Phân tích ảnh hưởng của các đặc trưng hình học đến khả năng tháo và lựa chọn mặt cắt tiêu chuẩn cho tràn piano

Tràn piano tiền thân là tràn Labyrinth kiểu cung cải tiến móng thu nhỏ nhằm xây dựng trên địa hình chật hẹp. Lưu lượng qua tràn piano tăng từ 3 đến 5 lần so với tràn truyền thống do tăng về chiều dài thoát nước dạng zic zắc, đặc biệt khi cột nước nhỏ. Tràn có cấu tạo phức tạp, khả năng tháo qua tràn phụ thuộc vào nhiều thông số hình dạng. Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu và đi đến lựa chọn mặt cắt tiêu chuẩn cho tràn piano nhằm tối ưu về khả năng tháo và kinh tế. Mặt cắt tràn piano tiêu chuẩn được xác định bởi các tỷ số tỷ lệ chiều dài tràn/chiều rộng tràn từ 4 tới 6 (N=L/W=4÷6); tỷ lệ chiều rộng phím nước vào/phím nước ra từ 1,2 đến 1,5 (Wi/Wo=1,2÷1,5); tỷ lệ giữa chiều cao tràn và chiều rộng đơn phím P/Wu=0,5÷1,3; Độ dốc phím nước vào Si=0,4÷0,8.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Tràn piano là hình thức công trình tháo được coi là giải pháp kinh tế, kỹ thuật nhất là trong cải tạo nâng cấp công trình xả lũ bởi khả năng tháo qua tràn tăng từ 3 tới 5 lần so với tràn truyền thống, chân tràn có cấu tạo thu nhỏ giảm còn 2/3 so chiều dài đỉnh. Được nghiên cứu từ những năm 1990, cải tiến từ tràn Labyrinth và xây dựng lần đầu tiên ở Pháp (tại đập Goulours) vào năm 2006, đến nay đã có trên thế giới đã có 25 công trình ứng dụng, trên 20 tạp chí và hơn 100 bài báo công bố các nghiên cứu về loại tràn này.

Tràn piano có cấu tạo gồm hơn 20 thông số hình học, 9 thông số chính với 4 hình thức: kiểu A với hốc phím đối xứng, kiểu B chỉ có hốc phím thượng lưu, kiểu C chỉ có hốc phím hạ lưu và kiểu D không có hốc phím. Ngoài ra có kiểu E là tương tự như kiểu D nhưng đáy phím nằm ngang, có bậc, (Hình 1). Do đó, khả năng tháo qua tràn chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi đặc trưng về tỷ lệ hình học.

Trên thế giới, hầu hết ứng dụng xây dựng tràn piano trên đỉnh đập hiện có, giúp chủ động và tăng khả năng thoát lũ do dòng chảy đến hồ tăng cho những đập tràn đang vận hành. Một số ứng dụng làm tràn bên, trên nền địa chất yếu cho đập đất hoặc cho công trình phân lũ ở vùng đồng bằng, công trình xả nước thải cho bể chứa của dự án khai thác mỏ. Ở Việt Nam, tràn piano đã được ứng dụng trong xây mới nhiều công trình thủy điện như Đăk Mi 4B, Đăk Mi 2, Đăk Mi 3, tỉnh Quảng Nam; Vĩnh Sơn 3, tỉnh Bình Định, đặc biệt là ứng dụng sáng tạo cho công trình tháo cột nước thấp tại đập dâng Văn Phong, tỉnh Bình Định, một công trình tràn piano lớn nhất trên thế giới cho đến thời điểm hiện nay.

Tuy nhiên hầu hết các công trình tràn piano này có hình dạng mặt cắt theo một vài mẫu đã được thí nghiệm trên mô hình vật lý như theo nghiên cứu của Lempérière (2003, 2011); Leite Ribeiro và nnk (2009); Erpicum và nnk (2011). Các tràn piano ở Việt nam có cấu tạo mặt cắt giống nhau về tỷ lệ kích thước hình học chính, đều theo nghiên cứu của M. Hồ Tá Khanh và nnk và đều thí nghiệm trên mô hình vật lý.

Đến nay, vẫn chưa có những quy định chung về cấu tạo hình học được áp dụng phổ biến, là cơ sở chung cho thiết kế, tính toán tràn piano như của tràn truyền thống. Bài báo trình bày những phân tích về các đặc trưng hình học ảnh hưởng tới khả năng tháo qua tràn piano của các nghiên cứu đã có, từ đó xác định mặt cắt tiêu chuẩn của tràn cho tối ưu về khả năng tháo, thủy lực và kinh tế.

2. CẤU TẠO TRÀN PIANO

3. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC TỚI KHẢ NĂNG THÁO QUA TRÀN

3.1. Hình thức tràn

3.2. Chiều cao tràn P

3.3. Tỷ lệ tổng chiều dài và chiều rộng tràn N=L/W

3.4. Tỷ lệ chiều rộng phím nước vào và phím nước ra Wi/Wo

3.5. Độ dốc đáy phím

4. KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1]. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2011), Tiêu chuẩn thiết kế tràn phím đàn Piano áp dụng cho công trình đập dâng Văn Phong.

[2]. Nguyễn Cảnh Cầm và nnk (2006), Giáo trình thủy lự c, Nhà xuất bản Nông Nghiệp, Hà Nội

[3]. Lê Văn Nghị, Đoàn Thị Minh Yến (2014), “Xác định ảnh hưởng của độ ngập, co hẹp bên tới khả năng tháo của tràn Piano bằng nghiên cứu thực nghiệm”, Tạp chí Khoa học và công nghệ thủy lợi, Hà Nội.

[4]. Đoàn Thị Minh Yến, Lê Văn Nghị (2016), “Khả năng tháo qua tràn Piano loại A chảy tự do”, Tuyển tập khoa học công nghệ Viện KH Thủy lợi Việt Nam năm 2016, Hà Nội.

Tiếng Anh

[5]. F.Belaabed, B.Athmani, A.Ouamane & .A.Laiadi (2017), “Study of the influence of submerging on the upstream flow of Piano Key weir (PKW)”, Presented at 3rd International Workshop on Labyrinth and Piano Key Weirs – PKW 2017.

[6]. G.M.Cicero & J.R.Delisle (2013), “Discharge characteristics of Piano Key weir under submerged flow”, Labyrinth and Piano Key Weirs II – PKW 2013, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-138-00085-8, pp. 101-108.

[7]. G.Das Singhal & N.Sharma (2011) ), “Rehabilitation of Sawara Kuddu Hydroelectric Project – Model studies of Piano Key Weir in India”, Labyrinth and Piano Key Weirs – PKW 2011, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-415-68282-4 , pp.241-250.

[8]. S.Erpicum, P.Archambeau, M.Pirotton, and B.J.Dewals (2014), Geometric parameters influence on Piano Key Weir hydraulic performances”. 5th IAHR International Symposium on Hydraulic Structures, Brisbane, Australia, (1-8). 25-27 June 2014.

[9]. S. Erpicum, O.Machiels, B.J.Dewals, P.Archambeau, M.Pirotton, (2013b) “Considerations about the optimum design of PKW”, Proc. Intl. Conf. Water Storage and Hydropower Development for Africa (Africa 2013), Addis Ababa (Ethiopia).

[10]. M.Ho Ta Khanh, T.Chi Hien & N.Thanh Hai (2011), “Main Result of the P.K weir model tests in Viet Nam (2004-2010)”, Labyrinth and Piano Key Weirs – PKW 2011, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-415-68282-4 , pp.191-198.

[11]. V.Lefebvre, J.Verneulen and B.Blancher (2013), “Influence of geometrical parameters on PK-Weir discharge with 3D numerical analysis”, Labyrinth and Piano Key Weirs II – PKW 2013, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-138-00085-8, pp.49-56.

[12]. M.Leite Ribeiro, J-L.Boillat, A.J.Schleiss, O.Le.Doucen and F.Laugier (2011), “Experimental parametric study for hydraulic des ign of PKWs”, Labyrinth and Piano Key Weirs – PKW 2011, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-415-68282-4, pp.183-190.

[13]. F.Lempérière, J.P.Vigny & A.Ouamane (2011), “General comments on Labyrinths and Piano Key Weirs: The past and present”, Labyrinth and Piano Key Weirs – PKW 2011, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-415-68282-4 , pp.17-24.

[14]. O.Machiels, S.Erpicum, P.Archambeau, B. Dewals & M.Pirotton (2011), “Influence of the Piano Key Weir height on its discharge capacity”, Labyrinth and Piano Key Weirs – PKW 2011, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-415-68282-4 , pp.59-66.

[15]. A.Noui & A.Ouamane (2011), “Study of optimization of the Piano Key Weir”, Labyrinth and Piano Key Weirs – PKW 2011, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-415-68282-4, pp.175-182.

[16]. Pralong.J, Montarros.F, Blancher.B & Laugier.F (2011). “A sensitivity analysis of Piano Key Weirs geometrical parameters based on 3D numerical modeling”, Labyrinth and Piano Key Weirs – PKW 2011, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-415-68282-4 , pp.133-139.

Xem bài báo tại đây: Phân tích ảnh hưởng của các đặc trưng hình học đến khả năng tháo và lựa chọn mặt cắt tiêu chuẩn cho tràn piano