` Ne FD TH } TRẦN ĐÌNH NGHIÊN |
NGUYEN DINH VINH - PHAM VAN VINH
seks
TRUGNG DA! HOC GIAO THONG VAN TALCO S02
THO VIIEN 4618 _ : YL _ A - | NÓ |
[UY VAN CONG TRINEL
_— TẬP I- THUỶ VĂNCƠSỞ © (TAI BAN CO SUA CHUA, BO SUNG)
Trang 3
TTF
MT,
77
LOI NOI DAU
_Giáo trình Thuỷ oăn Cổng trình ~ Thuỷ uăn cơ sở - tập I lan nay
được 'biên soạn nhằm đáp' ứng yêu cầu mới về đào tạo mà nội dung đề cương của nó đã được áp dụng giang dạy trong trường Đại học Giao thông:
- Vận tai từ năm 1995 dén nay _ ¬
Trọng: giáo trình này chúng tơi đã trình bày những kiến thức cơ bản - nhất, 'đồng thời đưa vào có chọn lọc những kiến thức hiện đại nhằm đáp ứng những yêu cầu phát triển mới của thực tế sản xuất đang đặt ra với ' ngành công trinh giao thong
-_ Nội dung giáo trình được biên soạn theo để cượng môn học gồm 30 tiết phục vụ cho sinh viên ngành xây, dựng cầu đường Sách cũng có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên và kỹ sư ngành kinh tế xây dựng, vận tai da phương thức, xây dựng và thuỷ lợi -
_ Sách gồm 6 chương, trong mỗi chương có cắc c phụ lục và tài liệu tham khảo để bạn đọc tiện sử dung ©
“Tham g1a biên soạn giáo trình ¡ này gồm các tac gia: Nguyén Dinh Vinh: chương 4 và chương 6 Phạm văn Vĩnh: 2 "chương 1 và chương 2 Trần Đình Nghiên: chương 3va chương 5
- Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các tác giả của các sách, bài báo đã được Sử dụng làm tư liêu tham khảo cho giáo trình này
oy :Do trình độ và thời: gian có “hạn nên giáo trình khơng tránh khỏi những khiếm khuyết, Chúng: tôi xin chan thanh tiép thu ý kiến đóng góp xây dựng của bạn đọc
| Ha N6i, 2003
Các tác giả
Trang 4
lx
Trang 5
Me
| : Chương 1 |
| MO ĐẦU |
1 1 DOI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG CỦA MÔN THUỶ VĂN 1.1.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:
Thuy van la khoa học về nước, nghiên cứu nước trong tự nhiên, nguồn nước và dòng chảy; điều tra, đơ đặc thu thập và phân tích tài liệu nguồn ¬ nước — dòng chảy để phục vụ công tác thiết kế xây dựng và quản lý khai thác cơng trình Giao thơng, Xây dựng và Thuỷ điện, Thuỷ ]ợi; các cơng _ trình chỉnh trị sông, gia cổ bảo vệ bờ và các cơng trình cải tạo cảnh quan
môi trườn g
-Nước tồn tại dưới các dạng khác nhau trên hành tỉnh chúng † ta, như
nước trên mặt đất, ở biển, Ở các sông suối, ao hồ, nước ngầm, băng tuyết,
nướé trong khơng khí và các dạng liên kết, khác Theo Verônatske khối lượng nước trong vỏ trái đất, đến độ sâu 25km ước khoảng 1,3 ty km” gần ' bằng lượng nước có trong đại dương Lượng nước trên mặt, đất có khoảng 1,46ty km’, trong đó nước biển chiếm khoảng 1,37 km” Nước nhiều như _ vậy nhưng lại phân bố rất không đểu theo không gian Các vùng mưa -
nhiều trên thế giới có vùng núi Anpơ, Cơcazơ, N auy ở châu Âu; Việt Nam (trừ các vùng Lang Sơn, Cao Bằng, vùng châu thổ Cửu Long); Phi lip pin, Nhat Ban, Ma Lai, Cam pu chia ở châu A Như vậy Việt Nam là.một - _ trong những vùng mưa nhiều % > 2000mm trong năm) có lượng dịng `
chay kha phong phú a
_ D6 sau dong chay cua hé thong sông Hồng rất lớn, gấp khoảng 3,5 lan
độ sâủ dịng chảy bình quân trên thế giới (khoảng 900mm trong năm), vậy sông Hồng thuộc loại sơng có nguồn nước phong phú nhất thế giới Nước là một tài nguyên quý giá, nguồn nước được coi là vĩnh cửu, nhưng - : trữ lượng hàng năm không phải là vô tận và không phụ thuộc vào mong
Lượng l muốn của con người Tài nguyên nước được đánh giá bởi ba đặc trưng 5 chat lượng và động thái của nước Địa hình phức tạp, cao độ mặt đất
thay đổi nhiều, độ dốc lớn, -do ảnh hưởng của thuỷ triéu VÌ vậy mưa © |
: thường gây, lũ đột ngột và gây ngập lụt, ứ dềnh trên nhiều vùng lãnh thé "
- của nước ta Từ đó địi hỏi người kỹ sư cơng trình khi thiết kế xây dựng ˆ luôn phải gắn với u cầu thốt nước,.phịng lũ và những tác động ảnh -
hưởng của môi trường để cong trinh được bền vững và phục vụ 1 toàn, diện cho nén kinh tế dân sinh của nước ta
Trang 6
1.2 NOI DUNG CUA MON HOC THUY VAN
_ Do nhting ting dung réng rai trong các ngành khoa học cơng trình và
kinh tế mà thuỷ văn được chia ra làm nhiều lĩnh vực lớn
- Khí lượng học: N ghiên cứu về các yếu tố khí tượng Thuy văn, cách thống kê và sử dụng các yếu tố khí tượng thuỷ văn trong đồ án thiết kế và thi cong các cơng trình cầu đường — Thuỷ lợi và Xây dựng thuỷ điện; dự báo về Khí tượng Thuỷ văn
- Thuy van dét liên: Nghiên cứu về sự tuần hoàn nước toàn cầu và trên một lưu vực, quá trình mưa và quá trình hình thành địng chảy trên ' lưu vực, chuyển qua mặt cắt tim cơng trình hoặc trong khu vực xây dựng - cơng trình Xác định sự thay đổi của mực nước lưu tốc, lựu lượng dịng
nước để tìm ra mực nước bình quân H, mực nước H„„„ H,, các giá trỊ: Hyer s¿ lưu tốc bình quân V, phan phối lưu tốc tại mặt cắt ngang-tim cơng trình cầu đường để xác định khẩu độ và tính xói cục bộ tại các trụ cầu, |
đầu kè
- Thuy van bién: N ghién cứu về địa hình bờ, đáy biển, sóng, thuỷ triều và tác động của chúng tới môi trường và các cơng trình liên quan
- Địa chất thuỷ van: Cung cấp 'những tài liệu cơ bản để đánh ĐIÁ - nguồn nước ngầm — ‘kha nang khai thac nude ngam va ‘phuc vu viéc xây
_ dựng cơng trình
Để thuận tiện hệ thống kiến thức và ứng dụng vào sản xuất thì nội dung mộn học được:chia thành hai phần:
"+ Phần một: Thuỷ văn đại cương: Cung cấp những kiến thức cơ bản về các yếu tố khí tượng thuỷ văn, quá trình mưa và sự hình thành dòng chảy trên.lưu vực, tính quy luật của dịng chảy sơng ngịi và trình bày các: phương pháp tính tốn xác định các đặc trưng thuỷ văn thiết kế
- Phần hai: Thuỷ văn cơng trình: Nhằm ứng dụng những kiến thức của Thuỷ văn đại cương để tính tốn thiết kế các cơng trình giao thơng, cầu, đường, cống, kè; đập, tràn, đường tràn, cống tràn liên hợp và các cơng trình xây dựng - Thuỷ lợi - Thuỷ điện Như vậy hai phần nội dùng môn học Thuỷ văn gắn liền khăng khít khơng thể tách rời nhằm cung cấp `
cho chủ nhiệm đổ án các cơng trình cầu đường những đặc trưng rất cơ
bản, quyết định hình thức, quy mơ, kích thước cơng trình và dẫn đến vốn đầu tư xây dựng, khẳng định tính hợp lý về kỹ.thuật và kinh tế của cơng vi trình Có thể nêu Ta một số nội dung cơ bản như sau:
1 Xác định lưu lượng lũ thiết kế (Q;„y) và mực nước lũ thiết kế tương ứng (Hạ) trong các trường hợp có nhiều tài liệu khảo sát, điều tra đo đạc, có ít tài liệu, chỉ: có tài liệu mưa và lưu vực và trường hợp khơng có tài _ liệu
Tv.6-
aN
ee
Trang 72 Phân bố vận tốc (ưu tốc) tại vị trí mặt cắt tim cơng trình
3 Đề nghị khẩu độ cơng trình và chiều cao ứ, dễnh (dâng nước) thượng lưu có xét đến ảnh hưởng môi trường
4 Xác định trị số cao độ đáy sơng sau xói chung (Vsxcb)
'ð Xác định trị số cao độ đáy sơng sau xói cục bộ (Vsxcb) tại các trụ cầu, đầu kè
6 Nếu sơng có thơng thuyển phục vụ cho giao thông thuỷ, phải kiến nghị được mực nước thông thuyển Œ—1,):
_', Cung cấp mực nước thiết kế nền đường đu
8 Tính toán dự báo mực nước thi công phục vụ cho việc xây dựng cơng trình cầu đường
Do hạn chế về số tiết đề cương môn học cho nên trong khuôn khổ của cuốn giáo trình này chủ yếu trình bày về các nội dung của thuỷ văn đại
cương:
1.3 DAC DIEM CUA HIEN TUQNG THUY VAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1 3.1 Dac diém cua hién tượng thuỷ văn
Hiện tượng thuỷ văn là sản phẩm của sự tác động của nhiều nhân tế tự nhiên, ví dụ dòng chảy sinh ra trên mặt đất chuyển qua mặt cắt cơng trình hoặc tác động: vào cơng trình phụ thuộc vào mưa rơi xuống, điều kiện địa chất, thổ nhưỡng, thảm phú thực vật - độ nhám -Qua trình tự nhiên đó mang đầy đủ tính chất vật lý của nó và biểu hiện của phạm trù nguyên nhân và hậu quả Vậy hiện tượng thuỷ văn mang hai tính chất tất định và tính ngẫu nhiên
1.3.1.1.Tĩính bhơng trùng lặp (ngẫu nhiên)
Các hiện tượng thuỷ văn không lặp lại y nguyên về thời g1an cũng như về độ lớn vì các hiện tượng thuỷ văn phụ thuộc vào các yếu tố khí tượng, khí hậu, mưa, bốc hơi, độ ầm, gió và địa lý
1.3.1.3 Tính chu kỳ
Xét trong một thời gian dài thì hiện tượng thuỷ văn không lặp lại y ngun nhưng có tính chất chu kỳ Tính chu kỳ của các xu thế bình quân - theo thời gian ví dụ chu kỳ nhiều năm (nhóm năm ít nước kế tiếp với các nhóm năm nhiều nước); chu kỳ một năm có mùa lũ, mùa kiệt
1.3.1.3 Tinh khu vie
- Tình hình thuỷ văn sẽ thay đổi theo: tình hình địa lý của các khu \ vực khác nhau
Trang 81.3.2 Các phương pháp nghiên cứu
Trước đây khi phân tích hiện tượng thuỷ văn không xuất phát từ - quan điểm hệ thống, còn hiện nay quan điểm hệ thống và phương pháp
phân tích hệ thống được áp dụng một cách phổ biến Quá trình phát triển
của các phương pháp tính tốn trong thuỷ văn được gắn liền với những tiến bộ khoa học kỹ thuật, toán ứng dụng và kỹ thuật tính tốn đặc biệt là sự phát triển của máy tính điện tử
Dựa vào đặc điểm tình hình thuỷ văn có thể chia ra hai phương pháp nghiên cứu
1.3.2.1 Phuong phap théng bê xác suất
Có thể coi đại lượng đặc trưng thuỷ văn là đại lượng ngẫu nhiên vì các hiện tượng thuỷ văn mang tính chất ngẫu nhiên Cơng cụ tốn học để nghiên cứu hiện tượng ngẫu nhiên là lý thuyết thống kê xác suất
1.8.2.2 Phuong pháp phân tích nguyên nhân hình thành (dùng
trong trường hợp hhông đủ tài liệu)
Phương pháp này có thể chia ra làm ba loại dựa vào cơ sở của phương pháp là tính tất định của hiện tượng thuỷ văn
ơ Phương phúp phơn tích căn nguyên
Người ta phân tích quan hệ giữa đặc trưng thuy văn với các thông số đặc trưng cho nhân tố ảnh hưởng Mối quan hệ đó được biểu diễn bằnz các quan hệ toán học hoặc bằng các đồ thị và biểu thức lôgic hoặc các mơ hình tốn và mơ hình mơ phỏng hệ thống Khi thiết lập các quan hệ toán
học cho các lưu vực bất kỳ, cần phải có một số tài liệu quan trắc Điều _
này không phải lúc nào cũng thực hiện được vì vậy phải kết hợp với các phương pháp tổng hợp địa lý và phương pháp lưu vực tương tự
b Phương pháp tổng hợp địa lý
Do hiện tượng thuỷ văn mang tính địa đới, tính khu vực và biến : đổi nhịp nhàng theo không gian và các cảnh quan địa lý Vì vậy có thể tiến hành nội suy, ngoại suy, phân vùng, phân khu các tham số tổng hợp và sử dụng nó trong tính tốn các đặc trưng thuy văn
c Phuong phap luu vue tuong tu
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trên cơ sở các tham số và đặc trưng thuỷ văn của lưu vực khơng có tài liệu quan trắc được suy ra từ lưu vực khác có tài liệu và tình hình dong chay tương tự như lưu vực tính
tốn -
Gọi y¡ và y; là các đặc trưng cùng loại của 2 lưu vực:
Yi hee 1-1
Trang 9Hai lưu vực được gọi là tương tự nếu như mỗi phần tử tương ứng của - x, có giá trị xấp xi với x; và cũng như vậy với z¡ và ø¿ Trong trường hợp như vậy y¡ có thể suy ra từ y; bằng biểu thức y¡ = y; hoặc y= sya với k là hằng số như là một hệ số điều chỉnh
14 SƠ LƯỢC VE LICH SỬ, PHAT TRIEN CUA THUY VAN HOC
- 1.4.1 Qua trinh phat trién cua thuy van trén thé § giới
_ 1, Từ trước thế kỷ XVII
Khoảng 4000 năm về trước nhân dân Trung Quốc dưới sự lãnh đạo "của Đại Vũ đã bền bỉ đấu tranh với nước lũ sơng: Hồng, cịn ở Ai Cập người ta đã tiến hành quan trắc mực nước sơng Nin để phịng chống lũ Trong giai đoạn này việc quan trắc tài liệu chủ yếu là mực nước và viée - phân tích cịn mang tính chất định tính, chưa có tính hệ thống Đến cuối
giai đoạn này người Ý đã chế tạo được máy đo lưu tốc và ứng dụng để đo lưu tốc và xác định lưu lượng ở các sông suối
9 Giai đoạn từ thế kỷ XVIII đến năm 1960
Là thời kỳ phát triển mạnh mẽ và quan trọng nhất của ngành thuỷ văn nhằm đáp ứng sự phát triển của các cơng trình giao thông và thuỷ lợi -O Phap Bengrango đã có cơng trình nghiên cứu về quan hệ mưa rào dòng chảy trên sông Xen
- Ổ Mỹ Humprây và Abớt đã quan trắc và phân tích chế độ thuỷ văn trên sông MixIxIpI
- Ở Ý Mơntarini đã có kết quả nghiên cứu về chế độ thuỷ văn của sông
Tibro :
-O Áo, vào cuối thế kỷ XIX đã có cơng trình nghiên cứu của Penk về can “bằng nước và chế độ dòng chảy của sông Đanuyp
- Ổ Nga, vào những năm 1865 - 1870 đã có hàng loạt các trạm quan trắc thuỷ văn để nghiên cứu diễn biến sơng ngịi, phục vụ cho giao thông van tai Các cơng trình quan trọng là “vấn đề chuyển động nước trong sơng và sự hình thành dịng chảy sơng ngịi” của J.S.Léliapski (1893); “Co
cấu dòng sông” của V.M.Lôchm (1897) | ‘
Trén cd sd tài liệu thu thập được, cuối thế ky XIX A.J Vaidykép da nêu nhận xét nổi tiếng “Sơng ngịi là sản phẩm c của khí hậu” để nêu mối
quan hệ dòng chảy sơng ngịi và khí hậu '
Đầu thế ky XX 6 chau Au đã công bố các công thức kinh nghiệm của Sraibo, Penk, Kenlơ; ở Nga có các cơng thức của N.Dôngốp, I.Langơ; D.J Kôsêrin, ở Mỹ Niuel đã lập ra các đường đẳng trị dòng chảy thuộc lã nh’ thổ Hoa Kỳ Giai đoạn này chủ yếu dùng phương pháp nghiên cứu tổng hợp địa lý
Trang 10- Đến những năm từ 1930 - 1960 thuỷ văn học đã phát triển thành một môn khoa: học độc lập Nhiều nhà khoa học ở nước Nga, Mỹ, các nước châu Âu, Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản đã đề xuất các phương pháp tính tốn hợp lý các đặc trưng thuỷ văn để dùng trong quy hoạch, thiết kế và xây dựng các công trình giao thơng, thuỷ lợi, phương pháp thống kê xác suất thống kê đã được ứng dụng trong thuỷ văn do D.L.Xơkơlơpski đề nghị sau đó được các nhà khoa học N.S.Eritski và M.F.Menken; G.N.Brocôvic; G.A.Alêcxâyep; G.G.Svarite phát triển Các mô hình tính tốn được thiết lập và ứng dụng trong tính tốn thuỷ văn, phân tích diễn biến lịng sơng và công tác dự báo
Những kết quả nghiên cứu của thuỷ văn học đã được ứng dụng để tính tốn thiết kế các cơng trình giao thông cầu đường Từ xưa loài người đã biết làm cầu và phổ biến là loại cầu đá, nhưng khi đó chưa có các tài liệu hướng dẫn về phương pháp tính xói và khẩu độ cầu Thường mỗi năm
có lũ lớn kéo theo một số cầu bị trôi hoặc hư hỏng
Mãi tới cuối thế kỷ XVIII, Kỹ sư cầu đường người Pháp E.M Gôtây mới đề nghị phương pháp xác định khẩu độ cầu trên cơ sở điều kiện tốc độ nước chảy v và nước dâng AZ trên sông sau khi làm cầu không được quá lớn Tổn tại của phương pháp này là không xác định được diện tích thốt nước của địng chảy dưới cầu sau khi xói Sau nay giao thông đường bộ và đường sắt phát triển mạnh cần có nhiều cầu vượt qua sông lớn và Sơng trung bình, vì vậy việc xây dựng phương pháp xác định khẩu độ cầu và
xói trở nên rất cần thiết
"Năm 1875 H.B.Belleliutsky, Giáo sư người Nga đã giải quyết được nhiệm vụ trên, khi thiết kế cầu Xư-zơ-răng qua sông Vônga và đã xây dựng giả định nổi tiếng về tốc độ nước chảy sau khi xói dưới cầu Lúc đầu gai định của H.B.Belleliutsky không được chú ý, Mãi đến năm 1897 giả định của ơng mới được chính thức công nhận làm cơ sở cho việc tính tốn khâu độ cầu và xói dưới cầu qua sông thiền nhiên Dựa vào đó mà A.A.Kasin (1944) đã đề nghị cách xác định khẩu độ cầu cân bằng thuỷ lực - khi biết mực nước lũ tính toán
Phương pháp của giáo sư O V Angdrêep (1955) theo phương trình cân bằng phù sa là có cơ sở khoa học và thiên về an toàn Sau này các nhà khoa học trong đó có giáo sư - TS Nguyễn Xuân Trục đề nghị xét ảnh _hưởng của hệ số tăng cường lưu lượng ở dòng sông và ảnh hưởng của địa
chất nhiều lớp tính xói
Phương pháp của L.Llitstvan và I.I.Kherkheulit (1947) hay phương pháp theo kích thước hạt, dựa vào tài liệu hình thái đoạn sông Trong thực tế ứng dụng cách tính xói chung của [ätsvan tương đối phù hợp với dịng sơng nước sâu vì những dịng sơng này vận tốc tự nhiên đòng sông bằng vận tốc động lực
Trang 113 Giai đoạn từ năm 1960 đến nay | - Theo quan điểm hệ thống, các phương pháp tính toán thuỷ văn hiện đại được xây dựng trong mối: tương tác giữa dòng chảy và các biện pháp cơng trình, các yêu cầu về nước của con người
Theo quan điểm hệ thống, dòng: chảy sồng ngịi khơng phải : riêng là sản phẩm của khí hậu mà là kết quả của sự tác động giữa điều kiên, khí
hậu, mặt đêm, lớp phủ cùng với sự tác động của con người -
1.4.9 Quá trình phát triển của thuỷ văn học ở Việt Nam
Đã có những quan trắc và phân tích quy luật thuỷ triều khi Ñgô Quyền ở thế kỷ thứ X lợi dụng thuỷ triều để tiêu diệt quân Nam Hán trên sông Bach Đằng Từ bao đời nay nhân dân ta đã biết đắp đê ngăn mặn, lấn biển Các sông đào như sông Đuống, sông Luộc kênh nhà Lê không thể thực hiện được nếu khơng có kiến thức về dịng chảy sơng ngịi
Tài liệu đo đạc sớm nhất vào năm 1902, từ đầu thế kỷ XX đến 1954, hệ thống quan trắc thuỷ văn được mổ rộng trên các sông lớn và chủ yếu là do đo đạc mực nước
“Từ năm 1959 đến nay hệ thống đo đạc thuỷ văn đã được mở rộng và tổ chức quan trắc có hệ thống Nhiều quy trình tính dong chảy, tính tốn
thuỷ văn cầu đường được áp dụng và ban “hành Đội ngũ cán bộ nghiên
cứu thuy văn được đào tạo lớn mạnh, các cơ quan quan lý, nghiên cứu
được hình thành Năm 1960 cục thuỷ văn và năm 1977 Tổng cục ; Khí |
tượng thuỷ văn được thành lập
1.ð CÁC YẾU TỔ KHÍ TƯỢNG, KHÍ HẬU 1.5.1 Nhiệt độ của khơng khí _
Nhiệt độ của khơng khí là hàm của không gian và thời gian, giảm dần từ xích đạo về hai cực Nhiệt độ được đo ở nơi thống nhưng khơng có ánh nắng và khơng có gió Nhiệt độ khơng khí ở nước ta trung bình hàng năm từ 15°C — 20°C và nói chung giảm dân từ Nam ra Bắc, từ vùng thấp lên vùng cao Nhiệt độ cho biết thời tiết nóng lạnh, trong đồ án thiết kế cần thống kê nhiệt độ cao nhất, thấp nhất và trung bình từng tháng trong
năm
1.5.2 Độ ẩm khơng khí
Độ ẩm khơng khí là mật độ hơi nước có trong khơng khí và có nhiều cách biểu thị:
._- Độ ẩm tuyệt đối: '"** hơi nước có trong một đơn vị thể tích khơng khí
(g/m”) hay (g/cm') Độ ẩm này ít dùng vì thực tế rất khó xác định
Trang 12_~ Áp suất hơi nước: là áp lực do hơi nước gây ra trong khơng khí lên một đơn vị diện tích Ấp suất hơi nước là một phần trong áp suất khơng khí (mmHg) hoac (mb), 1 = miliba = 0,75mmHg
- Độ ẩm tương đối: là tỷ số giữa áp suất của hơi nước ở` trạng thái thực tế (e) với áp suất hơi nước ở trạng thái bão hoà q2 trong cùng một nhiệt độ thường tính bằng (%) và ký hiệu là R
R= 5 100% và vì e< E cho nên R < 100%
^ , a L2 ý Z 3A A2“ 1⁄2 Z a #
O nuéc ta các tỉnh phía bắc có độ Ẩm tương đối lớn, ví dụ độ ẩm tương đối trung bình nhiều năm tại Hà Nội là 85% Các tháng mưa phùn có giá.” trị lớn nhất thường lớn hơn 90%
1.5.3 Bốc hơi (2)
Bốc hơi là lớp nước bị bốc thoát khỏi bề mặt đất hoặc mặt nước, trong thời đoạn tính toán: ngày, tháng, năm Tổng lượng bốc hơi tính theo thể tích trên một diện tích bề mặt F là:
W = 10° FZ (m’) (1-2)
Trong đó: E: tính theo (km?) và Z tính theo (mm)
Nhiệt độ của nước làm tăng khả năng bốc hơi mặt nước, gió làm tăng lượng bốc hơi, còn khi độ ẩm khơng khí lớn thì khả năng bốc thốt hơi nước sẽ giảm Bốc hơi mặt đất ngoài ảnh hưởng của gió, nhiệt độ và độ ầm khơng khí cịn phụ thuộc vào loại đất, lớp phủ thực vật
Bốc hơi mặt nước đo được tại trạm Láng (Hà Nội) Bảng 1-1 Bốc hơi | 65 | 54 | 59 | 72 | 111 | 105 | 113 | 109 | 88 | 98 | 82 | 66 | 1008" (mm) of 1.5.4 Gid
Gió là sự di chuyển khơng khí từ nơi có áp suất khơng khí cao đến nơi có áp suất khơng khí thấp Gió là nhân tế ảnh hưởng nhiều đến bốc hơi và mưa vì gió vận chuyển hơi nước từ nơi này đến nơi khác, làm tăng khả năng bốc hơi và làm thay đổi độ ẩm khơng khí, gây ra các nhiễu động và là nguyên nhân của mưa Tốc độ gió và hướng gió là hai đặc trưng quan trọng của gió Tốc độ gió được đo bằng các thiết bị khí tượng và có đơn vị tính là (m/s) Dựa vào tốc độ gió để phân cấp theo bảng sau:
_Tv.12
Trang 13tư
uly
Bảng phân cấp gió Bô - pho (Beaufort — Scale - BS 1805)
' Bang 1-2
Cap | Téc dé gid gió _ (m/s) - Hién tudng trén mat bién - cỡ Hiện tượng trên mặt đất ` ˆ ares
0 Dưới 0,3 - Yên lặng - Khói lên thẳng
- Thuyền đánh cá hơi chịng | - Khói lên hơi bị lệch nhưng khí
1 0,3+1,ð chành cụ chỉ hướng gió chưa bị quay
5 - Thuyền buồn mỗi giờ có thể | - Mặt người cảm thấy có gió: lá
“ 1,8- 3,3 đi được 9,3 hải lý/giờ cây rơi xào xạc Khí cụ chỉ
¡ hướng gió chuyền động ,
3 34-54: - Thuyền buồn hơi bị lắc, tốc | - Lá và cành cây nhỏ bị lay động
TÔ dé dude 3-thai ly/gia không ngừng: lá cờ mở ra
4 55-79 - Thuyền buồm nếu căng toàn | - Gió bụi và giấy vụn bay lên:
;8— buém sẽ nghiêng về một Cành cây nhỏ bị lắc
bên |
|- Thuyền cá phải thu hẹp | - Cây nhiều lá bị lay động sóng 5 8,0 — 10,7 buém a nhỏ trên hồ nội dia > a Laat Re
6 10,8-13,8 |” Thuyén cá phải thu hẹp | - Cành cây lớn lay động dây điện buổm nữa Lúc đánh cá cân kêu vi vu, khó mở dù
chú ý nguy hiễm
- Thuyền cá về nghỉ ở cảng | - Toàn cây lay động, người đi cảm 7 | 18,9- 17,1 thuyền ngoài khó thả neo thấy có lực cần
- Thuyển cá ở trong cảng |- Cành cây nhỏ bị gãy, người di không ra biển nữa - cam thấy có lực cản mạnh
- Thuyển cá ở trong cảng | - Ống khói có thể bị gãy
không ra biên nữa
- Thuyển cá ở trong cảng | - Trên mặt đất ít khi có, cành cây
245_98¿ 2
10 +45 8,4 không ra biên nữa bi gay
- Thuyển cá ở trong cảng |- Trên mặt đất rất ít, tổn thất
11 28,5— 8,5 33,5 không ra biên nữa sể nhiều lề
- Thuyển cá ở trong cảng |- Trên mặt đất rất ít, tốn thất
9 an
o
`
12 | Trên 33,5 không ra biến nữa nhiều
Khi thiết kế công trình ở một vị trí nào đó người ta quan tâm đến tốc độ gió lớn nhất, hướng và tốc độ của gió thịnh hành Hướng thịnh hành : của gió tại thời đoạn nào đó là hướng mà tổng số ngày gió của hướng đó lớn hơn so với những hướng còn lại trong thời đoạn đó Hướng gió được ‘chia theo các múi hướng là Đông (Ð), Bắc (B), Tây (T), Nam (N), Bắc Đông Bắc (BDB), Đông Bắc (ĐB), Đông Đông Bắc (ĐĐB) Đông Đông Nam (@Ð ÐĐN), Đông Nam (ĐÐN), Nam Đông Nam (NĐN), Nam Tây Nam (NTñ\), Tay Tay Bac (TTB), Tay Bac (TB) va Bac Tay Bac (BTB)
Trang 14
Người ta thường lập biểu đồ hoa gió ở một trạm nào đó 5 cho 12 thang liên tục trong năm theo một tỷ lệ nhất định, Ví dụ lcm = 1Ôm/s Những tài liệu về gió sẽ giúp ta tính tốn kết cấu khung, giàn giáo và chiều cao của cơng trình, bố trí hướng và vị trí nhà, kết c cấu khung cầu và tính: sức cản kéo cua dau may xe lua
1.5.5 Bão
“Bão thường xây 3 ra ổ: vùng biển nhiệt đới có hơi nước phong phú,› <8 nước ta bão thường đổ bộ vào-mùa mưa và có nhiều tran trong năm gây #a' những, trận mưa lồn từ vài trăm (mm) đến hàng nghìn (mm)
Gió bão là: một hình thế thời tiết xấu, nguy hiểm gây mưa lớn và sức tan’ phá rất ghê gớm
Bão.là vùng gió xốy rất mạnh bao trim một ' vùng rộng lớn Ỏ vùng số trung tâm áp suất khơng khí thấp, vành ngoài áp suất cao, làm cho khơng: khí từ vành ngoài chuyển \ vào trung tâm'rất mạnh: tạo thành hình xốy
chơn ốc nó a7
- Tốc: độ g1Ó CỐ thể đạt tới cấp 12 hoặc trên cấp 12 thường phá huỷ các cơng trình dân sinh kinh tế Š trọng đó cố cơng trình ( cầu và đường
1.5.6 Mưa TÔ 7 |
Khi khéng khi mang hoi nước bị lạnh xuống quá điểm sương, ngưng tụ lại thành mửa rơi Mưa là nhân tố đuan trọng: nhất của sự thành déng chảy: sông ngòi
1 Nguyên nhân gây mua
Hoi nước gặp lạnh gây ra mưa, có nhiều nguyên nhân ¡ gặp lạnh khác nhau, lạnh vì hỗn hợp, lạnh vì tip xúc, lạnh v vì bức xa và lạnh vì động lực
- 9 Phân loại mua
a) Mưa địa hình
Khối khơng khí ẩm “trên đường di chuyén gặp núi cao, nó sẽ bốc lên theo sườn núi gây hiện tượng lạnh đi vì động lực Hơi nước ngưng tụ gây r+a mưa lớn ở sườn đón gió, phía núi khuất gió khơ vì khơng cịn hơi nước
và có thể nóng lên vì má sát Gió Lào ở nước ta là ví dụ về kiểu gió này '.b) Mua đối lưu
_ Khi mặt đất bị nung nóng về mùa hè làm cho lớp khơng khí ẩm sát mặt đất bốc lên cao tạo thành một lớp khơng khí đối lưu với lớp khơng - khí trên cao gây ra hiện tượng mất nhiệt, hơi nước bị: ngưng tụ gây mưa
kèm theo sấm sét :
c) M ua fréng lạnh:
Khi một khí “đồn khí lạnh di chun gặp, khí đồn - nóng ầm sẽ tạo 1 ra một vùng tiếp xúc gọi là frơng, Khí đồn nóng ở mặt tiếp xúc sẽ bốc” lên,
Tv.14
en
Trang 15
hơi nước,ngưng tu vi lanh gay ra mua Ö nước ta khi có gió mùa + Đông Bắc ở đầu và cuối mùa khô thường xây ra loại mưa nay
_ d) Mua fréng nóng
, ra khi đồn khí nóng di chuyển gặp khí đồn lạnh : dang đứng yên : hoặc di: chuyển chậm, hiện tượng xay ra tương tự như mưa ' trông:
lạnh
“uy Mua bão
Trong mùa mưa ở nước ta khi có: 5: bão, gió xốy rất mạnh hất khơng khí â ầm lên cao lạnh di và gây mưa lớn dé da hoa
p) Mua gio xốy
mr mua do gió xoáy gay ra, lượng rhưa lớn trên phạm vi rộng: dế gây ra 1 Tut, ngap Có thé nói mưa bão, mưa a trơng nóng, mưa: trơng lạnh là các dạng: của hai loại này
Mưa đối lưu v và mưa gió 4 xốy 1A hai loai muia chinh hay g gap ở nước ta vội 2) Mưa rào
.Có diện tích mưa khơng lớn lắm nhưng có cường độ lớn và tập trung trong thời đoạn ngắn cường ao" mua thay đổi lớn theo thời gian Ở nước ta năm 1960 Nha khí tượng đã đưa | ra tiêu chuẩn mưa rào được sử dụng Ở Miền Bắc Việt Nam có dang tương tự nhu tiêu chuẩn ecgdt thuộc Liên Xô em
Tiêu chuẩn mưa rào của Nha khí tượng Việt Nam năm 1960
- Bảng 1-3 Thời đoạn (phút) 5 10 | 30 | 60 | 240 | 1440 | - Lượng mưa (mm) 4,0 | 65 | 110 | 14,0-| 20,0 | 50,6 Le
_| Cường độ mưa bình quân (mm/phút)
0,80 | 0,66 | 0,35 0,23 | 0,08 | 0,035
on + ` : -
Tiêu chuẩn mưa rào của Becgơ
| Bang 1-4
Thời đoạn (phút) | Lượng mưa (mm) | Thời đoạn (phút) | Luong mua (mm)
Trang 16Khi lượng mưa tương ứng với các thời đoạn đặc trưng vượt qua các giá trị ghi trong các bảng trên thì được coi là mưa rào, loại mưa này thường gây ra lũ
Nếu mưa rào thời gian, ngắn không quá, (2 + 3)h có lượng mưa lớn, cường độ mưa lớn thường xảy ra lũ đơn và xẩy ra vào đâu hoặc cuối mùa _ lũ hay lũ tiểu mãn Nếu mưa kéo dài (2-3) ngày và lâu hơn thường gây ra lũ có nhiều đỉnh Nếu với lượng mưa rất lớn sẽ gây ra lũ quét và gây ra
thiệt hại rất lớn cho công trình và dân sinh kinh tế -
3 Cac đặc trưng của mưa
a) Lượng mưa |
- Lugng mua trong mét thoi đoạn tính tốn nào đấy là lớp nước mưa đo được tai mét tram quan tra ắc trên một đơn vi diện tích trong khoảng thời gian đó, có đơn vị đo là (mm) Thời đoạn tính tốn có thể là một ngày, một tháng, một năm, lượng mưa đo được trong một ngày đêm gọi le" mua ngày- Ví dụ trong một năm lượng mưa tại một điểm quan trắc nào đó là 1800mm, có nghĩa là tại vị trí đó trong một năm mưa rơi xuống nếu được tích lại sẽ tạo thành một lớp mưa có bề dày bằng 1800mm
_ð) Cường dé mua tức thời (ad) đường q trình mưu (da, ~ t) mưa đo được trong một đơn vị thời gian tại một thời điểm bất kỳ 6 vi tri quan trac, don vi do 14 (mm/phiut) hodc (mm/h)
Sự biến đổi của lượng mưa theo thời gian gọi là quá trình mua (a, ~ t) đổ thị của đường cong (a; ~.t) goi la dudng qua trình mưa
Lượng mưa trong khoảng thời gian t, đến t, có thể tính theo cơng
thức:
: to
Xu ta = fa.at (1-3)
tì
Hoặc dưới dạng sai phân: 1ì
Xu = 3 aoAt 4
isl
Với: ai: Cường độ mưa bình qúân trong mỗi thời đoạn At;,
n: Số thời đoạn tính tốn At
-Cường độ mưa bình quân trong khoảng thời gian T = t, - t, là trị số bình quân của cường độ mưa trong khoảng thời gian đó và tính theo công thức:
pote
ay = — LỊ T | ( 1-5)
Trang 17c) Luong mua lén nhất va cường độ mưa bình quân lớn nhất trong
thời đoạn tính tốn T' :
- Lượng mưa lớn nhất trong thời ¿ gian.tính tốn T gọi '““ mưa lớn nhất thời đoạn X¡ '*“# mưa trong khoảng thời gian T cho trước, được chọn trên đường quá trình (a, ~ t) sao cho lượng mưa trong thời gian đó là lớn nhất
- Cường độ mưa bình quân lớn nhất trong thời đoạn tính tốn T gọi là cường độ mưa bình quân lớn nhất a; là cường độ mưa bình quân trong thời đoạn T cho trước được chọn trên quá trình (a, ~ t) sao cho cường độ mưa bình quân trong thời đoạn đó là lớn nhất Trị số a+ được tính như sau:
ay = ot (mmy/phut) h hoac (nm/h) ; (1-6)
Lượng mưa thời đoạn X%; sẽ tăng lên khi T tăng (nếu cho T có giá trị thay đổi Tụ, T; ) cịn cường độ mưa bình quân lớn nhất ay sẽ giảm di Vậy cường độ mưa ax bị triết giảm theo thời gian T, đường cong (a; ~ T) gọi là đường cong triết giảm cường độ mưa bình quân lớn nhất theo thời
đoạn tính toán T -
4 Tinh luong mua binh quan luu Uực (X)
Lượng mưa trên lưu vực thường không đồng đều, vậy cần dựa vào lượng mưa của các trạm đo mưa trên lưu vực để xác định lượng mưa bình
quân cho lưu vực ¡
d) Phương pháp bình quân số họẻ ` Lượng mưa bình quân như sau:
gK.m n (1-7)
Với: - X,: Lượng mưa đo ở trạm thứ i;
n: Số trạm đo mưa trên lưu vực: Á)
Phương pháp này chỉ dùng tốt khi lưu vực có nhiều trạm đo mưa -5) Phương pháp hình nhiều cạnh (Đa giác Thai - Sơn.)
Biết vị trí các trạm đo mưa trên bản đồ, mốt, các trạm với nhau thành hình tam giác, vẽ các đường trung trực của các cạnh kéo đài cho cắt đường phân thuy của lưu vực sẽ xác định đượe-ếe-phẳn=diệm-tích-cưa- “Cá
trạm đo khống chế như hình 1-1: ị TRƯỜNG ĐẠI HỌC
: | GIAO THÔNG VẬN TẢI - CƠ SỞ 2
THU \ VIỆN | ati}
ED
otros
Trang 18Hình 1-1
_"Tính lượng mưa bình qn theo công thức:
SX VX Lf _ in i=l sẻ i=l ot F _ Trong đó: -
X: Lượng mưa tại trạm thứ 1;
f: Diện tích do trạm thứ ¡ khống chế (km));
n: Số đa giác, phương pháp này áp dụng với n > 3;
Đường phân thuỷ
F: Diện tích của lưu vực tính bằng km? œ@ Phương pháp đường đẳng lượng
mua
Đường đẳng lượng mưa là đường cong nối liển các điểm có lượng mưa bằng nhau trên bản đồ như hình 1-2
Phương pháp này có độ chính xác cao, khắc phục được điều kiện không đều về phân bố mưa theo không gian do ảnh hưởng của địa hình nhưng khối lượng tính tốn nhiều vì phải vẽ được đường đẳng lượng mưa Lượng mưa bình quân
trên lưu vực được tính như sau: ˆ -
Tv.18 2
Trang 19
X= i=l ` = i=l — Ta , (1-9)
Với: fi: Phan dién tich nam giữa bai đường đẳng lượng mưa tương ứng là X va Xi,
1.6 PHUONG TRINH CAN BANG NUGC
1.6.1 Phương trình cân bằng nước trên toàn Trai Dat
“Nước từ mặt biển và sông suối bốc hơi lên cao, một phần mia trén biển, một phần khác nhờ gió đưa vào' đất liền gặp lạnh tạo thành mưa trên đất liền Lượng mưa rơi trên mặt đất một phần tạo ra dòng chảy các sông suối rồi lại chảy ra biển, một phần ngấm xuống tầng sâu bổ sung vào sông, hề cao và chây ra biển Như vậy có thể mơ tả phương trình cân bằng
nước toàn cầu như sau: :
Zy t+ Zy = Xp_ t+ Xy | _(1-10)
“Trong đó:
Zn Zu? Lượng bốc hơi bình quân trên mặt biển và trên mặt,
đất; ‘
Xụ; Xụ: Lượng bình quân rơi xuống mặt biển và rơi xuống
mat dat
1.6.2 Phuong trình cân bằng nước đối với lưu vực kín và lưu vực hở trong thời đoạn bất kỳ
Xét một lưu vực bất kỳ trên mặt đất hình trụ thẳng đứng bao quanh chu vi
lưu vực tới tầng không thấm nước như
hình 1-3 Xét cho một thời đoạn At bất ˆ kỳ, dựa vào nguyên lý cân bằng nước giữa lượng nước đến, di và trữ lại ta' có phương trình cân bằng nước sau:
Trang 20Trong đó phần nước dến gồm có: `
X: Lượng mưa bình quân trên lưu vực; N: Lượng nước ngưng tụ trên lưu vực; Y,: Luong dong chay mat chay dén; W,: Lượng dòng chảy ngầm chảy đến;
Vị: Lượng nước trữ trong lưu vực ở đầu thời đoạn ¿ At Các: lượng nước đi gồm có: _
Z: Lượng nước bốc hơi;
Y,: Lượng đồng chảy mặt chảy dis W,: Luong dong ngầm chay di;
Var Lượng nước còn trữ ở cuối thời doạn At
Voi Lucu vu kín: có ' đường phần nước mặt và nước ngầm trùng nhau do để khơng có nước mặt và nước ngầm từ nơi khác chảy đến lưu vực đang
xét, vậy có ŸY, = 0 và W, =0 và dẫn đến phương trình:
X=Y+Z+AV
Von: |
Y= ` + _Wy ‘Luong n nước chấy qua mặt cắt cửa ra của lưu
vực;
Z=Z- N: Luong nước bốc hơi đã bớt di lượng ngưng tụ - Với liêu oực hở: có lượng nước ngầm từ lưu vực khác, chuyển tới hoặc ngược lại, tức là ta có:
W, -W,=AW
Vậy tr ong trường hợp này phương ( trình cân n bing nước có dạng
X=Y+Z+z+AW+AV - oO (1-14)
1.7 LƯU VỰC VÀ DỊNG SƠNG _ - 1.7.1 Định nghia -
Lưu vực là phần diện tích mặt đất mà trên đó nước sẽ được tập trùng chảy vào sông nhánh và sơng chính để chảy về mặt cắt cửa ra phía hạ lưu 1 Đường phân thuỷ của lưu uực (Đường phán lưu)
Trang 21Dưỡng phán thuỷ Hạt -+~ vượt vời Pa ^ \ +, # Ape ay 7 = “wh ¬ “a vở nỗ ” pee ung pa AM ws ˆ ^ 1 Mà ea Sông Lớp Khơng thẩm nước Hình I-4
Người ta thường lấy đường phân thuỷ mặt làm đường phân thuy của lưu vực và gọi là:đường phân lưu vì việc xác định đường phân thuy ngầm rất khó khăn và tốn kém Để xác định đường phân lưu cần thu thập bản đổ địa hình có các đường đồng mức cao độ theo ty lệ 1/100.000; 1/50.000; 1/25.000; 1/10.000 tuỳ thuộc yêu cầu cơng trình
Việc xác định đúng đường phân thuy lưu vực rất quan trọng vì sẽ giúp ta biết được chính xác diện tích lưu vực, quyết định hình thức, quy mơ cơng trình và dẫn đến việc xác định đầu tư xây dung một cách hợp lý: 2 Diện tích lưu 0uực
Điện tích lưu vực ký hiệu là F, tinh theo km’ la phan dién tich dude bao bọc bởi đường phân thuỷ
Diện tích lưu vực được.xác định bằng máy đo diện tích hoặc lưới ô vuông trên bản đồ có tỷ lệ biết trước Tuỳ theo diện tích của lưu vực của
đòng chảy đến vị trí cơng trình mà có thể phân ra: Khi F < 100km”: tương đương với lưu vực nhỏ Khi EF> 100km: tương ứng với lưu vực vừa Khi E > 1000knở: tương:ứng với lưu vực lớn
- Ngồi ra cịn có trường hợp lưu vực rất nhỏ, ví dụ thốt nước cho sân
bay, đường xa lộ, đường cao tốc
3 Hình dạng của liêu bực x
Tuy theo điều kiện địa hình khu vực mà lưu vực có các hình dạng khác nhau Nói chung có thể phân ra các loại sau:
-_ Lưu vực ở vùng núi
-_ Lưu vực thuộc vùng đổi, trung du -_ Lưu vực thuộc vùng đồng bằng 4 Các đặc trừng của lưu vic
œ Chiêu dài của liêu 0ực (L 1v)
Trang 22
Là chiều dài đường gâ,› khúc nối từ cửa sông qua các điểm giữa cac đoạn thẳng cắt ngang lưu vực cho đến điểm xa nhất của lưu vực Người ta - thường coi chiều dài sơng chính là chiều dài lưu vực Chiều đài dòng chính LŒ&m) được xác định theo bản để hoặc đo đạc tại chỗ Khi trên lưu vực khơng có lịng chính rõ ràng thì dịng chảy phải tính theo kiểu chảy trên sườn dốc, lúc đó chiều đài lịng chính lấy theo khoảng cách từ phân giới lưu vực đến vị trí cơng trình Thường lay L,, ~ L dé tính tốn
b Chiêu rộng bình quan của hưu vutc (B) :
- Lưu vực 2 sườn: B= 5 Km) co (1-15)
- Lưu vue 1 sườn: B= xm) ¬ | (1-16)
Œ “Hệ: SỐ “hình dang của lưu vue Œ, ỳ
: Kụ V biểu thị hình dang cua lưu: vue sông:: '_ Hi “sa TS Tư 1
0 Ky se 1092
Thường Las <1
' d Độ cao: bình quan e của lu vue 4V):
Với h, Cao trình bình quân giữa hai đường đồng mức; sơ oe
fi: Dién tich giữa 2 đường đồng r mii¢;
n: Số manh diện tích
_.® Độ dốc trung bình của lựu oye QD NI,
I= Ah* 8 ¬ a 19) “
Với: l¿ Khoảng cach bình quân "giữa hai đường đồng mức :gần
nhau;
Ah: Chênh lệch cao độ giữa hai đường đống, mức, 8 Mật độ lưới sông (D)
b= (m/Km) a8)
Trang 234
>L;: Tổng chiều dài của tất cả các sông suối trên lưu vực (cm)
- Vùng có mạng lưới sơng càng dày thì trị số D càng lớn và chứng tỏ "vùng đó có nguồn nước phong phú
b Chiêu dài bình quân của sườn lưu oực b, (m)
1000F - ` _1000ƑF
b_=—————; Nếu lưu vực 1 sườn thì b, =———————— (1-21)
* 1,8¢L+ £1) | ~ 0,9(L+ Z1)
Với XI là tổng chiều dài các dòng nhánh tính bằng km, trong đó chỉ tính những dịng nhánh có độ dài lớn hơn 0,7ð chiều rộng bình quân Bcủa
lưu vực na
¡ Độ dốc trung bùnh của lịng chính T (6)
Được xác định theo bình đồ hoặc đo đạc tại chỗ Tính theo độ dốc
trung bình từ chỗ lịng chính bắt đầu thể hiện rõ đến vị trí cơng trình b Độ đốc trung bình của sườn đốc 1, (%e)
Được xác định trên bình đồ hay đo đạc tại chỗ theo hướng d dốc nhất, lấy theo trị số trung bình của 4 + 6 chỗ xác định độ đốc
Ì Đặc trưng dia mao thuỷ uăn của lịng sơng oL
_ 10001,
On = TB I 14 (1-22)
_— mị h E “@H,),
_ Trong đó: |
L: Chiéu dai long chinh (km);
: Hệ số nhám của lịng sơng (xác định theo bảng 2-3 trình tính dịng chảy lũ Viện TKGT— 1979);
I: Độ dốc lịng sơng %o;
quy
H,: Lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế (mm);
ọ: Hệ số dòng chảy lũ co
m Đặc trưng địa mạo của sườn đốc Q, 508
o, =— m, Io? (oH, ae jG = (1-23)
Trong đó:
m.: Hệ số nhám sườn;
I,: DO dốc sườn lưu vực %,;
ọ và H, Ý nghĩa như đã nêu ở trên ˆ
Trang 24
nhất theo bảng (2-4) ** trinh tính dịng chảy lũ Viện TRGT năm 1979 Từ đó sẽ xác định được:lưu lượng lớn nhất ứng với tần suất thiết kế cơng
trình Q,
õ Quá trình hình thành dòng chủy trên lưu uực -
Mưa là nhân tố quan trọng nhất của sự hình thành dong chay s sơng ' ngịi, có thể nói: Dong: chay Lượng nước của một lưu vực chảy qua mặt cắt cửa ra sau một khoảng thời gian nhất định cùng với sự thay ' đổi của nó trong” "khoảng: thời gian đó Khi thời gian tính tốn là một-năm ta có dịng chảy măm, gồm lượng dòng chảy năm và sự thay đổi lượng đòng chảy trong một thời gian một năm thường gọi là phân phối dòng chảy trong năm Vậy khái niệm dòng chảy gắn, liền với khoảng thời gian tính tốn
lượng dịng chảy năm, dong chảy mùa kiệt, dòng chảy mùa: lũ :
Quá trình hình thành dong chay trên lưu v vực bao gồm ‹ các quá trình
sau:
- Quá trình mưa rơi xuống -
:'Quá trình ton: that do ngấm, bốc hơi, đọng lại trên cây cối, nhà cửa,
ao hồ trên lưu vực " ¬ Lo,
- Qua trinh chay trén sườn đốc và tiếp tục tồn n thất ,_@uá trình tập trung nước trong sơng
- Q trình tập trung nước trên lưu vực gồm hai gia1 đoạn: Tập trung nước trên sườa đốc và giai đoạn tập trung nước vào lịng sơng chảy về tuyến cửa ra Khó có thể phân tách hai quá trình này ra được bởi vì trong quá trình tập trung nước trong sông luôn nhận được lượng nước bổ sung từ sườn dốc vì vậy tốc độ di chuyển của sóng lũ rất phức tạp
' Sườn đốc của lưu vực cũng có đhiều đặc điểm bề mặt không đồng nhất, do vậy tính tốn chính xác thời gian tập trung nước tại một điểm nào đó về mặt cắt cửa ra rất khó thực hiên được Trong thực tế, thời gian ‘tap trung nước trên sườn đốc và chảy vào sơng có thể được tính bằng trị số
bình quân, đặc trưng cho chuyển động cua hai quá trình này
- Để đánh giá lượng dòng chảy và khả năng cung cấp nước của một lưu
vực sông thường dùng các đặc trưng biểu thị đòng chảy nHưsau: `
a Lưu lượng thể tích nước Q (m8/s) _
Lượng nước chảy qua, mặt cắt cửa ra sau một t đơn vị thời gian một ` giây Quá trình thay đổi của lưu lượng theo thời gian tại cửa ra gọi là quá trình lưu lượng (Q ~©) Biểu dién bang dé thi su thay đổi của lưu lượng và thời gian gọi là đường quá trình lưu Tượng nước Lưu lượng bình quân trong khoảng thời gian 1 được tính theo biểu thức:
1n
Trang 25Hoặc tính theo biểu thức sai phân: cản
O — =!
n
- Với: Q¡; Lưu lượng bình quân tại mỗi thời đoạn thứ ¡ bất kỳ vàn
là số thời đoạn tính tốn
b Tổng lượng dịng chảy (W)
(1-25)
- W'% nude chay qua mat cat cửa ra trong khoảng thời gian 'T nào đó
từ thời điểm t, đến t„ Tức là T' = t¿ — tụ
we | Q(Đát hoặc W= =8 )(m°) (1-26)
ty
-§: là lưu lượng bình quân tr ong khoảng thời g gian TT C Độ sâu dòng chứy Y(mm)
Độ sâu dòng chảy Y(mm) là một lớp nước có chiều day Y, tức là coi tổng lượng nước chảy qua mặt cắt cửa ra trong một thời gian nào đó trải
đều trên tồn bộ điện tích lưu vực có chiều dày là:
| “10°F
Với ~~ W: Téng hong nviéc (m’);
F: Dién tích lưu vuc (km’); d Mé duyn dong chảy M
Phản ánh khả năng nguồn nước được định nghĩa là tỷ số giữa lưu lượng bình quân với một đơn vị diện tích lưu vực là 1 Kn# `
(1-27)
M= (n° Js Is Kn) So (1-28)
e Hệ số dòng chảy On
Là tỷ số giữa độ sâu dòng chảy và lượng mưa tương ứng sinh r ra trong thời gian T
FX a 29)
ọ không có thứ ngun và vì 0< Ÿ < X cho nên 0 << 1
ˆ Hệ số ọ càng lớn thì tổn thất dịng chảy càng bé và ngược lại, vậy hệ ' số ọ phản ánh tình hình sản sinh ra đòng chảy trên lưu vực
Trang 26Hệ số ọ được xác định theo bằng (2-2) của %*# trình tính dịng chay la do mưa rào ở lưu vực nhỏ Viện TKGŒT -— 1979 hoặc Tiêu chuẩn ngành GTVT ban hành 1995
Hệ số dòng chảy @ phụ thuộc vào lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế H,(mm); đặc trưng lớp đất mặt của lưu vực và điện tích lưu vực F
(km’)
1.7.2 Dòng sông - hệ thống sông
Hệ thống sơng và dịng chảy trong sông suối từ bao đời nay vẫn thường xuyên gắn bó và tác động đến đời sống con người và sản xuất nhưng dịng sơng cũng trực tiếp ảnh hưởng đến các cơng trình giao 0 thong cầu, đường ca về hình thtic lan “ mơ cơng trình
Những sơng trực tiếp đổ ra biển hoặc đổ vào các hổ lớn trong nội địa được gọi là sơng chính, các sơng đổ vào sơng chính được gọi là sông nháah cấp Ï, các sông đổ vào sông nhánh cấp Ï gọi là sông nhánh cấp II v.v Các sông nhánh cùng với sông chính của nó hợp thành hệ thống sông Tên của hệ thống sông thường-mang tên của sơng chính, ví dụ: hệ thống sơng Thái Bình gềm sông Cầu, sông Thương, sông Lục Nam , Hệ thống sông Hồng gồm sông Hồng và các sơng nhánh của nó; sơng Thao, sông Lô, sông Đà
Các sơng nhánh có thể phân bế theo hình lơng chim (hình 1-5) phân bố
theo hình nan quạt có các cưa sông nhánh lớn ở gần nhau (hình 1-6) hoặc phân bế theo hình song song (hình 1-7)
Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7
Dịng sông thường được phân ra các đoạn sau:
- Nguên sông: là nơi bắt đầu hình thành dịng sơng như mạch ngầm,
đâm :
- Thượng lưu sơng: là đoạn có thung lũng hẹp và sâu, đáy sơng có cuội, sỏi lớn, mũi đá nhấp nhô, độ dốc đáy và mặt nước lớn về mùa lũ dòng chảy hung dữ, vận tốc trung bình lớn
Trang 27eth
—>—————————=———-—_—-———_—
—-———~—-
ý
- Trung lưu Sông: lịng: -sơng rong, “hai bờ thỉnh: -thoảng có bãi cát, khuýu sông đã thành đường cong, 5 AG dốc bé hơn, khả năng, bao t mon 1 giam dan, SỎI cát có dạng trịn Ty
- Hạ lưu sông: Dong song bí] uốn, khúc quanh CO có bãi rộng, độ đốc bé, ` lưu tốc giảm, và xây ra tình trang’ bơi lang |
- song khác hoặc đổ ra biển
- chỉnh try sơng ngịi
-:Vùng cửa sơng: lịng sơng mở rong; có ó phù sa a Jang: dong là, nơi đổy vào -
Rõ rang’ sông có Khúc, e có ó đoạn ` và có các - đặc trưng địa hình địa mạo, địa chất và điều kiện : thuỷ: văn: thuỷ Tực 'khác.nhau .Dẫn tới yêu: ‘cau khi XÂY, dựng các công trình nhân táo, vượt sơng hoặc trên sông tại một vi tri “nao dé, ta cần xac dinh được cổng tíình: vượt qua sông nào, thuộc hệ thống nào/ vùng "hào, cần nghiên cứu về quy luật - động lực họẻ dồng sông dé dé ta giải pháp kỹ, thuật, xây dựng, “cơng, trình, chỉnh: phục dịng sơng hoặc
Trang 28Tv.28
TÀI LIEU THAM KHAO CHUONG 1
| “NGUYEN SINH HUY, NGUYEN LAI, PHAM PHO
Giao tr ình Thuy van cong trinh Nxb Néng thôn, Hà Nội, 1974 ĐÔ CAO ĐÀM, HÀ VĂN KHOI va cac tác gia khác
Giáo trình ‘Thuy van cơng trình Nxb Nơng thơn, Hà Nội, 1998 GS TS NGUYEN VAN TRUC
‘Cong Trinh vượt sông Nxb Xây dựng, Hà Nội, 1984 Quy trình tính đồng chảy lũ do mưa rào ở lưu vực nhỏ —
- Viện TRGT, 1979
PHAM VAN VINH
Về khẩu độ cầu va x6i dudi cau
Thong tin KHKT Tr ường ĐH GTVT, số 2- 1996 Mục nghiên cứu GÔRÔSKOV
Tính tốn thuỷ văn (bản Tiếng Nga), 1979 -
PHAM VAN VINH
AZ a 2 ` a > : " ` ^ Vấn để ôn định và không ồn định của dịng sơng
Tập san khảo sát thiết kế - Viện thiết kế GTVT, số 3 năm 1992
Trang 29
~~
welt
“eae trình mà cần phải: thu: thập và, tính tốn các loại mực nước Ha: ¬
“nước thơng thuyền độn: “Agi one nude: dang cho phép (cáo, „độ: mền
34 ‘uc NƯỚC hờn Tơ 2 poe ts evn
đường cho phép), để phục vụ, ‘thi cổng cầu ta có mực nước dự bão th công Nếu” xác" :địnH mực nước không sát: sẽ gây ra tinh trạng ngập ‘duong:lam - hu hồng mặt đường, nền đường, ngập hide hư hỏng cầu; gây trở ngại cho-
giao thông thuỷ và làm ngập”lủt các: vùng dân: cư Vậy mực nước: cố ý" "nghĩa rất quan trọng để tính.tốn;dịng chạy sơng ngồi, để Suy Ta lưu: _ lượng tương ting | và là một trong: nhing thi liệu thuỷ văn cơ bản lam căn
“THU THAP số LIỆU -
“VA XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ THUỶ VAN |
C6 nhiều loại mực › nước, “tuy, theo, tính chất và yêu cầu: Xây: dựng của Huy, Hụ, mực nước tương ứng với: tan suất, thiết kế p%n nao đó Hp’ %, mức
ghi NĨ reg + t ‘bad “4
h ‘min ngàn r ah cứ khoa học để thiết kế, xây dựng.và quản lý: khai thác: các công trình cầu, dường, cống, đập, đê điều, hệ thống 'tưới, tiêu nước và các cơng trình dân ' sinh kinh tế::Để thư thập, xác định.tài liệu mực nước: cần có các tr ami thuy văn Có nhiều cách phân cấp nhưng £ e6.thé phân ra trạm: cấp 1: đo các, vếu vếu mực nước và:có thể đo một số yếu tố khác ‘Tram cấp THỊ thì chỉ do m:z¢ nước Đựa theo yêu cầu, mục đích nghiên, cứu ` có thé phan ra tram thực
ị nghiệm, tr am chuyê én, dùng) và trạm đọc cơ bản, r1 ca tra ;
* 2 1 1 Định nghĩa về mực nude
Muốn có mnực nước : thi cần có mặt thuẩn Miền Bắc lấy mực chuẩn là
mực nude bién bình quân nhiều năm tại Hòn Dáu, còn Miền Nam nước ta -lấy mực nước-biến trung bình nhiều năm tại khu vực Hà Tiên, tỉnh Kiên Giang lầm chuẩn Mực nước la cao trình mặt nước tại vị trí nào đồ so với một mặt, chuẩn qui ước: có éao trình 0,00 và tại một thời điểm nào ;đó Ký hiệu là Hc đơn vị đo là mét ám) hoặc centimet (cm) Mực nước luôn luôn
biến động, mưa Tủ và thuỷ triệu: là hai nguyén nhân chính gay, 1 ra do sw dào động: mực tước trong: các sống suốt: 'ở Tiước ta Vay: xét: về mặt” hãng
ae
'
lượng thì có thể, nói mực nước biểu thị thế nang ¢ cna’ nguồn nước bận
Trang 30
2.1.2 Đo đạc mực nước
So với đo lưu lượng thì việc tổ chức đo đạc mực nước dễ dàng và ít tốn kém về nhân lực cũng như thiết bị bởi vì:
- Thời gian đo nhanh chóng, chỉ cần đọc số đo là có mực nước
- Giá trị lưu lượng Q không phải lúc nào cũng tương ứng với mực :
nước
- Mực nước có thể dễ điều tra còn việc tổ chức đo đạc lưu lượng tương ứng rất phức tạp
- Từ trị số mực nước sẽ tính ra giá trị lưu lượng tương ứng nhờ quan hệ (H ~ Q) và ngược lại
Như vậy việc đo mực nước đơn giản nhưng có ý nghĩa rất quan tr ong về lý luận và thực tế
Có hai cách đo mực nước, cần tuỳ theo điều kiện địa hình, địa chất, sự dao động của mực nước và điều kiện kinh tế mà áp dụng cho phù hợp 1 Đo mực nước bằng máy tự ghi
Khi dùng máy tự ghi thì trị số mực nước sẽ được đọc trên băng, giấy ghi theo tỷ lệ của từng loại máy Phương pháp này có ưu điểm là sẽ cho ta biết mực nước ứng với mọi thời điểm trong ngày
3 Đo mực nước bằng thuỷ chí hoặc thước
\ Thước do Thuỷ chí ˆ m1 ¡ _—_ đ, { a : ) ¬—- | Mặt nước + 3) a _ Cao trình & đầu cọc i 7“ £ 1 Cao trình : chân thủy: | chí Mạt chuẩn ( o.o © ) Hinh 2.1
Đây là phương pháp thường dùng Theo cách đo này người ta đóng cọc hoặc xây bậc chắc chắn dọc theo mái sông, tuỳ theo điều kiện địa hình, - địa chất và mức độ dao động của nước mà cần nhiều hay ít cọc Nếu dùng
Trang 31_—-—-thuỷ chí đo nước thì _—-—-thuỷ chí được gắn chặt VỚI CỌC đình 2-1) Muc nước
được tính như sau:
H=È+h (m;cm) _ | 7 en "
Với: H: Trị số mực nước;
| V: Cao trình đầu cọc “hoặc cao trình chân" thuỷ chí;
h: Độ sâu tính từ mặt nước sông, suối tới đầu cọc "đà số đặt 'trên thước đo đặt thẳng đứng trên đầu cọc) hoặc là độ sâu từ
mặt nước đến chân thuỷ chí ' “
Chế độ đo mực nước theo qui 'phạm đo đạc thuỷ văn như sau:
Nếu đo hai lần trong mỗi ngày (24h) thì đo tại thời điểm 7h và 19h;
cả Do 4 lần trong ngày thi đo vào các giờ 1, 7, 13 và 19h; ,
- Do 8 lần trong ngày thì đo vào các gid 1, 4, 1, 10, 13, 16, 19; „25 2h; -
- Đo 12 lần trong ngày thì đo vào các giờ lẻ 1, 3, ð, ,28h; 1 :
- Để bắt: được đỉnh lũ cần đo 24 lần trong ngày vào tất ca các giỏ x
2.1.8 Các loại số liệu mực nước
“Có nhiều loại số liệu mực nước, ở đây sẽ trình bày một số loại cơ bản: 1 Mực nước tức thời
Là mực nước ứng với từng thời điểm đo, nên còn gọi là mực nước thực
do (binh 2-2) ° - › :
beet tet ta to be _ {ny
I WoW ow V VI VI VI IX X XI XI Tháng
Hình 2 2: Qua trinh muc nước tức thời 2 Mực nước bình quản thời đoạn
Thời đoạn có thể là ngày, tháng, mùa, năm và nhiều năm,
Trị số mực nước bình quân thời đoạn được tính từ nhiều trị số mực - nước tức thời trong thời đoạn tính tốn Ví dụ nếu đo cách đều giờ thì mực
Trang 32nước bình quân ngày tính bằng trung bình cộng các mực nước tức thời trong ngày như sau:
_ pH
- Huy = i=l — (9.3
Huyy: là mực nước bình quân ngày; _
- H¿ là mực nước tức thời tại thời điểm t trong ngày; - n: là số lần đo mực nước tr ong ngay
_ Trường hợp do không cách đều giờ phải nội suy bổ sung cho đủ số liệu cách đều giờ và tính như trên:
3 Bién độ mực nude
Khoảng dao động của: mực nước trong một thời gian nào đó gọi là biên độ mực nước Ví dụ trong mỗi chu kỳ triều thì biên độ triểu là chênh lệch mực nước giữa đỉnh và chân triều
Như đã nói otra én, có nhiều loại số liệu mực nước nhưng trong ngành cơng trình cầu đường cần chú ý các loại mực nước sau:
- Mực nước bình quận ngày tại trạm đó, năm nếu điều tra hoặc thu
thập được thì ghi theo bảng sau: ,
Mực nước bình quân trong ngày tram nam
: ~ Bang 2-1 "
Thang Ngày fo fr) iv |v) vi | vir | vir fx |x} xr | xu
1 , 3 - ˆ 31 Bình quân Cao nhất ngày Thấp nhất ngày
Trị số đặc trưng | - Mực nước cao nhất trong năm (trong thời gian lũ)
năm - Mực nước thấp nhất trong năm (trong mùa kiệt)
- Muc nước bình quân trong năm
Trang 33- Mực nước dao động lũ trong thời gian một trận lũ, nhiều trận lũ và
nhiều năm :
- Mực nước trung bình nhiều năm
- Mực nước thấp nhất của thấp nhất nhiều năm mạ
- Mực nước cao nhất trong nhiều năm (H
min
max
|
0 ) thường được thu thập từ các cơ quan khí tượng thuỷ văn, hoặc lưu trữ số liệu, được ghi theo bảng
` sau: `
Mực nước H„„„ nam -«‹| a) tram T
Bang 2-2
T.T Năm Ngày tháng | {HP )(m) | Ghi chú
Trang 34Ứng dụng số liệu bảng 2-2 trên đây để tính tốn ra đường tần suất lý luận H
tính tốn ta lập bảng sau: ' „ạ„ năm mà cách cụ thể được nghiên cứu ở các chương sau: Muốn
Bảng để tính tốn đường tần suất "kinh nghiệm Hay trạm T Bảng 2g r vi Ngày | { "Y 0,8 % 1 A
TT} Nam | St (H2 ) (mộ mm “xoa (6 | Ghi chú
q)| (2) (3) (4) (5) (6) (7) 1 | 1960 | 16/VH 16,57 23,17 61 6/VIII 1007 | -22,04 62 | 4/VH 18,01 | 21,67 27 | 1986 | 25/VII 21,67 16,26
- Mực nước lũ lịch sử H,„„„ (năm nào đó) theo chu kỳ nào đó
.2.1.4 Kiểm tra và đánh giá sai số mực nước -
1 Kiểm tru saisố Để kiểm tra sai số cần làm:
._ - Vẽ và so- sánh đường quá trình mực nước (H: x độ của nhiều trạm đo trên cẳng hệ thống sông ngòi -
- Đối chiếu mực nước các trạm trong từng đoạn sông với qui luật
truyền sóng lũ, sóng điểu để tìm ra sai số :
2 Cac loại sai số mực nước
- Đo chủ quan: Thường là sao chép sai, dẫn cao độ sai, tinh sai hoặc nhầm lẫn Có thể sai số do cả thời tiết gây ra Trong đó cần chú ý việc tính - chuyển hệ cao độ về vị trí cong trinh để tránh sai sót
- Sai số do khách quan gây ra nhử khoảng chia vạch trên thước mờ, không rõ phải nội suy khi đọc, máy hư hồng, cọc bị lún
Sai số của mực nước được tính bằng sai số tuyệt đối (m hoặc cm), không xét sa1 số tương đối (%) do loại sai số này khơng có ý nghĩa
2.1.5 Lưu trữ và xuất bản tài liệu
Trang 35- Khi cần số liệu mực nước để tính tốn thiết kế cơng trình phải đến cơ quan lưu trữ của Trung ương hoặc các tỉnh
2.1.6 Tính tốn mực nước Ộ
- Muc nước bình quân được thống kê từ tài liệu thực đo hoặc điều tra
‘tal thuc dia ‘
_ + Muc nude thiết kế ứng với lưu lượng thiết kế được suy ra từ đường quan hệ (H ~ Q) hoặc xác định theo phương pháp thống kê xác suất để xây dựng đường tần suất lý luận, từ đó sẽ lấy ra trị số thiết kế ứng với một tần suất thiết kế P% của cơng trình, cụ thể được xét ở chương sau:
- Để xác định mực nước thông Thuyền và cây trôi càn cần thu thập thêm tài liệu của các cơ quan đường sông
2.1.7 Điều tra tài liệu thuỷ văn mực nước
‘Day là công tác chủ yếu cho mỗi cơng trình vì thường gặp ở các trường hợp cần xây dựng công trình cầu đường nhưng khơng có số liệu đo đạc, thống kê Việc điều tra khảo sát thuỷ văn cần được thực hiện nghiệm túc ngoài thực địa, số liệu, thông tin cần phải được phân tích đánh giá tại chỗ để đảm bảo độ tin cậy phục vụ thiết kế công trình Tuy theo yêu cầu của từng cơng trình cụ thể mà cần tiến hành điều tra các nội dung sau:
- Xem xét các bia đá, văn kiện, gia phả trong khu vực có ghi ngày, tháng, năm xây ra lũ lớn, nước kiệt
- Khai thác tài liệu của các trạm thuỷ văn gần nhất Hỏi một số người cao tuổi còn minh mẫn để xác định vết lũ, độ dốc mặt nước đề đối chứng,
chọn kết quả
- Quan sát các dấu vết lũ còn lại trên hai bờ sông, trên cây cối, nhà cửa bị ngập lũ, các vật còn đọng lại trên bãi sông, xác định vết và màu sắc lũ Ở những đoạn mà đất bờ sông dễ bị xói lỗ vết lũ bình quân thường trùng với những chỗ có mái sông thay đổi
- Đối với cơng trình cầu đường xây dựng vượt qua các sông chịu ảnh hưởng thuỷ triều hoặc có nước dổn ngược cần điều tra được H„„, H„ụ
ngày, tháng, năm hoặc sử dụng lịch thuỷ triều để xem xét “+
- Cong trình vượt qua sơng có thông thuyền phục vụ cho giao thông thuỷ cần điều tra mực nước thông thuyền và mực nước hạn chế thông
thuyền để xác định tĩnh không dưới cầu và cao độ mặt cầu Thu
- Cần điều tra từ 3 + 5 mặt cắt trước và sau vị trí xây dựng cơng trình để xác định độ dốc mặt nước hợp lý, quan sát cây cỏ mọc hai bên bờ sông và mái sông để xác định nhám (n) Công tác điều tra mực nước được gắn liền với việc điều tra hình thái: Bình đồ đoạn sông đo vẽ mặt cắt hgang sơng nơi dùng để tính lưu lượng gắn với trắc dọc để xác định ra độ dốc (@) hệ số nhám 1 (n) Từ đó dùng phương trình liên tục
Trang 36Tv.35-Q=u.øœ (2-3) “Trong đó vận tốc dòng chảy được tính theo cơng thức Sê-di - Maninh
v=CVRI = R5? : (2-4)
Như vậy nếu có _ áp vào mặt cắt ngang tính tốn sẽ xác định được
bán kính thuỷ lực R=— ° hệ số Sêd1, vận tốc dòng chảy tương ứng và tìm
mc được lưu lượng
Qenu ky = may + @ , (2-8)
Từ trị số lưu lượng điều tra này muốn tìm ra Quy (ưu lượng thiết kế) cần sử dụng thêm kiến thức về lý thuyết thống kê xác suất sẽ được trình bày ở chương sau:
2.3 LƯU TỐC
2.2.1 Định nghĩa lưu tốc c sử
Khái niệm lưu tốc điểm (u) và lưu tốc trung bình (v) đã trình bày trong các giáo trình thuỷ lực và cơ học chất lỏng ứng dụng 6 day chi nhấn mạnh thêm mối quan hệ giữa lưu tốc và lưu lượng thể tích
Lưu lượng của tồn dịng chảy là tổng s số các lưu lượng nguyên tố trên mặt cắt ướt của toàn dờng chảy
Q= [aQ =| udo | | (2-6) |
oo
Lưu tốc trung bình của tồn dịng chảy tại một mặt cắt là tỷ số lưu lượng Q đối với diện tích œ của mặt cắt đó, ký hiệu là v(m/s); cm/s)
| udœ
v.8_-» Tu (2-7)
Theo định nghĩa này ta có thể thay thế dịng chảy thực tế có sự phân bộ của các véc tơ vận tốc điểm u không đều trên mặt cắt ướt bằng dòng
chay tưởng tượng có các véc tơ vận tốc song song và bằng nhau trên mặt
cắt ướt và bằng v sao cho lưu lượng chuyển qua mặt cắt của dòng chảy đó đều bằng nhau
Khi nghiên cứu và trong tính tốn rất hay dùng lưu tốc (vận tốc) trung bình mặt cắt v vì khái niệm này rất quan trọng để thiết kế các cơng trình nhân tạo vượt sông và trên sông như: Cầu, cống, cảng, bến phà
Trang 37
thẳng đứng thuộc mặt cắt ngang sơng, vng góc với đường mặt nước mà
_ trên đó tiến hành đo sâu và đo lưu tốc Để đo sâu người ta dùng: Thước
sào, dây hoặc đo bằng máy hồi âm, khoảng cách giữa các đường thuy trực có thê đều hoặc khơng đều tuỳ theo địa hình đáy sông và mặt cắt ngang sông Số lượng các đường thuỷ trực đo sẩu có thể tham khảo theo bảng
- 88U! Chiều rộng sông (m) < 100 | 100 + 200 200 + 500 ˆ_ð00 + 1000 Số lượng thuy trực ' 20 | 20+30 30 + 40 40 +50
9.3.2 Đo đạc và tỉnh toán lưu tốc _
-_ Có thể đo đạc bằng máy hay đo bằng phao 1 Đo lưu tốc bằng máy lưu tốc bế
a) Do dac
Cần có máy lưu tốc, đồng hồ bám giây và các c phương tiện hỗ trợ như
thuyền, xuống máy, tdi, tai trong
Hinh 2.3: Mat cắt ngang sông đo đạc
Chia mặt cắt ngang sông ra nhiều diện tích bộ phận bởi những đường _ 'thuỷ trực Đo lưu tốc được tiến hành cùng lúc với đo sâu và thực hiện do lần lượt từng điểm trên từng thuỷ trực Với sông ở vùng không ảnh hưởng thuỷ triều chỉ cần dùng một máy: đo lần lượt từ bờ này sang bên bờ kia, cồn vùng sông bị ảnh hưởng thuỷ triều, do lửử' tốc thay đổi nhanh theo thời gian vì vậy cần dùng nhiều may do- lưa t tốc đồng thời trên nhiều thuỷ
trực của mặt cắt
-_ Theo qui phạm đo đạc thuỷ văn, số điểm đo lưu tốc trên từng thuỷ trực được qui định n như sau:-
Trang 38- Khi độ sâu thuỷ trực h > 3m, đo ð điểm đo tại vị trí: mặt nước; 0,2h;
0,6h; 0,8h và đáy sông ;
- Với độ sâu thuỷ trực h =2 + 3m, đo 3 điểm tại vị trí: 0,2h ; 0,6h; 0,8h
- Với độ sâu thuỷ trực h = 1 + 2m, đo 2 điểm tại vị tri: 0,2h va 0,8h
- Với độ sâu thuỷ trực h <1m đo 1 điểm tại vị trí: 0,6h
Vị trí điểm đo tính theo độ sâu kể từ mặt nước xuống Sông bị ảnh hưởng vùng triều thường đo 6 điểm tại các vị trí: mặt trước 0,2h; 0,4h; 0,6h; 0,8h và đáy sông
b) Tính lưu tốc từng điểm đo
.Nói chung lưu tốc điểm đo giảm dần từ mặt nước xuống đáy sông
Lưu tốc từng điểm đo trên thuỷ trực được tính theo công thức:
v=an+b ˆ _@-8)
Trong đó: v: Lưu tốc tại điểm đo (tức thời);
a, b: Hệ số của từng máy đo Hệ số máy đã cho sẵn
trong hồ sơ của máy đo À
n: Số vòng quay cánh quạt của máy trong một giây
n=— : 2-9)
t us (
Với: — N: Tổng sốvòng quay cánh quạt trong thời gian t;
Jk t: Thời gian đo tại mỗi điểm tính bằng giây
Thơng thường t xấp xỉ 120 giây, trị số N và t do cán bộ kỹ thuật đo đạc ghi được khi theo dõi ' máy đo và đồng hồ bấm giây (máy đo báo hiệu * số vòng quay cánh quạt bằng tín hiêu chuông hoặc đèn hoặc đồng hồ chỉ
vòng quay)
c) Tinh tốn lew tốc bình qn thuỷ trực
Dựa vào lưu tốc các điểm đo để tính Ta à lưu, tốc bình quân ¡ thuỷ trực 8(m/s)
- Khi đo õ điểm thì:
v= 0,1 yaa + 3Uo, 2h + 3Ug, ch + QU si sh + Uday) | (2-10)
-Do 3 diém thi: a
v=0 „25 (Ug, on + 2Uo6n + Uo, 8h ) (2-11)
- Do 2 diém thi:
D= 0,50 (oan + Uo.) | (2-12)
- Do 1 diém thi:
Tv.38
Trang 39v= Uo 6h , (2-13)
- Dob diém ở sông vùng ảnh hưởng thuỷ triều thì:
"u=0,1(u
Với nat > Yoon >u Odh > Uo sn › oan > Uday la lưu tốc tại mặt nước, tại các điểm có độ sâu 0,2h; 0,4h; 0,8h và đáy sông trên thuỷ trực
Nói chung lưu tốc tăng dần từ hai bờ sông ra giữa và giảm dân từ mặt nước xuống đáy sông
ở) Chế độ đo lưu tốc
Không thể đo lưu tốc hàng giờ, hàng ngày như đo mực nước vì cơng tác đo lưu tốc và đo sâu tốn kém và cần nhiều thời gian, thiết bị
+ 2 Ups, +2.U og, + 2Uo 61 + 2 Uasn + Uday) (2-14)
mat -
Số lần đo lưu tốc tuỳ thuộc quan hệ lưu lượng và mực nước của từng trạm đo Trong trường hợp quan hệ lưu lượng và mực nước (Q = f(H)) tương đối ổn định ta có thể phân phối lần đo lưu tốc theo cấp mực nước trong năm từ thấp nhất đến cao nhất, thường là khoảng 20em có một lần đo lưu tốc Như vậy, trong mỗi năm, mỗi trạm có thể đo khoảng 30 + 50 lần Nếu quan hệ Q = f(H) không ổn định do xói bổi mặt cắt, ảnh hưởng nước vật, ảnh hưởng của lũ thì số lần đo lưu tốc trong năm phải nhiều
hơn sao chọ các nhánh lũ lên và xuống đều có các lần đo lưu tốc
2 Đo lưu tốc bằng phao
a) Điều biện sử dụng
Phương pháp này được áp dụng khi mực nước lũ lớn không thể đo được bằng máy hoặc thiếu máy đo hoặc cần đo để xác định hệ số phao Phương pháp dùng phao đo lưu tốc đơn giản dễ áp dụng nhưng cũng rất cần thiết đối với công tác thiết kế xây dựng cầu, cống, đường tràn, cầu
tràn ST b) Cách làm phao Dùng thân cây - nhẹ xốp kích thước từ 10 — 30cm hoặc dùng = những chai đựng nước é khoảng 1⁄2 nước ở go c
trong chai trên có nút — š ca
kín và cắm lá cồờ nhỏ Co _—— để làm phao " x `: x = a &- = © > 3 = = = = s - c) Bố trí tuyến đo : " phao (hình 2-4) cố Hinh 2.4
Các mặt cắt được bố trí theo hình 2-4 Muốn xác định được mặt cắt người ta thường-căng dây cáp qua sông bằng tời được neo đậu chắc chắn
Trang 40trên sông Khoảng cách từ mặt cắt xuất phát đến mặt cắt thượng lưu từ ð — 10m Khoảng cách từ mặt cắt thượng lưu đến mặt cắt hạ lưu () tuỳ thuộc vào bề rộng mặt cắt sơng và địa hình vùng sông, thường là với sơng suối nhỏ thì ] = 100 +200m, với sông trung bình và sơng lớn thì chọn ] = 400 + 800m, ở mặt cắt thuỷ văn đặt đài quan sát có bố trí một máy kinh vĩ khi phao trôi cứ 1/2 phút gh1 một lần và tính thời gian phao trơi, đo góc đứng ơ và góc bằng ọ Tính vận tốc của phao
Voh = (Ms) (2-15)
Số lượng phao cần thả với sông nhỏ dùng ít phao, sơng lớn có thể dùng từ 15 — 20 phao, khi chỉ đo được bằng 1 phao thì coi 0, là 0,„„„ của mặt cất ngang Nếu đo được bằng nhiều phao thì coi vận tốc của mỗi phao là lưu tốc đại điện cho mỗi đường thuỷ trực Trong q trình phao trơi từ mặt cắt thượng lưu về đến mặt cắt hạ lưu bị chệch hướng hoặc chưa thẳng góc _ với mặt cắt ngang thì cần điều chỉnh hoặc phải thả phao khác đo đạc lại
9.3 LƯU LƯỢNG
2.3.1 Xác định lưu lượng nước qua toàn mặt cắt bằng phương
pháp đồ giải
Sau khi tính được lưu tốc bình quân của đường thuỷ truc v (m/s) va xác định được chiều sâu của đường thuy trực tương ứng h(m), người ta có thể tính theo lưu lượng đơn vị di qua một thuy trực là:
q=v.h (m¥s—m) (2-16)
Vay lưu lượng thể tích thốt qua toàn mặt cắt là: B
Q= | gáb (9-17)
, 0
\o® B: Chiều rộng mặt cắt nước sông (m)
Theo ý nghĩa của tích phân xác định thì trị sế lưu lượng thể tích Q chính là điện tích nằm giữa đường cong (q) và chiều rộng đường mặt nước của sông (B) Vậy muốn tính tích phân trên ta cần vẽ đường cong (q) theo bề rộng mặt nước sơng (hình 2-5) Để làm như vậy ta tính theo trình tự sau:
- Đo vẽ mặt cắt ngang tính toán lên giấy kẻ ly theo tỷ lệ nhất định - Căn cứ vào trị số lưu tốc của từng đường thuỷ trực tính được u và vẽ đường cong quan hệ u=f()
- Tinh qi = u¡ h, của từng đường thuỷ trực sẽ lập được quan hệ đường cong q = f(B)