BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
--------------

NGÔ THỊ HỒNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÍ THỰC
CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC DƯỚI SÂU VÀ BIỆN
PHÁP PHÒNG NGỪA. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO CÔNG
TRÌNH THỦY ĐIỆN SƠN LA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

--------------

NGÔ THỊ HỒNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÍ THỰC
CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC DƯỚI SÂU VÀ

học) trường đại học Thủy lợi, cùng nhiều bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều
kiện giúp đỡ tác giả về tài liệu nghiên cứu, thông tin tham khảo, ý kiến… cho
luận văn.
Lời đầu tiên, tác giả xin chân thành cám ơn sâu sắc tới GS.TS. Nguyễn
Chiến, người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu và các thông
tin khoa học cần thiết cho công tác làm đề tài luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến bạn bè và đồng nghiệp luôn động
viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả nghiên cứu và hoàn thành
luận văn này.
Do điều kiện tài liệu, thời gian và kiến thức còn hạn chế, vì thế không
tránh khỏi những khiếm khuyết trong luận văn. Tác giả rất mong muốn nhận
được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 09/03/2011
Tác giả

Ngô Thị Hồng

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

2

MỤC LỤC

0

T
0

2. Mục đích của đề tài .................................................................................. 9
T
0

T
0

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ........................................... 9
T
0

T
0

4. Kết quả dự kiến đạt được ..................................................................... 10
T
0

T
0

Chương 1 TỔNG QUAN .............................................................................. 11
T
0



Điều kiện thủy lực của công trình xả sâu. ..................................... 18

1.3.
T
0

T
0

T
0

T
0

T
0

1.4. Những hư hỏng thường gặp ở các công trình tháo nước dưới
T
0

T
0

T
0

sâu. ........................................................................................................... 20


Học viên: Ngô Thị Hồng

T
0

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

3

2.1.2. Kiểm tra khí hóa tại các bộ phận công trình tháo nước dưới
T
0

sâu. ........................................................................................................... 28
T
0

2.2. Khí thực ở công trình tháo nước dưới sâu. ...................................... 35
T
0

T
0


T
0

T
0

2.4. Kết luận chương 2 ............................................................................... 46
T
0

T
0

Chương 3 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH XẢ SÂU CỦA
T
0

THỦY ĐIỆN SƠN LA .................................................................................. 47
T
0

3.1. Giới thiệu về công trình thủy điện Sơn La. ...................................... 47
T
0

T
0

3.1.1. Cấp công trình và tiêu chuẩn thiết kế ........................................ 47
T

3.1.6. Thiết bị công nghệ chính : ........................................................... 51
T
0

T
0

3.1.7. Tiến độ thi công : .......................................................................... 52
T
0

T
0

3.2. Các thông số cơ bản của công trình xả lũ ở đập Sơn La…...……..56
3.3. Các chế độ làm việc của công trình xả sâu ở đập Sơn La. ............. 62.
T
0

T
0

3.3.1. Sơ đồ vận hành của công trình xả trong thời kỳ vận hành bình
T
0

thường...................................................................................................... 62
T
0


T
0

3.4.2. Kiểm tra khả năng khí hóa tại cửa vào cửa xả sâu. .................. 66
T
0

T
0

3.4.3. Kiểm tra khả năng khí hóa buồng van: ..................................... 68
T
0

T
0

3.5. Kiểm tra khả năng khí thực: ............................................................. 69
T
0

T
0

3.6. Lựa chọn và và tính toán giải pháp phòng khí thực: ...................... 70
T
0

T
0

Chương 4 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .......................................................... 82
T
0

4.1. Kết luận................................................................................................ 82
T
0

T
0

4.2. Kiến nghị.............................................................................................. 85
T
0

T
0

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 86
T
0

Học viên: Ngô Thị Hồng

T
0

Lớp cao học 17C1



9. Hình 2.5- Xác định hệ số khí hóa phân giới K pg của các khe van khi
mở van hoàn toàn (đối với 1,0 ≤ w/h ≤ 3,0) [1].
10. Hình 2.6 - Hệ số khí hóa phân giới đối với 1 số dạng van mở từng
phần [ 1].
11. Hình 2.7 - Sự hình thành và phát triển của hiện tượng xâm thực [9].
12. Hình 2.8 - Quan hệ V ng = f(R b , S) của bê tông [1].
R

R

R

R

13. Hình 2.9 - Quan hệ V cp = f( R b , y/D, H/D, H/B)của bê tông [1].
R

R

R

R

14. Hình 2.10 - Sơ đồ tiếp khí cho các vùng tách dòng cục bộ tại buồng
van [2].
15. Hình 2.11- Một số giải pháp tiếp khí trong buồng van [2].

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


7

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

DANH MỤC BẢNG BIỂU
1. Bảng 1.1 Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao trên thế giới [6].
2. Bảng 1.2 Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao ở Việt Nam [7].
3. Bảng 1.3 Một số thống kê về xâm thực ở công trình tháo nước dưới sâu [8].
4. Bảng 2.1 Bảng tra hệ số sửa chữa Kd [1].
5. Bảng 3.1 Bảng thông số chính thuỷ điện Sơn La [4].
6. Bảng 3.2 Khả năng xả của các công trình [4].
7. Bảng 3.3 Các thông số chính của đập tràn [4].
8. Bảng 3.4 Các thông số chính của dốc nước [4].

9. Bảng 3.5 Trị số lưu lượng thiết kế hố xói tham khảo [4].
10. Bảng 3.6 Khả năng xả của công trình theo chế độ vận hành [4].
11. Bảng 3.7 Số liệu tính toán cho 1 cửa xả sâu [4].
12. Bảng 3.8 Bảng kết quả tính toán hệ số khí hóa tại cửa vào.
13. Bảng 3.9 Bảng kết quả tính toán hệ số khí hóa tại trần buồng van.
14. Bảng 3.10 Bảng kết quả tính toán hệ số khí hóa tại bậc thụt buồng van.
15. Bảng 3.11 Bảng vận tốc ngưỡng xâm thực của bê tông M40 [2].

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ



Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

9

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

trình mới phải đề cập đầy đủ hơn đến vấn đề dự báo khí thực, cũng như áp
dụng các biện pháp kỹ thuật chuyên môn để phòng ngừa sự cố. Ngoài ra ở các
công trình đã xây dựng cũng cần phải tiến hành tính toán kiểm tra và áp dụng
các biện pháp xử lý khi cần thiết.
Nội dung đề tài: Nghiên cứu khả năng khí thực ở các công trình tháo
dưới sâu và biện pháp phòng ngừa. Áp dụng tính toán thiết kế cho một công
trình cụ thể là Thủy điện Sơn La. Đề tài này sẽ đưa ra những đánh giá về các
vị trí có khả năng phát sinh khí thực cho cửa xả sâu và các giải pháp cải thiện
tình hình khí thực cũng như phòng chống nó. Đề tài này có thể sẽ là tài liệu
tham khảo hữu ích giúp cho kỹ sư thiết kế có cái nhìn cẩn trọng hơn về khí
thực và có thể ứng dụng tính toán thiết kế cho các công trình tương tự.
2. Mục đích của đề tài
Trên cơ sở những nghiên cứu về khí thực cho cửa xả sâu và các biện
pháp phòng chống giúp cho đơn vị thiết kế thấy được tầm quan trọng của việc
kiểm khí thực đặc biệt với những công trình có lưu tốc lớn như lỗ xả sâu, xả
mặt và những ảnh hưởng nặng nề của nó đối với công trình. Từ đó cần chú ý
đến vấn đề khí thực trong các công trình xả nước để có các biện pháp hữu
hiệu nhằm phòng và chống được hiện tượng này đảm bảo công trình hoạt

- Ứng dụng tính toán cho cửa xả sâu của đập Sơn La, rút ra kết luận về
khả năng khí hóa, khí thực và biện pháp phòng khí thực cho cửa vào và buồng
van của cửa xả sâu.

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

11

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 . Tính hình xây dựng các công trình đầu mối, thủy lợi, thủy điện có cột
nước cao.
Trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng có rất nhiều các công trình
thủy lợi, thủy điện có cột nước cao đã và đang được xây dựng. Nếu điều kiện
thủy văn, địa hình, địa chất phù hợp thì việc xây dựng công trình cột áp cao sẽ
tạo ra hồ chứa nước với dung tích lớn, có khả năng tạo ra lượng điện lớn,
đảm bảo yêu cầu cấp nước đa dạng cho hạ du, có khả năng điều tiết lũ tốt và
có thể thực hiện được nhiệm vụ chống lũ cho hạ du nếu có yêu cầu.
Sau đây là bảng thống kê một số công tình đầu mối có cột nước cao:
Bảng 1.1 Bảng thống kê một số công trình có cột áp cao trên thế giới [6]

Đập


Jinping1

Yalong, China

305

7,700

2014

Nurek

Vakhsh, Tajikistan

300

10,500

1980

Xiaowan

Lancang, China

292

15,000

2009


Vaiont, Italy

262

0,169

1961

Grande
Dixence

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

Manuel M.

12

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Grijalva, Mexico

261

1,660


242

31,300

1980

Ertan

Yangtze/Yalong, China

240

5,800

1999

La Esmeralda

Batá, Colombia

237

0,815

1975

Kishau

Tons, India


233

2,780

1977

Shuibuya

Qingjiang, China

233

4,580

2007

Bhakra

Sutlej, India

226

9,870

1963

225

0,087


Canada

Brenno di Luzzone,
Switzerland
Colorado, Ariz.-Nev.,
U.S.A
Karun, Iran

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

13

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Contra

Verzasca, Switzerland

220

0,086

1965

Mratinje

216

33,304

1964

Toktogul

Naryn, Kyrgyzstan

215

19,500

1978

Daniel Johnson Manicouagan, Canada

214

141,852

1968

Keban

Firat, Turkey

210


2,900

1976

Lakhwar

Yamuna, India

204

0,580

1985

Dez

Dez, Abi, Iran

203

3,340

1963

Almendra

Tormes, Spain

202


0,205

1977

Altinkaya

Kizil Irmak, Turkey

195

5,763

1986

No. Yuba, Calif., U.S.A

194

1,184

1968

New Bullards
Bar

Học viên: Ngô Thị Hồng

2009

Lớp cao học 17C1


đập

đập

Hình thức tràn

Qxả
max

Dung

Dung

tích toàn

tích

bộ

hữu ích

Hmax
(m3/s)
P

P

(106m3)
P

227.7

259

14.2

12.7

401

344

273

1058

73

67

phun
Hồ chứa nước

1977-

Xạ Hương

1982

Tràn dọc có cửa


40

Tràn dọc có cửa
van, TN bằng

Lớp cao học 17C1

P

P


Luận văn thạc sĩ

15

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

dòng phun
Hồ Cửa Đạt

20042009

Hồ Nước

2006-

Trong


TĐ Đồng nai 3

20052009

Học viên: Ngô Thị Hồng

Tràn dọc có cửa
C

118.5

van, TN bằng

11594

1364.8

1070.8

9450

5600

dòng phun
Đập tràn có cửa
D

72

van, tiêu năng

B

80

D

72

Tràn bên tự do
Đập tràn có cửa

343.5

van

266.5

Tràn dọc có cửa
D

70

+Dốc nước +
mũi phun
Tràn dọc có cửa

C

92.2


Mũi phun

10000

Đập tràn + xả
sâu có cửa van
Sơn la

20062010

D

138.1

điều tiết , nối
tiếp bằng dốc

9260

nước + mũi
phun
Đập tràn + xả
Lai Châu

20112016

D

137



Bản vẽ

20052009

D

137

van điều tiết, nối
tiếp bằng mũi

1800

phun

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

17

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Ở Việt Nam công trình thủy điện Sơn La được xếp vào loại lớn nhất nước
với chiều cao đập 138.1m là đập bê tông áp dụng công nghệ mới bê tông đầm
lăn RCC, nhà máy thủy điện có công suất 2400MW lớn nhất Việt Nam.

- Đường tràn kiểu gáo

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

18

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Nếu hồ chứa có nhu cầu tháo cạn đến cao trình nào đó, hoặc do lòng sông
hẹp các công trình xả mặt không đáp ứng đủ khả năng xả lũ, hoặc có yêu cầu
về xả cát đơn vị thiết kế thường bố trí thêm các lỗ xả sâu. Các lỗ này có thể
đặt ở dưới đáy đập vật liệu địa phương (cống ngầm), qua thân đập bê tông
(đường ống), có thể đặt ở trong bờ (đường hầm) khi điều kiện địa hình địa
chất cho phép. Với loại này có thể tháo được nước trong hồ ở bất kỳ mực
nước nào, thậm chí có thể tháo cạn hồ chứa. Loại này không những để dùng
tháo lũ mà còn tùy cao trình, vị trí và mục đích sử dụng có thể để dẫn dòng thi
công lúc xây dựng, tháo bùn cát lắng đọng trong hồ chứa hoặc lấy nước tưới,
phát điện...Tùy theo điều kiện cụ thể mà có thể kết hợp nhiều mục đích khác
nhau trong một công trình tháo nước dưới sâu.
1.3.

Điều kiện thủy lực của công trình xả sâu.

Để thỏa mãn yêu cầu tháo nước như xả, tháo cạn hồ, đồng thời thoả mãn
yêu cầu dùng nước của các ngành như dẫn nước vào nhà máy thủy điện, cung

tháo ở đỉnh. Ngoài ra tháo nước tương đối ổn định; khi mực nước thay đổi,
lưu lượng thay đổi ít, mực nước trong hồ thấp cũng có thể tháo được lưu
lượng tương đối lớn.
- Do lưu tốc lớn nên bản thân dòng chảy có mạch động, dễ sinh ra chân
không, khí thực. Mạch động của dòng chảy có thể gây nên rung động cửa van
và các bộ phận khác.
- Lúc mực nước trong hồ cao, cửa van chịu áp lực nước lớn. Lực đóng mở
cửa van đều rất lớn. Như vậy trọng lượng của các thiết bị đóng càng lớn.
- Cửa van của công trình ở thấp, tiện lợi trong việc tháo bùn cát. Nhưng
nếu dòng chảy mang nhiều bùn cát thì khi tháo lũ hoặc tháo bùn cát thì cũng
có thể gây nên bào mòn lớp lót của đường ống.
- Ống ngầm và đường hầm chịu áp lực đất đắp hoặc đá. Riêng áp lực đá
xung quanh đường hầm có thể cùng với lớp lót chịu một phần áp lực của nước
bên trong đường hầm.
Tất cả các hiện tượng không lợi về phương diện thủy lực trên đây, lúc
thiết kế cần phải xét đến và có các biện pháp khắc phục như cửa vào có phân
thành nhiều cửa nhỏ để giảm áp lực đóng mở cửa van, đồng thời thuận tiện
cho việc điều tiết lưu lượng; cửa vào, đoạn thu hẹp hoặc mở rộng, đoạn ống
cong cố gắng thiết kế để dòng chảy vào hoặc chảy qua đều được thuận, tránh
gây áp lực chân không quá lớn. Tại những nơi đó và xung quanh cửa van cần
gia cố để chống tác dụng mài mòn và khí thực, v.v...

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

1.4.

và thường là nguyên nhân chính dẫn đến sự vận hành không an toàn của công
trình, sự hư hỏng do tác động của khí thực tạo ra gây tổn thất lớn về kinh tế và
khó khăn cho công tác sửa chữa và khôi phục.

Học viên: Ngô Thị Hồng

Lớp cao học 17C1


Luận văn thạc sĩ

21

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

Bảng 1.3: Một số thống kê về xâm thực ở
công trình tháo nước dưới sâu [8]
Tên công

Năm hoàn

Vị trí xây

Bộ phận hư

Nguyên nhân

trình

thành


Cửa xả sâu

Khí thực

Tỉnh Thái

Cửa vào cống

Khí thực

Nguyên – Việt

lấy nước

Dam
Lucky Peak

1956

Dam
Terzaghi Dam

USA
1960

British
Columbia

Keenleyside