Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD : GS.TS.Ngô Trí Viềng
Sinh viên : Lê Văn Cường - 1 - Lớp 48C4 Chuyên đề: TIÊU NĂNG SAU CÔNG TRÌNH THÁO
NƯỚC Chương 1 : KHÁI QUÁT CHUNG Khi xây dựng công trình trên sông thì mực nước phía trước công trình sẽ tăng lên,tức là
thế năng của dòng chảy tăng lên.Khi dòng chảy đổ từ thượng lưu về hạ lưu thì phần lớn
thế năng chuyển thành động năng,thường là dòng chảy xiết có lưu tốc lớn.Dòng chảy đó
có năng lượng thừa lớn.Khi chảy xuống hạ lưu,nó có thể gây xói lở lòng dẫn nếu không
được gia cố đầy đủ.Từ đó có thể làm mất ổn định của cả công trình.Bởi vậy phải chuyển
dòng xiết thành dòng chảy êm nghĩa là tao ra nowuwcs nhảy ở hạ lưu.Chúng ta cố gang
dịnh vị nước nhay ở ngay chân công trình bằng nhiều loại thiết bị khấc nhau,hoặc cho
dòng chảy phun vào không khí rồi rơi xuống hạ lưu.
Vì vậy giải quyết vấn đề tiêu năng là một trong những giai đoạn quan trọng nhất trong
tính toán thuỷ lực công trình.

1.1. Đặc điểm dòng chảy ở hạ lưu
- Có lưu tốc lớn và phân bố rất không đều trên mặt cắt ngang
- Mực nước hạ lưu thường thay đổi
- Mạch động áp lực và mạch động áp suất dòng chảy xảy ra với mức độ cao.Thường thì
sau một đoạn dài nhất định lưu tốc trở về dạng phân bố bình thường,nhưng mạch động thì
phải sau một đoạn dài hơn nhiều mới trở về trạng thái bình thường
- Có nhiều khả năng xuất hiện dòng chảy ngoằn nghoèo,dòng chảy xiên,nước nhảy
sóng,…
1.2. Nhiệm vụ tính toán tiêu năng : tìm được biện pháp tiêu huỷ toàn bộ năng lượng

2.1. TIÊU NĂNG DÒNG ĐÁY

- Đặc điểm : lợi dụng sức cản nội bộ của nước nhảy để tiêu năng.Trong tiêu năng đáy
lưu tốc ở đáy rất lớn,mạch động mãnh liệt,có khả năng gây xói lở,vì vậy trong khu vực
nước nhảy cần bảo vệ bằng bêtông (xây sân sau).Khi nền xấu phải gia cố tiếp đoạn sau
thiết bị tiêu năng (xây sân sau thứ hai).Để tăng hiệu quả tiêu năng thì trên sân sau có xây
thêm các thiết bị tiêu năng phụ như mố,ngưỡng để tăng sự xáo trộn nội bộ dòng chảy,
đồng thời ma sát giữa dòng chảy với các thiết bị đó cũng tiêu hao một phần năng lượng
- Điều kiện : chiều sâu nước cuối bể lớn hơn chiều sâu liên hiệp của nước nhảy
 
"
b c
h h

- Ứng dụng : dùng với cột nước thấp,địa chất nền tương đối kém.Khi cột nước cao thì
"
c
h rất lớn,như vậy phải hạ thấp đáy và bảo vệ kiên cố sân sau.Lúc đó hình thức tiêu năng
đáy không kinh tế.

2.1.1. Bể tiêu năng
Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD : GS.TS.Ngô Trí Viềng
Sinh viên : Lê Văn Cường - 3 - Lớp 48C4
d
h
h
z
E
0
E'

Z
g h gh

  
(2.2)
0,95 1,00
b

  là hệ số lưu tốc ở cửa ra của bể
Để xác định chiều sâu đào bể ta phải dùng phương pháp thử dần như sau :
- Xác định
"
c
h
Tính
 
3/2
® 0
c
q
F
E


 ,tra bảng được
c

;
"
c

- Tính chiều sâu d
2
theo (2.1)
Nếu
2 1
d d thì d
2
là độ sâu đào bể cần tìm.Nếu d
1
và d
2
sai khác nhau nhiều thì lấy d
2

để tính lại theo trình tự trên.
2.1.2. Một số phương pháp khác
Nhiều tác giả như: Téctôuxốp, Smetana, Baskirova, USBR( Cục khai hoang Hoa Kỳ),…
đề nghị các phương pháp khác nhưng đều dựa trên các công thức nói trên, trong đó
phương pháp giải đồ thị của G.S.Tréctôuxốp được áp dụng rộng rãi trong thưc tế sản xuất.

Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD : GS.TS.Ngô Trí Viềng
Sinh viên : Lê Văn Cường - 4 - Lớp 48C4
Trong phương pháp tính toán bể tiêu năng, khi tính z các tác giả đều dựa trên giả thiết
là sơ đồ dòng chảy ra khỏi bể tiêu năng tương tự như sơ đồ dòng chảy ngập qua đập tràn
đỉnh rộng.Thực ra giả thiết này không hoàn toàn đúng với thực tế.
Theo nghiên cứu của Võ Xuân Minh( Trường Đại hoc Mỏ dịa chất Hà Nội) tại mặt cắt
cuối của bể tiêu năng, độ sâu nước tăng nhanh, đường mặt nước là đường cong ( bán kính
cong tương đối bé), ở đó kết cấu dòng chảy rất phức tạp không thể có dòng chảy thay đổi
dần được. Đó là sự khác nhau căn bản so với sơ đồ của dòng chảy ngập qua đập tràn đỉnh
rộng.

h


m
01

o
h
z
h


m
01

0,015 0,120 0,06 0,23 0,16 0,32
0,020 0,145 0,08 0,25 0,18 0,33
0,030 0,163 0,10 0,27 0,20 0,34
0,040 0,185 0,12 0,285 0,23 0,35
0,050 0,205 0,14 0,305
Hệ số lưu lựng của bể tiêu năng phụ thuộc vào nhiều yếu tố thủy lực như: hình dạng của
ngưỡng bể tiêu năng, mức độ ngập của dòng chảy…
Hiện nay trong thực tế, ngưỡng bể tiêu năng được áp dụng rông rãi là ngưỡng vuông góc.
Với loại ngưỡng đó,Võ Xuân Minh đã tiến hành hang loạt thí nghiệm mô hình với nhiều
kiểu đập khác nhau kết hợp vơi phân tích tài liệu thực tế, và đưa ra bảng “Hệ số lưu lựng
bể tiêu năng”
Trong bảng (2.1) trị số
0
z được tính từ công thức:


=
2/3
2
01
2
2
b
v
q
g
m g

 

 
 
 
(2.4)
Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD : GS.TS.Ngô Trí Viềng
Sinh viên : Lê Văn Cường - 5 - Lớp 48C4
 Do đó,chiều sâu bể tiêu năng là:
d =
"
1c
h H

 (2.5)
2.1.2. Tường tiêu năng
Nếu điều kiện kết cấu và thi công không thích hợp với việc đào bể thì có thể dùng tường
tiêu năng.Tường tiêu năng làm giảm khối lượng đào.Sau tường không được phép xảy ra

2/3
2
2
"
2
2
t
n t
c
q q
H
m g
g h



 
 
 
 
 
(2.7)
0,40 0,42
t
m   là hệ số lưu lượng của tường tiêu năng

n

là hệ số ngập của tường tiêu năng.
n

n

 ).Khi đó cần xác định hệ số ngập
n

và tính lại chiều cao tường.
Sau khi tính được C phải kiểm tra lại dạng nước nhảy sau tường.Nếu sau tường có nước
nhảy xa phải làm tiếp tường thứ hai và trong trường hợp cần thiết có thể cần đến tường
thứ ba…sao cho sau tường cuối cùng là nước nhảy ngập.
Thực tế,việc lấy hệ số lưu lượng của tường 0,40 0,42
t
m   là chưa chính xác.
Baskirova dựa trên kết quả thí nghiệm đã đưa ra hệ số lưu lượng đối với một số loại tường
như sau :
Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD : GS.TS.Ngô Trí Viềng
Sinh viên : Lê Văn Cường - 6 - Lớp 48C4
m=0,36
p
1,6p 1,8p
p
m=0,37
1,8p
p
p
m=0,4
1,8p
p
p
m=0,41


0
E
10

Hình2. 4 : Sơ đồ tính toán bể tường tiêu năng kết hợp

Trình tự tính toán như sau :

2.1.3.1 Xác định chiều cao tường C
0
sao cho sau tường có nước nhảy tại chỗ
- Độ sâu co hẹp sau tường h
c1
là độ sâu liên hiệp với h
h
:

2
0
1
3
8
1 1
2
h
c
h
h q
h
gh

Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD : GS.TS.Ngô Trí Viềng
Sinh viên : Lê Văn Cường - 7 - Lớp 48C4
Với H
10
là cột nước toàn phần trên đỉnh tường :

2/3
10
2
t
q
H
m g
 

 
 
 
(2.11)
2.1.3.2. Xác định d
0
sao cho trong bể có nước nhảy tại chỗ
- Từ biểu thức :
 
"
0 0 1
0
b c
d C H h h   


c
q
d h E
g h

 
 
  
 
 
(2.12)
Do
 
"
0
c
h
lại phụ thuộc d
0
(qua E
0
) nên phải tính đúng dần.
2.1.3.3. Sau khi có d
0
và C
0
ta lấy C bé hơn C
0
một chút
Có thể lấy C = 0,95C

2.1.4.1. Xác định chiều dài nước rơi L
r
- Nếu chảy qua đập tràn thực dụng mặt cắt hình thang :
 
0 0
1,33 0,3
r
L H P H 
- Nếu chảy qua đập tràn thực dụng có cửa van :
 
0
2 0,32
r
L H P a 
- Nếu chảy qua đập tràn đỉnh rộng :
 
0 0
1,64 0,24
r
L H P H 
- Nếu chảy từ bậc nước xuống :
r k
L P h 
Trong đó : P - chiều cao ngưỡng tràn so với đáy bể
a - độ mở cửa van
H
0
- cột nước tràn có kể tới lưu tốc tới gần
Khi dòng nước tràn theo mặt tràn thì L
r

n
L h h 

2.1.5. Sân sau thứ hai
Bể tiêu năng tiêu hao được phần lớn năng lượng thừa,tuy nhiên vẫn còn một phần năng
lượng thừa tồn tại dưới dạng động năng,mạch động…và phải được tiêu hao trên một đoạn
đủ dài sau bể. Đó là sân sau thứ hai.Kết cấu của nó phải có tính dễ biến dạng thích nghi
với địa chất nền hạ lưu,dễ thấm nước.Chiều dài sân sau có thể tính theo công thức :

2
L K q H  (m) (2.15)
Trong đó :
H - chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (m)
q – lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng (m
3
/s.m)
K - hệ số phụ thuộc vào địa chất nền và lòng dẫn
Với cát mịn,cát pha :
10 12K  

Với cát to, đất có tính dính :
8 9K  

Với đất sét cứng :
6 7K  

Công thức (2.12) được dùng khi 1 9q H  

2.1.6. Thiết bị tiêu năng phụ trên sân sau
Trong nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu công trình thuỷ lợi,để tăng cường hiệu quả tiêu hao