B

GIÁO D C VÀ ÀO T O
B NÔNG NGHI P VÀ PTNT
TR
NG
I H C TH Y L I

NG XUÂN HANH

NGHIÊN C U TH C NGHI M L P CH
V N HÀNH
H P LÝ CÔNG TRÌNH X M T KHÔNG CÓ T
NG PHÂN
DÒNG C A TH Y I N B N CHÁT

LU N V N TH C S

HÀ N I, N M 2016


B

GIÁO D C VÀ ÀO T O
B NÔNG NGHI P VÀ PTNT
TR
NG
I H C TH Y L I

NG XUÂN HANH

NGHIÊN C U TH C NGHI M L P CH
V N HÀNH
H P LÝ CÔNG TRÌNH X M T KHÔNG CÓ T
NG PHÂN
DÒNG C A TH Y I N B N CHÁT

Chuyên ngành: XÂY D NG CÔNG TRÌNH TH Y
Mã s : 60580202

NG

IH

NG D N:

GS. TS. Ph m Ng c Quý

HÀ N I, N M 2016
ii


L I CAM OAN
Tác gi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a b n thân tác gi và v i s
giúp đ c a các đ ng nghi p th c hi n các thí nghi m trên mô hình v t lý. Các k t qu nghiên
c u và các k t lu n trong lu n v n là trung th c, không sao chép t b t k m t ngu n nào và
d

i b t k hình th c nào. Vi c tham kh o các ngu n tài li u đã đ

c th c hi n trích d n và


ghi ngu n tài li u tham kh o đúng quy đ nh.
Hà N i, ngày 23 tháng 5 n m 2016

Tác gi lu n v n

ng Xuân Hanh

i


L IC M

N

Sau th i gian nghiên c u, th c hi n, tác gi đã hoàn thành lu n v n th c s k
thu t chuyên ngành xây d ng công trình th y v i đ tài: “Nghiên c u th c nghi m
l p ch đ v n hành h p lý công trình x m t không có t

ng phân dòng c a th y

đi n B n Chát”. Tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c t i th y giáo GS.TS. Ph m
Ng c Quý đã dành nhi u th i gian và tâm huy t h

ng d n nghiên c u và giúp tác gi

hoàn thành lu n v n t t nghi p. Tác gi xin chân thành c m n Phòng ào t o
và Sau

ih c


i h c, khoa Công trình cùng các th y giáo, cô giáo đã tham gia gi ng d y và

t n tình giúp đ , truy n đ t ki n th c trong su t th i gian tác gi h c t p ch
Cao h c c a tr

ng

ng trình

i h c th y l i, c ng nh trong quá trình th c hi n lu n v n.

Tác gi xin chân thành c m n Ban lãnh đ o Vi n N ng l

ng, b n bè, đ ng

nghi p và gia đình đã nhi t tình giúp đ tác gi trong th i gian h c t p và th c hi n
lu n v n.
Do còn h n ch v trình đ chuyên môn, c ng nh th i gian có h n, nên trong
quá trình th c hi n lu n v n, tác gi không tránh kh i nh ng sai sót. Tác gi mong
mu n ti p t c nh n đ

c ch b o c a các th y, cô giáo và s góp ý c a các b n bè

đ ng nghi p.
Tác gi xin trân tr ng c m n!
Hà N i, ngày 23 tháng 5 n m 2016

Tác gi lu n v n


ng Xuân Hanh

ii


M CL C
DANH M C HÌNH NH ............................................................................................ vi
DANH M C B NG BI U ....................................................................................... viii
M

U

............................................................................................................... 1

1. Tính c p thi t c a đ tài ..........................................................................................1
2. M c đích c a đ tài .................................................................................................2
3. Cách ti p c n và ph

ng pháp nghiên c u .............................................................3

4. K t qu d ki n đ t đ
CH

c ........................................................................................3

NG 1 T NG QUAN V CH

V N HÀNH

P TRÀN X M T ..... 4


1.1. Khái quát v tràn x m t ......................................................................................4
1.1.1. Khái ni m và phân lo i [6] ....................................................................................... 4
1.1.2.

c đi m k t c u c a đ p tràn x m t ...................................................................... 5

1.1.3.

c đi m th y l c n i ti p sau tràn [9] .................................................................... 7

1.2. T ng quan v qui trình v n hành công trình tràn x m t có c a van đi u ti t ...11
1.2.1. Khái ni m v quy trình v n hành ........................................................................... 11
1.2.2. Các y u t

nh h

ng đ n quy trình v n hành ....................................................... 12

1.2.3. Xây d ng quy trình v n hành ................................................................................. 13
1.2.4. Quy trình v n hành trong th c t ho t đ ng ........................................................... 14

1.3. Nh ng nghiên c u v qui trình v n hành x m t ...............................................15
1.3.1. Nguyên t c xây d ng qui trình v n hành ................................................................ 15
1.3.2. Các n i dung đã đ

c nghiên c u v qui trình v n hành ....................................... 15

1.4. Các v n đ t n t i và h


ng nghiên c u ............................................................19

1.4.1. V m t lý lu n ........................................................................................................ 19
1.4.2. S li u quan tr c, d báo khí t

ng, th y v n ........................................................ 19

1.4.3. Quá trình v n hành đóng m c a van ngoài th c t ............................................... 20
1.4.4. H

ng nghiên c u .................................................................................................. 20

K t lu n ch
CH

ng 1 .....................................................................................................21

NG 2 : C

2.1. Các y u t

S
nh h

LÝ THUY T DÒNG CH Y D

I C A VAN X M T22

ng đ n dòng ch y ................................................................22


2.1.1. nh h

ng c a hình th c công trình ...................................................................... 22

2.1.2. nh h

ng c a đ a hình, đ a ch t ........................................................................... 28

iii


2.1.3. nh h

ng c a th y v n, th y l c ......................................................................... 29

2.1.4. nh h

ng c a quy trình v n hành ........................................................................ 29

2.2. Ph

ng pháp tính toán dòng ch y d

2.2.1.

i c a van ................................................ 29

t v n đ .............................................................................................................. 29

2.2.2. Tính toán kh n ng tháo ......................................................................................... 30

2.2.3. Ph

ng pháp tính toán n i ti p và tiêu n ng [1] .................................................... 31

2.3. S đ và lý lu n tính toán th y l c .................................................................... 34
2.3.1. Các s đ tính toán th y l c .................................................................................. 34
2.3.2. Phân tích lý lu n tính toán ..................................................................................... 37
2.3.3. Các yêu c u v dòng ch y đ t ra đ i v i quy trình v n hành ................................ 42

K t lu n ch
CH

ng 2 ..................................................................................................... 44

NG 3 TH C NGHI M XÁC L P QUY TRÌNH V N HÀNH H P LÝ

CÔNG TRÌNH X L C A TH Y I N B N CHÁT ........................................ 45
3.1. Gi i thi u công trình [14] .................................................................................. 45
3.1.1. V trí đ a lý, đi u ki n đ a ch t, th y v n ............................................................... 45
3.1.2. Quy mô công trình ................................................................................................. 46
3.1.3. K t c u, b trí m t b ng tràn x l ......................................................................... 47

3.2. Quy trình v n hành đã đ
3.2.1. Quy trình v n hành đ

c ban hành ............................................................... 49
c phê duy t ....................................................................... 49

3.2.2. ánh giá nh ng b t l i khi v n hành x l qua đ p tràn theo quy trình đ


c phê

duy t ................................................................................................................................. 51

3.3. T ng quan v mô hình th c nghi m th y l c [10], [11].................................... 53
3.3.1. Mô hình v t lý cho th y l c tràn ............................................................................ 53
3.3.2. T

ng t hình h c:................................................................................................. 55

3.3.3. T

ng t đ ng h c ................................................................................................. 55

3.3.4. T

ng t đ ng l c h c ........................................................................................... 56

3.4. Xác l p ph
3.4.1.

ng trình chung nh t th hi n m i quan h gi a các y u t ........... 57

t v n đ .............................................................................................................. 57

3.4.2. Tiêu chí đánh giá quy trình v n hành c a van ....................................................... 57
3.4.3. Xác l p các y u t
3.4.4. Thi t l p ph

nh h


ng đ n quy trình v n hành (a i ).................................... 58

ng trình chung nh t gi a các y u t (a i ) ......................................... 59

3.5. Xây d ng mô hình và thí nghi m th y l c ........................................................ 64
3.5.1. S c n thi t ph i thí nghi m th y l c đ hi u ch nh quy trình v n hành............... 64
iv


3.5.2. M c đích và n i dung thí nghi m mô hình th y l c .............................................. 65
3.5.3. Tiêu chu n t

ng t ................................................................................................ 66

3.5.4. Các thi t b đo ......................................................................................................... 67
3.5.5. Ch n t l mô hình ................................................................................................. 70
3.5.6. Xây d ng mô hình và b trí m t c t đo [15] .......................................................... 71
3.5.7. Các tr

ng h p l u l

ng và m c n

c thí nghi m [15]....................................... 75

3.5.8. Yêu c u v n i dung thí nghi m ............................................................................. 76
3.5.9. Mô hình hóa ............................................................................................................ 76
3.5.10. Các tài li u thi t k , tính toán ............................................................................... 76
3.5.11. B trí các m t c t, các đi m đo trên mô hình thí nghi m ..................................... 77

3.5.12. Ki m tra đi u ki n t

ng t .................................................................................. 78

3.6. Thí nghi m và k t qu [15] ................................................................................79
3.6.1. Tr

ng h p thí nghi m hi u ch nh quy trình v n hành .......................................... 79

3.6.2. Tr

ng h p ki n ngh thí nghi m ........................................................................... 80

3.7. ánh giá k t qu .................................................................................................81
3.7.1. Nh ng nh n xét k t lu n rút ra t k t qu thí nghi m [15] .................................... 81
3.7.2. Thi t l p công th c th hi n m i quan h gi a các y u t t k t qu thí nghi m .. 84
3.7.3. So sánh và đánh giá k t qu th c nghi m .............................................................. 92

3.8. K t lu n ch n quy trình v n hành h p lý ...........................................................96
K t lu n ch

ng 3 .....................................................................................................99

K T LU N VÀ KI N NGH ................................................................................... 101
1. Các k t lu n .........................................................................................................101
2. Nh ng t n t i và h n ch .....................................................................................102
3. Các ki n ngh .......................................................................................................102
TÀI LI U THAM KH O......................................................................................... 103
PH N PH L C ....................................................................................................... 105


v


DANH M C HÌNH NH
Hình 1.1 B trí đ
Hình 1.2

ng tràn d c

đ u đ p ....................................................................... 4

ng tràn ngang ............................................................................................. 4

Hình 1.3 Xi phông tháo l ............................................................................................... 5
Hình 1.4 Gi ng tháo l .................................................................................................... 5
Hình 1.5

ng tràn ki u gáo ......................................................................................... 5

Hình 1.6

p tràn ............................................................................................................ 5

Hình 1.7 Các hình th c m t c t c a đ p tràn .................................................................. 5
Hình 1.8 C t d c đ p tràn có c a van đi u ti t ............................................................... 6
Hình 1.9 M t b ng đ p tràn x l .................................................................................... 6
Hình 1.10 Tiêu n ng phóng xa ........................................................................................ 7
Hình 1.11 Các hình th c n i ti p dòng ch y

h l u..................................................... 7


Hình 2.1 Công trình tràn: (a) Không có c a van; (b) Có c a van ................................. 22
Hình 2.2 M t b ng c a các k t c u tràn n

c: (a) Th ng, (b) Cong. (c) G y góc, (d)

G p khúc (labyrinth) ..................................................................................................... 23
Hình 2.3 M t c t d c tràn .............................................................................................. 24
Hình 2.4 Các bi n pháp tiêu n ng theo hình th c ch y đáy .......................................... 25
Hình 2.5 Các tr ng thái ch y khi có b c a
cu i m t tràn ..................................... 26

Hình 2.6 Tiêu n ng phóng xa sau công trình tháo n

c ............................................... 27

Hình 2.7 Tiêu n ng b ng dòng ch y h n h p (2 t ng) .................................................. 28
Hình 2.8 S đ tính toán th y l c tràn .......................................................................... 30
Hình 2.9 Các bi n pháp tiêu n ng theo hình th c ch y đáy .......................................... 32
Hình 2.10 Các tr ng thái ch y khi có b c a
cu i m t tràn ................................... 32

Hình 2.11 Tiêu n ng phóng xa sau công trình tháo n
Hình 2.12

c ............................................. 33

ng bao h xói sau m i phun .................................................................. 34

Hình 2.13 S đ tính toán n i ti p, tiêu n ng và xói..................................................... 35
Hình 2.14 S hình thành đu c khí................................................................................. 39
Hình 2.15 S đ truy n lan sóng xung kích khi tiêu h y bong bóng khí g n b m t
lòng d n

............................................................................................................. 40
vi


Hình 2.16 S hình thành sóng nhi u ............................................................................. 41
Hình 2.17 Hai d ng sóng trung tâm............................................................................... 41
Hình 2.18 S đ lôi cu n không khí vào dòng n

c ..................................................... 41

Hình 3.1 M t c t d c đ p .............................................................................................. 48
Hình 3.2 M t b ng đ p tràn x l .................................................................................. 48
Hình 3.3 C t d c đ p tràn x l ..................................................................................... 49
Hình 3.4 M t s

nh đ p tràn v n hành x l ................................................................ 53

Hình 3.5Máy th y bình có bàn đ ngang NA724 ......................................................... 69
Hình 3.6 Máy th y bình Ni07........................................................................................ 69
Hình 3.7

u đo l u t c đi n t P-EMS E30 và E40.................................................... 69

Hình 3.8

u đo áp su t và thi t b daqbook 260 thu th p x lý s li u k t n i v i

Computer

............................................................................................................. 70

Hình 3.9 Catsset thu th p s li u t đ u đo l u t c, áp su t thành tín hi u Ananog và
k t n i v i Daqbook260 ................................................................................................ 70
Hình 3.10 S đ b trí m t c t, đi m đo V, P, Z trên tràn x m t ................................. 73
Hình 3.11 M t b ng s đ b trí m t c t, đi m đo V, P, Z trên tràn x m t ................. 73
Hình 3.12 V trí m t c t và các th y tr c đo V, Z t i h l u trên mô hình ................... 74
Hình 3.13 nh các thí nghi m hi u ch nh quy trình v n hành ...................................... 80
Hình 3.14 nh các thí nghi m ki n ngh ....................................................................... 81
Hình 3.15 M t c t ngang h xói th y đi n B n Chát .................................................... 95
Hình 3.16 M t c t d c h xói th y đi n B n Chát ........................................................ 95

vii


DANH M C B NG BI U
B ng 3.1 L u l

ng l thi t k ..................................................................................... 46

B ng 3.2 Trình t m các c a van đ p tràn theo quy t đ nh s 149/Q -BCT............. 50
B ng 3.3 M t s

nh h

ng b t l i khi v n hành x l qua đ p tràn ........................... 52

B ng 3.4 Các h s th y l c và hình h c chuy n đ i t nguyên hình sang mô hình
t ng th t l

l= 64 ....................................................................................................... 71

B ng 3.5 Các tr

ng h p v t h p m c a van và l u l

ng tính toán thí nghi m... 75

B ng 3.6 Các tr

ng h p v t h p m c a van và l u l

ng tính toán thí nghi m ki n

ngh

75

B ng 3.7 T ng h p các thông s c a các thí nghi m TN1 đ n TN4 ............................ 79
B ng 3.7. T ng h p các thông s c a các thí nghi m TN2a đ n TN5a ........................ 80
B ng 3.8 Th ng kê các k t qu thí nghi m v i các đ i l

ng không th nguyên ........ 87

B ng 3.9 Tính các giá tr c a ph

ng trình (3.40) t s li u thí nghi m ...................... 89

B ng 3.10 Giá tr t ng bình ph

ng.............................................................................. 90

B ng 3.11 K t qu tính toán các h s c a ph

ng trình (3-41) ................................... 90

B ng 3.12 K t qu tính toán h s k theo công th c th c nghi m (3-46) và so sánh v i
h s k theo k t qu thí nghi m .................................................................................... 92
B ng 3.13 K t qu tính toán giá tr B 3 theo công th c th c nghi m (3-19) và so sánh
v i giá tr B 3 theo k t qu thí nghi m .......................................................................... 93
B ng 3.14 K t qu tính toán giá tr B 3 theo công th c th c nghi m ............................ 94
B ng 3.15 K t qu l a ch n ch đ m c a van qua s li u th c nghi m mô hình và
tính qua công th c th c nghi m .................................................................................... 96
B ng 3.16 Ch đ m c a van h p lý dùng đ xây d ng quy trình v n hành .............. 97
B ng 3.17 Ch đ đóng m c a van trong quy trình v n hành công trình x [14] ....... 98
B ng PL.1 Các thông s k thu t và ch tiêu chính c a công trình B n Chát ............ 105
B ng PL.2

ng quan h l u l

ng v i m c n

c t i tuy n h l u đ p B n Chát t i

m t c t cách đ p 800m (Zhl800m). ............................................................................. 108

B ng PL.3 Các ký hi u tên thí nghi m và thông s c a các thí nghi m .................... 109

viii


B ng PL.3.1 Cao đ m t n

c th

ng, h l u công trình c a thí nghi m HCQTVH-

Ztl=475m-TN3-S khoang tràn m : 4-C a 2&3: a = 5m; c a 1&4: a = 0,5m ........... 110
B ng PL.3.2 Các thông s lu ng phun c a thí nghi m HCQTVH-Ztl=475m-TN3-S
khoang tràn m : 4-C a 2&3: a = 5m; c a 1&4: a = 0,5m .......................................... 111
B ng PL.3.3 Cao đ m t n

c th

ng, h l u công trình c a thí nghi m HCQTVH-

Ztl=475m-TN4-S khoang tràn m : 4-C a 2&3: a = 8m; c a 1&4: a = 2m .............. 112
B ng PL.3.4 Các thông s lu ng phun c a thí nghi m HCQTVH-Ztl=475m-TN4-S
khoang tràn m : 4-C a 2&3: a = 8m; c a 1&4: a = 2m ............................................. 113
B ng PL.3.5 Cao đ m t n

c th

ng, h l u công trình c a thí nghi m HCQTVH-

Ztl=475m-TN2a-S khoang tràn m : 4- C a 2&3: a = 2m; c a 1&4: a = 1,5m ........ 114

B ng PL.3.6 Các thông s lu ng phun c a thí nghi m HCQTVH-Ztl=475m-TN2a-S
khoang tràn m : 4- C a 2&3: a = 2m; c a 1&4: a = 1,5m ......................................... 115
B ng PL.3.7. Cao đ m t n

c th

ng, h l u công trình c a thí nghi m HCQTVH-

Ztl=475m-TN3a-S khoang tràn m : 4- C a 2&3: a = 3m; c a 1&4: a = 2,5m ........ 116
B ng PL.3.8 Các thông s lu ng phun c a thí nghi m HCQTVH-Ztl=475m-TN3a-S
khoang tràn m : 4- C a 2&3: a = 3m; c a 1&4: a = 2,5m ......................................... 117
B ng PL.3.9 Cao đ m t n

c th

ng, h l u công trình c a thí nghi m HCQTVH-

Ztl=475m-TN4a-S khoang tràn m : 4- C a 2&3: a = 5m; c a 1&4: a = 4,5m ........ 118
B ng PL.3.10 Các thông s lu ng phun c a thí nghi m HCQTVH-Ztl=475m-TN4a-S
khoang tràn m : 4- C a 2&3: a = 5m; c a 1&4: a = 4,5m. ........................................ 119
B ng PL.3.11 Cao đ m t n

c th

ng, h l u công trình c a thí nghi m HCQTVH-

Ztl=475m-TN5a-S khoang tràn m : 4- C a 2&3: a = 9m; c a 1&4: a = 8,5m ........ 120
B ng PL.3.12 Các thông s lu ng phun c a thí nghi m HCQTVH-Ztl=475m-TN5a-S
khoang tràn m : 4- C a 2&3: a = 9m; c a 1&4: a = 8,5m ......................................... 121
B ng PL.3.13 L u t c u(m/s) và m ch đ ng l u t c σ u (m/s) t i các đi m đo trên tràn

x m t c a thí nghi m HCQTVH-Ztl=475m-TN3-S khoang tràn m : 4-C a 2&3: a =
5m; c a 1&4: a = 0,5m ................................................................................................ 122
B ng PL.3.14 L u t c u(m/s) và m ch đ ng l u t c σ u (m/s) t i các đi m đo trên tràn
x m t c a thí nghi m HCQTVH-Ztl=475m-TN4-S khoang tràn m : 4-C a 2&3: a =
8m; c a 1&4: a = 2m ................................................................................................... 123

ix


B ng PL.3.15. L u t c u(m/s) và m ch đ ng l u t c σ u (m/s) t i các đi m đo trên tràn
x m t c a thí nghi m HCQTVH-Ztl=475m-TN2a-S khoang tràn m : 4- C a 2&3: a
= 2m; c a 1&4: a = 1,5m ............................................................................................ 124
B ng PL.3.16 L u t c u(m/s) và m ch đ ng l u t c σ u (m/s) t i các đi m đo trên tràn
x m t c a thí nghi m HCQTVH-Ztl=475m-TN3a-S khoang tràn m : 4- C a 2&3: a
= 3m; c a 1&4: a = 2,5m ............................................................................................ 125
B ng PL.3.17 L u t c u(m/s) và m ch đ ng l u t c σ u (m/s) t i các đi m đo trên tràn
x m t c a thí nghi m HCQTVH-Ztl=475m-TN4a-S khoang tràn m : 4- C a 2&3: a
= 5m; c a 1&4: a = 4,5m ............................................................................................ 126
B ng PL.3.18 L u t c u(m/s) và m ch đ ng l u t c σ u (m/s) t i các đi m đo trên tràn
x m t c a thí nghi m HCQTVH-Ztl=475m-TN5a-S khoang tràn m : 4- C a 2&3: a
= 9m; c a 1&4: a = 8,5m ............................................................................................ 127

x


M

U

1. Tính c p thi t c a đ tài

Vi t Nam có kho ng 7.000 đ p l n nh các lo i, trong đó có kho ng g n 500 đ p l n,
là n

c có nhi u đ p cao trên th gi i. Tuy nhiên s phân b v hình lo i đ p theo v t

li u không đ u nhau. Trong s các đ p có chi u cao nh h n 100m thì đ p v t li u đ a
ph

ng chi m t i 80%, còn đ i v i đ p có chi u cao h n 100m thì đ p bê tông nói

chung và đ p bê tông tr ng l c nói riêng l i chi m 1 t l đáng k . H n n a trong
nh ng n m g n đây, đã ti n hành xây d ng hàng lo t các công trình th y đi n v i
chi u cao đ p t

ng đ i l n đa ph n đ s d ng đ p bê tông tr ng l c.

các h th ng công trình đ u m i th y l i – th y đi n ph i b trí công trình tháo đ
x l ,x n

c th a xu ng h du. M t trong nh ng v n đ hàng đ u trong thi t k , b

trí công trình tháo là gi i quy t t t v n đ n i ti p th y l c sau công trình x . Các d ng
tràn x l th

ng đ

m t c t có d ng đ

c dùng có d ng m t c t th c d ng nh m t c t Oxipherop ho c
ng cong Wes.

Các d ng n i ti p và tiêu n ng

h l u có th đ

+ Tiêu n ng m i phóng – dòng phun th
n

c dùng:

ng thích h p v i công trình đ u m i có c t

c cao ho c v a, n n móng b ng đá. Hình th c m t b ng c a thi t b tiêu n ng dòng

phun có lo i b r ng không đ i.
+ Tiêu n ng ch y đáy có th thích nghi v i các lo i n n đá ho c không ph i là đá v i
yêu c u đ i v i tr ng thái dòng ch y t
n ng, b t

ng đ i nghiêm kh c. Tiêu n ng đáy có b tiêu

ng k t h p ki u đáy b ng, đáy nghiêng ho c đáy m r ng, đáy thu h p...

Ngoài ra có th dùng tiêu n ng dòng m t, hi u q a c a d ng tiêu n ng này so v i tiêu
n ng dòng đáy không kém h n nhi u.
N u dùng tiêu n ng dòng phun c n ph i nghiên c u th n tr ng do nh h

ng c a ch

đ th y l c cu i m i h t dòng tia v ng xa, b r ng dòng phun t i khu v c b trí h xói

đào tr

c có th b loe ho c ch m l i so v i b r ng m i h t, v n đ này s

nh h

ng

đ n chi u sâu h xói, b r ng hai biên h xói. Khi ch đ th y l c h l u không t t s
1


nh h

ng s t l hai b sông, nh h

ng an toàn cho công trình chính.

hi m đ i v i n đ nh c a đ p khi tràn v n hành đ
l c hay đ p vòm, h xói

c b trí

ng n

thân đ p bê tông tr ng

ngay sau chân đ p.

T i Vi t Nam, khi thi t k các công trình có c t n

đi n) đ x l

c bi t nguy

c l th

c cao (ph c v m c đích phát

ng dùng gi i pháp thi t k tràn x m t, tiêu n ng ki u

phóng xa. Theo ki u tiêu n ng phóng xa này thì cu i tràn có b trí m i phun
trên cao so v i m c n

c h l u. T i v trí m i h t n

c th

khu ch tán vào không khí và r i vào khu v c h xói đào tr
c a van l n (n≥3) và các khoang tràn không có t

cao đ

ng có v n t c l n, n

c

c. Khi tràn có s l

ng

ng phân dòng riêng cho t ng c a

van ho c t ng c m c van li n k thì quá trình x n

c l qua tràn s g p khó kh n.

Khi không có quy trình th t m và đ m h p lý c a các c a van h p lý có th n

c

s loe ra toàn b ph n m i h t c ng nh s r i ra ngoài ph m vi khu v c h xói đào
tr

c, có th r i lên hai b h l u làm s t tr

nh h

t, gây m t n đ nh hai b , có th d n đ n

ng đ n an toàn công trình. Các công trình này khi xây d ng quy trình đóng m

c a van (quy trình v n hành c a x ) th

ng đ

c thông qua công tác ki m nghi m

trên mô hình v t lý đ đ a ra quy trình, ch đ v n hành h p lý cho vi c đóng, m các
c a van.
Công trình th y đi n B n Chát là m t ví d đi n hình cho vi c b trí tràn x l là tràn

x m t có c a van đi u ti t nh ng d c theo chi u dài t cu i tr pin c a các c a van
không thi t k và xây d ng t

ng phân dòng kéo dài đ n cu i m i h t cho t ng c a x

đ c l p mà chia thành c m c a x có t

ng phân dòng. Do đó khi công trình đi vào

v n hành, ngay t i mùa x l đ u tiên c a công trình đã không x đ
trình v n hành đã đ

c đúng theo qui

c phê duy t, quá trình x này đã làm cho hai b b s t tr

nhi u, gây m t n đ nh đ

t

ng vào vào nhà máy th y đi n. Vì v y đã ph i ti n hành

th c nghi m l p ch đ v n hành h p lý công trình x m t. Qua th c nghi m trên mô
hình th y l c đã đ a ra đ
x đ

c các ch đ đóng m h p lý cho t ng c a van đ đ m b o

c l và v n hành an toàn cho công trình.

2. M c đích c a đ tài
a ra quy trình đóng m c a van h p lý khi tràn không có t
phun sau m i h t t p trung vào khu v c h xói đào tr
2

c.

ng phân dòng đ dòng


3. Cách ti p c n và ph
-

ng pháp nghiên c u

i u tra, th ng kê và t ng h p tài li u nghiên c u đã có

trong và ngoài n

c có

liên quan đ n đ tài.
- Nghiên c u c s lý thuy t;

ng d ng tính toán v i công trình x l th y đi n B n

Chát.
- Nghiên c u th c nghi m và so sánh k t qu tính toán v i k t qu thí nghi m mô
hình. Nghiên c u s d a trên các ph

ng pháp sau đây:

+ Mô hình v t lý: Th c hi n thí nghi m trên mô hình v t lý t i phòng thí nghi m th y
l c – Vi n N ng l

ng.

+ Th ng kê: X lý s li u và thi t l p quan h gi a các y u t th y l c theo s li u thí
nghi m thu th p đ

c.

4. K t qu d ki n đ t đ

c

- Khái quát chung v tràn x l và t ng quan quy trình v n hành (x m t có t
phân dòng và không có t

ng phân dòng), phân tích dòng ch y d

i c a van d

ng
i

tác đ ng c a quy trình m van khác nhau;
- Nghiên c u th c nghi m v công trình x m t không có t
-

ng phân dòng;

a ra quy trình th t đóng m , đ m h p lý c a t ng c a van đ công trình th y
đi n B n Chát v n hành an toàn.

3


CH

NG 1

T NG QUAN V CH
M T

V N HÀNH

P TRÀN X

1.1. Khái quát v tràn x m t
1.1.1. Khái ni m và phân lo i [6]
Công trình tháo l trên m t th
ng

ng đ t

cao trình t

ng đ i cao. Do các cao trình c a

ng tràn cao, nên nó ch có th dùng đ tháo dung tích phòng l c a h ch a.

Công trình tháo l trên m t bao g m các lo i sau:
-

p tràn;

-

ng tràn d c;

-

ng tràn ngang (máng tràn ngang);

- Xi phông tháo l ;
- Gi ng tháo l ;
-

ng tràn ki u gáo.

Hình 1.1 B trí đ

ng tràn d c

đ uđ p

Hình 1.2

4

ng tràn ngang


Hình 1.3 Xi phông tháo l

Hình 1.4 Gi ng tháo l
Tim tuyÕn ®Ëp

Lan can thÐp

Tõ¬ng biªn trµn

1:1

.5

§­êng mÆt n­íc trªn trµn

Tõ¬ng ph©n dßng
1:1
1:0
.75

Hình 1.5
1.1.2.
1.1.2.1.

ng tràn ki u gáo

Hình 1.6

p tràn

c đi m k t c u c a đ p tràn x m t
p tràn có th có nhi u hình th c khác nhau [6]

Hình 1.7 Các hình th c m t c t c a đ p tràn
a)

p tràn ki u 1 b c; b)

p tràn ki u nhi u b c; c), d)
e) Ng

ng tràn

5

p tràn ki u hình cong;


Lo i p trn ki u m t b c

c ng d ng lỳc n n múng ch c ch n, khụng cú lo i cỏt

s i h t l n ch y qua. Do ú tia n
th

ng dựng lo i ny v i tr

c ch y xu ng ỏy sụng v ph n b o v nờn ng

ng h p c t n

c khụng l n (3-4m) ho c cú c t n

h n nh ng ó cú bi n phỏp tiờu n ng i v i nh ng tia n
Lo i p trn ki u nhi u b c ớt

i ta
cl n

c ú.

c ng d ng h n, do c n cú n n múng khỏ di v

t n v t li u xõy d ng.
Lo i p trn ki u hỡnh cong ( p trn th c d ng)
ti p

c thu n v h s l u l

Lo i ng

ng trn th

ng

1.1.2.2. M t trn th

ng l n.
c dựng khi c t n

ng dựng lo i

c th p v cú c a van.

ng cong khụng chõn khụng

M t trn cho cỏc cụng trỡnh x l hi n nay th
(i)

c dựng nhi u nh t. Lo i ny n i

ng cong d ng ễxiphờr p v (ii)

ng dựng hai lo i

ng cong ph bi n:

ng cong d ng Wes.

1.1.2.3. Cú c a van cung i u ti t
Hi n nay cỏc cụng trỡnh th y l i th y i n v a v l n th

ng s d ng c a van úng

m i u ti t h ch a l d ng c a van cung, cú cỏc kớch th

c BxH khỏ l n, vớ d nh

S n La cú BxH=15x11,46m; B n Chỏt cú BxH=15x15m.
Tim tuyến đập
Tim tuyến tràn
Hố thử tải cầu trục

Lan can thép

Tim ray cầu trục

Lan can

Tim ray cầu trục

Tim khe phai

Kho van sâu

Tim tuyến đập

J6/7

J7/8

J8/9

J9/10

J10/11

J11/12

J12/13

Thang thép

Tim tai van

Từơng biên tràn

1:1

.5

Từơng biên tràn

Đường mặt nước trên tràn

Từơng phân dòng

Từơng phân dòng
1:1
Khe nối

Khe nối

1:0
.75

Hỡnh 1.8 C t d c p trn cú c a van i u ti t

6

Hỡnh 1.9 M t b ng p trn x l


1.1.2.4.

a d ng các hình th c tiêu n ng khác nhau; nh ng ch y u là tiêu n ng
phóng xa

i v i các công trình th y đi n, th y l i n u s d ng ph
thì c n ph i có n n h l u là đá v ng ch c.
đ xu ng h l u th
xói, n ng l

ng đào tr

ng d th a đ

ng án tiêu n ng phóng xa

tiêu n ng h t n ng l

ng c a dòng phun

c h xói đ dòng phun r i tr n v n vào khu v c h

c tiêu tan trong khu v c h xói. Dòng ch y sau khi ra khu

v c h xói s gi m b t nhi u n ng l

ng khi hòa nh p vào đ a hình lòng sông t

nhiên.

Hình 1.10 Tiêu n ng phóng xa
1.1.3.

c đi m th y l c n i ti p sau tràn [9]

Hình 1.11 Các hình th c n i ti p dòng ch y
Dòng ch y sau khi qua đ p tràn xu ng h l u có n ng l
đ

ng r t l n. N ng l

c tiêu hao b ng nhi u d ng khác nhau: m t ph n n ng l
7

h l u
ng đó

ng này phá ho i lòng


sông và hai bên b gây nên xói c c b sau đ p, m t ph n tiêu hao do ma sát n i b
dòng ch y, ph n khác do ma sát gi a n
càng l n thì tiêu hao n ng l

th

c và không khí. S c c n n i b dòng ch y

ng do xói l càng nh và ng

ng dùng bi n pháp tiêu hao n ng l

c l i. Vì v y ng

i ta

ng b ng ma sát n i b dòng ch y đ gi m kh

n ng xói l lòng sông và dùng hình th c phóng xa làm cho n

c h n h p và ma sát

v i không khí có tác d ng tiêu hao n ng l

đ tđ

trên, th

ng và gi m xói l .

c m c đích

ng dùng các hình th c tiêu n ng sau đây: tiêu n ng dòng ch y đáy (Hình

1.11a, Hình 1.11b); tiêu n ng dòng m t (Hình 1.11c); tiêu n ng dòng m t ng p (Hình
1.11d); tiêu n ng phóng xa (Hình 1.11e).
Nguyên lý c b n c a các hình th c tiêu n ng trên là làm cho dòng ch y tiêu hao b ng
ma sát n i b dòng ch y, phá ho i k t c u dòng ch y b ng xáo tr n v i không khí,
khu ch tán theo ph

ng đ ng và đ gi m l u l

có liên quan l n nhau. Khi m c n

ng đ n v . Các hình th c tiêu n ng đó

c h l u thay đ i các hình th c đó có th chuy n

hóa l n nhau.
Tiêu n ng phóng xa đ

c s d ng nhi u cho các công trình có c t n

c cao, h l u và

n n đá có kh n ng ch ng xói t t. Cao trình đ nh m i phun ph i l n h n m c n
nh t

cl n

h l u.

1.1.3.1. Chi u dài phóng xa
Dòng ch y trên m i phun có l u t c l n l i ch u ma sát v i thành biên do v y m c đ

r i t ng lên, không khí tr n vào dòng n

c và do đó m t ph n n ng l

ng đ

c tiêu

hao. Khi dòng ch y đã phun vào không khí, do có ma sát v i không khí m t ph n n ng
l

ng n a đ

c tiêu tán. Dòng phun khi nh n chìm xu ng m c n

thành hai cu n n

cl n

phía tr

c và phía sau. Trong vùng cu n s hình thành dòng

r i mãnh li t, các dòng này va đ ng, xáo tr n l n nhau, ma sát t
đó n ng l

ng đ

c tiêu hao. L p n

càng nhi u và tiêu hao n ng l

c h l u s hình
ng đ i v i nhau t

c h l u càng l n thì s m r ng c a dòng phun

ng càng l n.

Xác đ nh chi u dài phóng xa d a trên c s lý lu n dòng phun có d ng parabol:
L = f( ,

o ,V,

y, z)

(1-1)

8


Trong đó:
: h s l u t c;
o:

góc phóng c a dòng n

c g n đúng l y b ng góc nghiên c a m i phun;

y, z: t a đ xác đ nh v trí.

Các công th c lý lu n xác đ nh L sai khác v i th c t vì:
- Các giá tr

,

o ,V

ch là các giá tr g n đúng;

- Ch a tính đ n bán kính cong ng

c R c a m i phun;

- Ch a đ c p đ n kho ng cách t đi m th p nh t c a đo n cong đ n đ nh m i phun,
m c đ m r ng c a dòng phun, hi n t

ng tr n khí, s c c n c a không khí.

tính giá tr g n đúng c a chi u dài dòng phun, hi n nay có nhi u công th c. M i
công th c đ c p đ n các y u t

nh h

ng khác nhau do đó m c đ chính xác c a

m i công th c ph thu c vào t ng đi u ki n c th . Vì v y khi tính toán ph i phân tích
và l a ch n công th c tính phù h p.
1.1.3.2. Xung v h l u
Dòng ch y t trên cao đ xu ng t o xung v vào các t ng đá h l u, v m nh xu ng
t n n n và b , làm cho n n b r n, r i n t l d n đ n phá ho i t ng ch . Quá trình đó

l p đi l p l i nhi u l n và liên l c d n đ n v t n t phát tri n m r ng và n n b phá
ho i. ó là giai đo n đ u c a s hình thành xói.
Xung v m nh có th kéo theo nh ng t ng đá b bóc lên, thoát kh i v trí và b dòng
ch y mang v h l u, t o cho h xói phát tri n.
Xung v kéo dài, h xói sâu r ng d n, đ ng n ng c a n
phá ho i n n đ

c n a. Khi đó đ

c gi m nh đ n m c không

c g i là giai đo n tr ng thái cân b ng c a h xói

(h xói đã phát tri n t i giá tr c c h n v đ sâu, chi u dài h xói và b r ng h xói).
Các nhân t

nh h

ng đ n s hình thành và phát tri n h xói là đ a hình, đ a ch t,

hình th c công trình n i ti p, m c n

c h l u, quy trình v n hành. Ch a có nhi u

nghiên c u v s hình thành, phát tri n h xói trong n n đá d
9

i tác d ng c a xung v .

1.1.3.3. Chi u sâu h xói
Khó có th có công th c thu n túy xác đ nh chi u sâu h xói. Ch có th có các công
th c th c nghi m đ

c thi t l p trong nh ng đi u ki n nh t đ nh và trong m t ph m vi

ng d ng nh t đ nh.
D ng chung th

ng g p c a công th c xác đ nh chi u sâu h xói là:

T = KqmHn
Trong đó:

(1-2)
T: chi u sâu h xói tính t m c n
q: L u l

c h l u;

ng đ n v ;

H: Chênh l ch m c n

c th

ng h l u;

m, n: Các s m , có th xác đ nh b ng th c nghi m;
K: H s đ a ch t n n.

Khi đá có k t c u sa th ch hoàn ch nh, kho ng cách các vân l n, ít r n n t, r n ch c,
kh n ng kháng xung t t thì K nh . Theo quy ph m trung Qu c:
-

á sa th ch c ng, hoàn ch nh:

K=0,7÷1,1

-

á sa th ch ít hoàn ch nh:

K=1,1÷1,4

-

á y u có v t r n:

K=1,4÷1,8

1.1.3.4. V trí sâu nh t c a h xói
V trí sâu nh t c a h xói bình th

ng là t i n i dòng n

c ng có th di n ra không ng v i n i n

c va đ p xu ng n n. Nh ng

c r i xu ng mà là n i có đ a ch t n n y u.

Tiêu n ng dòng phun là bi n pháp tiêu n ng v a an toàn v a kinh t . Nó ch y u nh
vào m i h t khi n cho dòng ch y có t c đ l n v t ra xa chân công trình và hòa nh p
v im cn

c h l u c a lòng sông. N n đá b n c ng có kh n ng ch ng xói t t do đó

các công trình th y l i đ u m i có c t n

c cao s d ng tiêu n ng dòng phun là phù

h p. Hình th c n i ti p tiêu n ng c a tràn x l ki u dòng phun
d ng là 85%, còn l i 15% là dùng tiêu n ng đáy.
10

các n

Trung Qu c s a

c khác s d ng 75% cho


ki u dòng phun, còn l i 25% dùng ki u tiêu n ng đáy ho c tiêu n ng m t.
thì đa s các công trình th y đi n lo i l n và v a đ

Vi t Nam

c ng d ng tiêu n ng x l ki u

dòng phun. Tuy nhiên, ki u tiêu n ng dòng phun c ng còn m t s h n ch , b t l i sau

c nđ
-

c nghiên c u, đánh giá đ đ a ra gi i pháp ng n ng a h p lý:
i v i đ p tràn x l đ t c nh đ p v t li u đ a ph

ng, c n chú ý t i dòng phun

gây ra dòng ch y qu n t i h l u là x i l chân đ p;
- T os

ng mù trong quá trình n

c nh y s

nh h

ng t i quá trình v n hành tr m

th y đi n và giao thông đ u m i, khi thi t k đ u m i ph i tính k đ n đi u này;
- N u n n móng là n n m m y u và kéo dài đ n t n h l u, c u t o đ a ch t có kh
n ng b dòng ch y có đ ng n ng c c l n tr c ti p đào xói c t đ t thì có th gây ra
nguy h i đ n n đ nh c a n n và b ;
- B d c có kh n ng xói s p ho c do tr ng thái dòng ch y vùng xoáy đào xói làm
nguy h i t i n đ nh vai đ p, b i l p lòng sông h l u ho c kênh d n phía sau ho c
t o nên kh i l
- Sóng v do n
đ ng bình th

ng x lý công trình quá l n;

c nh y và dòng xoáy s uy hi p t i tr m th y đi n và âu thuy n ho t
ng.

1.1.3.5. V chi u r ng h xói theo chi u vuông góc dòng ch y
Do nh h

ng c a m ch đ ng và các y u t khác trên đ

ng c a tia n

c phóng

xu ng h l u nên h xói hình thành s có đáy m r ng. Có th xác đ nh b r ng đáy h
xói theo công th c sau:
B x = 2,5h k

(1-3)

Trong đó: h k – đ sâu phân gi i trong kênh h l u
1.2. T ng quan v qui trình v n hành công trình tràn x m t có c a van đi u ti t
1.2.1. Khái ni m v quy trình v n hành
Quy trình v n hành công trình x là trình t đóng, m các c a van công trình x theo
m t chu trình đã đ nh nh m tháo đ

cl ul

11

ng l ho c c p n

c xu ng h l u, chu


trình đóng m này ph i đ m b o v n hành an toàn cho công trình x và an toàn cho h
l u công trình.
1.2.2. Các y u t

nh h

ng đ n quy trình v n hành

1.2.2.1. S li u quan tr c th y v n
S li u quan tr c th y v n có tính ch t quy t đ nh đ n vi c tính toán đi u ti t và v n
hành h ch a. Các s li u quan tr c s cho bi t l

ng m a, t ng l

công trình. T đó thông qua tính toán đi u ti t s cho bi t t ng l
l , d n đ n vi c đ a ra ch đ m các c a x đ x đ

cl ul

ng l v tuy n

ng x c a t ng con

ng tính toán.

1.2.2.2. Tính toán đi u ti t l h ch a
Sau khi có k t qu tính toán đi u ti t l h ch a, ng

i v n hành công trình x s l a

ch n s c a, ho c đ m các c a a i (m) khác nhau đã đ
v n hành đ x đ

c t ng l u l

c thi t l p trong quy trình

ng c n x qua công trình x khi có tr n l đ n.

1.2.2.3. Các thông s k thu t c a công trình x
Các thông s k thu t công trình x nh : chi u cao ng

ng tràn, lo i ng

ng tràn, lo i

tràn, bán kính cong m i h t, góc h t, chi u cao m i h t, chi u r ng khoang tràn, s
khoang... là các thông s
nêu trên nh h
d trong tr

nh h

ng tr c ti p đ n quy trình v n hành. Các thông s

ng đ n kh n ng x và ch đ th y l c trên tràn ho c d

i h l u. Ví

ng h p các c a m không đ u đ m a i (m) trên m t tràn s có các sóng

xiên, giao thoa dòng ch y và t o thành các cùng áp su t thay đ i liên t c trên m t tràn,
d

i tác đ ng c a dòng phun không n đ nh nh v y các công trình tiêu n ng

h l u

s b h h ng nghiêm tr ng. Vì v y, c n thi t l p quy trình v n hành c a van đ các
giá tr nh h
1.2.2.4.

ng b t l i đ

c tri t tiêu ho c có nh h

ng ít nh t.

a hình, đ a ch t h l u

a hình, đ a ch t h l u nh h
công trình x đ

ng tr c ti p đ n quy trình v n hành c a van. Ví d

c b trí t i khu v c có lòng sông h p và có đ d c hai b cao do v y

ch đ v n hành công trình x ph i đ t đ
phun t p trung vào h xói đã đào tr

c yêu c u tránh s t l hai b h l u, lu ng

c. Khi lu ng phun công trình x đ vào các t ng

đ a ch t khác c a c a h xói s gây ra xói l khu v c h l u h xói, gi s h xói có
đ a ch t n n là đá g c thì có th ch u đ

c n ng l
12

ng l n t dòng phun, khi g p n n


h l u có đ a ch t là n n đá y u thì ph i s d ng bi n pháp thi t k công trình tiêu
n ng. Vì v y, quy trình v n hành c a van h p lý ph i đ t đ
du (xói, s t tr

c yêu c u an toàn cho h

t hai b ).

1.2.2.5. K t c u công trình tiêu n ng h l u
Tùy theo đi u ki n đ a hình, đ a ch t các k s t v n thi t k s l a ch n ph

ng án

phù h p cho công trình tiêu n ng h l u. Có th là h xói, b tiêu n ng, ho c b t

ng

k t h p. Tuy nhiên khi xây d ng quy trình v n hành ph i m các c a van sao cho dòng
phun đ g n trong công trình tiêu n ng, c ng nh công trình tiêu n ng này ph i đ m
b o tiêu hao h t n ng l

ng t dòng phun gây ra.

1.2.3. Xây d ng quy trình v n hành
Vi c xây d ng quy trình v n hành đóng m c a van th

ng thông qua các công th c

lý thuy t đ tính toán ra các thông s c n thi t (kh n ng x , các thông s th y l c
khác...), qua đó có th đ a ra ch đ m c a van t
l ho c c p n

ng ng đ x đ

cl ul

ng n

c

c cho h du.

Tuy nhiên theo Quy chu n Vi t Nam s 0405: 2012/BNNPTNN t i m c 4.12 có quy
đ nh các công trình th y l i th y đi n có c p công trình t c p I tr lên thì vi c xây

d ng quy trình v n hành đóng m c a van công trình x ph i đ

c th c hi n ki m

nghi m thông qua nghiên c u th c nghi m th y l c. T quy trình đóng m c a van
gi đ nh sau khi tính toán lý thuy t c a các k s t v n thi t k s đ

c các k s t

v n thí nghi m th c nghi m trên mô hình v t lý đ ki m nghi m. Quá trình ki m
nghi m trên mô hình v t lý là m t công vi c có tính ch t đ c thù, ph c t p và t m .
Thông th

ng đ xây d ng đ

c quy trình v n hành đóng m c a van h p lý th

ng

ph i m r t nhi u t h p các đ m c a van, t h p các c a đóng, m hoàn toàn. T
các k t qu thí nghi m cho t ng c p l u l

ng (ho c t h p m ) các k s t v n thí

nghi m so ch n đ đ a ra ch đ v n hành đóng m c a van t i u cho công trình.
V i các công trình t c p II tr xu ng khi xây d ng quy trình v n hành công trình tràn
không ph i th c hi n công vi c th c nghi m trên mô hình v t lý. Các k s t v n
thi t k s tính toán thông qua các công th c lý thuy t đ cho kh n ng x t

13

ng ng,