Thủy văn công trình - Chương 4 pdf

http://www.ebook.edu.vn CHƯƠNG 4. SÔNG NGÒI VÀ SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY TRONG SÔNG I. HỆ THỐNG SÔNG NGÒI: Nước mưa khi rơi xuống đất, một phần bò tổn thất do bốc hơi, một phần đọng ở các chổ trũng và ngấm xuống đất, phần còn lại chạy dọc theo sườn dốc tạo thàng dòng chảy mặt trên các khe, suối, và chảy xuống đồng bằng trong các sông. Các sông trực tiếp chảy ra biển hay vào các hồ gọi là sông chính. Các sông chảy vào sông chính gọi là sông nhánh cấp 1. Các sông chảy vào sông nhánh cấp 1 gọi là sông nhánh cấp 2,… Tất cà các sông chính và nhánh, cùng các khe suối , ao hồ đầm lầy hợp thành một hệ thống sông, và người ta lấy tên sông chính để đặt tên cho hệ thống sông này. Ví du:ï hệ thống sông Hồng, hệ thống sông Mekong. 1.1 Sự phân bố của các sông nhánh: • Phân bố theo hình nan quạt: Các sông nhánh lớn phân bố gần nhau. • Phân bố theo hình lông chim: Các sông nhánh phân bố đều đặn hai bên sông chính. • Phân bố theo hình cành cây: Các sông nhánh phân bố đều đặn hai bên sông chính theo thứ tự từ lớm tới nhỏ. • Phân bố song song: Các sông nhánh phân bố song song nhau bên cạnh sông chính. Đối với một hệ thống sông lớn, sự phân bố các sông nhánh thường là tổ hợp của những sự phân bố trên. http://www.ebook.edu.vn II. LƯU VỰC SÔNG: Là phần đất mà trên đó nước chảy vào sông (khu vực tập trung nước của sông). Đường phân nước của lưu vực Là đường nới liền các điểm cao nhất chung quanh lưu vực, ngăn cách lưu vực này với lưu vực bên cạnh. Vì đây là đường qua các điểm cao nhất nên nước mưa rơi xuống sẽ chảy trên các sườn dốc đổ vào hai lưu vực của hai con sông khác nhau. 2 3 4 5 6 7 6 7 5 6 7 5 4 3 4 5 5 5 2 6 7 5 4 3 2 1 1 3 4 6 6 7 6 Hình 1. Đường phân nước mặt xác đònh ranh giới lưu vực của sông Y Sông Y http://www.ebook.edu.vn 10 85 72 5 3 05 Caựch veừ caực ủửụứng ủong mửực http://www.ebook.edu.vn Để xác đònh đường phân nước cần có bản đồ đòa hình và các đường đẳng độ cao của lưu vực. Tương tư, người ta cũng có đường phân nước ngầm của lưu vực. Nếu hai đường phân nước mặt và ngầm trùng nhau, ta có một lưu vực kín. Thực tế, đường phân nước ngầm rất khó xác đònh, nên người ta thường lấy đường phân nứoc mặt làm đường phân nước chung cho hai lưu vực sát nhau. Ví dụ ta có thể xem đường phân nước cho lưu vực trong hình 1 III. CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA LƯU VỰC 1. Diện tích F và tình hình phân bố diện tích lưu vực Là phần diện tích nằm bên trong đường phân nước của lưu vực (được xác đònh bởi máy đo diện tích (thường dùng bản đồ tỷ lệ 1/5000 hay 1/10000 để xác đònh nhằm đảm bảo độ chính xác ) Tình hình phân bố diện tích trong lưu vực được biễu diễn bằng đồ thò như hình 3 và 4: Nguồn sông Nguồn sông A B B A f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 Hình 2. Biểu đồ tăng triển diện tích lưu vực Hình 3. Phân chia diện tích lưu vực f p hải f trái 0 50 100 f 11 f 12 f 13 http://www.ebook.edu.vn Trục tung là chiều dài sông chính, trục hòanh là diện tích lưu vực. Bên phải trục hòanh biễu diễn diện tích lưu vực bên phải sông, bên trái trục hòanh biễu diễn diện tích lưu vực bên trái sông. Biểu đồ trên cho ta tình hình tăng triển của diện tích lưu vực sông từ nguồn đến cửa sông. 2. Chiều dài lưu vực: L 1 (km) Là chiều dài đọan gấp khúc nối từ cửa sông đến các điểm giữa của các đọan thẳng cắt ngang lưu vực, đến điểm xa nhất của lưu vực. Trong thực tế lấy chiều dài sông chính (tính từ nguồn đến cửa sông) làm chiều dài lưu vực. 3. Chiều rộng bình quân của lưu vực: B (km) 1 L F B = (4.1) 4. Hệ số hình dạng của lưu vực: K d Hệ số hình dạng biểu diễn mức độ phát triển của lưu vực: 1 2 1 1 2 1 d L B L BL L F K === (4.2) Nếu hình dạng của lư vực càng vuông thì K d càng tiến dần đến 1. Ngược lại, nếu lưu vực càng hẹp thì K d càng nhỏ hơn 1. Trò số K d cho ta khả năng tập trung lũ của lưu vực. 5. Độ cao bình quân của lưu vực: H bq (m) )Fa( ha H i ii bq = = ∑ ∑ (4.3) trong đó: h i là cao trình bình quân giữa hai đường đồn gmức. A i là diện tích giữa hai đường đồng mức. 6. Độ dốc bình quân của lưu vực: I bq http://www.ebook.edu.vn )Fa( l HI i i bq = Δ= ∑ ∑ (4.4) Trong đó: l i là độ dài bình quân giữa hai đường đồng mức gần nhau trong lưu vực. 7. Chiều dài lòng sông: L (km) Là chiều dài đường nước chảy trong sông từ nguồn đến cửa sông. 8. Mật độ lưới sông: D (km/km 2 ) Mật độ lưới sông được tính bằng tỷ số giữa tổng chiều dài của các sông trong lưu vực trên diện tích lưu vực: F L D ∑ = (4.5) IV. LÒNG SÔNG VÀ BÃI SÔNG Lòng sông là phần sông có nước chảy về mùa kiệt. Bãi sông là phần đất hai bên bờ mà đến mùa lũ bò ngập. Ranh giới giữa lòng sông và bãi sông thường là chỗ đòa hình thay đổi đột. Một sông phát triển đầy đủ bao gồm năm đọan: Nguồn sông, thượng lưu sông, trung lưu sông, hạ lưu sông, và cửa sông. IV. CÁC ĐẶC TRƯNG CHÍNH CỦA SÔNG 1. Hình thái lòng sông trên mặt bằng: a) Hiện tượng uốn khúc của sông: do một nguyên nhân khách quan, sẽ làm cho hướng di chuyển của dòng chảy bò lệch đi, sẽ tạo nên hiện tượng bồi xói hai bên bờ sông làm cho sông có dạng uốn cong. Những dạng này được thấy ở miền đồng bằng. http://www.ebook.edu.vn b) Sự thay đổi hình thái lòng sông trên mặt bằng: Dòng nước trong sông chảy uốn khúc sẽ tạo nên sự phân bố vận tốc không đều trên một mặt cắt ngang của sông, làm cho bên bờ lõm có vận tốc phân bố rất lớn, tạo nên sự xói mòn bên bờ lõm, và xa về hạ lưu sông, sẽ hình thành các bãi bồi . Hiện tượng này theo thời gian càng xảy ra rõ rễt hơn, và cứ thế lòng sông phát triển dần dần tạo ra những bãi bồi nhỏ ngay giữa sông. 414500 41500 0 415500 41600 0 416500 41700 0 417500 41800 0 418500 41900 0 1194000 1194500 1195000 1195500 1196000 1196500 1197000 1197500 Hình 4. Trường vận tốc sông Tiền đoạn Tân Châu http://www.ebook.edu.vn 414500 415000 415500 416000 416500 417000 417500 418000 418500 419000 1194000 1194500 1195000 1195500 1196000 1196500 1197000 1197500 -1.2 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.03 0.02 0.01 0.00 -0.01 -0.02 -0.03 -0.04 -0.05 -0.06 -0.07 -0.08 -0.09 -0.10 m Hình 5. Bồi xói đoạn sông Tiền Tân Châu http://www.ebook.edu.vn -200 0 200 400 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000 Hình 7. Trường vận tốc đoạn cong sông Lũy-Phan Thanh http://www.ebook.edu.vn -200 0 200 400 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.0 0.1 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 m Hình 8. Diễn biến đáy đoạn cong Sông Lũy-Phan Thanh [...]... động thủy lợi: Xây dựng hồ chứa, làm nhà máy thủy điện để điều tiết nước VII NHỮNG ĐẠI LƯNG ĐẶC TRƯNG CỦA DÒNG CHẢY: 1 2 Q = AC RJ = A R 3 J 1 Lưu lượng Q :Công thức Chezy: n 1 16 R :Công thức Manning n ΔE :Độ dốc thủy lực (độ dốc của đường năng ) J =− ΔL P V2 ΔE = E2 − E1 E = Z + + γ 2g 1 2 V = C RJ = R 3 J Công thức Chezy để tính vận tốc : n C= Lưu lượng dòng chảy đều trong kênh còn được tính theo công. .. mặt cắt dọc sông bằng cao trình tại các điểm giữa lòng sông, nơi có đòa hình thay đổi rõ rệt ( nơi sâu nhất) Sau đó, lấy cao trình này làm trục tung, vẽ theo trục hoành là chiều dài sông tương ứng b) Mặt cắt ngang: là mặt cắt vuông góc dòng chảy 2 Độ dốc mặt nước: a) Độ dốc dọc I: Trong đó, I =− ΔH L (4. 6) ΔH= H 2- H1 H1 là cao trình mực nước tại mặt cắt 1,ở thượng lưu H2 là cao trình mực nước tại mặt... d) Quá trình tập trung dòng chảy trong sông: Nước mưa tràn trên sườn dốc rồi tập trung vào sông Sau đó chảy trong sông đến cửa ra, đây là quá trình tập trung dòng chảy trong sông http://www.ebook.edu.vn Quá trình tập trung dòng chảy trong sông bắt đầu từ khi nước chảy từ sườn dốc vào sông, cho đến khi lượng nước cuối cùng vào sông chảy ra hết khỏi cửa ra của lưu vực sông Đây là một quá trình thủy động... cường độ mưa lớn nhất gọi là trung tâm mưa Trong một trận mưa, trung tâm mưa cũng thường xuyên di chuyển Người ta biễu diễn quá trình mưa thay đổi theo thời gian như sau: X(mm) 200 100 giờ 2 http://www.ebook.edu.vn 4 6 8 10 Hình 10 Biễu diễn quá trình mưa theo thời gian b) Quá trình tổn thất nước: Là lượng nước mưa bò ngấm vào đất, đọng lại trên thực vật, bốc hơi ngược lại Khi cường độ mưa nhỏ hơn cường... sông, sau đó chảy ra cửa ra của lưu vực Sự luân chuyển nước như thế này tạo ra dòng chảy sông ngòi 1 Sự hình thành dòng chảy mặt: a) Quá trình mưa: Dòng chảy trong sông ngòi của nước ta chủ yếu hình thành do mưa rơi xuống lưu vực, nên mưa là khâu đầu tiên trong quá trình hình thành dòng chảy sông ngòi Người ta đánh giá một cơn mưa lớn hay nhỏ qua Cường độ mưa Cường độ mưa: là lượng mưa trong một đơn... làm đầy các nơi bò trũng trong lưu vực, hoặc tràn trên sườn dốc vào các chỗ trũng hơn Lượng nước này sẽ tiếp tục mất đi do quá trình thấm và bốc hơi, và được bổ sung trong suốt trận mưa Sau cơn mưa, nó có thể tồn tại trong một thời gian dài rồi mới ngấm và bốc hơi hết c) Quá trình tràn trên sườn dốc: Khi cường độ mưa lớn hơn cường độ thấm thì đến một lúc nào đó lượong mưa xuống lớn hơn lượng nước thấm,... J =− ΔL P V2 ΔE = E2 − E1 E = Z + + γ 2g 1 2 V = C RJ = R 3 J Công thức Chezy để tính vận tốc : n C= Lưu lượng dòng chảy đều trong kênh còn được tính theo công thức Chezy: http://www.ebook.edu.vn 2 3 4 5 Tổng lượng dòng chảy sau một thời gian T: W=QtbT Độ sâu dòng chảy : Y=(103W)/(106F) (mm) Module dòng chảy: M=(103Q)/F (lít/(s.km2)) Hệ số dòng chảy: α=Y/X với X là lượng mưa tương ứng với thời gian . http://www.ebook.edu.vn 41 4500 41 5000 41 5500 41 6000 41 6500 41 7000 41 7500 41 8000 41 8500 41 9000 11 940 00 11 945 00 1195000 1195500 1196000 1196500 1197000 1197500 -1 .2 -1 .0 -0 .9 -0 .8 -0 .7 -0 .6 -0 .5 -0 .4 -0 .3 -0 .2 -0 .1 0.0 0.1 0.2 0.03 0.02 0.01 0.00 -0 .01 -0 .02 -0 .03 -0 . 04 -0 .05 -0 .06 -0 .07 -0 .08 -0 .09 -0 .10 m . nhỏ ngay giữa sông. 41 4500 41 500 0 41 5500 41 600 0 41 6500 41 700 0 41 7500 41 800 0 41 8500 41 900 0 11 940 00 11 945 00 1195000 1195500 1196000 1196500 1197000 1197500 Hình 4. Trường vận tốc sông. 41 9000 11 940 00 11 945 00 1195000 1195500 1196000 1196500 1197000 1197500 -1 .2 -1 .0 -0 .9 -0 .8 -0 .7 -0 .6 -0 .5 -0 .4 -0 .3 -0 .2 -0 .1 0.0 0.1 0.2 0.03 0.02 0.01 0.00 -0 .01 -0 .02 -0 .03 -0 . 04 -0 .05 -0 .06 -0 .07 -0 .08 -0 .09 -0 .10 m Hình 5. Bồi xói đoạn sông Tiền Tân Châu http://www.ebook.edu.vn -2 00 0 200 40 0 600 800 1000 0 200 40 0 600 800 1000