Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9147:2012 về Công trình thủy lợi - Quy trình tính toán thủy lực đập tràn

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9147 : 2012

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI − QUI TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐẬP TRÀN

Hydraulic structures − Hydraulic Calculation Process for Spillway

Lời nói đầu

TCVN 9147:2012 được chuyển đổi từ QP.TL. C-8-76 theo quy định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a khoản 1 Điều 7 Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.

TCVN 9147:2012 do Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI − QUI TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐẬP TRÀN

Hydraulic structures − Hydraulic Calculation Process for Spillway

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này được áp dụng để tính toán thủy lực cho tất cả các loại đập tràn xả nước kiểu hở công trình thủy (thủy lợi, thủy điện, giao thông thủy), thuộc tất cả các cấp và ở mọi giai đoạn.

Khi áp dụng tiêu chuẩn này cần phải tuân thủ các qui định sau:

a) Tiêu chuẩn này không dùng để tính toán thủy lực của đập dùng để đo lưu lượng (tức là các đập dùng trong phòng thí nghiệm và đập dùng để đo đạc thủy văn).

b) Đối với công trình cấp I; II và một số trường hợp đặc biệt có điều kiện phức tạp, khi thiết kế cần phải chính xác hóa lại bằng các thí nghiệm mô hình vật lý thủy lực.

c) Các dạng khác với các dạng nêu trong tiêu chuẩn này, khi lập dự án cần phải xây dựng tiêu chuẩn riêng, trình cấp có thẩm quyền phê duyệt để áp dụng.

2. Thuật ngữ, định nghĩa

2.1. Công trình tràn xả nước

Các công trình tháo nước trong đầu mối công trình thủy là các công trình đập tràn xả nước.

Các phần cơ bản của công trình tràn xả nước được thể hiện ở Hình 1.

2.2. Đập tràn

Đập tràn là công trình để xả nước thừa từ thượng lưu về hạ lưu hoặc xả lượng nước thừa của lưu vực của sông bên cạnh, thường được bố trí ở đầu mối công trình thủy.

CHÚ DẪN:

1 Phần dẫn nước vào;

2 Phần cửa vào - đập tràn xả nước;

3 Phần nối tiếp (chuyển dẫn) nước;

4 Phần kết thúc của nối tiếp với hạ lưu (phần tiêu năng);

5 Phần dẫn nước ra sông hoặc kênh.

a) Công trình xả hở bên bờ                              b) Công trình xả hở trên lòng sông

Hình 1 - Các phần cơ bản của tuyến công trình xả nước

3. Các ký hiệu của đập tràn kiểu hở

Hình 2 -  Mặt cắt dọc tuyến tràn (Mặt cắt I-I) và mặt cắt ngang tràn (Mặt cắt II-II)

4. Phân loại đập tràn

4.1. Phân loại theo hình dạng cửa vào

a) Đập tràn có cửa vào hình chữ nhật (Hình 3 a);

b) Đập tràn có cửa vào hình tam giác (Hình 3 b);

c) Đập tràn có cửa vào hình hình thang (Hình 3 c);

d) Đập tràn có cửa vào hình hình tròn (Hình 3 d);

e) Đập tràn có cửa vào hình pa- ra- bôn (Hình 3 e);

f) Đập tràn có cửa vào hình nghiêng (Hình 3 f).

Hình 3 - Các dạng mặt cắt cửa vào (cắt dọc tuyến tràn)

4.2. Phân loại theo hình dạng và kích thước mặt cắt ngang đập tràn

4.2.1. Đập tràn thành mỏng: là đập tràn có mặt thượng lưu và hạ lưu của thân đập là các mặt phẳng song song với nhau, đỉnh của nó nằm ngang hoặc nghiêng về phía hạ lưu (mép vào không uốn cong).

Chiều dày của đỉnh đập (d) phải thỏa mãn điều kiện sau đây:

Hình 4 - Mặt cắt ngang đập tràn thành mỏng

4.2.2. Đập tràn đỉnh rộng: là loại đập tràn có chiều cao bất kỳ với mặt thượng và hạ lưu có hình dạng tùy ý, nhưng đỉnh đập tràn phải nằm ngang, chiều dày đỉnh đập (d) phải thỏa mãn điều kiện sau đây:

(từ 2 đến 3)H < δ < (từ 8 đến 10)H                                 (4)

Tổn thất cột nước theo chiều dài ngưỡng tràn do ma sát gây nên rất nhỏ so với tổn thất cục bộ (tại nơi vào và nơi ra) nên không xét đến.

Khi d > (từ 8 đến 10)H thì vẫn coi là đập tràn đỉnh rộng nhưng có xét đến ảnh hưởng của kênh.

Hình 5 - Mặt cắt ngang đập tràn đỉnh rộng

4.2.3. Đập tràn có mặt cắt thực dụng:

- Đập tràn có mặt cắt thực dụng là loại đập tràn có mặt cắt ngang thuộc dạng chuyển tiếp giữa đập tràn thành mỏng và đập tràn đỉnh rộng. Đập tràn thực dụng có hai loại: có chân không và không có chân không.

+ Loại đập tràn thực dụng không có chân không là loại đập tràn có dòng chảy trên đập có áp suất dọc theo mặt đập là dương (Hình 6).

+ Loại đập tràn thực dụng có chân không là loại đập tràn có áp lực chân không ở đỉnh đập. Tọa độ đỉnh tràn có dạng elíp hoặc hình tròn (dạng cơ-ri-ghe Ô-phi-xê-rôp có chân không của Liên xô cũ) hoặc dạng Wes của Mỹ (Hình 7).

Hình 6 - Mặt cắt ngang đập tràn thực dụng không có chân không

Hình 7 - Mặt cắt ngang đập tràn thực dụng có chân không

4.3. Phân loại theo hình dạng đường viền ngưỡng tràn trên mặt bằng (hình dạng tuyến đập)

a) Đập tràn chính diện (Hình 8 a).

b) Đập tràn xiên (Hình 8 b).

c) Đập tràn bên (Hình 8 c).

d) Đập tràn gãy khúc (Hình 8 d).

f) Đập tràn cong (Hình 8 e).

g) Đập tràn kiểu giếng đứng (Hình 8 f): Tròn khép kín (Hình 8 f₁); Bán nguyệt (Hình 8 f₂).

Hình 8 - Các loại đập tràn phân loại theo hình dạng đường  viền ngưỡng tràn trên mặt bằng

4.4. Phân loại theo chế độ chảy

a) Đập tràn chảy không ngập (chảy tự do, khả năng xả không phụ thuộc vào MNHL);

b) Đập tràn chảy ngập (khả năng xả phụ thuộc vào MNHL);

c) Đập tràn ngang (đập tràn bên bờ);

d) Đập tràn không có co hẹp bên (B_t = b) (Hình 9 a);

e) Đập tràn có co hẹp bên (B_t > b) (Hình 9 b);

a) Đập tràn không có co hẹp bên                       b) Đập tràn có co hẹp bên

Hình 9 - Loại đập tràn phân theo chế độ chảy

g) Đập tràn chảy qua lưới và lấy nước kiểu hành lang đáy (xem Hình 10).

Hình 10 - Đập tràn chảy qua lưới và lấy nước kiểu hành lang đáy

CHÚ THÍCH:

1) Khi thiết kế tràn xả lũ bên bờ sông (kiểu tràn ngang), kiểu giếng, kiểu tràn xiên, tràn cong, tràn zich zăc, tràn phím đàn (tràn piano), tràn kiểu qua lưới - hành lang đáy cho phép sử dụng các tài liệu tham khảo của tiêu chuẩn này.

2) Tiêu chuẩn lũ thiết kế và lũ kiểm tra phải tuân theo QCVN hiện hành.

3) Chọn tuyến tràn và loại kết cấu đập tràn phải phân tích, so sánh, dựa vào điều kiện địa hình, địa chất, xem xét trong bố trí tổng thể cụm đầu mối công trình thủy lợi, thủy điện, vận tải thủy, điều kiện vật liệu địa phương. Ngoài ra còn phải căn cứ vào điều kiện vận hành, nhiệm vụ để chọn vị trí và kết cấu công trình xả cho hợp lý.

- Khi tuyến đập chính ngắn, địa hình dốc, không bố trí được tràn dọc (nếu bố trí tràn dọc sẽ phải đào nhiều, trong điều kiện không có eo núi xung quanh để bố trí tràn dọc) thì nên bố trí tràn ngang.

- Trường hợp địa chất hai vai đập và vùng hạ lưu xấu nên bố trí 2 đường tràn xả lũ 2 vai để giảm bớt sự tập trung lưu lượng.

- Nếu có thềm sông rộng với cột nước thấp nên lợi dụng thềm sông để thoát lũ.

5. Đập tràn chính diện thành mỏng chữ nhật

5.1. Phân loại và nguyên tắc tính toán

5.1.1. Phân loại đập tràn thành mỏng

5.1.1.1. Phân loại theo độ nghiêng của đập

a) Đập tràn thảnh mỏng thẳng đứng.

b) Đập tràn thành mỏng nghiêng.

5.1.1.2. Phân loại theo mức độ không khí hoặc mực nước ở hạ lưu so với đỉnh lưỡi nước tràn

a) Trường hợp dòng chảy tự do qua đập tràn thành mỏng khi không khí có thể tự do vào khoảng không dưới lưỡi nước tràn (mức nước hạ lưu thấp hơn đỉnh ngưỡng tràn), hoặc khi nước ở hạ lưu có thể tự do đi vào dưới lưỡi nước (mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập và ở hạ lưu không có nước nhảy).

b) Trường hợp dòng chảy không tự do qua đập tràn thành mỏng, khi không khí không vào dưới lưỡi nước tràn hoặc mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh lưỡi tràn.

5.1.2. Khi quyết định vị trí mặt cắt T-T (mặt cắt xác định trị số H và V₀) trị số L_T phải được xác định như sau:

5.2.1.1. Đập tràn với thân đập thẳng đứng hoặc nghiêng về phía thượng lưu thì trị số L_T tính theo công thức:

L_T = (từ 3 đến 5)H          hoặc     (từ 2 đến 3)H_max (5)

5.1.2.2. Đập tràn với thân đập nghiêng về phía hạ lưu thì trị số L_T cũng có thể tính theo công thức (5) nhưng không được nhỏ hơn kích thước a ở Hình 19.

5.2. Đập tràn thành mỏng hình chữ nhật thẳng đứng (mặt cắt ngang hình chữ nhật)

5.2.1. Trường hợp chảy tự do

5.2.1.1. Trong trường hợp chảy tự do, nếu đập tràn thành mỏng đồng thời thỏa mãn 2 điều kiện dưới đây thì gọi là đập chảy ngập (xem đường chấm chấm trong Hình 11, biểu thị mực nước hạ lưu):

- Mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập, tức là: h_n > 0                                (6)

- Phía hạ lưu ngay gần đập tràn, nước ở trạng thái chảy êm.

Nếu cả 2 hoặc chỉ 1 trong 2 điều kiện nói trên không thỏa mãn thì đập tràn được xem là chảy tự do.

Hình 11   Sơ đồ xác định các thông số kỹ thuật của đập tràn thành mỏng

CHÚ THÍCH: Xác định hạ lưu là trạng thái chảy êm hay trạng thái chảy xiết như sau:

1. Trong trường hợp tổng quát: dùng lý thuyết về sự nối tiếp mặt nước giữa thượng và hạ lưu.

2. Trong trường hợp đặc biệt: Khi mặt cắt ngang của lòng dẫn ở hạ lưu là hình chữ nhật và chiều rộng của nó bằng chiều rộng của đập, nếu độ chênh tương đối:

thì ở hạ lưu ngay gần đập sẽ có trạng thái chảy xiết.

Trong công thức nói trên là trị số tới hạn của độ chênh nói trên, có thể căn cứ vào trị số để xác định độ chênh tương đối tới hạn nói trên theo biểu đồ ở Hình 12.

Hình 12 Xác định độ chênh tương đối tới hạn của đập tràn thành mỏng

Ngoài ra có thể xác định độ chênh tương đối tới hạn của đập tràn thành mỏng theo Bảng 1 sau đây:

Bảng 1 Độ chênh tương đối tới hạn của đập tràn thành mỏng

5.2.1.2. Đập tràn không ngập, không có co hẹp bên, chảy tự do gọi là đập tiêu chuẩn. Điều kiện tiêu chuẩn là đập tràn thành mỏng khi chiều rộng của đập tràn phải thỏa mãn điều kiện:

δ < 0,5H                                                                                   (8)

Với H là cột nước trên đỉnh tràn. Lưu lượng chảy qua đập tràn loại này được tính theo công thức:

Trong đó

m_otc là hệ số lưu lượng của đập tiêu chuẩn.

Trong trường hợp P₁ ≥ 0,5H và H ≥ 0,10m thì m_otc được xác định theo công thức sau:

CHÚ THÍCH: Khi thiết kế kỹ thuật các công trình cấp I , II nếu H ≥ P1 ≥ 0,5H thì trị số tìm được theo công thức

(10) phải được chính xác hóa bằng thí nghiệm trong phòng.

5.2.1.3. Đối với đập tiêu chuẩn, nếu 0,1 ≤ ≤ 0,5 thì hình dạng đường biên mặt cắt dọc của lưỡi nước tràn phải vẽ theo các trị số tọa độ ghi trong Bảng 2.

Bảng 2 Trị số tọa độ tương đối  và của mép trên và mép dưới lưỡi nước tràn của đập tiêu chuẩn (khi 0,1 ≤ £ 0,5).

Hình 13 - Vị trí trục tọa độ X và Y của các điểm ở mép lưỡi nước tràn

CHÚ THÍCH:

1. Khi tính tọa độ x và y của các điểm ở mép trên và mép dưới lưỡi nước tràn phải nhân các trị số ghi trong bảng trên với cột nước H đã biết. Vị trí trục tọa độ X và Y xem Hình 13.

Khi gặp trường hợp 0,5 ≤  ≤ 1,3 (khác với điều kiện lập bảng) thì mép dưới của lưỡi nước sẽ thấp hơn mép dưới tính được theo bảng 1 một khoảng ≤ 0,02H; mép trên của lưỡi nước sẽ cao hơn mép trên tính theo Bảng 2 một khoảng ≤ 0,015H.

5.2.1.4. Trường hợp dòng chảy tự do, đập tràn không ngập có co hẹp bên, tính theo công thức:

Trong đó: m₀ là hệ số lưu lượng, khi P₁ ≥ 0,5H; H ≥ 0,1m; £ 1,0 thì m₀ phải tính theo công

Trong các công thức trên các trị số b; B_t và H đều tính bằng m.

CHÚ THÍCH:

1. Trị số A₁ và A₂ tính theo công thức (12) và (13) ghi trong Bảng C.1 và C.2 Phụ lục C.

2.Khi thiết kế kỹ thuật công trình cấp I và II, nếu H ≥ P₁ ≥ 0,5H và 0,2 ≥ H ≥ 0,1m thì m₀ tính theo công thức (12) phải được chính xác hóa trong phòng thí nghiệm.

3. Khi b = B_t thì m₀ tính theo công thức (10).

5.2.2. Trường hợp chảy không tự do:

5.2.2.1. Dòng chảy không tự do có thể chia làm 2 trường hợp:

1) Cùng thỏa mãn điều kiện 1 và 2 đã nêu ở 5.2.1.1, lúc đó mực nước hạ lưu ở ngay gần đập tràn cao hơn đỉnh đập.

2) Không thỏa mãn 2 điều kiện trên cùng một lúc hoặc 1 trong 2 điều kiện đó không được thỏa mãn, lúc đó mực nước hạ lưu gần đập tràn thấp hơn đỉnh đập.

5.2.2.2. Mực nước hạ lưu gần đập tràn thấp hơn đỉnh đập:

1) Lưỡi nước bị ép và khoảng không dưới lưỡi nước không chứa đầy nước (Hình 14). Đặc điểm của lưỡi nước này là ở phía dưới có khoảng chân không, có tác dụng kéo lưỡi nước tiến gần về phía thành đập và mặt nước dưới lưỡi nước cũng theo đó mà dâng cao lên, nhưng khoảng không dưới lưỡi nước tràn không bị nước vào đầy, phần trên của nó vẫn còn không khí.

2) Lưỡi nước bị ép và khoảng không dưới lưỡi nước chứa đầy nước (Hình 15). Trường hợp này so với trường hợp nói trên khác nhau ở chỗ không khí ở dưới lưỡi nước bị nước chảy cuốn theo và toàn bộ khoảng không dưới lưỡi nước tràn bị nước chảy cuốn theo và toàn bộ khoảng không dưới lưỡi nước chứa đầy nước.

3) Lưỡi nước dính sát (Hình 16). Trong trường hợp này, lưỡi nước tràn dính sát vào thành đập.

Hình 14 - Lưỡi nước bị ép nhưng khoảng không phía dưới có chứa không khí

Hình 15 - Lưỡi nước bị ép nhưng khoảng không phía dưới có chứa đầy nước

Hình 16 - Lưỡi nước dính sát

5.2.2.3. Đối với đập tràn không co hẹp bên, nếu không khí hoàn toàn không thể lọt vào dưới lưỡi nước tràn thì xảy ra các trường hợp sau:

5.2.2.3.1. Nếu H > 0,4P thì luôn luôn có lưỡi nước bị ép, khoảng không dưới lưỡi  nước chứa đầy nước (loại che lấp hoặc loại hiện rõ, Hình 15).

5.2.2.3.2. Nếu H < 0,4P thì:

1) Nếu h_H > P - H sẽ sinh ra lưỡi nước bị ép kiểu che lấp, khoảng không dưới lưỡi nước chứa đầy nước (trong trường hợp này, không thể sinh ra kiểu hiện rõ, Hình 15).

2) Nếu h_H < P - H sẽ sinh ra lưỡi nước bị ép, khoảng không dưới lưỡi nước không bị nước vào đầy (kiểu hiện rõ hoặc kiểu che kín, Hình 14) hoặc là lưỡi nước dính sát thành đập (dòng chảy kiểu hiện rõ hoặc che lấp, Hình 16).

Vấn đề dạng lưỡi nước tràn đề cập tại mục 1 và 2 phải được giải quyết theo chú thích của 5.2.1.1

5.2.2.4. Đối với đập tràn không có co hẹp bên, lưỡi nước bị ép và khoảng không dưới lưỡi nước chứa đầy nước.

Khi 1,9 >  > 0,15 thì lưu lượng phải tính theo công thức 11. Hệ số m₀ tính theo các công thức dưới đây:

5.2.2.4.1. Trường hợp nước kiểu hiện rõ (khi đập tràn không phải là đập ngập):

5.2.2.4.2. Trường hợp lưỡi nước bị che lấp (khi đập tràn là đập ngập)

Trong đó m_otc là hệ số lưu lượng của đập tiêu chuẩn (5.2.1.2). Đập tiêu chuẩn này với đập tràn đang đề cập ở đây có cùng một trị số H và P.

CHÚ THÍCH: Trị số của m₀ tính theo công thức (15) khi H = 0,4P; (m₀)_max = 1,2m_otc.

5.2.2.5. Khi mực nước ở hạ lưu gần ngay đập tràn cao hơn đỉnh đập thì phải chia làm 2 trường hợp: chảy đáy và chảy mặt để xét. Trường hợp chảy đáy, sau khi chảy qua đỉnh đập, lưỡi nước rót xuống dưới đáy (Hình 16); trường hợp chảy mặt, sau khi chảy qua đỉnh đập, lưới nước sẽ trườn theo mặt nước hạ lưu (Hình 17).

1) Khi  ≤ 0,15 bao giờ cũng sẽ có chế độ chảy mặt.

2) Khi  ≥ 0,30 bao giờ cũng sẽ có chế độ chảy đáy.

3) Khi 0,15 <  < 0,30 có thể sinh ra chế độ chảy mặt, cũng có thể sinh ra chế độ chảy đáy và dòng chảy trong trường hợp này là không ổn định.

Hình 17 - Đập tràn thành mỏng chữ nhật chảy ngập có chế độ không ổn định

5.2.3. Trường hợp đập chảy ngập (Mực nước hạ lưu ngay gần đập tràn cao hơn đỉnh đập)

Hình 18 - Đập tràn thành mỏng chảy ngập

Nếu mực nước hạ lưu gần ngay đập tràn cao hơn đỉnh đập, đồng thời nước ở hạ lưu hoàn toàn không thể luồn vào khoảng không dưới lưỡi nước tràn thì đập coi như bị ngập. Loại đập ngập này dù trong trường hợp chảy đáy hoặc chảy mặt đều tính theo công thức (11), hệ số lưu lượng lấy là:

Trong đó:

m_otc được xác định theo công thức (10).

σ_n là hệ số ngập, trong trường hợp 0,15 ≤  ≤ 1,90 và 0 ≤  ≤ 1, 60 thì σ_n được xác định theo công thức sau:

CHÚ THÍCH:

1. Trong Bảng C.3 đã tính sẵn các trị số σ_n tính theo công thức (3.14) tùy thuộc vào trị số  và  

2. Trong trường hợp 0,15 ≤  ≤ 0,25 và 0 ≤  ≤ 0,03 trị số σ_n tìm được theo công thức (18) lớn hơn thực tế từ 3 % đến 5 %. Do đó trị số σ_n tìm được theo  và phải nhân thêm hệ số 0,96.

5.3. Đập tràn thành mỏng nằm nghiêng (mặt cắt ngang hình chữ nhật)

Trong trường hợp không khí có thể vào tự do phía dưới lưỡi nước tràn và tường đập lại nghiêng thì lưu lượng chảy qua đập tràn không ngập, không co hẹp bên, phải tính theo công thức dưới đây:

Q = k.Q_H                                                                                               (19)

Trong đó:

Q_H là lưu lượng tìm bằng cách thay các trị số cho trước H, P, b của đập nghiêng vào trong công thức (9) để tính ra.

k là hệ số hiệu chỉnh, xác định phụ thuộc vào tỷ số  (Hình 19 và 20) theo Bảng 3.

CHÚ THÍCH: Điều kiện không ngập của đập tràn thành mỏng nằm nghiêng phải lấy theo 5.2.1.

Bảng 3 - Hệ số hiệu chỉnh k xét tới ảnh hưởng của độ nghiêng thành mỏng đối với trị số lưu lượng

Hình 19 - Đập tràn thành mỏng nằm nghiêng về phía thượng lưu

Hình 20 − Đập tràn thành mỏng nằm nghiêng về phía hạ lưu

5.4. Đập tràn thành mỏng có dạng mặt cắt đặc biệt

5.4.1. Đập tràn thành mỏng có mặt cắt ngang là hình thang

Hình 21                                                                        Hình 22

Công thức chung của dạng mặt cắt này là:

Trong đó: m = 0,42 + 0,1n - 0,34θ; θ = nH/b (ở đây n = cotgβ), góc β xem trên Hình 21

Hoặc có thể áp dụng công thức:

Trong đó m = 0,55 - 0,24

Cột nước giới hạn tính toán theo công thức:

H_min = 0,15b/n.

H_max = 0,45b/n.

Khi góc a = 14^o (Hình 22), trong trường hợp này lấy giá trị m là hằng số m = 0,42. Công thức tính toán như sau: Q = mbH^3/2 trong đó m = 1,86 m/s^0,5.

5.4.2. Đập tràn thành mỏng có mặt cắt ngang là hình tam giác

Hình 23

Lưu lượng qua tràn có mặt cắt ngang là hình tam giác tính theo công thức:

Khi a = 90^o và m= 0,4, khi đó lưu lượng qua tràn có mặt cắt ngang là hình tam giác tính theo công thức sau: Q = 1,4H^5/2. (Hình 23)

6. Đập tràn chính diện đỉnh rộng hình chữ nhật

6.1. Định nghĩa, nguyên tắc và sơ đồ tính

6.1.1. Đập tràn đỉnh rộng hình chữ nhật là đập tràn có: chiều cao bất kỳ, ngưỡng tràn nằm ngang, mép thượng lưu và hạ lưu của ngưỡng tràn có hình dạng tùy ý và chiều rộng của ngưỡng tràn nằm ngang phải thỏa mãn điều kiện sau:

(từ 2 đến 3).H ≤ d ≤ (từ 8 đến 10).H                                                                    (23)

Khi hệ số lưu lượng của đập tràn (xem 3.7) m = 0,30 thì hệ số trong ngoặc ở vế bên phải bất đẳng thức (23) lấy bằng 10; khi m = 0,38 thì lấy bằng 8.

CHÚ THÍCH: nếu d lớn hơn trị số lớn nhất ở vế phải của bất đẳng thức (23) thì đập tràn được tính như sau:

+ Tính toán khả năng tháo của tràn được xem như tính toán kênh hở (không áp), thay đổi dần (vẽ đường mặt nước trong kênh để xác định các tổn thất).

+ Tính toán như đập tràn đỉnh rộng chảy ngập (với mực nước sau cửa vào được tính dẫn từ hạ lưu ngược về thượng lưu - xem sơ đồ Hình 24).

Hình 24 − Sơ đồ đập tràn đỉnh rộng có ảnh hưởng của kênh hạ lưu khi không thỏa mãn công thức (23)

6.1.2. Sơ đồ tính toán của đường mặt nước tự do đối với đập tràn đỉnh rộng phải lấy như sau:

6.1.2.1. Trong trường hợp đập tràn không ngập, như trong Hình 25 a) hoặc 25 b).

Trong Hình 25 và 26 có những ký hiệu dưới đây (ở Điều 3 chưa đề cập đến):

h_k độ sâu phân giới (độ sâu tới hạn) đối với kênh tràn hình chữ nhật, tính theo công thức dưới đây:

Trong đó: q là lưu lượng đơn vị tính bằng:

Trường hợp đập không ngập, h_k tính theo công thức dưới đây:

Trong đó:

Hình 25 - Sơ đồ chảy của đập tràn đỉnh rộng không ngập (a và b) và dạng quá độ của mặt tự do (c)(L_T, L_H, d₁ và d₃ trong hình không vẽ theo tỷ lệ)

Hình 26 - Sơ đồ chảy của đập đỉnh rộng chảy ngập (L_T, L_H, d₁ và d₃ trong hình vẽ không theo tỷ lệ)

CHÚ THÍCH:

1) Trong trường hợp đập tràn không ngập (Hình 25) khi chiều sâu hn lớn hơn 0,7H₀ thì có thể sinh ra dạng quá độ của đường mặt nước tự do, đặc trưng của nó là ở trên ngưỡng đập sẽ xuất hiện sóng đứng (Hình 25c).

2) Nếu đập tràn là đập có co hẹp bên thì trên ngưỡng đập cũng sẽ có sóng đứng (trên mặt phẳng thì những sóng này xiên).

6.1.3. Đối với đập tràn đỉnh rộng thì chiều dài của đoạn dẫn nước vào phải lấy như sau:

6.1.3.1. Nếu phía trước mép vào của đập tràn không có đoạn hướng nước vào, có dạng cấu tạo riêng hoặc tuy có nhưng chiều dài của nó không lớn hơn (từ 3H đến 5H) và doạn này được tạo thành bởi các mặt cắt thượng lưu của các mố biên và mặt thượng lưu của ngưỡng đập có hướng nghiêng thì chiều dài của đoạn dẫn nước vào xác định theo công thức (5).

6.1.3.2. Nếu chiều dài của đoạn hướng nước bằng (từ 3H đến 5H) đến (từ 15H đến 20H) thì chiều dài của đoạn dẫn nước (L_T) có thể lấy bằng chiều dài của đoạn này (tức là mặt cắt T-T xác định tại chỗ bắt đầu của đoạn hướng nước vào).

6.1.3.3. Nếu chiều dài của đoạn hướng nước vào lớn hơn (từ 15H đến 20H) thì chiều dài L_T bằng:

L_T = từ 15H đến 20H                                                                  (28)

Hình 27 - Đường cong dùng để xác định giới hạn ngập của đập đỉnh rộng
(Theo công thức của P.P Tru-ga-ép )

6.1.4. Nếu h_n ≥ nH₀                                                                     (29)

thì đập tràn đỉnh rộng được coi là bị ngập (Hình 25). Trong công thức trên n là hệ số (gọi là chỉ số ngập) có trị số nằm trong phạm vi dưới đây:

0,75 ≤ n ≤ (0,83 đến 0,87)                                                           (30)

Dùng biểu đồ trên Hình 27 để xác định trị số chính xác của n, hệ số này phụ thuộc vào hệ số lưu lượng m, (xem 6.2.2) và hệ số mở rộng dòng chảy khi chảy ra hạ lưu n_H; trị số n_H tính theo công thức sau đây:

trong đó W_H là diện tích mặt cắt ướt ở hạ lưu, đo tại mặt cắt H-H (xem hình 26).

Nếu không thỏa mãn điều kiện đã nêu trong công thức (29) thì đập tràn được coi là đập không ngập (Hình 25).

CHÚ THÍCH: Trong trường hợp n_H < 0,05 hoặc n_H > 0,98 thì trị số n lấy bằng 0,75.

6.1.5. Trong mọi trường hợp nếu đập tràn đỉnh rộng thỏa mãn được bất đẳng thức dưới đây thì sẽ không xét tới lưu tốc tới gần (V₀):

W_T > 4(b.H)                                                                                           (32)

Trong đó W_T - là diện tích mặt cắt ướt ở thượng lưu đo tại mặt cắt T-T, khi đó lấy:

H₀ = H : Z_0T = Z_T                                                                                    (33)

6.2. Đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập

6.2.1. Đập tràn đỉnh rộng không ngập (Hình 25) tính theo công thức dưới đây:

Trong đó: m là hệ số lưu lượng, xác định theo 6.2.2.

Trong trường hợp riêng, thí dụ H, b đã định trước muốn tính lưu lượng Q cũng có thể áp dụng công thức dưới đây:

Trong đó: m₀ là hệ số lưu lượng có xét đến lưu tốc gần, hệ số này được xác định theo biểu đồ ở Hình 28 căn cứ vào hệ số lưu lượng m và hệ số co hẹp của dòng chảy khi đi vào kênh tràn:

Trong đó W_T giống như 6.1.5.

6.2.2. Khi lập nhiệm vụ thiết kế, cũng như tiến hành gần đúng lần thứ nhất (trường hợp tính bằng phương pháp thử dần) ở giai đoạn Dự án Đầu tư và thiết kế kỹ thuật hệ số lưu lượng của đập tràn đỉnh rộng phải lấy như sau:

6.2.2.1. Đối với các đập tràn có mép vào (nằm ngang hoặc thẳng đứng) vát tròn hoặc vát xiên (hình vẽ trong các bảng số 5; 6; 8 và 9) cũng như trong trường hợp các ngưỡng tràn và mố biên ở phía thượng lưu có hướng nghiêng hoặc vát (về phía hạ lưu) thì lấy m = 0,35.

6.2.2.2. Đối với những đập tràn đỉnh rộng có dạng khác thì lấy m= 0,32.

Khi thiết kế sơ bộ và kỹ thuật, trị số chính xác (cuối cùng) của m phải xác định theo phương pháp của Đ.I. Kumin.

Hình 28 - Các đường cong dùng để xác định hệ số lưu lượng có xét tới lưu tốc tới gần m₀ (theo công thức của Cu min)

6.2.2.2.1. Trường hợp đập tràn không có co hẹp bên (b = B_T) xác định m theo các Bảng 4; 5 và 6.

Trong 3 bảng này thì m sẽ biến đổi theo những yếu tố dưới đây:

a) Phụ thuộc vào chiều cao tương đối của đập so với thượng lưu, chiều cao tương đối đó là:

b) Phụ thuộc vào trị số đặc trưng cho hình dạng (trong mặt cắt thẳng đứng) mép vào của ngưỡng tràn (xem các sơ đồ ngưỡng tràn trong các bảng và các ký hiệu trên các sơ đồ đó).

6.2.2.2.2. Trường hợp đập không có ngưỡng (tức P₁ = 0), khi  ≤ 2,0 thì xác định m theo các Bảng từ 7 đến 9, trị số m ghi trong bảng thay đổi theo những yếu tố sau:

a) Phụ thuộc vào chiều rộng tương đối của ngưỡng tràn phía thượng lưu, chiều rộng tương đối đó là:

b) Phụ thuộc vào trị số đặc trưng cho hình dạng (trên mặt phẳng) của mép vào thẳng đứng của đập tràn (xem các sơ đồ trong các bảng và các ký hiệu kèm theo).

6.2.2.2.3. Trong trường hợp chung, khi:

thì trị số m (khi tỷ số  ≤ 2,0 ) xác định như sau:

a) Căn cứ vào hình dạng mép của ngưỡng tràn, trị số m tương ứng với h_T = ∞ tìm ở một trong 3 bảng: 4; 5 và 6 (ở hàng cuối cùng trong bảng) và biểu thị bằng m_h.

b) Căn cứ vào hình dạng mép các mặt vào hoặc mép thẳng đứng của các mố biên, tìm trị số m ứng với b_T = 0 ở một trong 3 bảng 7; 8 và 9 (hàng ngang đầu tiên trong bảng) và biểu thị bằng m_b.

c) Đem so sánh m_h và m_b đã tìm được ở các mục a và b nói trên, lúc đó:

- Nếu m_h ≤ m_b thì trị số m phải xác định theo công thức sau đây:

- Nếu m_h ≥ m_b thì trị số m phải xác định theo công thức sau đây:

Trong công thức (4.40) và (4.41):

CHÚ THÍCH:

1. Trong công thức (4.40) và (4.41) trị số F_h và F_b có thể coi bằng không khi h_T > h_ch và khi b_T < (b_T)_np. Trị số “cực hạn” h_ch và (b_T)_ch có thể căn cứ vào m_h và m_b tra tìm theo bảng 10 và 11.

2. Nếu hình dạng mép vào của đập tràn (gồm cả mép nằm ngang và mép thẳng đứng) không giống như trong các bảng 4 đến 9 thì trị số m phải được xác định bằng các suy luận theo các số liệu trong các bảng nói trên.

6.2.3. Nếu Q, H₀ và b đã biết thì chiều sâu h₁ ở mặt cắt 1-1 trên ngưỡng đập tràn không ngập phải xác định theo công thức:

Trong đó:

j là hệ số lưu tốc, trong trường hợp đập tràn không ngập j được xác định tùy thuộc vào trị số m tra ở Bảng 13.

Chiều sâu h₂ tại mặt cắt 2-2 lấy bằng:                 h₂ = h₁                           (45)

Hình 29 - Các đường cong dùng để xác định cột nước H₀ của đập đỉnh rộng không ngập và chiều sâu h₁ trên đỉnh đập

CHÚ THÍCH: Để giảm nhẹ việc tính toán có thể ứng dụng các đường cong tính toán trên hình 4-6 (xem đường cong biểu diễn K = f(m của biểu đồ này). Nếu m đã biết thì có thể dựa vào đường cong đó tìm được K rồi căn cứ vào công thức dưới đây tính h₁.

Cần chú ý, trong trường hợp đập tràn đỉnh rộng không ngập, chiều sâu h₁ bao giờ cũng ở trong phạm vi dưới đây:

Bảng 4 − Hệ số lưu lượng m của đập tràn đỉnh rộng không co hẹp bên (b = B_t). Dùng cho các trường hợp mặt thượng lưu đập tràn là nghiêng

Bảng 5 - Hệ số lưu lượng của đập tràn đỉnh rộng, không co hẹp bên (b = B_t). Dùng cho các trường hợp mặt thượng lưu của đập tràn là mặt thẳng đứng mép vào uốn cong

Bảng 6 − Hệ số lưu lượng m của đập tràn đỉnh rộng, không co hẹp bên (b = B_t). Dùng trong trường hợp mặt thượng lưu của đập là mặt thẳng đứng, mép vào vát xiên

Bảng 7 − Hệ số lưu lượng m của đập tràn không có ngưỡng (P₁ = 0). Dùng cho trường hợp mặt thượng lưu của các mố bên bố trí xiên so với hướng nước chảy

CHÚ THÍCH: Trị số m tương ứng với cotgθ_yc > 0 trong bảng, cũng nên dùng cho đoạn dẫn nước hình loa hợp bởi cánh gà của mố đập.

Bảng 8 − Hệ số lưu lượng m của đập tràn không có ngưỡng (P₁ = 0) dùng cho trường hợp mặt thượng lưu mố mố biên thẳng góc với hướng nước chảy với mép vào lượn tròn

Bảng 9 - Hệ số lưu lượng m của đập không có ngưỡng (P₁ = 0) dùng cho trường hợp mặt thượng lưu mố biên thẳng góc với hướng nước chảy, với mép vào vát xiên

Bảng 10 − Trị số cực hạn h_ch

Bảng 11 − Trị số cực hạn (b_T)_ch

Bảng 12 − Hệ số lưu tốc j của đập tràn đỉnh rộng không ngập

6.2.4. Khi vẽ đường mặt nước tự do của đập tràn không ngập thì phải căn cứ vào L_T, H, h₁ và h₂ tìm được theo 6.1.3; 6.2.1 và 6.2.3. Ngoài ra còn phải xét đến trị số của d1 và d3 dưới đây (Hình 25 và 26).

1. Khi h₁ > h_n thì: d1 = 2H; d₃ = H                                                                      (48)

2. Khi h₁ ≤ h_n thì: d₁ = 2H; d₃ = 0                                                                        (49)

CHÚ THÍCH: Độ vượt cao của sóng có thể nằm trên ngưỡng đập tràn nên lấy như sau: Đối với trường hợp chú thích 1 của 6.2 thì lấy bằng h_n.

Đối với trường hợp chú thích 2 của 6.2 thì lấy bằng 0,6H₀.

6.2.5. Khi căn cứ vào lưu lượng đã biết và lưu tốc bình quân V ở trên ngưỡng đập để tính toán đập tràn đỉnh rộng không ngập, thì ngoài tài liệu đã ghi ở các điều từ 6.2.1 đến 6.2.4 còn phải áp dụng những công thức sau đây:

Trong đó: f và k xác định theo đường cong vẽ trong Hình 29 phụ thuộc vào m.

6.2.6. Khi trên ngưỡng của đập tràn có nhiều mố trụ, trong trường hợp chiều rộng của đập tràn không ngập và bằng chiều rộng của lòng dẫn ở thượng lưu (B=B_T), thì lưu lượng chảy qua đập tràn phải tính theo công thức sau:

Trong đó:

B là chiều rộng của đập tràn, bằng khoảng cách giữa 2 mặt trong của tường biên:

B = Σb + Σd (xem Hình 4.30).

Σb là tổng chiều dài tràn nước của tất cả các khoang tràn.

Σd là tổng chiều dày của tất cả các mố trụ.

ε₀ là hệ số co hẹp ngang của đập tràn, do các mố trụ gây nên.

m là hệ số lưu lượng chọn theo 6.2.2. với nguyên tắc phải coi mỗi một khoang giữa 2 mố trụ là một đập tràn không ngập riêng rẽ và phải xét đến hình dạng của ngưỡng tràn và mép vào thẳng đứng của đập và mố trụ khi đó trị số b là:

CHÚ THÍCH:

1. Nếu trên đỉnh đập tràn có mố trụ thì trị số của chỉ số ngập n tìm được theo 6.1.4 phải tăng lên 5 %.

2.* Khi B < B_T thì cũng vẫn tính toán theo như những chỉ dẫn đã nêu ở trên, nhưng thay công thức (54) bằng công thức dưới đây:

Hình 30 - Sơ đồ xác định chiều rộng đập tràn

6.2.7. Nếu rất nhiều đập tràn không ngập được ngăn bởi nhiều mố trụ thì mỗi đập tràn đều phải căn cứ vào qui định ở các điều nói trên mà lần lượt tính toán.

Ngoài ra, còn phải áp dụng hệ thức về b_T và n_H dưới đây (hai hệ thức này dung để tìm ra m và n).

6.3. Đập tràn đỉnh rộng chảy ngập

6.3.1. Đập tràn đỉnh rộng chảy ngập (Hình 26) tính theo công thức dưới đây:

Trong đó:

h₁ là chiều sâu tại mặt cắt 1-1 xác định theo 6.3.2.

j_n là hệ số lưu tốc của đập chảy ngập tra theo Bảng 13 phụ thuộc vào m (6.2.2).

Bảng 13 − Hệ số lưu tốc j_n của đập tràn đỉnh rộng chảy ngập

(0,78* ứng với trường hợp < 0,85)

6.3.2. Trong công thức (56) chiều sâu h₁ trên ngưỡng đập lấy là:

h₁ = h₂                                                               (59)

h₂ tính theo công thức dưới đây:

h₁ = h₂ - Zhp                                                                  (60)

Trong đó: Z_hp là là chiều cao hồi phục, trị số của nó là:

Z_hp = xhp . h_k                                                                 (61)

x_hp là độ cao hồi phục tương đối xác định theo biểu đồ ở Hình 31 phụ thuộc vào hệ số mở rộng n_H khi dòng chảy đi xuống hạ lưu (xem công thức 31) và phụ thuộc vào độ ngập tương đối x_n.

Hình 31 - Đường cong xác định chiều cao hồi phục tương đối xhp của đập đỉnh rộng

Trị số ngập tương đối bằng:

CHÚ THÍCH: Khi lập nhiệm vụ thiết kế và khi tính toán gần đúng lần thứ nhất trong các giai đoạn Dự án đầu tư và thiết kế kỹ thuật (nếu dung phương pháp thử dần) thì không xét đến chiều cao hồi phục mà lấy:

h₁ = h₂ = h₀                                                                                (63)

6.3.3. Trong điều kiện đập ngập, khi xác định mặt nước tự do của dòng chảy, phải lấy các trị số L_T, H và h₁, h₂ theo qui định ở các điều 6.1.3; 6.3.1; 6.3.2 và d₁; d₃ xác định theo công thức (49).

Chiều dài đoạn nước ra L_H phải lấy là:

1/ Khi b >  B_H thì L_H = 3(B_H - b)                                               (64)

nhưng không được nhỏ hơn 6P.

2/ Khi b ≤ B_H thì L_H = 12b                                                       (65)

nhưng không được nhỏ hơn 6P.

CHÚ THÍCH: Nếu đập tràn có co hẹp ngang thì trị số độ vượt cao của sóng đứng có thể trên ngưỡng tràn (xem chú thích 2 của 6.1.2) phải lấy là h₀ + 0,1Z.

6.3.4. Khi tính đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, nếu căn cứ vào lưu lượng và lưu tốc trung bình V trên ngưỡng tràn đã biết, thì ngoài việc phải tuân theo những qui định của 6.3.1 đến 6.3.3 ra, còn phải sử dụng những công thức dưới đây:

Trong công thức j_n chọn theo Bảng 13 phụ thuộc vào m.

6.3.5. Nếu đập tràn đỉnh rộng chảy ngập có các mố trụ thì phải tính toán theo công thức dưới đây:

Σb là tổng chiều dài tràn nước của tất cả các khoang tràn.

Trong đó:

j_n, h₁ có thể tính theo trường hợp không có mố trụ (6.3.1 và 6.3.2)

j_g là hệ số phụ thêm của lưu tốc ε₀ ≥ 0,80 thì trị số của nó tính theo công thức:

j_g = 0,5ε₀ + 0,5                                                                                     (69)

Do ảnh hưởng của các mố trụ, hệ số co hẹp ngang của đập tràn ε₀ tính theo công thức (53).

CHÚ THÍCH:

1. Khi ε₀ > 0,96 thì không tính đến ảnh hưởng của mố trụ đối với dòng chảy.

Khi 0,8 < ε₀ < 0,86 và mép vào của mố trụ uốn tròn thì hệ số j_g tính được theo công thức (69) phải tăng thêm 2 %.

2. Các vấn đề ngập của đập tràn có mố trụ thì phải tính theo chú thích 1 của 6.2.6.

6.3.6. Khi có nhiều đập tràn chảy ngập ngăn cách bới các mố trụ thì mỗi đập tràn cần được tính riêng theo các điều đã qui định ở trên, trị số b_T và n_H xác định theo các công thức (56) và (57).

7. Đập tràn chính diện hình chữ nhật có mặt cắt thực dụng

7.1. Phân loại và nguyên tắc tính toán

Đập tràn có mặt cắt thực dụng chia làm 3 loại sau đây:

7.1.1. Đập tràn có chân không, có đặc trưng chung là ở đỉnh đập (hoặc ở gần đó) xuất hiện chân không.

7.1.2. Đập không có chân không, loại thông thường có đặc trưng chung là ở đỉnh đập (hay gần đó) có áp lực dương. Áp lực dương so với áp lực không khí chênh lệch rất nhỏ (cho nên trong thực tế, áp lực này thường lấy bằng áp lực không khí).

7.1.3. Đập tràn không có chân không và có đỉnh đập to, được đặc trưng là ở đỉnh đập và gần đó có áp lực dương, nhưng áp lực này lớn hơn so với áp lực không khí.

CHÚ THÍCH:

1. Với một đập tràn nhất định, tùy theo sự thay đổi của trị số H mà đập có lúc làm việc theo kiểu chân không; có lúc lại là kiểu không chân không và có khi giống đập đỉnh to.

2.* Cần phải chú ý phân biệt trường hợp chảy qua đập tràn, có đỉnh là “thành mỏng” (xem Điều 4), mặt thượng lưu và hạ lưu của đập không song song với nhau và không khí có thể tự do lọt xuống dưới làn nước tràn.

7.2. Công thức cơ bản

Đập có mặt cắt thực dụng, hoặc nhiều đập có mặt cắt thực dụng ngăn cách bởi những trụ, mà đỉnh đập cùng trên một cao độ, thì phải tính theo công thức dưới đây:

Trong đó:

Σb là tổng chiều dài tràn nước của tất các khoang tràn. Khi đập tràn chỉ có một khoang Σb = b.

s_n là hệ số ngập chọn theo 7.3.

ε là hệ số co hẹp ngang, chọn theo 7.4.

m là hệ số lưu lượng, chọn theo các điều 7.6.1 đến 7.9.3.

Trong trường hợp đặc biệt, khi tính lưu lượng Q theo H và b, thì thay công thức (70) bằng công thức dưới đây:

Trong đó: m₀ là hệ số lưu lượng đã xét đến lưu tốc tới gần.

Tích số (σ_n, ε, m₀) trong công thức (71) có thể căn cứ vào trị số của (σ_n, ε, m) và ν_T xác định theo biểu đồ Hình 28, nhưng lúc đó trục tung độ không phải là m mà là (σ_n, ε, m) và đường cong không phải là m₀ mà là (σ_n, ε, m₀).

Khi tính ν_T thì phải dùng công thức (36), nhưng b trong công thức phải thay bằng Σb.

CHÚ THÍCH:

1. Trong bất cứ trường hợp nào, nếu thỏa mãn bất đẳng thức:

(trong công thức W_T, là diện tích mặt cắt ướt đo tại mặt cắt T-T ở thượng lưu (mục 3 Hình 3) thì lưu tốc tới gần V₀ không cần tính và lấy:

H₀ = H; m₀ = m                                                                          (73)

2. Nếu hệ số lưu lượng m của đập nào đó chưa được qui định trong mục 7.1 thì phải xác định theo các số liệu ghi trong 7.5 đến 7.8.

Trong trường hợp cần phải chính xác Q với với độ chính xác cao hơn 10 % thì kết quả tính toán phải được chính xác hóa bằng các thí nghiệm trong phòng.

7.3. Hệ số ngập s_n

7.3.1. Trị số của hệ số ngập s_n trong công thức (70) và (71) phải lấy như sau.

7.3.2. Nếu dòng chảy ở hạ lưu ngay sát đập có trạng thái chảy xiết (chủ yếu do nước nhảy xa tạo thành) thì đập tràn này luôn luôn là đập không ngập, có hệ số ngập s_n =1.

7.3.3. Nếu dòng chảy ở hạ lưu ngay sát đập có trạng thái chảy êm (chủ yếu do nước nhảy ngập tạo thành) thì đập tràn này cũng có thể là đập tràn không ngập, hoặc là đập tràn ngập, trong trường hợp đó, trị số s_n phụ thuộc vào tỷ số đã xác định (định nghĩa của h_n xem mục 3).

Đồng thời:

a) Nếu đập tràn thuộc loại chân không và đỉnh của nó là hình elíp (xem Phụ lục A) thì trị số s_n phải xác định theo đường cong kinh nghiệm ở Hình 32;

b) Nếu đập tràn thuộc loại không chân không Cơ-ri-ghe Ô-phi-xê-rốp (Xem Phụ B) thì s_n xác định theo Bảng 14, đối với loại đập này, khi  ≤ 0 , thì đập tràn là đập không ngập, hệ số ngập σ_n = 1,0.

Hình 32 - Đồ thị xác định hệ số ngập σ_n

CHÚ DẪN:

1- Đập có chân không;

2- Đập không chân không;

3- Đập tràn đỉnh rộng

Bảng 14 - Hệ số ngập s_n của đập không chân không Cơ-ri-ghe Ô-phi-xê-rốp

CHÚ THÍCH:

1. Trong trường hợp σ_n < 1,0 (xem 7.3): nếu yêu cầu độ chính xác của trị số σ_n tính toán cao hơn 10 % (khi  < 0,7) hoặc cao hơn 30 % (khi ≥ 0,7) thì vấn đề ngập của đập phải chính xác hóa bằng các thí nghiệm trong phòng. Chỉ đối với đập không có chân không Cơ-ri-ghe Ô-phi-xê-rôp có < 0,70 thì mới không cần chính xác hóa thêm bằng các thí nghiệm trong phòng.

2. Ở hạ lưu của đập có sinh ra nước nhảy hay không (quan hệ đến việc xác định trạng thái dòng chảy ở hạ lưu) được giải quyết theo chú thích của 5.2.1.1, nhưng lúc đó không dùng đến đường biểu diễn trên biểu đồ Hình 12 mà dùng biểu đồ hình 5.2. Trên biểu đồ này mỗi đường cong tương ứng với một trị số của hệ số lưu lượng khác nhau (m).

Hình 33 - Các đường cong để xác định độ chênh tương đối tới hạn của đập thực dụng

7.4. Hệ số co hẹp ngang ε

7.4.1. Khi xác định hệ số co hẹp ngang ε trong công thức (70) và (71), phải tuân theo những qui định dưới đây:

7.4.1.1. Khi ≤ 1,0                                                                (75)

thì hệ số ε xác định như sau:

a) Đập tràn chỉ có một khoang (không có mố trụ):

trong đó:

x_k. là hệ số giảm lưu lượng do ảnh hưởng của hình dạng mép vào tường biên; xác định theo Hình 34. Trên Hình 34 đã nêu lên 3 trị số x_k của 3 loại mép vào của tường biên có hình dạng khác nhau.

Hình 34 - Các loại mép vào của tường biên

b) Đập tràn có nhiều khoang giống nhau được ngăn cách bởi những mố trụ có hình dạng như nhau (chiều dày là d) và đồng thời thỏa mãn 2 điều kiện dưới đây:

(trong công thức, Σd là tổng số chiều dày của tất cả các mố trụ) thì hệ số ε quyết định theo công thức dưới đây:

trong đó:

n là số khoang tràn.

x₀ là hệ số giảm lưu lượng do ảnh hưởng của hình dạng của mố trụ trên mặt bằng (Hình 35 và 36) và vị trí tương đối giữa mặt giáp nước hoặc cạnh giáp nước của các mố trụ với mặt thượng lưu của đập (Hình 37).

Khi < 0,75 , trị số x₀ lấy theo Bảng 15

Khi ≥ 0,75 , trị số x₀ lấy theo Bảng 16.

Hình 35 - Hình dạng cửa vào mố trụ

Hình 36 - Mặt bằng mố trụ

c) Khi mố trụ có hình dạng như nhau chia đập thành nhiều khoang giống nhau, nhưng nếu một trong hai điều kiện của hệ thức (77) không thỏa mãn thì hệ số ε vẫn xác định theo công thức (76) nhưng x_k trong công thức (78) phải thay bằng x₀ cho phù hợp với hình dạng của mố trụ trên mặt bằng (xem Bảng 15 và 16).

Hình 37 - Vị trí tương đối mặt giáp nước của mố trụ với mặt thượng lưu đập

Bảng 15 - Hệ số giảm lưu lượng ξ0 khi < 0,75

Bảng 16 - Hệ số giảm lưu lượng x₀ khi < 0,75

7.4.1.2. Khi                                                                                     (79)

Hệ số ε vẫn tính toán như trường hợp ≤ 1,0 nói trên, tức là dùng công thức (76) hoặc (78), hoặc lấy x₀ thay cho x_k sau đó dùng công thức (78) - (xem Hình 35a, 35b, 35c và 36a, 36b, 36c ở trên) nhưng trong công thức đó phải lấy tỷ số  = 1,0 (bất luận trị số thực của nó là bao nhiêu).

CHÚ THÍCH 1: Khi đập chỉ mở một vài cửa thì hệ số co hẹp ngang vẫn phải tính như trên, nhưng phải xem mố trụ ở hai bên khoang tràn có cửa mở như tường biên của đập (tường biên này có trị số x₀ riêng).

CHÚ THÍCH 2: Khi đỉnh đập có nhiều mố trụ (xem 7.2) thì trị số ε tìm được (tính ra theo trường hợp không có mố trụ) phải giảm bớt đi 5 % đến 10 %.

CHÚ THÍCH 3: Khi cần xác định ε với độ chính xác cao hơn 10 %, thì vấn đề co hẹp bên phải được chính xác hóa bằng các thí nghiệm trong phòng.

Có thể tính toán hệ số co hẹp bên ε theo công thức sau:

Trong đó:

K_b là hệ số xét đến co hẹp bên của dòng chảy được xác định theo công thức:

B_T’ là chiều rộng tính toán ở thượng lưu được xác định theo trung bình số học của chiều rộng ở thượng lưu (nằm trong phạm vi giữa MNDBT và cao trình ngưỡng tràn). Khi có nhiều khoang cửa thì B_T’ được xác định chi tiết đối với mỗi khoang cửa theo phương pháp phân đoạn (xem Hình 38)

K_r1 và K_r2 hệ số có xét đến các mố trụ nhỏ và được tính toán theo công thức:

K_l là hệ số xét đến sự nhô về (kéo dài ra) mặt thượng lưu của các trụ hoặc các mố ở thượng lưu một khoảng cách l₀ từ đập tràn (Xem Hình 37):

Trong đó: V_l là vận tốc trung bình trên phần mặt thượng lưu của mố dài ∆L_i; L = là chiều dài xác định trên Hình 37 (L = L_AB + L_BC)

Hình 38 - Sơ đồ xác định chiều rộng tính toán ở thượng lưu khi có nhiều cửa

7.5. Hệ số lưu lượng m của đập chân không, đỉnh elíp (ellipse) (xem phụ lục A) phải tra theo bảng 17 phụ thuộc vào đại lượng và

Trong đó: r_f là bán kính giả định của đỉnh đập.

 là tỷ số giữa trục dài với trục ngắn của hình elíp ở đỉnh đập (xem phụ lục A).

Bảng 17 - Hệ số lưu lượng m của đập chân không, đỉnh elíp

Hình 39 - Mặt cắt đập không chân không Cơ-ri-ghe Ô-phi-xê-rốp

Hình 40 - Các kiểu hình dạng đập không chân không Cơ-ri-ghe Ô-phi-xê-rốp

7.6. Hệ số lưu lượng m của đập không chân không Cơ-ri-ghe Ô-phi-xê-rốp

7.6.1. Khi P1 ≥ 3H, hệ số lưu lượng m của đập không chân không này (xem Phụ lục B và Hình 39 đối với trường hợp tổng quát, hoặc Hình 40 đối với trường hợp đặc biệt) phải tính theo công thức sau:

trong đó:

mr  là hệ số lưu lượng dẫn xuất, m_r = 0,504                   (82)

σ_f là hệ số hình dạng lấy theo Bảng 17, phụ thuộc vào các đại lượng a_T, a_H và (Hình 39 và Hình 40).

σ_H là độ chênh cột nước, lấy theo bảng 19, phụ thuộc vào α_T và . Ở đây H_đh là cột nước định hình mặt cắt, tức là cột nước dùng để vẽ đoạn cong chủ yếu C-D của đập (xem Phụ lục B).

Bảng 18 - Hệ số; hình dạng σ_f của đập tràn không chân không Cơ-ri-ghe Ô-fi-xê-rốp

CHÚ THÍCH: Khi a_H > 60^o trị số σ_f vẫn lấy theo trường hợp a_H = 60^o.