Nghiên cứu bể tiêu năng sau đập tràn phím Piano loại A (N = 4,3)

Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình vật lý nhằm xác định khả năng tháo nước của các loại đập tràn phím piano loại A (N = 4,3) và kích thước bể tiêu năng, áp dụng cho công trình thủy lợi chịu cột áp từ (20 - 25) m.

Việc cung cấp các thông số kỹ thuật về khả năng tháo các loại đập tràn phím piano dạng đối xứng loại A, ở trạng thái chảy tự do và kích thước bể tiêu năng sẽ góp phần đáp ứng yêu cầu chọn loại đập tràn thích hợp phục vụ công tác thiết kế và thi công xây dựng các dự án.

1. Tổng quan

Đập tràn phím piano (PKW) có khả năng tháo gấp 4~5 lần khả năng tháo đập tự tràn chính diện [1]. Nó thường được dùng để nâng cao độ tin cậy các đập tự tràn, giảm cao trình mức nước thượng lưu của hồ chứa trong quá trình điều tiết lũ. Khả năng tháo nước của đâp tràn phím Piano loại A được nghiên cứu từ năm 2004 [2]. Các dạng khác B và D của đập tràn phím piano cũng đã được nghiên cứu khả năng tháo nước và được công bố năm 2013 [7].

Hiện nay các loại đập tràn phím Piano đã triển khai xây dựng tại các công trình đầu mối thủy lợi-thủy điện như: Đăk Mi 4B, Đăk Mi 4C(Quảng Nam), Vân Phong, các công trình đang ở giai đoạn thiết kế như: Vĩnh Sơn 3 (Bình Định), Xuân Minh (Thanh Hóa).

Đối với các loại đập tràn truyền thống, tùy thuộc vào lưu lượng tháo lũ, dạng địa hình, điều kiện địa chất công trình, chế độ nối tiếp thủy lực và tiêu năng hạ lưu có thể ở dạng dòng đáy, dòng mặt, dòng hỗn hợp chảy mặt-đáy. Tuy cùng chiều rộng tuyến tràn B nhưng lưu lượng tháo của đập tràn phím piano cao gấp nhiều lần so với đập tràn truyền thống và tính chất phân bố lưu lượng riêng q không đều trên đoạn Lr sau thân đập (h.1), nơi mà dòng chảy hình thành từ lưu lượng tháo sau các phím vào, phím ra, phím dọc hợp nhất, kèm theo là hiện tượng hàm khí. Các xáo trộn này gây khó khăn trong việc xác định chiều sâu dòng chảy trước nước nhảy, đồng thời làm cho việc áp dụng các công thức tính toán tiêu năng truyền thống cho đập tràn phím piano không còn thích hợp.

Tương tự như đập tràn truyền thống, việc nghiên cứu các giải pháp tiêu năng cho đập tràn phím piano bằng thí nghiệm là rất cần thiết nhằm góp phần đảm bảo an toàn cho hạ lưu tràn và nâng cao độ tin cậy của hệ thống trong vận hành. Trong đề tài này hình thức tiêu năng bằng bể tiêu năng ở hạ lưu công trình (có chiều cao trung bình 20~ 25m) được chọn để nghiên cứu bằng thí nghiệm trên mô hình vật lý đập tràn phím piano loại A với N = 4,3.

2. THÍ NGHIỆM

3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH

3.1.  Trạng thái chảy tự do

3.2. Thí nghiệm phương án 1

3.3. Thí nghiệm phương án 2

3.4. Thí nghiệm phương án 3 (PA3)

3.5. Thí nghiệm phương án 4 (PA4)

3.6. Thí nghiệm phương án 5 (PA5)

4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]      Lempérière, F. and Ouamane, A., “The Piano Keys weir: a new cost-effective solution for spillways”, Hydropower & Dams, Issue Five, 2003.

[2]      Trương Chí Hiền, Huỳnh Hùng, “Nghiên cứu khả năng tháo nước của đập tràn phím Piano”, Kỷ yếu Hội nghị KHCN lần thứ IX, Trường Đại học Bách khoa, Phân ban Kỹ thuật xây dựng, 444-449, 2005.

[3]      J. Paul Tullis, Member, ASCE, Nosratollah Amanian, and David Waldron, “Design of labyrinth  spillways”, J. Hydr. Eng., ASCE, 121(3), 247-255, 1995.

[4]      Novak P. "Study of silting basins with special regard to their end sills". 6th Congress of the IAHR, Hague, paper Cl5, 1955.

[5]      Lemperière F., Vigny J." Analysis and low cost mitigation of the flood risk of Asian dams ", International symposium on Dam safety, Xian, 2005.

[6]      Ho Ta Khanh M., Labyrinth and Piano Key Weirs II – PKW 2013, " The Piano KeyWeirs: 15 years of Research & Development – Prospect ". CRC Press, London, 2013.

[7]      Trương Chí Hiền - M. Ho Ta Khanh, "Nghiên cứu khả năng tháo nước của đập tràn phím PIANO loại A, D và LABYRINTH chữ nhật", Khoa học và công nghệ thủy lợi, Số 20, 57-63, 2014.

[8]      Bureau of Reclamation, “Hydraulic design of stilling basins and bucket energy dissipators.” Engineering Monograph No. 25, 1964.

[9]      Catakli, O. et al., “A study of scour at the end of stilling basin and use of horizontal beams as energy dissipators.” 11th Congres of Large Dams, Madrid, 1973.

[10]    Novak, P. J., “Influence of bed load passage on scour and turbulence downstream of stilling basin.” 9th Congress, IAHR, Dubrovnik, 1961.

[11]    Peterka, A. J., “Hydraulic design of stilling basins and energy dissipators.” Engineering Monograph No. 25, U.S. Dept. of the Interior, Bureau of Reclamation,1984.

[12] Pillai, N. N., and et al, “Hydraulic jump type stilling basin for low Froude numbers.” Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 115 No. HY 7, 989 – 994, 1989.

Xem bài báo tại đây: Nghiên cứu bể tiêu năng sau đập tràn phím Piano loại A (N = 4,3)

Tác giả: TS. Trương Chí Hiền
Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh

TẠP CHÍ KH&CN THỦY LỢI