Tài liệu Nghiên cứu giải pháp bố trí và tính toán mố nhám gia cường trên dốc nước, áp dụng cho một phương án thiết kế đường tràn hồ nặm cắt

LỜI CẢM ƠN Với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật xây dựng công trình thủy lợi, hiện nay chúng ta đã và đang xây dựng nhiều công trình tháo nước với quy mô lớn. Trong đó, dốc nước là một trong những hạng mục quan trọng nhất của công trình tháo nước. Chính ở đây diễn ra rất nhiều vấn đề thủy lực của dòng chảy. Đặc biệt khi dòng chảy có lưu tốc lớn sẽ gây ra những hệ quả bất lợi cho công trình như mạch động, sóng xung kích, hàm khí, khí thực… làm ảnh hưởng đến sự an toàn cũng như hiệu quả của công trình. Những năm gần đây, đã có nhiều sự cố hư hỏng công trình do các nguyên nhân liên quan đến lưu tốc dòng chảy trên dốc nước gây ra như đường tràn công trình đầu mối Nam Thạch Hãn, Thác Bà, Phú Ninh…. Với những đặc điểm trên đây cho thấy việc áp dụng các biện pháp kỹ thuật chuyên môn để phòng ngừa sự cố do lưu tốc dòng chảy trên dốc gây ra là một công việc rất quan trọng và thật sự cần thiết. Một trong những giải pháp hiệu quả nhất hiện nay đó là bố trí các mố nhám gia cường trên dốc nước nhằm giảm lưu tốc dòng chảy, tăng khả năng tiêu năng và giảm khối lượng công trình tiêu năng phía sau tràn. Do đó, tác giả lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ kỹ thuật “NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BỐ TRÍ VÀ TÍNH TOÁN MỐ NHÁM GIA CƯỜNG TRÊN DỐC NƯỚC, ÁP DỤNG CHO MỘT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN HỒ NẶM CẮT”. Tác giả xin chân thành biết ơn sự hướng dẫn tận tâm và nhiệt tình của thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến trong thời gian qua, cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, các cơ quan, đơn vị đã cung cấp các tài liệu và tạo điều kiện thuận lợi giúp tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn người thân, gia đình, cơ quan tác giả đang công tác đã tạo mọi điều kiện trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài. Do thời gian cũng như kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên việc nghiên cứu và thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo, sự đóng góp ý kiến của các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp để đề tài nghiên cứu được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! BẢN CAM KẾT Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Đào Thị Hiền MỤC LỤC MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài. .........................................................................................1 2. Mục đích của đề tài .................................................................................................1 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. ............................................................2 4. Kết quả đạt được. ....................................................................................................2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG TRÀN THÁO LŨ Ở HỒ CHỨA VÀ VIỆC ỨNG DỤNG MỐ NHÁM GIA CƯỜNG. ........................................................3 1.1 Tổng quan về xây dựng đường tràn tháo lũ ở hồ chứa nước. ...............................3 1.1.1 Mục đích và yêu cầu của việc xây dựng đường tràn tháo lũ. .........................3 1.1.2. Các loại đường tràn hở bên bờ. .....................................................................4 1.1.2.1 Đường tràn dọc. .......................................................................................4 1.1.2.2 Đường tràn ngang. ...................................................................................8 1.1.3 Một số công trình tháo lũ điển hình ở Việt Nam. ...........................................9 1.2 Các vấn đề thủy lực của dòng chảy trên dốc nước có lưu tốc lớn. .....................13 1.2.1 Vấn đề sóng trong dốc nước. ........................................................................13 1.2.2 Vấn đề hàm khí trong dốc nước. ..................................................................14 1.2.3 Khí thực trên dốc nước. ................................................................................15 1.3 Về áp dụng hình thức mố nhám gia cường ở Việt Nam. ....................................16 1.4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu. .............................................................................19 1.5 Kết luận chương 1. ..............................................................................................20 CHƯƠNG 2: .............................................................................................................21 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ BỐ TRÍ VÀ TÍNH TOÁN MỐ NHÁM GIA CƯỜNG TRÊN DỐC NƯỚC. .................................................................................................21 2.1 Điều kiện áp dụng mố nhám gia cường trong thiết kế dốc nước. .......................21 2.2 Các hình thức mố nhám gia cường và khả năng áp dụng. ..................................21 2.3 Phương pháp tính toán thiết kế mố nhám gia cường. .........................................26 2.4 Nghiên cứu áp dụng mố nhám gia cường trong thiết kế dốc nước. ....................31 2.4.1 Mục đích làm mố nhám gia cường. ..............................................................31 2.4.2 Lựa chọn dạng mố nghiên cứu điển hình. ....................................................31 2.4.3 Tính toán kích thước mố cho mục đích tiêu năng. .......................................32 2.4.4 Kiểm tra khí thực khi có mố nhám gia cường. .............................................43 2.5 Kết luận chương 2. ..............................................................................................48 CHƯƠNG 3: .............................................................................................................50 ÁP DỤNG CHO MỘT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN HỒ ................50 NẶM CẮT. ...............................................................................................................50 3.1 Giới thiệu về công trình hồ Nặm Cắt. .................................................................50 3.2 Phương án thiết kế đường tràn hồ Nặm Cắt. .......................................................51 3.3 Tính toán thủy lực phương án dốc không có mố nhám. .....................................52 3.3.1 Đường mặt nước trên dốc ứng với các cấp lưu lượng. .................................52 3.3.2 Tính toán bể tiêu năng cuối dốc. ..................................................................53 3.4 Tính toán thủy lực phương án dốc có mố nhám. ................................................57 3.4.1 Bố trí mố nhám. ............................................................................................57 3.4.2 Tính toán kích thước mố nhám.....................................................................57 3.4.3 Kiểm tra khí thực mố nhám. .........................................................................61 3.4.4 Tính toán bể tiêu năng cuối dốc. ..................................................................62 3.5 Phân tích kết quả, lựa chọn phương án. ..............................................................64 3.6 Kết luận chương 3. ..............................................................................................67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................69 I. Các kết quả đạt được của luận văn. .......................................................................69 II. Những vấn đề tồn tại. ...........................................................................................70 III. Hướng tiếp tục nghiên cứu. .................................................................................71 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................72 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đường tràn dọc....................................................................................................... 4 Hình 1.2 Kênh dẫn ở thượng lưu........................................................................................... 5 Hình 1.3 AB – Địa hình tự nhiên io; AC – Giới hạn độ dốc cho phép id. ............................. 6 Hình 1.4 Dốc nước. ............................................................................................................... 6 Hình 1.5 Mặt cắt ngang của dốc nước. ................................................................................. 7 Hình 1.6 Bậc nước. ............................................................................................................... 8 Hình 1.7 Đường tràn ngang................................................................................................... 9 Hình 1.8 Thủy điện Hòa Bình. ............................................................................................ 11 Hình 1.9 Đường tràn hồ chứa Cửa Đạt. .............................................................................. 11 Hình 1.10 Đường tràn hồ chứa thủy điện Tuyên Quang. .................................................... 12 Hình 1.11 Đường tràn hồ chứa thủy điện Yali. ................................................................... 12 Hình 1.12 Tuyến đập thủy điện Sơn La. ............................................................................. 13 Hình 1.13 Sóng trong dốc nước [7]..................................................................................... 14 Hình 1.14 Sự thay đổi cấu trúc dòng chảy theo chiều dài dốc nước [2]. ............................ 14 Hình 1.15 Khí thực trên bề mặt dốc nước tràn Kẻ Gỗ [2]. ................................................. 15 Hình 1.16 Mố nhám gia cường được bố trí ở cuối dốc nước. ............................................. 16 Hình 1.17 Mố nhám hình chữ nhật trên dốc nước hồ chứa nước Yên Lập. ........................ 17 Hình 1.18 Mố nhám hình chữ nhật trên dốc nước hồ chứa nước Khe Chè, ....................... 17 Quảng Ninh. ......................................................................................................................... 17 Hình 1.19 Chi tiết nhám dương trên dốc nước hồ Khe Vải. ............................................... 18 Hình 1.20 Chi tiết nhám dương đặt so le trên dốc nước Ngàn Trươi.................................. 19 Hình 2.1 Mố nhám bằng các dầm hình chữ nhật đặt thẳng góc với dòng chảy. ................. 22 Hình 2.2 Mố nhám bằng các dầm hình tròn đặt thẳng góc với dòng chảy ......................... 22 Hình 2.3 Mố nhám bằng các dầm hình chữ nhật đặt so le nhau và thẳng góc với dòng chảy. ............................................................................................................................................. 23 Hình 2.4 Mố nhám quân cờ đặt ở đáy theo hình bàn cờ. .................................................... 23 Hình 2.5 Mố nhám chữ V ngược dòng. .............................................................................. 24 Hình 2.6 Mố nhám chữ W có một mũi nhọn xuôi dòng ..................................................... 24 Hình 2.7 Mố nhám chữ W, có hai mũi nhọn xuôi dòng. ..................................................... 25 Hình 2.8 Mố nhám răng cưa đặt xuôi dòng. ....................................................................... 25 Hình 2.9 Mố nhám răng cưa đặt ngược dòng...................................................................... 25 Hình 2.10 Mố nhám đặt ở hai bên thành bờ. ....................................................................... 26 Hình 2.11 Mố nhám đặt ở đáy và cả hai bên thành bờ........................................................ 26 Hình 2.12 Đường mặt nước trên dốc nước khi chưa bố trí mố nhám gia cường ứng với Q = 789m3/s. ............................................................................................................................... 37 Hình 2.13 Biểu đồ quan hệ giữa  và chiều cao mố ∆ ứng với từng kiểu mố tính theo công thức của Aivazian mới. ........................................................................................................ 39 Hình 2.14 Quan hệ Vng = f(Rb,S) của vật liệu bê tông [2]. ................................................. 44 Hình 2.15 Biểu đồ quan hệ 1  f ( y / );  2  f ( / );  /   f ( L / ) . [2] .................... 45 Hình 3.1 Quan hệ Q ~ Zh Hạ lưu tràn Nặm Cắt. ................................................................. 52 Hình 3.2 Bố trí mố nhám bằng các dầm chữ nhật so le nhau và thẳng góc với dòng chảy với  = 0,5. ......................................................................................................................... 58 Hình 3.3 Bố trí mố nhám chữ W có một mũi nhọn xuôi dòng với  = 0,5. ...................... 58 Hình 3.4 Bố trí mố nhám bằng các dầm chữ nhật so le nhau và thẳng góc với dòng chảy với  = 0,55. ....................................................................................................................... 59 Hình 3.5 Bố trí mố nhám chữ W có một mũi nhọn xuôi dòng với  = 0,55. .................... 60 Hình 3.6 Bố trí mố nhám bằng các dầm chữ nhật so le nhau và thẳng góc với dòng chảy với  = 0,6. ......................................................................................................................... 60 Hình 3.7 Bố trí mố nhám chữ W có một mũi nhọn xuôi dòng với  = 0,6. ...................... 61 Hình 3.8 Mặt cắt dốc nước. ................................................................................................. 65 Hình 3.9 Mặt cắt bể tiêu năng cuối dốc nước. .................................................................... 66 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của một số tràn xả lũ có dốc nước ở Việt Nam. ..................... 10 Bảng 2.1 Bảng các trị số a, b, c, S trong công thức (2 – 5a) và (2 – 5b). ............................ 28 Bảng 2.2 Bảng trị số A trong công thức (2 – 6). ................................................................. 29 Bảng 2.3 Bảng trị số M, N trong công thức (2 – 7)............................................................. 29 Bảng 2.4 Bảng trị số r, s, t và r’, s’, t’ trong công thức (2 – 9) và (2 – 10). ........................ 31 Bảng 2.5 Đường mặt nước trên dốc nước khi chưa bố trí mố nhám gia cường ứng với Q = 789m3/s. ............................................................................................................................... 36 Bảng 2.6 Chiều cao mố nhám gia cường trên dốc ứng với  =0,45 cho 3 kiểu mố nghiên cứu điển hình tính theo công thức của Aivazian mới. ......................................................... 38 Bảng 2.7 Chiều cao mố nhám gia cường trên dốc ứng với  =0,5; 0,55 và  =0,6 cho 3 kiểu mố nghiên cứu điển hình tính theo công thức của Aivazian mới. ............................... 38 Bảng 2.8 Chiều cao mố nhám gia cường trên dốc ứng với  =0,45 cho 3 kiểu mố nghiên cứu điển hình tính theo công thức của Picalốp (2 – 5a)....................................................... 40 Bảng 2.9 Chiều cao mố nhám gia cường trên dốc ứng với  =0,5; 0,55 và 0,6 cho 3 kiểu mố nghiên cứu điển hình tính theo công thức của Picalốp (2 – 5a)..................................... 40 Bảng 2.10 Chiều cao mố nhám gia cường trên dốc ứng với  =0,5 cho 3 kiểu mố nghiên cứu điển hình tính theo công thức của Picalốp (2 – 5b). ..................................................... 41 Bảng 2.11 Chiều cao mố nhám gia cường trên dốc ứng với  =0,5 cho 3 kiểu mố nghiên cứu điển hình tính theo công thức của Aivazian cũ (2-7). ................................................... 42 Bảng 2.12 Kiểm tra khả năng khí thực tại mặt cắt có Vcd = 9,68m/s; 10,87 và 11,84m/s ứng với từng chiều cao mố nghiên cứu. ............................................................................... 47 Bảng 3.1 Độ sâu đầu dốc hc; độ sâu dòng đều ho; độ sâu phân giới hk ứng với các cấp lưu lượng. ................................................................................................................................... 52 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp kết quả tính toán xác định quan hệ Qtn ~ ( h"c-hh) ....................... 54 Bảng 3.3 Kết quả tính toán chiều sâu bể tiêu năng ............................................................. 56 Bảng 3.4 Bảng tổng hợp kết quả tính toán xác định quan hệ Qtn ~ ( h"c-hh) khi bố trí mố nhám gia cường với  = 0,5. .............................................................................................. 62 Bảng 3.5 Kết quả tính toán chiều sâu bể tiêu năng với  = 0,5. ........................................ 63 Bảng 3.6 Kết quả tính toán chiều sâu bể tiêu năng với  = 0,55 và  = 0,6. .................... 64 Bảng 3.7 Kết quả tính toán khối lượng bê tông mố nhám của Kiểu 3 và Kiểu 6 ứng với các phương án  = 0,5; 0,55 và  = 0,6. .................................................................................. 65 Bảng 3.8 Kết quả tính toán khối lượng bê tông tràn của 4 phương án khi không bố trí mố nhám và khi bố trí mố nhám với  = 0,5; 0,55 và  = 0,6. ................................................ 66 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Trong những năm gần đây, chúng ta xây dựng hàng ngàn công trình đầu mối thủy lợi để phục vụ các mục đích dân sinh kinh tế, phát triển đất nước. Do mức độ quan trọng và đặc thù của công trình thủy lợi, những yêu cầu về đảm bảo an toàn & kinh tế trong việc tính toán thiết kế, thi công và quản lý khai thác đặt ra ngày càng cao. Dốc nước là một trong những hạng mục quan trọng nhất của công trình tháo nước. Chính ở đây diễn ra rất nhiều vấn đề thủy lực của dòng chảy. Đặc biệt khi dòng chảy có lưu tốc lớn sẽ gây ra những hệ quả bất lợi cho công trình như mạch động, sóng xung kích, hàm khí, khí thực… làm ảnh hưởng đến sự an toàn cũng như hiệu quả của công trình. Trong khi đó, những năm gần đây, đã có nhiều sự cố hư hỏng công trình do các nguyên nhân liên quan đến lưu tốc dòng chảy trên dốc nước gây nên như đường tràn công trình đầu mối Nam Thạch Hãn, Thác Bà, Phú Ninh…. Điều này đòi hỏi trong tính toán thiết kế cũng như thi công xây dựng các công trình mới phải được đề cập đầy đủ hơn đến vấn đề về dòng chảy trên dốc nước cũng như áp dụng các biện pháp kỹ thuật chuyên môn để phòng ngừa sự cố. Một trong những giải pháp hiệu quả nhất hiện nay đó là bố trí các mố nhám gia cường trên dốc nước nhằm giảm lưu tốc dòng chảy, đề phòng khí thực, tăng khả năng tiêu năng và giảm khối lượng công trình tiêu năng phía sau tràn. Vì thế, đây là đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao và nó liên quan trực tiếp đến an toàn, kinh tế, hiệu quả của công trình. 2. Mục đích của đề tài. - Nghiên cứu các hình thức mố nhám gia cường và khả năng áp dụng. - Nghiên cứu giải pháp bố trí và tính toán mố nhám gia cường trên dốc nước. - Nghiên cứu xác định quan hệ giữa chiều cao mố và mức độ tiêu hao năng lượng trên dốc nước. - Nghiên cứu vấn đề khí thực ở mố nhám gia cường. 2 - Áp dụng tính toán thiết kế mố nhám trên đường tràn hồ Nặm Cắt, tỉnh Bắc Kạn. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. - Điều tra, thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu liên quan đến đề tài. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết. - Ứng dụng bố trí và tính toán mố nhám gia cường trên dốc nước. - Phân tích kết quả đánh giá. 4. Kết quả đạt được. - Giải pháp bố trí và tính toán mố nhám gia cường trên dốc nước. - Biểu đồ quan hệ giữa chiều cao mố và mức độ tiêu hao năng lượng trên dốc. - Sự ảnh hưởng của khí thực đến độ bền của mố nhám gia cường trên dốc nước. - Tính toán thiết kế mố nhám gia cường trên đường tràn hồ Nặm Cắt, tỉnh Bắc Kạn. - Kết luận, kiến nghị. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG TRÀN THÁO LŨ Ở HỒ CHỨA VÀ VIỆC ỨNG DỤNG MỐ NHÁM GIA CƯỜNG. 1.1 Tổng quan về xây dựng đường tràn tháo lũ ở hồ chứa nước. 1.1.1 Mục đích và yêu cầu của việc xây dựng đường tràn tháo lũ. Hiện nay ở nước ta cũng như trên thế giới có rất nhiều hồ chứa nước đã và đang được xây dựng. Nó có vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế đất nước, là công trình phục vụ đa mục tiêu, cấp nước cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện và các ngành kinh tế khác, cải tạo cảnh quan môi trường sinh thái, điều tiết lũ để giảm nhẹ thiên tai, đảm bảo an toàn tính mạng và tài sản nhân dân vùng hạ lưu. Khi xây dựng đầu mối công trình hồ chứa nước, ngoài đập, công trình lấy nước và một số công trình phục vụ cho mục đích chuyên môn thì công trình tháo lũ là một hạng mục không thể thiếu ở các đầu mối thủy lợi, nó có chức năng tháo nước thừa trong mùa lũ để đảm bảo an toàn cho công trình đầu mối cũng như vùng hạ du. Ở một số đầu mối thủy lợi, công trình tháo lũ còn được kết hợp để tháo nước thường xuyên xuống hạ lưu, xả bùn cát, tháo cạn hồ chứa khi cần thiết, hay kết hợp để tháo nước trong thời kỳ thi công công trình. Trong các công trình đầu mối, có thể làm công trình ngăn nước và tháo nước kết hợp, cũng có thể làm riêng công trình tháo bên bờ. Đối với đập bê tông trọng lực và bê tông cốt thép, thường bố trí công trình tháo nước ngay trên thân đập. Đối với các đập dùng vật liệu tại chỗ, đập bản chống thì công trình tháo lũ được tách riêng gọi là đường tràn lũ bên bờ. Đường tràn lũ có thể có cửa van khống chế, cũng có thể không có. Khi không có cửa van, cao trình ngưỡng tràn vừa bằng cao trình mực nước dâng bình thường. Lúc mực nước hồ bắt đầu dâng lên và cao hơn ngưỡng tràn thì nước trong hồ tự động chảy xuống hạ lưu. Khi đường tràn có cửa van khống chế, cao trình ngưỡng tràn thấp hơn mực nước dâng bình thường. Lúc đó cần có dự báo lũ, quan sát mực nước trong hồ chứa để xác định thời điểm mở cửa tràn và điều chỉnh lưu lượng tháo. 4 Tùy vào đặc điểm làm việc, điều kiện địa hình, địa chất và thủy văn, các yêu cầu về thi công, quản lý, khai thác ... mà ta có thể chọn được công trình tháo lũ thích hợp, như công trình tháo lũ trên mặt: đập tràn, đường tràn dọc, đường tràn ngang … và công trình tháo lũ dưới sâu: đường hầm, cống ngầm. Do có những ưu điểm cơ bản là làm việc an toàn, dễ thi công, thuận tiện cho quản lý và sửa chữa khi cần thiết nên đập tràn, đường tràn dọc, đường tràn ngang được áp dụng trong tuyệt đại đa số các hồ chứa đã xây dựng ở Việt Nam và xu thế này sẽ được tiếp tục duy trì trong thời gian tới. 1.1.2. Các loại đường tràn hở bên bờ. 1.1.2.1 Đường tràn dọc. Đường tràn dọc là loại đường tràn hở có hướng nước vào ngưỡng trùng với 105 11 1150 12 1 0 130 25 135 130 a) 125 120 115 110 105 hướng của đường tháo sau ngưỡng. A B b) A B C C c) A B C Hình 1.1 Đường tràn dọc. a) mặt bằng tổng thể; b) mặt cắt dọc; c) mặt cắt ngang. Thành phần của một đường tràn dọc gồm có: kênh dẫn vào, ngưỡng tràn, kênh tháo và bộ phận nối tiếp hạ lưu. + Kênh dẫn vào: có nhiệm vụ hướng nước chảy thuận dòng vào ngưỡng tràn. Tùy vị trí ngưỡng tràn, phía thượng lưu đường tràn, có kênh dẫn dài, ngắn, hoặc 5 không có kênh dẫn, nhưng cần có tường cánh hướng dòng. Đáy kênh có độ dốc i=0 hoặc i<0 theo chiều dòng chảy. Mặt cắt ngang kênh có thể là hình chữ nhật (nền đất, có tường bên) hoặc hình thang (nền đá). b) a) c) 3 3 3 2 2 1 1 2 4 1 Hình 1.2 Kênh dẫn ở thượng lưu. 1. Ngưỡng tràn; 2. Kênh dẫn; 3. Bờ kênh; 4. Tường hướng dòng. + Ngưỡng tràn: có thể là đập tràn đỉnh rộng hay thực dụng, trên đỉnh có hoặc không có cửa van. Trên nền đất, thường ngưỡng thấp nên theo hình thức đỉnh rộng. Trên nền đá để tăng thêm khả năng tháo nước và giảm chiều rộng đường tràn có thể dùng đập tràn thực dụng. Ngưỡng tràn nói chung là thẳng để cho dòng chảy vào được thuận lợi và thẳng góc với ngưỡng. Cũng có trường hợp bố trí ngưỡng tràn thành đường cong, thậm chí có lúc thành đường gãy để tăng thêm chiều dài tràn nước. Trường hợp này, dòng chảy sau ngưỡng thường rối loạn nên người ta cũng ít dùng. Sau ngưỡng tràn có thể bố trí thiết bị tiêu năng hoặc nối tiếp ngay với kênh tháo. + Kênh tháo: nối tiếp sau ngưỡng tràn để chuyển nước xuống hạ lưu. Kênh tháo thường là dốc nước hoặc bậc nước. - Dốc nước là kênh hở có độ dốc lớn, được xây dựng trên nền đất hoặc đá. Khi thiết kế cần so sánh độ dốc id ứng với lưu tốc cho phép lớn nhất với độ dốc của địa hình tự nhiên io 6 A id io B C Hình 1.3 AB – Địa hình tự nhiên io; AC – Giới hạn độ dốc cho phép id. id  v2 C2R Trong đó: v  – lưu tốc cho phép của vật liệu làm dốc nước; C – hệ số Sêdi; R – bán kính thủy lực mặt cắt của dốc nước. Nếu io < id thì nên dùng độ dốc địa hình tự nhiên và đảm bảo cho lưu tốc trên dốc không vượt quá lưu tốc cho phép. Thực tế có thể cho độ dốc dốc nước thay đổi từ io đền id. Nếu càng dốc, khối lượng đào càng tăng nhưng chiều dài dốc nước giảm, cần phải so sánh về kinh tế. Nếu io > id thì không thể dùng độ dốc tự nhiên nếu không có biện pháp đặc biệt. Lúc đó, tùy theo địa hình cụ thể mà có thể tăng độ nhám hoặc có thể làm hai dốc nước nối tiếp có độ dốc khác nhau … a) b) Hình 1.4 Dốc nước. a) Mặt cắt dọc; b) Hình chiếu bằng 7 a) 3,0 0,0 12 b) 1 6,6 4,0 0,0 -2,25 5 c) 1 1 8,5 6,0 0 ,3 0,3 0,0 7,8 Hình 1.5 Mặt cắt ngang của dốc nước. a,b) Trên nền đất; c) Trên nền đá (kích thước ghi theo m). Trường hợp dốc nước được xây dựng trên nền đất hoặc đá xấu, đáy dốc phải được gia cố bằng bê tông, bê tông cốt thép hoặc đá xây. Mặt cắt ngang thường là hình thang có mái dốc 1:1 đến 1:1,5, cũng có khi là hình chữ nhật hai bờ là tường trọng lực. Độ dày của đáy tùy tính chất của đất nền và lưu tốc dòng chảy mà xác định. Trường hợp dốc nước xây dựng trên nền đá, độ dốc đáy cho phép lớn hơn, có thể tới 50% và có thể thay đổi thích ứng với điều kiện địa hình, địa chất để giảm khối lượng đào. Mặt cắt là hình chữ nhật hoặc hình thang với mái rất dốc. Đáy dốc có chiều dày 0,15÷0,6m. Chiều rộng dốc nước có thể không đổi trong suốt cả chiều dài hoặc để tiết kiệm khối lượng công trình thì ở đầu dốc nước có thể làm đoạn thu hẹp hoặc làm dốc nước thu hẹp dần. Trong tất cả các trường hợp đều phải đảm bảo lưu lượng đơn vị ở cuối dốc không được vượt quá lưu lượng đơn vị cho phép đối với mỗi loại nền. 8 - Bậc nước: Lúc địa hình rất dốc, kênh tháo dùng hình thức bậc nước nhiều cấp có thể giảm được khối lượng đào đắp. Các bậc nước có tác dụng tiêu hao năng lượng trong suốt chiều dài dòng chảy và bộ phận tiêu năng cuối kênh tháo sẽ đơn giản hơn (hình 1.6). 2,08 1,15 2,22 1,60 1,50 1,24 2,09 3,90 2,09 4,45 1,43 3,90 4,45 4,45 2,90 2,60 1,74 3,54 1,7 4,45 Hình 1.6 Bậc nước. Mặt cắt ngang của bậc nước là hình thang hoặc hình chữ nhật. Bậc bao gồm nhiều cấp, khi thiết kế phải đảm bảo cho trong mỗi cấp đều có nước nhảy ngập ổn định. Vì vậy cuối mỗi cấp cần có tường tiêu năng, chiều dài mỗi bậc không nên quá 20m. 1.1.2.2 Đường tràn ngang. Trường hợp đầu mối công trình không có vị trí thích hợp để làm đường tràn dọc, nhất là lúc địa hình dốc và hẹp thì nên dùng đường tràn ngang. Đường tràn ngang cũng là đường tràn hở, có hướng nước vào ngưỡng gần vuông góc với hướng của đường tháo sau ngưỡng. Thành phần của đường tràn ngang gồm: kênh dẫn vào (có thể rất ngắn hoặc không có), ngưỡng, máng bên đặt trực tiếp sau ngưỡng và đường tháo nối tiếp sau máng bên (hình 1.7). 9 4 3 II 5 I I 6 2 II 7 1 II - II I -I 1 1 7 Hình 1.7 Đường tràn ngang 1. Máng bên; 2. Kênh tháo; 3. Công trình nối tiếp; 4. Kênh dẫn; 5. Đập; 6. Cầu; 7. Ngưỡng tràn. Do đổi hướng dòng chảy từ ngưỡng sang máng bên, dòng chảy trong máng có chế độ thủy lực phức tạp (dòng biến lượng chảy xoắn ốc) nên khi tính toán thủy lực đường tràn ngang, cần xác định đường mặt nước trong máng để kiểm tra trạng thái chảy qua ngưỡng. Để đảm bảo an toàn, thường khống chế trạng thái chảy qua ngưỡng là tự do. Nguyên tắc thiết kế đường tháo nước của tràn ngang cũng như đường tràn dọc. 1.1.3 Một số công trình tháo lũ điển hình ở Việt Nam. Như chúng ta đã biết, các công trình tháo lũ ở nước ta được xây dựng với rất nhiều hình thức khác nhau như: nối tiếp sau ngưỡng tràn là dốc nước, bậc nước hay dốc nước và bậc nước kết hợp. Trong đó, công trình tràn kiểu dốc nước hiện đang được sử dụng rộng rãi trên các hệ thống công trình thủy lợi ở nước ta, đặc biệt là các đường tràn tháo lũ ở các hồ chứa nước vừa và nhỏ. 10 Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của một số tràn xả lũ có dốc nước ở Việt Nam. TT Đặc trưng của dốc nước Tên công Qxả trình (m3/s) B(m) q(m3/s.m) L(m) i(%) 1 Cầu Mới 352 25 14,1 107 10 2 Dầu Tiếng 2810 72 39,0 60 5 3 An Mã 332 18 18,4 64 7 4 Vệ Vừng 159 8,5 18,7 48 15 5 Đồng Mô 120 12 10,0 82 15 6 Yên Lập 830 27,6 30,1 150 15 7 Cam Ranh 539 27,2 19,8 60 15 8 Sông Hinh 6285 89,5 70,2 64 15 9 Núi Cốc 584 18 32,4 66 15 10 Ialy 17570 105 137,8 194 10&50 11 Rào Quán 1668 24 69,5 185,9 5&35 12 Tuyên Quang 11986 70,5 170,0 112,5 13,8 13 Cửa Đạt 11487 67 171,4 220 20 14 Sơn La 38240 167 236 238,3 4,6 15 Tả Trạch 6147 58 106 80 8 11 Một số hình ảnh tràn xả lũ có dốc nước ở Việt Nam. + Địa điểm: Hòa Bình + Hình thức tiêu năng: Dốc nước, mũi phun. + Thông số thủy lực: Qxả = 37800 m3/s, BTràn = 60 m. Hình 1.8 Thủy điện Hòa Bình. + Địa điểm: Thanh Hóa + Hình thức tiêu năng: Dốc nước, mũi phun. + Thông số thủy lực: Qxả = 11487m3/s, BTràn = 67 m, HTràn = 24,33 m, q = 171,4 m2/s. Hình 1.9 Đường tràn hồ chứa Cửa Đạt. 12 + Địa điểm: Tuyên Quang. + Hình thức tiêu năng: Dốc nước, mũi phun. + Thông số thủy lực: Qxả = 11986 m3/s, BTràn = 60 m, HTràn = 15,84 m, q = 170 m2/s. Hình 1.10 Đường tràn hồ chứa thủy điện Tuyên Quang. + Địa điểm: Gia Lai. + Hình thức tiêu năng: Dốc nước, mũi phun. +Thông số thủy lực: Qxả=17570 m3/s, Btràn = 105m, Htràn=18,8m, q=137,8 (m2/s). Hình 1.11 Đường tràn hồ chứa thủy điện Yali.