Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
289
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM, XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG XẢ
VÀ NỐI TIẾP HẠ LƯU TRÀN XẢ LŨ
HỒ CHỨA NƯỚC MỸ LÂM, TỈNH PHÚ YÊN
Nguyễn Văn Tài
Đại học Thủy lợi, email: nguyentai.thuyluc@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Hiện nay tính toán, thiết kế đập tràn và
tiêu năng ở hạ lưu các công trình xả lũ có vai
trò quan trọng trong việc chống xói lở lòng
dẫn, đảm bảo an toàn cho nhân dân vùng hạ
lưu trong mùa mưa lũ.
Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xả của
tràn xả lũ và nối tiếp dòng chảy hạ lưu là:
- Ảnh hưởng của cột nước tràn
- Ảnh hưởng của chiều rộng tràn
- Ảnh hưởng hình dạng ngưỡng tràn
- Ảnh hưởng của co hẹp bên
- Ảnh hưởng của độ mở cửa van
- Ảnh hưởng của công trình tiêu năng đến
dòng chảy sau tràn.
Khả năng xả của tràn được đánh giá qua
mối liên hệ của các yếu tố: Hệ số lưu lượng
m, cột nước tràn H0 (hay mực nước thượng
lưu Z), lưu lượng Q [4].
Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định
các yếu tố thủy lực bất lợi ảnh hưởng đến khả
năng xả của tràn và công trình tiêu năng sau
tràn để đảm bảo an toàn cho hạ lưu khi xả lũ
qua tràn của Hồ chứa nước Mỹ Lâm, Phú Yên.
Trong nghiên cứu thực nghiệm này không
xét đến ảnh hưởng của chiều rộng tràn, độ
mở cửa van, cao trình ngưỡng tràn.
Theo thiết kế [1], tràn xả lũ hồ chứa nước
Mỹ Lâm có dạng tràn ngưỡng thấp, dạng
hình cong không chân không kiểu Ophi-xê-
rốp gồm 3 khoang, chiều rộng mỗi khoang
b = 8m được nối tiếp với dốc nước, tiêu năng
sau dốc nước là bể tiêu năng có 2 hàng mố
nhám gia cường xếp so le. Dốc nước có mặt
cắt chữ nhật với độ dốc 5%, cuối dốc nước
hình cong hạ thấp nối tiếp với bể tiêu năng có
mố nhám gia cường. Trên sân tiêu năng có bố
trí 2 hàng mố nhám gia cường xếp so le
(dạng quân cờ).
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình
không gian 3 chiều nhằm xác định các yếu tố
thủy lực bất lợi trước, sau tràn và hạ lưu, từ đó
đề xuất những phương án thay đổi hình dạng,
kích thước của tràn, dốc nước, bể tiêu năng sau
tràn để an toàn cho hạ lưu khi xả lũ. Tiếp tục
thí nghiệm các phương án để xác định những
yếu tố bất lợi (lần 2) và có thể thí nghiệm lần
tiếp theo để khắc phục hết những tồn tại này.
Thí nghiệm được tiến hành trên mô hình
không gian theo tỷ lệ mô hình λL = 40. Các tỷ
lệ về kích thước, lưu lượng, vận tốc, thời gian
được chọn theo tiêu chuẩn Frouds [4].
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành
với nhiều cấp lưu lượng khác nhau qua tràn,
dốc nước, hạ lưu [3]. Các yếu tố được xác
định là: mực nước thượng Ztl, hạ lưu Zhl, cột
nước tràn H0, hệ số lưu lượng m trong các
trường hợp sau:
- Thí nghiệm lần 1 với số liệu thiết kế [1].
Thí nghiệm này đã xác định được các yếu tố
thủy lực bất lợi ở thượng, hạ lưu tràn và trên
tràn [3]. Từ đó đề xuất mở rộng góc vát của
tường kênh dẫn thượng lưu thêm mỗi bên 50
để tạo ra dòng chảy thuận chỗ cửa vào.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
290
- Kết quả thí nghiệm lần 2: Vẫn còn một
số tồn tại như dòng chảy cuối dốc nước va
vào các mố nhám gia cường làm làn nước
bắn lên rất mạnh, dòng chảy hạ lưu lẫn nhiều
bọt khí dễ gây hiện tượng khí thực, dòng
chảy hạ lưu lệch về bờ phải dễ gây xói lở bờ
và đáy sông hạ lưu.
Để an toàn cho hạ lưu cần phải đào sâu
thêm bể tiêu năng thứ 2 là 80cm (ở mô hình là
2cm). Nâng cao tường ở mái hạ lưu đoạn uốn
cong và bể tiêu năng thứ nhất 1,2m (mô hình
là 3cm). Bố trí rọ đá sau bể tiêu năng thứ 2.
- Thí nghiệm lần 3: Tính toán, bố trí lại kích
thước và khoảng cách mố nhám gia cường tại
bể tiêu năng ngay dưới dốc nước theo các
công thức của các nhà nghiên cứu Liên xô
trước đây: Picalèp; Aivadian; Damarin;
Phanc«vÝch [2] để tránh hiện tượng khí
thực gần các mố ở sân tiêu năng. Các mố
nhám trên mô hình cách nhau theo chiều
ngang 4,2cm (trước đây là 3.0cm). Hạ thấp cao
độ của bãi đất phía trái hạ lưu có nguy cơ bị
xói lở khi xả lũ đến cao độ thấp hơn lòng dẫn
hạ lưu phía phải 40cm (1cm trên mô hình).
Để đánh giá khả năng xả của tràn, kết quả
thí nghiệm theo từng phương án được thống
kê trong các bảng 1.
Bảng 1. Kết quả thí nghiệm lần 1
TT
Cấp lưu
lượng xả
(m3/s)
Lưu lượng
mô hình
(l/s)
Mực nước
thượng lưu
Ztl (m)
Cột nước trên
đập tràn H
(m)
Lưu tốc tới
gần v0
(m/s)
Hệ số
lưu lượng
1
1803
178.17
37.49
11.09
3.01
0.432
2
1642
162.26
36.87
10.47
2.92
0.429
3
1400
138.35
35.95
9.55
2.61
0.423
4
1177
116.31
35.01
8.61
2.39
0.417
5
1000
98.82
34.22
7.82
2.15
0.411
6
800
79.06
33.41
7.01
2.12
0.406
Bảng 2. Kết quả thí nghiệm lần 2
TT
Cấp lưu
lượng xả
(m3/s)
Lưu lượng
mô hình
(l/s)
Mực nước
thượng lưu Ztl
(m)
Cột nước
trên đập
tràn H(m)
Lưu tốc tới
gần v0
(m/s)
Cột nước
tràn toàn
phần H0 (m)
Hệ số lưu
lượng
1
1803
178.17
37.23
10.83
3.16
11.34
0.444
2
1642
162.26
36.69
10.29
2.88
10.71
0.441
3
1400
138.35
35.83
9.43
2.52
9.75
0.432
4
1177
116.31
34.91
8.51
2.37
8.80
0.424
5
1000
98.82
34.14
7.74
2.16
7.98
0.417
6
800
79.06
33.42
7.02
2.07
7.24
0.411
Bảng 3. Kết quả thí nghiệm lần 3
TT
Cấp lưu
lượng xả
Q mô hình
Mực nước
thượng lưu Ztl
Cột nước trên
đập tràn H
Lưu tốc
tới gần v0
Cột nước tràn
toàn phần H0
Hệ số lưu
lượng
(m3/s)
(l/s)
(m)
(m)
(m/s)
(m)
1
1803
178.17
37.19
10.79
2.92
11.23
0.451
2
1642
162.26
36.62
10.22
2.76
10.61
0.447
3
1400
138.35
35.74
9.34
2.60
9.69
0.437
4
1177
116.31
34.89
8.49
2.12
8.72
0.43
5
1000
98.82
34.15
7.75
1.84
7.92
0.422
6
800
79.06
33.48
7.08
1.73
7.23
0.416
Sau khi giải quyết các yếu tố thủy lực bất
lợi khả năng xả của tràn đã tăng lên, tác giả
xin đưa ra biểu đồ so sánh kết quả tính toán
thông qua các đường quan hệ giữa các đại
lượng như lưu lượng Q, mực nước hồ chứa
ZTK của các phương án thí nghiệm như sau:
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
291
Hình 1: Quan hệ mực nước thượng lưu ZTL-
lưu lượng Q
Hình 2: Quan hệ hệ số lưu lượng m -
lưu lượng Q
Hình 3: Quan hệ hệ số lưu lượng m -
cột nước H0
Qua so sánh các kết quả thí nghiệm [3] với
cùng lưu lượng xả thấy rằng, mực nước hồ
thượng lưu giảm và hệ số lưu lượng m tăng
lên đáng kể, khả năng xả của tràn tốt hơn
(hình 1 và 2). Hệ số lưu lượng tăng khá nhiều
khi cột nước thay đổi không đáng kể (hình 3).
Các yếu tố thủy lực bất lợi đã được hạn chế
tối đa qua thí nghiệm cuối cùng (lần 3) [3]:
+ Tình hình dòng chảy cửa vào tràn
Khi đã mở rộng góc vát kênh dẫn thượng
lưu 50, dòng chảy vào tràn có xoáy cục bộ
trước tràn nhưng nhỏ đi rất nhiều, kể cả khi xả
với lưu lượng lũ kiểm tra Q0,2. Tránh được
hiện tượng mạch động vận tốc và áp suất lớn
trước tràn.
+ Tình hình dòng chảy trên dốc nước.
Trên dốc nước hình thành dòng chảy phụ,
đường mặt nước có các gân nước nổi rõ rệt,
mặt nước bị vồng lên cao bắt đầu từ trụ pin
và đan chéo nhau kéo dài đến bể tiêu năng.
Sự biến đổi áp suất trên tràn và dốc nước nói
chung diễn ra đúng quy luật bình thường.
Không xuất hiện chân không hay hiện tượng
khí thực trên tràn, dốc nước và xung quanh
các mố tiêu năng
+ Tình hình dòng chảy tại bể tiêu năng:
Dòng chảy cuối dốc nước va vào các mố
nhám tăng cường không bị bắn lên cao, mà
dòng chảy tập trung vào giữa bể nhiều hơn.
+ Tình hình dòng chảy ở hạ lưu:
Dòng chảy ở hạ lưu đã phân bố đều cả bờ
trái và bờ phải, trị số vận tốc không vượt quá
12m/s, không gây nguy hiểm cho bờ phải
như ban đầu.
4. KẾT LUẬN
Báo cáo đã cho thấy được ưu điểm của
phương pháp nghiên cứu mô hình trong công
tác tư vấn thiết kế và xây dựng các công trình
thủy lợi, thủy điện. Thí nghiệm mô hình nhằm
thấy rõ các hiện tượng thủy lực bất lợi xảy ra
trên các công trình còn đang thiết kế. Từ đó
hiệu chỉnh lại các công thức tính toán, đề ra
các biện pháp công trình phù hợp để công
trình hoàn thiện hơn khi xây dựng và an toàn
khi vận hành.
Qua nghiên cứu thực nghiệm mô hình vật
lý tràn xả lũ hồ chứa nước Mỹ Lâm bằng mô
hình không gian 3 chiều, những yếu tố thủy
lực bất lợi đã được khắc phục, khả năng xả
của tràn tăng lên, dòng chảy ở cửa vào của
tràn thuận hơn. Dòng chảy hạ lưu đã được
tiêu năng tốt không gây nguy hiểm cho bờ và
sông hạ lưu.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Công ty tư vấn và chuyển giao công nghệ -
Trường Đại học Thủy lợi "Hồ sơ thiết kế cơ
sở công trình hồ chứa nước Mỹ Lâm, tỉnh
Phú Yên". 2009.
[2] Giáo trình Thủy công của N. P. Rozanốp
(Bản tiếng Nga). 1985.
[3] Phòng thí nghiệm Thủy lực - Trường Đại
học Thủy lợi. Báo cáo thí nghiệm Mô hình
vật lý thủy lực tràn xả lũ Mỹ Lâm, tỉnh Phú
Yên. 2012.
[4] Trần Quốc Thưởng,Thí nghiệm thủy lực
công trình, NXB Xây dựng. 2005.
ZTL
m
Q
m
H0