Sự khác biệt về cơ chế xói vỡ ban đầu giữa thiết kế và thực nghiệm của tràn sự cố kiểu đập tự vỡ ở hồ thuỷ điện sông Hinh, tỉnh Phú Yên

Sù kh¸c biÖt vÒ c¬ chÕ xãi vì ban ®Çu gi÷a thiÕt kÕ<br /> vµ thùc nghiÖm cña trµn sù cè kiÓu ®Ëp tù vì<br /> ë hå thuû ®iÖn s«ng hinh – tØnh phó yªn<br /> <br /> ThS. NguyÔn B¸ C­êng- ViÖn N¨ng l­îng<br /> PGS.TS. Ph¹m Ngäc Quý- Tr­êng §H Thuû lîi.<br /> <br /> Tãm t¾t: Hå thuû ®iÖn s«ng Hinh- Phó Yªn ®­îc x©y dùng ®Ó ph¸t ®iÖn vµ sö dông nguån<br /> n­íc. Trong côm c«ng tr×nh ®Çu mèi cã trµn sù cè kiÓu ®Ëp tù vì. Trong thiÕt kÕ cã c¬<br /> quan t­ vÊn “gi¶ thiÕt” mét c¬ chÕ vì theo c¸c líp ®Êt n»m ngang. Nh­ng kÕt qu¶ nghiªn<br /> cøu thùc nghiÖm trªn m« h×nh vËt lý cho thÊy mét c¬ chÕ vì ®Ëp kh¸c víi gi¶ thuyÕt cña c¬<br /> quan t­ vÊn. Bµi viÕt ®Ò cËp ®Õn sù kh¸c biÖt vÒ c¬ chÕ xãi vì ban ®Çu ®ã.<br /> <br /> I. Mét sè nÐt tæng quan vÒ hå thuû ®iÖn s«ng hinh vµ trµn<br /> sù cè hå s«ng hinh<br /> C«ng tr×nh thuû ®iÖn S«ng Hinh ®· ®­îc x©y dùng víi c«ng suÊt Nlm = 70 MW.<br /> Gåm ®Ëp ®Êt ng¨n s«ng dµi L® = 880 m, chiÒu cao lín nhÊt H® = 43 m. §Ëp trµn x¶ lò b»ng<br /> bª t«ng cèt thÐp ®Æt ë bê tr¸i, tiªu n¨ng theo d¹ng m¸ng phun, cã mè ph©n dßng, l­u l­îng<br /> x¶ Qx¶ = 6952 m3/s.<br /> Trµn sù cè víi kÕt cÊu th©n trµn ®¾p b»ng ®Êt khai th¸c gÇn c«ng tr×nh vµ c¸t khai<br /> th¸c t¹i má c¸t §øc B×nh §«ng. M¸i th­îng l­u gia cè b»ng ®¸ l¸t. M¸i h¹ l­u ®o¹n trªn<br /> trång cá, ®o¹n d­íi bÒ mÆt khèi l¨ng trô c¸t b»ng ®¸ l¸t. Kªnh dÉn vµo trµn cã ®é dèc i = 0,<br /> B®¸y = 45.5 m, m¸i ®µo bê kªnh m = 2.5. Kªnh x¶ sau trµn cã ®é dèc ®¸y ®o¹n ®Çu i =<br /> 0.0058, ®o¹n cuèi i = 0.001, B®¸y = 35.5 m vµ m¸i ®µo m = 2.5.<br /> Trµn sù cè kiÓu ®Ëp tù vì hå thuû ®iÖn S«ng Hinh cã mÆt c¾t ngang nh­ h×nh 1, cã c¸c<br /> th«ng sè:<br /> 1 VÞ trÝ Bê ph¶i s«ng Hinh<br /> 2 TÇn suÊt lò thiÕt kÕ P = 0.1%<br /> 3 Qlò thiÕt kÕ 11640 m3/s<br /> 4 Kªnh dÉn vµo ng­ìng trµn cã: B®¸y = 45.5 m, i = 0.0, m = 2.5<br /> 5 Cao tr×nh ng­ìng trµn 198 m<br /> 6 ChiÒu réng ®¸y trµn 35.5 m<br /> 7 Cao ®é ®Ønh ®Ëp ®Êt tù vì 211.85 m<br /> 8 Kªnh x¶ sau ng­ìng trµn:<br />  BÒ réng ®¸y ( B®) 35.5 m<br />  §é dèc ®o¹n ®Çu 0.0058<br />  §é dèc ®o¹n cuèi 0.001<br />  HÖ sè m¸i (m) 2.5<br /> 9 Ng­ìng trµn ë cao tr×nh + 198,0<br /> <br /> 1<br />  225<br /> <br /> 220 §Êt ®¾p ®Ëp má sè 5 K >= 0.95<br /> <br /> 215 L¨ng trô c¸t<br /> 212.35 MNL P = 0.1 % 211.85<br /> 210 1:25<br /> 1 :2 206.00<br /> 75<br /> 205 §¸ l¸t dµy 2.5 cm 1:2.<br /> 1 :3 .75<br /> 1 :3 .5<br /> 200 198.00 1 :1 198.00 i=0.0058<br /> 198 1:2<br /> 1 :2<br /> 195 Ia2<br /> Ia1 Ib 196.00 II<br /> 190<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 216.000<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 216.000<br /> 212.500<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 215.000<br /> Cao ®é tù nhiªn (m)<br /> <br /> Kho¶ng c¸ch tù nhiªn (m) 28.0 25.0 76.0<br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 1: MÆt c¾t ngang trµn sù cè s«ng Hinh- Phó Yªn<br /> Nguyªn lý ho¹t ®éng cña trµn sù cè kiÓu ®Ëp tù vì ë hå thuû ®iÖn S«ng Hinh: khi mùc<br /> n­íc trong hå v­ît ®Ønh ®Ëp (+211,85) n­íc trµn qua ®Ønh, lµm xãi ch©n m¸i h¹ l­u. Xãi lµm<br /> t¨ng cét n­íc trµn l­u l­îng trµn ®¬n vÞ…?l­u tèc dßng ch¶y. Tõ ®ã lµm t¨ng xãi qu¸ tr×nh<br /> ®ã diÔn ra ®Õn ng­ìng trµn (+198,0)<br /> II. Thùc nghiÖm x¸c ®Þnh c¬ chÕ xãi ë ®Ëp trµn sù cè s«ng hinh<br /> Khi thiÕt kÕ c¬ quan t­ vÊn ®· gi¶ ®Þnh c¬ chÕ xãi theo c¸c líp ®Êt n»m ngang, tõ<br /> ®Ønh xuèng ®¸y trµn sù cè khi mùc n­íc hå v­ît qua ®Ønh ®Ëp.<br /> <br /> 212.35 MNL P = 0.1% 211.85<br /> <br /> <br /> 1:2<br /> <br /> 5<br /> 1:2.7 206.00<br /> <br /> <br /> 1: 3.75<br /> <br /> <br /> 1:3<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh -2: C¬ chÕ xãi vì ban ®Çu cña trµn sù cè s«ng Hinh theo thùc nghiÖm.<br /> Thùc nghiÖm x¸c ®Þnh c¬ chÕ xãi vì cña trµn sù cè kiÓu tù vì nh»m kiÓm chøng l¹i<br /> thiÕt kÕ m« h×nh ®­îc thiÕt kÕ theo tiªu chuÈn Froude tû lÖ m« h×nh l =15. HiÖn nay theo<br /> qui tr×nh nghiªn cøu thÝ nghiÖm m« h×nh vì ®Ëp: Qui tr×nh SL164 – 95 ®­îc thèng nhÊt cho<br /> c¸c ViÖn nghiªn cøu toµn Trung quèc th× chän lo¹i m« h×nh tæng thÓ chÝnh th¸i vµ vËt liÖu<br /> ®¾p ®Ëp ®­îc tÝnh theo l­u tèc khëi ®éng.<br /> VËt liÖu trªn m« h×nh, ¸p dông ph­¬ng ph¸p t­¬ng tù vÒ l­u tèc khëi ®éng, chóng<br /> t«i ®· chän c«ng thøc tÝnh cho vËn tèc ®¸y cña Mirkhulava [2]:<br /> <br /> <br /> <br /> 2<br />   8.8 H  2 gm<br /> VKX  lg  <br />  1   o d  1.25CdT K  (1 )<br />  d  2.6 o n<br /> Trong ®ã:<br /> H: ChiÒu s©u dßng ch¶y (m); d: §­êng kÝnh h¹t (m); g: Gia tèc Träng tr­êng (m/s2); m: hÖ<br /> sè ®Æc tr­ng cho c¸c ®iÒu kiÖn dßng ch¶y; n:HÖ sè qu¸ t¶i; 1 vµ o: Träng l­îng riªng cña<br /> ®Êt vµ n­íc (t/m3); CTd : §é bÒn mái tiªu chuÈn<br /> §èi víi ®Êt ®¾p phÝa th­îng l­u cña ®Ëp trµn sù cè s«ng Hinh víi c¸c th«ng sè:<br /> H= 0.0333m; d50=0.0011m; g= 9.81 m/s2; w = 1.08; c = 1.52;  = 20o; cmax =1.68;  =<br /> 2.65; C = 0.30kg/cm2; Wo = 17%; K = 1 x 10- 5cm/s; tÝnh ®­îc vËn tèc kh«ng xãi cho phÐp<br /> cña nguyªn h×nhlµ 1,498m/s vµ vËn tèc kh«ng xãi trung b×nh trªn m« h×nh lµ 0,387 m/s.<br /> §èi víi c¸t ®¾p h¹ l­u víi c¸c th«ng sè: H= 0.0333m; d50=0.0005m; g= 9.81 m/s2;m=1.2;<br /> o=1.0T/m3; K= 0.5 tÝnh ®­îc vËn tèc kh«ng xãi cho phÐp cña nguyªn h×nh lµ 1.06m/s vµ<br /> vËn tèc kh«ng xãi trung b×nh trªn m« h×nh lµ 0,27m/s. Chän vËn tèc kh«ng xãi trung b×nh<br /> trªn m« h×nh b»ng víi ë nguyªn h×nh, ¸p dông c«ng thøc (1) mét lÇn n÷a, tÝnh víi lo¹i vËt<br /> liªô cã s½n, cã thÓ mua ®­îc ë thÞ tr­êng ®Ó lµm vËt liÖu thÝ nghiªm, chóng t«i chän ®­îc:<br /> + Víi ®Êt ®¾p th©n ®Ëp trªn m« h×nh mÆt c¾t, dïng c¸t vµng suèi Kim B«i – Hoµ B×nh ®­îc<br /> gia c«ng qua c¸c lo¹i sµng: d = 3mm chiÕm 3%; d = 3  2mm chiÕm 8%; d = 2  1mm<br /> chiÕm 30%; d = 1  0.5mm chiÕm 41%; d = 0.5  0.005mm chiÕm 10%; d  0.005 mm<br /> chiÕm 8%.<br /> + Víi c¸t ®¾p th©n ®Ëp trªn m« h×nh mÆt c¾t, dùa vµo l­u tèc khëi ®éng chän lo¹i c¸t nhá<br /> cã cÊp phèi h¹t d50 = 0.17 mm cã gi¸ trÞ l­u tèc khëi ®éng thÝ nghiÖm Vk® = 0.15 m/s 2.<br /> ¸p dông ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch thø nguyªn – Ph­¬ng ph¸p Buckingham 3, lËp ®­îc<br /> ph­¬ng tr×nh x¸c ®Þnh Sery thÝ nghiÖm . ThÝ nghiÖm ®­îc thùc hiÖn trong m¸ng kÝnh phßng<br /> thÝ nghiÖm ViÖn N¨ng L­îng. T¹i mçi thêi ®iÓm trong qu¸ tr×nh xãi ®­êng viÒn xãi ®­îc<br /> x¸c ®Þnh. Sau ®ã thùc hiÖn cøng ho¸ ®Ó x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr­ng thuû lùc.<br /> TËp hîp sè liÖu ®o ®¹c, x¸c ®Þnh c¬ chÕ xãi thùc nghiÖm 2®­îc biÓu thÞ ë h×nh 2.<br /> III. ®¸nh gi¸ c¬ chÕ xãi vì ban ®Çu<br /> Tõ kÕt qu¶ cña thÝ nghiÖm, chóng ta vÏ ®­êng viÒn xãi ë mçi thêi ®iÓm nh­ h×nh 2 vµ cã<br /> ®­îc c¬ chÕ xãi vì ban ®Çu<br /> H×nh d¹ng ®­êng viÒn xãi lu«n lu«n cã d¹ng mét mÆt trµn ( ®­êng dßng), kh¸c víi<br /> d¹ng ®­êng viÒn xãi lµ ®­êng th¼ng n»m ngang nh­ c¬ quan t­ vÊn thiÕt kÕ gi¶ thiÕt ®Ó tÝnh<br /> to¸n. §©y lµ d¹ng ®­êng cho hÖ sè l­u l­îng lín nhÊt.<br /> <br />  NÕu “ dõng ho¸” qu¸ tr×nh vì ®Ëp th× phÇn cßn l¹i sÏ æn ®Þnh, d¹ng ®­êng viÒn nµy cã<br /> quan hÖ víi ph©n bè øng suÊt trong th©n ®Ëp.<br /> <br /> <br /> 3<br />  Qu¸ tr×nh vì ®Ëp ®· xãi ®i theo tõng líp, d¹ng lµ ®­êng cong cã ®iÓm uèn n»m ë gi÷a.<br />  Tèc ®é h¹ thÊp ®Ønh ®Ëp, dùa vµo tØ lÖ m« h×nh sÏ t×m ra ®­îc thêi gian vì ®Ëp trong<br /> thùc tÕ. KÐt qu¶ cho thÊy thêi gian vì trµn sù cè s«ng Hinh lµ gÇn 70 phót ngoµi thùc tÕ<br /> ( Xem B¶ng 1, H×nh –3)<br /> B¶ng 1. Quan hÖ gi÷a H®Ëp (m) vµ thêi gian t (phót) ngoµi thùc tÕ<br /> <br /> Thêi gian (phót) 0 46.5 50.3 54.2 58.1 62.0 69.7<br /> <br /> H®Ëp (m) 13.85 12.62 11.35 9.91 7.45 5.15 0.00<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H ® Ë p (m )<br /> 16<br /> 14<br /> 12<br /> 10<br /> 8<br /> 6<br /> 4<br /> 2<br /> 0<br /> 0 10 20 30 40 50 60 70<br /> t (p h ó t)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh -3: Quan hÖ gi÷a H®Ëp.(m) vµ thêi gian t (phót)<br /> (Thùc tÕ)<br />  Qu¸ tr×nh vì ®Ëp kh«ng ph¸t sinh sãng gi¸n ®o¹n tõ vÞ trÝ ®Ëp vÒ phÝa lßng hå.<br />  Víi h×nh thøc phÇn cÇu ch× lµ l¨ng trô c¸t ®­îc b¶o vÖ b»ng líp ®¸ l¸t trªn m¸i h¹ l­u<br /> ®¹t ®­îc mét môc ®Ých lµ dßng ch¶y trµn qua ®Ëp ph¸ ho¹i ch©n ®Ëp vµ ph¸ ho¹i th©n<br /> ®Ëp phÝa h¹ l­u tr­íc.<br />  Th©n ®Ëp trµn sù cè ®­îc ®¾p b»ng 2 lo¹i vËt liÖu: PhÝa th­îng l­u ®­îc ®¾p b»ng ®Êt ¸<br /> sÐt vµ l¨ng trô phÝa h¹ l­u ®­îc ®¾p b»ng c¸t cã ®Çm nÖn kü. Víi mÆt c¾t ®Ëp cã kÝch<br /> th­íc ®· thiÕt kÕ vµ ®¾p b»ng 2 lo¹i vËt liÖu trªn ®ñ träng l­îng ®Ó æn ®Þnh vµ kh«ng<br /> g©y ra thÊm ë ch©n ®Ëp khi n­íc ch­a trµn qua ®Ønh ®Ëp.<br />  Trong thÝ nghiÖm ®· chän lo¹i vËt liÖu rêi, kh«ng dÝnh cã cïng l­u tèc khëi ®éng lµm<br /> thÝ nghiÖm. Tuy vËt liÖu ®¾p m« h×nh kh«ng t­¬ng tù hoµn toµn cho nªn ®­êng viÒn xãi<br /> thu ®­îc qua thùc nghiÖm cã thÓ ch­a t­¬ng tù 100% víi thùc tÕ, cÇn tiÕp tôc nghiªn<br /> cøu bæ sung hoµn thiÖn. Song nã còng ph¶n ¸nh hiÖn t­îng xãi gÇn thùc tÕ h¬n lµ gi¶<br /> <br /> <br /> 4<br />  thiÕt ®­êng viÒn xãi n»m ngang cña c¬ quan t­ vÊn thiÕt kÕ. ChÝnh v× vËy, kÕt qu¶ thu<br /> ®­îc qua thùc nghiÖm cã gi¸ trÞ trong thùc tÕ s¶n xuÊt.<br /> <br /> <br /> KÕt luËn:<br /> Trµn sù cè S«ng Hinh thiÕt kÕ theo kiÓu tù vì cÇn thiÕt ph¶i thÝ nghiÖm ®Ó kiÓm<br /> chøng thiÕt kÕ, x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr­ng thuû lùc, nh»m rót ra nh÷ng kÕt luËn kh«ng nh÷ng<br /> ®Ó phôc vô cho thiÕt kÕ ®Ëp hå thuû ®iÖn s«ng Hinh mµ cßn t¹o ra c¬ së cho nh÷ng nghiªn<br /> cøu t­¬ng tù tiÕp theo. Qua thùc nghiÖm xãi vì ®Ëp trµn sù cè kiÓu ®Ëp tù vì, cho thÊy thÝ<br /> nghiÖm vÒ xãi cã nhiÒu vÊn ®Ò ph¶i bµn b¹c vµ cÇn cã nghiªn cøu tiÕp theo.<br /> Thùc nghiÖm xãi vì ®Ëp trµn sù cè cña hå thuû ®iÖn s«ng Hinh ®· ®­a ®Õn nhiÒu kÕt<br /> qu¶ ®Þnh tÝnh vµ ®Þnh l­îng, trong ®ã cã kÕt qu¶ vÒ c¬ chÕ xãi vì ban ®©ï. KÕt qu¶ thùc<br /> nghiÖm c¬ chÕ xãi vì cã kh¸c víi thiÕt kÕ. Tõ ®ã ®· ®iÒu chØnh c¸c tÝnh to¸n cã liªn quan.<br /> KÕt qu¶ ®ã kh¼ng ®Þnh mÆt ­u viÖt cña nghiªn cøu thùc nghiÖm trªn m« h×nh vËt lý.<br /> <br /> <br /> Tµi liÖu tham kh¶o:<br /> [1]. Hå s¬ thiÕt kÕ hå thuû ®iÖn S«ng Hinh – C«ng ty T­ vÊn XD §iÖn I<br /> [2]. NguyÔn B¸ C­êng: Nghiªn cøu thùc hiÖn trµn sù cè kiÓu ®Ëp tù vì hå thuû ®iÖn S«ng<br /> Hinh – TØnh Phó yªn. LuËn v¨n cao häc – Hµ néi 2003.<br /> [3]. Ph¹m ngäc Quý: M« h×nh to¸n vµ m« h×nh vËt lý c«ng tr×nh thuû lîi, phÇn : M« h×nh<br /> thuû lùc c«ng tr×nh – Bµi gi¶ng cho cao häc vµ nghiªn cøu sinh. Hµ néi n¨m 1998<br /> <br /> <br /> Abstract<br /> <br /> Song Hinh hydro-power reservoir of Phu Yen Province will be build for electricity<br /> generation and water regulation in future. There is an emergency weir in style of<br /> free dam-break in headwork structures. An assuming of failure mechanism by<br /> breaking of horizontal earth layer was proposed by Consultant Company in design.<br /> The results of failure simulation on physical modeling test in laboratory indicated<br /> that the assuming failure mechanism proposed by Consultant Company is not true.<br /> This article will present the difference in this initial failure mechanism.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 5<br />