Xem mẫu
- TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng TL
chieàu saâu, dieän tích öôùt vaø bieåu ñoà
1. KHAÙI NIEÄM CHUNG
phaân boá vaän toác taïi caùc maët caét doïc
theo doøng chaûy khoâng ñoåi .
Doøng chaûy Caùc ñaëc tröng thuyû löïc khoâng ñoåi
ñeàu doïc theo doøng chaûy
ñöôøng naêng, maët thoaùng vaø ñaùy
keânh song song vôùi nhau.
B
Caùc ñaëc tröng thuûy löïc cuûa m/c öôùt keânh:
h
ϕ • Beà roäng ñaùy keânh : b
b • Beà roäng maët thoaùng: B
• Dieän tích maët caét öôùt: A
• Chu vi öôùt: P
• Baùn kính thuûy löïc: R = A/P
• Heä soá maùi doác: m=cotgϕ
DOØNG ÑEÀU 1
- TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng TL
II. COÂNG THÖÙC CHEÙZY VAØ MANNING V = CR x i y
f R = kV 2
1
⇒ FR = LPkV
2
2
Ñöôøng naêng
γALi − LPkV 2 = 0 Wsinθ
Aùp
Ah
Maët thoaùng
h
löïc
⇒ γALi = LPkV 2
P
θ
1 1
⎛γ⎞ Ñaùy keânh
2
LW
V=⎜ ⎟ Ri 2
⎝k⎠ Fx = Wsinθ = γALsinθ = γALi
Hay
1
⎛γ⎞ 2
Coâng thöùc Chezy:
V = C Ri Vôùi C=⎜ ⎟ : heä soá Cheùzy
⎝k⎠
(1769)
Coâng thöùc Manning: 1 2/3
V= R i
(1889)
n
1 16
Heä soá Cheùzy tính theo Manning: C=
⇒ R
n
Ghi chuù:
soá muõ “1/6” cuûa baùn kính thuyû löïc R khoâng phaûi laø haèng soá. Noù phuï thuoäc chuû
yeáu vaøo hình daïng vaø ñoä nhaùm loøng daãn. Chính vì theá, moät soá nhaø nghieân cöùu
khaùc ñaõ söû duïng soá muõ treân di ñoäng nhö sau:
⎧y = 1,5 n khi R < 1m
1 ⎪
C = Ry
Coâng thöùc Pavlovski (1925): ⎨
⎪y = 1,3 n khi R > 1m
n ⎩
III. XAÙC ÑÒNH HEÄ SOÁ NHAÙM n
1. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán heä soá nhaùm:
1. Ñoä nhaùm beà maët
2. Lôùp phuû thöïc vaät
3. Hình daïng maët caét keânh
4. Vaät caûn
5. Tuyeán keânh
6. Söï boài xoùi
7. Möïc nöôùc vaø löu löôïng
DOØNG ÑEÀU 2
- TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng TL
2. Caùc phöông phaùp öôùc ñònh heä soá nhaùm:
2.1. Tröôøng hôïp maët caét keânh ñôn giaûn:
Phöông phaùp SCS (soil Conversation Service Method):
Theo Cowan, heä soá n ñöôïc tính nhö sau: n = (n0 + n1 + n2 + n3 + n4).m5
n0: Hs nhaùm cô baûn cho con keânh trong tröôøng hôïp tieâu chuaån, (keânh thaúng, maët
caét laêng truï, ñaùy trôn vaø chæ coù moät loaïi vaät lieäu).
n1: Heä soá boå sung theâm trong tröôøng hôïp beà maët keânh khoâng ñeàu.
n2: Heä soá boå sung theâm trong tröôøng hôïp kích thöôùc vaø hình daïng maët caét ngang
keânh thay ñoåi.
n3: Heä soá boå sung theâm trong tröôøng hôïp keânh coù vaät caûn.
n4: Heä soá boå sung theâm trong tröôøng hôïp keânh coù lôùp phuû thöïc vaät.
m5: Heä soá hieäu chænh trong tröôøng hôïp keânh uoán khuùc.
Ví duï: ñoái vôùi keânh ñaát tieâu chuaån coù n=0,02; neáu keânh naøy coù tieát dieän thay
ñoåi loaïi nhoû khoâng ñeàu thì hieäu chænh baèng caùch coäng theâm n2 = 0,01, keânh bò
bao phuû bôûi moät lôùp coû thaáp thì coäng theâm n4=0,005; keânh coù ñoä uoán khuùc roõ thì
nhaân taát caû cho heä soá hieäu chænh m5=1,15. Nhö vaäy heä soá nhaùm Manning n cuoái
cuøng ñöôïc öôùc ñònh laø: n = (0,02 + 0,01 + 0,005).1,15 = 0,04
Caùc heä soá ñöôïc cho trong phuï luïc 1.2
Phöông phaùp duøng baûng:
Phöông phaùp naøy thöôøng ñöôïc söû duïng roäng raõi trong tính toaùn vì ñôn giaûn. Töø
nhöõng keânh thöôøng gaëp trong thöïc teá ngöôøi ta öôùc ñònh saün heä soá n theo kinh
nghieäm hoaëc thöïc nghieäm vaø laäp thaønh baûng. Khi tính toaùn ta chæ caàn tra caùc tính
chaát cuûa keânh thì coù ñöôïc heä soá n (xem phuï luïc 1.3 ).
Phöông phaùp duøng hình aûnh:
Töø nhöõng con keânh thöïc teá ngöôøi ta ño ñaïc vaø xaùc ñònh heä soá n, sau ñoù chuïp aûnh vaø
saép xeáp thaønh töøng loaïi. Khi tính toaùn döïa vaøo caùc hình aûnh caùc keânh coù saün n vaø
öôùc ñònh heä soá nhaùm n
(x − 1)h1 6 U
Phöông phaùp duøng bieåu ñoà löu toác: (baùn thöïc nghieäm): n = x = 0,2
6,78(x + 0,95) U 0,8
Phöông phaùp duøng coâng thöùc thöïc nghieäm:
Simons vaø Senturk (1976) Raudkivi (1976) Meyer–Peter vaø Muller (1948)
(duøng cho keânh coù vaät lieäu ñaùy
hoãn hôïp coù kích thöôùc nhoû)
n = 0 , 038 d 1 6
n = 0 , 013 d 1 / 6
n = 0 , 047 d 1 / 6 65 90
d65, d90 (mm) : laàn löôït laø ñöôøng kính cuûa haït maø troïng löôïng cuûa caùc haït coù
ñöôøng kính nhoû hôn hay baèng noù ñaït 65%, 90%.
DOØNG ÑEÀU 3
- TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng TL
2.2 Tröôøng hôïp maët caét keânh phöùc taïp:
n1 n3
n2
• Coâng thöùc Horton, Einstein, vaø Bank : xem vaän toác 23
⎡N 32⎤
⎢ ∑ Pi n i ⎥
trung bình cuûa töøng dieän tích öôùt ñôn giaûn baèng nhau vaø
n e = ⎢ i=1 ⎥
baèng vaän toác trung bình cuûa toaøn maët caét öôùt
P
⎢ ⎥
⎢ ⎥
⎣ ⎦
• Neáu xem löïc ma saùt treân toaøn boä maët caét baèng toång 12
⎡N 2⎤
⎢ ∑ Pi n i ⎥
caùc löïc ma saùt treân töøng maët caét ñôn giaûn, thì heä soá
ne = ⎢ i=1 ⎥
nhaùm töông ñöông ñöôïc tính nhö sau: P
⎢ ⎥
⎢ ⎥
⎣ ⎦
PR 5 3
ne =
Neáu xem löu löôïng treân toaøn boä maët caét baèng toång caùc
Pi R 5 3
N
löu löôïng treân töøng maët caét ñôn giaûn, thì:
∑ ni
i =1 i
N
∑n A
• Cox(1973) töø thí nghieäm ñeà nghò duøng coâng i i
ne = i =1
thöùc:
A
IV TÍNH TOAÙN DOØNG ÑEÀU
Nhöõng coâng thöùc söû duïng:
1
1
1 23 2
Q= AR 3 i K= AR 2 3
V= R i
n
n n
4.1. Xaùc ñònh ñoä saâu doøng ñeàu:
nQ
AR 2 / 3 =
• Phöông phaùp thöû daàn:
i
Phöông phaùp veõ ñoà thò:
°
Cho nhieàu giaù trò h thay ñoåi, tính caùc giaù trò AR2 / 3
Sau ñoù veõ ñöôøng quan heä: AR2 / 3 theo h
nQ
Xaùc ñònh giaù trò cuûa keânh:
i
Töø ñöôøng quan heä AR2 / 3 theo h ñaõ veõ, suy ra ñöôïc ñoä saâu chaûy ñeàu öùng
vôùi giaù trò nQ cuûa keânh
i
DOØNG ÑEÀU 4
- TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng TL
Phöông phaùp duøng bieåu ñoà: :
°
Veõ saün nhöõng ñöôøng quan heä khoâng thöù nguyeân giöõa caùc modul löu löôïng
(module vaän toác) vaø ñoä saâu chaûy ñeàu , neáu bieát ñöôïc caùc modul löu löôïng ta
coù theå suy ra ñoä saâu chaûy ñeàu .
W Wng = f 2 (h D )
K K ng = f 1 (h D )
1 2/3 V
1 Q W= R =
K= AR 2 / 3 =
n i
n i
1
1
Wng = R2 / 3
K ng = A ng R 2 / 3 ng
n
ng
n
Phöông phaùp soá: Laäp trình ñeå thöû daàn ra ñoä saâu doøng ñeàu. Ví duï:
°
nQ
Tính AR2 / 3 So saùnh AR2 / 3 vôùi
hmin=0; hmax=100 h0= (hmin+hmax)/2
i
nQ nQ nQ
> < =
Neáu: AR2 / 3 Neáu: AR2 / 3 Neáu: AR2 / 3
i i i
thì hmax = h0 thì hmin = h0 thì h0 laø ñaùp soá
Q/Qng 2 V/Vng 3 R/Rng A/Ang P/Png 6 B/D
4 5
1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
1
0.5 3
0.4 5
2
0.3
4
0.2
6
0.1
0.0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
DOØNG ÑEÀU 5
- TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng TL
4.2. Thieát keá keânh:
Ñieàu kieän:
1. Maët caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc m/c coù dt öôùt min nhöng cho löu löôïng max.
* Neáu doøng chaûy trong hai keânh coù cuøng dieän tích maët caét öôùt, thì keânh naøo daãn
löu löôïng lôùn hôn, keânh ñoù coù maët caét lôïi hôn veà maët thuûy löïc.
•* Ngöôïc laïi, neáu hai keânh cuøng daãn moät löu löôïng nhö nhau, thì keânh naøo coù
dieän tích maët caét öôùt nhoû hôn, keânh ñoù coù maët caét lôïi hôn veà maët thuyû löïc.
•* Trong caùc maët caét thöôøng gaëp nhö hình chöõ nhaät, hình thang, hình tam giaùc,
hình troøn…thì maët caét hình troøn laø maët caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc.
•* Tuy nhieân caàn chuù yù raèng maët caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc chöa haún laø maët caét
coù lôïi nhaát veà kinh teá.
A = (b + mh )h = (β + m ) h 2
Keânh hình thang: Ñaët: β = b h ⇒
P = b + 2h 1 + m 2 = h(β + 2 1 + m 2 )
Ñieàu kieän:
dP dh
dA dh
= h 2 + 2h (β + m ) β + 2 1 + m2 + h = 0
=
=0
dβ dβ
dβ dβ
b 2 1 + m2 − m + m h h
= 2 1 + m2 − m R ln =
β ln = =
⇒ 2
h 2 1 + m2 − m + 2 1 + m2
2. Ngoaøi ra thieát keá keânh caàn phaûi chuù yù ñeán
vaän toác trong keânh khoâng ñöôïc vöôït quaù vaän toác khoâng xoùi vaø khoâng
ñöôïc nhoû hôn vaän toác khoâng laéng .
V kl < V < V kx
Caùc giaù trò Vkx ñöôïc cho trong phuï luïc tuøy theo loaïi ñaát dính hay khoâng
dính, giaù trò cuûa Vkl ñöôïc tính theo coâng thöùc thöïc nghieäm:
W max Wmax laø toác ñoä laéng chìm cuûa
V kl = haït coù kích thöôùc lôùn nhaát.
0 , 065 i 1 4
Ví duï1: Keânh hình thang ñaùy roäng 3m, maùi doác m=1,5, ñoä doác keânh i = 0,0016,
heä soá nhaùm n = 0,013. Xaùc ñònh löu löôïng chaûy neáu ñoä saâu chaûy ñeàu laø 2,6m.
Giaûi:
Dieän tiùch öôùt cuûa keânh: A = (b + m h ) h = (3 + 1,5 . 2,6 ) 2,6 = 18 m
2
P = b + 2h 1 + m 2 = 3 + 2. 2,6. 1 + 1,52 = 12,37m
Chu vi öôùt:
R = A P = 18 12 = 1 , 45 m
Baùn kính thuûy löïc:
1 1
18 . (1,5)
2/ 3
AR 2 / 3 i = 0,0016 = 70,71 m 3 s
Q=
Suy ra löu löôïng:
0,013
n
DOØNG ÑEÀU 6
- TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng TL
Ví duï 2: Moät keânh hình thang ñaùy roäng 3m, maùi doác m=1,5, ñoä doác i=0,0016,
heä soá nhaùm n=0,013. Xaùc ñònh ñoä saâu chaûy ñeàu neáu löu löôïng trong keânh 7,1 m3/s
Giaûi:
nQ
Töø phöông trình : AR 2 / 3 =
i
nQ 0 , 013 . 7 , 1
Vôùi: = = 2 , 3075
i 0 , 0016
A = (b + m h ) h = (3 + 1 ,5 . h ) h
P = b + 2h 1+m = 3 + 2 . h . 1 + 1 , 5 2 = 3 + 3 , 606 h
2
(3 + 1,5 . h ) h
R=
3 + 3,606 h
h(m) A(m2) R(m) AR 2 / 3
Baèng caùch thöû daàn:
1,000 4,500 0,6812 3,484
0,800 3,360 0,5701 2,312
0,799 3,354 0,5704 2,3077
h 0 = 0,779m
Suy ra:
Ví duï 3: Xaùc ñònh ñoä saâu chaûy ñeàu trong oáng coáng coù ñöôøng kính 3m. löu löôïng
5 m3/s, heä soá nhaùm n=0,02 vaø ñoä doác i=0,0009
Q 5
Giaûi: K= = 167 m 3 s
=
Vôùi:
i 0,0009
7,068
2
π3 2
πD
= 7,068m 2 ; Png = πD = π . 3 = 9,425m ;Rng = = 0,75m
Ang = =
9,425
4 4
7,068 . (0,75)
2/3
1
K ng = A ng R 2 / 3 = = 291,78m 3 / s
ng
n 0,020
h
⎛h⎞ K 167
h = 0,54.3 = 1,63m
f1 ⎜ ⎟ = = 0,572 = 0,54
⇒
= ⇒
⎝ D ⎠ K ng 291,78 D
Ví duï 4: Xaùc ñònh kích thöôùc (b, h) cuûa keânh hình thang cho bieát
Q = 75 m 3 s V = 1,25 m s m = 2 n = 0,0225 i = 0,00038
Giaûi: 3/ 2
3/ 2
⎛ 0,0225 .1,25 ⎞
⎛ nV ⎞
⎟ = 1,74 m P = A = 60 = 34,62
Q 75
⎟ =⎜
R=⎜
A= = 60 m 2
= ⎜ 0,00038 ⎟ R 1,74
⎝ i⎠
V 1,25 ⎝ ⎠
A = (b + 2h ) h = 60 ; P = b + 2 h 1 + 2 2 = 34,62
⇒
h1 = 2,03m; b1 = 25,54m
⇒ 2,472 h 2 − 34 ,5 h + 60 = 0 ⇒
h 2 = 11 , 95 m ; b 2 < 0
⇒ b = 25,54 m ; h = 2,03m
DOØNG ÑEÀU 7
- TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng TL
Ví duï 5: Keânh hình thang coù heä soá maùi doác m, heä soá nhaùm n, ñoä doác ñaùy i,
daãn löu löôïng Q. Tính kích thöôùc cuûa keânh (beà roäng ñaùy b vaø ñoä saâu h) sao
cho keânh coù maët caét lôïi nhaát veà maët thuûy löïc.Tính baèng soá vôùi m=0,5;
n=0,02; i=0,0001; Q=50 m3/s
Giaûi:
1 2
Q=
AR 3 i
Theo coâng thöùc tính löu löôïng:
n
Theá A = (b + m h ) h vaø R=h/2 (töø ñk keânh coù m/c tlöïc lôïi nhaát). Ta coù :
2 2
1 ⎛h⎞ 1⎛b ⎞ ⎛h⎞
3 3
Q = (b + mh) h⎜ ⎟ i = ⎜ + m ⎟h 2 ⎜ ⎟ i
n ⎝2⎠ n ⎝h ⎠ ⎝2⎠
2
1 2⎛ h ⎞
3
= (β + m )h ⎜ ⎟ i
n ⎝2⎠
b
= 2 1 + m2 − m
Trong p.tr treân, ta thay ñ.k lôïi nhaát veà thuyû löïc: β=
h
2
1 ⎛h⎞ 3
Suy ra : 3
Q = (2 1 + m 2 − m)h 2 ⎜ ⎟ i 2
⎛ ⎞ 8
Qn2 3
n ⎝2⎠ ⎜ ⎟
h=
⎜ (2 1 + m 2 − m ) i ⎟
Vaäy ñeå keânh hình thang coù m/c lôïi nhaát TL thì: :
⎝ ⎠
Theá soá vaøo ta coù: h= 5,44m; b=6,72m; b = βh = 2( 1 + m 2 − m )h
Phuï luïc P.1.2: Caùc heä soá boå sung khi tính toaùn heä soá nhaùm tính theo Cowan
Ñieàu kieän cuûa keânh Heä soá boå sung
Ñaát 0,020
Ñaù 0,025
Vaät lieäu caáu truùc n0
Soûi mòn 0,024
Soûi thoâ 0,028
Nhaün 0,000
Möùc ñoä nhoû 0,005
Möùc ñoä khoâng ñeàu cuûa beà
n1
maët Möùc ñoä vöøa phaûi 0,010
Möùc ñoä nghieâm troïng 0,020
Bieán ñoåi daàn 0,000
Söï thay ñoåi veà hình daùng
vaø kích thöôùc cuûa maët caét n2
Thænh thoaûng bieán ñoåi 0,005
ngang keânh
Thöôøng xuyeân bieán ñoåi 0,010 - 0,015
Khoâng coù 0,000
Trung bình 0,010 – 0,015
Aûnh höôûng cuûa vaät caûn n3
Cao 0,020 – 0,030
Raát cao 0,040 – 0,060
Thaáp 0,005 – 0,010
Aûnh höôûng cuûa lôùp thaûm Trung bình 0,010 – 0,025
thöïc vaät, lôùp thaûm coù n4
Cao 0,025 – 0,050
chieàu cao
Raát cao 0,050 – 0,100
Nhoû, Khoâng roõ 1,000
Möùc ñoä uoán khuùc m5
Roõ 1,150
Nghieâm troïng 1,300
DOØNG ÑEÀU 8
- TS. Nguyeãn Thò Baûy - ÑHBK tp HCM -Baøi Giaûng TL
Phuï luïc P.1.3: Giaù trò cuûa heä soá nhaùm n ñoái vôùi moät soá keânh vaø oáng
Ñaëc tính cuûa keânh vaø oáng nmin ntr nmax
•OÁng vaø ñöôøng haàm
I.Kim loaïi:
•Ñoàng thau, nhaün 0,009 0,010 0,013
•Theùp
Noái baèng maët bít hoaëc haøn 0,010 0,012 0,014
Noái baèng ren hoaëc ñinh taùn 0,013 0,016 0,017
Gang
Coù sôn. 0,010 0,013 0,014
Khoâng sôn 0,011 0,014 0,016
I.Khoâng kim loaïi:
•Kính 0,009 0,010 0,013
•Goã 0,010 0,012 0,014
•Xi maêng
Saïch. 0,010 0,011 0,013
Coù traùt vöõa 0,011 0,013 0,015
•OÁng baèng ñaát seùt nung (ñeå thaùo nöôùc) 0,011 0,013 0,017
•Beâ toâng
Coáng thaúng, khoâng coù voâi gaïch naùt. 0,010 0,011 0,013
Coáng reõ nhaùnh, moät choã coù gaïch naùt 0,011 0,013 0,014
•Keânh ñöôïc xaây phuû bôûi:
I.Kim loaïi:
•Theùp beà maët nhaün
Khoâng sôn 0,011 0,012 0,014
Coù sôn 0,012 0,013 0,017
•Beà maët coù neáp gaáp, nhaên 0,021 0,025 0,030
I.Khoâng kim loaïi:
•Xi maêng
Saïch. 0,010 0,011 0,013
Coù traùt vöõa. 0,011 0,013 0,015
•Goã
Coù baøo, khoâng xöû lyù. 0,010 0,012 0,014
Coù baøo, coù xöû lyù baèng creozot 0,011 0,012 0,015
Khoâng baøo. 0,011 0,013 0,015
•Beâ toâng
Treân neàn ñaù phaúng. 0,017 0,020
Treân neàn ñaù khoâng phaúng 0,022 0,027
Phuï luïc P.1.1: Kích thöôùc hình hoïc cuûa moät soá maët caét
Loaïi maët caét B A P
B
b+2mh h(b+mh) b + 2h 1 + m2
m
h
b
B bh b+2h
B
h
m
h b
b
mh2
2mh 2h 1 + m2
h m
h
≈B khi ≤ 0.15
B
2
⎡ 8⎛h⎞ ⎤ h
≈ B⎢1 + ⎜ ⎟ ⎥ khi ≤ 0.33
2
2 2ph 3 ⎝ B⎠ ⎥ B
Bh ⎢
⎣ ⎦
h
3 h
≈ 1.78h + 0.61B khi ≤2
B
h
x2=2py
≈ 2h khi >2
B
θ
D2 D
(θ − sin θ)
D
2
2 h(D − h) 8
θ
h
DOØNG ÑEÀU 9
nguon tai.lieu . vn
