ĐO ĐẠC VÀ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU THỦY VĂN Nguyễn Thanh Sơn phần 4 ppt

3.4.2.4 Chu vi ướt: Là chiều dài đáy sông thuộc mặt cắt ngang mép nước ký hiệu χ (m) tính theo cơng thức: χ = b02 + h12 + b12 + (h2 − h1 )2 +L+ bn2 + hn2 (3.11) 3.4.2.5 Bán kính thuỷ lực: Tỷ số diện tích ướt chu vi ướt ký hiệu R(m) R = W/χ ( 3.12 ) Khi sông rộng coi B ≈ χ ; R ≈ hbq 48 CHƯƠNG ĐO LƯU TỐC 4.1 KHÁI NIỆM VỀ LƯU TỐC DÒNG NƯỚC 4.1.1 Mục đích nghiên cứu Trong đo đạc thuỷ văn lưu tốc xác định lưu tốc tức thời, lưu tốc bình quân theo thời gian, lưu tốc bình quân theo khơng gian, lưu tốc bình qn theo khơng gian thời gian Khái niệm: + Lưu tốc tức thời dòng chảy lưu tốc thời điểm + Lưu tốc bình qn theo thời gian giá trị trung bình lưu tốc dịng chảy điểm thời gian + Lưu tốc bình qn theo khơng gian giá trị bình quân thuỷ trực lưu tốc mặt cắt ngang Mục đích nghiên cứu: Lưu tốc đặc trưng thuỷ lực quan trọng cần thiết cho việc tính tốn thuỷ văn, thuỷ lực Để nghiên cứu kết cấu nội dòng chảy cần phải biết độ lớn hướng lưu tốc điểm dịng chảy thay đổi theo thời gian Muốn xác định lượng nước lượng bùn cát chuyển qua mặt cắt hay đoạn sơng thời đoạn cần phải biết giá trị lưu tốc Tài liệu lưu tốc đáp ứng cho việc tính bồi, xói lở đoạn sông, việc thiết kế thuỷ công trình v v 4.2 SỰ THAY ĐỔI LƯU TỐC THEO THỜI GIAN VÀ KHÔNG GIAN Lưu tốc thiên nhiên thay đổi phức tạp theo thời gian, không gian có nhiều nhân tố ảnh hưởng đế lưu tốc thuỷ lực, địa hình (tốc độ đáy sơng, hình dạng mặt cắt ) điều kiện khí tượng, yếu tố lại không ngừng thay đổi theo 49 thời gian khơng gian Có yếu tố biến đổi có tính chất chu kì thuỷ triều, có yếu tố biến đổi ngẫu nhiên lượng mưa, diễn biến dịng sơng v v Do tính chất thay đổi lưu tốc mang hai đặc tính chu kì ngẫu nhiên 4.2.1 Phân bố lưu tốc theo không gian 4.2.1.1 Phân bố lưu tốc theo chiều sâu:Trong thực tế phân bố lưu tốc theo chiều sâu phức tạp Dạng phân bố chung lưu tốc giảm dần từ mặt nước xuống đáy sơng thuỷ trực thường có dạng phân bố vận tốc sau: ∇ ∇ ∇ ∇ Hình 4.1 Phân bố vận tốc thuỷ trực 1) Đặc trưng cho sông vùng núi, lưu tốc bề mặt lớn 2) Đặc trưng cho vùng đồng 3) Phân bố lưu tốc chịu ảnh hưởng ghồ ghề đáy sông 4) Phân bố lưu tốc ảnh hưởng thuỷ triều Việc nghiên cứu phân bố lưu tốc theo chiều sâu đạt phương pháp lý luận song chưa giải triệt để Trong thực tiễn vận tốc trung bình biểu diễn cơng thức: u= udt T ∫T (4.1) với T thời đoạn lấy trung bình vận tốc u 50 Do đòi hỏi thực tiễn sản xuất nghiên cứu người ta thường đưa số cơng thức để tính toán phân bố lưu tốc thuỷ trực theo kinh nghiệm bán kinh nghiệm tác giả xuất phát từ giả thiết khái niệm khác Thông thường, dạng phân bố vận tốc theo chiều sâu gặp công thức dạng parabol, logarit, elíp.Ví dụ: Cơng thức elíp Carausev: u = um ⎛ y⎞ − P⎜ ⎟ ⎝ h⎠ (4.2) với um vận tốc bề mặt; h- độ sâu thuỷ trực; y - khoảng cách từ mặt nước tới điểm đo có vận tốc u P tham số không thứ nguyên phụ thuộc vào hệ số Chesi (C) Với 10 ≤ C ≤ 60 P = 0,57 + 3,3 C (4.3) với 60 ≤ C ≤ 90 P = 0,022C - 0,000197C2 (4.4) Hệ số C tra cứu từ bảng lập sẵn 4.2.1.2 Phân bố lưu tốc theo độ rộng sông Qua biểu thức ta thấy lưu tốc hàm số độ sâu ta coi mặt cắt ngang hệ số nhám n độ dốc mặt nước 1/j không thay đổi lưu tốc tỷ lệ thuận với độ sâu Trường hợp dịng chảy chiều đường vận tốc ngang có dạng tỷ lệ đường đáy sơng nghĩa độ sâu lớn tương ứng với vận tốc lớn giảm dần đến hai bên bờ Giả sử đáy sơng phức tạp dạng phân bố vận tốc phức tạp, hai đoạn sơng có ảnh hưởng 4.2.1.3 Phân bố lưu tốc theo dòng chảy Phân bố lưu tốc theo dòng chảy phức tạp phụ thuộc vào địa hình đáy sơng, hình dạng mặt cắt,độ dốc đáy sông điều kiện thuỷ văn khí tượng Nhìn 51 chung lưu tốc giảm dần theo chiều dịng chảy Càng hạ lưu dịng sơng rộng, vận tốc giảm xuống 4.2.2 Sự thay đổi lưu tốc theo thời gian - Lưu tốc mạch động: Lý thuyết dòng rối tự nhiên nghiên cứu nhiều Đây ta bàn vài khía cạnh lí thuyết Nếu dịng rối chảy chia véc tơ vận tốc ba thành phần theo trục toạ độ 0x, 0y tương ứng có thành phần thay đổi theo thời gian t Trị số lưu tốc trung bình lưu tốc bình quân hướng dọc dòng chảy thời gian T Lưu tốc bình qn lưu tốc tức thời có quan hệ sau: u = u ± u' (4.5) Trong - u' trị số thay đổi lưu mạch động thời điểm dương, âm 4.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯU TỐC Các phương pháp để đo vận tốc dòng chảy dựa nguyên tắc sau: Dựa vào số vòng quay cánh quạt (lưu tốc kế) Trên sở vận tốc vật trôi (phao) Xác định theo độ cao cột nước (ống thuỷ tĩnh) Theo lực tác động dịng (phịng thí nghiệm) Trên sở trao đổi nhiệt 6.Theo thể tích khối nước Theo vận tốc truyền sóng âm nước 4.3.1 Đo lưu tốc máy đo lưu tốc 4.3.1.1 Bố trí thuỷ trực đo lưu tốc mặt cắt ngang Đo lưu tốc dùng để tính lưu lượng nước nên độ xác tài liệu phụ thuộc chủ yếu vào số thuỷ trực mặt cắt ngang, phụ thuộc vào độ rộng sơng, dịng chảy u cầu tài liệu 52 Các trạm cần có nhiều thuỷ trực chưa nắm bắt quy luật phân bố lưu tốc mặt cắt ngang (thuỷ trực đầy đủ) Khi bố trí thuỷ trực đảm bảo yêu cầu sau: Thuỷ trực dịng dày dịng phụ, bãi có dịng chảy độc lập nên bố trí thuỷ trực Những chỗ mặt cắt có ranh giới địa hình cần có thuỷ trực Khi biết phân bố lưu tốc mặt cắt cần số lượng thuỷ trực gọi thuỷ trực Một số yêu cầu cụ thể bố trí thuỷ trực: - Tại chủ lưu bố trí thuỷ trực dày bãi hai bờ Nếu bờ dốc cách bờ 20 - 50 cm cần có đường thuỷ trực Nếu có lên xuống đột ngột ranh giới cần có đường thuỷ trực ( thực tế đường thuỷ trực bố trí cho tương đối ) - Khi cần thay đổi gặp trường hợp xói, bồi làm địa hình biến đổi lớn Khoảng cách từ mép đến đường bờ gần vượt 10% độ rộng sâu, cần có đường thuỷ trực 3/10 khoảng cách kể từ bờ Khi nước xuống thuỷ trực gần bờ không đo cần bố trí thêm thuỷ trực cách mép nước cỡ 5% dộ rông sông Thuỷ trực đại biểu phải đảm bảo yêu cầu sau: - Sai số đo lưu lượng thuỷ trực đại biểu thuỷ trực không vượt sai số cho phép Vmc ≈Vdb - Vị trí thuỷ trực đại biểu bố trí gần chủ lưu 4.3.2 Xác định số điểm đo thuỷ trực Số điểm đo thuỷ trực phụ thuộc vào độ sâu phân bố lưu tốc theo chiều sâu, biến đổi yếu tố thuỷ lực thời gian đo yêu cầu tài liệu đo 4.3.2.1 Đối với vùng sơng khơng ảnh hưởng triều Có loại chế độ đo 5, 3, 2, điểm Đo điểm với độ sâu h>3 m có phân bố vận tốc phức tạp người ta đo điểm mặt độ sâu 0,2h,0,6h, 0,8 h cách mặt nước điểm đáy 53 Đo điểm điểm h