Thạc Sĩ Nghiên cứu hiện tượng khí thực tại mố tiêu năng sau đập tràn cao, áp dụng cho đập tràn Nước Trong

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2014

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .1
1. Tính cấp thiết của Đề tài: 1
2. Mục đích của Đề tài: .1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: 2
5. Kết quả đạt được: 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU KHÍ THỰC TRÊN CÁC BỘ
PHẬN CỦA CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC 3
1.1. Tình hình xây dựng của các đập tràn cao ở Việt Nam .3
1.1.1. Tình hình xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện trên thế giới và
Việt Nam 3
1.1.2. Một số thông số chính về các công trình thủy lợi hiện có: 5
1.1.3. Nhận xét về tình hình xây dựng công trình thủy lợi ở nước ta và trên thế
giới: .9
1. Về sự ra đời và tốc độ phát triển: .9
2. Về tính đa dạng cũng như quy mô của công trình: 10
1.2. Các vấn đề thủy lực của đập tràn cao .10
1.2.1. Tác dụng của khí thực: .11
1.2.2. Ảnh hưởng của hàm khí và thoát khí đến sự làm việc của các công trình
xả: .11
1.2.3. Ảnh hưởng của sóng: 13
1.2.4. Sự mài mòn bề mặt các công trình xả: .13
1.2.5. Sự phá hoại do tác dụng của tải trọng động: 14
1.3. Vấn đề khí thực trên các bộ phận của công trình tháo nước 15
1.3.1. Xâm thực khí thực các công trình xả kiểu kín (xi phông, đường hầm): 15
1.3.2. Xâm thực khí thực các buồng van của cửa van: .17
1.3.3. Xâm thực khí thực các đập tràn và dốc nước: 18
1.3.4. Xâm thực khí thực các mố phân dòng và mố tiêu năng: 19

1.4. Tình hình nghiên cứu khí thực trên đập tràn ở trong và ngoài nước. 19
1.5. Một số ví dụ về xâm thực khí thực trên các công trình tháo nước ở Việt
Nam .21
1.6. Giới hạn phạm vi nghiên cứu .24
1.7. Kết luận Chương 1. 25
CHƯƠNG 2: LÝ LUẬN CƠ BẢN VỀ KHÍ THỰC VÀ PHÒNG KHÍ THỰC Ở
MỐ TIÊU NĂNG CỦA ĐẬP TRÀN .26
2.1. Các khái niệm về khí hóa, khí thực 26
2.1.1. Khái niệm về khí hóa: 26
1. Hiện tượng khí hóa: 26
2. Hệ số khí hóa: .27
3. Các giai đoạn khí hóa: 29
4. Hệ số giai đoạn khí hóa (β): .29
2.1.2. Khái niệm về khí thực: .29
1. Hiện tượng khí thực: .29
2. Cơ chế phát sinh khí thực: 30
2.2. Kiểm tra khả năng khí hóa tại các mố tiêu năng 32
2.2.1. Công thức chung: .32
2.2.2. Trị số K pg của các mố, tường tiêu năng: .32
1. Các mố tiêu năng, mố phân dòng: 32
2. Các tường tiêu năng: .35
2.2.3. Trình tự kiểm tra lựa chọn mặt cắt tường tiêu năng: 36
2.3. Kiểm tra khả năng khí thực tại các mố tiêu năng và khu vực lân cận. 37
2.3.1. Nguyên tắc chung: 37
2.3.2. Kiểm tra theo lưu tốc ngưỡng xâm thực: .37
2.4. Các giải pháp phòng khí thực tại mố tiêu năng sau đập tràn cao .38
2.4.1. Đặt vấn đề: 38
2.4.2. Các giải pháp phòng khí thực cho các mố tiêu năng sau đập tràn cao: 38
1. Giải pháp tăng độ bền vật liệu: .38
2. Dẫn nước vào vùng hạ áp: 39
3. Giải pháp tiếp khí để phòng khí thực: 40

2.5. Phương pháp tính toán thiết kế BPTK cho các thiết bị tiêu năng: .40
2.5.1. Nguyên tắc chung: 40
2.5.2. Tính toán thiết kế bộ phận tiếp khí cho các thiết bị tiêu năng: 40
2.5.3. Tính toán hệ thống ống tiếp khí cho các mố tiêu năng: .41
1. Bố trí các ống tiếp khí trong bể tiêu năng: .41
2. Tính toán ống tiếp khí cho mố tiêu năng: .41
2.6. Kết luận chương 2 44
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH “ĐẬP TRÀN
NƯỚC TRONG” Ở HUYỆN SƠN HÀ-TỈNH QUẢNG NGÃI .46
3.1. Giới thiệu công trình “Đập tràn Nước Trong” .46
3.1.1. Tóm tắt nội dung Dự án đầu tư được phê duyệt: .46
1. Tên dự án: Hồ chứa nước Nước Trong 46
2. Chủ đầu tư: .46
3. Mục tiêu đầu tư xây dựng: 46
4. Địa điểm xây dựng : .47
3.1.2. Các thông số kỹ thuật của dự án: .47
3.1.3. Kết cấu bể tiêu năng theo phương án chọn: .50
3.2. Kiểm tra khí hóa và khí thực tại mố tiêu năng của đập tràn Nước Trong 50
3.2.1. Tính toán kiểm tra khí hóa tại các mố và tường tiêu năng: 50
1. Tại các mố tiêu năng đặt trong bể: .50
2. Tại tường tiêu năng đặt ở cuối bể: 53
3. Nhận xét: 54
3.2.2. Tính toán kiểm tra khí thực tại các bộ phận trong bể tiêu năng (mố tiêu
năng, bản đáy và tường bên bể tiêu năng): 54
1. Tại mố tiêu năng đặt trong bể: 55
2. Tại bản đáy và tường bên bể tiêu năng: 55
3. Nhận xét: 55
3.3. Nghiên cứu giải pháp phòng khí thực cho các mố tiêu năng của đập tràn
Nước Trong .56
3.3.1. Tính toán hệ thống ống tiếp khí cho các mố tiêu năng: .56
1. Bố trí các ống tiếp khí trong bể tiêu năng: .56

2. Tính toán ống tiếp khí cho hàng mố tiêu năng thứ nhất: 57
3. Tính toán ống tiếp khí cho hàng mố tiêu năng thứ hai: 62
3.3.2. Nhận xét: 62
3.4. Kết luận Chương 3. 62
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64
4.1. Các kết luận rút ra từ kết quả nghiên cứu 64
4.2. Những vấn đề còn tồn tại. 66
4.3. Các kiến nghị 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO .67



DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1: Một số công trình thuỷ điện có quy mô vừa và lớn ở Việt Nam. 6
Bảng 2-1: Biến đổi của cột nước áp lực phân giới theo nhiệt độ 27
Bảng 2-2: Biến đổi của cột nước áp lực khí trời theo độ cao .27
Bảng 3-1: Thông số về quy mô hồ chứa và công trình .47



DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Phân bố các đập lớn ở các vùng trên thế giới vào cuối thế kỷ XX . 3
Hình 1.2: Tốc độ xây dựng đập tại một số vùng đến cuối thế kỷ XX .4
Hình 1.3: Đập tràn thủy điện Yaly (Gia Lai – Việt Nam) .7
Hình 1.4: Đập tràn thủy điện Trị An . 7
Hình 1.5: Đập tràn thủy điện Hòa Bình 7
Hình 1.6: Mô hình tổng thể hồ chứa nước Cửa Đạt 8
Hình 1.7: Tràn xả lũ hồ chứa nước Auyn Hạ 8
Hình 1.8: Mô hình tổng công trình thủy điện Sơn La . 9
Hình 1.9: Mô hình tổng thể hồ chứa nước Nước Trong . 9
Hình 1.10: Trường hợp cuốn một thể tích lớn không khí vào đường hầm xả nước. 12
Hình 1.11: Sự mài mòn đáy của đường hầm không áp . 13
Hình 1.12: Sự phá hủy lớp gia cố hạ lưu đập Vacô (Hoa Kỳ) 14
Hình 1.13: Sự phá hủy tấm tiêu năng ở đập tràn XupKhun (Triều Tiên) . 15
Hình 1.14: Xâm thực khí thực đường hầm xả nước . 15
Hình 1.15: Xâm thực khí thực ở đường xả có áp của trạm thủy điện Vônga . 16
Hình 1.16: Xâm thực khí thực các trụ pin của buồng van đường hầm xả nước . 17
Hình 1.17: Xâm thực khí thực tại khe van hình chữ nhật . 18
Hình 1.18: Xâm thực khí thực tại đập tràn Miranđa . 18
Hình 1.19: Xâm thực khí thực mặt tràn của đập bêtông trọng lực 19
Hình 1.20: Xâm thực khí thực các mố tiêu năng (a) và mố phân dòng (b) .19
Hình 1.21: Xâm thực mũi phun cuối bể ở đập tràn Thác Bà 22
Hình 1.22: Hiện tượng khí thực xâm thực bề mặt mũi phun tràn Kẻ Gỗ 23
Hình 1.23: Nhìn từ hạ lưu tràn xả lũ (cũ) hồ chứa nước Núi Cốc .24
Hình 2.1: Sự hình thành đuốc khí . 26
Hình 2.2: Sơ đồ lan truyền sóng xung kích khi tiêu biến bọt khí ở gần thành rắn 30
Hình 2.3: Sơ đồ một số loại mố tiêu năng, mố phân dòng và trị số K pg tương ứng 33
Hình 2.4: Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các mố b/B và lượn tròn mép trước r/B
đến trị số K pg của một loại mố tiêu năng .34

Hình 2.5: a) Sơ đồ một loại mố phân dòng; b) Ảnh hưởng của sự lượn tròn mép dọc



phía trên mố phân dòng đến hệ số K pg 35
Hình 2.6: Các dạng mặt cắt tường tiêu năng . 35
Hình 2.7: Biểu đồ xác định K pg1 35
Hình 2.7: Quan hệ V ng = f(R b ,S) của vật liệu bêtông 38
Hình 3.1: Cắt dọc bể tiêu năng (theo phương án đã sửa đổi) 50
Hình 3.2: Sơ đồ bố trí bộ phận tiếp khí trên các mố tiêu năng . 56




1


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài:
Nước và dòng chảy của nó có những lợi ích to lớn, nhưng cũng có những bất
lợi. Nhiệm vụ của các nhà khoa học thủy lợi là tận dụng những lợi ích và hạn chế
những bất lợi của nó. Nhiệm vụ đó được thực hiện bằng nhiều giải pháp, trong đó
có việc xây dựng các công trình khác nhau. Đó là các công trình dâng nước, dẫn
nước, lấy nước, công trình bảo vệ, công trình giao thông Bằng giải pháp kết cấu
đặc thù của mình các công trình thủy lợi tạo ra và đảm bảo đủ mực nước hoặc lưu
lượng, đồng thời tháo lũ, tháo lượng nước thừa về phía hạ lưu, dẫn nước đáp ứng
các yêu cầu hoặc ngăn ngừa những ảnh hưởng bất lợi từ phía hạ lưu. Các công trình
thủy lợi còn tạo ra con đường giao thông thủy và tạo ra chênh lệch đầu nước tập
trung phục vụ cho phát điện.
Hiện nay chúng ta đã và đang xây dựng nhiều công trình thủy lợi thủy điện với
các công trình có quy mô lớn, cột nước cao, nước chảy qua công trình tháo thường
là dòng chảy xiết có lưu tốc lớn. Dòng chảy có lưu tốc lớn sẽ có thể gây ra hiện
tượng khí hóa, khí thực trên các bộ phận của công trình tháo nước, trên các mố tiêu
năng Hiện tượng khí thực có thể phá hỏng các bề mặt công trình tháo nước bằng
bê tông, thậm chí bằng thép, dẫn đến những hư hỏng và phá hoại công trình.
Với những đặc điểm trên đây cho thấy việc nghiên cứu hiện tượng khí thực
trên các công trình tháo nước là một công việc rất quan trọng và thật sự cần thiết.
2. Mục đích của Đề tài:
ư Nghiên cứu phương pháp tính toán kiểm tra khí hóa, khí thực tại các mố
tiêu năng sau đập tràn và tính toán giải pháp tiếp khí để phòng khí thực cho mố tiêu
năng
ư Nghiên cứu hiện tượng khí thực tại các mố tiêu năng của đập tràn
Nước Trong – huyện Sơn Hà – Tỉnh Quảng Ngãi. Từ đó đề xuất giải pháp phòng
khí thực tại các mố tiêu sau đập tràn Nước Trong. 2


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
– Đối tượng nghiên cứu: Hiện tượng khí hóa, khí thực và các giải pháp phòng
khí thực tại các bộ phận trong bể tiêu năng sau đập tràn cao.
– Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu khí hóa, khí thực và giải pháp phòng khí
thực bằng cách tiếp khí cho các mố và tường tiêu năng, bản đáy và tường bên bể
tiêu năng ., tính toán áp dụng cho đập tràn Nước Trong.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
– Cách tiếp cận: từ công trình thực tế, từ các tài liệu có liên quan, từ những đề
tài, dự án đã được nghiên cứu trước đây
– Phương pháp nghiên cứu: Thu thập thông tin về các công trình thực tế,
nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hiện tượng khí hóa, khí thực trên công trình tháo nước,
tại các mố tiêu năng sau đập tràn. Tính toán áp dụng trên công trình thực tế.
5. Kết quả đạt được:
+ Nghiên cứu xác định được nguyên nhân xâm thực tại các bộ phận trên công
trình tháo nước (tại các mố tiêu năng sau đập tràn cao).
+ Đề xuất các giải pháp phòng khí thực ở đập tràn cao.
+ Kiểm tra khí hóa và khí thực tại các mố tiêu năng của đập tràn Nước Trong.
+ Đề xuất giải pháp phòng khí thực tại các mố tiêu năng sau đập tràn Nước Trong.