khí, mạch động, khí thực, cùng với các yếu tố thủy lực khác ở thượng lưu công trình.

Trong khuôn khổ luận văn mới chỉ nghiên cứu đoạn công trình nối tiếp bằng dòng chảy đáy ở một công trình cụ thể

Giải quyết vấn đề nối tiếp và tiêu năng cho công trình xả lũ là một thách thức phức tạp, đòi hỏi nghiên cứu và áp dụng hiệu quả các phương pháp xử lý dòng xiết, kết cấu tiêu năng, và phòng chống xói lở hạ lưu Tùy thuộc vào đặc điểm của công trình cũng như điều kiện địa hình và địa chất, yêu cầu về địa chất sẽ khác nhau Do đó, việc phòng chống xói lở trở nên phức tạp hơn và cần phải lựa chọn giải pháp công trình hợp lý.

Trong bối cảnh hiện tại, ngành xây dựng thủy lợi tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ với nhiều công trình thủy lợi và thủy điện lớn được xây dựng Những công trình này thường có chênh lệch mực nước giữa thượng và hạ lưu lớn, tỷ lưu cao và dòng chảy mạnh, do đó, việc đảm bảo an toàn cho các công trình và khu vực hạ lưu là vô cùng quan trọng Do đó, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu về tình hình thủy lực ở hạ lưu cho các loại công trình này.

4 Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp

Do thời gian nghiên cứu có hạn, đề tài chỉ tập trung vào việc xả độc lập qua tràn (xả tự do) Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu về xả có cửa van điều tiết qua đập tràn để làm rõ hơn những vấn đề mà xả độc lập chưa thể hiện rõ.

Trong điều kiện cho phép, có thể tiến hành nghiên cứu sâu hơn về các vấn đề tồn tại trong quá trình nghiên cứu, như mạch động, hàm khí, và khí thực Việc này sẽ dựa trên công thức thực nghiệm đã tìm được, đồng thời kiểm nghiệm lại qua số liệu thí nghiệm của các công trình khác có điều kiện tương tự, nhằm đánh giá độ tin cậy của các công thức này.

Nghiên cứu kỹ lưỡng các trường hợp mà công trình hoạt động trên các loại đất nền khác nhau là cần thiết để xác định giải pháp công trình tối ưu nhất.

1 Nguyễn Chiến (1997), Tính toán thủy lực các kết cấu để diều khiển dòng xiết trong công trình xả nước, Trường Đại học Thủy lợi

2 Nguyễn Chiến (2003), Tính toán khí thực các công trình thủy lợi, NXB Xây dựng, Hà Nội

3 Công ty cổ phần Tư vấn xây dựng điện 1 (PECC1), Báo cáo chính về công trình thuỷđiện Hạ Sê San 2

4 Lưu Công Đào, Nguyễn Tài, Sổ tay tính toán thủy lưc, dịch từ tiếng Nga, NXB Nông Nghiệp, năm 1984

5 Nguyễn Văn Mạo (2001), Tính toán thủy lực công trình tháo nước (Bài giảng cao học và NCS), Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội

6 Phạm Ngọc Quý (1996), Thực nghiệm mô hình thủy lực công trình thủy lợi (Bài giảng cao học), Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội

7 Phạm Ngọc Quý (2003), Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tháo

8 Trần Quốc Thưởng (2005), Thí nghiệm mô hình thuỷ lực công trình,

Nxb Xây dựng, Hà Nội

9 Trần Quốc Thưởng, Vũ Thanh Te (2007), Đập tràn thực dụng, Nxb

10 Trường Đại học Thủy lợi (2006), Giáo trình thủy lực tập I, II, NXB

11 Trường Đại học Thủy lợi (2005), Các bảng tính thủy lực, NXB Xây dựng, Hà Nội

12 Trường Đại học Thủy lợi (2004), Thi công các công trình thủy lợi tập 1,2, NXB Xây dựng, Hà Nội

13 Viện Khoa học Thủy Lợi, Báo cáo kết quả thí nghiệm thủy lợi đập tràn xả lũ Hạ Sê San 2, Hà Nội

14 Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators, Colorado

15 The US Army corps of Engineers (1990), Hydraulic Design of Spillways

16 Ven te Chow, Ph.D, Open-channel Hydraulics, New York, London

Hình a: Chếđộ thủy lực hạ lưu tràn xả lũ Q(.470m 3 /s

Hình b: Chếđộ thủy lực hạ lưu tràn xả lũ Q.284m 3 /

Hình c: Chếđộ thủy lực hạ lưu tràn xả lũ Q=9.340m 3 /s

Hình d: Chếđộ thủy lực hạ lưu tràn xả lũ Q=5.000m 3 /s §iÓm 1 §iÓm 2 §iÓm 3 §iÓm 4 §iÓm 5 §iÓm 6 §iÓm 7 §iÓm 8 §iÓm 9 §iÓm 10 §iÓm 11 §iÓm 12 §iÓm 13 §iÓm 14 §iÓm 15

1 76.81 76.80 76.79 76.79 76.82 Lòng hồ Cách tim đập dâng 300m, về phía thượng lưu.

2 76.80 76.79 76.79 76.79 76.79 Lòng h ồ Cách tim đậ p dâng 150m, v ề phía th ượ ng l ư u.

3 76.83 76.80 76.77 76.55 76.30 76.45 76.79 76.80 76.81 Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu.

4 76.84 76.82 75.60 75.70 75.50 75.65 75.85 75.56 76.80 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

6 64.82 65.79 66.00 65.80 65.65 65.75 65.30 Trên m ặ t cong tràn Cách tim đậ p dâng 11,35m.

8 65.17 64.81 55.23 56.54 54.77 55.30 64.74 Cuối tràn, đầu bể tiêu năng Cách tim đập dâng 31,85m.

11 64.08 64.13 64.41 64.14 64.26 63.85 64.20 63.94 Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng 121,85m

14 63.52 63.77 64.24 64.48 64.38 63.70 63.97 64.26 Hạ lưu Cách tim đập dâng 420,00m

Ghi chú: Thủy trực 1 nằm ở phía bờ phải, trong khi Thủy trực 15 ở phía bờ trái khi nhìn theo chiều dòng chảy.

1 74.61 75.59 74.57 74.62 74.60 Lòng hồ Cách tim đập dâng 300m, về phía thượng lưu.

2 74.56 74.60 74.57 74.57 74.61 Lòng h ồ Cách tim đậ p dâng 150m, v ề phía th ượ ng l ư u.

3 74.58 74.55 74.38 74.24 74.21 74.15 74.16 74.22 74.19 74.16 74.17 74.21 74.26 74.24 74.62 Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu.

4 75.00 74.82 73.28 73.49 73.41 73.49 73.49 73.49 73.49 73.42 73.48 73.40 73.23 72.80 74.58 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

6 63.68 63.57 64.12 63.95 63.98 64.00 63.79 63.85 63.91 63.76 63.12 62.94 Trên m ặ t cong tràn Cách tim đậ p dâng 11,35m.

Ghi chú: Thủy trực 1 nằm bên bờ phải, trong khi Thủy trực 15 nằm bên bờ trái khi nhìn theo chiều dòng chảy Các điểm từ 1 đến 15 được đánh số thứ tự, bao gồm các điểm quan trọng trong khu vực nghiên cứu.

1 75.04 75.05 75.03 Lòng hồ Cách tim đập dâng 300m, về phía thượng lưu.

2 75.03 75.00 75.01 Lòng h ồ Cách tim đậ p dâng 150m, v ề phía th ượ ng l ư u.

3 75.01 75.00 74.71 74.64 74.70 74.80 74.85 74.92 Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu.

4 74.89 74.92 74.08 74.22 74.25 74.84 74.78 74.85 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

Ghi chú: Thủy trực 1 bên phía bờ phải; Thủy trực 15 bên phía bờ trái nhìn theo chiều dòng chảy

Ghi chó §iÓm 1 §iÓm 2 §iÓm 3 §iÓm 4 §iÓm 5 §iÓm 6 §iÓm 7 §iÓm 8 §iÓm 9 §iÓm 10 §iÓm 11 §iÓm 12 §iÓm 13 §iÓm 14 §iÓm 15

2 75.00 75.02 75.01 Lòng h ồ Cách tim đậ p dâng 150m, v ề phía th ượ ng l ư u.

4 75.06 75.00 74.99 75.02 75.00 75.05 75.07 75.09 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

11 55.51 53.85 56.46 56.16 Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng 121,85m

14 56.15 56.15 56.29 56.30 Hạ lưu Cách tim đập dâng 420,00m

15 56.06 56.12 56.07 56.01 Hạ lưu Cách tim đập dâng 570,00m

Lòng h ồ Cách tim đậ p dâng 30m, v ề phía th ượ ng l ư u. ph ầ n th ượ ng l ư u và công trình V(m/s)

1 Lòng hồ Cách tim đập dâng 300m, về phía thượng lưu.

6 Trên mặt cong tràn Cách tim đập dâng

C ử a vào đầ u tr ụ pin Cách tim đậ p dâng 7,20m.

Lòng hồ Cách tim đập dâng 150m, về phía thượng lưu.

Ghi chú: Thủy trực 1 bên phía bờ ph?i; Thủy trực 15 bên phía bờ trái nhìn theo chiều dòng chảy

Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng 121,85m

12 Hạ lưu Cách tim đập dâng 175,00m

3 Lòng h ồ Cách tim đậ p dâng 30m, v ề phía th ượ ng l ư u.

4 C ử a vào đầ u tr ụ pin Cách tim đậ p dâng 7,20m. ph ầ n th ượ ng l ư u và công trình V(m/s)

11 Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng

4 C ử a vào đầ u tr ụ pin Cách tim đậ p dâng 7,20m.

Mặt cắt §iÓm ®o phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

2 Lòng h ồ Cách tim đậ p dâng 150m, v ề phía th ượ ng l ư u. Đỉ nh tràn

6 Trên m ặ t cong tràn Cách tim đậ p dâng

Hạ lưu Cách tim đập dâng 420,00m

Ghi chú : Thủy trực 1 bên phía bờ phải; Thủy trực 15 bên phía bờ trái nhìn theo chiều dòng chảy

Ghi chó phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

Ghi chú: Thủy trực 1 nằm ở phía bờ phải, trong khi Thủy trực 15 ở phía bờ trái khi nhìn theo chiều dòng chảy Các điểm được đánh số từ 1 đến 15, bao gồm các điểm quan trọng như điểm 1, điểm 2, điểm 3, điểm 4, điểm 5, điểm 6, điểm 7, điểm 8, điểm 9, điểm 10, điểm 11, điểm 12, điểm 13, điểm 14 và điểm 15.

1 76.81 76.80 76.79 76.79 76.82 Lòng hồ Cách tim đập dâng

3 76.83 76.80 76.77 76.55 76.30 76.45 76.79 76.80 76.81 Lòng hồ Cách tim đập dâng

12 64.54 64.38 64.11 64.32 64.44 64.50 63.87 64.18 Hạ lưu Cách tim đập dâng

Ghi chú về thủy trực cho thấy rằng Thủy trực 1 nằm ở phía bờ phải, trong khi Thủy trực 15 nằm ở phía bờ trái khi nhìn theo chiều dòng chảy Các điểm từ 1 đến 15 được liệt kê để cung cấp thông tin chi tiết về vị trí và sự phân bố của các thủy trực trong khu vực này.

3 74.58 74.55 74.38 74.24 74.21 74.15 74.16 74.22 74.19 74.16 74.17 74.21 74.26 74.24 74.62 Lòng hồ Cách tim đập dâng

4 75.00 74.82 73.28 73.49 73.41 73.49 73.49 73.49 73.49 73.42 73.48 73.40 73.23 72.80 74.58 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim ®Ëp d©ng 7,20m.

1 75.04 75.05 75.03 Lòng hồ Cách tim đập dâng

3 75.01 75.00 74.71 74.64 74.70 74.80 74.85 74.92 Lòng hồ Cách tim đập dâng

12 55.92 56.03 56.11 56.25 Hạ lưu Cách tim đập dâng

Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu. phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng 7,20m.

Lòng hồ Cách tim đập dâng 150m, về phía thượng lưu.

Ghi chú : Thủy trực 1 bên phía bờ ph ả i; Thủy trực 15 bên phía bờ trái nhìn theo chiều dòng chảy

Cuối bể tiêu năng Cách tim đập dâng 111,85m

4 Cửa vào đầu trụ pin Cách tim đập dâng

7,20m. phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

Mặt cắt §iÓm ®o phần th − ợng l − u và công trình V(m/s)

2 Lòng hồ Cách tim đập dâng 150m, về phía thượng lưu. Đỉnh tràn

Tiêu đề	Nghiên Cứu Chế Độ Thủy Lực Chọn Bể Tiêu Năng Cho Tràn Xả Lũ Hạ Sê San 2
Tác giả	Hoàng Quốc Đạt
Người hướng dẫn	PGS. TS. Trần Quốc Thưởng
Trường học	Đại học Thủy lợi
Chuyên ngành	Công trình thuỷ lợi
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2013
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	119
Dung lượng	1,43 MB