LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội. Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến qúy thầy cô trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt thời gian học tập tại trường. Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Nguyễn Chiến đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Thủy Lợi cùng quý thầy cô trong Khoa Công trình, Ban lãnh đạo Công ty TNHH Đầu Tư và Xây dựng Cát Tường đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn tấm lòng của những người thân trong gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp qúy báu của qúy thầy cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn./. Hà Nội, tháng 8 năm 2014 Tác giả luận văn Nguyễn Bá Dũng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn đã ghi trong lời cảm ơn. Các thông tin, tài liệu trình bày trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Nguyễn Bá Dũng MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU GIẾNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC TRONG GIẾNG THÁO LŨ………………3 1.1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG HỒ CHỨA NƯỚC Ở VIỆT NAM… 3 1.2. ĐẶC ĐIỂM HỒ CHỨA VÀ ĐIỀU KIỆN ỨNG DỤNG CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU GIẾNG………………………………………………… 4 1.2.1. Bố trí công trình tháo lũ ở hồ chứa…………………………………….4 1.2.2. Đặc điểm bố trí và làm việc của công trình tháo lũ kiểu giếng……….13 1.2.3. Tình hình áp dụng công trình tháo lũ kiểu giếng…………………… 17 1.3. CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC ĐẶT RA KHI SỬ DỰNG CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU GIẾNG:………………………………………………… 19 1.4. GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU:……………………………… 20 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THỦY LỰC CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU GIẾNG………………………………………………… 21 2.1. CÁC CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY TRONG CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU GIẾNG…………………………………………………………………… .21 2.1.1. Trường hợp miệng loa tràn chảy không ngập……………………… .21 2.1.2. Trường hợp chảy ngập ở miệng vào và giếng đứng………………… .21 2.1.3. Trường hợp chảy ngập trên toàn hệ thống………………………… .21 2.2. TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG THÁO NƯỚC CỦA CÔNG TRÌNH ỨNG VỚI CÁC CHẾ ĐỘ CHẢY……………………………………………… .21 2.2.1. Trường hợp chảy không ngập với ngưỡng vào là hình tròn…………. 21 2.2.2. Trường hợp chảy ngập cửa vào và giếng đứng………………………. 22 2.2.3. Trường hợp chảy ngập trên toàn hệ thống………………………… .22 2.3.TÍNH TOÁN ĐOẠN CHUYỂN TIẾP TỪ MIỆNG VÀO TỚI GIẾNG 27 2.3.1. Thiết kế miệng loa tràn……………………………………………… . 27 2.3.2. Kết cấu hướng dòng của loa tràn……………………………………. . 32 2.3.3. Đoạn tiệm biến………………………………………………………. . 33 2.4. TÍNH TOÁN ĐOẠN ĐƯỜNG HẦM THÁO NƯỚC………………… 34 2.5. KIỂM TRA KHÍ THỰC CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU GIẾNG…. . 36 2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2…………………………………………… . 38 CHƯƠNG III: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO MỘT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỒ CỬA ĐẠT…………………………………………………………40 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỒ CỬA ĐẠT…………………………… . 40 3.1.1. Giới thiệu công trình thủy lợi Cửa Đạt……………………………… . 40 3.1.2. Các thông số kỹ thuật và kết cấu công trình:……………………… . 41 3.2. CÁC PHƯƠNG ÁN TRÀN XẢ LŨ CỦA HỒ CỬA ĐẠT………… 43 3.3. TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG THÁO NƯỚC QUA TRÀN MẶT………. 43 3.3.1. Khả năng tháo nước qua tràn mặt [8]……………………………… 43 3.3.2. Tính toán khả năng tháo nước qua tràn mặt - phương án T1……… . 45 3.3.3. Tính toán khả năng tháo nước qua tràn mặt – phương án T2 . 48 3.4. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỢP LÝ CỦA GIẾNG ĐỨNG THEO PHƯƠNG ÁN 2…………………………………………… . 49 3.4.1 Đặt vấn đề……………………………………………………………. . 49 3.4.2. Tính toán xác định quan hệ Q g ~ Z (phương án G1)……………… . 51 3.4.3. Kết quả tính toán cho phương án G2 (đường kính giếng D g =9m) 66 3.4.4. Kết quả tính toán cho phương án G3 (đường kính giếng D g =9,5m) 70 3.5. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HỢP LÝ CỦA MIỆNG VÀO THEO PHƯƠNG ÁN 3……………………………………………………. . 75 3.5.1. Đặt vấn đề…………………………………………………………… . 75 3.5.2. Xác định khả năng tháo lớn nhất của giếng khi chảy ngập………… 75 3.5.3. Xác định đường kính miệng vào (D v ) để đảm bảo chảy không áp trong giếng……………………………………………………………………… 76 3.6. TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ THEO CÁC PHƯƠNG ÁN TRÀN… . 79 3.6.1. Mục đích tính toán………………………………………………… . 79 3.6.2. Tài liệu dùng cho tính toán………………………………………… 79 3.6.3. Thông số và phương pháp tính toán chung………………………… 79 3.6.4. Tính điều tiết lũ cho phương án 1 (tràn mặt 5 khoang)………………81 3.6.5. Tính điều tiết lũ cho phương án 2 (4 khoang tràn mặt + 1 giếng chảy có áp)………………………………………………………………………… . 84 3.6.6. Tính điều tiết lũ cho phương án 3 (4 khoang tràn mặt + 1 giếng chảy không áp)………………………………………………………………… . 88 3.6.7. Nhận xét kết quả tính toán điều tiết lũ………………………………. . 92 3.7. Kết luận chương 3…………………………………………………… . 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………95 TÀI LIỆU THAO KHẢO………………………………………….……… 99 PHỤ LỤC 1…………………………………………………………….….100 PHỤ LỤC 2………………………………………………………….…….107 PHỤ LỤC 3……………………………………………………….……….115 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1-1. Đập tràn Định Bình [1] 5 Hình 1-0-2.a) Xi phông tháo lũ trong đập bê tông;b) Xi phông trong đập đất [1] 6 Hình 1-3. Bố trí đường tràn dọc ở đầu đập [1] 7 Hình 1-4. Đường tràn ngang [1] 8 Hình 1-5. Giếng tháo lũ [1] 9 Hình 1-6. Miệng vào giếng tháo lũ theo kiểu hoa hồng nhiều cánh 10 Hình 1-7. Giếng tháo lũ Pontezi (Ý) [3] 10 Hình 1-8. Giếng tháo lũ trong công trình Melrin ở Iran [3] 11 Hình 1-9. Giếng tháo lũ trong thân đập đất [3] 11 Hình 1-10. Đường tràn kiểu gáo [7] 12 Hình 1-11. Các thành phần của giếng tháo lũ [7] 14 Hình 1-12. Các vật nổi bị hút vào giếng của dự án thủy lợi Phước Hòa 16 Hình 1-13. Quan hệ Q ~ H của công trình tháo nước kiểu giếng [1] 20 Hình 2-1. Sơ đồ tính toán thủy lực của giếng tháo lũ [8] 23 Hình 2-2. Tính toán loa tràn của giếng tháo lũ 28 Hình 2-3. Bố trí miệng vào giếng tháo lũ hồ Phước Hòa 32 Hình 2-4. Sơ đồ kết cấu hướng dòng của loa tràn [8] 33 Hình 2-5. Khí thực trên đường hầm tháo nước [1] 36 Hình 2-6. Vùng chân không trong giếng tháo lũ cột nước cao [3] 37 Hình 3-1. các dạng mép vào của trụ pin [8] 44 Hình 3-2. các dạng trụ pin [8] 44 Hình 3-3. Dạng mặt cắt của đập tràn [8] 45 Hình 3-4. Biểu đồ quan hệ Qt ~ Ztl, phương án T1 47 Hình 3-5. Biểu đồ quan hệ Q t ~ Z tl , phương án T2 49 Hình 3-6. Biểu đồ quan hệ Q ~ Z của hệ thống 50 Hình 3-7. Giếng tháo lũ Cửa Đạt 51 Hình 3-8.Mặt cắt ngang hầm 52 Hình 3-9. Biểu đồ quan hệ Q g ~ Z tl , phương án G1 64 Hình 3-10. Biểu đồ xác định các hàm f R , f C , f W [2] . 66 Hình 3-11. Biểu đồ quan hệ Q g ~ Z tl , phương án G2 70 Hình 3-12. Biểu đồ quan hệ Q g ~ Z tl , phương án G3 74 Hình 3-13. Biểu đồ quan hệ Q ~ Z, D g = 9,5m, D v = 10,5m 78 Hình 3-14. Mô hình lũ thiết kế P = 0,1%, kiểm tra P = 0,01% hồ Cửa Đạt 79 Hình 3-15. Quan hệ giữa mực nước và dung tích [5]. 81 Hình 3-16. Quan hệ Ztl ~ T, Q, Qx ~ T, phương án 1, P =0,01% 82 Hình 3-17. Quan hệ Ztl ~ T, Q, Qx ~ T, phương án 1, P =0,1% 83 Hình 3-18. Quan hệ Qg ~ Z; Qt ~ Z; Qx ~ Z, phương án 2 85 Hình 3-19. Quan hệ Ztl ~ T; Q, Qx ~ T, phương án 2, P =0,01% 86 Hình 3-20. Quan hệ Ztl ~ T; Q, Qx ~ T, phương án 2, P =0,1% 87 Hình 3-21. Quan hệ Qg ~ Z; Qt ~ Z; Qx ~ Z, phương án 3 89 Hình 3-22. Quan hệ Ztl ~ T; Q, Qx ~ T, phương án 3, P =0,01% 90 Hình 3-23. Quan hệ Ztl ~ T; Q, Qx ~ T, phương án 3, P =0,1% 91 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1-1. Các giếng tháo lũ đã xây dựng trên thế giới [3] 17 Bảng 2-1. Hệ số kháng tại cửa vào của giếng tháo lũ [3] 23 Bảng 2-2. Bảng trị số của hệ số A [3] 24 Bảng 2-3. Trị số của hệ số B [3] 24 Bảng 2-4. Trị số của hệ số C [3] 25 Bảng 2-5. Trị số của hệ số tổn thất ở các đoạn thu hẹp [3] 25 Bảng 3-1. Bảng kết quả tính toán khả năng tháo cho tràn phương án T1 46 Bảng 3-2. Bảng kết quả tính toán khả năng tháo cho tràn – phương án T2 48 Bảng 3-3. Bảng lưu lượng miệng loa tràn không ngập 54 Bảng 3-4. Bảng xác hệ số tổn thất cửa vào 55 Bảng 3-5. Bảng xác định hệ số tổn thất dọc đường 56 Bảng 3-6. Trị số của hệ số tổn thất ở đoạn co hẹp 57 Bảng 3-7. Bảng trị số của hệ số A 57 Bảng 3-8. Trị số của hệ số B 58 Bảng 3-9. Bảng xác định hệ số d μ (phương án G1) 58 Bảng 3-10. Bảng xác định lưu lượng khi công trình có phễu chuyển tiếp từ chảy không ngập sang ngập hoàn toàn (Dg=8m) 59 Bảng 3-11. Bảng xác định hệ số tổn thất dọc đường của hầm 61 Bảng 3-12. Bảng xác định hệ số μ (Dg=8m) 62 Bảng 3-13. Bảng xác định lưu lượng chảy ngập trên toàn hệ thống (Dg=8m)63 Bảng 3-14. Bảng xác định lưu lượng khi công trình có phễu chuyển tiếp từ chảy không ngập sang ngập hoàn toàn (Dg=9m) 67 Bảng 3-15. Bảng xác định lưu lượng chảy ngập trên toàn hệ thống (Dg=9m)68 Bảng 3-16. Bảng xác định lưu lượng khi công trình có phễu chuyển tiếp từ chảy không ngập sang ngập hoàn toàn (Dg=9,5m) 71 Bảng 3-17. Bảng xác định lưu lượng chảy ngập trên toàn hệ thống (Dg=9,5m) 72 Bảng 3-18. Bảng xác định lưu lượng chảy ngập qua giếng đứng ….75 Bảng 3-19. Quan hệ Q v ~ Z khi D v = 10,5m 77 Bảng 3-20. Khả năng tháo của hệ thống 4 khoang tràn mặt và 1 giếng chảy có áp (phương án 2) 84 Bảng 3-21. Khả năng tháo của hệ thống 4 khoang tràn mặt + 1 giếng chảy không áp (phương án 3) 88 Bảng 3-22. Bảng tổng hợp kết quả tính toán điều tiết lũ 92 Bảng 3-23. Bảng so sánh kết quả điều tiết lũ phương án 1 và phương án 2 92 Bảng 3-24. Bảng so sánh kết quả điều tiết lũ phương án 1 và phương án 3 93 Bảng PL1-1 .Bảng tính toán điều tiết phương án 1 – P = 0,01% 101 Bảng PL1-2.Bảng tính toán điều tiết phương án 1 - P = 0,1% 104 Bảng PL2-1.Bảng tính toán điều tiết phương án 2 - P = 0,01% 108 Bảng PL2-2.Bảng tính toán điều tiết phương án 2 - P = 0,1% 112 Bảng PL3-1.Bảng tính toán điều tiết phương án 3 - P = 0,01% 116 Bảng PL3-2.Bảng tính toán điều tiết phương án 3 - P = 0,1% 121 1 MỞ ĐẦU I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Công trình tháo lũ đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho bản thân công trình đầu mối cũng như cho khu vực hạ du. Việc lựa chọn hình thức công trình tháo lũ cần phải thõa mãn các điều kiện an toàn và kinh tế. Ở Việt Nam, các công trình tháo lũ kiểu hở như đập tràn, tràn dọc được áp dụng phổ biến. Tuy nhiên khi điều kiện địa hình địa chất không thuận lợi để bố trí tràn hở (chẳng hạn khi địa hình chật hẹp, bờ dốc, núi đá) thì cần nghiên cứu bố trí các hình thức công trình tháo lũ khác. Tháo lũ kiểu giếng là một hình thức công trình hợp lý, loại công trình này cho khả năng tháo nước lớn trong khi chỉ chiếm một phạm vi nhỏ trong mặt bằng tổng thể công trình. Tuy nhiên, chế độ thủy lực trong giếng khá phức tạp, đòi hỏi cần có nghiên cứu để vừa đảm bảo khả năng tháo nước, vừa đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành. Do vậy việc nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng và áp dụng cho một phương án thiết kế hồ Cửa Đạt là cần thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Đồng thời đề tài cũng giúp cho các cơ quan chức năng trên địa bàn tỉnh có cơ sở khoa học trong thiết kế mới hoặc sữa chữa, nâng cấp các hồ chứa nước sau này. II. Mục đích của đề tài: Nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng, áp dụng cho một phương án thiết kế hồ Cửa Đạt. III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: - Điều tra, thu thập, tổng hợp và phân tích các tài liệu về chế thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng. [...]... thể Vì vậy trong luận văn này đặt nhiệm vụ nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng, áp dụng cho một phương án thiết kế của hồ Cửa Đạt 21 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THỦY LỰC CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU GIẾNG 2.1 CÁC CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY TRONG CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU GIẾNG 2.1.1 Trường hợp miệng loa tràn chảy không ngập Trong trường này với lưu lượng chảy vào miệng giếng không ngập,... ra trong hệ thống giếng tháo lũ 3 - Áp dụng cho việc nghiên cứu phương án tận dụng hầm dẫn dòng thi công của hồ Cửa Đạt làm một phần của công trình tháo lũ, đã đi đến kết luận là nếu khống chế chảy ngập trong hệ thống giếng – đường hầm thì việc tận dụng hệ thống này trong các công trình xả lũ của hồ Cửa Đạt là hợp lý (thay thế được cho 1 khoang tràn) 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH THÁO LŨ KIỂU... mặt bằng tổng thể công trình Tuy nhiên, chế độ thủy lực trong giếng khá phức tạp, đòi hỏi cần có nghiên cứu để vừa đảm bảo khả năng tháo nước, vừa đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành Do vậy việc nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng và áp dụng cho một phương án thiết kế hồ Cửa Đạt là cần thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Đồng thời đề tài cũng giúp cho các cơ quan chức...2 - Nghiên cứu lý thuyết và các chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng và các phương pháp tính toán - Tính toán cho một công trình thực tế IV Kết quả đạt được 1 - Tổng quan được các điều kiện sử dụng giếng tháo lũ và đặc điểm thủy lực của dòng chảy trong giếng tháo lũ, giới hạn được phạm vi nghiên cứu 2 - Tổng hợp được các công thức tính toán thủy lực xác định khả năng tháo của giếng... TRÌNH THÁO LŨ KIỂU GIẾNG 1.2.1 Bố trí công trình tháo lũ ở hồ chứa 1.2.1.1 Nhiệm vụ công trình tháo lũ Trong đầu mối công trình thủy lợi hồ chứa nước, ngoài một số công trình như đập dâng, công trình lấy nước, công trình chuyên môn, còn phải làm các công trình để tháo nước lũ thừa không thể chứa được trong hồ, có lúc đặt ở độ sâu để đảm nhận thêm việc tháo cạn một phần hay toàn bộ hồ chứa khi cần thiết. .. công trình này cho khả năng tháo nước lớn trong khi chỉ chiếm một phạm vi nhỏ trong mặt bằng tổng thể công trình Công trình tháo lũ kiểu giếng nên bố trí làm việc kết hợp với các hình thức xả lũ khác…… 20 Hình 1-13 Quan hệ Q ~ H của công trình tháo nước kiểu giếng [1] a) Chế độ đập tràn; b) Chế độ chảy qua ống ngắn; c) Chảy có áp đến cửa ra 1.4 GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Vấn đề nghiên cứu chế độ thủy. .. từng chế độ trong giếng Ứng với mỗi công trình cụ thể thì trong thiết kế nên khống chế ở chế độ chảy nào để tháo lũ an toàn, nhưng vẫn đảm bảo điều kiện kinh tế Khi điều kiện địa hình địa chất không thuận lợi để bố trí tràn hở (chẳng hạn khi địa hình chật hẹp, bờ dốc, núi đá) thì cần nghiên cứu bố trí công trình tháo lũ kiểu giếng Công trình tháo lũ kiểu giếng là một hình thức công trình hợp lý, loại công. .. Miệng vào giếng tháo lũ theo kiểu hoa hồng nhiều cánh (Dự án thủy lợi Phước Hòa) Hình 1-7 Giếng tháo lũ Pontezi (Ý) [3] 11 Hình 1-8 Giếng tháo lũ trong công trình Melrin ở Iran [3] Hình 1-9 Giếng tháo lũ trong thân đập đất [3] 12 d) Tháo lũ kiểu gáo Đây là công trình tháo lũ kiểu kín, có thể đặt ở bờ sông hay thân đập Các bộ phận của công trình này gồm: Ngưỡng tràn, các ống tháo và thiết bị tiêu năng... thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng là khá phức tạp và mới mẻ ở Việt Nam Như trên đã cho thấy, mức độ an toàn làm việc của giếng tháo lũ là phụ thuộc nhiều vào chế độ chảy ở trong đó Mặt khác chế độ chảy trong giếng tháo lũ lại phụ thuộc vào điều kiện biên, cột nước, lưu lượng tháo ., đòi hỏi phải nghiên cứu riêng cho từng trường hợp cụ thể Vì vậy trong luận văn này đặt nhiệm vụ nghiên cứu chế. .. các công trình xả lũ thông thường như tràn mặt, mặt khác trong giai đoạn thi công gặp khó khăn trong việc xả lũ thi công lớn, nên việc tháo lũ thi công phải xét tới phương án đường hầm hoặc cống ngầm, vì vậy tháo lũ kiểu giếng đứng để tận dụng một phần tuynen dẫn dòng hoặc cống ngầm đã có sẵn là một hình thức công trình hợp lý, loại công 19 trình này cho khả năng tháo nước lớn trong khi chỉ chiếm một . việc nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng và áp dụng cho một phương án thiết kế hồ Cửa Đạt là cần thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Đồng thời đề tài cũng giúp cho. học trong thiết kế mới hoặc sữa chữa, nâng cấp các hồ chứa nước sau này. II. Mục đích của đề tài: Nghiên cứu chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng, áp dụng cho một phương án thiết. 2 - Nghiên cứu lý thuyết và các chế độ thủy lực trong công trình tháo lũ kiểu giếng và các phương pháp tính toán. - Tính toán cho một công trình thực tế. IV. Kết quả đạt được 1 - Tổng