Hiệu quả tiêu hao năng lượng dọc đường của giải pháp nhám gia cường trên dốc nước

Nhám gia cường là một trong những giải pháp thiết kế hiệu quả được ứng dụng nhiều cho công trình có dòng xiết nhằm tăng độ sâu, giảm lưu tốc dòng chảy. Theo truyền thống, nhám thường được bố trí ở các vị trí công trình có vận tốc dòng chảy lớn hơn vận tốc cho phép không xói của vật liệu xây dựng còn trên phương diện bố trí nhám gia cường nhằm tiêu hao và tổn thất năng lượng dòng chảy chưa được chú ý nghiên cứu. Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực với giải pháp sử dụng nhám gia cường nhằm tăng cường tiêu hao năng lượng dòng chảy dọc đường trên thân dốc nước, giảm năng lượng dòng chảy tại mặt cắt cuối dốc nhằm giảm tải cho bể tiêu năng.

I. MỞ ĐẦU

Nhám gia cường trên dốc nước đã được giới thiệu cụ thể với nhiều hình thức khác nhau trong các tài liệu tham khảo [1,2], trong đó việc bố trí nhám gia cường chỉ nhằm giảm vận tốc dòng chảy dưới phạm vi vận tốc cho phép của vật liệu xây dựng, phạm vi bố trí nhám thường là cuối dốc như ở tràn sông Sào tỉnh Nghệ An [3]. Một số công trình cũng tận dụng giải pháp tăng cường nhám để triệt tiêu dòng xiên trên dốc nước (ở đầu dốc) như tràn Đá Hàn, Hà Tĩnh [6], đập Bái Thượng, Thanh Hóa [7]. Vấn đề đặt ra là nếu bố trí nhám trên toàn dốc thì có thể đem lại hiệu quả khác ngoài việc giảm lưu tốc cuối dốc hay không? Nhóm tác giả của Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học sông biển đã nghiên cứu giải pháp này cho công trình tràn xã lũ Ngàn Trươi, Hà Tĩnh. Kết quả cho thấy việc bố trí nhám trên toàn dốc đã làm tăng khả năng tiêu hao năng lượng dòng chảy nhờ tổn thất dọc đường, giúp hỗ trợ, giảm tải cho công trình tiêu năng ở hạ lưu. Hình thức nhám gia cường trên toàn dốc kiểu dầm bố trí so le làm tăng khả năng tiêu hao phần năng lượng dọc đường tới 8% so với hình thức nhám âm. Kết quả này cũng là cơ sở khoa học cho sự ra đời phương án 6B của tràn xả lũ Ngàn Trươi.

Nghiên cứu được tiến hành trên mô hình mặt cắt với các thông số thiết kế của tràn xả lũ Ngàn Trươi PA6B: Tràn kiểu thực dựng, cao trình ngường tràn 48,60m, chiều rộng 1 khoang tràn 12,0m. Nối tiếp sau tràn là dốc nước. Đoạn chuyển tiếp từ dốc nước xuống bể tiêu năng dài 23,0m, mái m=3,0, gồm 9 bậc cao 0,75m sau đoạn chuyển tiếp là bể tiêu năng dài 30,0m, rộng 100,8m, cao trình đáy 30,0m bằng cao trình đáy kênh hạ lưu. Tường tiêu năng cuối bể cao 1,2m. Kênh xả hạ lưu có cao trình đáy 30,0m [4]. Cụ thể trong phạm vi dốc nước, tiến hành thí nghiệm, so chọn với 02 phương án bố trí nhám gia cường trên toàn dốc gồm: phương án bố trí nhám âm và phương án bố trí gắn nhám dương kiểu dầm so le.

II. MÔ HÌNH HÓA, CÁC THIẾT BỊ ĐO ĐẠC THÍ NGHIỆM

Để so chọn hình thức nhám gia cường trên dốc nước, công việc nghiên cứu thí nghiệm được triển khai trên mô hình mặt cắt, tỷ lệ hình học λL= 30,4, tương tự theo tiêu chuẩn trọng lực (Froude) với hệ số Reynolds (Re) Rem=16093>Regh=5000 [5]. Các thông số thủy động lực học của dòng chảy trên mô hình được đo đạc bằng các thiết bị: Thông số mực nước (cao trình, độ sâu, độ dài) xác định bằng máy thuỷ bình Ni04 và mia, sai số không vượt quá 0,5mm đến 1,0mm, kim đo mực nước cố định đọc chính xác tới 0,1mm, thước thép. Xác định giá trị lưu tốc trung bình thời gian, mạch động lưu tốc bằng đầu đo điện tử PEMS, E40 do Hà Lan chế tạo; dải đo từ 0,05m/s đến 5,0m/s, sai số của thiết bị đo là 1%, chuyển chạy dữ liệu đo bằng phần mềm chuyên dụng. Xác định thông số lưu lượng qua công trình dùng đập tràn thành mỏng chữ nhật, sai số nhỏ hơn 1%. Đảm bảo tương tự về nhám, đối với các hạng mục công trình bằng bê tông có chất lượng cao như mặt đập tràn, trụ pin, dốc nước, bể tiêu năng.. trong mô hình dùng kính hữu cơ hoặc vữa xi măng đánh bóng nhẵn có nm=0,007÷0,009. Đối với các kênh đào, kênh tự nhiên, dùng vữa xi măng cát mịn đánh bóng hoặc để nguyên đảm bảo nm=0,014÷0,017.

III. CÁC PHƯƠNG ÁN, NỘI DUNG NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM

3.1. Phương án thí nghiệm

3.2. Mực nước thí nghiệm

3.3. Nội dung thí nghiệm

IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

4.1. Khả năng tháo:

4.2. Đường mặt nước

4.3. Lưu tốc và mạch động lưu tốc dòng chảy

4.4. Áp suất trung bình dòng chảy

4.5. Mạch động áp suất

4.6. Tình hình thủy lực

4.7. Hiệu quả tiêu năng

V. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

Chi tiết bài báo xem tại đây: Hiệu quả tiêu hao năng lượng dọc đường của giải pháp nhám gia cường trên dốc nước

Tác giả: PGS.TS. Lê Văn Nghị, ThS. Đoàn Thị Minh Yến
Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Động lực học Sông biển
Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

TẠP CHÍ KH&CN THỦY LỢI