(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[.]

TỔNG QUAN VỀ TRÀN XẢ LŨ

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG TRÀN XẢ LŨ Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

Trong hệ thống công trình thuỷ lợi, bộ phận tháo giữ vai trò quan trọng, giúp điều tiết nước lũ khi hồ đạt mực nước tối đa Nó có khả năng tháo nước hoàn toàn hoặc một phần hồ chứa, phục vụ cho việc sửa chữa, nạo vét và cung cấp nước cho hạ lưu công trình.

Các công trình tháo nước tại Việt Nam rất đa dạng về thể loại và kết cấu Từ năm 2002, nhiều dự án thiết kế và xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện đã được triển khai, trong đó có nhiều công trình lớn như hồ chứa và công trình xả lũ 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

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 nhiều công trình như Hạ, An Khê-Ka Năc, Đồng Nai 3, và Sông Tranh 2 Các hồ chứa này có 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 Chúng ta đã áp dụng thành công các công nghệ thiết kế và thi công tiên tiến, bao gồm đập đá đổ bản mặt bê tông (CFRD), đập bê tông đầm lăn (RCC), và đập bê tông truyền thống (CVC) Một số đập đã được đưa vào vận hành an toàn, như đập hồ chứa nước thuỷ lợi-thuỷ điện Quảng Trị và thuỷ điện Tuyên Quang, cùng với các đập CVC như Sê San 3 và Sê San 3A, cũng như đập RCC Plêikrông Trước đó, một số đập lớn như Hoà Bình, Thác Bà, và Trị An 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 loại công trình 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 ở 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, thường áp dụng cho các công trình vừa và nhỏ Kiểu thiết kế có thể là bể hoặc tường kết hợp với bể Biện pháp này thích hợp khi mực nước hạ lưu tương đối lớn và địa chất nền công trình chủ yếu là đá yếu.

A Lưới là một giải pháp hiệu quả để 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 công trình quy mô lớn.

Tiêu năng mặt là dòng chảy ở trạng thái chảy mặt, chỉ đạt 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 trong chế độ chảy mặt thường phân tán trên một chiều dài lớn hơn so với chế độ chảy đáy Chế độ chảy mặt có thể được áp dụng cho nền đá mà không cần gia cố hạ lưu, giúp giảm chiều dài gia cố khi mực nước hạ lưu cao và ít thay đổi.

TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TIÊU NĂNG

1.2.1 Khái quát chung Đặc điểm nổi bật của công trình tháo nước là khi dòng chảy đổ từ thượng lưu qua công trình về hạ lưu, nguồn năng lượng của dòng chảy khá lớn sẽ tạo ra chế độ thuỷ lực nối tiếp phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định của công trình Đặc tính thuỷ lực cơ bản của dòng chảy qua công trình tháo là êm ở thượng lưu (Fr < 1); chảy xiết trên đoạn chuyển tiếp (Fr > 1) và dần trở lại trạng thái tự nhiên sau khi chảy vào sông thiên nhiên Động năng thừa của dòng chảy đổ từ thượng lưu qua công trình xuống hạ lưu là rất lớn nên cần thiết phải giải quyết tiêu năng trước khi dòng chảy nối tiếp về hạ lưu Nguyên tắc của các giải pháp nối tiếp tiêu năng là phải tìm được biện pháp tiêu hao được năng lượng thừa của dòng chảy tới mức tối đa, điều chỉnh lại sự phân bộ vận tốc, làm giảm mạch động để cho dòng chảy trở về trạng thái tự nhiên của nó trên một đoạn ngắn nhất, giảm khối lượng gia cố nhưng vẫn bảo vệ được cho công trình đầu mối, cho hai bờ, lòng dẫn hạ lưu và phải đảm bảo sự ổn định trong những điều kiện thuỷ lực tương ứng với các cấp 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 thuỷ lực, chọn kết cấu và xác định các thông số của giải pháp tiêu năng dựa trên tính toán và mô hình thuỷ lực Việc giải quyết nhiệm vụ này rất phức tạp do ảnh hưởng của chế độ dòng chảy từ thượng lưu đến hạ lưu, bao gồm các vấn đề như dòng xiết, hàm khí, và mạch động áp suất Đặc điểm của các chế độ nối tiếp và sự tương tác giữa dòng chảy với công trình và lòng dẫn cũng cần được xem xét Thêm vào đó, hình thức và kết cấu của công trình phụ thuộc vào các yếu tố như điều kiện địa hình, địa chất, độ chênh mực nước, và sự phân bố lưu lượng đơn vị qua công trình.

1.2.2 Một số kết quả nghiên cứu ở nước ngoài

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

Các vấn đề liên quan đến dòng chảy đáy ở hạ lưu đã được nghiên cứu qua nhiều năm, bắt đầu từ Bidone vào năm 1880, tiếp theo là Belanger vào năm 1928, và gần đây nhất là N Ragiaratman, người đã phát triển 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 đã xác định được dạng nối tiếp 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, đồng thời tính toán độ sâu liên hiệp của nó.

- 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 nghiên cứu về hiện tượng nước nhảy không gian, nhiều nhà khoa học như Picalôp và Abơranôp đã phát triển sơ đồ nước nhảy hoàn chỉnh với cấu trúc đối xứng Các nhà nghiên cứu khác như Linhxepxki và Guncô cũng có những đóng góp quan trọng trong lĩnh vực này.

Nghiên cứu của 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 tác giả như Q.F Vaxiliep và M.F.Clatnhep cũng đã thực hiện các nghiên cứu liên quan đến dòng xiết và dòng êm ở hạ lưu công trình trong điều kiện biên mở.

Khi nhảy ngập trong 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:

Nghiên cứu của A.A Xabanhep tập trung vào việc áp dụng quy luật thuỷ tĩnh để phát triển các hệ thức tính toán thuỷ lực cho các bậc Quan điểm này nhấn mạnh tầm quan trọng của áp suất trong việc hiểu và tính toán các hiện tượng thuỷ lực ở những 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

Các vấn đề nối tiếp chảy mặt dạng dòng phun tự do ở hạ lưu công trình liên quan đến việc tính toán chiều sâu hố xói, dựa trên nghiên cứu của T.E Mirtxkhulava cho nền đất không dính và T.Kh Akhơ-me-đốp cho nền đá rắn Ngoài ra, nghiên cứu của B.M.Sicvascvili cũng đề cập đến sự hợp nhau của hai dòng phun tự do trong quá trình này.

* 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 kể đến các tác giả như:

Tiêu năng trong bể và các ảnh hưởng của mực nước hạ lưu, ngưỡng cùng bể tiêu năng đầu hố xói đã được nghiên cứu bởi các tác giả như Tréc tou xốp, Smetana, Bá Kirova, Ughin trut và P Novak Những nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự tương tác giữa các yếu tố này trong quản lý và thiết kế bể tiêu năng.

- 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 Ông khái quát trường lưu tốc bằng ba miền tương hỗ, giúp hiểu rõ hơn về cơ chế xói.

- 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…

1.2.3 Một số kết quả nghiên cứu ở Việt Nam Ở Viêt Nam, trong mấy thập kỷ gần đây, vấn đề nghiên cứu chế độ thuỷ lực và chọn bể tiêu năng chống xói ở hạ lưu công trình thuỷ lợi nói chung đã thu hút được sự quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu, thiết kế và quản lý công trình thuỷ lợi Đã có nhiều công trình nghiên cứu tại Viên khoa học Thuỷ lợi (các tác giả: Trương Đình Dụ, Trần Đình Hợi, Hàn Quốc Trinh, 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

Một số tác giả Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu tương đồng với các tác giả quốc tế để đưa ra những kết luận riêng, trong khi một số khác lại chọn hướng nghiên cứu độc lập, phù hợp với thực tiễn tại Việt Nam Dưới đây là tóm tắt một số kết quả nghiên cứu nổi bật.

- 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

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LÝ THUẾT VỀ TIÊU NĂNG ĐÁY

Thiết kế tiêu năng cho phòng xói là một thách thức phức tạp, vẫn chưa có giải pháp hoàn toàn chính xác Hiện tại, nghiên cứu về tiêu năng đã phát triển nhiều phương pháp, cho phép áp dụng độc lập hoặc kết hợp với nhau để đạt hiệu quả tối ưu.

Dòng chảy hạ lưu tại khu vực tiêu năng rất phức tạp, do đó chưa có phương pháp phân tích toán học chính xác Hiện nay, người ta thường sử dụng các công thức suy diễn từ lý luận kết hợp với hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm Ngoài ra, cũng có thể áp dụng công thức bán thực nghiệm, sau đó thực hiện phân tích định tính và cuối cùng sử dụng công thức kinh nghiệm để tính toán.

Đối với các công trình nhỏ, việc bố trí các bộ phận chính 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 sử dụng công thức thủy lực để tính toán, cần tiến hành nghiệm chứng bằng mô hình thủy công để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả.

Trong các bài toán tiêu năng phòng xói, việc sử dụng công thức toán học hoặc công thức kinh nghiệm thường gặp phải giới hạn về phạm vi ứng dụng Việc giải quyết và phân tích bằng số học có thể khó khăn, và để suy diễn công thức lý luận, cần phải đưa ra các giả thiết nhằm đơn giản hóa vấn đề Khi giải các phương trình, các số hạng bậc cao thường bị loại bỏ, 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 có độ tin cậy cao, nhưng phạm vi sử dụng của chúng cũng bị hạn chế và không thể mở rộng.

1.3.2 Phương pháp thực nghiệm mô hình

Mô hình thí nghiệm mô phỏng công trình thực tế trong điều kiện phức tạp, cho kết quả gần 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 Qua mô hình thủy lực, các công thức lý thuyết được kiểm tra, bổ sung và chính xác hóa, đồng thời xác minh kết quả từ mô hình toán Phương pháp này cũng được dùng để kiểm chứng các kết quả lý luận Mô hình thí nghiệm, khi sát với thực tế, tạo ra độ tin cậy cao cho công trình.

Mặc dù các công thức thực nghiệm có ứng dụng nhất định và giá trị gần đúng, nhưng thí nghiệm mô hình không thể mô tả chính xác một số hiện tượng như sóng vỗ và dòng chảy có hiện tượng trộn khí Việc quyết định kích thước công trình tiêu năng dựa vào 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 thống nhất Vì vậy, thực nghiệm mô hình không phải là phương pháp tuyệt đối.

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu 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 ngoài ý kiến chủ quan của con người, khiến việc nghiên cứu và đo đạc các thông số trên nguyên hình không phải lúc nào cũng khả thi Khi công trình đã hoàn thành và xảy ra sự cố mất an toàn, việc điều chỉnh kết cấu và hình thức tiêu năng trở nên khó khăn và tốn kém.

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 Độ chính xác của mô hình và tính toán đảm bảo tính hợp lý trong thiết kế, trong khi tính thực tiễn 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.

MỘT SỐ GIẢI PHÁP TIÊU NĂNG ĐÁY

Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH THÁO 1.4.1 Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng

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

Công trình tiêu năng cần phải đảm bảo hiệu quả tiêu năng cho mọi cấp lưu lượng trong phạm vi thiết kế, với kích thước đủ lớn để tạo ra nước nhảy ngập (hệ số ngập σ=1.05÷1.0) trong mọi trường hợp Để đạt được yêu cầu này, cần phải tính toán lưu lượng gây ra tình huống nối tiếp bất lợi nhất, chính là lưu lượng tính toán tiêu năng.

Trường hợp bất lợi nhất trong thiết kế công trình tiêu năng là khi nối tiếp bằng 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 tiêu năng 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 được phân tích dựa trên các trường hợp cụ thể, tùy thuộc vào mực nước thượng và hạ lưu của công trình.

1.4.2 Xác định hình thức nối tiếp chảy đáy 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 nêu, có thể xác định độ sâu liên hợp với hc và hc” dựa trên độ sâu hạ lưu hh, từ đó xác định được các hình thức nối tiếp sau đây.

Trong trường hợp 1, hạ lưu được phân loại theo dòng chảy: khi dòng chảy êm, ký hiệu là hc” > hh, tiếp theo là nước nhảy phóng xa với hc” = hh Tiếp đó, nước nhảy phân giới được biểu thị bằng hc” < hh, và cuối cùng là nước nhảy ngập.

Trong trường hợp 2, khi hạ lưu là dòng chảy xiết, có thể phân loại như sau: Nếu hc” > hh, dòng chảy sẽ nối tiếp giảm dần từ hc đến hh (hình 1-3) Khi hc” = hh, sẽ hình thành dòng chảy đều ngay sau mặt cắt co hẹp (hình 1-3) Ngược lại, nếu hc” < hh, sẽ xuất hiện đường dâng nối tiếp với dòng chảy đều trong kênh dẫn (hình 1-3).

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 chính là độ sâu dòng chảy bình thường ở hạ lưu Nhờ vào độ sâu hạ lưu hc” = hh, ta có thể tính được 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 tình huống 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, điều này cho phép hình thành nối tiếp chảy mặt.

Có nhiều biện pháp và hình thức tiêu năng, trong đó biện pháp cơ bản nhất là chuyển 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, cũng như chiều dài bể Lb Bên cạnh đó, cần xác định 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, chúng ta sẽ xem xét các yếu tố quan trọng liên quan đến độ sâu hạ lưu và các hệ số an toàn trong thiết kế bể Độ sâu hạ lưu chưa đào bể được ký hiệu là hh, trong khi độ sâu liên hợp với độ sâu co hẹp hc tính theo cao trình sân bể được ký hiệu là hc” Hệ số an toàn ngập σ thường được lấy trong khoảng từ 1,05 đến 1,0 Cuối cùng, chênh lệch cột nước ở cửa ra của bể được tính bằng công thức ΔZ = ⎟⎟, giúp xác định các thông số quan trọng cho việc thiết kế và vận hành bể hiệu quả.

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

Để tính giá trị d trong công thức (1-4), các yếu tố hc” và ΔZ phụ thuộc vào ẩn số d, do đó cần giải bài toán bằng phương pháp tính d dần chính xác (Hình vẽ 1-3).

Chiều c của tường tiêu năng tính bằng công thức:

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

NHẬN XÉT CHUNG

Xử lý nối tiếp và tìm giải pháp tiêu năng phòng xói ở hạ lưu là công việc 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 Việc tính toán sự nối tiếp từ thượng lưu xuống hạ lưu và hình thức tiêu năng là cần thiết để tránh hậu quả bất lợi Tại Việt Nam, kết cấu tiêu năng đáy là một trong những hình thức phổ biến nhất Để tăng hiệu quả tiêu năng, thường xây dựng thêm các thiết bị như mố, ngưỡng nhằm tiêu hao năng lượng dòng chảy, 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 giúp dòng chảy biến động và nâng cao hiệu quả tiêu năng Tuy nhiên, do thiết bị tiêu năng thường ở những nơi có lưu tốc lớn, áp lực âm dễ xuất hiện xung quanh, và áp lực này càng lớn nếu mố hoặc ngưỡng không thuận, gây hại cho bê tông và ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc Do đó, cần có phương pháp tính toán phù hợp và nghiên cứu trên mô hình thủy lực.

Việc xử lý 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 thuỷ lực bất lợi Luận văn này trình bày các tính toán ban đầu nhằm xác định bể tiêu năng sau đập tràn, kết hợp với kết quả thí nghiệm để 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.

TÍNH TOÁN BỂ TIÊU NĂNG TRÀN HẠ SÊ SAN 2

GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TRÌNH HẠ SÊ SAN 2

Công trình thủy điện Hạ Sê San 2 tọa lạc tại Campuchia, cách biên giới Việt Nam khoảng 250km về phía Tây và cách điểm hợp lưu sông Srêpôk và Sê San khoảng 1,5 km về phía hạ lưu Nằm cách điểm giao giữa sông Sêkông và sông Sê San khoảng 20km thượng lưu, lòng hồ của thủy điện này hoàn toàn thuộc huyện Sê San, tỉnh Stungstreng, Campuchia Hạ Sê San 2 là công trình cuối cùng trong hệ thống bậc thang sau sự hợp lưu của hai dòng sông Sê San và Srêpok.

Đầu tư xây dựng công trình thủy điện Hạ Sê San 2 không chỉ cung cấp nguồn điện cho sự phát triển kinh tế và đời sống nhân dân tại tỉnh Ratarakin và Stungtreng, mà còn góp phần cung cấp điện năng cho lưới điện Việt Nam Dự án này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế - xã hội của khu vực, thúc đẩy sự tăng trưởng bền vững và nâng cao chất lượng cuộc sống người dân.

- 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 này sẽ trở thành một điểm dân cư sôi động với cơ sở 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

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 ĐỊNH BỂ TIÊU NĂNG

- 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

2.2.2 Năng lực xả của đập 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

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

+ ξ mt : 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

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

Hình 2-1: Sơ đồ 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 là lưu lượng tối ưu, tạo ra hiệu số (hc’’- hh) lớn nhất, trong điều kiện không có tổn thất cột nước từ đập tràn đến bể tiêu năng Đối với các công trình thủy điện và thủy lợi, như đập tràn xả lũ Hạ Sê San 2, lưu lượng thay đổi từ nhỏ đến giá trị lớn nhất Tiêu năng là yếu tố quan trọng sau đập tràn, và thiết bị tiêu năng phải xử lý hiệu quả cho mọi cấp lưu lượng Việc xác định cấp lưu lượng gây ra ảnh hưởng bất lợi nhất là cần thiết, được gọi là lưu lượng tính toán tiêu năng, giúp xác định kích thước tối ưu cho bể tiêu năng, mặc dù 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 Trong luận văn, học viên sẽ áp dụng giá trị lưu lượng từ Q min = 5.000 m³/s đến Q max = 28.470 m³/s để thực hiện các tính toán cần thiết Kết quả tính toán lưu lượng tiêu năng sẽ 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: h b = h h + 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 h h : Mực nước hạ lưu tương ứng φ b : Là hệ số lưu tốc của bể φ b = 0,95 ÷ 1,00

Kết quả tính toán như sau:

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

2,50 20,90 1,26 18,65 8,84 9,72 0,25 1,94 2,66 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

+ l1: là khoảng cách từ chân công trình đến mặt cắt co hẹp c-c, do đập là đập hình cong nên l 1 =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 L b m

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 các 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 Cuối cùng, sẽ đề xuất phương án thiết kế bể tiêu năng 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 chiều dài bể Lm là 45.0m và chiều sâu bể tiêu năng là 4,30m, với vận tốc giữa bể đạt 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 vì nền là đá Enđêzit, với chiều sâu mực nước trung bình lớn hơn 3m và vận tốc cho phép Vcp là 25 m/s.

Bên cạnh việc tính toán kích thước và kết cấu của đập tràn, cần xem xét các thông số quan trọng như hệ số lưu lượng, khả năng tháo của tràn, và cao trình mực nước thượng hạ lưu tràn để đảm bảo hiệu quả hoạt động và an toàn cho công trình.

Hình 2-2: Sơ đồ 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 THUYẾT TƯƠNG TỰ VÀ CÁC TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG

Dòng chảy qua đập tràn là dòng chảy hở chịu ảnh hưởng chủ yếu từ trọng lực Theo lý thuyết mô hình thủy lực, tiêu chuẩn tương tự được áp 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

R egh - 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

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG 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

Phần thượng lưu tràn có chiều dài mô hình hóa L TL/H = 30 và 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, tính đến ảnh hưởng của kênh xả nhà máy thủy điện Chiều dài vùng đệm trong mô hình được lấy theo thực tế với giá trị L HL 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 H TL = 100m

Mực nước lũ kiểm tra ở hạ lưu là MNGC = 63.91m, trong khi cao trình đáy sông khoảng ∇33.0m, dẫn đến độ cao cần thiết là HHL ≈ 31m Thêm vào đó, với độ cao an toàn và lớp đệm lên cọc địa hình, độ cao tối ưu được chọn là HHL ≈ 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

Trong thực tế xây dựng, phần công trình bao gồm đập tràn và cống dẫn dòng được thiết kế bằng bê tông cốt thép với độ nhám n từ 0.016 đến 0.018 Để đảm bảo tính chính xác theo tỷ lệ mô hình đã chọn, vật liệu làm mô hình cần có độ nhám là 0.0075.

0 ÷ ≈ (với mô hình tổng thể)

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

Phần địa hình lòng sông thường được hình thành từ lớp phủ cuội, cát và sỏi, với độ nhám thực tế dao động từ n n ≈ 0.023 đến 0.025 Do đó, vật liệu sử dụng để chế tạo địa hình lòng sông ở thượng và hạ lưu công trình cần đảm bảo độ nhám tối thiểu là n m 15 2.

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

3.2.3 Bố trí thiết bị đo 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 E 40, 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 cài sẵn.

Áp suất trung bình được đo bằng ống đo áp, và từ giá trị cột áp thu được, áp suất thực tế được tính 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 thập được sẽ được đưa vào máy tính để ghi lại và vẽ lên biểu đồ mạch động áp suất.

- Đo mực nước và sóng:

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

Để đảm bảo độ ổn định của phép đo, thiết bị điện tử sẽ ghi số liệu trong khoảng thời gian từ 30 đến 60 giây, với tần suất nhận tín hiệu là 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, các ký hiệu u' và u đại diện cho lưu tốc tức thời và lưu tốc trung bình theo thời gian (m/s) Các ký hiệu p' và p biểu thị áp suất tức thời và áp suất trung bình theo thời gian (mH2O) Ngoài ra, n là số lần tín hiệu đo đạc được thực hiện.

Các thiết bị đo 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 kích thước độ dài mô hình, việc sử dụng thước thép 10m ÷ 20m do Trung Quốc sản xuất giúp xác định khoảng cách lớn trên địa hình, cùng với máy Ni04 để đo cao độ chính xác.

3.2.4 Bố trí mặt cắt đo đạc trên

Để theo dõi mực nước trong công trình, ngoài việc sử dụng kim đo cố định cho mực nước thượng lưu và hạ lưu, còn có việc đo mực nước hồ tại vị trí 10Ho Hơn nữa, tại hạ lưu, các thiết bị đo được bố trí ở giữa kênh xả để thực hiện các phép đo mặt cắt ngang và vận tốc dòng chảy.

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

THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH

Phương án thiết kế đã được thử nghiệm trên bể tiêu năng dài 80.0m và rộng 3m tại kênh xả của nhà máy thủy điện Sau khi hoàn thiện mô hình, cơ quan tư vấn đã kiểm tra và xác nhận đạt yêu cầu Tiếp theo, cơ quan thí nghiệm đã tiến hành mở nước thử nghiệm và thực hiện 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 cho chảy tự do qua tràn Các cấp lưu lượng còn lại được điều chỉnh theo chế độ khống chế độ mở cửa van, với độ mở van được xác định 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 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, và đường mặt nước lõm xuống sát trụ pin Tại các đầu trụ pin đều có hiện tượng co hẹp, với hai trụ pin bên co hẹp đứng lớn hơn Dòng chảy trên các khoang tràn nhìn chung diễn ra 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 sự phẳng lặng, nhưng tại khu vực cửa van, phễu xoáy xuất hiện ở hai bên khe phai trụ pin Lưu lượng xả lũ dao động từ Q=9.340 đến 16.284 m³/s, với 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 sẽ hình thành, tạo ra sóng lớn trong bể tương ứng với các cấp lưu lượng xả khác nhau Dù ở bất kỳ cấp lưu lượng nào trong thí nghiệm, mực nước luôn thấp hơn cao trình ổ trục cửa van.

Mực nước tại hạ lưu có chiều cao 67,23m và không đồng đều ở các mặt cắt đo Sóng dao động tại khu vực hạ lưu cũng tương đối mạnh, điều này được thể hiện qua số liệu đo đường mặt nước trong bảng 3-3 đến bảng 3-7.

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 đã được thiết lập để đo lưu lượng dòng chảy trong khoảng từ 5.000 đến 28.470 m³/s, với việc bố trí các thiết bị đo lưu tốc 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 Z 1 ’ = Z 1 – 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 trường hợp xả tự do, năng lượng tiêu hao qua công trình và bể tiêu năng chỉ đạt từ 35,15% đến 36,01%, trong khi năng lượng dư còn lớn, gây ra sóng mạnh ở lòng sông hạ lưu Ngược lại, khi xả lũ với chế độ chảy dưới 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 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 vuông góc với dòng chảy từ tràn, dẫn đến các nhiễu động mạnh và làm giảm hiệu quả tiêu năng.

3.3.1.6 Thí nghiệm nghiên cứu nối tiếp

Theo số liệu đo đạc, mực nước tại đuôi đập tràn và đầu bể tiêu năng thấp hơn mực nước hạ lưu, điều này cho thấy 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 h c’ và h c’’ cùng với chiều dài nước nhảy được ghi trong bảng 3-19 Dữ liệu thu thập được cho thấy mối quan hệ rõ ràng 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 Zhồ Zhl hc' hc" Chiều dài nước nhảy Ln

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

3.3.2 Kết quả thí nghiệm phương án sửa đổi

Phương án sửa đổi mô hình tổng thể được thực hiện sau khi tiến hành thí nghiệm thiết kế, nhằm đánh giá và khắc phục các hiện tượng bất lợi về thủy lực Các hạng mục cần sửa đổi sẽ được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả tối ưu.

+ 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

Đánh giá kết quả nghiên cứu

Bài viết tổng hợp kiến thức về tính toán thủy lực cho công trình nối tiếp tiêu năng bằng dòng đáy, tập trung vào phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy ở hạ lưu công trình Đồng thời, nó cũng tổng hợp 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 lựa chọn kết cấu nối tiếp và tiêu năng đáy hợp lý cho tràn xả lũ Hạ.

Trong thí nghiệm mô hình tại Sê San 2, đã tiến hành thiết kế bể tiêu năng dài 80.0m và bể tiêu năng sửa đổi dài 75.0m để kiểm tra hiệu quả xả lũ độc lập qua tràn vận hành Kết quả cho thấy sự khác biệt trong khả năng tiêu năng giữa hai phương án thiết kế này.

Dòng chảy qua tràn khi xả tự do tạo ra nước nhảy hoàn chỉnh, với năng lượng tiêu hao từ nước nhảy đạt từ 35,15% đến 62,97% tổng năng lượng của dòng chảy Chiều dài nước nhảy lớn nhất Lnước nhảyf.0m tương ứng với lưu lượng Q.284m3/s Trong khi đó, với chiều dài bể Lbể = 75.0m, nước nhảy vẫn nằm hoàn toàn trong bể tiêu năng theo phương án sửa đổi.

Khả năng tháo, áp suất dòng chảy và diễn biến thủy lực ở thượng lưu cùng thân tràn gần như không thay đổi do thượng lưu và công trình đầu mối không biến động 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 1.0 m so với phương án thiết kế ban đầu (PATK Lg.0m; PASĐ Lf.0m).

Giá trị lưu tốc đáy xác định với cấp lưu lượng tiêu năng Qp=1%.284m3/s cho thấy vận tốc giữa bể dài 45,0m khoảng 11.09m/s, do đó cần gia cố bê tông cho đoạn đầu bể Đối với đoạn sau bể, nền đá Enđêzit với chiều sâu mực nước trung bình lớn hơn 3m cho phép vận tốc Vcp = 25 m/s, nên 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 Q ≥ Q10%.

Tồn tại và hạn chế

Do hạn chế về thời gian, nghiên cứu trong luận văn này chưa xem xét các yếu tố ảnh hưởng khác như sóng, hàm khí, mạch động, khí thực và 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 áp dụng hiệu quả các phương pháp xử lý dòng xiết, kết cấu tiêu năng và biện pháp phòng chống xói lở hạ lưu Yêu cầu về địa chất sẽ khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm công trình, địa hình và điều kiện địa chất, khiến cho việc phòng chống xói lở trở nên phức tạp hơn Do đó, cần cân nhắc lựa chọn giải pháp công trình hợp lý để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho công trình.

Trong bối cảnh hiện nay, ngành xây dựng thủy lợi ở 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 sự chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn, tỷ lệ lưu lượng cao và dòng chảy mạnh, do đó, việc đảm bảo an toàn cho các công trình và khu vực hạ lưu trở nên rất quan trọng Do đó, cần thiết phải tiến hành các nghiên cứu về tình hình thủy lực ở hạ lưu đối với các loại công trình này.

4 Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp

1 Do điều kiện thời gian có hạn nên đề tài mới nghiên cứu được phần xả độc lập qua tràn (xả tự do), cần tiếp tục nghiên cứu xả có cửa van điều tiết qua đập tràn sẽ làm sáng tỏ thêm các vấn đề mà xả độc lập qua tràn chưa thể hiện rõ được

2 Trong điều kiện cho phép có thể tiến hành nghiên cứu sâu hơn về các vấn đề tồn tại trong quá trình nghiên cứu ở trên như: các vấn đề về mạch động, hàm khí, khí thực…từ công thức thực nghiện đã tìm được, kiểm nghiệm lại qua số liệu thí nghiệm của công trình khác có điều kiện tương tự để đánh giá độ tin cậy của các công thưc

3 Nghiên cứu đầy đủ hơn các trường hợp mà công trình phải làm việc tương ứng với các loại đất nền khác nhau qua đó tìm được giải pháp công trình phù hợp nhất

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

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 thuỷ điện 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 Xây dựng, Hà Nội

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

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

PHỤ LỤC TỪ 3-3 ĐẾN PHỤ LỤC 3-23

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

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

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

Hình d: Chế độ 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.

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 mặt cong tràn Cách tim đập 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

12 64.54 64.38 64.11 64.32 64.44 64.50 63.87 64.18 Hạ lưu Cách tim đập dâng 175,00m

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

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 mặt cong tràn Cách tim đập dâng 11,35m.

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

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

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

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

12 55.92 56.03 56.11 56.25 Hạ lưu Cách tim đập dâng 175,00m

Lòng hồ Cách tim đập dâng 30m, về phía thượng lưu. 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

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?i; Thủy trực 15 bên phía bờ trái nhìn theo chiều dòng chảy

15 Hạ lưu Cách tim đập dâng 570,00m

Hạ lưu Cách tim đập dâng 420,00m

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

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

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

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 nằm ở phía bờ trái khi nhìn theo chiều dòng chảy Các điểm từ 1 đến 15 được đánh số lần lượt, tạo thành một hệ thống đánh dấu rõ ràng cho việc theo dõi và quản lý dòng chảy.

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: 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 quan trọng bao gồm: 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.

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.

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