Luận án Nghiên cứu một số đặc trưng thủy lực ở đập tràn thực dụng có tường ngực biên cong

 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT 
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM 
ĐỖ NGỌC ÁNH 
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG 
THỦY LỰC Ở ĐẬP TRÀN THỰC DỤNG 
CÓ TƯỜNG NGỰC BIÊN CONG 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY 
HÀ NỘI, NĂM 2017 
 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT 
VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM 
ĐỖ NGỌC ÁNH 
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG 
THỦY LỰC Ở ĐẬP TRÀN THỰC DỤNG 
CÓ TƯỜNG NGỰC BIÊN CONG 
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY 
MÃ SỐ: 62-58-02-02 
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 
 1: PGS.TS. NGUYỄN DANH OANH 
2: PGS.TS. LÊ VĂN NGHỊ 
HÀ NỘI, NĂM 2017 
 i 
LỜI CAM ĐOAN 
 Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết 
quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và 
chưa từng được bảo vệ ở bất kỳ học vị nào. 
 Hà Nội, ngày .. tháng .. năm 2017 
 Tác giả luận án 
 Đỗ Ngọc Ánh 
 ii 
LỜI CẢM ƠN 
Quá trình thực hiện luận án, tác giả nhận được sự quan tâm, giúp đỡ rất lớn 
của cơ quan đào tạo là Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam. 
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự sự giúp đỡ của các thầy giáo hướng dẫn 
trực tiếp là PGS.TS Nguyễn Danh Oanh, PGS.TS Lê Văn Nghị, các nhà khoa học, 
các thầy cô giáo đã góp nhiều ý kiến quý báu cho luận án. 
Xin cảm ơn sự giúp đỡ của Viện Thủy điện và Năng lượng tái tạo, Viện 
Năng lượng, Trung tâm Nghiên cứu Thủy lực cùng các cán bộ, nhân viên và các 
nhà khoa học, đồng nghiệp. 
Xin cảm ơn sự giúp đỡ của các nhà khoa học: PGS.TS Trần Quốc Thưởng, 
Th.S Phạm Anh Tuấn, Th.S Nguyễn Việt Hùng, KS Bùi Hữu Anh Tuấn và các 
cộng sự đã hỗ trợ nghiên cứu sinh thực nghiệm mô hình thủy lực. 
Đặc biệt xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn bên cạnh động 
viên, khuyến khích tôi hoàn thành luận án này. 
 Tác giả luận án 
 Đỗ Ngọc Ánh 
 iii 
MỤC LỤC 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỦ YẾU VÀ TỪ VIẾT TẮT ........................... vi 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................. viii 
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................ xii 
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ......................................................................... xiv 
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRÀN CÓ TƯỜNG NGỰC BIÊN CONG
 ................................................................................................................................ 5 
1.1 Khái quát chung về đập tràn thực dụng có tường ngực biên cong 5 
1.1.1 Cấu tạo đập tràn thực dụng có tường ngực biên cong..5 
1.1.2 Một số ứng dụng của đập tràn thực dụng có tường ngực biên cong 7 
1.1.3 Đặc điểm dòng chảy qua đập tràn thực dụng có tường ngực biên cong 10 
1.2 Các kết quả nghiên cứu về đập tràn thực dụng có tường ngực biên 
cong. 10 
1.2.1 Kết quả nghiên cứu về hình dạng đường cong đập tràn. 10 
1.2.2 Tính lưu lượng13 
1.3 Các kết quả nghiên cứu về đập tràn thực dụng hình cong... 14 
1.3.1 Cấu tạo mặt tràn thực dụng hình cong... 14 
1.3.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm về đập tràn thực dụng hình cong... 15 
1.3.3 Kết quả nghiên cứu lý thuyết về đập tràn thực dụng hình cong.19 
1.4 Các kết quả nghiên cứu về công trình tháo xả sâu, xả mặt kết hợp xả 
sâu... 25 
1.1.1 Công trình tháo xả sâu (cống, tuynel, lỗ xả sâu) 25 
1.4.2 Xả mặt kết hợp xả sâu... .27 
1.4.3 Chảy dưới cửa van. 29 
1.5 Những vấn đề tồn tại 30 
1.6 Kết luận chương 1 31 
 iv 
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤC ĐẶC TRƯNG THỦY LỰC 
Ở ĐẬP TRÀN THỰC DỤNG CÓ TƯỜNG NGỰC ........................................... 32 
2.1 Phương pháp xác định chế độ dòng chảy... 32 
2.1.1 Phân tích một số dạng đường cong mặt đập tràn... 32 
2.1.2 Phương pháp xác định chế độ dòng chảy ở đập tràn thực dụng có tường 
ngực biên cong. 33 
2.2 Phương pháp nghiên cứu mô hình thuỷ lực... 34 
2.2.1 Tiêu chuẩn tương tự thuỷ động lực học. 34 
2.2.2 Xây dựng phương trình nghiên cứu thực nghiệm.. 37 
2.3 Mô hình nghiên cứu. 39 
2.3.1 Thiết kế và lắp đặt mô hình 39 
2.3.2 Mô hình mặt cắt dạng Creager-Ophixerop.41 
2.3.3 Mô hình mặt cắt dạng WES... 45 
2.3.4 Tính đại diện của các mô hình nghiên cứu thực nghiệm51 
2.3.5 Kiểm định mô hình nghiên cứu. 51 
2.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm và xây dựng hàm hồi quy 57 
2.4.1 Xác định cấu trúc hệ ..57 
2.4.2 Xác định các hàm toán mô tả hệ 58 
2.4.3 Các thông số đánh giá độ phù hợp của mô hình hồi quy ...59 
2.4.4 Kiểm định công thức thực nghiệm được xây dựng từ mô hình hồi quy 60 
2.5 Kết luận chương 2 .61 
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM XÁC 
ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG THỦY LỰC CỦA ĐẬP TRÀN CÓ TƯỜNG 
NGỰC BIÊN CONG ............................................................................................ 63 
3.1 Kết quả và đánh giá kết quả thực nghiệm .63 
3.1.1 Kết quả xác định giới hạn chế độ chảy ..63 
3.1.2 Kết quả và đánh giá kết quả thí nghiệm khả năng tháo, hệ số lưu 
lượng67 
3.1.3 Kết quả và đánh giá kết quả thí nghiệm đường mặt nước..71 
3.1.4 Kết quả và đánh giá kết quả thí nghiệm vận tốc dòng chảy... 74 
 v 
3.1.5 Kết quả và đánh giá kết quả thí nghiệm phân bố áp suất trên đập tràn.. 76 
3.2 Xác định một số đặc trưng thủy lực của đập tràn thực dụng có tường 
ngực 81 
3.2.1 Xây dựng công thức tính hệ số lưu lượng.. 81 
3.2.2 Xác định đường mặt nước và vận tốc dòng chảy... 87 
3.2.3 Xác định quy luật phân bố áp suất trên mặt tràn 91 
3.2.4 Xác định áp suất trên tường ngực.. 93 
3.3 Kết luận chương 3. 97 
CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CỦA ĐẬP TRÀN THỰC 
DỤNG CÓ TƯỜNG NGỰC BIÊN CONG ......................................................... 99 
4.1 Quy trình tính toán đặc trưng thủy lực ở đập tràn có tường ngực biên 
cong. 99 
4.1.1 Lựa chọn kích thước công trình. 99 
4.1.2 Tính kiểm tra khả năng tháo.100 
4.1.3 Tính toán đường mặt nước, vận tốc. 100 
4.1.4 Xác định áp suất lên mặt tràn, tường ngực...101 
4.1.5 Sơ đồ khối 101 
4.2 Ví dụ áp dụng tính toán..103 
4.2.1 Nhiệm vụ thiết kế. 103 
4.2.2 Lựa chọn kích thước công trình... 105 
4.2.3 Tính kiểm tra khả năng xả và xác định chế độ chảy 106 
4.2.4 Tính đường mặt nước, vận tốc. 107 
4.2.5 Xác định áp suất trên mặt tràn, tường ngực. 109 
4.3 Kết luận chương 4... 113 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 114 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ................................................... 117 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 118 
 vi 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỦ YẾU VÀ TỪ VIẾT TẮT 
a Độ mở cửa van (m) 
B Chiều rộng đập tràn (m) 
b Chiều rộng một khoang tràn (m) 
C Hệ số lưu lượng theo cách tính của Anh, Mỹ 
CFD Phần mềm tính toán động lực học chất lỏng 
Cp Hệ số giảm áp suất 
D Chiều cao lỗ xả (m) 
D1 Chiều cao cửa vào lỗ xả (m) 
Fr Số Froude 
g Gia tốc trọng trường 
H, H0 
Cột nước trên đỉnh tràn, cột nước tràn có kể tới cột nước lưu 
tốc tới gần (m) 
Hd Cột nước thiết kế mặt tràn (m) 
He Cột nước tác dụng (m) 
Hi Độ sâu của điểm thứ i tính từ mực nước thượng lưu 
hp Cột nước đo áp (m) 
hn Chiều sâu nước ngập đỉnh tràn (m) 
hi Chiều sâu dòng chảy tại mặt cắt tính toán (m) 
h1 h2 Chiều sâu nước ở thượng, hạ lưu đập (m) 
ke Tỷ lệ giữa bán trục lớn và bán trục nhỏ của elip 
m Hệ số lưu lượng đập tràn chảy hở 
MNDBT Mực nước dâng bình thường (m) 
MNGC Mực nước dâng gia cường (m) 
MNC Mực nước chết (m) 
MNLKT Mực nước lũ kiểm tra (m) 
MNLTK Mực nước lũ thiết kế (m) 
MNTL Mực nước thượng lưu (m) 
P Chiều cao đập tràn so với thượng lưu (m) 
PL Phụ lục 
Q, q Lưu lượng và lưu lượng đơn vị lượng (m3/s, m3/s.m) 
qm, qn Lưu lượng đơn vị trong mô hình, trong nguyên hình (m2/s) 
R Bán kính cong của mũi phun (m) 
Re, Regh, Rem 
Số Reynolds, số Reynolds giới hạn, số Reynolds ở trong mô 
hình 
S Hệ số tương quan bội 
SSR Tổng bình phương hồi quy, là đại lượng biến động của y 
 vii 
SST Tổng biến động của biến phụ thuộc y 
SSE Phần biến động còn lại hay còn gọi là số dư của biến y 
Toi 
Khoảng cách từ mực nước thượng lưu đến mặt phẳng so 
sánh (m) 
V Lưu tốc (m/s) 
Vi Lưu tốc dòng chảy tại mặt cắt tính toán (m/s) 
V0 Lưu tốc tiến gần bằng lưu tốc trung bình ở thượng lưu (m/s) 
Xi Tọa độ mặt tràn tại điểm i theo phương X 
Yi Tọa độ mặt tràn tại điểm i theo phương Y 
Z Độ chênh mực nước thượng, hạ lưu (m) 
Zng Cao trình đỉnh ngưỡng tràn (m) 
Ztl, Zhl Cao trình mực nước thượng lưu, hạ lưu (m) 
 Diện tích mặt cắt lỗ (m2) 
WES Waterways Experiment Station 
j Hệ số lưu tốc 
µ Hệ số lưu lượng khi đập tràn chảy có áp 
 Hệ số co hẹp 
ξ Hệ số tổn thất 
λ, λ, λ, λ, λ Tỷ lệ hình học, vận tốc, chiều cao, nhám, lưu lượng 
 Khối lượng riêng của nước 
 
Góc hợp bởi tiếp tuyến của mặt đập với phương ngang tại 
điểm xem xét 
 Hệ số nhớt động học 
 Trọng lượng riêng hoặc trọng lượng đơn vị 
n Hệ số ngập 
i Hệ số sức cản dọc đường 
h Hệ số nhớt động lực học 
 viii 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 
Hình 1.1 Sơ đồ đập tràn có tường tường ngực ....................................................... 6 
Hình 1.2 Sơ đồ xác định kích thước đập ................................................................ 6 
Hình 1.3 Đường cong dưới tường ngực ................................................................. 6 
Hình 1.4 Mặt cắt đập tràn thủy điện Sơn La Việt Nam [14] .................................. 8 
Hình 1.5 Mặt cắt đập tràn Thana Plaun- Ấn Độ [47] ............................................. 8 
Hình 1.6 Mặt bằng công trình Thana Plaun- Ấn Độ [47] ...................................... 8 
Hình 1.7 Mặt cắt đập Muskrat Falls-Canada ....................................................... 10 
Hình 1.8 Mặt cắt đập tràn Mangla-Iran [39] ........................................................ 10 
Hình 1.9 Hình dạng mặt tràn có tường ngực ở Ấn Độ ......................................... 11 
Hình 1.10 So sánh tiêu chuẩn năm 1973 và tiêu chuẩn năm 2010 của Ấn Độ .... 11 
Hình 1.11 Mặt cắt đập tràn dạng Creager-Ophixerop .......................................... 14 
Hình 1.12 Mặt cắt đập tràn dạng WES có ba bán kính cong R1, R2 và R3[45] .... 14 
Hình 1.13 So sánh frophin mặt tràn theo hai dạng Creager –Ophixerop và WES[8]
 .............................................................................................................................. 14 
Hình 1.14 So sánh hệ số lưu lượng đập tràn dạng Creager - Ophixerop và dạng WES [8] ....... 16 
Hình 1.15 Phân bố áp suất trên mặt tràn không có trụ pin [12] ........................... 16 
Hình 1.16 So sánh kết quả hệ số lưu lượng thí nghiệm và đập tràn chuẩn dạng 
Creager-Ophixerop [8] ......................................................................................... 16 
Hình 1.17 So sánh kết quả hệ số lưu lượng thí nghiệm và đập tràn chuẩn dạng WES 
[8] ......................................................................................................................... 17 
Hình 1.18 Phân bố áp suất trên mặt tràn Tuyên Quang [14] ............................... 17 
Hình 1.19 Phân bố áp suất trên mặt tràn Sê San 3 [8] ......................................... 18 
Hình 1.20 Phân bố áp suất trên mặt tràn Sê San 4 [8] ......................................... 18 
Hình 1.21 Phân bố áp suất trên mặt tràn Sông Tranh 2 [15] ............................... 18 
Hình 1.22 Phân bố áp suất trên mặt tràn Sơn La [8], [14] ................................... 19 
Hình 1.23 Sơ đồ tính đường mặt nước và vận tốc ............................................... 20 
Hình 1.24 Quan hệ giữa hệ số lưu tốc j trên mặt tràn với lưu lượng đơn vị q và 
khoảng cách l theo mặt đập kể từ đỉnh đập đến mặt cắt tính toán ....................... 20 
 ix 
Hình 1.25 Sơ đồ và kết quả tính toán bài toán dòng thế ...................................... 22 
Hình 1.26 Sơ đồ bài toán theo [49] ...................................................................... 23 
Hình 1.27 Sơ đồ xác định lưu lượng ở tuynel có áp ............................................ 25 
Hình 1.28 Sơ đồ xác định áp suất và hệ số giảm áp Cp ở cửa vào [51], [52] ...... 26 
Hình 1.29 Kết quả xác định Cp đối với đường viền tròn [51], [52] ..................... 26 
Hình 1.30 Hệ số Cpmax ở cửa vào phẳng [51], [52] .............................................. 27 
Hình 1.31 Vùng tách dòng phụ thuộc Cpmax và hệ số lưu luợng  [7], [51], [52] 27 
Hình 1.32 Khả năng tháo theo lý thuyết và thí nghiệm đập tràn thủy điện Hòa Bình 
[8], [14]................................................................................................................. 28 
Hình 1.33 Khả năng tháo theo lý thuyết và thí nghiệm đập tràn thủy điện Tuyên 
Quang [8], [14] ..................................................................................................... 28 
Hình 1.34 Khả năng tháo theo thí nghiệm của đập tràn thủy điện Sơn La [8], [14]
 .............................................................................................................................. 28 
Hình 1.35 Sơ đồ dòng chảy dưới cửa van trên đỉnh đập ...................................... 29 
Hình 1.36 Đường cong xác định hệ số µ, khi độ mở a khác nhau [8] ................. 30 
Hình 2.1 So sánh toạ độ các dạng mặt tràn .......................................................... 32 
Hình 2.2 Đường mặt nước tự do trên mặt tràn với các tỉ lệ H/Hd ........................ 34 
Hình 2.3 Sơ đồ bố trí mô hình thí nghiệm 1 ........................................................ 42 
Hình 2.4 Mặt bằng bố trí mô hình 4 ..................................................................... 46 
Hình 2.5 Mặt bằng một khoang tràn và trụ pin .................................................... 47 
Hình 2.6 Bố trí thiết bị đo mô hình 2, mô hình 4 ................................................. 47 
Hình 2.7 Đường mặt nước chảy hở, mô hình 2.................................................... 52 
Hình 2.8 So sánh kết quả thí nghiệm và kết quả lý thuyết đường mặt nước chảy hở
 .............................................................................................................................. 52 
Hình 2.9 So sánh kết quả thí nghiệm ở mô hình 2 và mô hình 4, H=17,2 m ...... 54 
Hình 2.10 So sánh kết quả thí nghiệm ở mô hình 2 và mô hình 4, H=19,05 m .... 54 
Hình 2.11 Phân bố áp suất tuyến giữa chảy không áp mô hình 2 ........................ 55 
Hình 2.12 Phân bố áp suất xây dựng theo WES [31] .......................................... 56 
Hình 2.13 So sánh phân bố áp suất xây dựng theo WES và thí nghiệm .............. 56 
 x 
Hình 2.14 Sơ đồ đối tượng nghiên cứu thực nghiệm theo mô hình thống kê ...... 57 
Hình 2.15 Sơ đồ phương pháp Holdout ............................................................... 61 
Hình 3.1 Kết quả thí nghiệm xác định chế độ chảy mô hình 1, D=5m................ 65 
Hình 3.2 Kết quả th ...  tháo, điều kiện áp suất trong phạm vi làm việc của công trình. 
Bảng 4.7 Bảng so sánh kết quả tính toán của luận án và phương án dự kiến điều chỉnh 
STT Thông số Đơn vị 
Kết quả tính toán các phương án 
Dự án đầu tư Dự kiến điều chỉnh Luận án 
1 Cấp công trình 1 2 2 
2 Tuyến đập dâng và tràn Hai tuyến Cùng tuyến Cùng tuyến 
3 Cao trình đỉnh đập khô m 319,00 316,50 316,50 
4 MNDBT m 314,50 302,45 302,45 
5 MNC m 294,50 294,50 294,50 
6 MNLTK m 315,63 312,48 312,48 
7 MNLKT m 317,16 315,53 315,53 
8 B tràn mặt m 215,00 50 50 
8 Kích thước xả sâu B x H D=8 m (4 x 3,2) m (4,2 x 7,0)m 
9 Số cửa xả sâu Cửa 1 5 2 
10 Cao trình ngưỡng xả sâu m 296,50 294,00 294,00 
11 Q xả 1% m3/s 918,00 873,00 870,00 
12 Q xả 0,2% m3/s 949,00 1494,00 
13 Thuận lợi 
- Vận tốc Không tính Không tính Có tính 
- Áp suất Không tính Không tính Có tính 
14 Khó khăn 
- Vận hành Phức tạp Phức tạp Đơn giản 
- Kích thước cửa Lớn Nhỏ Lớn 
 113 
Kết quả tính toán theo phương án sử dụng đập tràn có tường ngực của luận án 
tương đương với phương án dự kiến điều chỉnh thiết kế cơ sở và đảm bảo các yêu cầu 
khống chế mực nước cũng như đáp ứng các nhiệm vụ của dự án. Phương án sử dụng 
đập tràn có tường ngực có số cửa van ít hơn, vận hành thuận lợi hơn do đặt trên đỉnh 
ngưỡng. Với phương án này có thể sơ bộ xác định được vận tốc, áp suất trên mặt tràn 
mà chưa cần phải thí nghiệm mô hình vật lý, giảm được khối lượng tính toán thiết kế. 
4.3 Kết luận chương 4 
Quy trình tính toán được xây dựng trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của luận án 
đưa ra trình tự tính toán xác định các đặc trưng thủy lực dòng chảy qua đập tràn có tường 
ngực, từ đó rút ngắn được thời gian tính toán, giảm bớt được một phần khối lượng các 
phương án thí nghiệm mô hình vật lý góp phần nâng cao hiệu quả công tác thiết kế công 
trình. 
Hồ chứa Bản Lải có thể ứng dụng kết cấu tràn có tường ngực giảm bớt khối lượng 
tính toán mà vẫn đảm bảo nhiệm vụ phòng lũ cho công trình. 
 114 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
1. Kết luận chung của luận án 
 Đập tràn thực dụng hình cong với 2 dạng mặt cắt Creager-Ophixerop và WES là 
2 dạng mặt cắt đươc ứng dụng phổ biến nhất. Các tính toán đặc trưng thủy lực của chúng 
được hướng dẫn tương đối đầy đủ qua các tài liệu tham khảo hiện có. Nghiên cứu về 
dòng chảy dưới cửa van trên đỉnh đập, công trình tháo sâu cũng đã có các công bố về 
tính toán các đặc trưng thủy lực của chúng. 
Đập tràn thực dụng hình cong với 2 dạng mặt cắt Creager-Ophixerop và WES với 
bố trí tường ngực biên cong đã có những ứng dụng trong thực tế, việc nghiên cứu tính 
các đặc trưng thủy lực với các loại đập này còn rất hạn chế. Thực tế gặp khó khăn khi 
tìm các tài liệu hướng dẫn tính toán, tham khảo. 
Luận án đã sử dụng phương pháp thực nghiệm mô hình vật lý, xử lý số liệu theo 
phương pháp quy hoạch thực nghiệm với hàm hồi quy tuyến tính, phương pháp thống 
kê thực nghiệm để nghiên cứu xác định các đặc trưng thuỷ lực ở đập tràn thực dụng có 
tường ngực biên cong. 
Luận án đã nghiên cứu thực nghiệm cho 2` loại mặt cắt Creager-Ophixerop và 
WES. Mặt cắt Creager-Ophixerop được nghiên cứu trên 01 mô hình tỉ lệ 1/64 với 4 
trường hợp chiều cao lỗ D=5÷8m tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Động 
lực học sông biển; đã thu thập, phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm mô hình vật lý ở 
đập tràn mặt tràn WES ở mô hình 2, 3 tỉ lệ 1/48, mô hình 4 tỉ lệ 1/100. 
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm được phân tích dưới dạng không thứ nguyên, so 
sánh đánh giá sự sai lệch giữa các mô hình do chính tác giả tham gia thực hiện và so với 
các tài liệu đã được công bố trong và ngoài nước. Sự kiểm định này cho phép đánh giá 
kết quả nghiên cứu là đủ tin cậy. 
Nghiên cứu tính toán, phân tích lý thuyết và thực nghiệm về chế độ dòng chảy 
cũng đã xác định được giới hạn định lượng chế độ chảy từ không áp sang có áp phù hợp 
với các công bố về dòng chảy tương tự như ở cửa vào tuynel. 
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm của luận án với các biến đổi không thứ nguyên, 
xử lý số liệu theo phương pháp bình phương tối thiểu đề xuất công thức mới để tính hệ 
số lưu lượng theo tỉ số H/D phản ánh trực tiếp đến chế độ chảy có áp, có tương quan tốt 
 115 
nhất và sai số phù hợp. Từ kết quả thực nghiệm, luận án cũng đã đưa ra biểu đồ xác định 
đường mặt nước, vận tốc, áp suất trên mặt tràn, tường ngực. 
Luận án đã đưa ra quy trình tính toán đặc trưng thủy lực cho đập tràn thực dụng có 
tường ngực và áp dụng thành công cho một công trình. 
2. Những đóng góp mới của luận án 
Luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu tổng quan, phân tích kế thừa kinh 
nghiệm; phương pháp thực nghiệm mô hình vật lý để nghiên cứu xác định các đặc trưng 
thuỷ lực ở đập tràn có tường ngực biên cong. Với việc kiểm chứng với những kết quả 
trong và ngoài nước đã được công bố, luận án đã đạt được những kết quả chính về khoa 
học và các đóng góp mới sau đây: 
1. Xây dựng và đề xuất mới công thức (3.7): μ = 0,4695+ 0,2637


 − 0,0432




và đồ thị Hình (3.32) tính hệ số lưu lượng cho đập tràn thực dụng có tường ngực biên 
cong chảy có áp; phạm vi cột nước làm việc H/D=1,6÷3,0. 
2. Xác định được hệ số lưu tốc j≈0,94÷0,99 theo Hình 3.33 để tính độ sâu mực 
nước theo công thức (1.16) trong trường hợp chảy có áp. Xây dựng và kiến nghị ứng 
dụng bảng tọa độ không thứ nguyên Bảng 3.7, Hình 3.34 với mặt tràn dạng WES; Bảng 
3.8, Hình 3.35 với mặt tràn dạng Creager-Ophixerop để tính đường mặt nước và vận tốc 
trên mặt tràn. 
3. Đề xuất phương pháp xác định hệ số giảm áp Cpmax để xác định áp suất nhỏ nhất 
theo công thức (1.25): , (1.27): 
g
V
CH
p k
pi
i
2
2
max
min 

 ở phần chảy có 
áp trên đập tràn. Xây dựng các biểu đồ không thứ nguyên Hình 3.36÷ Hình 3.37 đối với 
mặt tràn dạng Creager-Ophixerop và Hình 3.38÷ Hình 3.39 đối với mặt tràn dạng WES 
để tính áp suất trên mặt tràn ở đoạn chảy tự do. 
3. Kiến nghị 
1. Áp dụng hình thức đập tràn thực dụng có tường ngực biên cong vào thiết kế cho 
các công trình tháo ở các hồ chứa có nhiệm vụ phòng lũ, nâng cao khả năng tháo, tối ưu 
hóa cửa van và thiết bị cơ khí trong thiết kế mới và sửa chữa nâng cao an toàn. 
2
2
k
ii
pi
v
)/pH(g
C
 
 116 
2. Áp dụng số liệu, công thức, biểu đồ được thiết lập của luận án vào tính toán thiết 
kế công trình tháo dạng đập tràn thực dụng có tường ngực biên cong với hai loại mặt cắt 
dạng WES và Creager-Ophixerop khi chưa đủ tài liệu tham khảo cho nghiên cứu, tính 
toán. 
4. Hướng nghiên cứu tiếp 
1. Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện tính toán một số đặc trưng thủy lực với phạm vi 
cột nước làm việc lớn hơn, các vấn đề về mạch động vận tốc, áp suất, phễu xoáy và xâm 
thực, các loại đường cong mặt tràn khác. 
2. Nghiên cứu, xem xét điều kiện làm việc với bài toán không gian để xét đến các 
ảnh hưởng về hình dạng, kích thước. 
3. Nghiên cứu mô hình toán để ứng dụng nhằm tối ưu hóa các phương án thiết kế; 
giảm khối lượng, chi phí cho công tác nghiên cứu mô hình thực nghiệm. 
 117 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 
1. Đỗ Ngọc Ánh. Nghiên cứu ứng dụng mặt cắt đập tràn thực dụng hình cong dạng 
Creager-Ophixerop và WES ở các công trình tháo lũ cột nước cao, Tạp chí khoa học 
và công nghệ thủy lợi, tr 108÷112, số 23/2009. 
2. Đỗ Ngọc Ánh, Nguyễn Danh Oanh. Nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ dòng 
chảy và tính lưu lượng tháo qua đập tràn thực dụng có tường ngực biên cong, Tạp chí 
khoa học và công nghệ thủy lợi, tr 58÷64, số 35/2016. 
3. Đỗ Ngọc Ánh, Nguyễn Danh Oanh. Nghiên cứu tính đường mực nước và vận tốc 
dòng chảy qua đập tràn thực dụng có tường ngực biên cong, Tạp chí khoa học và công 
nghệ thủy lợi, tr 117÷124, số 35/2016. 
 118 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Tiếng Việt 
[1] Nguyễn Cảnh Cầm, Vũ Văn Tảo (2006). Thuỷ lực tập I, II, III NXB Nông nghiệp. 
[2] Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng (2010). Công trình tháo 
lũ trong đầu mối hệ thống thuỷ lợi, NXB Xây dựng. 
[3] Vũ Hữu Hải (1997). Chế độ thuỷ lực dòng xiết hai chiều bình diện có thành biên 
thay đổi, luận án PTS-KHKT. 
[4] Vũ Hữu Hải và Nguyễn Hải Bắc (2007). Một mô hình bài toán hai chiều cho 
dòng chảy trên các lòng dẫn hở bề mặt tự do, 
www.vncold.vn/Web/Content.aspx?distid=1019. 
[5] Phạm Nguyên Hùng (2008). Nghiên cứu chế độ thủy lực dòng xiết ba chiều trên 
mũi phun có xét đến hàm khí, luận án tiến sĩ kĩ thuật. 
[6] Nguyễn Văn Mạo (1987). Các đặc trưng thuỷ động lực học ở cửa vào công trình 
tháo nước có cột nước áp lực, luận án PTS- KHKT. 
[7] Nguyễn Danh Oanh, 2003. Nghiên cứu lựa chọn hợp lý chế độ thủy lực ở cửa 
vào tuynel dẫn dòng thi công trong xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện, luận 
án tiến sĩ kỹ thuật. 
[8] Nguyễn Danh Oanh & nnk, 2008. Nghiên cứu, tổng kết, đánh giá các kết quả thí 
nghiệm mô hình thủy lực công trình xả lũ cột nước cao và kiểm nghiệm ở công 
trình thủy điện Sơn La, đề tài cấp Bộ Công thương. 
[9] Phạm Ngọc Quý (2005). Nghiên cứu lựa chọn tiêu chuẩn lũ tính toán tràn sự cố 
- Tạp chí Thuỷ lợi và Môi trường. 
[10] Hoàng Văn Tần (1999). Nghiên cứu chế độ thuỷ lực thượng lưu công trình tháo 
lũ kết hợp, luận án Tiến sỹ. 
[11] Lê Đình Thành & nnk (2012). Nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu 
đến chế độ thuỷ văn sông Hương, Tạp chí Thuỷ lợi và Môi trường 
[12] Trần Quốc Thưởng, Vũ Thanh Te (2007). Đập tràn thực dụng. NXB Xây dựng. 
[13] Thiết kế kỹ thuật công trình thủy điện: Hoà Bình, Sê San 3, Sơn La, Tuyên 
Quang, 
 119 
[14] Viện năng lượng - Báo cáo kết quả thí nghiệm MHTL công trình Thủy điện Hòa 
Bình, Tuyên Quang, Sơn La, Huội Quảng, Bình Điền 
[15] Viện Khoa học Thuỷ lợi, Báo cáo kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực công trình 
Thủy điện Sông Tranh, Cửa Đạt, Pleikrông. 
[16] Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường (2010), Biến đổi khí hậu và 
tác động ở Việt Nam 
[17] P.G. Kixêlep, Sổ tay tính toán thủy lực (2012), NXB Xây dựng (Bản dịch). 
[18] Quy phạm thiết kế tràn xả lũ SDJ 341 – 89 Quyển I- Quy phạm, phụ lục (Trung 
Quốc), Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn, 1999 (Võ công Quang - dịch) 
Tiếng Anh 
[19] Anders G. Andersson, Kristoffer Lundström, Patrik Andreasson and T. Staffan 
(2010). Simulation of free surface flow in a spillway with the rigid lid and volume 
of fluid methods and validation in a scale model. European Conference on 
Computational Fluid Dynamics 2010. Lisbon, Portugal, 14–17 June 2010 
[20] Bruce M. Savage and Michael C. Johnson (2001) Flow over ogee spillway: 
Phisical and numerical model case study. Members, ASCE 
[21] Carlos E. F. Mello and José P. S. Azevedo. Bem numeric simulation of spillway 
flows with discotinuous linear elements - Department of Civil Engineering – 
School of Mines Federal University of Ouro Preto Brazil 
[22] Christopher B. Cook1, Marshall C. Richmond, John A. Serkowski and Laurie L. 
Ebner (2001). Free-Surface Computational Fluid Dynamics Modeling of a 
Spillway and Tailrace: Case Study of The Dalles Project. Pacific Northwest 
National Laboratory, Portland District, US Army Corps of Engineers 
[23] Daneshfaraz. R and Zogi.N (2013) Investigation of Cavitation in Stepped 
Spillway of Siah-Bishe Dam by Using Flow-3d Model. International Research 
Journal of Applied and Basic Sciences © 2013 Available online at 
www.irjabs.com 
[24] Dan Gessle P.E, PhD (2013) CFD Applications in Spillway Modeling. Aldel 
Research Laboratory 
[25] Design of Gravity Dams (1976)- United States Department of the Interior. 
 120 
[26] Fernando Salazar (2012). Analysis of the discharge capacity of radial-gated 
spillways using CFD and ANN — Oliana Dam case study (IAHR Member), 
[27] Francis H. Harlow and J. Eddie Welch (1965). Numerical calculation of time-
dependent viscous incompressible flow of fluid with free surface. Physics of 
Fluids, 8(12):2182–2189, 1965. 
[28] General spillway investigation - Hydraulic Model Investigation (1985). US Army 
Corps of Engineers 
[29] Guidelines for selection of spillway and energy diiipators (2012). First Revision 
IS 10137 - Indian Standard 
[30] Guidelines for preliminary design of spillway aerators (2010) Indian Standard, 
(First Revision IS 12804) December 2010 
[31] Hydraulic Design of Spillways (1995). US Army corps of engineers 
[32] Hydraulic of aerator for orifice spillway (2012), ISH Journal of hydraulic 
enginneering 
[33] Hubert Chanson (1999). Physical modelling of hydraulics- The Hydraulics of 
Open Channel Flow by Published in 1999 by Arnold, 338 Euston Road, London 
[34] Hydraulic design of high ogee overflow spillways recommendations (1998) - 
Indian Standard 
[35] Hydraulic design of high ogee overflow and orifice spillways - recommendations 
(2010) - Indian Standard 
[36] J. M. Sicilian (1995). FLOW-3D multiple tank model. 1995. 
[37] Jiazheng Pan, Jing He (2000) - Large Dams in China, Chine Water Power Press 
Beijng 
[38] Jamec E. Lindell (2000). Hydraulic Design of Spillways 
[39] Mohammad Rafi, Akhtar Ali, Ghulam Qadir and Rafaquat Ali (2012). Modeling 
the Mangla Dam Spillway for Cavitation and Aerators Optimization. Journal of 
Water Resource and Protection, 2012, 4, 1051-1060. Published Online December 
2012 
[40] Nirav Acharya and H. M. Gandhi (2013). Comparative Study of Hydraulic 
Design of Orifice Spillway between IS 6934:1973 & IS 6934 International 
 121 
Journal for Scientific Research & Development| Vol. 1, Issue 2, 2013 | ISSN 
(online): 2321-0613 
[41] P. Novak, A.I.B. Moffat and C. Nalluri (2007) Hydraulic Structures (Fourth 
Edition), School of Civil Engineering and Geosciences, University of Newcastle 
upon Tyne, UK 
[42] Paul Guy Chanel (2008). Evaluation of Computational Fluid Dynamics for 
Spillway Modeling. Master of Science Department of Civil Engineering 
University of Manitoba Winnipeg, Manitoba, Canada 
[43] Salahddin A. Ahmad and Susan Sh. Ahmad (2008). Hydraulic Performance for 
Al-Dhuloyia Spillway Using Physical Model. Journal of Kirkuk University – 
Scientific Studies, vol.3, No.2, 2008 
[44] Stephen T. Maynord (1985) – Genaral spillway investigation - Hydraulic Model 
Investigation - Hydraulics Laboratory – Department of the army - Final Report 
[45] The Standards Compilation of Water Power in China (2000)-China Electric 
Power Press. 
[46] Some charactrristics of pressure fluctuations on low-ogee crest spillways relevant 
to flow-induced structural vibration (1971). US Army corps of engineers. 
[47] Thana Plaun Hydropower Project (2014) Himachal Pradesh Power Corporation 
Ltd. (HPPCL), Shimla, India. 
[48] Ven Te Chow.Ph.D (1959) Open Channel Hydraulic 
Tiếng Nga 
[49] Высоцкий Л. И., (1990), Управление бурными потоками на водосбросах, М. 
Энергия. 1990. 
[50] Д. В. Стеренлист. (1984). Гидравлика. Стройиздат. М. Энергия. 
[51] С. М. Слисский (1986). Гидротехнические расчеты водосбросных 
гидротехнических сооружений при больших народов. Стройиздат. М. 
Энергия. 
[52] Справочник по гидравлика пропускных гидротехнических сооружений 
(1988) Стройиздат. М. Энергия.