Luận án Nghiên cứu khả năng tháo qua tràn piano khi kể đến ảnh hưởng của mực nước hạ lưu

ư sau 
(Hình 2.10, Hình 2.11): 
Vùng 1: Kênh thượng lưu, dài 30m, x=1,0÷0,25m; y=0,5m; z=0,3m; 
Vùng 2: Sân thượng lưu, dài 10m: x =0,25÷0,1m; y=0,1m; z=0,1m; 
Vùng 3: Tràn piano, dài 10m: x= y= z=0,1m; 
Vùng 4: Sân hạ lưu, dài 15m: x= y= z=0,05÷0,2m; 
Vùng 5, Kênh xả hạ lưu, dài 35m: x=0,2÷0,5m; y=0,2m; z=0,2m. 
 Phạm vi mô phỏng, miền lưới tính toán 
 Chi tiết lưới tính toán khu vực tràn piano 
2.4.2.2 Kiểm nghiệm, hiệu chỉnh mô hình 
Sau khi thiết lập, mô hình được kiểm nghiệm và hiệu chỉnh bằng số liệu thu 
được từ mô hình vật lý cho trường hợp cột nước tràn H/P=0,4; H/P=0,6. Các kết 
quả được chiết xuất, so sánh, biểu thị trên Bảng 2.4, Hình 2.12. Kết quả cho thấy 
 64 
hình dạng đường mặt nước, luồng nước rơi, cao trình mực nước, phân bố và giá trị 
lưu tốc của dòng chảy phù hợp với quy luật thủy lực và kết quả thí nghiệm. 
Giá trị lưu tốc trung bình mặt cắt tại khu vực đầu phím PKW là 2,5m/s; tại 
giữa tràn, vùng dòng sóng lõm là vtb=3,3m/s và cuối tràn, đầu làn nước rơi là 
vtb=5,3m/s, tương tự như kết quả thí nghiệm trên mô hình vật lý. Do đó, mô hình 
toán 3D đủ độ tin cậy để mô phỏng, đánh giá các đặc trưng thủy động lực dòng 
chảy qua tràn piano khi thay đổi mực nước thượng, hạ lưu. 
 Kết quả kiểm nghiệm, hiệu chỉnh mô hình 
 Giá trị lưu tốc trung bình mặt cắt của dòng chảy trên phím vào H/P=0,4 
Vị trí Mô hình 3D Mô hình vật lý 
Đầu tràn: 
Giữa tràn: 
Cuối tràn (đầu luồng nước rơi): 
V=2,50m/s 
V=3,30m/s 
V=5,33m/s 
V=2,37m/s 
V=3,23m/s 
V=5,77m/s 
2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 
1. Từ cơ sở khoa học xác định khả năng tháo của tràn truyền thống, luận án 
đã luận giải và chỉ ra rằng lưu lượng tháo qua tràn piano phụ thuộc chủ yếu vào 
H/P=0,4 
H/P=0,6 
 65 
các tham số công trình là chiều cao tràn P, chiều cao hạ lưu tràn PH, chiều rộng 
tràn W, chiều rộng phím ra Wo, chiều dài tràn L khi tràn chảy tự do; tham số dòng 
chảy là cột nước thượng lưu H0, cột nước hạ lưu hh, độ ngập hn và chênh lệch mực 
nước hạ lưu z khi tràn chảy ngập. 
2. Trên cơ sở về lý thuyết tương tự, lý thuyết thứ nguyên và mô hình, sử 
dụng phương pháp thí nghiệm trên mô hình vật lý, luận án đã thiết lập được hàm 
hồi quy thực nghiệm thể hiện mối tương quan giữa các yếu tố hình học và yếu tố 
thủy lực gồm phương trình tổng quát (2.23) và phương trình rút gọn (2.24). Khi tràn 
chảy tự do, có ảnh hưởng của chiều rộng phím tràn và đáy kênh hạ lưu, hệ số tháo 
theo phương trình (2.30) hoặc không có ảnh hưởng của chiều rộng phím tràn, hoặc 
đáy kênh hạ lưu, hệ số tháo theo phương trình (2.31), (2.32). Khi tràn chảy ngập, 
xác định hệ số ngập theo phương trình (2.33). 
3. Mô hình vật lý và mô hình toán 3D được thiết kế, xây dựng mô phỏng lát 
cắt tràn piano gồm 2 đơn vị tràn. Dòng chảy trên mô hình tuân theo tiêu chuẩn 
Froude và thỏa mãn các tiêu chuẩn tương tự khác. Mô hình được thí nghiệm theo 
phương pháp chủ động bố trí trên cơ sở phân tích, khảo sát, kế thừa các nghiên cứu 
đã có. Điều kiện áp dụng vào thực tế của số liệu thí nghiệm khi tỷ lệ mô hình ≤70 
và ≤33H(m). 
4. Luận án đã tổng hợp, phân tích hơn 450 số liệu số liệu thí nghiệm về tràn 
piano đã công bố trong những năm gần đây của các tác giả ở trong và ngoài nước, 
từ đó thực nghiệm bổ sung gần 150 thí nghiệm nhằm xác định khả năng tháo, phân 
bố vận tốc, đường mặt nước, lưu hướng. Phạm vi nghiên cứu, theo đại lượng không 
thứ nguyên: H0/P=0,17÷2,09; H0/Wo=0,31÷2,08; H0/Wu=0,14÷0,92; 
P/Wu=0,44÷1,07; hn/Hn=-0,4 ÷ 0,98; q=0,03÷0,32 m2/s, là tổ hợp của 3 trường hợp 
chiều cao tràn; 2 trường hợp đáy kênh hạ lưu ngang bằng/thấp hơn so với chân 
phím nước ra; 2 chế độ chảy là chảy không ngập và chảy ngập. Các số liệu thực 
nghiệm được đánh giá khách quan cùng các nghiên cứu của tác giả khác cung cấp 
bộ dữ liệu phù hợp, đảm bảo độ tin cậy, được sử dụng cho phân tích đặc điểm dòng 
chảy, xác định các chế độ, trạng thái ranh giới chảy qua PKW và thiết lập công 
thức xác định khả năng tháo qua tràn piano sẽ trình bày trong chương tiếp theo. 
 66 
Chương 3 ĐẶC TRƯNG KHẢ NĂNG THÁO QUA TRÀN PIANO 
Dòng chảy qua tràn piano gồm phần chảy qua tường thượng lưu, qua tường 
hạ lưu và tường bên của các phím. Trong đó, lưu lượng chảy qua tường thượng lưu 
và thành bên chiếm phần lớn tổng lưu lượng tràn. Phạm vi thoát nước của 2 thành 
phần này bị hạn chế bởi khu vực phím nước ra. Trong chương này, luận án trình 
bày đặc trưng thủy động lực học, sự chuyển đổi trạng thái chảy đầy và không đầy 
phím nước ra; ranh giới ảnh hưởng của đáy địa hình hạ lưu; ranh giới trạng thái 
chảy tự do và chảy ngập qua tràn; từ đó phân tích, tổng hợp số liệu thực nghiệm, 
thiết lập công thức xác định khả năng tháo qua tràn và đánh giá hiệu quả thoát 
nước so với tràn truyền thống. 
3.1 ĐẶC TRƯNG THỦY ĐỘNG HỌC, SỰ CHUYỂN ĐỔI CÁC TRẠNG 
THÁI VÀ NỐI TIẾP DÒNG CHẢY QUA TRÀN PIANO 
Dòng chảy (lưu lượng) qua 
PKW được chia làm 3 phần tương 
ứng với đường zic zắc bao quanh 
các phím như thể hiện trên Hình 3.1, 
gồm: phần 1 tràn qua tường thượng 
lưu phím nước ra, phần 2 tràn qua 
thành bên và phần 3 qua tường hạ 
lưu của phím nước vào. 
 Các thành phần dòng chảy 
qua PKW 
Các thành phần này được phân định ranh giới rõ ràng hoặc không rõ ràng 
tùy thuộc vào độ sâu cột nước thượng lưu tràn và kích thước phím nước ra, tạo nên 
đặc điểm khác biệt giữa dòng chảy qua tràn piano so với tràn truyền thống. 
Trong luận án này, các đặc trưng dòng chảy qua tràn piano được xem xét, 
phân tích từ kết quả thí nghiệm mô hình vật lý và mô hình toán 3D. 
3.1.1 Dòng chảy trên phím nước vào 
Trên phím nước vào, hình dạng đường mặt nước thay đổi phụ thuộc vào cột 
nước thượng lưu hay lượng dòng chảy đổ xuống phím ra, biểu thị bởi đại lượng 
Phần 1 
Phần 3 
Phần 2 
 67 
không thứ nguyên H0/Wo. Kết quả thực nghiệm cho thấy: 
 Hình dạng làn nước, biểu thị trên Hình 3.2 và Hình 3.3a: 
Khi cột nước tràn nhỏ (H0/Wo<0,5), đường mặt nước trên phím nước vào 
khá phẳng, dạng nằm ngang (Hình 3.2a). Khi tăng cột nước tràn H 
(0,5<H0/Wo<1,7), dòng chảy có dạng vồng lên ở cuối phím. Đường mặt nước dọc 
phím nước vào có dạng lượn sóng, co hẹp ở khu vực giữa tràn theo chiều dòng 
chảy. Mức độ lượn sóng giảm khi mực nước hạ lưu tăng. Vị trí co hẹp dịch chuyển 
dần về hạ lưu khi cột nước qua tràn tăng (Hình 3.2b,c). 
Tiếp tục tăng cột nước thượng lưu (H0/Wo>1,7), dòng chảy trên mặt cắt 
ngang các phím tương đối đều nhau, không có sự khác nhau rõ rệt giữa phím ra và 
phím vào, đường mặt nước trên phím nước vào dạng đường nước đổ, thấp dần về 
hạ lưu (Hình 3.2d). 
a. Cột nước tràn thấp (H0/Wo=0,4) b.Cột nước tràn trung bình (H0/Wo=0,8) 
c.Cột nước tràn khá lớn (H0/Wo=1,5) d.Cột nước tràn lớn (H0/Wo=1,9) 
 Quá trình thay đổi hình dạng đường mặt nước dọc phím nước vào 
 Lưu hướng và phân bố lưu tốc: 
Khi tăng mực nước thượng lưu, lưu hướng của dòng chảy trên phím nước 
vào ít có sự thay đổi. Lưu hướng dòng đáy song song với phương đáy phím, độ 
Đường mặt nước trên phím vào 
 68 
dốc của lưu hướng giảm dần khi dòng lên mặt, lưu hướng dòng mặt có hướng 
tương tự đường mặt nước. 
Giá trị lưu tốc dòng chảy nhỏ ở dòng đáy và tăng dần lên mặt. Lưu tốc lớn 
nhất tại dòng rơi từ cuối phím vào đổ xuống hạ lưu như thể hiện trên Hình 3.4. 
 Đường mặt nước dọc công trình khi tăng cột nước tràn 
 Lưu hướng và phân bố lưu tốc trên phím vào khi tăng cột nước tràn 
3.1.2 Dòng chảy trên phím nước ra 
Dòng chảy trên phím nước ra gồm dòng qua tường thượng lưu và dòng qua 
thành bên, chiếm phần lớn tổng lượng dòng chảy qua tràn piano. 
 Hình dạng dòng chảy, thể hiện các trên Hình 3.3b, Hình 3.5 và Hình 3.6. 
+ Làn nước qua tường thượng lưu đổ xuống phím nước ra có dạng tương tự 
như dòng chảy trên dốc có độ dốc lớn, không bị ảnh hưởng nhiều khi thay đổi mực 
nước thượng, hạ lưu, (Hình 3.5a). 
+ Dòng chảy qua tường bên đổ xuống phím nước ra gồm 2 làn nước đối 
xứng nhau, chi phối lẫn nhau tùy theo cột nước tràn và chiều rộng lòng phím ra. 
4
6
8
10
12
14
16
18
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
Z (m)
L (m)
a. Dòng chảy trên phím vào
H/Wo=1,7
H/Wo=1,3
H/Wo=0,9
H/Wo=0,35
4
6
8
10
12
14
16
18
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
Z (m)
L (m)
b. Dòng chảy trên phím ra
H/Wo=1,7
H/Wo=1,3
H/Wo=0,9
H/Wo=0,35
 69 
Khi cột nước tràn nhỏ (H0/Wo<0,5), dòng chảy bám theo toàn bộ đường zic 
zắc, dạng làn nước rơi, có phương vuông góc với thành phím, tràn piano làm việc 
như tràn thành mỏng có chiều dài thoát nước L gấp từ 4 tới 6 lần chiều rộng tràn 
W, (Hình 3.5b). 
Trong lòng phím nước ra, làn nước rơi xuống từ hai thành bên giao nhau. 
Khi cột nước tăng dần (0,5<H0/Wo<1,7), điểm giao thoa này dần nâng lên, 
làm làn nước vồng lên. Vị trí dòng vồng cao bắt đầu từ cuối phím phát triển dần 
về thượng lưu. 
a. Dòng như trên dốc có độ dốc lớn b. Dòng vuông góc với thành bên 
 Dòng chảy trên phím nước ra 
 Đặc điểm dòng chảy trên phím ra khi tăng mực nước thượng lưu 
Tiếp tục tăng cột nước tràn (H0/Wo>1,7), toàn bộ khối nước phủ trùm lên 
các phím, đường mặt nước ngang trên phím nước ra và phím nước vào dần tương 
tự nhau, thấp dần từ thượng lưu về hạ lưu, toàn bộ bó dòng trên phím ra có phương 
gần song song với thành bên, tràn piano làm việc như tràn thực dụng có chiều rộng 
tràn nước bằng tổng chiều rộng các phím (W). 
H/Wo=0,34 H/Wo=1,0 H/Wo=1,6 H/Wo=2,1 
 70 
 Lưu hướng và phân bố lưu tốc: 
Xem xét phân bố lưu hướng và lưu tốc của phím nước ra là xem xét phân 
bố lưu hướng và lưu tốc của dòng chảy trên tường bên và dòng trên phím nước ra, 
biểu thị trên Hình 3.7 và Hình 3.8. 
 Phân bố giá trị lưu tốc trung bình mặt cắt dọc theo tường bên 
 Lưu hướng dòng chảy và phân bố lưu tốc trên phím ra khi tăng H 
- Dòng chảy trên tường bên: Khi H nhỏ, giá trị lưu tốc ở khu vực 1/3 đầu 
phím lớn hơn vùng cuối phím, lưu hướng vuông góc với thành bên. Khi H lớn, 
vùng có giá trị lưu tốc lớn dịch chuyển dần về hạ lưu, tương ứng với khu vực hình 
dạng dòng chảy có sóng lõm, lưu hướng chuyển dần từ phương vuông góc sang 
phương xiên. Tiếp tục tăng cột nước H, giá trị lưu tốc phân bố tăng dần về cuối 
phím, lưu hướng chuyển song song với thành bên của phím, phần dòng chảy có 
lưu tốc lớn nhất phóng thẳng xuống đầu kênh hạ lưu, cùng với dòng chảy từ cuối 
phím vào, tạo thành dòng quẩn ngang, ngược vào chân công trình. 
- Dòng qua tường thượng lưu (phần 1) có lưu hướng song song với đáy 
phím, giá trị lưu tốc ở vùng 2/3 đầu phím lớn hơn vùng 1/3 cuối phím, tạo thành 
dòng đáy có lưu tốc lớn ở đầu kênh hạ lưu, (Hình 3.8). 
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
vtb (m/s)
L (m)
H/Wo=2.20 H/Wo=1.15
H/Wo=0.73 H/Wo=0.47
 71 
Các đặc trưng về hình dạng dòng chảy, lưu hướng, phân bố lưu tốc thể hiện 
rõ ràng nhất khi mực nước hạ lưu thấp, dòng chảy qua PKW là tự do. Khi mực nước 
hạ lưu dâng cao dần, dòng từ thượng lưu qua tràn bị giới hạn dần bởi lớp nước hạ lưu, 
lưu tốc qua tràn giảm dần khi mực nước hạ lưu tăng, mức độ dòng lượn sóng giảm, 
làm dềnh mực nước thượng lưu, giảm khả năng tháo qua tràn, Hình 3.9 . 
 Quá trình giảm mức lượn sóng khi tăng mực nước hạ lưu 
3.1.3 Nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu 
Đặc điểm dòng chảy và hình thức nối tiếp hạ lưu tràn piano không chỉ phụ 
thuộc vào mực nước hạ lưu mà còn phụ thuộc bó dòng ra khỏi các phím. Dọc theo 
phím vào và phím ra, hình thức nối tiếp hạ lưu là khác nhau. 
+ Khi đáy kênh hạ lưu tràn piano không có bậc thụt, ngay sau tràn không 
có lớp nước hạ lưu, nối tiếp dòng chảy hạ lưu phím nước ra là dạng nối tiếp dòng 
trên kênh có độ dốc lớn. Nối tiếp dòng chảy sau phím nước vào là dạng dòng rơi 
sau đó chuyển thành xiết. Dòng chảy trên mặt cắt ngang kênh không phân bố đều. 
Dòng chảy phía phím nước ra nhiều hơn, sâu hơn và lưu tốc lớn hơn phía bên phím 
nước vào. 
+ Khi hạ lưu có lớp nước đệm, nối tiếp hạ lưu tràn chia làm hai phần rõ rệt 
gồm khu xáo trộn trước co hẹp và khu nước nhảy sau co hẹp, phân định bởi vị trí 
(a) (b) 
(c) (d) 
 72 
dòng rơi giao với mực nước hạ lưu (vị trí dòng chảy co hẹp) (Hình 3.10, Hình 
3.11). Dọc theo hạ lưu phím nước vào và phím nước ra, hình thức nối tiếp dòng 
chảy là khác nhau: 
Dòng chảy cuối phím vào nối tiếp hạ lưu dạng dòng phun. Một phần bó 
dòng phía trên luồng phun nối tiếp hạ lưu bằng dòng mặt, một phần bó dòng phía 
dưới luồng phun tạo dòng quẩn ngược về gầm phím, cùng với dòng chảy từ cuối 
tường bên đổ xuống tạo nên xoáy cuộn ở chân công trình (Hình 3.11, Hình 3.13, 
Hình 3.14). Từ vị trí co hẹp về chân tràn, luôn có xoáy cuộn (gầm phím nước vào). 
Dòng quẩn ngược có hướng từ hạ lưu về chân tràn và từ phía phím nước ra sang 
phía phím nước vào. 
 Nối tiếp hạ lưu tràn khi 
cột nước H nhỏ 
 Nối tiếp hạ lưu tràn khi cột nước H lớn, mực nước hạ lưu thấp/cao 
Dòng chảy sau phím nước ra nối tiếp hạ lưu bằng dòng đáy qua khu vực 
nước nhảy, tương tự dòng chảy trên dốc có độ dốc lớn. Lưu hướng dòng chảy có 
phương xiên hợp bởi phương của dòng xiên từ thành bên đổ xuống và phương của 
dòng đáy có độ dốc lớn trên đáy phím ra. Bó dòng xiên này chuyển dần hất lên 
mặt, theo nguyên lý cân bằng năng lượng (Hình 3.15). 
Khu xáo trộn nối tiếp 
hạ lưu tràn 
Vị trí co hẹp 
Dọc theo phím ra 
Dọc theo phím vào 
Vị trí co hẹp 
 73 
- Về phân bố lưu tốc dòng chảy: Trong khu vực trước vị trí co hẹp, giá trị lưu 
tốc đáy và lưu tốc trung bình mặt cắt dọc theo phím ra lớn hơn bên phím vào. Sau 
vị trí co hẹp, lưu tốc trung bình của dòng chảy sau phím ra dần nhỏ hơn phía phím 
nước vào và dần trở về phân bố như dòng tự nhiên trên kênh hạ lưu (Bảng 3.1, 
Hình 3.12a). Đó là do dòng chảy sau phím ra được tiêu năng bởi lớp nước đệm hạ 
lưu, lưu tốc giảm nhanh khi qua nước nhảy ngập và dần trở về lưu tốc của dòng 
trên kênh tự nhiên. Dòng chảy sau phím nước vào là nối tiếp chảy mặt, năng lượng 
tiêu hao nhỏ nên lưu tốc dòng chảy còn lớn (Hình 3.12b). 
Các đặc điểm nối tiếp này cho thấy PKW khác biệt với tràn truyền thống ở 
khu vực dòng quẩn từ vị trí co hẹp về chân công trình. Hiện tượng này ảnh hưởng 
tới dòng chảy và khả năng tháo qua tràn, được phân tích trong mục 3.1.4 tiếp theo. 
Từ sau vị trí co hẹp, dòng chảy hạ lưu mới tương tự như của tràn truyền thống. 
Ngoài ra, với PKW có đơn vị tràn tiêu chuẩn, chiều dài tràn nước của tường 
thượng lưu và 2 thành bên gấp khoảng 6÷10 lần chiều dài tràn nước của tường hạ 
lưu (cuối phím vào). Nếu coi lưu lượng đơn vị thành phần là tương tự nhau thì lưu 
lượng trên phím nước ra bằng khoảng 80%÷90% tổng lưu lượng tháo qua toàn bộ 
tràn, tức là, ở hạ lưu PKW, lượng dòng nối tiếp chảy đáy chiếm phần lớn so với 
nối tiếp chảy mặt. Đó cũng là lý do lưu tốc dòng đáy ngay sau tràn ở hạ lưu phím 
ra lớn hơn nhiều so với hạ lưu phím vào. 
 Giá trị lưu tốc dòng đáy ở hạ lưu tràn, dọc theo các phím 
Vị trí 
Giá trị lưu tốc đáy, giá trị trung bình vtb (m/s) * 
Phím nước vào Phím nước ra 
 u v w vtb u v w vtb 
Chân tràn (L=3,2m) -0,61 -0,73 0,01 -0,95 6,13 0,75 -1,13 6,31 
Cách chân tràn 2m 0,97 1,24 1,02 1,87 5,29 1,50 -1,77 5,78 
Cách chân tràn 5m 4,80 1,08 1,22 5,07 5,26 1,28 -1,76 5,69 
*: Giá trị lưu tốc đáy theo 3 chiều (u, v, w); dấu “-” là ngược chiều, quy chiếu theo trục xyz. 
Chiều dài L tính từ tim công trình về hạ lưu. 
 74 
a. Khu vực xáo trộn trước vị trí co hẹp 
b. Phân bố lưu tốc hạ lưu tràn 
 Giá trị, phân bố lưu tốc dòng đáy ở hạ lưu tràn, dọc theo các phím 
a. Tại vị trí L=5,6m 
b. Tại vị trí L=7,6m 
 Lưu hướng dòng quẩn sau tràn nhìn từ hạ lưu 
 Nối tiếp hạ lưu phím nước vào 
 Nối tiếp hạ lưu phím nước ra 
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0
v (m/s)
L (m)
HL phim vao
HL phim ra
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
v (m/s)
L (m)
hl_phimvao
hl_phimra
Nối tiếp dòng mặt 
Dòng quẩn 
Nối tiếp dòng đáy 
Vị trí co hep Phân bố đều của 
dòng tự nhiên 
 75 
3.1.4 Ảnh hưởng của xoáy cuộn hạ lưu tới khả năng tháo qua tràn piano 
Với đặc điểm dòng chảy nối tiếp hạ lưu PKW như phân tích trên mục 3.1.3 
cho thấy: Khi cột nước tràn lớn, xoáy cuộn ở gầm phím mạnh sẽ cản dòng chảy từ 
phím ra, làm ảnh hưởng giảm khả năng tháo qua PKW. Điều này xảy ra trong thực 
tế, khi tràn piano đặt trên lòng sông, địa hình đáy kênh hạ lưu nâng cao, diện tích 
mặt cắt ướt của dòng chảy ra bị giảm so với trường hợp PKW đặt trên đỉnh thực 
dụng, nên khả năng tháo qua tràn bị ảnh hưởng giảm, (Hình 3.16, Hình 3.17). 
Từ số liệu thực nghiệm, luận án xác định được: với lưu lượng đơn vị nhỏ, 
lượng dòng chảy qua tường hạ lưu nhỏ, chỉ chiếm khoảng 5%÷10% tổng lượng 
dòng chảy qua tràn, nên cũng sinh ra dòng quẩn nhỏ, không ảnh hưởng tới hình 
dạng làn nước qua tràn, khả năng tháo của PKW không bị ảnh hưởng, (Hình 3.18). 
Khi lưu lượng đơn vị lớn, bó dòng sinh dòng quẩn tăng, tạo thành xoáy cuộn 
dâng cao ở gầm hạ lưu phím nước vào, làm hạn chế dòng chảy thoát ra từ thành bên 
và phím nước ra, làm giảm khả năng thoát của tràn. Hay, với cùng cột nước thượng 
lưu, khi đáy kênh hạ lưu dâng lên (trường hợp thiết kế không để bậc thụt hoặc bị bồi 
lắng trong quá trình vận hành), diện tích mặt cắt ướt của lòng dẫn giảm, làm tăng 
mức độ xoáy cuộn, tăng tổn thất dòng chảy, giảm khả năng tháo của tràn piano, 
(Hình 3.19, Hình 3.20). Hệ số biểu thị mức độ giảm khả năng tháo được xác định 
trong mục 3.3. 
 Tràn piano có kênh hạ lưu cao ngang chân phím nước ra 
 76 
 Dòng chảy ở hạ lưu PKW khi đáy kênh hạ lưu cao 
PKW có đáy kênh hạ lưu cao PKW có đáy kênh hạ lưu thấp 
 Dòng chảy ở hạ lưu tràn piano khi H0/PH=0,2 
 Dòng chảy ở hạ lưu tràn khi H0/PH=0,7 
 Dòng chảy ở hạ lưu tràn khi H0/PH=1,0 
Dòng quẩn, 
xoáy cuộn 
Dòng nước 
rơi tự do 
Dòng quẩn Dòng rơi tự do 
 77 
3.2 RANH GIỚI CÁC TRẠNG THÁI CHẢY QUA TRÀN PIANO 
Từ đặc điểm dòng chảy và nối tiếp hạ lưu như đã trình bày trong 3.1, luận án 
xác định ranh giới của các đặc trưng này bằng phân tích bằng lý thuyết và số liệu 
thực nghiệm. 
3.2.1 Ranh giới “chảy đầy phím ra” 
Dòng chảy trên PKW được coi là chảy đầy phím ra khi mực nước hạ lưu 
cao hơn đỉnh thành phím. Ranh giới trạng thái chảy không đầy và chảy đầy phím 
ra được phân định bởi sự bắt đầu thay đổi hình dạng làn nước trên phím nước ra 
và phím nước vào. Khi mực nước trên kênh hạ lưu thấp, sự thay đổi này bị ảnh 
hưởng bởi vị trí giao thoa của làn nước đổ xuống từ hai bên thành phím. Xét vị trí 
điểm giao thoa là điểm giao ở mặt trên của hai làn nước, cho thấy: 
Khi vị trí điểm giao thoa thấp hơn đỉnh tràn tức dòng chảy trên phím ra chưa 
vượt ngưỡng, hình dạng dòng chảy qua tường bên không đổi, dòng chảy qua tường 
bên và qua phím là chảy tự do. Toàn bộ dòng chảy bám theo đường zic zắc của 
đỉnh tràn. Trạng thái dòng chảy này gọi là “chảy không đầy phím ra”. 
Khi cột nước tràn tăng dần, điểm giao thoa dần nâng lên, cao hơn đỉnh tràn, 
dòng chảy trên phím ra cao hơn ngưỡng, hình dạng làn nước qua thành bên thay 
đổi, bị vồng lên, phần lưu lượng tháo qua thành bên giảm, làm giảm khả năng tháo 
qua tràn piano. Trạng thái dòng chảy này gọi là “chảy đầy phím ra”. 
Việc xác định giá trị của ranh giới này dựa trên đặc điểm dòng chảy của tràn 
piano, lý thuyết làn nước rơi qua tràn thành mỏng kết hợp với kết quả thực nghiệm. 
+ Theo đặc điểm dòng chảy của tràn piano, lý thuyết làn nước rơi qua tràn 
thành mỏng như đã trình bày trong mục 2.1.1. Làn nước từ hai thành bên của phím 
đổ xuống, giao nhau tại vị trí cao hơn ngưỡng tràn khi tràn có cột nước lớn hơn ½ 
chiều rộng phím nước ra, hay khi H/Wo>0,5. 
+ Theo kết quả thực nghiệm của luận án: 
Khi cột nước tràn H0/Wo<0,5, làn nước qua PKW dạng đường nước rơi tự do, 
điểm giao thoa thấp hơn ngưỡng tràn, (Hình 3.21). 
 78 
Khi cột nước tràn tăng dần, 0,5<H0/Wo<1,7, điểm giao thoa bắt đầu cao hơn 
ngưỡng PKW, hình dạng làn nước qua tường bên bắt đầu thay đổi, dòng chảy trên 
phím vào vồng lên, dạng lượn sóng, làm tăng mực nước thượng lưu, khả năng tháo 
qua tràn giảm. 
Khi cột nước đạt H0/Wo>1,7, hình dạng đường mặt nước cắt ngang t