Tài liệu Nghiên cứu giải pháp bố trí hợp lí tràn zíc zắc để tăng khả năng phòng lũ cho hồ chứa

LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu giải pháp bố trí hợp lý tràn zíc zắc để tăng khả năng phòng lũ cho hồ chứa” được hoàn thành với kết quả còn nhiều hạn chế, tác giả hy vọng vấn đề được nghiên cứu trong đề tài sẽ được áp dụng cho các hồ chứa nước vừa và lớn đã và sẽ được xây dựng ở nước ta nhằm mục đích đảm bảo khai thác có hiệu quả hồ chứa và hạ du. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy GS.TS Nguyễn Chiến đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo ĐH và SĐH, Khoa Công trình, Cơ sở 2, Viện Khoa học Thủy lợi miền nam, các Thầy, Cô giáo đã tham gia giảng dạy trực tiếp Cao học của trường đại học Thủy lợi đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian học tập chương trình Cao học cũng như quá trình thực hiện luận văn này. Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy Cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn này được hoàn thiện hơn. Tác giả xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 28 tháng 8 năm 2012 Hồ Quang Tuấn BẢN CAM ĐOAN Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp bố trí hợp lý tràn zíc zắc để tăng khả năng phòng lũ cho hồ chứa”. Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật nào của Nhà trường. Học viên Hồ Quang Tuấn MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA, ĐƯỜNG TRÀN ZÍC ZẮC VÀ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU.................................................................................4 1.1 Tình hình xây dựng và khai thác hồ chứa nước ở Việt Nam .......................4 1.2 Tổng quan về các công trình Tháo lũ ở hồ chứa ..........................................6 1.3 Tổng quan về tràn zíc zắc (tràn Lybyrinth)................................................15 1.4 Phạm vi nghiên cứu của luận văn...............................................................25 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC CỦA NGƯỠNG TRÀN ZÍC ZẮC......................................................................................................26 2.1 Tính toán khả năng tháo qua ngưỡng .........................................................26 2.2 Giải pháp đảm bảo chảy tự do qua ngưỡng................................................30 2.3 Tính toán khả năng tháo có xét đến chảy ngập. .........................................39 2.4 Vấn đề chân không sau ngưỡng và biện pháp xử lý ..................................41 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO TRÀN SÔNG MÓNG.................44 3.1 Giới thiệu công trình hồ sông Móng ..........................................................44 3.2 Giải pháp tràn zíc zắc ở hồ sông Móng và những vấn đề tồn tại. ..............46 3.3 Thí nghiệm và tính toán phương án mới bố trí tràn ở hồ sông Móng........51 3.4 Tóm tắt kết quả nghiên cứu bổ sung tràn sông Móng................................75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................79 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Các đại lượng đặc trưng của đập tràn.......................................................7 Hình 1-2: Mặt cắt của tràn thực dụng ........................................................................7 Hình 1-3: Mặt cắt của tràn đỉnh rộng.........................................................................8 Hình 1-4: Các hình dạng cửa tràn..............................................................................8 Hình 1-5: Các dạng tuyến đập ....................................................................................9 Hình 1-6 : Các hình thức tiêu năng đáy....................................................................13 Hình 1-7: Các hình thức tiêu năng mặt ....................................................................14 Hình 1-8: Các hình thức mũi phun trong tiêu năng phóng xa..................................15 Hình 1 -9 Tràn zíc zắc - Mỹ (nhìn từ hạ lưu) ............................................................15 Hình 1-10: Cấu tạo tràn labyrinth ............................................................................16 Hình 1-11: Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn đặc biệt ..............................................18 Hình 1-12: Các dạng đỉnh tràn.................................................................................18 Hình 1- 13: Dòng chảy trên tràn Labyrinth..............................................................19 Hình 1-14: Mô hình tràn Sông Móng (nhìn từ thượng lưu)......................................23 Hình 1-15 : Mô hình ½ tràn Phước Hòa (nhìn từ thượng lưu).................................24 Hình 2-1: Dòng chảy qua tràn zích zắc kiểu phím đàn piano ..................................26 Hình 2.2: Quan hệ góc mở  α đập labyrinth dạng tam giác với hệ số mở rộng (m) 31 Hình 2. 3: Hiệu quả đối với đập tam giác.[17] ........................................................32 Hình 2.4: Minh họa ảnh hưởng của sự xáo trộn dòng chảy .....................................34 Hình 2.5: Vị trí và hướng của đập tràn labyrinth - Houston (1983) ........................35 Hình 2. 6: Sân phủ hạ lưu (The performance of labyrinth weir-Taylor 1968).........36 Hình 2.7: Ảnh hưởng của một số loại sân phủ đến lưu lượng.-Taylor (1968). “The perfomance of labyrinth weis”..................................................................................37 Hình 2.8: Cấu trúc đập tràn Labyrinth.....................................................................38 Hình 2-10: Đập tràn zíchzắc ở Mỹ ...........................................................................40 Hình 2-11: Đập tràn zíchzắc TVA's Holston ............................................................41 Hình 3.1: Mô Hình tràn Sông Móng (nhìn từ thượng lưu) ......................................46 Hình 3 -2 Tràn Sông Móng nhìn phía hạ lưu............................................................47 Hình 3-3 Toàn cảnh hồ Sông Móng ..........................................................................47 Hình 3-4 Quan hệ Zt – Q khi chưa phá chân không .................................................48 Hình 3. 5: Quan hệ khả năng tháo giữa labyrinth và tràn thẳng ............................52 Hình 3.6: Quan hệ giữa hệ số lưu lượng Cd và Ho/P ứng với các góc khác nhau ..53 Hình 3.7: Chi tiết bố trí ống thông khí......................................................................56 Hình 3-8 Quan hệ Zt – Q sau khi phá chân không ...................................................57 Hình 3.9 : Mặt bằng tổng thể tràn xả lũ sông Móng ................................................57 Hình 3.10 : Mặt bằng dốc nước tràn sông Móng .....................................................58 Hình 3.11 : Đường mặt nước trên dốc nước.............................................................61 Hình 3.12 Đường bao hố xói ứng với mỗi cấp lưu lượng.........................................75 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Một số sơ đồ và công thức tính toán lưu lượng qua tràn ........................10 Bảng 1-2. Thông số cơ bản một số đập tràn labyrinth đã xây dựng trên thế giới [15] ...................................................................................................................................21 Bảng 2.1: Hệ số Ai trong công thức 2 - 5 .................................................................28 Bảng 2.2: Bảng tra hệ số triết giảm lưu lượng của tràn xiên (k) [2] ......................29 Bảng 3- 1: Khả năng tháo trên kết quả mô hình.......................................................51 Bảng 3.2 Các giá trị của đường mặt nước trên dốc .................................................61 Bảng 3.3. Kết quả tính toán thủy lực đoạn dốc nước, Q = 100 m3/s. Đoạn 1 ..........62 Bảng 3.4: Kết quả tính toán thủy lực đoạn dốc nước, Q = 100 m3/s. Đoạn 2..........63 Bảng 3.5. Kết quả tính toán thủy lực đoạn dốc nước, Q = 220 m3/s. Đoạn 1 ..........64 Bảng 3.6: Kết quả tính toán thủy lực đoạn dốc nước, Q = 220 m3/s. Đoạn 2..........65 Bảng 3.7. Kết quả tính toán thủy lực đoạn dốc nước, Q = 200 m3/s. Đoạn 1 ..........66 Bảng 3.8: Kết quả tính toán thủy lực đoạn dốc nước, Q = 200 m3/s. Đoạn 2..........67 Bảng 3.9. Kết quả tính toán thủy lực đoạn dốc nước, Q = 50 m3/s. Đoạn 1 ............68 Bảng 3.10: Kết quả tính toán thủy lực đoạn dốc nước, Q = 50 m3/s. Đoạn 2..........69 Bảng 3.11 Xác định giá trị chiều sâu dòng đều trong kênh hạ lưu ..........................72 Bảng 3.12: Kết quả tính chiều sâu hố xói theo Vưzgo.............................................73 Bảng 3.13: Bảng kết quả tính chiều dài phun xa. .....................................................74 1 MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài. Nhiều năm nay ở nước ta, những hồ chứa nước đã đóng vai trò tích cực trong việc trữ nước mùa mưa, cấp nước trong mùa khô nắng nóng, làm giảm bớt khó khăn và thiệt hại do hạn hán gây ra, cải thiện môi trường sống. Thực tế, các hồ đã trở thành một phần không thể thiếu trong phát triển kinh tế xã hội và cuộc sống hằng ngày của người dân ở địa phương. Theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, đến nay cả nước có khoảng 3.500 hồ chứa nước các loại. Trong đó hồ chứa vừa và lớn có khoảng 700 hồ với dung tích mỗi hồ hơn 1 triệu m3, đập cao hơn 10m - chiếm 20%, trong đó có khoảng 72 hồ có dung tích trên 10 triệu m3 - chiếm 2%, còn lại 80% là các hồ chứa có quy mô nhỏ hơn. Sau nhiều năm vận hành sử dụng, điều kiện tự nhiên có sự thay đổi nhiều so với thiết kế ban đầu, như rừng đầu nguồn bị khai thác bừa bãi dẫn đến thảm thực vật bị thu hẹp 60-70%, khí hậu khu vực thay đổi, yêu cầu dùng nước ngày càng tăng ..., có nhiều hồ đã bộc lộ những hư hỏng và tồn tại cần giải quyết. Theo kết quả khảo sát mới nhất về hiện trạng hồ đập trên cả nước mới được Cục Thủy lợi (Bộ NN&PTNT) công bố cho thấy, các hồ chứa nước vừa và nhỏ chưa được quan tâm, sửa chữa, nâng cấp nên nhiều hồ đang ở tình trạng mất an toàn cao. Cụ thể, trong số 600 hồ chứa vừa và nhỏ, có tới 30% thiếu năng lực xả lũ, 17% số hồ đập bị thẩm lậu, xô tụt lớp gia cố mái thượng lưu, các cống lấy nước đều bị rò rỉ do xuống cấp nghiêm trọng.Vì không đủ năng lực xả lũ, nên ở nhiều nơi người dân đã phải tháo tràn nước từ hồ ra, chỉ giữ lại dung tích chứa còn 30-40%, điều này đã biến nhiều hồ thành các ao chứa nước, không còn tác dụng tích nước như thiết kế. Trong cụm công trình đầu mối hồ chứa thường có nhiều hạng mục công trình như: đập, tràn xả lũ, cống lấy nước, dốc nước, kênh dẫn v.v….Trong đó đường tràn là bộ phận không thể thiếu dùng để xả lũ, bảo vệ an toàn cho đầu mối hồ chứa. Trong thời gian gần đây, do nhiều nguyên nhân khác nhau, trong đó có sự tàn phá của môi trường và biến đổi khí hậu toàn cầu làm cho lũ đến hồ chứa có 2 những biến đổi bất thường, chưa lường trước được. Hiện tượng lũ vượt thiết kế ở hồ chứa có thể gây nên các sự cố hồ chứa như: nước tràn qua đỉnh gây hư, hỏng đập, lưu lượng tháo quá lớn làm hư hỏng đường tràn hay thiết bị tiêu năng ...Một trong những biện pháp đảm bảo an toàn cho hồ chứa là mở rộng đường tràn, làm tràn sự cố, trong đó có hình thức ngưỡng tràn zíc zắc, tức bố trí ngưỡng tràn dạng gấp khúc để tăng bề rộng tràn nước, giảm cột nước trên đỉnh tràn. Tuy nhiên, chúng ta chưa có nhiều kinh nghiệm về thiết kế loại ngưỡng tràn zíc zắc. Một số vấn đề cần phải được tiếp tục nghiên cứu làm rõ như: bố trí mặt bằng đường zíc zắc sao cho hợp lý nhất, vấn đề chảy ngập qua ngưỡng tràn, xử lý chân không sau ngưỡng tràn... Vì vậy đề tài “Nghiên cứu giải pháp bố trí hợp lý tràn zíc zắc để tăng khả năng phòng lũ cho hồ chứa” là có tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. II. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu - Làm rõ phạm vi và điều kiện áp dụng hình thức tràn zíc zắc cho các hồ chứa nước. - Xem xét khả năng chảy ngập qua ngưỡng tràn zíc zắc và giải pháp bố trí ngưỡng để hạn chế khả năng chảy ngập, tăng khả năng tháo. - Ảnh hưởng của hiện tượng chân không sau ngưỡng và giải pháp loại trừ chân không. III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1- Cách tiếp cận - Từ yêu cầu của thực tế mà đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu - Từ việc giải quyết các vấn đề và trường hợp cụ thể đế khái quát hóa và đề xuất giải pháp hợp lý về bố trí và tính toán. 2- Phương pháp nghiên cứu - Thu thập các tài liệu thực tế về hồ chứa nước và đường tràn. - Tổng hợp các tài liệu nghiên cứu đã có. - Phân tích và đề xuất phương pháp bố trí, tính toán. - Ứng dụng cho công trình cụ thể, đối chiếu với các tài liệu đã có để phân tích, lựa chọn. IV- Kết quả dự kiến đạt được - Nghiên cứu tổng quan về tràn zíc zắc, đặc điểm bố trí và phạm vi áp dụng; những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu. . 3 - Khả năng chảy ngập qua ngưỡng tràn và giải pháp hạn chế chảy ngập để tăng khả năng tháo qua ngưỡng tràn. - Ảnh hưởng của chân không sau ngưỡng và biện pháp khắc phục. - Ứng dụng tính toán cho hồ sông Móng: đề xuất giải pháp bố trí tràn zíc zắc và các tính toán tương ứng. V- Nội dung của luận văn. Chương 1 – Tổng quan về hồ chứa, đường tràn zíc zắc và vấn đề cần nghiên cứu. 1.1 Tình hình xây dựng và khai thác hồ chứa nước ở Việt Nam. 1.2 Tổng quan về các công trình tháo lũ ở hồ chứa. 1.3 Tổng quan về tràn zíc zắc (tràn Lybyrinth) 1.4 Giới hạn các vấn đề nghiên cứu. Chương 2 – Nghiên cứu các vấn đề thủy lực của ngưỡng tràn zíc zắc. 2.1 Tính toán khả năng tháo qua ngưỡng 2.2 Giải pháp đảm bảo chảy tự do qua ngưỡng. 2.3 Tính toán khả năng tháo có xét đến chảy ngập. 2.4 Vấn đề chân không sau ngưỡng và biện pháp xử lý. Chương 3 – Tính toán áp dụng cho tràn sông Móng. 3.1 Giới thiệu công trình hồ sông Móng 3.2 Giải pháp tràn zíc zắc ở hồ sông Móng và những vấn đề tồn tại. 3.3 Tính toán phương án mới bố trí tràn zíc zắc ở hồ sông Móng. 3.4 Phân tích kết quả tính toán. Chương 4 – Kết luận, kiến nghị 4.1 Các kết quả đạt được của Luận văn. 4.2 Một số vấn đề tồn tại. 4.3 Kiến nghị. TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 4 2 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA, ĐƯỜNG TRÀN ZÍC ZẮC VÀ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình xây dựng và khai thác hồ chứa nước ở Việt Nam Nhiều năm nay ở nước ta, những hồ chứa nước đã đóng vai trò tích cực trong việc trữ nước mùa mưa, cấp nước trong mùa khô nắng nóng, làm giảm bớt khó khăn và thiệt hại do hạn hán gây ra, cải thiện môi trường sống. Thực tế, các hồ đã trở thành một phần không thể thiếu trong phát triển kinh tế xã hội và cuộc sống hằng ngày của người dân ở địa phương. Theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, đến nay cả nước có khoảng 3.500 hồ chứa nước các loại. Trong đó hồ chứa vừa và lớn có khoảng 700 hồ với dung tích mỗi hồ hơn 1 triệu m3, đập cao hơn 10m - chiếm 20%, trong đó có khoảng 72 hồ có dung tích trên 10 triệu m3 - chiếm 2%, còn lại 80% là các hồ chứa có quy mô nhỏ hơn. Sau nhiều năm vận hành sử dụng, điều kiện tự nhiên có sự thay đổi nhiều so với thiết kế ban đầu, như rừng đầu nguồn bị khai thác bừa bãi dẫn đến thảm thực vật bị thu hẹp 60-70%, khí hậu khu vực thay đổi, yêu cầu dùng nước ngày càng tăng ..., có nhiều hồ đã bộc lộ những hư hỏng và tồn tại cần giải quyết. Theo kết quả khảo sát mới nhất về hiện trạng hồ đập trên cả nước mới được Tổng Cục Thủy lợi (Bộ NN&PTNT) công bố cho thấy, các hồ chứa nước vừa và nhỏ chưa được quan tâm, sửa chữa, nâng cấp nên nhiều hồ đang ở tình trạng mất an toàn cao. Cụ thể, trong số 600 hồ chứa vừa và nhỏ, có tới 30% thiếu năng lực xả lũ, 17% số hồ đập bị thẩm lậu, xô tụt lớp gia cố mái thượng lưu, các cống lấy nước đều bị rò rỉ do xuống cấp nghiêm trọng.Vì không đủ năng lực xả lũ, nên ở nhiều nơi người dân đã phải tháo tràn nước từ hồ ra, chỉ giữ lại dung tích chứa còn 30-40%, điều này đã biến nhiều hồ thành các ao chứa nước, không còn tác dụng tích nước như thiết kế. 5 Nguyên nhân chủ yếu của tình trạng xuống cấp các hồ đập là phần lớn các hồ chứa nước hiện nay được xây dựng từ những năm 70, 80 của thế kỷ trước. Do thời gian thi công gấp nên công tác khảo sát, thiết kế, thi công có nhiều thiếu sót, nhiều hồ chứa còn thiếu năng lực xả lũ - do mô hình thiết kế lũ không phù hợp với tình hình mưa (thực tế) trên lưu vực, do tài liệu quan trắc khí tượng thuỷ văn ngắn nên thiết kế không chính xác, trong khi đó diễn biến thời tiết ngày càng bất lợi, hạn hán, lũ lụt xảy ra liên tiếp, rừng đầu nguồn hồ chứa bị tàn phá nên tốc độ lũ trên lưu vực đổ tập trung về hồ nhanh, mạnh và nhiều hơn so với trước đây làm mực nước trong hồ dâng cao xấp xỉ cao trình đập, gây mất an toàn. Một nguyên nhân khác làm cho các hồ chứa ở tình trạng mất an toàn là cơ sở hạ tầng phục vụ cho công tác quản lý vận hành còn thiếu và yếu kém: nhiều hồ không có đường cho xe cơ giới tiếp cận công trình để ứng cứu khi có sự cố, nhiều hồ thiếu phương tiện thông tin liên lạc phục vụ công tác quản lý và phòng chống lụt bão. Bên cạnh đó, công tác quản lý các hồ (đặc biệt là các hồ nhỏ) đã bộc lộ nhiều bất cập. Đó là, năng lực cán bộ kỹ thuật, cán bộ quản lý còn yếu. Các khâu đào tạo, tập huấn những kiến thức tối thiểu về quản lý hồ chưa được ai chú trọng (nhất là các hồ do dân quản lý). Thiếu kinh phí cho việc duy tu, bão dưỡng định kỳ, cho nên thường là chỉ đến khi công trình có nguy cơ sụp đổ cao hoặc đã bắt đầu hư hỏng mới được cấp kinh phí sữa chữa... Trong khi tình trạng các hồ chứa như trên thì theo dự báo của ngành khí tượng thủy văn, thời tiết năm nay tiếp tục có những diễn biến phức tạp, hạn hán diễn ra trên diện rộng và kéo dài trong những tháng đầu năm, tháng 9, 10 vừa qua đã có những trận mưa, lũ lớn. Vì thế, chuẩn bị sẵn sàng chống lũ cho đê, kè và các hồ chứa nước là việc cần phải được lưu ý. Để giải quyết nhu cầu cần tăng dung tích hồ mà vẫn đảm bảo yêu cầu thoát lũ hoặc nhu cầu cần phải đảm bảo thoát được những cơn lũ ngày càng lớn, có nhiều biện pháp công trình đã được đề xuất: 6 1 - Nâng ngưỡng tràn chính bằng đập tràn bê tông trọng lực có mặt cắt thực dụng kiểu Creager-Ophixerov: Phương án này có giá thành thấp nhưng không đảm bảo khả năng thoát lũ thiết kế (vì giảm mặt cắt thoát lũ). 2 - Làm tràn nhiều khoang có cửa van: Phương án này đảm bảo mục đích công trình đề ra nhưng kết cấu công trình phức tạp, giá thành công trình cao, vận hành khó khăn. 3 – Mở rộng ngưỡng tràn để tăng khả năng thoát lũ: đây là giải pháp mới, đang được ứng dụng ở Việt Nam. Phương án này có ưu điểm là tăng được lưu lượng xả, giảm diện tích ngập ở thượng lưu, giá thành thi công rẻ, vận hành đơn giản, an toàn, thích hợp với các công trình vừa và nhỏ, đặc biệt là các công trình cần nâng cấp tràn để đáp ứng nhu cầu dùng nước hoặc đảm bảo khả năng thoát lũ trong tình hình thời tiết hiện tại. 1.2 Tổng quan về các công trình tháo lũ ở hồ chứa Trong cụm công trình đầu mối hồ chứa thường có nhiều hạng mục công trình như: đập, tràn xả lũ, cống lấy nước, kênh dẫn v.v….Trong đó tràn xả lũ là hạng mục quan trọng và chiếm tỷ lệ khá cao về kinh phí xây dựng trong cụm công trình đầu mối, có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho công trình đầu mối và cả vùng hạ du. Trong những năm gần đây nhiều công trình bị lũ đe dọa phá hoại nên đã nâng cấp hoặc xây dựng thêm tràn sự cố. Qua thống kê các tràn xả lũ ở các hồ chứa đã xây dựng cho thấy tràn xả lũ được thiết kế rất đa dạng về chủng loại, quy mô, kích thước. 1.2.1 Phân loại tràn 1.2.1.1. Phân loại theo hình dạng kích thước mặt cắt ngang tràn: Theo cách phân loại này đập tràn có thể chia ra làm 3 loại sau đây: a. Đập tràn thành mỏng (hình 1-1). Khi chiều dày của đỉnh đập δ < 0.67H, làn nước ngay sau khi tràn qua mép thượng lưu của đỉnh đập thì tách rời khỏi đỉnh đập, không chạm vào toàn bộ mặt đỉnh đập, do đó hình dạng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến làn nước tràn và lưu lượng tràn. 7 B 0 H b Z δ hh P P1 Vo 0 1. Hình 1-1: Các đại lượng đặc trưng của đập tràn Với: b: Chiều rộng đập tràn: là chiều dài đoạn tràn nước. P1: Chiều cao của đập so với đáy kênh hoặc sông thượng lưu. P: Chiều cao của đập so với đáy hạ lưu. H: Cột nước tràn: là chiều cao mặt nước thượng lưu so với đỉnh đập. δ: Chiều dày đỉnh đập. hh: Chiều sâu cột nước hạ lưu. hn: Độ ngập hạ lưu: là chiều sâu từ mặt nước hạ lưu đến đỉnh đập (khi nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập), hn = hh - P b. Đập tràn có mặt cắt thực dụng (hình 1-2). Khi chiều dày đỉnh đập ảnh hưởng đến làn nước tràn, nhưng không quá lớn, cụ thể là: 0.67H < δ < (2÷3)H Mặt cắt đập có thể là đa giác hoặc hình cong. H O = 90 O a §¸ x©y a) b) c) 2. Hình 1-2: Mặt cắt của tràn thực dụng a) Đập thực dụng hình cong; b) Đập thực dụng hình thang; c) Đập tràn thực dụng có cửa van điều tiết lưu lượng 8 c. Đập tràn đỉnh rộng (hình 1-3). Khi đỉnh đập nằm ngang (hoặc rất ít dốc) và có chiều dày tương đối lớn: (2÷3)H < δ < (8÷10)H Trên đỉnh đập hình thành một đoạn dòng chảy có tính chất thay đổi dần. Nhưng nếu chiều dày đỉnh đập quá lớn δ > (8÷10)H, thì không thể coi là đập tràn P P1 H nữa mà phải coi như một đoạn kênh. 3. Hình 1-3: Mặt cắt của tràn đỉnh rộng 1.2.1.2 Phân loại theo hình dạng cửa tràn: c. Đập tràn cửa hình thang (1-4c) b. Đập tràn cửa tam giác (1-4b) d. Đập tràn cửa hình cong (1-4d) H H H H a. Đập tràn cửa chữ nhật (1-4a) 4. Hình 1-4: Các hình dạng cửa tràn 1.2.1.3 Phân loại theo dạng tuyến đập trên mặt bằng: a. Ngưỡng tràn trên mặt bằng có dạng đường thẳng. - Đập tràn thẳng hoặc tràn chính diện (hình 1-5a) - Đập tràn xiên (hình 1-5b) - Đập tràn bên (hình 1-5c) b. Ngưỡng tràn trên mặt bằng có dạng không phải là đường thẳng. - Đập tràn hình gãy khúc (hình 1-5d) 9 - Đập tràn hình cong (hình 1-5e) - Đập tràn khép kín (thường là kiểu giếng đứng) (hình 1-5f) b b b 5. Hình 1-5: Các dạng tuyến đập 1.2.1.4 Phân loại theo ảnh hưởng mực nước hạ lưu đối với dòng chảy: a. Đập tràn không ngập, lúc đó Q và H đều không phụ thuộc vào hn. b. Đập tràn chảy ngập: Khi mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập đến mức độ ảnh hưởng đến hình dạng làn nước tràn và năng lực tháo nước của đập. Ngoài ra đập tràn cửa chữ nhật còn phải căn cứ vào quan hệ giữa chiều dài tràn nước của đập với chiều rộng lòng dẫn ở thượng lưu mà chia ra hai loại là: đập không có co hẹp bên và đập có co hẹp bên. 1.2.2 Lưu lượng qua đập tràn. Trong trường hợp chung, khi cửa tràn hình chữ nhật, lưu lượng qua tràn phụ thuộc vào các đại lượng chủ yếu sau: - Chiều rộng cửa tràn b. - Chiều rộng sông thượng lưu B. - Cột nước toàn phần trên đỉnh tràn Ho. - Chiều sâu ở hạ lưu hh. - Chiều cao đập P. - Gia tốc trọng trường g. Khi đó, có công thức chung tính lưu lượng qua tràn: [2] Q = σn.ε.m.b. 2g .Ho3/2 (1-1) Trong đó: m: Hệ số lưu lượng phụ thuộc đặc tính, cấu tạo từng loại đập. 10 ε: Hệ số co hẹp bên, phụ thuộc mức độ co hẹp h/B và hình dạng cửa vào trên mặt bằng. σn: Hệ số ngập (σn<1), phụ thuộc chủ yếu vào mức độ ngập, tức quan hệ giữa hn và H. Các trị số m, ε, σn sẽ được xét riêng cho từng loại đập cụ thể. Một số công thức tính lưu lượng của dòng chảy qua một số loại mặt cắt đập thường gặp thể hiện ở bảng 1-1. Bảng 1-1: Một số sơ đồ và công thức tính toán lưu lượng qua tràn TT Sơ đồ (1) (2) Công thức tính lưu Hệ số lưu lượng lượng thiết kế (3) (4) Q=m.b. 2g .Ho3/2 mo= 0.49 Q=m.b. 2g .Ho3/2 mo~ 0.48 Q=m.b. 2g .Ho3/2 mo=0.552÷0.554 Q=m.b. 2g .Ho3/2 mo=0.55÷0.57 x 1 y x 2 y 3 a 2b 4 2/3 m= 11 0.333 hh 1 c hh h'h hc i < ik c a. hk i < ik 1 Lp b. 7. Hình 1-7: Các hình thức tiêu năng mặt a. Tiêu năng mặt b. Tiêu năng mặt ngập c) Tiêu năng phóng xa: - Điều kiện áp dụng: + Công trình có cột nước trung bình và lớn, địa hình thuận lợi, địa chất tốt. + Đỉnh mũi phun phải cao hơn MNHLmax + Chiều cao cột nước trước đập phải đủ lớn để tạo ra dòng phun phóng xa. - Các loại mũi phun: Mũi phun liên tục (hình 1-8a), mũi phun không liên tục (hình 1-8b), mũi phun mở rộng (phát tán), mũi phun thu hẹp. - Ưu điểm: Khả năng tiêu năng tốt do tia nước ma sát với cả không khí và khối nước hạ lưu, hố xói được tạo ra xa chân công trình nên đảm bảo an toàn. - Nhược điểm: Khi đập thấp chiều dài phóng xa ngắn, dùng hình thức tiêu năng này sẽ bị hạn chế. Dòng phun xuống hạ lưu gây sương mù, ẩm ướt, dễ gây sạt lở bờ.