BNN&PTNT
VKHTL
BNN&PTNT
VKHTL
BNN&PTNT
VKHTL
Bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n
ViÖn Khoa häc Thñy lîi
171 - T©y S¬n - §èng §a - Hµ Néi
B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt ĐÒ tµi:
hîp t¸c nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn m« h×nh
vËt lý thÝ nghiÖm c«ng tr×nh ®Çu mèi
vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®o ®¹c tù ®éng
trong phßng thÝ nghiÖm
PGS.TS. TrÇn Quèc Th−ëng
6790
14/4/2008
Hµ Néi, 2- 2008
B¶n quyÒn thuéc ViÖn Khoa häc Thñy lîi
§¬n xin sao chÐp toµn bé hoÆc tõng phÇn tµi liÖu nµy ph¶i göi ®Õn ViÖn tr−ëng
ViÖn Khoa häc Thñy lîi trõ tr−êng hîp sö dông víi môc ®Ých nghiªn cøu
Danh s¸ch c¸n bé thùc hiÖn chÝnh
1. PGS.TS. TrÇn Quèc Th−ëng
2.GS.TS. TrÇn §×nh Hîi
3. TS. Lª V¨n NghÞ
4. ThS. Ph¹m Anh TuÊn
5. ThS. NguyÔn §¨ng Gi¸p
6. KSCC. Lª Duy Hµm
7. KS. Giang Th−
8. KS. Lª Quang H−ng
Môc lôc
Trang
Danh s¸ch c¸n bé thùc hiÖn chÝnh
Më ®Çu
1
Ch−¬ng I. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc c«ng
2
tr×nh
§I.1. Giíi thiÖu chung thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh
2
§I.2. Tiªu chuÈn t−¬ng tù
5
§I.3. Trang, thiÕt bÞ c¬ b¶n dïng cho thÝ nghiÖm
5
§I.4. ThiÕt kÕ m« h×nh
7
§I.5. Tr×nh tù thÝ nghiÖm
9
§I.6. Néi dung vµ ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm
10
§I.7. C¸c cÊp l−u l−îng thÝ nghiÖm vµ mÆt c¾t ®o
12
§I.8. §é chÝnh x¸c cña thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc
13
Ch−¬ng II. Dßng ch¶y l−u tèc cao
14
§II.1. Kh¸i qu¸t
14
§II.2. Nghiªn cøu biÖn ph¸p gi¶m x©m thùc
19
§II.3. VÝ dô
39
Ch−¬ng III. Tiªu n¨ng dßng phun vµ xãi h¹ l−u trµn x¶ lò
42
§III.1. Kh¸i qu¸t tiªu n¨ng dßng phun vµ xãi h¹ l−u
42
§III.2. Tiªu hao n¨ng l−îng do dßng phun
43
§III.3. Chän h×nh thøc mòi hÊt
46
§III.4. Xãi nÒn ®¸ do dßng phun
49
§III.5. Ph−¬ng ph¸p m« h×nh hãa vËt liÖu xãi nÒn ®¸
64
§III.6. VÝ dô thiÕt kÕ vËt liÖu nÒn ®¸ ë m« h×nh
67
Ch−¬ng IV. Nghiªn cøu x¶ lò thi c«ng qua ®Ëp x©y dùng dë
74
§IV.1. Më ®Çu
74
§IV.2. øng dông x¶ lò thi c«ng qua ®Ëp x©y dùng dë ë ViÖt Nam
84
Ch−¬ng V. X©y dùng phÇn mÒm kÕt nèi nhiÒu ®Çu ®o ®Ó ®o ¸p lùc vµ
l−u tèc dßng ch¶y
89
§V.1. C¬ së
89
§V.2. PhÇn mÒm kÕt nèi nhiÒu ®Çu ®o ¸p lùc vµ vËn tèc dßng ch¶y
92
§V.3. Ch−¬ng tr×nh vÏ b×nh ®å l−u tèc dßng ch¶y, c¾t däc dßng ch¶y
99
§V.4. øng dông
108
Ch−¬ng VI. KÕt luËn chung
111
§VI.1. KÕt luËn
111
§VI.2. §Ò nghÞ
113
Tµi liÖu tham kh¶o
114
Më ®Çu
Sau 2 n¨m thùc hiÖn NghÞ ®Þnh th− víi Trung Quèc vÒ ®Ò tµi: “Hîp t¸c nghiªn
cøu vµ ph¸t triÓn m« h×nh vËt lý thÝ nghiÖm c«ng tr×nh ®Çu mèi vµ hÖ thèng ®iÒu
khiÓn ®o ®¹c tù ®éng trong phßng thÝ nghiÖm”.
C¨n cø vµo môc tiªu cña ®Ò tµi:
+ Môc tiªu:
- N©ng cao n¨ng lùc nghiªn cøu m« h×nh vËt lý phôc vô cho x©y dùng vµ söa
ch÷a c«ng tr×nh thñy lîi, thñy ®iÖn;
- X©y dùng kÕt nèi ®−îc hÖ thèng ®o ®¹c trong thÝ nghiÖm m« h×nh vËt lý.
Chóng t«i xin tæng hîp kÕt qu¶ nghiªn cøu cña ®Ò tµi gåm c¸c phÇn nh− sau:
- Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh.
- Dßng ch¶y l−u tèc cao, c¸c vÊn ®Ò hµm khÝ, khÝ thùc ...
- Tiªu n¨ng dßng phun vµ xãi h¹ l−u trµn x¶ lò.
- Nghiªn cøu x¶ lò thi c«ng qua ®Ëp x©y dùng dë.
- X©y dùng phÇn mÒm kÕt nèi nhiÒu ®Çu ®o ®Ó ®o ¸p lùc vµ l−u tèc dßng ch¶y.
+ Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi ViÖn Thñy lîi Nam Kinh ®· gióp ®ì chóng
t«i, nh−:
- X©y dùng m« h×nh vËt lý, h−íng dÉn tham quan thùc tËp c¸c m« h×nh cña
ViÖn, nh−: Tam HiÖp, C©u Pi Than ... tÝnh theo gi¸ cña ViÖt Nam kinh phÝ x©y dùng
c¸c m« h×nh cña phÝa Trung Quèc kho¶ng h¬n 2 tû VN§.
- Cung cÊp c¸c tµi liÖu nghiªn cøu vÒ c«ng tr×nh ®Çu mèi thñy lîi, thñy ®iÖn,
nh−: quy tr×nh quy ph¹m thÝ nghiÖm m« h« h×nh vËt lý, b¸o c¸o kÕt qu¶ thÝ nghiÖm
m« h×nh cña Trung Quèc vÒ: Dßng l−u tèc cao, dÉn dßng thi c«ng qua c«ng tr×nh x©y
dùng dë, c¸c thiÕt bÞ thÝ nghiÖm hiÖn ®¹i ...
Do ®ã trong b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi ë ®Çu c¸c ch−¬ng chóng t«i sÏ nªu ph−¬ng
ph¸p, kÕt qu¶ thÝ nghiÖm cña tõng néi dung hîp t¸c mµ phÝa b¹n ®· thùc hiÖn, tiÕp
theo lµ phÇn häc tËp ®−îc ®Ó øng dông vµo ViÖt Nam. NhiÒu vÊn ®Ò míi lÇn ®Çu thùc
hiÖn trªn m« h×nh vËt lý ë n−íc ta, nh−: Dßng l−u tèc cao, dÉn dßng thi c«ng qua ®Ëp
®¸ ®æ ®¾p dë, còng nh− lÇn ®Çu xuÊt b¶n ®−îc: “Tiªu chuÈn thÝ nghiÖm m« h×nh thñy
lùc c«ng tr×nh ®Çu mèi thñy lîi”.
- ViÖn Thñy lîi Nam Kinh ®· cö c¸c chuyªn gia do GS. Lý V©n - Phã ViÖn
tr−ëng dÉn ®Çu sang th¨m vµ lµm viÖc víi ViÖn Khoa häc Thñy lîi 5 ngµy. C¸c
chuyªn gia ®· b¸o c¸o mét sè chuyªn ®Ò vµ cung cÊp th«ng tin vÒ nghiªn cøu m«
h×nh ®Çu mèi thñy lîi & thñy ®iÖn, nh−: dßng l−u tèc cao, dÉn dßng thi c«ng qua ®Ëp
®¸ ®æ ®¾p dë Thiªn sinh KiÒu, ©u thuyÒn ë ®Ëp Tam HiÖp... vµ còng ®Ò ra mét sè néi
dung tiÕp tôc hîp t¸c, nh−: x©y dùng m« h×nh nghiªn cøu vÒ x¶ lò thi c«ng qua ®Ëp
®¸ ®æ x©y dë t¹i ViÖt Nam, cung cÊp trang thiÕt bÞ nghiªn cøu vÒ dßng l−u tèc cao ...
D−íi ®©y lµ néi dung cô thÓ ®−îc tr×nh bµy d−íi d¹ng c¸c ch−¬ng.
1
Ch−¬ng I
Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu
thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh
§I.1. Giíi thiÖu chung thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh
I. ý nghÜa cña thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh
Sù vËn ®éng cña dßng ch¶y lµ mét hiÖn t−îng tù nhiªn v« cïng phøc t¹p, cho
®Õn nay vÉn ch−a thÓ n¾m biÕt ®−îc ®Çy ®ñ sù tån t¹i cña c¸c lùc t¸c dông vµ quy
luËt ph¸t triÓn cña chóng. Khi thiÕt kÕ c«ng tr×nh thñy lîi, th«ng th−êng, nÕu
kh«ng dïng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch to¸n häc th× dïng c«ng thøc kinh nghiÖm. C¶
hai ph−¬ng ph¸p ®Òu cã tÝnh h¹n chÕ nhÊt ®Þnh. Ch¼ng h¹n nh−, ®Ó gi¶i quyÕt khã
kh¨n cña ph©n tÝch to¸n häc, tr−íc khi x©y dùng ph−¬ng tr×nh lý thuyÕt cÇn ®−a ra
c¸c gi¶ thiÕt ®Ó ®¬n gi¶n ho¸; trong qu¸ tr×nh t×m nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh
th−êng l−îc bá nh÷ng sè h¹ng bËc cao. Do ®ã, sau khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ theo
c«ng thøc lý thuyÕt, cÇn ph¶i kiÓm ®Þnh qua thÝ nghiÖm m« h×nh råi míi ®−a ra ¸p
dông ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho c«ng tr×nh. MÆt kh¸c, sö dông c«ng thøc kinh
nghiÖm tuy t−¬ng ®èi ®¶m b¶o ®é tin cËy nh−ng c¸c hÖ sè cña nã cã c¸c ®iÒu kiÖn
vµ ph¹m vi sö dông nhÊt ®Þnh, kh«ng thÓ sö dông réng r·i tuú tiÖn.
Thùc tÕ, c¸c ®iÒu kiÖn biªn cña c«ng tr×nh thñy lîi rÊt kh¸c nhau, l¹i v« cïng
phøc t¹p, ph¶i qua ph©n tÝch nghiªn cøu thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc míi cã thÓ
phï hîp víi thùc tÕ, ngoµi ra thÝ nghiÖm m« h×nh cßn gióp n©ng cao lý luËn, ®óc
kÕt thùc tiÔn. Do ®ã, cã thÓ nãi nghiªn cøu thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc lµ cÇu nèi
gi÷a lý luËn c¬ häc chÊt láng vµ c«ng tr×nh thñy lîi thùc tÕ, cÇn ®−îc quan t©m.
II. NhiÖm vô, môc ®Ých thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh
ThÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc lµ: Pháng theo c«ng tr×nh thùc tÕ, dùa theo tiªu
chuÈn t−¬ng tù, chÕ t¹o thu nhá thµnh m« h×nh, c¨n cø vµo c¸c lùc t¸c dông chñ
yÕu mµ nã ph¶i chÞu, tiÕn hµnh nghiªn cøu thÝ nghiÖm. NÕu muèn t×m hiÓu hiÖn
t−îng thùc tÕ hoÆc kiÓm tra tÝnh an toµn vÒ thñy lùc cña nã, th× cã thÓ m« t¶ c¸c
hiÖn t−îng ®ã trªn m« h×nh. TiÕn hµnh quan tr¾c, ®o ®¹c, thu thËp vµ xö lý sè liÖu
trªn m« h×nh, tõ ®ã suy ra cho thùc tÕ theo tiªu chuÈn t−¬ng tù. Do vËy sö dông
ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc ch¼ng nh÷ng cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc tÝnh
2
hîp lý, ®é an toµn cña c«ng tr×nh trong thiÕt kÕ, mµ cßn cã thÓ dù b¸o hiÖn t−îng
cã kh¶ n¨ng x¶y ra ®èi víi c«ng tr×nh. §ång thêi, tiÕn hµnh nghiÖm chøng ®èi víi
lý thuyÕt ®Ó n©ng cao tr×nh ®é lý luËn vµ thùc tiÔn.
Môc ®Ých cña nghiªn cøu thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh lµ: KiÓm
nghiÖm ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ vµ lùa chän ph−¬ng ¸n tèi −u theo ®iÒu kiÖn thñy lùc.
Qua thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh kh«ng chØ x¸c ®Þnh ®−îc tÝnh
hîp lý trong thiÕt kÕ mµ cßn cã thÓ dù b¸o ®−îc nh÷ng hiÖn t−îng cã thÓ x¶y ra
®èi víi c«ng tr×nh trong qu¸ tr×nh vËn hµnh sau nµy. §ång thêi tõ thÝ nghiÖm m«
h×nh thñy lùc c«ng tr×nh sÏ nghiªn cøu bæ sung hoµn thiÖn nh÷ng quy luËt cña
®éng häc vµ ®éng lùc häc dßng ch¶y, chÝnh x¸c ho¸ c¸c c«ng thøc lý thuyÕt cña
thñy lùc b»ng c¸ch x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè cô thÓ. Ngoµi ra, thÝ nghiÖm m« h×nh thñy
lùc cßn cã thÓ kiÓm tra c¸c kÕt qu¶ cña m« h×nh to¸n.
III. Ph©n lo¹i m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh
Tuú theo môc ®Ých nghiªn cøu thÝ nghiÖm m« h×nh mµ chän lo¹i m« h×nh
cho phï hîp. Th−êng cã c¸c lo¹i m« h×nh:
§Ó nghiªn cøu bè trÝ hÖ thèng c«ng tr×nh ®Çu mèi thñy lîi, thñy ®iÖn trªn
s«ng, sÏ c¾t mét ®o¹n s«ng vµ hÖ thèng c«ng tr×nh ®Çu mèi ®Ó chÕ t¹o, x©y dùng
m« h×nh theo mét tû lÖ thu nhá nhÊt ®Þnh vµ tiÕn hµnh thÝ nghiÖm, ®©y lµ m« h×nh
tæng thÓ. Khi nghiªn cøu c¸c m« h×nh thñy c«ng hai bªn ®èi xøng, t×nh h×nh dßng
ch¶y còng ®èi xøng, cã thÓ nghiªn cøu mét bªn ®Ó ®¹i diÖn cho toµn bé (trõ
nghiªn cøu tiªu n¨ng phßng xãi), lóc nµy dïng m« h×nh b¸n chØnh thÓ. §Ó nghiªn
cøu d¹ng mÆt c¾t ®Ëp, ph©n bè ¸p lùc, t×nh h×nh dßng ch¶y ... th−êng c¾t mét ®o¹n
hay mét khoang trµn ®Ó chÕ t¹o m« h×nh vµ tiÕn hµnh nghiªn cøu trong m¸ng kÝnh
dïng m« h×nh mÆt c¾t.
Trong tr−êng hîp thÝ nghiÖm nÕu c¸c kÝch th−íc cña c«ng tr×nh ®Òu theo
mét tû lÖ thu nhá mµ chÕ t¹o m« h×nh, th× ®©y lµ m« h×nh chÝnh th¸i. M« h×nh
thñy lùc c«ng tr×nh ®Òu dïng m« h×nh chÝnh th¸i. NÕu do ®iÒu kiÖn h¹n chÕ, nh−
®é nh¸m hoÆc tr¹ng th¸i dßng ch¶y ... víi nguyªn thÓ khã thùc hiÖn ®−îc, lóc nµy
dïng m« h×nh tû lÖ thu nhá víi kÝch th−íc chiÒu ®øng vµ chiÒu ngang kh¸c nhau,
®ã lµ m« h×nh biÕn th¸i. M« h×nh s«ng ngßi th−êng dïng lo¹i m« h×nh nµy.
NÕu trong m« h×nh chØ thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng th¸o, quan s¸t t×nh
h×nh dßng ch¶y, cã thÓ lµm m« h×nh víi lßng s«ng vµ c¸c kÕt cÊu c«ng tr×nh cè
3
®Þnh, gäi lµ m« h×nh lßng cøng. NÕu nghiªn cøu xãi côc bé ë h¹ l−u hoÆc diÔn
biÕn xãi lë lßng s«ng cÇn lµm m« h×nh lßng mÒm (lßng ®éng).
Theo nhiÖm vô, môc ®Ých nghiªn cøu thÝ nghiÖm, theo lùc t¸c dông chÝnh, cã
thÓ ph©n thµnh c¸c lo¹i m« h×nh: Dßng ch¶y qua lç, dßng ch¶y qua vßi, m« h×nh
c«ng tr×nh thñy c«ng, m« h×nh lßng s«ng, m« h×nh m¸y thñy lùc, m«
h×nh khuyÕch t¸n nhiÖt, m« h×nh sãng triÒu, m« h×nh lò bïn c¸t, m« h×nh
cung tr−ît ...
Ngoµi nh÷ng m« h×nh nãi trªn, cßn cã m« h×nh thÊm.
IV. Ph¹m vi vµ ®èi t−îng nghiªn cøu thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc
c«ng tr×nh
ThÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc bao gåm: KiÓm ®Þnh vµ hoµn thiÖn bè trÝ côm
®Çu mèi c«ng tr×nh thñy lîi vµ c¸c h¹ng môc c«ng tr×nh (nh− tèi −u hãa h×nh d¹ng
c«ng tr×nh th¸o n−íc, kh¶ n¨ng th¸o n−íc, t¶i träng do dßng ch¶y t¸c dông lªn
c«ng tr×nh, chÕ ®é nèi tiÕp th−îng h¹ l−u, kÕt cÊu c«ng tr×nh tiªu n¨ng, t×nh h×nh
xãi côc bé h¹ l−u vµ c¸c biÖn ph¸p phßng xãi...).
§èi víi tr¹m thñy ®iÖn thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc chñ yÕu nghiªn cøu ®Æc
tÝnh giÕng ®iÒu ¸p, ¸p lùc n−íc va, tÝnh n¨ng tæ tuèc bin, tæn thÊt cét n−íc ë cöa
vµo nhµ m¸y....
§èi víi dÉn dßng thi c«ng thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc bao gåm: Bè trÝ hÖ
thèng c«ng tr×nh dÉn dßng hîp lý; x¸c ®Þnh vÞ trÝ, kÝch th−íc cöa, kÝch th−íc ®ª
qu©y vµ vËt liÖu chÆn dßng phï hîp...
V. Sù cÇn thiÕt ph¶i cã ph−¬ng ph¸p x©y dùng vµ thÝ nghiÖm m« h×nh
MÆc dï ®· cã c¸c phßng thÝ nghiÖm thñy lùc tõ l©u, ®· thÝ nghiÖm nhiÒu
c«ng tr×nh thñy lîi, thñy ®iÖn vµ c¸c c«ng tr×nh kh¸c, nh−: giao th«ng, thñy s¶n,
qu©n sù … nh−ng hÇu nh− c¸c n−íc ch−a cã mét tµi liÖu chung vÒ ph−¬ng ph¸p
x©y dùng vµ thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh (Trung Quèc nh÷ng n¨m gÇn
®©y míi ban hµnh quy tr×nh thÝ nghiÖm m« h×nh c«ng tr×nh thñy c«ng). N−íc ta
phßng thÝ nghiÖm thñy lùc c«ng tr×nh thuéc ViÖn Khoa häc Thñy lîi ®−îc x©y
dùng tõ nh÷ng n¨m 1959 nh−ng ch−a cã tµi liÖu nµo nªu vÒ ph−¬ng ph¸p x©y
dùng vµ thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh, c¸c c¸n bé chØ tham kh¶o c¸c
s¸ch, gi¸o tr×nh thñy lùc. Do ®ã, cÇn cã mét tµi liÖu vÒ ph−¬ng ph¸p x©y dùng vµ
thÝ nghiÖm m« h×nh cho thèng nhÊt gi÷a c¸c phßng thÝ nghiÖm trong n−íc vµ gióp
4
cho c¬ quan qu¶n lý thuËn tiÖn trong viÖc kiÓm tra, gi¸m s¸t còng nh− c¬ quan t−
vÊn tham kh¶o.
D−íi ®©y chóng t«i xin nªu vÒ ph−¬ng ph¸p x©y dùng vµ thÝ nghiÖm m« h×nh
thñy lùc c«ng tr×nh gåm: tiªu chuÈn t−¬ng tù, trang thiÕt bÞ thÝ nghiÖm, ph−¬ng
ph¸p x©y dùng vµ thÝ nghiÖm, ®¸nh gi¸ sai sè.
§I.2. tiªu chuÈn t−¬ng tù
Khi thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh ph¶i ®¸p øng tiªu chuÈn sau:
1. M« h×nh ph¶i ®¶m b¶o ®−îc t−¬ng tù h×nh häc, t−¬ng tù vÒ ®Æc tr−ng ®éng
häc vµ t−¬ng tù ®éng lùc häc cña dßng ch¶y víi nguyªn h×nh.
2. §èi víi m« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh, hiÖn t−îng thñy lùc th−êng do t¸c
®éng chñ yÕu cña träng lùc (khi n−íc ch¶y qua ®Ëp, qua cèng, qua dèc n−íc, qua
lç...) th× ph¶i tu©n theo tiªu chuÈn t−¬ng tù träng lùc lµ sè Froud cña m« h×nh vµ
cña nguyªn h×nh ph¶i b»ng nhau (Frn =Frm=idem).
3. Ngoµi ®iÒu kiÖn c¬ b¶n lµ tho¶ m·n t−¬ng tù träng lùc cßn ph¶i tho¶ m·n
c¸c ®iÒu kiÖn giíi h¹n sau ®©y:
+ ChÕ ®é ch¶y ë nguyªn h×nh ph¶i ®−îc b¶o tån trªn m« h×nh, nghÜa lµ sè
R©yn«n trªn m« h×nh (Rem) ph¶i lín h¬n sè R©yn«n giíi h¹n (Rek).
+ Trong thÝ nghiÖm m« h×nh, cÇn chän vËt liÖu, ph−¬ng ph¸p hîp lý ®Ó hiÖu
chØnh ®é nh¸m cho phï hîp.
+ §Ó tr¸nh ¶nh h−ëng cña søc c¨ng mÆt ngoµi, l−u tèc bÒ mÆt m« h×nh
kh«ng ®−îc nhá h¬n 23cm/s, ®é s©u n−íc kh«ng ®−îc nhá h¬n 2,0cm.
+ M« h×nh thñy lùc c«ng tr×nh b¾t buéc ph¶i lµ m« h×nh chÝnh th¸i. Tr−êng
hîp ®Æc biÖt lµm m« h×nh biÕn th¸i th× ph¶i gi¶i tr×nh víi cÊp cã thÈm quyÒn vÒ
⎛
sai sè chÊp nhËn vµ biÕn suÊt β ph¶i nhá h¬n 4 ⎜ β =
⎝
λh
λL
⎞
⎟.
⎠
§I.3. Trang, thiÕt bÞ c¬ b¶n dïng cho thÝ nghiÖm
I. Trang thiÕt bÞ cè ®Þnh
1. Trang thiÕt bÞ hÖ thèng cÊp vµ thu n−íc, bao gåm: bÓ chøa n−íc, bÓ lÆng
n−íc, hÖ thèng èng ph©n phèi n−íc vµ m¸ng håi n−íc, c¸c thiÕt bÞ cÊp vµ thu
5
c¸t .v.v. phï hîp víi yªu cÇu vµ tiªu chuÈn thÝ nghiÖm.
2. C¸c thiÕt bÞ th«ng dông cè ®Þnh:
C¨n cø vµo nhiÖm vô thÝ nghiÖm, cã thÓ x©y dùng l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ cè ®Þnh
cã tÝnh th«ng dông nh−: M¸ng kÝnh, th¸p n−íc cao vµ bÓ ¸p lùc .v.v.
II. ThiÕt bÞ ®o ®¹c thÝ nghiÖm
1. ThiÕt bÞ ®o mùc n−íc
+ Kim ®o mùc n−íc tÜnh th−êng dïng kim ®o cña Trung Quèc ®Ó ®o mùc
n−íc khi dßng ch¶y cã l−u l−îng kh«ng ®æi.
+ Kim ®o mùc n−íc tù ®éng dïng ®Ó ®o mùc n−íc khi dßng ch¶y cã l−u
l−îng biÕn ®æi th−êng dïng lo¹i cña Anh, NhËt, Mü...
+ ThiÕt bÞ ®o chiÒu cao sãng dïng vµo viÖc ®o dao ®éng mÆt n−íc chän lo¹i
phèi hîp ®−îc víi c¸c thiÕt bÞ thu thËp tÝn hiÖu vµ xö lý tÝn hiÖu, th−êng dïng cña
Mü, NhËt...
2. ThiÕt bÞ ®o ¸p lùc, ¸p suÊt m¹ch ®éng
+ èng ®o ¸p dïng ®Ó ®o ¸p suÊt khi l−u l−îng kh«ng ®æi, cã:
- §−êng kÝnh trong cña lç ®o ¸p cÇn nhá h¬n hoÆc b»ng 2mm.
- MiÖng lç cÇn vu«ng gãc víi thµnh bªn, chiÒu s©u lç Ýt nhÊt b»ng 2 lÇn
®−êng kÝnh èng.
+ §−êng kÝnh trong cña èng ®o ¸p (èng thñy tinh) kh«ng ®æi vµ lín h¬n
1cm.
+Th©n èng gi÷ th¼ng ®øng. Cao tr×nh ®iÓm kh«ng (0) ®−îc hiÖu chØnh b»ng
m¸y thñy chuÈn.
+ Khi ¸p suÊt nhá h¬n 3m cét n−íc dïng èng ®o PenZometers. Khi ¸p suÊt
v−ît qu¸ 3m cét n−íc, nªn dïng cét ¸p thñy ng©n.
+ Khi ¸p suÊt v−ît qu¸ 10m cét n−íc, nªn dïng ¸p kÕ.
3. ThiÕt bÞ ®o l−u l−îng cã thÓ dïng c¸c thiÕt bÞ sau:
+ ThiÕt bÞ ®o l−u l−îng tù ®éng ®iÒu chØnh van b»ng ®iÖn.
6
+ §Ëp trµn dïng ®Ó ®o l−u l−îng kh«ng ®æi, ®Ó ®¸p øng yªu cÇu cña kho¶ng
®o vµ ®é chÝnh x¸c nªn chän lo¹i ®Ëp trµn sau:
- Khi l−u l−îng Q<10 l/s, dïng ®Ëp trµn tam gi¸c vu«ng, l−u l−îng ®−îc x¸c
®Þnh theo ®−êng cong chuÈn;
- Khi l−u l−îng Q>10 l/s, dïng ®Ëp trµn h×nh ch÷ nhËt, tÝnh to¸n l−u l−îng
dïng c«ng thøc Rebhock;
+ Yªu cÇu cña viÖc l¾p ®Æt ®Ëp trµn ®o n−íc
- ChiÒu réng lßng m¸ng cña ®Ëp trµn tam gi¸c c©n b»ng 3 ÷ 4 lÇn cét n−íc
trµn lín nhÊt trªn ®Ëp.
- Th©n ®Ëp ph¶i ®Æt th¼ng ®øng, vu«ng gãc víi lßng m¸ng, ®Ønh cña tÊm ®Ëp
n»m ngang b»ng.
- ChiÒu réng lßng m¸ng kh«ng ®æi (®èi víi ®Ëp trµn ch÷ nhËt).
- Gi÷a tÊm ®Ëp trµn h×nh ch÷ nhËt vµ lµn n−íc d−íi ®Ëp trµn cÇn bè trÝ lç
th«ng khÝ, mùc n−íc h¹ l−u ph¶i thÊp h¬n cao tr×nh ng−ìng trµn kh«ng nhá
h¬n 7cm.
- L−íi gi¶m sãng ®Æt ë th−îng l−u ®Ëp trµn, c¸ch ®Ëp trµn mét kho¶ng
Ýt nhÊt b»ng 10 lÇn cét n−íc trµn lín nhÊt trªn ®Ønh ®Ëp trµn.
- Lç kim ®o mùc n−íc th−îng l−u ®Æt ë vÞ trÝ c¸ch ®Ëp trµn Ýt nhÊt b»ng
6 lÇn cét n−íc trµn lín nhÊt trªn ®Ønh ®Ëp.
+ èng Venturi dïng vµo viÖc ®o l−u l−îng dßng ch¶y kh«ng ®æi, kÝch cì
ph¶i phï hîp thiÕt kÕ tiªu chuÈn, ®−êng kÝnh tuú theo l−u l−îng mµ ®Þnh. HÖ sè
l−u l−îng dïng ®−êng cong chuÈn.
4. ThiÕt bÞ ®o l−u tèc ph¶i cã ®é chÝnh x¸c thÝch hîp vµ phï hîp víi tõng
tr−êng hîp thÝ nghiÖm, th−êng dïng m¸y PEMS cña Hµ Lan d¶i ®o tõ 0÷5m/s.
5. KiÓm ®Þnh thiÕt bÞ ®o ®¹c.
C¸c thiÕt bÞ ®o cÇn ®−îc kiÓm ®Ønh theo quy ®Þnh hiÖn hµnh.
§i.4. ThiÕt kÕ m« h×nh
I. TiÕn hµnh thiÕt kÕ m« h×nh theo tiªu chuÈn t−¬ng tù ®· chän
7
II. Tû lÖ h×nh häc vµ ph¹m vi m« h×nh ®−îc chän theo: Yªu cÇu ®é chÝnh
x¸c cña c«ng tr×nh, ®iÒu kiÖn s©n b·i thÝ nghiÖm, thiÕt bÞ, l−u l−îng cÊp n−íc,
®iÒu kiÖn giíi h¹n vµ ®iÒu kiÖn kinh tÕ.
III. Chän lo¹i m« h×nh
1. Nghiªn cøu bè trÝ côm c«ng tr×nh ®Çu mèi thñy lîi, thñy ®iÖn vµ quan hÖ
t−¬ng hç gi÷a c¸c c«ng tr×nh dïng m« h×nh lßng cøng chØnh thÓ, tû lÖ kh«ng nhá
h¬n 1/100;
2. Nghiªn cøu ®Æc tÝnh thñy lùc cña mét c«ng tr×nh nµo ®ã trong côm ®Çu
mèi, dïng m« h×nh riªng lÎ, tû lÖ kh«ng nhá h¬n 1:80;
3. Nghiªn cøu hiÖn t−îng dßng ch¶y cña mét bé phËn nµo ®ã cña c«ng tr×nh,
dïng m« h×nh côc bé, tû lÖ kh«ng nhá h¬n 1:80;
4. M« h×nh mÆt c¾t, tû lÖ kh«ng nhá h¬n 1:50;
5. Nghiªn cøu xãi lë, båi l¾ng côc bé th−îng h¹ l−u c«ng tr×nh ®Çu mèi, cã
thÓ kÕt hîp m« h×nh lßng cøng víi m« h×nh lßng ®éng;
6. C¨n cø yªu cÇu thÝ nghiÖm cho mét h¹ng môc thÝ nghiÖm c«ng tr×nh, cã
thÓ ®ång thêi chän nhiÒu lo¹i h×nh m« h×nh: MÆt c¾t, tæng thÓ.
IV. Ph¹m vi lµm m« h×nh
1. ChiÒu dµi h−íng däc cña m« h×nh: Ph¶i b¶o ®¶m cho tr¹ng th¸i dßng ch¶y
trong ®o¹n nghiªn cøu ®¹t t−¬ng tù víi dßng ch¶y nguyªn h×nh:Th−îng l−u c¸ch
ng−ìng trµn hoÆc cèng 30 lÇn cét n−íc thiÕt kÕ, h¹ l−u c¸ch mÆt c¾t x¸c ®Þnh
Q= f(H) h¹ l−u Ýt nhÊt 300m.
2. H−íng ngang: Ph¶i bao trïm ®−êng ®ång møc mùc n−íc cao nhÊt, ®ång
thêi cã ®é cao an toµn thÝch hîp.
V. ChÕ t¹o vµ l¾p r¸p m« h×nh
1. VÏ b¶n ®å bè trÝ tæng thÓ m« h×nh, b¶n vÏ chi tiÕt m« h×nh c«ng tr×nh,
b¶n ®å bè trÝ c¸c ®iÓm ®o, ®ång thêi ®Ò ra c¸c yªu cÇu vÒ gia c«ng vµ l¾p r¸p
m« h×nh.
2. C¸c lo¹i vËt liÖu lµm m« h×nh tïy yªu cÇu thÝch øng cã thÓ dïng: Gç, xi
m¨ng, kÝnh h÷u c¬, tÊm Plastic cøng vµ t«n m¹ kÏm, c¸c lo¹i vËt liÖu lµm vËt
liÖu xãi.
8
3. T−êng biªn cña m« h×nh cã thÓ b»ng g¹ch x©y hoÆc l¾p ghÐp b»ng tÊm
®óc s½n. Dï dïng lo¹i t−êng bªn nµo, ®Òu ph¶i ®¶m b¶o c−êng ®é vµ t−¬ng tù
®é nh¸m.
4. ViÖc t¹o ®Þa h×nh m« h×nh cã thÓ dïng ph−¬ng ph¸p mÆt c¾t, ph−¬ng ph¸p
®iÓm cäc. Khi dïng 2 ph−¬ng ph¸p nµy, kho¶ng c¸ch gi÷a 2 mÆt c¾t khèng chÕ
trong m« h×nh cã thÓ lÊy b»ng 50÷80cm, ®èi víi ®o¹n s«ng cã ®Þa h×nh biÕn ®æi
t−¬ng ®èi phøc t¹p, sè mÆt c¾t khèng chÕ cã thÓ t¨ng thªm.
5. Yªu cÇu khèng chÕ ®é chÝnh x¸c.
+ Cao tr×nh m« h×nh c«ng tr×nh, sai sè cho phÐp tõ ±0,2÷0,4mm (tuú theo tû
lÖ λL);
+ Cao tr×nh ®Þa h×nh, sai sè cho phÐp ± 2,0mm; kho¶ng c¸ch n»m ngang vµ
chiÒu däc sai sè cho phÐp lµ ± 10mm;
+ §iÓm gèc thñy chuÈn vµ ®iÓm kh«ng (0) cña kim ®o, sai sè cho phÐp
lµ ± 0,3mm.
6. KiÓm tra vµ nghiÖm thu
+ L¾p r¸p m« h×nh xong cÇn tiÕn hµnh kiÓm tra toµn diÖn, cã ghi biªn b¶n
®Çy ®ñ;
+ Sau khi kiÓm tra xong, cÇn tiÕn hµnh thö n−íc, nÕu ph¸t hiÖn vÊn ®Ò g× th×
kÞp thêi cã biÖn ph¸p hiÖu chØnh;
+ §èi víi m« h×nh c«ng tr×nh ®Æc biÖt, cÇn tæ chøc nghiÖm thu x©y dùng,
chÕ t¹o m« h×nh cã x¸c nhËn cña c¬ quan ®Æt hµng.
§I.5. Tr×nh tù thÝ nghiÖm
1. C¨n cø vµo nhiÖm vô vµ yªu cÇu thÝ nghiÖm, x©y dùng ®Ò c−¬ng nghiªn
cøu thÝ nghiÖm chi tiÕt bao gåm: Néi dung thÝ nghiÖm, lo¹i m« h×nh, tû lÖ m«
h×nh, lÇn nhãm thÝ nghiÖm, quy tr×nh tiÕn hµnh thÝ nghiÖm vµ kÕ ho¹ch tiÕn ®é thÝ
nghiÖm .v.v.
2. ThÝ nghiÖm chÝnh thøc bao gåm: ThÝ nghiÖm ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ, thÝ
nghiÖm ph−¬ng ¸n söa ®æi vµ thÝ nghiÖm ph−¬ng ¸n hoµn thiÖn.
3. Tr−íc khi thÝ nghiÖm chÝnh thøc, cÇn tiÕn hµnh thÝ nghiÖm kiÓm chøng, ®Ó
9
hiÖu chØnh ®é nh¸m vµ thiÕt bÞ ®o l−êng .v.v.
4. Khi thÝ nghiÖm ph−¬ng ¸n söa ®æi ph¶i mêi c¬ quan thiÕt kÕ quan s¸t m«
h×nh vµ thèng nhÊt néi dung thÝ nghiÖm söa ®æi.
5. Khi thÝ nghiÖm ph−¬ng ¸n hoµn thiÖn, cÇn kÞp thêi chØnh lý ph©n tÝch sè
liÖu, ph¸t hiÖn c¸c ®iÓm kh¶ nghi, ®Ó thÝ nghiÖm bæ sung.
6. LËp b¸o c¸o nghiªn cøu thÝ nghiÖm chÝnh thøc.
§I.6. Néi dung vµ ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm
I. X¸c ®Þnh diÔn biÕn mùc n−íc vµ ®−êng mÆt n−íc, chÕ ®é nèi tiÕp
dßng ch¶y
1. §Æt èng kim ®o mùc n−íc: Th−îng l−u t¹i vÞ trÝ c¸ch ng−ìng trµn hoÆc
cèng Ýt nhÊt b»ng 10 lÇn cét n−íc thiÕt kÕ, phÝa h¹ l−u t¹i mÆt c¾t x¸c ®Þnh
Q = f(H) h¹ l−u. Dïng kim ®o ®Ó ®o mùc n−íc trong b×nh kim ®o.
2. Th«ng qua gi¸ kim ®o l−u ®éng (hoÆc xe ®o) ®· ®−îc chØnh ngang b»ng,
dïng kim ®o ®Ó ®o ®−êng mÆt n−íc, h−íng däc hoÆc h−íng ngang cña dßng ch¶y.
3. Chän m¸y ®o mùc n−íc tù ®éng ®Ó ®o qu¸ tr×nh biÕn ®æi mùc n−íc cña
dßng ch¶y biÕn ®æi. Mçi trÞ sè ®o lµ gi¸ trÞ trung b×nh céng cña 3 lÇn ®o.
4. Tr−êng hîp thÝ nghiÖm cèng ngÇm ch¶y cã ¸p ph¶i dïng kÝnh h÷u c¬ lµm
m« h×nh c«ng tr×nh ®Ó quan s¸t dßng ch¶y ®−îc dÔ dµng.
5. Dïng b¶ng biÓu ®Ó ghi sè liÖu quan tr¾c (ghi râ ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm, lÇn
®o, nhãm ®o vµ ngµy th¸ng n¨m).
II. §o l−u l−îng
1. C¸c b−íc thao t¸c thÝ nghiÖm ch¶y qua c«ng tr×nh x¶:
+ X¸c ®Þnh l−u l−îng th¸o cho tr−êng hîp ch¶y tù do vµ ch¶y ngËp.
+ øng víi mçi cÊp l−u l−îng x¸c ®Þnh ®−îc mùc n−íc th−îng l−u t−¬ng øng.
2. C¸c b−íc thao t¸c thÝ nghiÖm ch¶y qua d−íi cöa van
+ X¸c ®Þnh l−u l−îng th¸o víi c¸c ®é më cöa van kh¸c nhau.
+ øng víi mçi ®é më cöa van x¸c ®Þnh ®−îc l−u l−îng x¶ vµ mùc n−íc
th−îng l−u t−¬ng øng.
10
3. Dïng b¶ng biÓu ®Ó ghi sè liÖu quan tr¾c, sau ®ã, theo c«ng thøc, tÝnh to¸n
hÖ sè l−u l−îng cña trµn vµ ch¶y qua lç.
III. §o l−u tèc, x¸c ®Þnh h−íng dßng ch¶y
1. C¨n cø vµo kho¶ng ®o l−u tèc ®Ó chän m¸y ®o l−u tèc t−¬ng øng.
2. Chän vÞ trÝ th−îng l−u c«ng tr×nh chÝnh, tiªu n¨ng vµ h¹ l−u c«ng tr×nh
lµm mÆt c¾t chÝnh ®o l−u tèc, cßn c¸c mÆt c¾t kh¸c th× tuú theo yªu cÇu mµ
x¸c ®Þnh.
3. T¹i mçi mÆt c¾t ®o, bè trÝ Ýt nhÊt 5 thñy trùc ®o, mçi thñy trùc ®o 3 ®iÓm:
mÆt, gi÷a vµ ®¸y.
4. §ång thêi víi viÖc ®o l−u tèc, tiÕn hµnh quan tr¾c tr¹ng th¸i dßng ch¶y,
h−íng dßng ch¶y; th−êng dïng ph−¬ng ph¸p quan tr¾c th¶ phao chØ ®o l−u h−íng
®i theo l−íi to¹ ®é ®· ®Þnh, chôp ¶nh chËm, quay camªra.
5. Dïng b¶ng biÓu ghi chÐp c¸c sè liÖu ®o l−u tèc vµ tÝnh ®æi ra nguyªn
h×nh.
6. ThÝ nghiÖm vÒ khÝ thùc, hµm khÝ ph¶i tiÕn hµnh trong gi¸ kÝn.
IV. §o ¸p suÊt
1. KiÓm tra lç ®o ¸p vµ èng ®o ¸p xem cã phï hîp yªu cÇu hay kh«ng.
2. KiÓm tra lç ®o ¸p xem cã rß rØ hay kh«ng.Tr−íc mçi lÇn thÝ nghiÖm ph¶i
th«ng khÝ trong èng ®o ¸p.
3. Dïng m¸y thñy chuÈn ®Ó x¸c ®Þnh cao tr×nh ®iÓm kh«ng (0) cña b¶ng
®o ¸p.
4.Theo thø tù ®¸nh sè, dïng giÊy kÎ ly ®o chiÒu cao cét n−íc trong èng
®o ¸p.
5. Dïng b¶ng biÓu ghi chÐp c¸c sè liÖu ®o ®¹c.
V. §o ¸p lùc m¹ch ®éng
1. L¾p bé truyÒn c¶m ¸p lùc m¹ch ®éng vµo lç ®o ¸p, mÆt ngoµi ph¶i vu«ng
gãc víi thµnh bªn.
2. NÕu yªu cÇu l¾p r¸p nh− trªn ®©y cã khã kh¨n, th× cã thÓ dïng mét ®o¹n
èng cøng ®Ó nèi gi÷a bé truyÒn c¶m vµ lç ®o ¸p.
11
3. §−a tÝn hiÖu ®iÖn nhËp vµo m¸y xö lý ®Ó ghi chÐp hoÆc l−u tr÷. Mçi trÞ sè
®o lÊy trung b×nh céng cña 3 lÇn ®o.
4. Sau khi thÝ nghiÖm xong, bé truyÒn c¶m cÇn ph¶i ®−îc ®Þnh chuÈn l¹i.
VI. §o xãi côc bé
1. Chän vËt liÖu thÝ nghiÖm xãi ë m« h×nh.
+ Dïng thÓ h¹t rêi t−¬ng tù ®Ó m« pháng lßng s«ng nguyªn h×nh ®−îc t¹o
bëi c¸t sái hoÆc nham th¹ch víi c¸c thí nøt ph¸t triÓn, ®−êng kÝnh h¹t cô thÓ ®−îc
chän theo t−¬ng tù l−u tèc kh«ng xãi cho phÐp [Vcp].
+ Dïng c¸t m« h×nh nhÑ, mïn c−a ng©m hay bôi than ®Ó m« pháng lßng
s«ng nguyªn h×nh t¹o bëi bïn c¸t h¹t mÞn, ®−êng kÝnh h¹t cô thÓ th«ng qua thÝ
nghiÖm thö ®Ó x¸c ®Þnh;
+ Dïng c¸c viªn vËt liÖu gia c«ng cã λγ=1 vµ chÊt keo dÝnh kÕt theo h−íng
vØa ®¸ ®Ó m« pháng nÒn ®¸ nguyªn h×nh t¹o bëi khèi ®¸ nói, yªu cÇu ®¹t ®−îc
t−¬ng tù l−u tèc kh«ng xãi vµ d¹ng xãi gÇn thùc tÕ.
2. Cao tr×nh phñ vËt liÖu ë m« h×nh xãi cÇn c¨n cø vµo cao tr×nh mÆt ®¸ gèc
mµ x¸c ®Þnh. Khi cÇn thiÕt, cã thÓ r¶i theo líp phñ trªn vµ ph©n tÇng ®¸ gèc.
3. Ph¹m vi phñ vËt liÖu xãi ph¶i réng h¬n ph¹m vi xãi.
4. Lßng s«ng thung lòng hÑp ph¶i chÕ t¹o vËt liÖu xãi ë c¶ hai bê.
5. Thêi gian thÝ nghiÖm xãi x¸c ®Þnh theo tû lÖ vÒ thêi gian quy ®æi gi÷a m«
h×nh vµ nguyªn h×nh.
6. TiÕn hµnh thÝ nghiÖm theo tr×nh tù thao t¸c nghiªm ngÆt, kh«ng ®−îc lµm
x¸o ®éng mÆt vËt liÖu xãi ban ®Çu hoÆc ®Þa h×nh xãi.
7. Dïng ph−¬ng ph¸p ®−êng ®ång møc ®Ó vÏ ®Þa h×nh hè xãi.
§I.7. c¸c cÊp l−u l−îng thÝ nghiÖm vµ mÆt c¾t ®o
1. L−u l−îng thÝ nghiÖm:
Trªn m« h×nh tiÕn hµnh thÝ nghiÖm cho Ýt nhÊt 5 cÊp l−u l−îng, trong ®ã cã 3
cÊp: L−u l−îng trung b×nh (Qtb), l−u l−îng thiÕt kÕ (Qtk), l−u l−îng kiÓm tra (Qkt).
2. MÆt c¾t ®o:
12
Trªn m« h×nh ph¶i bè trÝ c¸c mÆt c¾t ®o l−u tèc, mùc n−íc cho: th−îng l−u,
th©n vµ h¹ l−u c«ng tr×nh. Mçi mÆt c¾t bè trÝ tõ 3÷10 thñy trùc (tïy theo bÒ réng
c«ng tr×nh).
§I.8. §é chÝnh x¸c cña thÝ nghiÖm m« h×nh thñy lùc
1. L−u l−îng: Sai sè ±1% ÷ ±2% so víi tõng cÊp Q, theo Q~H cña m¸ng
l−êng.
2. L−u tèc: Sai sè theo ®é chÝnh x¸c cña lo¹i m¸y ®o l−u tèc.
3. Sai sè ®o mÆt n−íc c«ng tr×nh: So víi ®é s©u ®o ®¹c: ±3mm x víi tû lÖ
h×nh häc m« h×nh.
13
Ch−¬ng II
Dßng ch¶y l−u tèc cao
§II.1. kh¸i qu¸t
I. ý nghÜa cña dßng l−u tèc cao
Nh÷ng n¨m võa qua, do yªu cÇu ph¸t triÓn vÒ d©n sinh kinh tÕ, nhiÒu c«ng
tr×nh thñy lîi, thñy ®iÖn lín cña n−íc ta ®· ®−îc thiÕt kÕ vµ x©y dùng. Víi c¸c
c«ng tr×nh vËn hµnh trong ®iÒu kiÖn cét n−íc chªnh lÖch lín th× kh«ng chØ trªn
mÆt ®Ëp trµn, trªn dèc n−íc mµ c¶ trong c¸c tuy nen hay cèng x¶ lò dÉn dßng thi
c«ng l−u tèc dßng ch¶y ®¹t tõ 18,0m/s÷37.0m/s.
Cã thÓ kÓ ®Õn c¸c c«ng tr×nh:
- VÒ ®Ëp trµn x¶ lò, l−u tèc t¹i vïng mòi phun ®¹t tõ 25m/s÷35m/s gåm cã:
+ §Ëp trµn thñy ®iÖn B¶n VÏ,
+ §Ëp tràn thñy ®iÖn Sª San 3, Sª San 4,
+ §Ëp trµn thñy ®iÖn s«ng Tranh 2,
+ §Ëp trµn B¶n Ch¸t,
+ §Ëp trµn thñy ®iÖn Huéi Qu¶ng,
+ §Ëp trµn thñy ®iÖn S¬n La,
+ §Ëp trµn thñy ®iÖn B×nh §iÒn .v.v.
- VÒ dèc n−íc: dßng ch¶y trªn dèc n−íc cña mét sè ®Ëp trµn cã l−u tèc lín
tõ 18m/s ÷ 35m/s, nh−:
+ Dèc n−íc ®Ëp trµn thñy ®iÖn KaNak,
+ Dèc n−íc ®Ëp trµn hå chøa n−íc Cöa §¹t,
+ Dèc n−íc ®Ëp trµn thñy ®iÖn Tuyªn Quang,
+ Dèc n−íc ®Ëp trµn thñy ®iÖn S¬n La,
+ Dèc n−íc ®Ëp trµn thñy ®iÖn Hoµ B×nh.
14
- VÒ tuy nen vµ cèng x¶ lò dÉn dßng thi c«ng, cã l−u tèc dßng ch¶y trong tuy
nen hay cèng lín tõ 18m/s÷ 25m/s, nh−:
+ Tuy nen x¶ lò thi c«ng thñy ®iÖn B¶n Ch¸t,
+ Tuy nen x¶ lò thi c«ng thñy ®iÖn Tuyªn Quang,
+ Tuy nen x¶ lò thi c«ng hå chøa n−íc Cöa §¹t,
+ Tuy nen x¶ lò thi c«ng thñy ®iÖn Huéi Qu¶ng,
+ Cèng x¶ lò thi c«ng thñy ®iÖn s«ng Tranh 2,
+ Cèng x¶ lò thi c«ng thñy ®iÖn S¬n La .v.v.
Theo c¸c tµi liÖu nghiªn cøu ë n−íc ngoµi khi gi¸ trÞ l−u tèc dßng ch¶y v−ît
qu¸ 18m/s cã kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn khÝ thùc; khi l−u tèc dßng ch¶y t¨ng ®Õn 30m/s
th× møc ®é khÝ thùc −íc tÝnh t¨ng lªn 17 lÇn, khi l−u tèc t¨ng ®Õn 40m/s th× møc
®é khÝ thùc t¨ng lªn ®Õn gÇn 100 lÇn. HiÖu suÊt khÝ thùc vµ l−u tèc thµnh tû lÖ
thuËn víi sè mò 5÷7 lÇn.
Khi ph¸t sinh dßng ch¶y cã l−u tèc cao kh«ng chØ g©y ra hiÖn t−îng khÝ thùc
mµ cßn g©y ra m¹ch ®éng l−u tèc, m¹ch ®éng l−u tèc lín, g©y rung ®éng ®èi víi
c«ng tr×nh. Do ®ã tõ thËp kû 50÷60 cña thÕ kû 20 nhiÒu nhµ thñy lùc ®· chó ý ®Õn
viÖc nghiªn cøu dßng ch¶y cã l−u tèc cao; cã thÓ kÓ ®Õn, nh−:
- Rouse, H.Siao, T.T and Nagaratnam: “Turbulence Characteristic of the
Hydraulic Jumps”. Trans.A.S.C.E.1959.
- “Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators”
U.S.Department of the interior Bureau of Reclamation 1963.
- Lý T«ng BÝch “Nghiªn cøu dßng phun xa trªn ng−ìng phun ®èi víi dßng
ch¶y l−u tèc cao ” t¹p chÝ thñy lîi Trung Quèc sè 2 n¨m 1963 (tiÕng Trung).
- “Dßng ch¶y l−u tèc cao”Phßng nghiªn cøu thñy c«ng ViÖn Khoa häc Thñy
lîi Trung Quèc (tµi liÖu dÞch) nhµ xuÊt b¶n thñy lîi 1958.
§Ó tr¸nh hiÖn t−îng khÝ thùc ph¸ ho¹i, biÖn ph¸p truyÒn thèng lµ: Khi thiÕt
kÕ chän h×nh d¹ng mÆt tho¸t n−íc hîp lý; khèng chÕ ®é b»ng ph¼ng låi lâm mÆt
tho¸t n−íc khi thi c«ng vµ sö dông vËt liÖu cã tÝnh n¨ng chèng x©m thùc. Trªn
thùc tÕ ®· chøng minh khi dßng ch¶y cã l−u tèc ®¹t tíi gÇn 40m/s th× biÖn ph¸p
truyÒn thèng khã tr¸nh ®−îc khÝ thùc ph¸ ho¹i. GÇn 30 n¨m nay ë Trung Quèc
15
còng nh− mét sè n−íc ®· tiÕn hµnh c¸c ®Ò tµi nghiªn cøu trén khÝ gi¶m khÝ thùc;
x©y dùng mét lo¹t c«ng tr×nh trén khÝ gi¶m khÝ thùc lµ mét gi¶i ph¸p cã hiÖu qu¶
kinh tÕ - kü thuËt.
Kh¾c phôc ®−îc hiÖn t−îng khÝ thùc còng lµm gi¶m bít ®−îc m¹ch ®éng l−u
tèc vµ rung ®éng cña c«ng tr×nh.
N¨m 1960 lÇn ®Çu tiªn øng dông biÖn ph¸p trén khÝ gi¶m khÝ thùc ®−îc thùc
hiÖn khi söa ch÷a mÆt c¾t tho¸t n−íc cña lç th¸o lò trªn ®Ëp Taigly dam (Mü).
Sau khi söa ch÷a c«ng tr×nh ®· vËn hµnh h¬n 10.000giê chøng tá mÆt tho¸t n−íc
sau khi söa ch÷a kh«ng ph¸t sinh khÝ thùc; sau ®ã tiÕp tôc øng dông cho c«ng
tr×nh th¸o lò cña c«ng tr×nh Yellow dam vµ Klinsart dam ë Mü…
ë Trung Quèc n¨m 1976 lÇn ®Çu øng dông thiÕt bÞ th«ng khÝ gi¶m khÝ thùc
vµo ®−êng hÇm th¸o lò c«ng tr×nh Phïng Gia S¬n, råi sau ®ã øng dông vµo
tuy nen x¶ lò c¸c c«ng tr×nh hå chøa n−íc: Th¹ch §Çu Hµ, U Giang §é, §ång
Giang .v.v. gÇn 20 c«ng tr×nh, chiÕm kho¶ng 1/4 sè c«ng tr×nh øng dông trªn thÕ
giíi, chøng minh hiÖu qu¶ tèt.
Võa qua côm ®Çu mèi thñy lîi TiÓu Lang §Õ n»m trªn dßng chÝnh s«ng
Hoµng Hµ lµ c«ng tr×nh ®Ëp ®¸ ®æ cao 167m, ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò khÝ thùc ph¸
ho¹i cña ®o¹n ch¶y hë c«ng tr×nh tuy nen x¶ lò cã dßng ch¶y l−u tèc cao l¹i mang
bïn c¸t, trong thiÕt kÕ ®· dïng biÖn ph¸p trén khÝ kÕt hîp víi viÖc chän vËt liÖu
chèng mµi mßn.
Theo tµi liÖu ®o ®¹c mét sè c«ng tr×nh thùc tÕ ë trong vµ ngoµi n−íc cho
thÊy: c¸c c«ng tr×nh x¶ lò cã cét n−íc H>30m, hiÖn t−îng khÝ thùc cña dßng l−u
tèc cao ph¸ ho¹i c«ng tr×nh lµ phæ biÕn. Theo quy ®Þnh chung th× gi¶i ph¸p chèng
khÝ thùc chØ thÝch øng víi tr−êng hîp v<30÷35m/s nh−ng xÐt tíi chÊt l−îng thi
c«ng th× khi v>22÷26m/s nªn bè trÝ biÖn ph¸p trén khÝ.
II. Mét sè c«ng tr×nh bÞ h− háng do x©m thùc
Trong c¸c c«ng tr×nh thñy lîi, thñy ®iÖn lín dßng ch¶y cã l−u tèc cao th−êng
gÆp ë c¸c c«ng tr×nh:
+ Cèng hoÆc tuy nen x¶ lò dÉn dßng thi c«ng, tuy nen x¶ lò th−êng
xuyªn...
+ Dßng ch¶y ë vïng mòi h¾t cña ®Ëp trµn vµ trªn th©n c¸c ®Ëp trµn lín.
16
- Xem thêm -
.PDF 
189 
32 
96 
