Bảng 2 - Các lưu lượng so sánh đối với các máng và đập khác nhau

Cấu trúc

D¹⁾

p¹⁾

b¹⁾

m¹⁾

L¹⁾

Lưu lượng

m³/s

...

...

...

m

m

(dốc)

m

min.

max.

Đập

...

...

...

Thành mỏng, chiều rộng đầy đủ

-

0,2

1,0

-

...

...

...

0,005

0,67

-

1,0

1,0

-

-

0,005

7,70

...

...

...

-

0,2

1,0

-

-

0,009

0,45

-

1,0

...

...

...

-

-

0,009

0,45

Thành mỏng, rãnh chữ V

-

θ = 90°

-

...

...

...

0,001

1,80

Đỉnh rộng có mũi tròn

-

0,15

1,0

-

0,6

0,030

...

...

...

-

1,0

1,0

-

5,00

0,100

3,13

Đỉnh rộng hình chữ nhật

-

...

...

...

1,0

-

0,8

0,03

0,26

-

1,0

1,0

-

...

...

...

0,130

3,07

Đỉnh rộng hình chữ V

-

0,30

θ = 90°

-

1,50

0,002

...

...

...

-

0,15

θ = 150°

-

1,50

0,007

1,68

Biên dạng tam giác

-

...

...

...

1,0

-

-

0,010

1,17

-

1,0

1,0

-

...

...

...

0,010

13,00

Hình chữ V phẳng

-

0,2

4

1:10

-

0,014

...

...

...

-

1,0

80

1:40

-

0,055

630

Máng

...

...

...

Hình chữ nhật

-

0,0

1,0

...

...

...

2,0

0,033

1,70

Hình thang

-

0,0

1,0

5:1

4,0

...

...

...

41,00

Cổ chữ U

0,3

0,0

0,3

-

0,6

0,002

0,07

...

...

...

0,0

1,0

-

2,0

0,019

1,40

CHÚ THÍCH: Các kích thước được đưa ra làm ví dụ để so sánh.

¹⁾ D: đường kính của cổ hình chữ U; p: chiều cao của đập; b: chiều rộng của đập hoặc cổ máng; m: các mái dốc: 1 mặt ứng; m: mặt ngang; L: chiều dài của cổ máng hoặc đỉnh đập.

5.5  Kích thước và tính chất của kênh

...

...

...

5.6  Độ dốc và sự vận chuyển bùn cát của kênh

Đối với các dòng vận chuyển theo phù sa, tránh sử dụng đập thành mỏng vì gờ đỉnh có thể bị hư hỏng hoặc bị xói mòn do phù sa. Ngoài ra, lưu lượng của đập có thể bị ảnh hưởng của việc bồi đắp và xói mòn của bùn cát trong phần dẫn vào đập. Trong dòng chảy có bùn cát ở đáy, không khuyến nghị sử dụng các cấu trúc làm giảm vận tốc của dòng chảy đáng kể vì nó có thể làm cho mức đáy dao động khi dòng chảy thay đổi. Thông thường, máng sẽ làm việc tốt hơn đập trong các dòng chảy vận chuyển theo bùn cát.

Không có sự giới hạn về kiểu cấu trúc đối với các độ dốc nhỏ hơn 0,1 % và các số Froude nhỏ hơn 0,25.

Máng có ưu điểm hơn đập về sự vận chuyển bùn cát đối với các độ dốc nằm giữa 0,1 % và 0,4 % và số các số Froude nằm giữa 0,25 và 0,5.

Đập và máng tiêu chuẩn thường không thích hợp đối với các độ dốc lớn hơn 0,4 % và các số Froude lớn hơn 0,5 trừ khi dòng chảy không vận chuyển theo bùn cát.

5.7  Vận hành và bảo dưỡng

Độ chính xác của tất cả các thiết bị phụ thuộc rất nhiều vào mức độ bảo dưỡng thiết bị đó. Tuy nhiên, máng dễ mắc phải các sai số hiệu chuẩn do sự phát triển của tảo trong cổ.

Đập hình tam giác và đập hình chữ V phẳng cũng dễ có sự phát triển của tảo. Các biện pháp ngăn ngừa tảo có thể được sử dụng nhưng việc này cần thận trọng để tránh hủy hoại môi trường. Do vậy phải chú ý đến an toàn trong khi xây dựng và thực hiện các hoạt động bảo dưỡng. Việc tạo ra các bề mặt siêu nhẵn cho đỉnh được coi là cách hiệu quả nhất để hạn chế tối thiểu sự phát triển của tảo và việc bảo dưỡng tương ứng.

Khi các cấu trúc hoạt động tại nhiệt độ dưới điểm đóng băng, phải xem xét đến ảnh hưởng của sự đóng băng lên phép hiệu chuẩn. Thông thường, đập và đập thành mỏng nối riêng ít bị ảnh hưởng của băng hơn là máng. Trong một số trường hợp, vấn đề về các sai số hiệu chuẩn có thể được giải quyết bằng cách làm nóng không gian trên toàn cấu trúc.

...

...

...

5.8  Sự lưu thông của cá

Sự di chuyển của cá về phía dòng vào để sinh sản có thể gặp trở ngại nếu cấu trúc không đáp ứng qui định cho sự lưu thông của chúng.

Các nhân tố chính ảnh hưởng đến sự di chuyển qua một vật cản là hợp lưu tại vật cản, chiều dài tổng cộng và chiều sâu của nước bên dưới vật cản và phía trên đỉnh của vật cản.

Nếu đập thành mỏng hoặc đập có đỉnh rộng được lắp đặt, chiều sâu của nước phải đủ lớn cho cá có thể bơi ra để vệ sinh đập. Máng tạo ra một cản nhỏ nhất, phụ thuộc vào các vận tốc qua cổ và chiều dài tổng cộng của cổ. Đập có biên dạng tam giác cần phải được xem xét kỹ lưỡng vì chúng có thể tạo ra độ cản lớn đặc biệt ở nơi các bộ tiêu tán năng lượng được kết hợp với giếng tiêu năng.

Đập hình chữ V phẳng có thể được thiết kế để giảm thiểu sự cản trở bằng cách tập trung dòng chảy trong phạm vi dòng chảy tương ứng. Đập này sẽ tạo ra chiều sâu của dòng trên phần đỉnh đối với lưu lượng đã cho lớn hơn tương đối so với chiều sâu của dòng thu được bằng cách sử dụng đập có đỉnh nằm ngang.

5.9  Chi phí

Hiệu quả của dòng chảy qua thiết bị và lợi ích về mặt cải thiện độ chính xác dựa trên chi phí của cấu trúc sẽ dựa trực tiếp trên các giá trị đầu tư tương đối của các loại cấu trúc khác nhau. Các chi phí xây dựng và bảo dưỡng dài hạn tổng cộng phải được xem xét.

Đập có biên dạng tam giác lợi thế về mặt giá thành rẻ cho việc đo dòng khi nó được thiết kế cho việc vận hành gần với giới hạn chảy xiết của nó. Các thiết kế như vậy có cấu trúc nhỏ hơn các thiết kế khác và giảm được sự hợp lưu. Vì thế cấu trúc thượng lưu và đáy được tối giản. Nếu kênh có một phần bằng bê tông thích hợp, ví dụ cống nước thì tùy vào kích thước đập có thể được đúc sẵn và sau đó được đặt cố định vào đáy kênh. Nếu các điều kiện dòng chảy ngập được dự đoán xảy ra thì việc tháo đỉnh được yêu cầu thực hiện.

6  Khuyến nghị

...

...

...

6.1.1  Yêu cầu chung

Đập thành mỏng phụ thuộc vào sự phát triển đầy đủ của phần thu hẹp bên dưới đập tràn nhưng xây dựng tương đối rẻ mặc dù nhà sản xuất yêu cầu phải có chế độ bảo dưỡng riêng. Việc thông khí vào bể tràn bằng các lỗ thông hơi, nếu cần. Mức nước phía dòng ra không được phép gây trở ngại đến quá trình thông hơi, qui định này làm hạn chế khả năng ứng dụng của đập thành mỏng. Đập thành mỏng được khuyến nghị ở nơi độ chính xác cao được yêu cầu và đặc biệt thích hợp đối với việc thí nghiệm và sử dụng trong các kênh nhân tạo và trong các trường hợp khác khi việc bảo dưỡng tốt có thể được đảm bảo và có ít nguy cơ làm hỏng hoặc xuống cấp đỉnh. Các ứng dụng cụ thể bao gồm việc đo dòng bù, phép đo dòng trong các phép thử bơm cấp nước và phép đo dòng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Đập thành mỏng kiểu hình chữ nhật và rãnh chữ V đều rất thích hợp đối với các lắp đặt mang tính tạm thời.

6.1.2  Đập hình chữ nhật

Các đập này có thể có chiều rộng đầy đủ, bị thu hẹp toàn phần hoặc một phần, việc lựa chọn phụ thuộc vào phạm vi dòng chảy cần đo. Đập bị thu hẹp toàn phần có ưu điểm là có thông khí tự động và có thể được lắp đặt trong các kênh không phải hình chữ nhật tùy theo các điều kiện xác định.

6.1.3  Đập xẻ chữ V

Đập xẻ chữ V thành mỏng đặc biệt thích hợp ở nơi có tỉ số dòng từ cao đến thấp lớn và ở nơi độ chính xác tại dòng thấp là quan trọng do độ nhạy cao hơn của chúng.

Đập xẻ chữ V cũng có ưu điểm là đập tràn có thông khí tự động.

6.2  Đập có đỉnh rộng

6.2.1  Yêu cầu chung

...

...

...

Các cấu trúc này thường có một đỉnh cố định để đo dòng nhưng nếu chúng được sử dụng để điều tiết và đo dòng ví dụ như đối với các ứng dụng tưới tiêu, có thể trang bị đỉnh di động cơ khí hoặc thủ công.

6.2.2  Đập có mũi tròn

Đập có đỉnh rộng mũi tròn có phạm vi lưu lượng và tỉ số ngập tốt và thích hợp sử dụng trong các lắp đặt cỡ nhỏ và trung bình.

6.2.3  Đập nằm ngang hình chữ nhật

Đập nằm ngang hình chữ nhật xây dựng đơn giản và có nhiều ứng dụng trong cả điều kiện phòng thí nghiệm và hiện trường. Có các qui định chặt chẽ về hình dạng hình học khi phép đo dòng chính xác được yêu cầu.

6.2.4  Đập hình chữ V

Đập có đỉnh rộng hình chữ V phù hợp với phép đo dòng trên phạm vi lưu lượng lớn. Vì chúng duy trì sự chảy xiết lên đến tỉ số ngập 80%, các đập này đặc biệt thích hợp đối với kênh có độ dốc nhỏ.

6.3  Đập có biên dạng tam giác

Đập có biên dạng tam giác đặc biệt thích hợp đối với phép đo dòng trong các kênh tự nhiên, nơi yêu cầu tổn hao áp suất cột nước nhỏ nhất và ở nơi độ chính xác tương đối cao. Các kênh này có phạm vi lưu lượng và giới hạn chảy xiết tốt, chúng không phức tạp vì thế ít gặp các hư hỏng nhỏ và vẫn hoạt động khi dòng mang theo bùn đất.

...

...

...

Độ chính xác đạt được trên toàn phạm vi dòng chảy và áp suất cột nước làm cho các đập này trở thành các cấu trúc hoàn hảo đối với việc đo khối lượng riêng của nước.

6.4  Đập có biên dạng tam giác theo chiều dọc chảy

Hầu hết các nhận xét liên quan đến đập có biên dạng tam giác cũng được áp dụng cho các cấu trúc có dạng khí động. Tuy nhiên đối với hoạt động của dòng ngập, một thiết bị đo tách rời thường được sử dụng phía dòng ra hơn là yêu cầu phân nhánh đỉnh đối với biên dạng tam giác. Tuy nhiên, đập này khó xây dựng và cần các phần đúc sẵn, chính xác nếu muốn đạt được kết quả mong muốn.

6.5  Đập hình chữ V phẳng

Đập hình chữ V phẳng rất nhạy và được khuyến nghị trong các trường hợp dòng thấp có thể tạo ra độ không chính xác lớn hoặc đỉnh ngang cần phải được xem xét. Việc xây dựng các cấu trúc này tương đối tốn kém đặc biệt là khi sự xói mòn có thể xảy ra phía dòng ra và cần có cấu trúc bảo vệ. Tuy nhiên nếu độ chính xác cao được yêu cầu và thiết bị ghi liên tục được lắp đặt thì các chi phí phát sinh so với các chi phí của các thiết bị đo khác là không đáng kể.

6.6  Cấu trúc đo liên hợp

Các cấu trúc đo liên hợp có nhiều đặc tính của đập hình chữ V phẳng. Chúng được thiết kế để đưa ra độ nhạy cao tại các dòng thấp bằng cách tạo ra một hoặc nhiều vùng mức thấp hẹp, hợp lưu tại các dòng cao có thể tránh được bằng cách tạo ra các phần có mức cao rộng. Tính linh hoạt của đập liên hợp còn được nâng cao hơn bởi được phép sử dụng các loại đập hoặc máng khác đối với các miền riêng biệt nằm trong cấu trúc liên hợp.

6.7  Đập có biên dạng hình thang

Đập có biên dạng hình thang có thể được sử dụng trong dòng chảy xiết hoặc/và phạm vi dòng ngập. Đập này có hình dạng đơn giản nhưng phải tuân theo các hình dáng của các mái dốc phía dòng vào và dòng ra tiêu chuẩn để các đặc tính bắt nguồn từ thực nghiệm có thể được áp dụng.

...

...

...

Cổng tràn dưới và cổng xuyên tâm thẳng đứng có thể được vận hành với các khẩu độ khác nhau vì thế có thể được sử dụng để đo dòng chảy nằm trong dải tương đối hẹp của mức nước phía dòng vào. Độ chính xác của loại thiết bị này thấp hơn độ chính xác của các cấu trúc "tràn" thông thường.

6.9  Phương pháp chiều sâu

Phương pháp sử dụng các độ dốc có sẵn phù hợp với phép đo xấp xỉ khi độ chính xác không quá quan trọng. Phương pháp yêu cầu độ dốc ở cách xa điểm cuối của đường ống hoặc cống và có thể ở trong miền chữ nhật hoặc không phải hình chữ nhật.

6.10  Máng

6.10.1  Yêu cầu chung

Máng được khuyến nghị khi vật chất được vận chuyển dọc theo kênh, đặc biệt là khi có sự di chuyển ở đáy. Cấu trúc bảo vệ phía sau cổ được kết hợp dễ dàng vào cấu trúc chính.

6.10.2  Máng chữ nhật

Máng chữ nhật có kích thước sao cho dễ lắp ráp với kích thước kênh. Các máng như vậy dễ dàng ghép nối với các kênh chữ nhật và gần như được sử dụng rộng rãi trong việc đo dòng vào đối với cấu trúc xử lí nước thải. Chúng thích hợp với nơi hợp lưu cần được giữ thấp nhất.

6.10.3  Máng hình thang

...

...

...

6.10.4  Máng có cổ hình chữ U

Máng có cổ hình chữ U phù hợp với phép đo dòng chảy trong cống thoát nước và các đường ống chảy đầy một phần.

6.10.5  Máng Parshall và SANIIRI

Các máng này được thiết kế để vận hành dưới cả điều kiện dòng tự do và dòng ngập, có thể được sử dụng trong các kênh hở và các kênh tưới tiêu khi có dòng thay đổi chậm hoặc ổn định. Các tiêu chuẩn liên quan đến hai loại máng này xem trong Điều 4 TCVN 10720:2015(ISO 9826:1992).

7  Thông số ảnh hưởng đến việc lựa chọn các cấu trúc

Bảng 1 và 2 đưa ra các thông số tổng quát có thể được xem xét trong việc lựa chọn cấu trúc. Các giới hạn và các giá trị của các hệ số được đưa ra trong tiêu chuẩn tương ứng, việc tham khảo được thực hiện đối với các mục đích thiết kế cụ thể.

Hình 1 đưa ra lưu đồ đối với việc lựa chọn các cấu trúc. Bảng 3 đưa ra danh sách các kiểu cấu trúc đã được tiêu chuẩn hóa. Lưu đồ cho phép việc lựa chọn cấu trúc đo dòng phù hợp nhất, bao gồm các yếu tố sau:

- chức năng của cấu trúc;

- hiện trường áp dụng;

...

...

...

- phạm vi dòng chảy.

Ngoài ra, sự hiểu biết về cấu trúc, nhận biết các thay đổi và các chi phí sẽ đóng góp một phần trong sự lựa chọn cấu trúc đo.

Hình 1 - Lưu đồ lựa chọn các cấu trúc (xem Bảng 3)

Bảng 3 - Các tiêu chuẩn để lựa chọn các cấu trúc đo

ISO 1438-1

Đập thành mỏng

ISO 9827

Đập có biên dạng tam giác theo chiều dọc chảy

...

...

...

Phương pháp đo sâu trong hình chữ nhật

ISO 14139

Các cấu trúc đo liên hợp

ISO 4360

Đập có biên dạng tam giác

ISO 13550

Cổng tràn dưới và cổng xuyên tâm thẳng đứng

ISO 4371

Phương pháp đo sâu trong hình khác chữ nhật

...

...

...

Đập có đỉnh rộng hình chữ nhật

ISO 4374

Đập có đỉnh rộng nằm ngang mũi tròn

TCVN 10718 (ISO 4359)

Máng có cổ dài

ISO 4377

Đập chữ V phẳng

ISO 4362

Máng có biên dạng hình thang

...

...

...

Máng Parsall và SANIIRI

ISO 8333

Đập có đỉnh rộng hình chữ V

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ, định nghĩa

...

...

...

5  Các hệ số ảnh hưởng đến việc lựa chọn

5.1  Tổng quát

5.2  Mục đích

5.3  Phạm vi dòng chảy

5.4  Hợp lưu

5.5  Kích thước và tính chất của kênh

5.6  Độ dốc và sự vận chuyển bùn cát của kênh

5.7  Vận hành và bảo dưỡng

5.8  Sự lưu thông của cá

...

...

...

6  Khuyến nghị

6.1  Đập thành mỏng

6.2  Đập có đỉnh rộng

6.3  Đập có biên dạng tam giác

6.4  Đập có biên dạng tam giác theo chiều dọc chảy

6.5  Đập hình chữ V phẳng

6.6  Cấu trúc đo liên hợp

6.7  Đập có biên dạng hình thang

6.8  Cổng tràn dưới và cổng xuyên tâm thẳng đứng

...

...

...

6.10  Máng

7  Thông số ảnh hưởng đến việc lựa chọn các cấu trúc

[1] TCVN 8193-1(ISO 1438-1) hiện nay đã bị hủy và thay bằng TCVN 8193 (ISO 1438).

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10719:2015 (ISO 8368:1999) về Đo đạc thủy văn - Đo dòng trong kênh hở sử dụng các cấu trúc - Hướng dẫn lựa chọn cấu trúc