Thiết kế stilling well của US Army Corps of Engineers dựa trên các thử nghiệm mô hình được thực hiện bởi US Army Corps of Engineers (USACE, 1963; Grace và Pickering, 1971). Hình 12.1 minh họa thiết kế này. Stilling well có thể được sử dụng trong các kênh có nồng độ cát hoặc bùn vừa phải đến cao và nơi mảnh vụn không phải là vấn đề nghiêm trọng. Stilling well không nên được sử dụng ở những khu vực có khả năng xuất hiện nhiều mảnh vụn trôi nổi hoặc lăn nếu không có các cấu trúc kiểm soát mảnh vụn phù hợp. Ứng dụng đường bộ của stilling well là tại các cửa xả của cống thoát nước mưa, rãnh giữa, và ống thoát thẳng đứng nơi ít mảnh vụn xuất hiện.
Việc thiết kế stilling well được bắt đầu sau khi đã xác định kích thước và lưu lượng của ống vào. Hình 12.2 được sử dụng để chọn đường kính stilling well, \(D_w\). Các thử nghiệm mô hình cho thấy hiệu suất đạt yêu cầu có thể đạt được với tỉ lệ \(K_u Q/D^{5/2}\) lên đến 10, với đường kính stilling well từ 1 đến 5 lần đường kính ống vào. (\(K_u\) là hệ số chuyển đổi, bằng 1.811 trong hệ SI và 1.0 trong hệ CU.) Những tỉ lệ này đã được dùng để xác định các đường cong trong Hình 12.2.
Độ sâu tối ưu của stilling well dưới đáy ống vào được xác định bằng cách sử dụng Hình 12.3 cùng với độ dốc của ống vào và sử dụng đường kính \(D_w\) đã chọn từ Hình 12.2. Chiều cao của stilling well phía trên đáy được cố định là gấp đôi đường kính ống vào, 2D. Kích thước này đảm bảo vận hành hợp lý và tiết kiệm chi phí; tuy nhiên, nếu tăng chiều cao, hiệu suất sẽ tăng.
Tailwater cũng làm tăng hiệu quả của stilling well. Khi có thể, nó nên được đặt tại một chỗ trũng hoặc khu vực hạ thấp.
Riprap hoặc các dạng bảo vệ kênh khác nên được cung cấp xung quanh outlet của stilling well trong khoảng cách ít nhất là \(3D_w\) về phía hạ lưu.
Outlet cũng có thể được che bằng lưới hoặc song chắn để đảm bảo an toàn. Tuy nhiên, song chắn hoặc lưới nên có diện tích mở ít nhất là 75% diện tích tổng thể của stilling well và có khả năng cho phép các mảnh vụn nhỏ như lon hoặc chai lọ trôi qua.
Quy trình thiết kế được tóm tắt như sau:
Bước 1. Chọn đường kính ống vào, D, và lưu lượng, Q.
Bước 2. Xác định đường kính giếng, \(D_w\), từ Hình 12.2.
Bước 3. Tính độ dốc của cống. Độ sâu của giếng bên dưới đáy cống, \(h_1\), được xác định từ Hình 12.3.
Bước 4. Độ sâu của giếng phía trên đáy cống, \(h_2\), tối thiểu bằng 2D, nhưng có thể lớn hơn nếu điều kiện hiện trường cho phép.
Bước 5. Chiều cao tổng cộng của giếng, \(h_w = h_1 + h_2\).
Ví dụ thiết kế: Stilling Well của U.S. Army Corps of Engineers (SI)
Xác định các kích thước của stilling well.
Cho: \begin{align*} D &= 600\ \text{mm CMP} \\ S &= 0.5\ \text{V/H} \\ Q &= 0.424\ \text{m}^3/\text{s} \end{align*}
Giải:
Bước 1.
Chọn đường kính ống vào và lưu lượng:
$$D = 0.600\ \text{m} \\ Q = 0.424\ \text{m}^3/\text{s}$$
Bước 2.
Xác định đường kính giếng \(D_w\) từ Hình 12.2:
\(D_w = 1.5D = 1.5 \times 0.600\ \text{m} = 0.90\ \text{m}\)
Bước 3.
Tính độ dốc của cống. Độ sâu của giếng bên dưới đáy cống được xác định từ Hình 12.3:
Slope = 0.5
\(h_1 = 0.42 \times (0.90) = 0.378\ \text{m},\ \text{làm tròn dùng}\ h_1 = 0.38\ \text{m}\)
Bước 4.
Chiều sâu của giếng phía trên đáy cống bằng tối thiểu 2D, nhưng có thể lớn hơn nếu điều kiện hiện trường cho phép:
\(h_2 = 2(D) = 2(0.600) = 1.20\ \text{m}\)
Bước 5.
Chiều cao tổng cộng của giếng: \(h_w = h_1 + h_2 = 0.38 + 1.20 = 1.58\ \text{m}\)