Nghiên cứu cải tiến mố tiêu năng sau cống vùng triều có khẩu diện lớn – áp dụng cho trường hợp cống Thủ Bộ

Nghiên cứu này ứng dụng công cụ mô hình toán Flow-3D khảo sát dòng chảy qua cống vùng triều. Qua việc phân tích kết quả khảo sát, tác giả tiến hành cải tiến hình dạng mố nhám thông thường và đề xuất loại mố nhám chữ V với các ưu điểm nổi bật về thủy lực, mức độ tiêu tán năng lượng và giảm khối lượng xây dựng so với các mố nhám tiêu chuẩn. Nghiên cứu được áp dụng thực tế cho công trình cống Thủ Bộ - một công trình thuộc hệ thống công trình ngăn triều phục vụ chống ngập cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu cải tiến mố tiêu năng sau cống vùng triều có khẩu diện lớn – áp dụng cho trường hợp cống Thủ Bộ NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN MỐ TIÊU NĂNG SAU CỐNG VÙNG TRIỀU CÓ KHẨU DIỆN LỚN – ÁP DỤNG CHO TRƯỜNG HỢP CỐNG THỦ BỘ Phạm Văn Song1 Tóm tắt: Với những cống vùng triều có khẩu diện lớn các mố nhám tiêu năng được thiết kế đặt trong bể tiêu năng nhằm tăng cường khả năng tiêu tán năng lượng trong bể. Việc thiết kế mố nhám tiêu năng làm tăng chi phí xây dựng công trình lên khá lớn. Mặt khác, với những cống có cột nước lớn, cửa van phẳng hoặc cửa van cung với thời gian đóng mở tương đối lớn, dòng chảy qua cửa van khi đóng/mở cũng là yếu tố gây xói lở hạ lưu cống. Chính vì vậy các mố tiêu năng trong bể đóng vai trò hết sức quan trọng cho việc tiêu tán năng lượng trong bể. Nghiên cứu này ứng dụng công cụ mô hình toán Flow-3D khảo sát dòng chảy qua cống vùng triều. Qua việc phân tích kết quả khảo sát, chúng tôi tiến hành cải tiến hình dạng mố nhám thông thường và đề xuất loại mố nhám chữ V với các ưu điểm nổi bật về thủy lực, mức độ tiêu tán năng lượng và giảm khối lượng xây dựng so với các mố nhám tiêu chuẩn. Nghiên cứu được áp dụng thực tế cho công trình cống Thủ Bộ - một công trình thuộc hệ thống công trình ngăn triều phục vụ chống ngập cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh. Từ khóa: Cống vùng triều, mô hình toán, mô hình vật lý, Flow-3D. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ1 xấu, chủ yếu là đất sét mềm yếu kém chặt (đôi Cống lộ thiên là một hạng mục công trình khi có xen kẹp lăng trụ cát hạt mịn) nên khả thủy lợi quan trọng phục vụ phát triển dân sinh năng chống xói của đất với dòng chảy rất thấp. kinh tế. Thông thường, cống lộ thiên là dạng Đối với những cống vùng triều loại này đã có cống qua đê và nằm trong vùng chịu ảnh hưởng nhiều các nghiên cứu về tiêu năng phòng xói của thủy triều. Ngoài nhiệm vụ lấy nước phục cho cống cả về lý thuyết và thực nghiệm. Tiêu vụ tưới, tiêu thoát nước phục vụ phát triển sản biểu cho các nghiên cứu này là những nghiên xuất nông nghiệp, cống còn có thể làm nhiệm cứu về kết cấu tiêu năng phòng xói của Viện vụ ngăn triều từ biển chống ngập úng cho vùng khoa học Thủy lợi miền Nam ([6], [7]), Công ty sản xuất và dân cư bên trong đồng. Ở Việt nam, tư vấn xây dựng Thủy lợi 2 ([11]), Phòng thí cống vùng triều tập trung tại các vùng thuộc nghiệm quốc gia về động lực học sông biển – đồng bằng châu thổ các sông lớn như sông Viện khoa học Thủy lợi Việt nam ([1], [2], [5]), Hồng, sông Cửu Long (sông Mê Công), sông Trường Đại học Thủy lợi ([3], [4]). Kết quả Sài Gòn. Cống vùng triều khu vực ĐBSCL và nghiên cứu đã định ra được kết cấu tiêu năng TpHCM có đặc thù khác với cống vùng khác là dạng chuẩn cho các cống vùng triều cột nước (1) ảnh hưởng thủy triều nên diễn biến chế độ thấp bao gồm: bể tiêu năng, hệ thống các thủy lực dòng chảy qua cống rất phức tạp; (2) ngưỡng tản dòng, hệ thống sân sau và hố phòng cống đặt trên nền đất yếu có tính chất cơ lý rất xói. Những kết quả nghiên cứu này đã ứng dụng khá tốt đối với rất nhiều các cống vùng triều 1 Cơ sở 2 - Trường Đại học Thủy lợi. vùng ĐBSCL KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 46 (9/2014) 19  Với những cống làm nhiệm vụ ngăn triều bể để dòng chảy không gây nguy hiểm cho công chống ngập úng trong dự án chống ngập khu trình. Thông thường trong bể tiêu năng, người ta vực Thành phố Hồ Chí Minh là những cống có sử dụng các thành phần bao gồm mố phóng khẩu diện lớn (thông thường là khoảng 40m như (chute block), mố nhám (baffle block) và tường cống Thủ Bộ) trong bể tiêu năng thiết kế đặt các tiêu năng (endsill), những thành phần này được mố nhám tiêu năng làm nhiệm vụ tăng cường sử dụng để tạo ra các xáo trộn trong bể, tiêu tán khả năng tiêu tán năng lượng trong bể. Việc năng lượng của dòng chảy. thiết kế mố nhám tiêu năng làm tăng chi phí xây Các tài liệu về thủy lực ([8], [9]) và kết quả dựng công trình lên khá lớn. Mặt khác, với thực nghiệm trên mô hình vật lý đã chỉ ra rằng những cống này do cột nước lớn, cửa van thông các hình thức, kích thước của thiết bị tiêu năng thường là dạng cửa van phẳng hoặc cửa van phụ thuộc vào trạng thái chảy và dạng nước cung với thời gian đóng mở tương đối lớn, dòng nhảy sau công trình. Hình thức nước nhảy và chảy qua trong thời gian đóng/mở cửa van cũng đặc tính dòng chảy qua công trình liên quan tới là yếu tố quan trọng gây xói lở hạ lưu cống. thông số động năng của dòng chảy Fr2 = v2/gd Chính vì vậy các mố tiêu năng trong bể đóng (v là vận tốc dòng chảy; g là gia tốc trọng vai trò hết sức quan trọng cho việc tiêu tán năng trường, d là độ sâu dòng chảy tại mặt cắt trước lượng trong bể. nước nhảy, Fr số Froud). Theo tài liệu của Nghiên cứu này ứng dụng công cụ mô hình USBR (United States Department of Interior, toán 3 chiều mô phỏng dòng chảy qua cống Bureau of Reclamation) [9] các dạng bể tiêu vùng triều. Qua việc phân tích kết quả mô năng có thể được phân loại theo số Fr như sau: phỏng, chúng tôi tiến hành cải tiến hình dạng - Trường hợp 1.7 < Fr < 2.5: Dòng chảy khu mố nhám thông thường và đề xuất loại mố nhám vực bể tiêu năng sẽ là dạng tiền nước nhảy chữ V. Hình dạng mố nhám này có các ưu điểm (prejump stage). Bể tiêu năng được thiết kế là nổi bật về chế độ thủy lực, hiệu quả tiêu tán loại I không bao gồm mố nhám, tường tiêu năng. năng lượng và giảm khối lượng xây dựng so với - Trường hợp 2.5 < Fr < 4.5: Dòng chảy các mố nhám tiêu chuẩn. Ng ...