BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NƠNG THƠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

HỒNG THỊ HƯỜNG CẨM

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
KHẢ NĂNG THÁO CỦA CƠNG TRÌNH XẢ LŨ
THUỶ ĐIỆN BẮC HÀ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2013



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NƠNG THƠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

HỒNG THỊ HƯỜNG CẨM

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
KHẢ NĂNG THÁO CỦA CƠNG TRÌNH XẢ LŨ
THUỶ ĐIỆN BẮC HÀ

Chun ngành: Xây dựng cơng trình thuỷ
Mã số: 60-58-40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học:
GS.TS. Phạm Ngọc Quý
TS. Lê Thị Nhật

Hà Nội - 2013


LỜI CẢM ƠN

Dưới sự giúp đỡ vô cùng quý báu của các thầy trong trường Đại học Thuỷ
Lợi, bạn bè, đồng nghiệp, người thân và cùng với sự nỗ lực của bản thân, tác giả
mong muốn đóng góp và đem lại những giá trị về khoa học - thực tiễn cho đề tài
luận văn thạc sĩ kỹ thuật: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo
của công trình xả lũ Thuỷ điện Bắc Hà”.
Để đạt được như vậy, tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc
đối với thầy GS.TS. Phạm Ngọc Quý và TS. Lê Thị Nhật, người thầy đã cho tôi
những ý tưởng quý giá, những định hướng ban đầu và nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ
tơi hồn thành cơng việc nghiên cứu khoa học của mình.
Tơi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, Phòng
Đào tạo đại học & sau đại học, Khoa Cơng trình, Bộ môn Thuỷ Công và các thầy
tham gia giảng dạy khoá Cao học 18 trường Đại học Thủy lợi đã tạo mọi điều kiện
cho tơi hồn thành tốt khố học.
Xin bày tỏ lịng cảm ơn đến Cơng ty Cổ Phần Tư vấn Xây dựng Điện 1 nơi
tôi đang công tác, Ban chủ nhiệm thiết kế cơng trình thủy điện Bắc Hà đã giúp đỡ
tơi hồn thành luận văn này.

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến người thân, bạn bè và
đồng nghiệp đã khích lệ động viên tơi thực hiện đề tài luận văn này./.
TÁC GIẢ

Hồng Thị Hường Cẩm

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


BẢN CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Kết quả nêu trong luận văn là trung thực, khơng sao chép từ
bất kì cơng trình nghiên cứu nào khác.
Nếu sai tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm./.
TÁC GIẢ

Hoàng Thị Hường Cẩm

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................... Trang 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG THÁO CỦA ĐẬP TRÀN THỰC
DỤNG ......................................................................................................... Trang 3

1.1. Các loại đập tràn và khả năng tháo của từng loại ................................. Trang 3
1.1.1. Đập tràn thành mỏng ……………………………...........……….…. Trang 4
1.1.2. Đập tràn đỉnh rộng ………………………..…………………….…. Trang 4
1.1.3. Đập tràn có mặt cắt thực dụng ..…………………..…………….…. Trang 5
1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước .................................................. Trang 10
1.2.1. Các nghiên cứu trong nước .............................................................. Trang 10
1.2.2. Các nghiên cứu ngoài nước ............................................................. Trang 19
1.3. Các kết quả nghiên cứu ...................................................................... Trang 27
1.4. Kết luận .............................................................................................. Trang 31
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG
THÁO CỦA ĐẬP TRÀN THỰC DỤNG THUỶ ĐIỆN BẮC HÀ.......... Trang 32
2.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của đập tràn xả lũ nói
chung.......................................................................................................... Trang 32
2.1.1. Ảnh hưởng của vị trí bố trí đập ....................................................... Trang 32
2.1.2. Các ảnh hưởng khác ........................................................................ Trang 36
2.2. Phân tích hình dạng cửa vào của đập tràn Thuỷ điện Bắc Hà ảnh hưởng đến khả
năng tháo lũ ............................................................................................... Trang 44
2.2.1. Ảnh hưởng của dạng biên cửa vào tràn đến khả năng tháo ............ Trang 44

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


2.2.2. Ảnh hưởng hình dạng ngưỡng tràn Bắc Hà đến khả năng tháo ....... Trang 46
2.2.3. Xét đến điểm rơi (điểm đặt rãnh van cung trên mặt đập tràn) ......... Trang 47
2.2.4. Về bề rộng mỗi khoang tràn và cột nước tràn .................................. Trang 47
2.2.5. Về kích thức bề dày và hình dạng đầu trụ pin ................................. Trang 48
2.2.6. Về loại và hình dạng Cửa Van .....................................................… Trang 51
2.2.7. Ảnh hưởng của mực nước hạ lưu ..................................................... Trang 51

2.3. Kết luận ............................................................................................... Trang 52
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THUỶ LỰC
……………….……………………………………………..…………… Trang 54
3.1. Giới thiệu cơng trình Bắc Hà ............................................................. Trang 54
3.1.1. Vị trí địa lý …………...................................................................... Trang 54
3.1.2. Điều kiện địa hình, địa chất cơng trình ........................................... Trang 55
3.1.3. Điều kiện địa lý (Khí tượng thủy văn) ............................................ Trang 55
3.1.4. Quy mơ cơng trình ………………................................................... Trang 58
3.1.5. Các thơng số kỹ thuật chính của cơng trình Bắc Hà ........................ Trang 60
3.2. Lý luận thực nghiệm mơ hình thuỷ lực ..…………………….……… Trang 63
3.2.1. Phương pháp giải quyết các vấn đề thủy động lực học ................... Trang 63
3.2.2. Các loại hình thực nghiệm ................................................................ Trang 63
3.2.3. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thủy lực ...................... Trang 64
3.2.4. Lý thuyết tương tự để thiết lập mơ hình thủy lực ............................ Trang 66
3.3. Lập phương trình xác định khả năng tháo của tràn Bắc Hà theo định lý hàm Π
(phương pháp Buckingham) ...................................................................... Trang 70

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


3.3.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp BucKingham (Định lý hàm Π)
.................................................................................................................... Trang 71
3.3.2. Thiết lập phương trình chung .......................................................... Trang 73
3.4. Thiết kế mơ hình và tiến hành thí nghiệm .......................................... Trang 81
3.4.1. Tỷ lệ mơ hình ................................................................................... Trang 81
3.4.2. Vật liệu làm mơ hình ....................................................................... Trang 84
3.4.3. Phạm vi mơ hình .............................................................................. Trang 85
3.4.4. Quy trình thí nghiệm ........................................................................ Trang 85

3.4.5. Thiết bị đo ........................................................................................ Trang 86
3.4.4. Các trường hợp thí nghiệm .............................................................. Trang 88
3.5. Kết quả thí nghiệm về khả năng tháo của tràn ................................... Trang 90
3.5.1. Khả năng xả của đập tràn khi toàn bộ 4 cửa van mở hoàn toàn …. Trang 90
3.5.2. Khả năng xả của đập khi chỉ mở hoàn toàn một số cửa (Z hồ =180m)
R

R

….……………………………………………..…………………………..Trang 92
3.5.3. Khả năng xả của đập khi cả 4 cửa van đều mở một phần với cùng độ mở (Z hồ
R

R

= 180m) ……….………………………………………………………….Trang 92
3.6. Kết luận ….......................................................................................... Trang 94
CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ........................... Trang 95
4.1. Đặt vấn đề chung ............................................................................... Trang 95
4.2. Đánh giá định tính sai số đối với kết quả đo từ cơng thức tính và thiết bị đo
………………………………………………………………………….... Trang 96
4.3. Đánh giá ảnh hưởng của các thông số qua số liệu thí nghiệm ........... Trang 97

Học viên: Hồng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


4.3.1. Trường hợp mở hoàn toàn 5 cửa …………..……….….………….. Trang 97
4.3.2. Trường hợp mở hoàn toàn một số cửa …………..…….………….. Trang 99

4.3.3. Trường hợp các cửa van chỉ mở với độ mở a ………….………….. Trang 100
4.4. Đánh giá định lượng kết quả thí nghiệm …………..…….………….. Trang 101
4.4.1. Đặt vấn đề ........................................................................................ Trang 101
4.4.2. Phương pháp tổng bình phương nhỏ nhất với mơ hình xấp xỉ tuyến tính, ứng
dụng tìm các hệ số chưa biết của một đa thức bằng số liệu thực nghiệm
.................................................................................................................... Trang 102
4.5. So sánh đánh giá ................................................................................. Trang 113
4.5.1. Trường hợp mở hoàn toàn 4 khoang tràn ........................................ Trang 113
4.5.2. Trường hợp mở cửa van với độ mở a .............................................. Trang 115
4.6. Kết luận .............................................................................................. Trang 116
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................... Trang 117
1. Những kết quả đạt được ......................................................................... Trang 117
2. Những đóng góp và kiến nghị ................................................................ Trang 119
3. Những tồn tại .......................................................................................... Trang 120
4. Hướng nghiên cứu tiếp theo ................................................................... Trang 120

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


-1-

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của Đề tài:
Khi xây dựng đầu mối cơng trình hồ chứa nước, cơng trình thủy lợi, thủy
điện, đập tràn là một hạng mục cơng trình lớn, có tầm quan trọng đặc biệt ảnh
hưởng đến việc kiểm tra, sửa chữa, đảm bảo đến sự làm việc bình thường và sự an
tồn cho tồn bộ cơng trình.
Trong các cơng trình đầu mối, có thể làm cơng trình ngăn nước và tháo nước

kết hợp. Đối với đập bê tông trọng lực và bê tông cốt thép, thường bố trí cơng trình
tháo nước ngay trên thân đập.
Cơng trình thuỷ điện Bắc Hà có đập dâng là đập bê tơng trọng lực, chiều cao
đập lớn nhất là 77,60m. Cơng trình xả lũ gồm 4 khoang xả mặt kích thước 10,00m x
12,00m.
Việc tính tốn nghiên cứu thực nghiệm khả năng tháo của tràn xả lũ là rất
cần thiết để đảm bảo được yêu cầu tháo lũ mà vẫn đạt hiệu quả kinh tế cao. Khả
năng tháo của tràn hiện tại tính toán chỉ dựa trên các cơ sở lý luận và các công thức
đã được đưa ra áp dụng chung cho các loại đập tràn có mặt cắt thực dụng mà chưa
cụ thể cho cơng trình này. Nên việc nghiên cứu thực nghiệm khả năng tháo của
cơng trình xả lũ cơng trình Thủy điện Bắc Hà là để chính xác hóa khả năng tháo, và
lựa chọn phương án tối ưu.
II. Mục đích của Đề tài:
- Mục đích nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu thực nghiệm khả năng
tháo của công trình xả lũ Thuỷ điện Bắc Hà. Đánh giá, so sánh với các kết quả tính
tốn theo cơng thức lý thuyết. Tìm ra yếu tố quyết định ảnh hưởng đến sự thay đổi
khả năng tháo khi giữ nguyên chiều rộng B tr .
R

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

R

Lớp: 18C21


-2III. Cách tiếp cận, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Tràn xả lũ cơng trình Thuỷ điện Bắc Hà.
- Phạm vi nghiên cứu: Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xả của cơng trình
xả lũ khi giữ ngun B tr .

R

R

- Phương pháp nghiên cứu: Dùng phương pháp thực nghiệm mơ hình, lập
phương trình chung nhất thể hiện quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng
xả của tràn. Tiến hành thí nghiệm, đo đạc các giá trị trên mơ hình, tính tốn chuyển
đổi thành giá trị thực tế.
IV. Kết quả dự kiến đạt được:
Đánh giá kết quả thí nghiệm, so sánh với kết quả tính tốn của Tư vấn thiết
kế và các kết quả đã nghiên cứu trước đó về khả năng xả của tràn. Đề xuất và lựa
chọn hình thức tràn tối ưu.
V. Nội dung luận văn:
Luận văn gồm 133 trang, 37 hình vẽ và 32 bảng biểu.
Mở đầu.
Chương 1: Tổng quan về khả năng tháo của đập tràn.
Chương 2: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của đập
tràn thực dụng thuỷ điện Bác Hà.
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thuỷ lực.
Chương 4: Đánh giá kết quả thí nghiệm.
Kết luận và kiến nghị.
Phụ lục

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


-3CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG THÁO CỦA ĐẬP TRÀN
1.1. Các loại đập tràn và khả năng tháo của từng loại.

Thiết kế cơng trình tháo lũ trước hết phải xác định lưu lượng thiết kế tháo
qua cơng trình. Dựa vào quy phạm, xác định tần suất thiết kế qua tính tốn điều tiết
hồ, xác định được lưu lượng thiết kế phải tháo qua cơng trình tháo lũ.
Cơng trình tháo lũ có thể chia làm 2 loại: Cơng trình tháo lũ dưới sâu và
cơng trình tháo lũ trên mặt. Đập tràn là cơng trình tháo lũ trên mặt, giữ một vị trí
vai trị quan trọng trong hệ thống cơng trình đầu mối. Việc tính tốn, thiết kế, lựa
chọn phương án tối ưu để đập tràn làm việc an toàn về kỹ thuật nhưng vẫn đáp ứng
được về mặt kinh tế là điều hết sức cần thiết.
Khả năng tháo của đập tràn là một thơng số quan trọng, có liên quan đến an
tồn của bản thân cơng trình đầu mối cũng như khu vực hạ du. Đại luợng đặc trưng
cho khả năng tháo của đập tràn chính là lưu lượng tháo Q (m3/s).
P

P

Theo chức năng của đập tràn trong đầu mối hồ chứa có thể phân loại như
sau: đập tràn chính, đập tràn phụ, đập tràn sự cố.
+ Tràn chính: Là cơng trình tháo nước chính để đảm bảo an tồn cho các
hạng mục cơng trình đầu mối và hạ du, đuợc thiết kế kiên cố theo cấp của cơng
trình đầu mối.
+ Tràn phụ: Được xây dựng để cùng với tràn chính tháo đuợc con lũ kiểm
tra, đảm bảo an tồn cho cơng trình đầu mối và hạ du.
+ Tràn sự cố: Được xây dựng để tham gia tháo nước khi tràn chính bị sự cố
làm giảm năng lực tháo (do kẹt cửa van, vật cản ở cửa tràn….) hay khi con lũ
vượt quá tần suất quy định.
Theo chiều dày đỉnh đập có các dạng đập tràn sau:

Học viên: Hồng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21



-41.1.1. Đập tràn thành mỏng.
Khi chiều dày của đỉnh đập δ < 0,67H, làn nước tràn ngay sau khi qua mép
thượng lưu của đỉnh đập thì tách rời khỏi đỉnh đập; khơng chạm vào tồn bộ mặt
đỉnh đập, do đó hình dạng và chiều dày của đập khơng ảnh hưởng đến làn nước tràn
và lưu lượng tràn.

Hình 1.1: Đập tràn thành mỏng
Khả năng xả được tính theo cơng thức:
Q = m0b 2 g H 3/ 2

Trị số m0 được xác định bằng công thức thực nghiệm:
2
0, 003  

 H  
m0 =
 0, 405 +
 1 + 0,55 
 
H  

 H + P  

1.1.2. Đập tràn đỉnh rộng.
Khi đỉnh đập nằm ngang và có một chiều dày tương đối lớn, trên đỉnh đập
hình thành một đoạn dịng chảy có tính chất thay đổi dần. Nếu chiều dày đỉnh đập
q lớn δ > (8-:-10)H thì khơng thể coi là đập tràn nữa mà coi như một đoạn kênh
dẫn (2-:-3)H < δ < (8-:-10)H


Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


-5-

Hình 1.2: Đập tràn đỉnh rộng
Khả năng xả được tính theo công thức: =
Q ϕ .ω. 2 g ( H 0 − h)
Trong đó: ω : là diện tích mặt cắt ướt.
ϕ : phụ thuộc vào sức cản khi đi từ kênh thượng lưu vào đập, tức là phụ

thuộc vào mức độ thu hẹp và hình thức thu hẹp theo phương thẳng đứng và phương
nằm ngang. Có nghĩa phụ thuộc vào chiều cao ngưỡng P so với cột nước H, hình
dạng phần đầu ngưỡng (lượn trịn, bạt góc hay vng góc), chiều rộng đập so với bề
rộng kênh thượng lưu…
1.1.3. Đập tràn có mặt cắt thực dụng.
Đập tràn có mặt cắt thực dụng là loại đập tràn thường dùng trong các cơng
trình tháo lũ trên sơng, có năng lực tháo nước lớn, tháo các vật nổi trôi lẫn trong
nước một cách dễ dàng, hình dạng cũng dễ thi cơng, dùng vật liệu tại chỗ nên mặt
cắt đập có thể là dạng hình thang hoặc hình cong.

Hình 1.3: Đập tràn mặt cắt thực dụng

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21



-6Khả năng tháo của đập tràn mặt cắt thực dụng:
Q = σ n .ε .m.∑ b 2 g H 03/ 2

Trong đó:
Q: lưu lượng tháo qua đập tràn (m3/s).
m: hệ số lưu lượng.
n: Số khoang tràn.
H 0 : Cột nước tác dụng trên tràn có xét đến lưu tốc tiến gần v 0 : H=
H+
o
R

R

R

R

vo2
.
2g

g: Gia tốc trọng lực (g = 9,81 m/s2)
P

P

ε : Hệ số co hẹp được tính theo công thức:
ε =1 − 0, 2 [ξ k + (n − 1)ξo ]


Ho
nb

θ
θ ≤π
2

εo =0,80

εo =0,45

εo =0,45

εo =0,25

a. Đập tràn dạng hình thang:
Chiều dày đỉnh trong phạm vi: 0,67H < δ < (2-:-3)H
Mái dốc thượng và hạ lưu có các trị số khác nhau được xây dựng bằng bê
tông, đá xây, hay gỗ... nhưng nhược điểm của loại đập này là hệ số lưu lượng nhỏ
so với dạng mặt cắt hình cong, hệ số m thường là 0,41 -:- 0,42.

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


-7-

Hình 1.4: Đập tràn dạng hình thang

b. Đập tràn dạng mặt cắt cong:
Có profil và mái hạ lưu hình cong, lượn theo làn nước trên mặt tràn, nên
dòng chảy trên mặt tràn thuận, hệ số lưu lượng lớn, nhưng thi cơng phức tạp hơn
đập hình thang.
Hệ số lưu lượng thường là m = 0,48 -:- 0,49.
Bazin là người đầu tiên đã có những nghiên cứu rất chi tiết về đập tràn thành
mỏng và đã công bố những kết quả nghiên cứu của ông vào các năm 1886 -:- 1888,
rồi năm 1889 Pascan cũng dựa vào các nguyên tắc trên tiến hành nghiên cứu thực
nghiệm.
Phương trình mặt dưới của luồng nước tràn tự do có dạng tổng qt (như
hình 1.5):

Hình 1.5: Sơ đồ mô tả mặt dưới luồng nước tràn tự do

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


-82

 X 
 X
Y
= A
 + B
Hd
 Hd 
 Hd



+C + D


(1.1)

Trong đó:
H d : Là cột nước thiết kế mặt cắt có tính đến cả cột nước lưu tốc tiến gần:
R

hv =

R

Vo2
2g

Theo số liệu của US Bureau of Reclamation (Mỹ) và của Hinds, Cơrigiơ,
Justin, Ippen, Blaisdell đã đưa ra phương trình sau cho các hệ số A, B, C, D:
A=
−0, 425 + 0, 25

hv
H

(1.2)
2

 h 
h

h
0, 411 − 1, 603 v − 1, 658  v  − 0,892 v + 0,127
B=
Hd
Hd
 Hd 
=
C 0,150 − 0, 45

hv
Hd

(1.4)

=
D 0,57 − 0, 02(10m) 2 exp(10m)

Trong đó:

(1.3)

=
m

(1.5)

hv
− 0, 208
Hd


Như vậy khi h v = 0 thì A = -0,425; B = 0,055; C = 0,150; D = 0,559.
R

R

Các phương trình trên khơng có giá trị với

h
X
< −0,50 và khi v > 0, 2 thì
Hd
Hd

cần có số liệu kiểm định riêng.
Cần chú ý là phương trình trên được thiết lập trong điều kiện dòng tới đập
chảy êm (F r < 1).
R

R

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


-9Về lý thuyết thì như vậy, song trong thực tế chịu ảnh hưởng của nhiều nhân
tố nên tình hình lại khác. Vì thế về sau người ta đã nghiên cứu hoàn thiện hơn và đã
lần lượt ra đời các dạng mặt cắt sau:
- Dạng mặt cắt DeMarchi (1928)
- Dạng mặt cắt Cơrigiơ (1929) dựa trên số liệu của BaZin.

- Dạng mặt cắt Cơrigiơ cải tiến (1945) dựa trên số liệu của Bureau of
Reclamation (từ các thử nghiệm ở DenVer)
- Dạng mặt cắt Seimemi (1930)
- Dạng mặt cắt Escande (1937)
- Dạng mặt cắt Cơrigiơ - Ôphixêrốp.
- Dạng mặt cắt Lane - Dvis (1952) dựa trên số liệu của BaZin, của Seimemi,
của Bureau of Reclamation (từ các thử nghiệm ở Fort - Collins Mỹ)
- Mặt cắt WES (1952) của Waterways Experiment Station dưới đây xin giới
thiệu 4 loại mặt cắt đập tràn thực dụng trong số các phương trình trên được áp dụng
và nhắc tới nhiều nhất:
(1) Mặt cắt Seimemi:
1,85

 X 
Y
= 0,5 

Hd
 Hd 

(1.6)

Hd là cột nước thiết kế, tức là cột nước mà với nó người ta tính ra tọa độ mặt
cắt trong (1-6) thì giá trị của X,Y ≥ 0.
(2) Mặt cắt Cơrigiơ
1,80

 X 
Y
= 0, 47 


Hd
 Hd 

(1.7)

Mặt cắt này ứng với hệ số an toàn 10% đối với cột nước.
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


- 10 (3) Mặt cắt Cơrigiơ - Ôphixêrốp
1,80

 X 
Y
= 0, 475 

Hd
 Hd 

(1.8)

Đoạn cong từ mặt thượng lưu đến đỉnh đập lấy theo cung trịn bán kính r=
0,25 x H d
R

R


(4) Mặt cắt WES
Xn =
K × H dn −1 × Y

(1.9)

Trong bốn dạng mặt cắt đập tràn nêu trên, hai dạng mặt cắt được dùng phổ
biến nhất là:
+ Mặt cắt Cơrigiơ - Ôphixêrốp được các nhà khoa học của Liên Xô (cũ)
nghiên cứu và áp dụng.
+ Mặt cắt WES được các nhà khoa học Mỹ nghiên cứu và áp dụng phổ biến
ở các nước Anh - Mỹ.
Ở đây ta nghiên cứu khả năng tháo của đập tràn thực dụng với cơng thức
tính: Q = σ n .ε.m.∑b. 2 g .H o 3/2
R

R

R

RP

1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước.
1.2.1. Các nghiên cứu trong nước.
Tính tốn khả năng tháo đã được nghiên cứu và tìm ra cơng thức chung nhất,
nó được áp dụng để tính tốn thiết kế cơng trình tháo lũ. Với các cơng trình quan
trọng đều được đối chiếu lại với số liệu của thí nghiệm mơ hình. Khi đập tràn có
hình dạng và kích thước khác với đập tiêu chuẩn thì kết quả thí nghiệm mơ hình sẽ
đưa ra được những hiệu chỉnh cần thiết, đó cũng chính là những nghiên cứu về các
yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo của cơng trình tháo lũ, như cơng trình Thủy

điện Sơn La, Bản Chát, Huội Quảng, Lai Châu…

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


- 11 Ở nước ta từ năm 1960 đến năm 1998 các cơng trình đập tràn thực dụng đều
được thiết kế theo dạng mặt cắt Ôphixêrốp như:
Đập tràn hồ chứa nước Thác Nhồng (Quảng Ninh), Đập tràn Thơng Gót (Cao
Bằng), đập tràn Ngịi Nhì (n Bái)… đều là loại đập dâng chủ yếu là để lấy nước
tưới và một phần tạo đầu nước phát điện.
Qua kết quả thí nghiệm hệ số lưu lượng m chỉ là 0,42 ÷ 0,44; cột nước lũ trên
đỉnh tràn khơng lớn chỉ 4 ÷ 6m; đây là các cơng trình được xây dựng dưới thời bao
cấp, nền kinh tế của nước ta còn chưa chuyển mình. Để thốt khỏi lạc hậu Đảng và
Nhà nước ta đã thực hiện đường lối mở cửa nhằm đưa nước ta từ một nước nông
nghiệp dần dần trở thành một nước cơng nghiệp. Vì lẽ đó nước ta đã đi vào nghiên
cứu xây dựng các cơng trình thủy lợi – thủy điện lớn, đập tràn có cột nước cao như
thủy điện Sông Hinh, đập tràn thủy điện Yaly, đập tràn hồ chứa nước Tân Giang,
đập tràn thủy điện Hịa Bình; mà chiều cao đập chính từ 60 ÷ 120m; dung tích hồ
chứa từ 500 triệu đến hàng tỷ m3 nước vừa kết hợp chống lũ, phát điện và nuôi
P

P

trồng thủy sản phát triển giao thông thủy phù hợp với phương châm tổng hợp lợi
dụng nguồn nước.
Qua kết quả thí nghiệm mơ hình hệ số lưu lượng m là từ 0,43 ÷ 0,47 với lưu
lượng xả lũ từ 5.000m3/s đến 37.000m3/s. Để vận hành linh hoạt trên mặt đập tràn
P


P

P

P

đều phân thành nhiều khoang, có lắp đặt cửa van hình cung để khống chế mực nước
và lưu lượng xả lũ. Ở giữa các khoang có trụ pin dày từ 2,5m đến 3,0m; một vài
cơng trình có số khoang tràn nhiều để tiện phân chia khe chống lún còn được thiết
kế trụ pin giữa theo dạng trụ pin kép dày từ 5 đến 6m; chính sự tồn tại các trụ pin
giữa đã tạo ra co hẹp bên ở cửa vào tràn dẫn tới ảnh hưởng giảm bớt một phần khả
năng tháo của tràn.
Như đập tràn thuỷ điện Hồ Bình khoang tràn mặt số 6 (bên vai phải) chịu
ảnh hưởng co hẹp bên lớn nên làm cho khả năng xả qua khoang số 6 bị giảm. Điều
này cho thấy khi nghiên cứu các đập tràn có cửa điều tiết cần phải lưu ý đến đường

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


- 12 viền của đầu trụ pin giữa và hình dạng chuyển tiếp của hai trụ pin bên nhằm giảm
bớt ảnh hưởng co hẹp bên để tăng khả năng xả của tràn.
Từ những năm 2000 trở lại đây do việc hợp tác khoa học kỹ thuật với nhiều
nước nên ta đã áp dụng mặt cắt đập tràn WES vào một số cơng trình như:
Đập tràn hồ chứa Nước Trong;
Đập tràn thủy điện Kanak
Đập tràn thủy điện Bình Điền;
Đập tràn hồ chứa nước Cửa Đạt;

Giá trị hệ số lưu lượng của các cơng trình trên qua kết quả thí nghiệm mơ
hình thì hệ số m đạt được theo kết quả thí nghiệm mơ hình như Bảng 1.1
Kết quả thí nghiệm hồ chứa Nước Trong ở Bảng 1.1
Bảng 1.1: Xác định khả năng xả của tràn xả lũ hồ chứa Nước Trong
Hệ số lưu

Q xả

Z hồ

H Tr

(m3/s)

(m)

(m)

1

7722,0

131,10

15,60

17059,67

0,4526


Cao độ ngưỡng tràn là

2

6728,0

129,78

14,28

14940,88

0,4503

115,50m

3

6515,0

129,48

13,98

14472,53

0,4501

m hệ số lưu lượng đã


4

6120,0

128,93

13,43

13626,92

0,4491

5

4970,0

127,25

11,75

11151,67

0,4457

6

3500,0

124,90


9,40

7979,50

0,4386

7

2000,0

122,20

6,70

4801,71

0,4165

thước mỗi khoang

8

1000,0

119,80

4,30

2468,80


0,4051

BxH=12,5x14m

R

TT

P

P

R

R

R

R

B 2 g H tr3/ 2

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

lượng m

Ghi chú

xét tới co hẹp bên.
(chảy tự do)

Tràn dạng mặt cắt WES,
có 5 khoang cửa, kích

Lớp: 18C21


- 13 Từ kết quả thí nghiệm thu được trong bảng 1.1 so sánh với mực nước hồ tính
tốn theo thiết kế thì mực nước hồ ứng với lưu lượng xả lũ có tần suất P = 1% đến
lũ kiểm tra P = 0,1% giá trị tính tốn cao hơn mực nước trong thí nghiệm mơ hình
từ 5 ÷ 30cm . Với sự chênh lệch mực nước hồ như trên có thể nói rằng với kích thước
và cao trình ngưỡng tràn đã chọn của thiết kế là tương đối phù hợp, đủ đảm bảo khả
năng xả lũ qua tràn an tồn.

Hình 1.6: Mơ hình đầu mối hồ chứa Nước Trong
Mặt khác với cột nước tác dụng trên đỉnh tràn =
H tr 4,30 ÷ 15, 6m ta thấy hệ
số lưu lượng m tăng dần từ 0, 405 ÷ 0, 4526 ; nghĩa là khả năng tháo tăng lên khi cột
nước trên đỉnh tràn tăng lên; nói cách khác là m tỷ lệ thuận với H tr .
R

R

Kết quả thí nghiệm của tràn Kanak ở Bảng 1.2
Đối với tràn cơng trình Kanak, từ đồ án thiết kế thì có 3 khoang tràn:
3 × 12 = 36m cao trình ngưỡng tràn đặt tại +502,0m; theo thiết kế tính tốn cột nước

kiểm tra mặt trước tràn là 14,8m so với kết quả thí nghiệm là 14,26m nên giá trị
thiết kế tính tốn cao hơn trị số thí nghiệm gần 0,54m; nguyên nhân là do thiết kế
chọn hệ số m thiên thấp.


Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21


- 14 Bảng 1.2: Xác định khả năng xả của tràn Kanak (mặt cắt dạng WES)
Q xả
R

TT

Z hồ

R

R

R

Z h (m)

H o (m)

R

R

R

Hệ số co


MHT

hẹp

Thể m’

R

MH m/c m’

(m3/s)

(m)

1

3910,22

517,17

465,73

18,17

0,8989

0,462

0,476


2

3337,46

515,63

464,96

13,63

0,9091

0,458

0,466

3

3154,28

515,13

461,0

13,13

0,9125

0,456


0,461

4

2453,61

513,26

460,24

11,26

0,9249

0,440

0,453

5

2118,13

512,29

459,85

10,29

0,9314


0,433

0,448

6

1676,00

510,72

459,37

8,72

0,9419

0,432

0,442

P

P

Kết quả thí nghiệm của tràn Bình Điền ở Bảng 1.3
Bảng 1.3: Xác định khả năng xả của tràn Bình Điền (MHMC)
TT

Q xả (m3/s)


Z hồ (m)

H Tr (m)

V o (m)

H o (m)

hệ số m

1

4446,0

85,14

12,14

1,24

12,22

0,470

2

4044,0

84,46


11,46

1,24

11,53

0,467

3

3990,0

84,38

11,38

1,12

11,44

0,465

4

3200,0

82,96

9,96


0,92

10,00

0,457

5

2716,0

82,00

9,00

0,80

9,03

0,452

6

1500,0

79,25

6,25

0,46


6,26

0,432

7

1000,0

77,85

4,85

0,32

4,855

0,422

R

R

P

P

R

R


R

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm

R

R

R

R

R

Ghi chú

Dạng mặt
cắt WES

Lớp: 18C21


- 15 Tràn Bình Điền tính tốn thủy lực tương đối hợp lý nên hệ số lưu lượng và
mực nước theo tính tốn của thiết kế khơng sai khác mấy với kết quả thí nghiệm
trên mơ hình.
Kết quả thí nghiệm của tràn Cửa Đạt ở Bảng 1.4
Bảng 1.4: Xác định khả năng xả của tràn Cửa Đạt
H o (m)


hệ số m

3,19

24,33

0,462

21,57

3,01

22,05

0,454

117,64

20,28

2,65

20,64

0,458

8410

115,0


17,71

2,38

18,00

0,452

5

6530

112,0

14,84

1,77

15,00

0,461

6

5450

110,0

12,92


1,25

13,00

0,470

TT

Q xả (m3/s)

Z hồ (m)

1

13520

121,33

23,81

2

11460

119,05

3

10470


4

R

R

P

P

R

R

H Tr (m) V o (m/s)
R

R

R

R

R

R

Ghi chú

Dạng mặt

cắt WES

Tràn Cửa Đạt lưu lượng thí nghiệm nói chung thấp hơn so với kết quả thiết
kế từ 2,7% -3,5%, hệ số lưu lượng thí nghiệm thấp hơn tính tốn thiết kế 0,01. Như
vậy thì kết quả tính tốn thiết kế so với kết quả thí nghiệm trên mơ hình sai khác
khơng đáng kể.
Trên đã phân tích kết quả của 3 cơng trình tràn có mặt cắt dạng WES. Dưới
đây xin phân tích về tràn dạng mặt cắt Ơphixêrốp theo kết quả thí nghiệm mơ hình.

Học viên: Hồng Thị Hường Cẩm

Lớp: 18C21