A- Đập tràn thành mỏng
3. Đập tràn đa giác
Đập tràn đa giác có nhiều dạng mặt cắt như là chữ nhật, hình thang, đa giác bất kỳ, có thể có một phần là đường cong (hình 14-27).
Loại đập này cấu tạo đơn giản, dễ làm nhưng lưu lượng nhỏ (m = 0,35 ữ 0,45). Đập này thường được áp dụng nhiều vào các công trình thủy lợi loại nhỏ bằng vật liệu tại chỗ như đá, gạch, gỗ v.v…
δ α
s
δ s
s s s' s
H×nh 14-27
Dưới đây là hệ số lưu lượng của một vài loại đập đơn giản.
- Đập mặt cắt chữ nhật, theo Badanh:
m = 0,42 (0,79 + 0,185 δ
H (14-21)
- Đập mặt cắt hình thang, lấy ở bảng 14-11.
Bảng 14-11: Hệ số lưu lượng của đập thực dụng mặt cắt hình thang
§é cao tương đối
của đập
H P
Độ dốc mái Hệ số lưu lượng m
S thượng
lu
S’
hạ
lu δ
H > 2 1 <
δ
H < 2 0,5 <
δ H , 1
3 ÷ 5 0,5 0,5 0,43 ÷ 0,42 0,40 ÷ 0,38 0,36 ÷ 0,35
2 ÷ 3
1 0 0,44 0,42 0,40
2 0 0,43 0,41 0,39
0 1 0,42 0,40 0,38
0 2 0,40 0,38 0,36
1 ÷ 2
3 0 0,42 0,40 0,38
4 0 0,41 0,39 0,37
5 0 0,40 0,38 0,36
10 0 0,38 0,37 0,35
0 3 0,39 0,36 0,35
0 5 0,37 0,35 0,34
0 10 0,35 0,34 0,33
Đ14.7 Các bài tính về đập có mặt cắt thực dụng
Thực tế thường phải giải quyết các bài toán sau đây về đập tràn:
1. Biết chiều rộng đập b, lưu lượng Q, mực nước thượng hạ lưu (tức biết H và hh), tính lưu lượng Q.
2. Biết chiều rộng đập b, lưu lượng Q, mực nước thượng hạ lưu, xác định cao trình đỉnh
đập (tính H) (hoặc ngược lại biết cao trình đỉnh đập, xác định mực nước dâng ở thượng lưu).
3. Biết lưu lượng Q, cao trình đỉnh đập, mực nước thượng hạ lưu, tính chiều rộng đập b.
Nói chung cách giải là từ công thức tổng quát (14-17), có thể dễ dàng rút ra một trong các đại lượng Q, b, H khi biết các đại lượng còn lại. Tuy nhiên vì các hệ số σn, ε, m nhiều khi lại phụ thuộc yếu tố chưa biết, nên một số bài toán phải giải bằng cách tính gần đúng dần (tính thử). Có thể tham khảo cách làm qua các thí dụ dưới đây.
ThÝ dô 14-3:
Đập không chân không kiểu Cơrigiơ - Ôphixêrốp, mặt cắt đập làm theo cột nước thiết kế Htk = 2 m, đập có mái dốc β = 60o, α = 45o; P1 = 8,00 m, a = 1,00 m, P = 9,00 m. Đập có 5 khoang mỗi khoang rộng b = 10 m. Đầu mố trụ hình bán nguyệt có l0 = 0, mố bên lượn tròn. Sông thượng lưu rộng trung bình B = 70 m.
Tính lưu lượng khi H = Htk và khi H = 2,60 m; mực nước hạ lưu thấp hơn đỉnh đập.
Giải:
- Ta dùng công thức chảy không ngập có co hẹp bên:
Q = ε . m . ∑b 2g H30/2 - Trước hết xét v0:
Ωt = (P1 + H) B = (8 + 2) 70 = 7000 m2
4. ∑b. H = 4.50.2 = 400 m2
Ωt > 4. ∑b. H
VËy cã thÓ bá qua g 2
v20
α và lấy H0 = H
- Tính hệ số lưu lượng:
m = σhd . σH . mtc
Đập này có mtc = 0,504 Lấy σhd theo bảng 14-7 với:
α = 45o,β = 60o, P e =
8 748 ,
6 = 0,8435 trong đó:
e = P1 − a − (y−)x = 0 ; Htk = 8 − 1 − 0,126. 2 = 6,748 m ta được: σhd≈ 0,978.
- Tính hệ số co hẹp bên:
ε = 1− 0,2
n ) 1 n
( mt
mb + − ξ
ξ
b H0 a) Khi H = Htk:
ξmb= 0,70, ξmt= 0,45,
ε = 1− 0,2
5 45 , 0 . 4 7 , 0 +
10
2 = 0,98
σH = 1
m = 0,978. 1. 0,504 = 0,493.
Q = 0,98. 0,493. 5. 10. 4,43. 2
3
2 = 301 m3/s
b) Khi H = 2,6 m:
Htk
H = 2
6 ,
2 = 1,3. Tra bảng (14-8) được: σH = 1,026 m = 0,978. 1,026. 0,504 = 0,505
ε = 1− 0,2
5 45 , 0 . 4 7 , 0 +
10 6 ,
2 = 0,974
Q = 0,974. 0,505. 5. 10. 4,43. 2
3
6 ,
2 = 426 m3/s ThÝ dô 14-4:
Đập thực dụng mặt cắt có chân không, đỉnh elíp có b
a= 3, r’ = 1,00. Lưu lượng thiết kế 800 m3/s. Cột nước thiết kế H = 2,50 m, V0 = 0,8 m/s.
Mực nước hạ lưu thấp hơn đỉnh đập.
Đập chia ra 5 khoang bằng nhau, các mố bên và mố trụ lượn tròn bán nguyệt, mố trụ không nhô ra thượng lưu đập. Tính chiều rộng đập.
Giải:
2g
v20 α =
81 , 9 . 2
8 , 0 . 1 2
= 0,03 m H0 = 2,50 + 0,03 = 2,53 m
r'
H0
= 1 53 , 2 . Tra bảng (14-9) được: m = 0,56
Từ công thức: Q = ε.m. ∑b 2g 2
3
H Víi ∑b = n. b (n: sè khoang = 5) ta cã:
∑b =
2 3
gH 2 m . n
Q =
2 3
53 , 2 . 43 . 4 . 56 , 0 . 5
800 = 16 m
Từ công thức (14-19), ta có:
ε b = b − 0,2
n ) 1 n
( mt
mb + − ξ
ξ H0 = 16
h = ε b + 0,2
n ) 1 n
( mt
mb + − ξ
ξ H0
b = 16 + 0,2
5 45 , 0 . 4 7 , 0 +
. 2,53 = 16,25 Tổng chiều dài đập là ∑b = 5. 16,25 = 81,25
ThÝ dô 14-5:
Đập thực dụng mặt cắt hình thang, đỉnh dày δ = 4m, cao P = P1 = 5m mái thượng lưu thẳng đứng S = 0, mái hạ lưu dốc S’ = 2, rộng 10m ( một khoang) mố bên vuông cạnh.
Tính cột nước trên đập khi lưu lượng Q = 80 m3/s và mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh
đập hn = 1,00 m. Bỏ qua cột nước lưu tốc đi tới.
Giải:
Từ công thức tổng quát (14-17) ta có:
H0 =
3 2
n .m.b 2g Q
ε σ σn, ε, m đều phụ thuộc vào H.
Từ công thức (14-19) với n = 1, ta có:
ε = 1− 0,2. ξmb b H0
= 1 − 0,2.1.
10 H0
= 1− 0,02 H0 Lấy gần đúng lần thứ nhất ε = 0,98, m = 0,36 và σn = 1, ta được:
H ≈ H0 = 3
2
43 . 4 . 10 . 36 , 0 . 98 , 0 . 1
80
= 2,98m
Bây giờ phải xét chỉ tiêu ngập và xác định lại các đại lượng σn, ε, m.
z = H −hn = 2,98 − 1,00 = 1,98m
P
z = 5 98 ,
1 ≈0,4<
g .
P p
z
Như vậy đập tràn làm việc ở chế độ chảy ngập Tra bảng hệ số ngập σn (bảng 14-2) với:
0 n
H h =
98 , 2
00 ,
1 = 0,335,
σn = 0,988
ta cã:
ε = 1 − 0,02 H0 = 1 −0,02. 2,98 = 0,94
Tra bảng hệ số lưu lượng của đập hình đa giác (bảng 14-11) với:
H
P = 98 , 2
5 = 1,7;
δ
H = 4
98 ,
2 = 0,75, ta cã:
m = 0,35
Vậy trị số H gần đúng lần thứ hai là:
H ≈ 3
2
43 , 4 . 10 . 35 , 0 . 94 , 0 . 988 , 0
80
= 3,40 m
Với trị số H này tìm lại các hệ số σn, ε, m được:
σn = 0,991; ε = 0,932; m = 0,35 và trị số H gần đúng lần thứ ba là:
H ≈ H0 = 3
2
43 , 4 . 10 . 35 , 0 . 932 , 0 . 991 , 0
80
= 3,36 m
Với trị số H = 3,36 m σn, ε và m cũng có trị số như trên, nên bài toán được coi là đúng.
C- Đập tràn đỉnh rộng Khi đập có chiều dày đỉnh δ trong khoảng:
(2 ÷ 3) H < δ < (8 ÷ 10) H
thì gọi là đập tràn đỉnh réng (h×nh 14-28). §Ëp tràn đỉnh rộng có nhiều đặc
điểm khác hai loại đập đã
xét ở trên, về hình dạng làn nước tràn, về tiêu chuẩn ngập và do đó cả về phương pháp tính.
Nói chung, đập tràn là một ngưỡng chắn ngang dòng chảy để dòng chảy tràn trên đỉnh ngưỡng.
P δ H
P
H×nh 14-28
H
b) b
a)
h = hn h
H×nh 14-29
Nhưng nếu có hai bức tường hoặc mố ở hai bên làm thu hẹp dòng chảy, do đó mực nước ở phía thượng lưu phải dâng lên, tạo nên mô độ chênh lệch mực nước, thì dù không có ngưỡng cao hơn
đáy kênh, về quan điểm thuỷ lựcta cũng coi đó là hiện tượng chảy qua đập tràn đỉnh réng (®Ëp cã P = P1 = 0).
Lúc đó độ sâu ở thượng lưu khe hẹp cũng chính là cột nước H trên đỉnh đập (hình 14-29). Hiện tượng này gặp rÊt nhiÒu trong thùc tÕ: mè cầu nhỏ, cỗng trên kênh hoặc cống ở đầu kênh khi cửa cống kéo lên khỏi mặt nước, v.v…
Đ14.18 Hình dạng dòng chảy trên đỉnh đập