Thạc Sĩ Nghiên cứu các vấn đề thủy lực của cống lấy nước dưới đập và giải pháp xử lý

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2014

MỤC LỤC

2T MỞ ĐẦU 2T . 1
2T Tính cấp thiết của đề tài 2T 1
2T Mục đích của đề tài 2T . 2
2T Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2T . 2
2T Các tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2T . 2
2T Cấu trúc của luận văn 2T 3
2T CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA VÀ CỐNG LẤY NƯỚC 2T 4
2T 1.1. Tổng quan về xây dựng đập và hồ chứa nước 2T . 4
2T 1.2. Cống lấy nước dưới đập 2T . 6
2T 1.3. Những hư hỏng thường gặp ở cống lấy nước dưới đập đất 2T . 8
2T 1.3.1. Thấm qua thân cống 2T . 8
2T 1.3.2. Thân cống bị mục 2T . 9
2T 1.3.3. Tấm đáy bị xói tróc 2T 9
2T 1.3.4. Hỏng khớp nối 2T . 9
2T 1.3.5. Hỏng sân tiêu năng 2T . 9
2T 1.3.6. Cống bị lún 2T . 9
2T 1.3.7. Cửa cống không kín nước 2T 10
2T 1.3.8. Cửa bị kẹt, đóng mở rất nặng 2T . 10
2T 1.4. Xác định nội dung nghiên cứu 2T . 11
2T CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC CỦA CỐNG LẤY
NƯỚC DƯỚI ĐẬP DẠNG CỐNG HỘP 2T . 12
2T 2.1. Chế độ chảy trong cống ứng với các trường hợp làm việc khác nhau 2T 12
2T 2.1.1. Tính thủy lực cống dài chảy không áp 2T . 12
2T 2.1.2. Tính thủy lực cống dài chảy nửa áp và chảy có áp 2T 17
2T Hình 2.12: Sơ đồ tính toán cống ngầm chảy có áp 2T . 26

2T 2.2. Các vấn đề chân không, khí thực và biện pháp phòng, chống 2T . 27
2T 2.2.1. Các vấn đề về chân không, khí thực 2T 27
2T 2.2.2. Biện pháp phòng chống khí thực 2T . 28
2T 2.3. Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu cống 2T 30
2T 2.4. Kết luận chương 2 2T 36
2T CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO CỐNG PA KHOANG 2T 37
2T 3.1. Giới thiệu công trình 2T 37
2T 3.2. Mô tả sự cố ở cống Pa Khoang 2T 39
2T 3.2.1. Biện pháp sửa chữa được thực hiện năm 1992 2T 39
2T 3.2.1. Biện pháp sửa chữa được thực hiện năm 1996 2T 39
2T 3.3. Phân tích chế độ thủy lực trong cống (tính với nhiều MNTL, nhiều độ mở
a) 2T 40
2T 3.3.1. Các thông số cơ bản của cống Pa Khoang 2T . 40
2T 3.3.2. Phân tích chế độ thủy lực của cống (tính với nhiều mực nước thượng
lưu, nhiều độ mở a) 2T . 40
2T 3.4. Giải pháp xử lý các vấn đề thủy lực của cống Pa Khoang 2T 53
2T 3.4.1. Các số liệu tính toán: 2T 53
2T 3.4.2. Tính toán lưu lượng thông khí cần thiết: 2T . 54
2T 3.4.3. Tính toán ống thông khí chính 2T . 59
2T 3.4.4. Tính toán ống thông khí xuống bậc thụt ở đáy 2T 60
2T 3.5. Kết luận chương 3 2T 61
2T KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 2T 63
2T 1. Các kết quả đạt được của luận văn 2T 63
2T 2. Một số kiến nghị 2T 64
2T TÀI LIỆU THAM KHẢO 2T . 65
2T PHỤ LỤC 2T 66


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

2T Hình 2.1: Sơ đồ cống ngầm chảy không áp 2T 13
2T Hình 2.2: Dòng chảy qua cống với các độ dài cống khác nhau 2T 15
2T Hình 2.3: Dòng chảy qua cống với mực nước hạ lưu thay đổi 2T . 17
2T Hình 2.4: Sơ đồ cống chảy có áp khi h R n R > d 2T 18
2T Hình 2.5: Sơ đồ cống chảy nửa áp khi h R n R > d 2T . 19
2T Hình 2.6: Sơ đồ cống chảy nửa áp trường hợp h R n R < d, i > i R k R2T 19
2T Hình 2.7: Trường hợp 0 < i < i R k R , dòng chảy trong cống là dòng xiết 2T . 20
2T Hình 2.8: Trường hợp 0 < i < i R k R , trong cống có nước nhảy 2T 20
2T Hình 2.9: Sơ đồ cống chảy có áp trường hợp 0 < i < i R k R2T 21
2T Hình 2.10: Xác định vị trí nước nhảy trong cống 2T . 21
2T Hình 2.11. Lưu đồ tính toán 2T 24
2T xác định trạng thái chảy 2T 24
2T trong cống ứng với mực 2T 24
2T nước thượng lưu (H) 2T . 24
2T Hình 2.13: Sơ đồ tính toán bể tiêu năng sau cống 2T 33
2T Hình 2.14: Lưu đồ tính toán bể tiêu năng 2T . 35
2T Hình 3: Sơ đồ xác định vị trí nước nhảy trong cống ứng với mực nước thượng
lưu là MNC, cống dẫn lưu lượng thiết kế 2T . 45










DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

2T Bảng 1.1: Các đập cao hơn 100m trên thế giới 2T . 5
2T Bảng 1.2: Số lượng các hồ chứa đã được xây dựng ở Việt Nam 2T 5
2T Bảng 1.3: Các cống đã được xây dựng qua các thời kỳ 2T 6
2T Bảng 1.4: Kích thước hành lang của một số cống 2T 8
2T Bảng 1.5: Ứng suất nền tại đáy tháp cống trường hợp mới thi công xong 2T . 10
2T Bảng 1.6: Tình hình hư hỏng cống dưới đập 2T 10
2T Bảng 3.1: Đường nước dâng C R I R trong cống ứng với mực nước thượng lưu
là MNC, cống dẫn lưu lượng thiết kế 2T 43
2T Bảng 3.2: Bảng tính h P
’
PR c R và h P
”
PR c R trong cống ứng với mực nước thượng lưu
là MNC, cống dẫn lưu lượng thiết kế 2T 44
2T Bảng 3.3: Đường nước hạ b R I R trong cống ứng với mực nước thượng lưu là
MNC, cống dẫn lưu lượng thiết kế 2T . 44
2T Bảng 3.4: Đường mực nước trong cống ứng với mực nước thượng lưu là
MNC, cửa cống mở hoàn toàn 2T 47
2T Bảng 3.5: Kết quả tống hợp các trường hợp tính toán 2T 48




1


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Cống là một loại công trình thủy lợi chủ yếu để điều tiết mực nước và
khống chế lưu lượng. Cống thường được xây dựng tại các đầu mối công trình
thủy lợi như hồ chứa nước, đê, đập hoặc trên những hệ thống tưới tiêu, phân
lũ, ngăn mặn,
Hồ chứa nước là loại hình công trình thủy lợi phổ biến nhất nước ta
hiện nay. Tính đến nay nước ta đã xây dựng hơn 4000 hồ chứa nước loại vừa
và lớn, hàng vạn hồ loại nhỏ, kèm theo chúng là hàng vạn cống lấy nước dưới
đập. Cống lấy nước ở trong công trình đầu mối thủy lợi hồ chứa nước làm
nhiệm vụ dẫn nước phục vụ tưới cho nông nghiệp, công nghiệp, cấp nước cho
thủy điện, sinh hoạt Tuyệt đại đa số các cống dưới đập đã được thiết kế theo
chế độ thủy lực chảy không áp, trừ một số trường hợp là chảy có áp để phục
vụ phát điện hoặc mục đích riêng. Hàng năm có nhiều cống phải sửa chữa với
nhiều nguyên nhân hư hỏng khác nhau như thấm qua thân cống, thân cống bị
mục, hỏng ống phá chân không, hỏng khớp nối, hỏng sân tiêu năng, cống bị
lún, hỏng thiết bị đóng mở, Trong đó nguyên nhân dẫn đến hư hỏng cống do
chế độ thủy lực trong cống gây ra chiếm một tỷ lệ không nhỏ, điển hình là các
cống Suối Hai (Hà Nội), Pa Khoang (Điện Biên), Yên Lập (Quảng Ninh), Núi
Một (Bình Định),
Nước ta có hàng ngàn km đê sông, đê biển, qua đê có hàng chục ngàn
cống lấy nước từ sông vào đồng hoặc cống tiêu từ đồng ra sông hoặc biển.
Cống là công trình quan trọng trong hệ thống đê biển, đê cửa sông, cống có
vai trò tổng hợp lấy phù sa, cấp nước, ngăn triều, kiểm soát mặn, giữ ngọt,
tiêu thoát nước, xổ phèn, Đê sông, đê biển là những tuyến đê xung để bảo
vệ sản xuất và đời sống của nhân dân trong một vùng rộng lớn ven sông, ven
biển, góp phần quan trọng trong việc bảo vệ phát triển và ổn định sản xuất,
2


đời sống nhân dân và an ninh quốc phòng. Như vậy, việc đảm bảo ổn định
của đê và các cống dưới đê là rất quan trọng. Hiện nay vấn đề thiết kế cống
dưới đê còn có nhiều khó khăn, bất cập, đặc biệt là trong tính toán thủy lực để
lựa chọn hình thức kết cấu, xác định chiều rộng cống phù hợp. Đây là một
vấn đề rất khó khăn phức tạp vì nó bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như địa
hình, thủy lực, mục đích sử dụng, môi trường,
Vì vậy việc nghiên cứu các vấn đề thủy lực của cống lấy nước là hết
sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn, nó hướng tới sự hợp lý về hình thức, kết
cấu, cách bố trí các bộ phận cống, của các loại cống qua đê, đập vật liệu địa
phương, nhằm hạn chế đến mức tối đa những rủi ro có thể xảy ra trong quá
trình khai thác, quản lý vận hành công trình.

Mục đích của đề tài
- Phân tích các vấn đề thủy lực xảy ra đối với cống lấy nước dưới đập
đã được xây dựng.
- Tính toán đưa ra giải pháp xử lý các vấn đề thủy lực tác động xấu đến
công trình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Các vấn đề thủy lực của cống: chế độ chảy,
các vấn đề về chân không, khí thực, tiêu năng sau cống,
- Phạm vi nghiên cứu: Các cống lấy nước dưới đập dạng cống hộp có
van ở phía thượng lưu. Tính toán cụ thể cho cống Pa Khoang (Điện Biên).

Các tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Thu thập tài liệu, điều tra, đánh giá thực địa nhằm đánh giá tình hình,
nguyên nhân hư hỏng của các cống lấy nước dưới thân đập.
3


- Kết hợp các vấn đề lý thuyết, vận dụng tính toán, phân tích tổng hợp
để đề xuất giải pháp xử lý sự cố công trình do các vấn đề thủy lực của cống
gây ra.

Cấu trúc của luận văn
Chương 1: Tổng quan về hồ chứa và cống lấy nước
Chương 2: Nghiên cứu các vấn đề thủy lực của cống lấy nước dưới đập
dạng cống hộp
Chương 3: Tính toán áp dụng cho cống Pa Khoang
Kết luận – Kiến nghị