Kết cấu tiêu năng

CHƯƠNG VI. THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN

6.1.3. Kết cấu tiêu năng

6.1.3.1. Biện pháp tiêu năng sau dốc nước.

Do địa hình dốc, thay đổi đột ngột, kết hợp với tràn được xây dựng trên nền đá, nên ta chọn biện pháp tiêu năng theo kiểu máng phun là hợp lý và kinh tế. Dòng chảy qua mũi phun sẽ hắt vào không khí, bị khuyếch tán hai chiều và rơi xuống hạ lưu, lưu tốc sẽ giảm đi rất nhiều nên hạn chế được khả năng gây xói lở hạ lưu. Nước qua mũi phun vào không khí, khi rơi xuống tạo nên hố xói ở hạ lưu tràn.

Trong phần tính toán tiêu năng cần xác định góc nghiêng mũi phun, chiều dài phóng xa Lp và chiều sâu hố xói dx.

6.1.3.2. Số liệu tính toán.

Lưu lượng xả thiết kế: Qxả max = 279,91(m3/s) Cao trình cuối dốc nước : Zcuối dốc = +41,95(m) Chiều dài mũi phun: Lm = 2,0(m)

Cao trình đáy cuối kênh xả hạ lưu : Zđk = +35,2(m).

6.1.3.3. Tính toán xác định cao trình mũi phun..

Cao trình mũi phun phụ thuộc vào góc nghiêng mũi phun im. Để xác định góc nghiêng hợp lý của mũi phun, ta giả thiết các giá trị khác nhau của im nằm trong khoảng (10  300), tính với lưu lượng Qmax, tìm được chiều dài phóng xa Lp và chiều sâu hố xói Tx tương ứng.

Giá trị của im được coi là hợp lý khi tỷ số

p x

L

T là nhỏ nhất

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư. Trang 109 Thiết kế hồ chứa nước Suối

Đuốc





Hình 6-3: Sơ đồ tính toán chiều dài phóng xa.

6.1.3.4. Xác định độ dốc mũi phun hợp lý.

Trước hết ta giả thiết các trị số  =12o, 15o, 28o, 21o  im = sin.

Xác định chiều cao mũi phun và cao trình mũi phun ứng với các góc :

Ta có bảng tính sau:

Bảng 6-6. Bảng tính xác định cao trình mũi phun

TT  im hm (m) m (m)

1 12 0.212 0.425 42.37

2 15 0.268 0.536 42.49

3 18 0.325 0.649 42.60

4 21 0.384 0.767 42.72

Trong đó:

imũi = sin

hmũi = imũi.Lmũi Zmũi = Zcd + hmũi

Độ dốc hợp lý của mũi phun im sẽ được xác định sau khi tìm được các giá trị Lrơi và dhx.

6.1.3.5. Xác định chiều dài nước rơi (Lrơi).

Chiều dài nước rơi (Lrơi) là khoảng cách dòng nước phóng xa theo phương ngang tính từ mũi phun đến trung tâm bó dòng nước rơi chạm vào đáy kênh hạ lưu.

Theo tài liệu “Ví dụ tính toán tràn máng phun”, trang 13 thì Lrơi được xác định:

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư. Trang 110 Thiết kế hồ chứa nước Suối

Đuốc

SV: Lớp:

Lrơi = 









  



 m m im

Ho h i P

i

Ho .

5 , . 0

1 . .

2 2 2 2 2

 

Trong đó:

: hệ số lưu tốc, lấy  = 0,9.

P: khoảng cách từ mũi phun đến đáy kênh hạ lưu:

P = mũi – đáy kênh Với: mũi = cuối dốc + im.Lm

h: chiều sâu dòng chảy tại cuối mũi phun.

Vì chiều dài mũi phun nhỏ (Lm = 2m) nên ta coi h = hcuối dốc = 1,15m.

im: độ dốc của mũi phun, im = sin

Eo: năng lượng toàn phần của dòng chảy tại mặt cắt cuối mũi phun lấy với đáy kênh hạ lưu.

Eo = cuối dốc - đáy kênh + h + g Vcdoc

2

2

 .

Eo = 42,37 – 35,2 + 1,15 +

81 , 9 . 2

16 , 12 .

1 2

= 15,86m Ho: cột nước lưu tốc tại cuối mũi phun,

Ho = Eo – P – 0,5h.

Bảng 6-7. Bảng xác định chiều dài nước rơi (Lrơi)

STT  imũi hmũi mũi P

(m) Ho

(m) Lrơi (m)

1 12 0.212 0.425 42.37 7.17 8.110 16.861

2 15 0.268 0.536 42.49 7.29 7.999 17.424

3 18 0.325 0.649 42.60 7.40 7.886 17.913

4 21 0.384 0.767 42.72 7.52 7.768 18.305

6.1.3.6. Tính độ sâu hố xói.

Theo tài liệu “Ví dụ tính toán tràn máng phun”, chiều sâu hố xói theo công thức của Zamarin như sau:

 h

V V q d N

cp

hx  

'.

sin .

. '

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư. Trang 111 Thiết kế hồ chứa nước Suối

Đuốc

q: lưu lượng đơn vị, q =

20 79 ,

 279 Bd

Q = 14m2/s.

h: chiều sâu nước trong kênh hạ lưu, h = 1,5

’: góc dòng phun hợp với đáy kênh hạ lưu. Tính theo công thức sau:

cos =

o mui o

E i )H 1

(  2  cos’ = cos.

' V V

 sin’ = (1 – cos2’)21

Với: V là vận tốc dòng phun tại chỗ gặp đáy kênh hạ lưu, tính theo công thức:

V = Vmui2 2g.(P0,5.hmui)

Vmũi =

15 , 1 . 20

79 ,

 279



Q = 12,16m

P: khoảng cách từ mũi phun đến đáy kênh hạ lưu (m).

hmũi = hcuối dốc = 1,15 m: chiều sâu dòng chảy cuối mũi phun.

V’: vận tốc dòng phun tại chỗ gặp mặt nước hạ lưu.

V’ = 2g.(Eoh) = 2.9,81.(15,441,5) = 16,54 m/s.

Vcp: vận tốc cho phép đối với đất hạ lưu. Theo TCVN 4118-85, trang 476, bảng 4, ta có: Vcp = 5m/s.

N: hệ số phụ thuộc vào khoảng cách tính từ đáy mũi phun đến mức nước hạ lưu Z. Với Z = đáy mũi – nước hl. Tra bảng 3, trang 16, “Ví dụ tính toán tràn máng phun”.

Bảng 6-8. Bảng tính chiều sâu hố xói ứng với các giá trị 

 imũi P Ho V V' cos cos' Z N sin' dx

p x

L d (o) - (m) (m) (m/s) (m/s) - - (m) - - (m) 12 0.212 7.17 8.11 17.11 16.54 0.70 0.73 5.67 3.23 0.69 1.92 0.11 15 0.268 7.29 8.00 17.21 16.54 0.69 0.72 5.79 3.26 0.70 2.01 0.12 18 0.325 7.40 7.89 17.30 16.54 0.67 0.70 5.90 3.29 0.71 2.11 0.12 21 0.384 7.52 7.77 17.40 16.54 0.65 0.68 6.02 3.32 0.73 2.23 0.12

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư. Trang 112 Thiết kế hồ chứa nước Suối

Đuốc

SV: Lớp:

Dựa vào bảng kết quả tính toán, ta thấy: với góc  = 12o có tỷ số

p x

L

d là nhỏ nhất.Vì thế, nên ta chọn góc  = 12ođể thiết kế.

Với  = 12o, ta có các thông số tương ứng:

Độ dốc mũi phun: i = 0,212.

Cao trình mũi phun: Zmũi = 42,37m.

Chiều dài nước rơi: Lrơi = 16,86m.

Chiều sâu hố xói: dh = 1,92m.

6.1.3.7. Chiều rộng đáy hố xói.

Chiều rộng hố xói (bhx) xác định theo công thức:(Ví dụ tính toán tràn máng phun)

bhx =

5

14 Vcp

q = 2,8 m.

6.1.3.8. Chiều dài hố xói.

Với quan điểm cho rằng hố xói có dạng hình thang, mái thượng lưu m1 = 2,5, mái hạ lưu m2 = 1,5.Chiều dài toàn bộ hố xói xác định theo công thức sau:

Lhx = 3.dhx + 1,5. dhx+ bhx = 3.1,92+ 1,5.1,92+2,8 = 11,4m Kết quả tính toán hố xói như sau:

- Chiều sâu hố xói: dhx = 1,98m.

- Chiều dài hố xói: Lhx = 11,7m.

- Chiều rộng đáy hố xói: bhx = 2,8m.

- Hệ số mái dốc hố xói : m1 = 3, m2 = 1,5.

6.1.3.9. Vẽ đường bao hố xói.

Mục đích : xác định mức độ hố xói lấn vào chân công trình từ đó có biện pháp gia cố và xử lý thích hợp .

Trong tính toán ở phần trên ta chỉ tính cho trường hợp máng phun xả với lưu lượng Qmax = 279,79 m3/s. Trong thực tế thiết kế công trình, ta cần phải tính toán với nhiều cấp lưu lượng từ nhỏ đến lớn ( Qmin Qmax), qua mỗi cấp lưu lượng ta sẽ xác định được một chiều dài nước rơi Lr, một chiều sâu hố xói dh, một chiều dài hố xói Lx, nối liền các các điểm ngoài cùng của hố xói ta được đường bao hố xói.

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư. Trang 113 Thiết kế hồ chứa nước Suối

Đuốc

MNHL M a x

Đư ơ ứng b a o hố xúi ẹa ựy keõnh d a ón

 dh1

dh2 dh3 Lr1

Lr2

Lr3

m = 1.5 m = 3.0

Hình 6-4: Sơ đồ xác định đường bao hố xói.

Nội dung tính toán:

a. Các cấp lưu lượng tính toán:

Q = 100 ; 150 ; 200 ; 226,21 ; 279,79.

b. Xác định chiều dài nước rơi Lrơi:

Bảng 6-9. Xác định chiều dài nước rơi Lrơi

TT Q

m3/s

hcd

(m)

Vcd

(m/s)

Eo

(m)

Ho

(m)

hh

(m)

P (m)

Lr

(m)

1 100.00 0.55 9.06 11.91 4.46 0.81 7.17 10.67 2 150.00 0.73 10.27 13.28 5.74 1.03 7.17 12.41 3 200.00 0.90 11.11 14.36 6.74 1.22 7.17 13.69 4 226.21 0.99 11.42 14.81 7.15 1.33 7.17 14.21 5 279.79 1.15 12.16 15.86 8.12 1.50 7.17 16.86

c. Xác định chiều sâu hố xói:

Bảng 6-10. Xác định chiều sâu hố xói

Q Vmui V V' cos cos' Z N sin' dx (m3/s) (m/s) (m/s) (m/s) - - (m) - - (m)

100 9.09 15.12 14.8 0.60 0.613 5.94 3.7 0.79 0.87 150 10.27 15.92 15.5 0.64 0.66 5.72 3.5 0.75 1.21 200 11.24 16.60 16.1 0.67 0.693 5.53 3.3 0.72 1.43 221.26 11.54 16.84 16.3 0.68 0.703 5.42 3.3 0.71 1.51 279.79 12.16 17.32 16.8 0.70 0.721 5.25 3.2 0.71 1.92

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư. Trang 114 Thiết kế hồ chứa nước Suối

Đuốc

SV: Lớp:

d. Kích thước hố xói ứng với các cấp lưu lượng:

Bảng 6-11.Xác định kích thước hố xói ứng với các cấp lưu lượng.

Q q Lrơi dh bh Lh

(m3/s) (m3/s) (m) (m) (m) (m)

100 5.00 10.67 0.87 1.00 4.90

150 7.50 12.41 1.21 1.50 6.95

200 10.00 13.69 1.43 2.00 8.43

221.26 11.06 14.21 1.51 2.21 9.00

279.79 13.99 16.86 1.92 2.80 11.44 § 6.2. Cấu tạo chi tiết tràn xả lũ.