Đập tràn mặt cắt thực dụng
Mặt cắt hình đa giác Là hình thang, có đỉnh nằm ngang hoặc dốc, chiều dày đỉnh đập trong phạm vi: 0.67H < δ < ( 2 - 3)H Mái dốc thượng hạ lưu ...
Mặt cắt hình đa giác
Là hình thang, có đỉnh nằm ngang hoặc dốc, chiều dày đỉnh đập trong phạm vi:
0.67H < δ < ( 2 - 3)H
Mái dốc thượng hạ lưu khác nhau. Các đập này có cấu tạo đơn giản, dễ xây dựng bằng mọi vật liệu bêtông, gạch đá, gỗ..., nhưng có nhược điểm là có hệ số lưu lượng nhỏ so với các loại mặt cắt hình cong.
Mặt cắt hình cong
Có đỉnh đập và mái hạ lưu hình cong, lượn theo làn nứơc tràn, nên dòng chảy tràn được thuận, hệ số lưu lượng lớn, dễ tháo các vật trôi trong nước, nhưng xây dựng có phức tạp hơn. Đập mặt cắt hình cong thường có hai loại:
- Nếu giữa mặt đập với mặt dưới làn nước tràn có khoảng trống thì không khí ở đó bị làn nước tràn cuốn đi, sinh ra chân không, gọi là đập hình cong có chân không.
- Nếu làm cho mặt đập sát vào mặt dưới của làn nước tràn, không còn khoảng trống nữa thì sẽ không có chân không, gọi là đập hình cong không có chân không.
Ta dùng công thức tổng quát (4-5):
Trong thức tế, các đập hình cong thường được chia thành nhiều nhịp bởi các mố trụ. Trong trường hợp đó, ta quy ước kí hiệu:
b là chiều rộng của một nhịp đập
∑b là chiều rộng tràn nước của toàn đập.
Vì chia thành nhiều nhịp nên dòng chảy tràn bị thu hẹp bên, ta có công thức tính lưu lượng của toàn đập là:
(4-22)
Theo qui định, nếu thỏa mãn điều kiện sau đây, thì lưu tốc đi tới đủ nhỏ để có thể bỏ qua cột nước lưu tốc 
mà lấy H=H0 :
(4-23)
Trong đó :
Ωτ là diện tích mặt cắt dòng chảy thượng lưu đập.
Điều kiện chảy ngập của đập tràn có mặt cắt thực dụng cũng như của đập tràn thành mỏng:
a. Mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập.
hh > P hay hn = hh – p
Dòng chảy ngay sau đập là chảy êm, nối tiếp với hạ lưu bằng nước nhảy ngập hoặc không có nước nhảy.
Điều kiện này được thỏa mãn khi :
đã được tính sẵn và cho ở bảng ( 14-1), dưới đây
Trị số phân giới xác định trạng thái chảy đập mặt cắt thực dụng (Bảng 4-1)
σn hệ số thực nghiệm cho ở bảng 14-2:
Hệ số ngập σn của đập có mặt cắt thực dụng (Bảng 4-2)
Trong thực tế các đập, thường có chiều rộng tràn nước (b nhỏ hơn chiều rộng sông thượng lưu B, ở hai đầu đập có mố (mố bên) và trên đỉnh đập có các mố trụ, chia đập ra làm nhiều nhịp. Điều đó làm cho dòng chảy đi vào đỉnh đập bị co hẹp, chiều rộng thực tế của làn nước tràn trên mỗi nhịp không phải là b mà là:
bc= εb
Hệ số co hẹp được xác định bằng thực nghiệm, tính theo công thức :
(4-24)
trong đó:
n số nhịp đập;
b chiều rộng mỗi nhịp;
thì phải lấy để tính;
ξm.b hệ số hình dạng của mố bên, lấy các trị số ghi ở hình dưới đây;
ξm.t hệ số hình dạng của mố trụ, lấy các trị số ghi ở hình dưới đây.
Đập hình cong không có chân không.
Nguyên tắc thiết kế mặt cắt đập không có chân không là làm cho mặt đập ăn khớp với mặt dưới của làn nước chảy qua đập thành mỏng tiêu chuẩn, ứng với một cột nước H cho trước, gọi là cột nước thiết kế mặt cắt; kí hiệu là Htk.
Tốt nhất và được áp dụng nhiều nhất là mặt cắt do các ông Cơrigiơ và Ôphixêrôp nghiên cứu. Cơrigiơ nghiên cứu đường cong nước rơi tự do từ đập tràn thành mỏng, rồi vẽ mặt đập hơi lấn vào làn nước tràn.
Ôphixêrôp về sau nghiên cứu sửa chữa mặt cắt Cơrigiơ, gọi là kiểu Cơrigiơ - Ôphixêrôp. Bảng dưới đây cho tọa độ vẽ đường tràn của hai loại.
Tọa độ đường cong mặt đập không có chân không vẽ theo phương pháp Cơrigiơ – Ôphixêrôp (Bảng 4-3)
Nếu đập cao, bản thân đường cong này không đủ thỏa mãn điều kiện ổn định của thân đập thì tiếp theo đường cong này là một đoạn thẳng có độ dốc theo yêu cầu ổn định của thân đập. Phần chân đập, chỗ nối tiếp với sân đập có lượn theo một cung tròn để dòng chảy xuống chân đập được thuận.
Bán kính R cung tròn này lấy theo kinh nghiệm, cho ở bảng. Khi đập thấp hơn 10m thì có thể lấy R=0.5P.
Bảng trị số bán kính nối tiếp R ở chân đập (Bảng 4-4)
Phía thượng lưu mặt cắt lý thuyết nói trên, có thể làm thêm một đoạn dày a, phần trên có mặt dốc một góc α để dễ tháo các vật trôi trong nước. Trị số a và α tùy theo yêu cầu kiến trúc của thân đập. Thường α=450.
Đập được thiết kế và xây dựng với cột nước thiết kế cho trước Htk sẽ là đập không có chân không, khi đập làm việc với cột nước bằng hoặc nhỏ hơn Htk. Khi H< Htk thì dòng chảy sẽ ma sát nhiều hơn với mặt đập nên hệ số lưu lượng giảm đi đôi chút. Khi đập làm việc với H> Htk thì do làn nước vòng ra xa hơn, tách khỏi mặt đập, nên đập sẽ thành có chân không, lúc đó hệ số lưu lượng tăng lên.
Do những điều kiện trên, hệ số lưu lượng của một đập cụ thể làm việc với một cột nước nào đó được xác định bằng công thức.
m=σhd.σH.mtc (4-25)
trong đó:
σhd : Hệ số do thay đổi hình dạng theo cấu tạo khác với đập tiêu chuẩn, chẳng hạn do tăng đoạn a và góc α và góc β..., tra Bảng 14-5;
σH : Hệ số sửa chữa do cột nước H khác với Htk, tra Bảng 14-6;
mtc : Hệ số lưu lượng được xác định cho kiểu đập tiêu chuẩn:
+ Đập loại I có mtc = 0,504.
+ Đập loại II có mtc = 0,48.
Hệ số sửa chữa hình dạng σhd (Bảng 4-5)
Trong đó : e là độ dài phần thẳng đứng của mặt đập phía thượng lưu.
Hệ số sửa chửa do cột nước σH (Bảng 4-6)
Đập hình đa giác
Có rất nhiều kiểu: Chữ nhật, hình thang, đa giác bất kỳ, có thể có một phần là đường cong.
Các loại đập này cấu tạo đơn giản, dễ làm, nhưng hệ số lưu lượng nhỏ, m=0,35÷0,45. Thường được dùng nhiều vào các công trình thủy lợi loại nhỏ bằng vật liệu tại chổ: đá, gạch, gỗ...
Hệ số lưu lượng của đập mặt cắt chữ nhật, theo Ba-danh:
(4-25)
Thực tế thường giải quyết các bài toán sau đây về đập tràn:
Biết chiều rộng đập b, cao trình đỉnh đập, mực nước thượng hạ lưu (tức biết H và hh ), tính lưu lượng Q.
Biết chiều rộng đập b, lưu lượng Q, mực nước thượng hạ lưu, xác định cao trình đỉnh đập (tính H) hoặc ngược lại xác định H (tính ra cao trình đỉnh đập).
Biết lưu lượng Q, cao trình đỉnh đập, mực nước thượng hạ lưu, tính chiều rộng đập b.
Nói chung cách giải từ công thức tổng quát.
Ta có thể dễ dàng rút ra một trong các đại lượng Q, b, H khi biết các đại lượng còn lại. Tuy nhiên vì các hệ số σn , ε , m nhiều khi lại phụ thuộc yếu tố chưa biết, nên một số bài toán phải giải bằng cách tính đúng dần.
