Thủy văn công trình - Chương 2

Các quá trình thủy văn làm biến đổi phân bố không gian và thời gian của nước trong mọi khâu của vòng tuần hoàn thủy văn. Sự vận động của nước trong hệ thống thủy văn chịu ảnh hưởng và chi phối các tính chất vật lý của hệ thống như hình dạng, kích thước dòng chảy và của tác động qua lại giữa nước với các đối tượng trung gian khác trong đó có không khí và nhiệt. Rất nhiều định luật khác nhau điều khiển hoạt động của hệ thống thủy văn. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thủy văn công trình - Chương 2 Chöông2: QUAÙ TRÌNH THUÛY VAÊN Caùc quaù trình thuûy vaên laøm bieán ñoåi phaân boá khoâng gian vaø thôøi gian cuûa nöôùc trong moïi khaâu cuûa voøng tuaàn hoaøn thuûy vaên. Söï vaän ñoäng cuûa nöôùc trong heä thoáng thuûy vaên chòu aûnh höôûng vaø chi phoái caùc tính chaát vaät lyù cuûa heä thoáng nhö hình daïng, kích thöôùc doøng chaûy vaø cuûa taùc ñoäng qua laïi giöõa nöôùc vôùi caùc ñoái töôïng trung gian khaùc trong ñoù coù khoâng khí vaø nhieät. Raát nhieàu ñònh luaät khaùc nhau ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa heä thoáng thuûy vaên. 2.1 KHAÙI NIEÄM VEÀ HEÄ THOÁNG THUÛY VAÊN: Heä thoáng laø moät taäp hoïp caùc thaønh phaàn coù quan heä lieân thoâng vôùi nhau taïo thaønh moät toång theå. Ví duï: tuaàn hoaøn thuûy vaên laø moät heä thoáng thuûy vaên vôùi caùc thaønh phaàn laø:nöôùc rôi, boác hôi, doøng chaûy vôùi caùc pha khaùc nhau cuûa chu trình. Caùc thaønh phaàn naøy coù theå taäp hoïp thaønh caùc heä thoáng con cuûa chu trình lôùn. Coù ba heä thoáng con trong tuaàn hoaøn thuûy vaên: Heä thoáng nöôùc khí quyeån, bao goàm caùc quaù trình nöôùc rôi, boác hôi, ngaên giöõ nöôùc bôûi caây coái, vaø boác thoaùt hôi töø sinh vaät. Heä thoáng nöôùc maët, bao goàm caùc quaù trình chaûy treân söôøn doác, chaûy maët, xuaát loä cuûa caùc doøng saùt maët, doøng ngaàm, quaù trình doøng chaûy ñoå vaøo soâng ngoøi, ñaïi döông. Heä thoáng nöôùc döôùi maët ñaát, bao goàm caùc quaù trình thaám, boå sung nöôùc cho kho nöôùc ngaàm, caùc doøng saùt maët ñaát vaø doøng ngaàm saâu trong loøng ñaát. Trong vieäc phaùt trieån caùc moâ hình thuûy vaên, ñònh lyù vaän taûi Reynolds (hay coøn goïi laø phöông trình theå tích kieåm tra ñaõ cho ta moät lyù thuyeát neàn taûng cô sôû. Ñònh lyù naøy ñöôïc söû duïng ñeå thieát laäp caùc phöông trình lieân tuïc, phöông trình ñoäng löôïng, phöông trình naêng löôïng… cuûa nhieàu quaù trình thuûy vaên. http://www.ebook.edu.vn 2.2 ÑÒNH LYÙ VAÄN TAÛI REYNOLDS. Trong ñònh lyù naøy, ngöôøi ta aùp duïng caùc ñònh luaät vaät lyù cho moät doøng chaát loûng chuyeån ñoäng lieân tuïc qua moät theå tích kieåm tra coá ñònh trong khoâng gian, coù theå tích laø W, ñöôïc bao quanh bôûi dieän tích A: W A1 A1 C B D Goïi X laø ñaïi löôïng naøo ñoù cuûa doøng löu chaát qua W, k laø giaù trò X trong moät ñôn vò khoái löôïng, ta coù X = ∫∫∫ kρdw w Baèng phöông phaùp theå tích kieåm soaùt, ta coù theå tìm ñaïo haøm toaøn phaàn cuûa X theo thôøi gian nhö sau: X t 2 − X t1 (X Ct 2 + X Dt 2 ) − (X Bt1 + X Ct1 ) dX lim lim = = dt Δt Δt Δt → 0 Δt → 0 (X Ct 2 + X Bt 2 ) − (X Bt1 + X Ct1 ) X Dt 2 − X Bt 2 lim + lim = Δt Δt Δt → 0 Δt → 0 ∂X ∂X + ∫∫ kρundA + ∫∫ kρu ndA = + ∫∫ kρundA = ∂t ∂t w w A1 A2 A (2.1) Neáu doøng löu chaát chuyeån ñoäng oån ñònh ( doøng oån ñònh laø doøng maø caùc ñaëc tröng thuûy löïc cuûa doøng (vaän toác, dieän tích maët caét öôùt, löu ∂X löôïng,..) khoâng thay ñoåi theo thôøi gian), thaønh phaàn = 0 ; ta suy ∂t w ra: dX ∫A∫ kρundA (2.2) = dt http://www.ebook.edu.vn 2.3 PHÖÔNG TRÌNH LIEÂN TUÏC. Trong tröôøng hôïp X laø khoái löôïng, ta coù k=1, vaø theo ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng, dX/dt=0, suy ra: ∫∫ ρundA = 0 ⇔ ∫∫ ρu n dA = 0 (2.3) A A dA2 Ñoái vôùi doøng nguyeân toá, löu chaát chæ vaøo u2ø moät ñaàu (dieän tích dA1), vaø ra ôû ñaàu kia dA1 (dA2), neân ta coù: u1 ...