Đề Cương Ôn tập Lý thuyết THỦY LỰC THỦY VĂN (full câu hỏi + đáp án) Câu 1 Hãy nêu khái niệm tổn thất năng lượng trong dòng chảy? Hãy viết công thức tính tổn thất dọc đường trong dòng chảy đều? Số hạng[.]
Đề Cương Ôn tập Lý thuyết THỦY LỰC THỦY VĂN (full câu hỏi + đáp án) Câu Hãy nêu khái niệm tổn thất lượng dòng chảy? Hãy viết cơng thức tính tổn thất dọc đường dịng chảy đều? Số hạng hw phương trình Becnuly viết cho tồn dịng chảy, thực chất tổn thất lượng đơn vị chất lỏng để khắc phục sức cản dòng chảy đoạn ống xét hw cịn gọi tổn thất cột nước Có hai dạng tổn thất cột nước * Tổn thất dọc đường (hd) tổn thất sinh toàn chiều dài dịng chảy khơng đều, biến đổi dần * Tổn thất cục (hc) tổn thất sinh nơi cá biệt, dồng chảy bị biến dạng đột ngột Vì tổn thất lượng dòng chảy là: hw = hd + hc Cơng thức tính tổn thất dọc đường dòng chảy đều: hd = l v2 d 2g Trong đó: hd: tổn thất lượng dọc đường dòng chảy λ: Hệ số tổn thất dọc đường hệ số ma sát không thứ nguyên xác định chủ yếu thí nghiệm l: Độ dài đoạn dịng chảy d: đường kính ống Để tiện dùng cơng thức Đacxy cho dịng tiết diện khơng tròn Thay d = R v: Vận tốc trung bình dịng chảy Câu Hãy viết phương trình động lượng cho tồn dịng chảy thực chảy ổn định? Phương trình động lượng cho tồn dịng chảy thực: Phương trình động lượng theo phương Ox, Oy; Oz: Fx = Q 02 v cos(v , x ) − 01v1 cos(v1 , x ) Fz = Q 02 v cos(v , z ) − 01v1 cos(v1 , z ) Fy = Q 02 v sin (v , y ) − 01v1 sin (v1 , y ) Viết dạng véctơ ta có: → → → F = Q 02 v − 01 v (2) Trong đó: 0 = 1+ ( u ) v 2 d :hệ số sửa chữa động lượng (α0 = 1,02 ÷1,05) Q: Lưu lượng dịng chảy ρ: Khối lượng riêng chất lỏng v1, 2: lưu tốc dịng chảy mặt cắt (v1,x) Góc hợp lưu tốc v1 với trục x tương tự trục y,z Câu Hãy nêu khái niệm, cơng thức tính tốn chiều sâu chảy dịng chảy không kênh hở? Khái niệm: Nếu biết diện tích ω, hệ số độ nhám n lưu lượng Q chảy qua mặt cắt với độ dốc đáy i > ta ln tìm chiều sâu mặt cắt ω cho thoả mãn dòng chảy đều: Q = C Ri Chiều sâu gọi chiều sâu chảy h0 Cơng thức tính chiều sâu chảy Q = C R0 i Trong đó: ω0, C0, R0 diện tích mặt cắt ướt, hệ số Cedy, bán kính thủy lực tương ứng với h = h0 i: Độ dốc đáy kênh Câu Hãy nêu công thức cường độ giới hạn để tính tốn lưu lượng đỉnh lũ thiết kế từ mưa rào? -Công thức: Q p = Ap H p F Trong đó: Qp: Lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế p% Ap: Mơ đuyn dịng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế p% φ: Hệ số dòng chảy lũ Hp: Lượng mưa ngày lớn ứng với tần suất thiết kế p% F: Diện tích lưu vực (Km2) δ: Hệ số xét tới ảnh hưởng ao hồ, đầm lầy tới lưu lượng Câu Hãy nêu công thức triết giảm cường độ mưa để tính tốn lưu lượng đỉnh lũ thiết kế từ mưa rào? -Công thức: n 100 Qp = q100 p F F Trong đó: Qp: Lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế p% q100: Mơ đuyn dịng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế 10% quy diện tích lưu vực 100 Km2 n: hệ số triết giảm mô đun đỉnh lũ, phụ thuộc vào diện tích lưu vực λp: Hệ số chuyển đổi tần suất 10% sang tần suất p% F: Diện tích lưu vực (Km2) δ: Hệ số xét tới ảnh hưởng ao hồ, đầm lầy tới lưu lượng Câu Hãy nêu khái niệm, cơng thức tính tốn lượng đơn vị mặt cắt dịng chảy không kênh hở? * Khái niệm: Năng lượng đơn vị mặt cắt (э) lượng đơn vị trọng lượng chất lỏng dòng chảy mặt cắt định tính mặt chuẩn nằm ngang qua điểm thấp mặt cắt * Cơng thức: Hình 1.26 -Ta biết mặt cắt dòng chảy mặt chuẩn 0-0 tuỳ ý chọn lượng đơn vị dòng chảy là: E = h+ p + v2 2g -Đối với mặt cắt đổi dần lượng đơn vị bất lỳ điểm mặt cắt Tại mậưt cắt 1-1 viết biểu thức cho điểm (1) A ta có: E = z1 + p1 + 1 v1 v2 = a1 + h1 + 1 2g 2g Trong đó: h1 độ sâu điểm A – điểm thấp mặt cắt 1-1 a1 khoảng cách từ điểm đến mặt chuẩn 0-0 -Nếu rời mặt chuẩn 0-0 đến A lượng đơn vị là: = h1 + 1v12 2g Thay v = Q/ω ta có: = > = h + v2 Q2 = h + 2g g Câu Hãy nêu khái niệm, tính chất, điều kiện cơng thức dịng chảy kênh hở a Khái niệm: Dịng chảy khơng áp dịng chảy ổn định, có lưu lượng, diện tích mặt cắt ướt, đồ phân bố lưu tốc mặt cắt ướt không đổi dọc theo chiều dịng chảy b Tính chất: Dịng chảy khơng áp kênh hở có mặt thống tiếp xúc khơng khí nên mặt thoáng áp suất áp suất khí Các đường dịng đường thẳng song song, áp suất mặt cắt phân bố theo qui luật thuỷ tĩnh Độ dốc đáy lòng dẫn, độ dốc mặt nước độ dốc thuỷ lực c Điều kiện: Muốn có dịng chảy không áp kênh, cần thiết phải đồng thời thoả mãn điều kiện sau: Lưu lượng không đổi dọc theo dòng chảy theo thời gian Mặt cắt ướt khơng đổi hình dạng diện tích Độ dốc đáy không đổi i = const Độ nhám không đổi, n = const v 2g h d.Cơng thức bản: -Lưu tốc trung bình dịng chảy v = C Ri -Lưu lượng dòng chảy là: Q = .C Ri Trong đó: i độ dốc đáy kênh C: Hệ số Cedy R: Bán kính thủy lực ω : Diện tích tiết diện mặt cắt dịng chảy Câu Hãy nêu cơng thức tính tốn thủy lực dòng chảy từ đường ống dài đơn giản chảy ngồi khí trời chảy từ đường ống dài đơn giản vào bể chứa khác? Khái niệm đường ống đơn giản Là đường ống có đường kính khơng đổi, khơng có ống nhánh, lưu lượng dọc đường ống không đổi Đường ống đơn giản trường hợp ống dài, đường ống phức tạp coi tổ hợp nhiều ống dài đơn giản Dịng chảy ngồi khí trời Cơng thức tính tốn thủy lực: H= Q2 l K2 Trong : H : Chênh lệch cột nước mặt thoáng chất lỏng bể mặt phẳng qua trọng tâm đầu ống Q : Lưu lượng qua ống K : Modun lưu lượng ống l : Chiều dài đoạn ống xét Dòng chảy từ ống vào bể chứa khác 1 V0 J H=hd Z1 Z2 H = z1 - z2 = hd Như ta lại có cơng thức giống cơng thức Chúng khác chỗ cột nước tác dụng H chênh lệch mực nước hai bể chứa Cơng thức tính tốn cơng thức Câu Hãy nêu khái niệm cơng thức tính lưu lượng qua đập tràn thành mỏng cửa hình chữ nhật? Hãy nêu khái niệm điều kiện chảy ngập đập tràn thành mỏng? *Khái niệm -Đập tràn cơng trình kiến trúc ngăn dịng khơng áp làm cho dịng chảy tràn qua đỉnh -Đập tràn thành mỏng: đập tràn có chiều dày đỉnh đập δ P (hay hn = hh – P>0) + Làn nước tràn nối tiếp với hạ lưu nước nhảy ngập khơng có nước nhảy, dịng chảy hạ lưu đập chảy êm -Bằng cách tính tốn nối tiếp người ta chứng minh điều kiện nước chảy ngập thỏa mãn z/P < (z/P)pg với z = H – hn độ chênh lệch mực nước thượng hạ lưu Câu 10 Câu (2đ) Hãy nêu khái niệm phương pháp tính tốn lưu lượng qua đập tràn đỉnh rộng? Hãy nêu khái niệm điều kiện chảy ngập đập tràn đỉnh rộng? Trả lời a Khái niệm đập tràn đỉnh rộng Đập tràn có chiều dày δ nằm khoảng (2÷3)H < δ < (8÷10)H gọi đập tràn đỉnh rộng 0,5 * Cơng thức tính đập tràn chảy khơng ngập 0,5 -Cơng thức tính lưu lượng qua đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập là: Q = v = g ( H − h) ω diện tích mặt cắt ướt -Trường hợp đập có cửa hình chữ nhật sau biến đổi ta có Q = mb g H 02 Trong đó: m: Hệ số lưu lượng b: Chiều rộng đập tràn g: gia tốc trọng trường H0:Cột nước tồn phần * Cơng thức tính đập tràn chảy ngập 0,5 -Cơng thức tính lưu lượng qua đập tràn đỉnh rộng chảy ngập là: Q = n b.hn g ( H − hn ) Trong đó: b: Chiều rộng đập tràn g: gia tốc trọng trường H0:Cột nước toàn phần φn : hệ số chảy ngập, xác định thực nghiệm * Điều kiện chảy ngập đập tràn đỉnh rộng Đập tràn đỉnh rộng làm việc chế độ chảy ngập thỏa mãn hai điều kiện sau: - Mực nước hạ lưu cao đỉnh đậphh > P (hay hn = hh – P>0) 0,5 - Làn nước tràn nối tiếp với hạ lưu nước nhảy ngập khơng có nước nhảy, dịng chảy hạ lưu đập chảy êm Bằng cách tính tốn nối tiếp người ta chứng minh điều kiện nước chảy ngập thỏa mãn hn/H0 > (hn/H0)pg với hn = hh – P Câu 11 Hãy viết phương trình Bernoulli cho dịng ngun tố chất lỏng thực chảy ổn định Điều kiện vận dụng ý nghĩa phương trình Bernoulli? Phương trình Bernoulli cho tồn dịng chảy thực chảy ổn định Z1 + p1 + v12 p v 2 = Z + + 2 + hw 2g 2g Trong đó: α: Hệ số điều chỉnh động không hw: Tổn thất lượng trung bình đơn vị trọng lượng (tổn thất cột nước) p1, 2: áp suất thủy động tác động lên hại mặt cắt 1-1 2-2 v1,2 Lưu tốc trung bình mặt cắt 1-1 2-2 z1,2: cao trình trọng tâm mặt cắt 1-1 2-2 γ: trọng lượng riêng chất lỏng Điều kiện vận dụng phương trình Bernoulli: Phương trình dùng cho dịng chảy thoả mãn điều kiện: Dòng chảy ổn định; Lực khối trọng lực; + Dùng hai máy kinh vĩ giao hội Vị trí điểm đo xác định tia ngắm hai máy kinh vĩ đặt bờ không trùng mặt cắt ngang Câu Hãy nêu khái niệm tuần hoàn nước thiên nhiên? Viết phương trình cân nước lưu vực khoảng thời gian Δt? a Khái niệm -Nước trái đất tồn khoảng không gian gọi thuỷ Khoảng không gian phát triển đến độ cao khoảng 15 Km khí sâu xuống đất khoảng Km thạch -Nước vận động thuỷ qua đường vô phức tạp cấu tạo thành tuần hoàn thuỷ văn: -Nước bốc từ đại dương lục địa trở thành phận khí Hơi nước bốc lên cao ngưng kết thành nước rơi trở lại mặt đất đại dương -Lượng nước rơi mặt đất ngăn giữ cối, chảy mặt đất tạo thành dòng chảy sườn dốc, thấm xuống đất, chảy đất thành dòng chảy sát mặt chảy vào dịng sơng thành dòng chảy mặt -Phần lớn lượng nước bị giữ lại thảm thực vật dòng chảy mặt quay lại khí bốc Lượng nước thấm đất thẩm sâu xuống lớp đất bên để cung cấp cho kho nước ngầm Sau lại xuất lộ ngơài chảy vào sông suối cuối đổ biển bốc vào khí Phương trình cân nước lưu vực Xét lưu vực mặt đất Hình trụ thẳng đứng bao xung quanh chu vi lưu vực tới tầng không thấm nước với thời đoạn Δt, ta có phương trình cân nước sau: X + N +Y1 + W1 – (Z’ + Y2 + W2) = V2 – V1 Hay: X + (N – Z’) + (Y1 – Y2) + (W1 – W2) = ± ΔV Trong đó: X: Lượng mưa bình qn lưu vực N: Lượng nước ngưng tụ lưu vực Y1 ,Y2: Lượng dòng chảy mặt đến W1, W2 : Lượng dòng chảy ngầm đến, V1, V2 : Lượng nước trữ lưu vực đầu cuối thời đoạn Δt Z’: Lượng nước bốc Câu Hãy nêu khái niệm dịng chảy lũ, ngun nhân q trình hình thành dịng chảy lũ nước ta a Khái niệm dịng chảy lũ Khi có mưa lớn, dịng chảy sơng có thay đổi đột biến so với bình thường, mực nước, lưu lượng tăng lên nhanh chóng đạt giá trị lớn sau lại giảm nhanh trạng thái bình thường Quá trình thay đổi mực nước, lưu lượng từ trạng thái bình thường đạt giá trị lớn lại trở trạng thái bình thường trận lũ b Ngun nhân hình thành dịng chảy lũ -Mưa lớn kéo dài -Triều cường -Lưu vực dài hẹp làm cho nước dâng nhanh -Rừng bị tàn phá -Khí hậu trái đất tăng lên c Q trình hình thành dịng chảy lũ Dưới mơ tả khái qt trình hình thành trận lũ: -Khi mưa rơi xuống lưu vực, ban đầu nước mưa đọng cây, thảm phủ thực vật, trữ vào khe rỗng chỗ trũng, phần nước bốc trở lại khí quyển, đại phận thấm xuống đất chưa sinh dòng chảy mặt đất, giai đoạn giai đoạn tổn thất hoàn toàn -Nếu mưa tiếp tục, cường độ mưa vượt cường độ tổn thất, nơi mặt đất bắt đầu sinh dòng chảy mặt Dưới tác động trọng lực nước chảy theo sườn dốc tập trung vào lịng sơng tập trung tuyến cửa Trong q trình tập trung nước, dịng chảy tiếp tục bị tổn thất thấm bốc Một phần dòng chảy ngấm xuống tầng đất sát mặt tập trung vào lịng sơng thời gian có mưa sau lũ rút bổ sung vào phần cuối q trình lũ Lượng nước cịn lại vận chuyển xuống tầng sâu cung cấp cho tầng nước ngầm -Như trình hình thành trận lũ phụ thuộc vào trình mưa, trình tổn thất trình tập trung nước tuyến cửa - Q trình hình thành lũ sơng phụ thuộc vào yếu tố là: Qui luật mưa gây lũ; tổn thất dòng chảy lũ thời gian tập trung lũ lưu vực Câu Hãy nêu phương pháp tính áp lực thủy tĩnh lên thành rắn phẳng theo phương pháp giải tích? -Xét thành rắn phẳng đặt nghiêng so với phương nắm ngang góc α hình vẽ: Để xác định áp lực tác dụng lên thành rắn phẳng có hình dạng với diện tích ω ta cần xác định yếu tố: +Phương: Vng góc với thành rắn phẳng +Chiều: Hướng vào thành rắn phẳng +Độ lớn: Xét áp lực dP tác dụng lên miền diện tích dω mà độ sâu trọng tâm có độ sâu h Ta có: dP=p dω=(p0+γh)dω Khi áp lực P tác dụng lên tồn miền diện tích ω: P = dP = ( p0 + h ) d = ( p0 + h ) Trong po: Áp suất mặt thống γ: Trọng lượng riêng chất lỏng h: Độ sâu trọng tâm thành rắn ω: diện tích thành rắn phẳng +Điểm đặt: Gọi D điểm đặt áp lực P Ta có: Z D = ZC + I0 .ZC ; yD = zy.d .ZC Trong thực tế ta thường xét thành chắn có tính đối xứng, ta cần xác định ZD mà không cần xác định yD Câu Hãy trình bày phương pháp xác định phương trình Bernoulli cho dịng ngun tố chất lỏng lý tưởng? Vẽ hình: -Để xác định phương trình Bernoulli, ta áp dụng định luật động năng: “Sự biến thiên động khối lượng định di chuyển quãng đường công lực tác dụng lên khối lượng quãng đường đó” -Trong dòng chảy ổn định chất lỏng lý tưởng, ta xét đoạn dòng nguyên tố giới hạn hai mặt cắt 1-1 2-2 có diện tích tương ứng dω1và dω2 -Mặt cắt 1-1 có trọng tâm độ cao z1, áp suất thủy động lên p1 vận tốc u1 Mặt cắt 2-2 có trị số tương ứng z2, p2 u2 -Vì mặt cắt 1-1 2-2 vơ nhỏ nên giả thiết trị số u1, p1 u2, p2 không đổi điểm mặt cắt tương ứng -Chất lỏng lý tưởng khơng có tính nhớt lượng khơng đổi dọc chiều dài dịng chảy Phương trình là: Z1 + p1 + u12 p u2 = Z2 + + 2g 2g p1, 2: áp suất thủy động tác động lên hại mặt cắt 1-1 2-2 u1,2 Lưu tốc trung bình mặt cắt 1-1 2-2 z1,2: cao trình trọng tâm mặt cắt 1-1 2-2 γ: trọng lượng riêng chất lỏng Câu