Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 7

Thuỷ lực vùng ngập lụtảnh. Một ngôi nhà và một con đê bao quanh vùng ngập lụt trung lưu sông Trinity. 1991.7.1Dòng chảy đềuChương này giới hạn bởi dòng chảy trong lòng dẫn hở, bao trùm các bài toán dòng chảy ổn định gồm dòng chảy đều hoặc dòng chảy không đều. Trong phần này, không đề cập đến chế độ thuỷ lực của dòng chảy không ổn định trong lòng dẫn, tuy nhiên độc giả có thể tham khảo nó trong cuốn cơ chất lỏng. Tính toán lòng dẫn và bề mặt nước của vùng ngập lụt là để...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 7Ch−¬ng 7. Thuû lùc vïng ngËp lôt ¶nh. Mét ng«i nhµ vµ mét con ®ª bao quanh vïng ngËp lôt trung l−u s«ng Trinity. 1991.7.1Dßng ch¶y ®Òu Ch−¬ng nµy giíi h¹n bëi dßng ch¶y trong lßng dÉn hë, bao trïm c¸c bµi to¸ndßng ch¶y æn ®Þnh gåm dßng ch¶y ®Òu hoÆc dßng ch¶y kh«ng ®Òu. Trong phÇn nµy,kh«ng ®Ò cËp ®Õn chÕ ®é thuû lùc cña dßng ch¶y kh«ng æn ®Þnh trong lßng dÉn, tuynhiªn ®éc gi¶ cã thÓ tham kh¶o nã trong cuèn c¬ chÊt láng. TÝnh to¸n lßng dÉn vµ bÒmÆt n−íc cña vïng ngËp lôt lµ ®Ó x¸c ®Þnh møc ®é ngËp lôt vµ nghiªn cøu nh÷ng bµito¸n nh− dßng ch¶y æn ®Þnh. Dßng ch¶y ®Òu trong lßng dÉn hë lµ dßng ch¶y xÐt theo ®iÒu kiÖn thuû lùc cã ®és©u vµ diÖn tÝch mÆt c¾t ngang kh«ng ®æi. C¸c tiªu chuÈn nµy ®ßi hái ®−êng n¨ngl−îng, ®−êng mÆt n−íc vµ ®¸y lßng dÉn ph¶i song song víi nhau. Hay nãi c¸ch kh¸c, sùthay ®æi tæng n¨ng l−îng trªn toµn lßng dÉn nghiªn cøu ph¶i b»ng n¨ng l−îng tæn thÊtcña ma s¸t ë líp biªn vµ chuyÓn ®éng rèi. Cuèi cïng, dßng ch¶y ®Òu ®−îc h×nh thµnh trong lßng dÉn víi l−u l−îng vµ diÖn 421tÝch mÆt c¾t kh«ng ®æi. Dßng ch¶y hoµn toµn ®Òu trong s«ng tù nhiªn rÊt hiÕm bëi v× ë®©y ®iÒu kiÖn cña lßng dÉn lu«n cã sù thay ®æi. Nh−ng trong ®iÒu kiÖn tÝnh to¸n nµo®Êy th× chóng ta vÉn cã thÓ coi dßng ch¶y trong lßng dÉn tù nhiªn lµ ®Òu, víi gi¶ thiÕtnµy th× c¸c kÕt qu¶ tÝnh ®−îc lµ gÇn s¸t víi ®iÒu kiÖn thuû lùc thùc tÕ. Kh«ng nªn gi¶®Þnh dßng ch¶y lµ ®Òu nÕu nh− kh«ng tån t¹i lßng dÉn ®ång nhÊt hoÆc ®¹i l−îng dßngch¶y thay ®æi gÊp. Lßng dÉn nh©n t¹o th× th−êng lµ rÊt ®ång nhÊt vµ viÖc tÝnh to¸ndßng ch¶y ®Òu lµ kh¸ chÝnh x¸c. Cã hai ph−¬ng tr×nh dßng ch¶y ®Òu th−êng ®−îc ¸p dông cho c¸c bµi to¸n lßngdÉn hë lµ c«ng thøc Chezy vµ ph−¬ng tr×nh Manning, trong ®ã cã c¸c gi¸ trÞ nh−: A = diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña lßng dÉn, V = vËn tèc trong lßng dÉn, P = chu vi −ít cña dßng dÉn, R = b¸n kÝnh thuû lùc hoÆc b»ng diÖn tÝch mÆt c¾t ngang A chia cho chu vi −ít P. S = ®é dèc mÆt n−íc (trong dßng ch¶y ®Òu th× nã b»ng ®é dèc ®¸y), C hoÆc n = hÖ sè nh¸m, liªn quan ®Õn tæn thÊt do ma s¸t cña dßng ch¶y víi ®¸y hay biªn r¾n. C«ng thøc Chezy ra ®êi vµo n¨m 1775, biÓu diÔn mèi liªn hÖ gi÷a tèc ®é, ®énh¸m, b¸n kÝnh thuû lùc vµ ®é dèc cña lßng dÉn: V = C RS . (7.1) C cã liªn quan ®Õn thµnh phÇn ma s¸t Darcy f, sö dông cho dßng ch¶y trongèng, qua mèi quan hÖ: g C= 8 (7.2) ftrong ®ã g lµ h»ng sè, gi¸ trÞ cña gia tèc träng tr−êng. Ph−¬ng tr×nh Chezy ®−îc dùa trªn hai gi¶ thiÕt chÝnh ®ã lµ: lùc ma s¸t tû lÖ víib×nh ph−¬ng vËn tèc vµ gi¶ ®Þnh dßng ch¶y ®Òu tøc lµ lùc träng tr−êng c©n b»ng víi sùkh¸ng bëi lùc ma s¸t cña dßng ch¶y. Ph−¬ng tr×nh Chezy ®−îc sö dông cho dßng ch¶ytrong èng cã ¸p còng nh− trong lßng dÉn hë. HÖ sè Chezy C trong ®iÒu kiÖn lßng dÉn hëcã thÓ ®−îc tÝnh b»ng viÖc sö dông quan hÖ Chow (1959). Tuy nhiªn, ngµy nay trong hÇu hÕt c¸c øng dông, ph−¬ng tr×nh Manning ®−îcsö dông thay cho c«ng thøc Chezy khi tÝnh to¸n cho lßng dÉn hë. Ph−¬ng tr×nhManning ®−îc thiÕt lËp n¨m 1980 víi hÖ sè nh¸m Manning n: 1 23 V= S. (7.3) R n §Çu tiªn hÖ sè nh¸m ®−îc x¸c ®Þnh theo hÖ thèng ®o l−êng mÐt (m vµ s), vµ nÕudïng hÖ thèng ®o l−êng cña Mü (inche) th×: 1,49 2 3 V= R S. (7.4) n HÖ sè chuyÓn ®æi 1,49 lµ tõ c¨n bËc ba cña 3,28 trong phÐp biÕn ®æi tõ m3 sangft . Ph©n tÝch thø nguyªn th× n cã ®¬n vÞ lµ TL–1/3 vµ minh ho¹ cho lý thuyÕt cña ph−¬ng 3tr×nh Manning. Sù h÷u dông cña mèi liªn hÖ tù nhiªn nµy lµ v« h¹n, vµ nã ®−îc sö422dông réng r·i cho nhiÒu d¹ng bµi to¸n vÒ dßng ch¶y trong lßng dÉn hë. Sù lùa chän hÖ sè nh¸m n lu«n lu«n ph¶i dùa trªn yÕu tè chñ quan hay môc®Ých thiÕt kÕ cña ng−êi sö dông. HÖ sè nh¸m Manning cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng b¶ngtra cho mçi lo¹i lßng dÉn (xem b¶ng 7.1 hoÆc Chow, 1959).7.2.TÝnh to¸n dßng ch¶y ®Òu C¸c bµi to¸n vÒ dßng ch¶y ®Òu th−êng øng dông ph−¬ng tr×nh Manning ®Ó tÝnh®é s©u dßng ®Òu yn, lµ ®é s©u mµ t¹i ®ã dßng ch¶y lµ ®Òu. Sù lùa chän hÖ sè Manning nphô thuéc vµo yÕu tè chñ quan còng nh− kinh nghiÖm cña n ...