BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI HOÀNG THỊ HƯỜNG CẨM

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
KHẢ NĂNG THÁO CỦA CÔNG TRÌNH XẢ LŨ
THUỶ ĐIỆN BẮC HÀ
LUẬN VĂN THẠC SĨ


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 lòng 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
tôi hoàn thành công việc nghiên cứu khoa học của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, Phòng
Đào tạo đại học & sau đại học, Khoa Công trình, Bộ môn Thuỷ Công và các thầy

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

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
R
hồ
R=180m)
….…………………………………………… ………………………… Trang 92
3.5.3. Khả năng xả của đập khi cả 4 cửa van đều mở một phần với cùng độ mở (Z
R
hồ
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 công 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: Hoàng 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 mô 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

toán theo công thức lý thuyết. Tìm ra yếu tố quyết định ảnh hưởng đến sự thay đổi
khả năng tháo khi giữ nguyên chiều rộng B
R
tr
R .

Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 2 -
III. Cách tiếp cận, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Tràn xả lũ công trình Thuỷ điện Bắc Hà.
- Phạm vi nghiên cứu: Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xả của công trình
xả lũ khi giữ nguyên B
R
tr
R.
- Phương pháp nghiên cứu: Dùng phương pháp thực nghiệm mô 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 mô hình, tính toán 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 toán 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 mô hình thuỷ lực.

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: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 4 -
1.1.1. 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; không chạm vào toàn bộ mặt
đỉnh đập, do đó hình dạng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến làn nước tràn
và lưu lượng tràn.

Hình 1.1: Đập tràn thành mỏng
Khả năng xả được tính theo công thức:
3/2
0
2Q mb gH=

Trị số
0
m
được xác định bằng công thức thực nghiệm:
2
0
0,003
0,405 1 0,55
H
m
H HP


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 tròn, bạt góc hay vuông 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 công
trình tháo lũ trên sông, có năng lực tháo nước lớn, tháo các vật nổi trôi lẫn trong
nước một cách dễ dàng, hình dạng cũng dễ thi công, 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
- 6 -
Khả năng tháo của đập tràn mặt cắt thực dụng:
3/2
0
. 2
n
Q m b gH
σε
=
∑

Trong đó:
Q: lưu lượng tháo qua đập tràn (m3/s).
m: hệ số lưu lượng.
n: Số khoang tràn.
H
R
0

2
π
θ
≤
80,0
=
o
ε
45,0
=
o
ε
45
,0
=
o
ε
25,0
=
o
ε

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 -


HR
d
R: Là cột nước thiết kế mặt cắt có tính đến cả cột nước lưu tốc tiến gần:
2
2
o
v
V
h
g
=

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:
0,425 0,25
v
h
A
H
=−+
(1.2)
2
0,411 1,603 1,658 0,892 0,127
vvv
ddd
hhh
B
HHH

=−− − +

X
H
<−
và khi
0,2
v
d
h
H
>
thì
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 (FR
r
R < 1).
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 9 -
Về 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)

(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
0,475
dd
YX
HH

=


(1.8)
Đoạn cong từ mặt thượng lưu đến đỉnh đập lấy theo cung tròn bán kính r=
0,25 x H
R
d
R
(4) Mặt cắt WES
1nn
d
X KH Y
−
=××
(1.9)
Trong bốn dạng mặt cắt đập tràn nêu trên, hai dạng mặt cắt được dùng phổ
biến nhất là:

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 không lớn chỉ 4
÷
6m; đây là các công trình được xây dựng dưới thời bao
cấp, nền kinh tế của nước ta còn chưa chuyển mình. Để thoát 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 công nghiệp. Vì lẽ đó nước ta đã đi vào nghiên
cứu xây dựng các công 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 Hòa Bình; mà chiều cao đập chính từ 60
÷
120m; dung tích hồ
chứa từ 500 triệu đến hàng tỷ m
P
3
P nước vừa kết hợp chống lũ, phát điện và nuôi
trồng thủy sản phát triển giao thông thủy phù hợp với phương châm tổng hợp lợi
dụng nguồn nước.
Qua kết quả thí nghiệm mô hình hệ số lưu lượng m là từ 0,43
÷
0,47 với lưu
lượng xả lũ từ 5.000m
P
3
P/s đến 37.000mP
3
P/s. Để vận hành linh hoạt trên mặt đập tràn

3
P/s)
Z
R
hồ
R
(m)
HR
Tr
R
(m)
3/2
2
tr
B gH

Hệ số lưu
lượng m
Ghi chú
1 7722,0 131,10 15,60 17059,67 0,4526
Cao độ ngưỡng tràn là
115,50m
m hệ số lưu lượng đã
xét tới co hẹp bên.
(chảy tự do)
Tràn dạng mặt cắt WES,
có 5 khoang cửa, kích
thước mỗi khoang
BxH=12,5x14m
2 6728,0 129,78 14,28 14940,88 0,4503

Kết quả thí nghiệm của tràn Kanak ở Bảng 1.2
Đối với tràn công trình Kanak, từ đồ án thiết kế thì có 3 khoang tràn:
m36123
=×
cao trình ngưỡng tràn đặt tại +502,0m; theo thiết kế tính toán 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 toán 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)
TT
Q
R
xả
R
(m
P
3
P/s)
Z
R
hồ
R
(m)
Z
R
h
R (m) HR
o

Dạng mặt
cắt WES
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
Học viên: Hoàng Thị Hường Cẩm Lớp: 18C21
- 15 -
Tràn Bình Điền tính toán thủy lực tương đối hợp lý nên hệ số lưu lượng và
mực nước theo tính toán của thiết kế không sai khác mấy với kết quả thí nghiệm
trên mô 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
TT Q
R
xả
R (mP
3
P/s) ZR
hồ
R (m) HR
Tr
R (m) VR
o
R (m/s) HR
o
R (m) hệ số m Ghi chú
1 13520 121,33 23,81 3,19 24,33 0,462