6 Energy Dissipation – Cấu trúc tiêu năng

Tài liệu Hydraulic Engineering Circular số 14 (HEC-14) mô tả một số cấu trúc tiêu năng có thể sử dụng với cống. HEC-14 mô tả các quy trình có thể sử dụng để tính toán kích thước hố xói và thiết kế các cấu trúc tiêu năng bên trong và bên ngoài. Tài liệu này đưa ra các bước sau có thể áp dụng khi thiết kế một cống:

Bước 1. Xác định dữ liệu thiết kế
Bước 2. Đánh giá vận tốc
Bước 3. Đánh giá hố xói cửa ra
Bước 4. Thiết kế một số phương án tiêu năng giảm
Bước 5. Chọn cấu trúc tiêu năng

HEC-14 cũng mô tả các loại cấu trúc tiêu năng và các giới hạn của chúng như sau:

Bảng 6.1: Các cấu trúc tiêu năng có sẵn trong HY-8

Chương	Dissipator Type Loại cấu trúc	Số Froude1 (Fr)	Allowable Debris 2 Mảnh vụn cho phép	Nước hạ lưu (TW)
4	Flow transitions Chuyển tiếp dòng chảy	na	H / H / H	Mong muốn
5	Scour hole Hố xói	na	H / H / H	Mong muốn
6	Hydraulic jump Nhảy thủy lực	> 1	H / H / H	Bắt buộc
7	Tumbling flow 3 Dòng chảy rối	> 1	M / L / L	Không cần thiết
7	Increased resistance 4 Tăng cường sức cản	na	M / L / L	Không cần thiết
7	USSBR Type IX baffled apron Dốc tiêu năng USBR loại IX	< 1	M / L / L	Không cần thiết
7	Broken-back culvert Cống gãy khúc	> 1	M / L / L	Mong muốn
7	Outlet weir Ngưỡng tràn tại cửa ra	2 đến 7	M / L / L	Không cần thiết
7	Outlet drop/weir Ngưỡng rơi / tràn	3.5 đến 6	M / L / L	Không cần thiết
8	USBR Type II stilling basin Bể tiêu năng USBR loại II	4.5 đến 17	M / L / L	Bắt buộc
8	USBR Type IV stilling basin Bể tiêu năng USBR loại IV	2.5 đến 4.5	M / L / L	Bắt buộc
8	SAF stilling basin Bể tiêu năng SAF	1.7 đến 17	M / L / L	Bắt buộc
9	CSU rigid boundary basin Bể thành cứng CSU	< 3	M / L / M	Không cần thiết
9	Contra Costa basin Bể Contra Costa	–	M / M / M	< 0.5D
9	Hook basin Bể móc	1.8 đến 3	H / M / L	Không cần thiết
9	USBR Type VI impact basin 5 Bể va chạm USBR loại VI	na	H / M / L	Mong muốn
10	Riprap basin Bể đá hộc	< 3	H / H / H	Không cần thiết
10	Riprap apron 6 Tấm đá hộc	na	H / M / L	Mong muốn
11	Straight drop structure 7 Cấu trúc đổ trực tiếp	< 1	H / M / L	Bắt buộc
11	Box inlet drop structure 8 Cấu trúc đổ hộp	< 1	H / M / L	Bắt buộc
12	USACE stilling well Giếng tiêu năng USACE	na	H / M / L	Mong muốn

Chú thích

na = không áp dụng.

¹ Tại điểm xả từ cống hoặc kênh

² Ghi chú về mảnh vụn: N = không có, L = thấp, M = trung bình, H = nhiều

³ Độ dốc đáy phải nằm trong khoảng 4% < S₀ < 25%

⁴ Kiểm tra headwater ở trạng thái outlet control

⁵ Lưu lượng, Q < 11 m³/s (400 ft³/s) và Vận tốc, V < 15 m/s (50 ft/s)

⁶ Chiều cao cống (rise) nhỏ hơn hoặc bằng 1500 mm (60 in)

⁷ Drop (độ rơi) < 4,6 m (15 ft)

⁸ Drop (độ rơi) < 3,7 m (12 ft)

6.1 Scour Hole Geometry – Hình học hố xói

Hình dạng hố xói trình thể hiện xói cục bộ tại cửa ra của công trình, dựa trên dữ liệu về đất và hình học cống. Chương 5 của ấn phẩm HEC 14 của FHWA, Thiết kế tiêu năng thủy lực cho cống và kênh, phát hành tháng 7 năm 2006, trình bày khái niệm tổng quát và các phương trình được chương trình sử dụng để tính toán hình học hố xói cho đất kết dính và đất không kết dính.

(nd: Scour Geometry Profile)

LƯU Ý — Cần tiến hành phân tích đất trước khi chạy tùy chọn này của chương trình.

Đối với đất dính (Cohesive soils), chương trình yêu cầu các tham số sau:

• Time to Peak (Thời gian đến đỉnh lũ) — Nhập giá trị thu được từ tùy chọn ‘HYDROLOGY’ trong HY-8 (nếu không biết thì nhập 30 phút).
• Saturated Shear Strength (Cường độ cắt bão hòa ) — Xác định bằng thí nghiệm số ASTM D211-66-76.
• Plasticity Index (Chỉ số dẻo) — Xác định bằng thí nghiệm số ASTM D423-36.

Đối với đất không dính (Cohesionless soils), chương trình yêu cầu các tham số sau:

• Time to Peak — Nhập giá trị thu được từ tùy chọn ‘HYDROLOGY’ trong HY-8 (nếu không biết thì nhập 30 phút).
• D16, D84 — Đường kính hạt đất tương ứng với tỷ lệ phần trăm khối lượng hạt nhỏ hơn.

Ghi chú về Thời gian đến Đỉnh (Time to Peak)

Người dùng nên ước tính thời gian xảy ra xói dựa trên thời lượng của lưu lượng đỉnh. Nếu không có thông tin này, khuyến nghị sử dụng thời gian là 30 phút trong Phương trình 5.1. Các thí nghiệm cho thấy khoảng 2/3 đến 3/4 độ sâu xói lớn nhất xảy ra trong 30 phút đầu tiên của thời lượng dòng chảy.

Các số mũ thời gian trong Bảng 5.1 phản ánh phần tương đối phẳng của mối quan hệ giữa xói và thời gian (khi t > 30 phút) và không áp dụng cho 30 phút đầu tiên của quá trình xói.

6.2 Internal Energy Dissipators – Cấu trúc tiêu năng bên trong

6.2.1 Increased Resistance in Box Culverts – Tăng sức cản trong cống hộp

Các biến đầu vào cần thiết cho phép tính này bao gồm:

• h/rᵢ – Tỷ số giữa chiều cao phần gồ với bán kính thủy lực tính từ đỉnh phần gồ.
• Chiều cao của đoạn bố trí gồ ghề (h)

6.2.2 Tăng sức cản trong cống tròn

Các biến đầu vào cần thiết cho phép tính này bao gồm:

• L/Dᵢ — Tỷ số giữa khoảng cách các phần tử gồ chia cho đường kính miệng cống tại vị trí phần tử gồ. (Khoảng giá trị = 0.05 đến 1.5)
• h/Dᵢ — Tỷ số giữa chiều cao phần tử gồ chia cho đường kính miệng cống tại vị trí phần tử gồ. (Khoảng giá trị = 0.005 đến 0.1)
• Lᵣ/Pᵢ — Tỷ số giữa chiều dài vùng gồ so với chu vi bên trong. (Khoảng giá trị = 0.0 đến 1.0)
• Đường kính đoạn có gồ (Miệng cống, Dᵢ)

Hình minh họa dưới đây thể hiện các chế độ dòng chảy và các biến số đối với thiết bị tiêu năng tăng sức cản được lắp đặt trong cống tròn.

(nd: vùng dòng chảy)

Ba vùng dòng chảy chính:

a. Quasi-smooth Flow (Dòng chảy gần trơn):

– Xảy ra khi các phần tử gồ thấp hoặc khoảng cách L quá lớn.

– Ảnh hưởng của gồ nhỏ, dòng chảy gần giống như trong ống trơn.

b. Hyperturbulent Flow (Dòng chảy siêu rối):

– Xảy ra khi h và mật độ gồ nhám vừa đủ để tạo ra dòng rối mạnh.

– Đây là vùng tối ưu để tiêu năng vì dòng chảy bị khuấy động mạnh, làm giảm vận tốc và năng lượng.

c. Isolated Roughness Flow (Dòng chảy qua gồ biệt lập):

– Khi L lớn hơn và các phần tử gồ không tương tác lẫn nhau.

– Dòng chảy di chuyển như thể từng phần tử gồ là vật cản riêng biệt.

Mục đích của thiết kế này:

Tăng cường ma sát nội tại và khuấy rối dòng chảy để giảm năng lượng trong dòng nước – giúp hạn chế xói lở và hư hỏng công trình hạ lưu.

6.2.3 Tumbling Flow in Box Culverts – Dòng chảy xoáy trong cống hộp

Các biến đầu vào cần thiết cho phép tính này bao gồm:

Tỷ số khoảng cách gồ trên chiều cao gồ — người dùng phải chọn giá trị là 8.5 hoặc 10 cho tỷ số giữa khoảng cách các phần tử gồ chia cho chiều cao phần tử gồ. Nếu sau khi tính toán, dòng chảy qua đoạn có gồ của cống chạm vào trần cống, thì chiều cao mở rộng tối thiểu cần thiết để khắc phục vấn đề này sẽ được cung cấp và người dùng sẽ được yêu cầu nhập một giá trị bằng hoặc lớn hơn giá trị tối thiểu này.

Chiều cao phải bằng hoặc lớn hơn chiều cao của cống.

Các hình sau thể hiện hai cấu hình của thiết bị tiêu năng dòng chảy xoáy.

Các biến từ hình minh họa

• L — Chiều dài từ đầu của một phần tử gồ đến đầu của phần tử gồ kế tiếp
• h — Chiều cao của phần tử gồ
• h₁ — Khoảng cách từ đỉnh của thiết bị tiêu năng đến trần cống
• h₂ — Chiều cao của tấm chắn nước bắn trên trần cống
• h₃ — Chiều cao vòm cống (culvert rise)
• yₙ — Độ sâu nước hạ lưu (tailwater depth)

Các biến từ hình minh họa

• L₁ — Chiều dài từ đầu một phần tử nhám đến đầu phần tử nhám kế tiếp
• L_T — Chiều dài chuyển tiếp
• hᵢ — Chiều cao phần tử nhám
• y_c — Độ sâu tới hạn
• θ — Độ dốc đáy cống, tính theo độ
• φ — Góc tia nước, lấy bằng 45 độ

6.2.4 Tumbling Flow in Circular Culverts – Dòng chảy xoáy trong cống tròn

Biến đầu vào duy nhất cần thiết cho phép tính này là:

• Đường kính của cống mở rộng

Các hình dưới đây thể hiện các phương án triển khai dòng chảy xoáy trong cống tròn, cùng với các biến được sử dụng để thiết kế thiết bị tiêu năng.

Các biến từ hình minh họa

• D — Đường kính của cống ban đầu
• Vₙ — Vận tốc nước hạ lưu
• yₙ — Độ sâu nước hạ lưu
• L — Chiều dài từ đầu một phần tử gồ đến đầu phần tử gồ kế tiếp
• h — Chiều cao của phần tử gồ
• h₁ — Chiều dài từ đỉnh phần tử gồ đến trần của cống mở rộng
• h₂ — Chiều cao của tấm chắn nước bắn trên trần cống mở rộng
• h₃ — Chiều cao vòm của cống mở rộng

Các biến từ hình minh họa

• D — Đường kính cống ban đầu
• D₁ — Đường kính cống mở rộng
• Dᵢ — Đường kính đoạn có nhám
• h — Chiều cao phần tử nhám
• L — Chiều dài từ đầu của một phần tử nhám đến đầu của phần tử nhám kế tiếp

Các biến từ hình minh họa

• D — Đường kính của cống ban đầu
• T — Chiều rộng mặt nước tại điều kiện dòng tới hạn
• y — Độ sâu dòng chảy

6.2.5 USBR Type IX Baffled Apron – Dốc tiêu năng kiểu IX của USBR

Các biến đầu vào cần thiết cho phép tính này bao gồm:

• Approach Channel Slope – Độ dốc của kênh tới
• Vertical Drop Height – Chiều cao thẳng đứng từ đỉnh đến chân dốc tiêu năng
• Baffled Apron Slope – Độ dốc của dốc tiêu năng
• Baffled Apron Width – Chiều rộng của dốc tiêu năng

Hình dưới đây minh họa một dốc tiêu năng kiểu IX của USBR (USBR Type IX Baffled Apron)

Các biến từ hình minh họa

• H — Chiều cao của thiết bị tiêu năng
• W — Chiều rộng của máng xả (Chute)

6.3 External Dissipators – Cấu trúc tiêu năng bên ngoài

6.3.1 Drop Structures – Cấu trúc đổ

Drop structures thường được sử dụng để điều tiết dòng chảy và tiêu năng. Chúng chủ yếu làm thay đổi độ dốc kênh từ dốc sang thoải bằng cách bố trí các bậc tại các khoảng cách dọc theo đoạn kênh. Có hai loại cấu trúc tiêu năng bên ngoài dạng drop structure:

• Box Inlet Drop Structure – Cấu trúc đổ hộp
• Straight Drop Structure – Cấu trúc đổ trực tiếp

6.3.2 Box Inlet Drop Structure – Cấu trúc đổ hộp

Các biến đầu vào cần thiết cho phép tính này bao gồm:

• H_D — Chiều cao rơi mong muốn. Phải nằm trong khoảng từ 2 đến 12 ft hoặc từ 0.6 đến 3.7 m.
• New Slope — Độ dốc mới sẽ tồn tại trên kênh sau khi lắp đặt cấu trúc. (Độ dốc mới phải là subcritical – dòng dưới tới hạn).
• Box Length — Chiều dài của hộp thu. (Người dùng tùy chọn)
• W₂ — Chiều rộng cửa vào hộp. Phải thỏa điều kiện: 0.25 < H_D / W₂ < 1
• W₃ — Chiều rộng ra bể tiêu năng. Phải bằng hoặc lớn hơn chiều rộng cống.
• Flare of Stilling Basin (1 Lateral : Z Long) — Độ loe của bể tiêu năng, giá trị này phải lớn hơn hoặc bằng 2, tức là 1 lateral: 2 long.
• Length from Toe of Dike to Box Inlet — Nếu có đê, nhập khoảng cách từ chân đê đến cửa vào hộp. Nếu không có tứ nón, nhập giá trị mặc định 100 ft hoặc 30.48 m.

Hình bên dưới minh họa mặt bằng và mặt cắt bên của cấu

Các biến từ hình minh họa

• W₁ — Chiều rộng đầu thượng lưu của bể
• W₂ — Chiều rộng tại đỉnh vào của cống hộp
• W₃ — Chiều rộng đầu hạ lưu của bể
• W₄ — Khoảng cách từ chân đê đến mép cửa vào hộp
• L₁ — Chiều dài hộp thu
• L₂ — Chiều dài tối thiểu của đoạn thẳng
• L₃ — Chiều dài tối thiểu của đoạn cuối (có thể được loe rộng)
• h₀ — Độ cao bậc từ đỉnh đến đáy bể tiêu năng
• h₂ — Vertical distance of the tailwater below the crest
  h₃ — Chiều cao của bậc chắn cuối (end sill)
• y₀ — Mực nước yêu cầu tại đỉnh tràn để dẫn lưu lượng thiết kế
• y₃ — Độ sâu của nước hạ lưu tính từ đáy bể tiêu năng
• h₄ — Chiều cao bậc chắn (sill height)

6.3.3 Straight Drop Structure – Cấu trúc đổ trực tiếp

Các biến đầu vào cần thiết cho phép tính này bao gồm:

• Drop Height — là chiều cao thẳng đứng từ đỉnh tràn đến đáy kênh. Trong thiết kế cuối cùng, chiều cao rơi đến đáy bể được cho trước. Độ chênh lệch giữa hai giá trị là độ sâu mà bể được đặt thấp hơn đáy kênh.
• New Slope — là độ dốc sẽ tồn tại trên kênh sau khi các cấu trúc đổ được lắp đặt (độ dốc mới phải ở trạng thái chảy dưới tới hạn – subcritical).

Các biến trong hình:

• q — Lưu lượng thiết kế
• y_c — Độ sâu tới hạn
• h₀ — Chiều cao rơi từ đỉnh cấu trúc đến đáy bể tiêu năng
• y₁ — Độ sâu của vùng nước dưới mái vòm nước
• y₂ — Độ sâu dòng chảy tại chân mái vòm hoặc tại điểm bắt đầu nhảy thủy lực
• y₃ — Mực nước hạ lưu ứng với y₂
• L₁ — Khoảng cách từ headwall đến điểm mà mặt trên của mái vòm nước đập vào đáy bể tiêu năng
• L₂ — Khoảng cách từ tiết diện thượng lưu của floor block đến cuối bể tiêu năng

• y_n — Độ sâu tới hạn
• h₀ — Chiều cao rơi từ đỉnh công trình đến đáy bể tiêu năng
• h — Độ cao rơi thẳng đứng giữa kênh thượng lưu và kênh hạ lưu
• y₁ — Độ sâu của vùng nước dưới mái vòm nước
• y₂ — Độ sâu dòng chảy tại chân mái vòm hoặc tại điểm bắt đầu nhảy thủy lực
• y₃ — Mực nước hạ lưu ứng với y₂
• L₁ — Khoảng cách từ tường đầu đến điểm mà mặt trên của mái vòm nước chạm đáy bể tiêu năng
• L₂ — Khoảng cách từ mặt thượng lưu của khối sàn đến cuối bể tiêu năng
• L₃ — Khoảng cách từ mặt thượng lưu của khối sàn đến cuối bể tiêu năng
• L_B — Chiều dài bể tiêu năng

6.4 Stilling Basin – Bể tiêu năng

Các loại bể tiêu năng bên ngoài (External Energy Dissipators) có trong chương trình bao gồm:

• USBR Type III Stilling Basin – Bể tiêu năng USBR loại III
• USBR Type IV Stilling Basin – Bể tiêu năng USBR loại IV
• SAF Stilling Basin – Bể tiêu năng SAF

HY-8 giới hạn chiều rộng tối đa của một bể tiêu năng kiểu ‘USBR’ hiệu quả dựa trên chiều rộng mà tia nước sẽ tự nhiên loe ra trên mái dốc của bể. Người dùng sẽ được cung cấp giá trị loe tối đa và được yêu cầu nhập chiều rộng bể nhỏ hơn giá trị này. Nếu sử dụng bể kiểu ‘SAF’, chiều rộng bể sẽ được đặt bằng chiều rộng cống và người dùng sẽ được yêu cầu chọn giữa bể hình chữ nhật hoặc bể loe, tùy theo điều kiện thực tế.

Các bể tiêu năng được mô phỏng giống như hình minh họa sau.

Biến trong hình

• W₀ — Chiều rộng của kênh
• W_B — Chiều rộng của bể tiêu năng
• y₀ — Độ sâu tại cửa ra của cống
• y₁ — Độ sâu tại điểm dòng chảy vào bể
• y₂ — Độ sâu liên hợp
• S_o — Độ dốc của kênh
• S_T — Độ dốc đoạn chuyển tiếp
• S_s — Độ dốc đoạn ra khỏi bể
• Z₀ — Cao độ mặt đất tại cửa ra cống
• Z₁ — Cao độ mặt đất tại đầu bể
• Z₂ — Cao độ mặt đất tại cuối bể
• Z₃ — Cao độ đáy bể tại vị trí cuối (bậc chắn)
• L_T — Chiều dài đoạn chuyển tiếp từ cửa cống đến bể
• L — Tổng chiều dài bể
• L_B— Chiều dài đáy bể
• L_s — Chiều dài từ đáy bể đến điểm cuối bể (bậc chắn)
• T_W — Mực nước hạ lưu sau khi ra khỏi bể

6.4.1.1 Các cảnh báo về chiều rộng bể tiêu năng

Vì chiều rộng tối đa của bể là một hàm theo độ sâu của bể, nên chiều rộng tối đa có thể giảm khi chương trình tăng độ sâu bể trong quá trình hội tụ để tìm nghiệm. Do đó, chiều rộng tối đa của bể có thể thấp hơn giá trị chiều rộng ban đầu do người dùng chọn. Trong trường hợp này, chương trình sẽ yêu cầu người dùng nhập một chiều rộng bể mới.

6.4.2 Bể tiêu năng USBR loại III

Biến đầu vào duy nhất cần thiết cho phép tính này là:

• Chiều rộng bể (Basin Width)

Biến trên hinh

• W₁ — Chiều rộng các khối chắn (chute blocks)
• W₂ — Khoảng cách giữa các khối chắn
• h₁ — Chiều cao của các khối chắn
• W₃ — Chiều rộng của khối chắn baffle
• W₄ — Khoảng cách giữa các khối chắn baffle
• h₃ — Chiều cao của khối chắn baffle
• h₄ — Chiều cao của bậc chắn cuối (end sill)
• L_B — Chiều dài đáy bể
• y₂ — Độ sâu liên hợp (conjugate depth)

6.4.3 Bể tiêu năng USBR loại IV

Biến đầu vào duy nhất cần thiết cho phép tính này là:

• Chiều rộng bể (Basin Width)

Biến trong hình

• y₁ — Chiều cao của các khối chắn (chute blocks)
• h₁ — Chiều rộng của các khối chắn
• h₄ — Chiều cao của bậc chắn cuối (end sill)
• W₁ — Khoảng cách giữa các khối chắn
• W₂ — Chiều cao của bậc chắn cuối
• L_B — Chiều dài đáy bể

6.4.4 Bể tiêu năng SAF

Các biến đầu vào cần thiết cho phép tính này gồm:

• Shape (Hình dạng) – Bể loe hay hình chữ nhật
• Sidewall Flare (Góc loe vách bên) — Chỉ áp dụng nếu bể có hình dạng loe

Hình dưới đây minh họa một bể tiêu năng kiểu Saint Anthony Falls.

Các biến trong hình

• W_B — Chiều rộng bể
• W_B2 — Chiều rộng bể tại hàng chắn (baffle row)
• W_B3— Chiều rộng bể tại bậc chắn (sill)
• Y₁ — Chiều cao của các khối chắn
• L_B— Chiều dài bể
• Z* — Góc loe của bể (basin flare)

• Y₁ — Chiều cao của các khối chắn (chute blocks)
• Y₂ — Chiều sâu liên hợp (conjugate height)
• Y₃ — Chiều cao của các khối chắn (chute blocks)
• z₁ — Cao độ đáy bể

6.5 Streambed level Structures – Các cấu trúc tại cao trình đáy suối

Năm loại cấu trúc tiêu năng bên ngoài tại cao trình đáy suối có trong chương trình bao gồm:

• Colorado State University Rigid Boundary Basin – Bể tiêu năng thành cứng CSU
• Riprap Basin and Apron – Bể và lớp lát đá hộc
• Contra Costa Basin- Bể Contra Costa
• Hook Basin – Bể Hook
• USBR Type VI Impact Basin – Bể va chạm USBR loại VI

6.5.1 Colorado State University (CSU) Rigid Boundary Basin

Không yêu cầu biến đầu vào cho phép tính này; tuy nhiên, người dùng sẽ chọn một phương án thiết kế.

Chương trình HY-8 sẽ tính toán tất cả các phương án thiết kế có thể áp dụng cho bể tiêu năng thành cứng CSU với cống và lưu lượng đã cho. Những thiết kế không tiêu tán đủ năng lượng sẽ bị loại bỏ. Các phương án còn lại sẽ được đánh số và hiển thị lần lượt từng phương án một.

HY-8 sắp xếp và hiển thị các thiết kế theo thứ tự tăng dần về chiều rộng, số hàng phần tử và chiều cao phần tử. Do đó, các thiết kế nhỏ hơn và ít tốn kém hơn sẽ được hiển thị trước.

Các hình tiếp theo sẽ minh họa một bể tiêu năng thành cứng CSU.

Các biến trong hình

• W₀ — Chiều rộng cống tại cửa ra
• W₁ — Chiều rộng phần tử, bằng khoảng cách giữa các phần tử
• h — Chiều cao phần tử gồ (roughness element)

Các biến trong hình

• V₀ — Vận tốc tại cửa ra của cống
• V_A— Vận tốc tiếp cận tại vị trí cách cửa ra của cống hai lần chiều rộng cống
• V_B — Vận tốc tại đầu ra, ngay sau hàng phần tử nhám cuối cùng
• y₀ — Mực nước tại cửa ra của cống
• y_A— Mực nước tiếp cận tại vị trí cách cửa ra của cống hai lần chiều rộng cống
• y_B — Mực nước tại đầu ra
• W₀ — Chiều rộng cống tại cửa ra
• L_B — Tổng chiều dài bể
• L — Khoảng cách dọc giữa các hàng phần tử

Các biến trong hình:

• W_B— Chiều rộng bể
• W_O — Chiều rộng cống tại cửa ra
• L — Khoảng cách dọc giữa các hàng phần tử
• N_r — Số hàng (Row number)

6.5.2 Riprap Basin and Apron

Các biến đầu vào cần thiết cho phép tính này gồm:

• Điều kiện tính vận tốc tại cửa ra bể — Người dùng có thể chọn Best Fit Curve hoặc Envelope Curve.

Người dùng nên chọn Best Fit Curve nếu cho rằng dòng chảy phía hạ lưu của bể là dòng siêu tới hạn (supercritical).
Nếu dòng chảy phía hạ lưu được cho là dưới tới hạn (subcritical), người dùng nên chọn Envelope Curve.

• D50 of the Riprap Mixture (D50 của hỗn hợp đá hộc) — Đường kính trung bình (theo khối lượng) của đá hộc được sử dụng.
• DMax of the Riprap Mixture (DMax của hỗn hợp đá hộc) — Đường kính lớn nhất (theo khối lượng) của đá hộc được sử dụng.

Tiêu chí thiết kế cho loại bể này dựa trên các mô phỏng trong đó tỷ lệ D50/YE nằm trong khoảng từ 0.1 đến 0.7; các giá trị nằm ngoài phạm vi này sẽ bị chương trình loại bỏ.

Các hình tiếp theo sẽ minh họa các bể và lớp lát đá hộc.

Các biến trong hình:

• h_S — Độ sâu vùng tiêu năng
• W₀ — Chiều rộng cống
• TW — Mực nước hạ lưu
• y_e— Độ sâu tương đương tại cửa ra
• d₅₀— Kích thước trung bình của đá (theo khối lượng)
• d_max — Kích thước lớn nhất của đá (theo khối lượng)

6.5.3 Bể Contra Costa

Các biến đầu vào cần thiết cho phép tính này gồm:

• Baffle Block Height Ratio (Tỷ số chiều cao khối chắn) — là tỷ lệ giữa chiều cao khối chắn và khoảng cách từ khối chắn đến cửa ra của cống.
• End Sill Height to Maximum Depth Ratio (Tỷ số chiều cao bậc chắn cuối so với độ sâu lớn nhất) — là tỷ lệ để xác định chiều cao của bậc chắn cuối dựa trên độ sâu lớn nhất.
• Basin Width (Chiều rộng bể) — nên sử dụng chiều rộng của kênh làm chiều rộng bể.

Các hình tiếp theo sẽ thể hiện thiết kế của một bể Contra Costa.

Các biến trong hình:

• D — Đường kính cống
• y₀ — Độ sâu tại cửa ra
• y₂ — Độ sâu xấp xỉ của mặt nước tối đa
• y₃ — Vận tốc dòng chảy tại cửa ra bể
• V₀ — Vận tốc tại cửa ra
• V₂ — Vận tốc tại đầu ra
• h₁ — Chiều cao của khối chắn nhỏ
• h₂ — Chiều cao của khối chắn lớn
• h₃ — Chiều cao của bậc chắn cuối
• L₂ — Khoảng cách từ cửa ra cống đến khối chắn lớn
• L₃ — Khoảng cách từ khối chắn lớn đến bậc chắn cuối
• L_B — Chiều dài bể

6.5.4 Bể Hook (Hook Basin)

Các biến đầu vào cần thiết cho phép tính này gồm:

• Shape of Dissipator (Hình dạng của tiêu năng) — người dùng có thể chọn Tường cánh loe (Warped Wingwalls) hoặc Hình thang (Trapezoidal).
• Flare Angle (Góc loe chỉ áp dụng cho Warped Wingwalls) — góc loe tính theo mỗi bên của bể.
• Ratio of Length to A-hooks over Total Basin Length (chỉ áp dụng cho Warped Wingwalls) — khoảng cách từ cửa ra cống đến hàng móc A (A-HOOKS) chia cho tổng chiều dài bể.
• Ratio of Width to A-hooks over Total Basin Length (chỉ áp dụng cho Warped Wingwalls) — khoảng cách giữa các móc trong hàng đầu tiên chia cho chiều rộng bể tại hàng đó.
• Ratio of Length to B-Hooks over Total Basin Length (chỉ áp dụng cho Warped Wingwalls) — khoảng cách từ cửa ra cống đến hàng móc B (B-HOOKS) chia cho tổng chiều dài bể.
• Width for the Downstream End of the Basin (chỉ áp dụng cho Warped Wingwalls) — Chiều rộng tại cuối hạ lưu của bể
• Basin Side Slop (chỉ áp dụng cho hình thang) — Độ dốc thành bể người dùng có thể chọn 1.5:1 hoặc 2:1
• Basin Bottom Width (chỉ áp dụng cho hình thang) — Chiều rộng đáy bể

Hai hình tiếp theo sẽ minh họa bể Hook với tường cánh loe.

Các biến trong hình

• W₀ — Chiều rộng cửa ra
• W₁ — Chiều rộng tại hàng móc đầu tiên
• W₂ — Khoảng cách giữa các móc hàng đầu tiên (hàng A)
• W₃ — Khoảng cách ngang giữa hàng móc A và B
• W₄ — Chiều rộng của móc
• W₅ — Chiều rộng khe mở trên bậc chắn cuối
• W₆ — Gần đúng với chiều rộng của kênh
• h₄ — Chiều cao bậc chắn cuối
• h₅ — Chiều cao đến đỉnh của bậc chắn cuối
• h₆ — Chiều cao đến đỉnh của tường cánh loe
• yₑ — Độ sâu tương đương
• L₁ — Khoảng cách đến hàng móc đầu tiên
• L₂ — Khoảng cách đến hàng móc thứ hai (hàng B)
• L_B — Chiều dài bể

• β — Góc cung tròn
• r — Bán kính
• h₁ — Chiều cao đến tâm cung tròn
• h₂ — Chiều cao đến điểm xác định
• h₃ — Chiều cao đến đỉnh của cung tròn
• yₑ — Độ sâu tương đương

Hai hình tiếp theo sẽ minh họa một bể Hook với kênh hình thang đồng nhất.

Các biến trong hình

• W₀ — Chiều rộng cửa ra
• W₁ — Chiều rộng tại hàng móc đầu tiên
• W₂ — Khoảng cách giữa các móc hàng đầu tiên (hàng A)
• W₃ — Khoảng cách ngang giữa móc A và móc B
• W₄ — Chiều rộng của móc
• W₅ — Chiều rộng khe trên bậc chắn cuối
• W_B — Gần đúng với chiều rộng kênh
• h₄ — Chiều cao bậc chắn cuối
• h₅ — Chiều cao đến đỉnh của bậc chắn cuối
• h₆ — Chiều cao đến đỉnh của tường cánh loe
• yₑ — Độ sâu tương đương
• L₁ — Khoảng cách đến hàng móc đầu tiên
• L₂ — Khoảng cách đến hàng móc thứ hai (hàng B)
• L_B— Chiều dài bể

Các biến trong hình

• β — Góc cung
• r — Bán kính
• h₁ — Chiều cao đến tâm của bán kính
• h₂ — Chiều cao đến điểm xác định
• h₃ — Chiều cao đến đỉnh của bán kính

6.5.5 USBR Type VI Impact Basin – Bể va chạm USBR loại VI

Không yêu cầu biến đầu vào nào cho phép tính này.

Các hình tiếp theo sẽ minh họa một bể va chạm USBR loại VI.

Các biến trong hình

• W_B — Chiều rộng bể yêu cầu
• W₁ — Biến hình học thiết kế
• h₁ đến h₅ — Các biến hình học thiết kế (chiều cao)
• t₁ đến t₅ — Các biến hình học thiết kế (bề dày/thickness)
• L₁ và L₂ — Các biến hình học thiết kế (chiều dài đoạn)
• L — Chiều dài của bể