Giáo trình Thuỷ lực Đại học Thuỷ Lợi (tập 2)

GS TS Nguyễn Cảnh Cầm - GS TS Nguyễn văn cung TSKH Lưu công đào - PGS Nguyễn khuê PGS TS Võ xuân minh - PGS TS Hoàng văn quý GS TS Vũ Văn Tảo Thủy lực Tập II (Tái lần thứ ba có chỉnh lý bổ sung ) nhà xuất nông nghiệp Hà nội - 2006 lời nói đầu (Cho lần tái thứ ba) Giáo trình Thủy lực trọn gồm 19 ch-ơng, đ-ợc chia làm 02 tập Tập I GS TS Vũ Văn Tảo chủ biên, tập II GS TS Nguyễn Cảnh Cầm chủ biên Bộ giáo trình đ-ợc xuất năm 1968 tái vào năm 1978 1987 Riêng lần tái thứ hai năm 1987, yêu cầu khung ch-ơng trình đào tạo lúc nên đ-ợc chia 03 tập Trong lần tái thứ ba này, chia thành 02 tập Tập I gồm 09 ch-ơng tập II có 10 ch-ơng Về bản, giữ lại nội dung lần tái thứ hai có chỉnh lý, bổ sung số chỗ Lần thứ ba GS TS Nguyễn Cảnh Cầm phụ trách Trong trình chuẩn bị cho việc tái lần thứ ba này, Bộ môn Thủy lực Tr-ờng Đại học Thủy lợi đ đóng góp nhiều ý kiến quý báu Chúng xin chân thành cảm ơn Chúng mong nhận đ-ợc nhiều ý kiến nhận xét góp ý bạn đọc Những ng-ời biên soạn Chương X Dòng chảy ổn định sông thiên nhiên Đ10-1 Đặc điểm chung cách chia đoạn So với dòng chảy kênh máng hở, dòng chảy sông phức tạp nhiều, yếu tố thủy lực thay đổi phức tạp dọc theo dòng chảy Ngoài yếu tố thủy lực ra, độ nhám lòng sông khác nhiều, Ngay mặt cắt, độ nhám hai bên bờ lòng sông không giống Nếu xét cách thật chặt chẽ, dòng chảy sông dòng ổn định lưu lượng sông luôn thay đổi theo thời gian Chưa có sông thời gian dài lại có lưu lượng không đổi Không lưu lượng sông thay đổi theo thời gian mà yếu tố khác: w, B, c, n, thay đổi theo thời gian dòng sông bị biến hình, bị xói lở, bồi lắng, v.v , gây nên Do đó, lưu tốc v sông luôn thay đổi theo thời gian không gian Nhưng nói chung thay đổi theo thời gian sông xảy cách đột ngột, mau chóng mà chậm (trừ thời kỳ lũ, thay đổi yếu tố sông xảy nhanh hơn) đó, lúc tiến hành tính toán cho dòng chảy sông lúc lũ, ta xem dòng chảy dòng ổn định Trong chương này, ta xét cho dòng sông có điều kiện thế, nghĩa khoảng thời gian dài, yếu tố thay đổi từ từ, dòng ổn định, với dòng sông điều kiện trên, nghĩa yếu tố thay đổi nhiều theo thời gian phải xem dòng không ổn định (sẽ nghiên cứu chương XI) Một đặc điểm khác lòng sông độ dốc thống đáy Đáy sông thực tế không phẳng, trơn tru mà gồ ghề, lồi lõm Do đó, sông ta không đề cập tới độ dốc đáy Tóm lại, xem sông kênh hở, không lăng trụ, vô phức tạp; yếu tố nó: w, B, c, viết dạng hàm số đơn giản độ sâu chiều dài Do tính chất phức tạp vậy, nên giải trực tiếp phương trình vi phân viết cho dòng chảy sông dù cách giải gần đúng; mà thường phải đổi thành phương trình sai phân để giải Dùng phương trình sai phân để giải, vấn đề quan trọng việc chia đoạn; phải chia đoạn cho đoạn chia đó, áp dụng phương trình sai phân đắn có kết tốt Lúc chia đoạn dựa vào nguyên tắc sau: Lưu lượng đoạn không thay đổi; nghĩa đoạn xét sông nhánh, sông chảy vào hay chảy Mặt cắt lòng sông thay đổi Trong đoạn nên có độ dốc mặt nước có độ nhám thống Thường dùng đồ địa hình để chia đoạn sông Nhưng muốn xác hơn, đồ địa hình ta phải vẽ chi tiết cần thiết mặt cắt Ví dụ vẽ đồ thị quan hệ w, B, n, theo l (hình 10-1) Ngoài phải dùng tài liệu trạm đo mực nước vẽ đường mặt nước dọc theo sông, để sở chia đoạn sông hợp lý (hình 10-2) w, B, nw B n w B n ll Hình 10-1 I II III IV V Hình 10-2 VI Theo cách chia trên, đoạn sông dài ngắn khác tùy theo tình hình cụ thể đoạn chỗ quan trọng, ví dụ đoạn mà xây dựng công trình cần chia nhiều đoạn nghĩa lấy mặt cắt sát hơn, ta biết chia nhiều đoạn độ xác cao Tuy nhiên mức độ xác phụ thuộc vào độ xác tài liệu Lúc thiếu tài liệu hay tài liệu thiếu xác, chia thật nhiều đoạn không cần thiết không mang lại kết đáng tin cậy hơn; độ xác tính toán phải thích ứng với độ xác tài liệu độ xác có giá trị thực tế Ví dụ cố gắng tính toán mà đạt tới độ xác mi-li-mét chẳng hạn số liệu dùng để tính lại sai số đến hàng mét hay đề-xi-mét việc cố gắng tính thật xác tới mi-li-mét ý nghĩa Đ10-2 Phương trình dòng chảy sông Trong kênh máng nhân tạo có độ dốc đáy i xác định (i = const) nên thường dùng phương trình cho liên hệ độ sâu dòng chảy h chiều dài l; sông đáy sông mấp mô, lồi lõm nên độ sâu h thay đổi cách phức tạp vô quy luật nên ta không xét quan hệ h l, mà xét quan hệ cao trình mặt nước theo chiều dài dòng chảy l Từ (9-27) ta đ có: - dz d ổ v = ỗ dl dl ỗố 2g J= đây: Vì ữữ + J ứ (1) dh w ổ dh d dh c =ỗ + dl dl ữứ ố dl dh d Q = dl K Và tổn thất cục thường biểu thị dạng thừa số cột nước lưu tốc: h c = xc v2 2g nên (1) viết là: - dz Q d ổ v = + ỗ dl K dl ỗố 2g d ổ v2 ữữ + xc ỗỗ ữữ dl ố 2g ứ ứ (10-1) Đây phương trình vi phân dòng chảy ổn định sông ý nghĩa số hạng phương trình sau: ổ dz ỗ ữ biểu thị thay đổi cao trình đường mặt nước sông, âm (-) ố dl ứ (+) ổ Q2 ỗ ỗK ố ữữ biểu thị tổn thất dọc đường; luôn dương (+) ứ d ổ v ỗ dl ỗố 2g ữữ biểu thị thay đổi động trung bình biến thiên lưu tốc; âm ứ (-) dương (+) c d ổ v2 ỗ ữ biểu thị tổn thất cục bộ; luôn dương (+) dl ỗố 2g ữứ Kết hợp điểm ta thấy xc âm (-) dương (+) Điều cần ý ta thường quan niệm hệ số luôn dương (+) xc dương, âm không Để tính toán, ta đổi phương trình vi phân (10-1) thành phương trình sai phân Tất yếu tố thuộc mặt cắt ký hiệu số d; mặt cắt ký hiệu số t (hình 10-3), ta (1): Dz = (zd zt) = ổ v2 v2 l + ( + c ) ỗ d - t ữ ỗ 2g 2g ữ K2 ố ứ Q2 (10-2) Trong phương trình (10-2) xem: ad = at = a, xc lấy giá trị trung bình c Giá trị c xác định sau: Với đoạn sông thu hẹp dần nghĩa vd > vt, tổn thất cục không lớn nên thường lấy c = Lúc (10-2) là: Dz = zt zd = ổ v2 v2 l + ỗ d - t ữ ỗ 2g 2g ữ K2 ố ứ Q2 (10-3) Với đoạn sông mở rộng, nghĩa vd < vt, tổn thất cục lớn trường hợp Nhiều nhà khoa học lấy c = -1 (2) Lúc (10-2) là: Dz = zt zd = Q2 K2 l (10-4) Nhưng nói chung tổn thất cục sông không đáng kể so với tổn thất dọc đường nên thường bỏ qua, lúc ta dùng biểu thức (10-3) Nếu bỏ qua số hạng biến đổi động lưu tốc thay đổi ổ Q2 bé so với tổn thất dọc đường ỗỗ ốK d ổ v ỗ dl ỗố 2g ữữ ứ ữ , phương trình tính toán (10-4) ữ ứ Trong chương này, để tiện lợi, ta ký hiệu Dz = zt zd điều trái với quy ước thông thường số gia (Dz = zd zt); Dl theo quy ước chung Dl = ld - lt (1) (2) Riêng N N Pavơlôpski đề nghị lấy c = -0,5 E t d E vd2 2g p t v 2g p z t zd t 0 lt ld Hình 10-3 Để tính toán dòng chảy sông công thức trên, phải biết yếu tố thủy lực mặt cắt: w, c, R, B, K, v.v , độ nhám n trị số trung bình Đ10-3 Cách xác định yếu tố thủy lực mặt cắt độ nhám lòng sông Các đại lượng đặc trưng mặt cắt phải tài liệu thực đo mặt cắt ngang mà tính (hình 10-4) Vì chiều rộng sông thường lớn nhiều so với chiều sâu nên để đơn giản thường lấy: B h h Hình 10-4 - Đối với sông rộng: c = B R = = = h B - Đối với sông hẹp: c = B + 2h R = B + 2h Còn trị số trung bình thường tính sau: = ( + t ) , d = ( + t ) , d R= w R = ( R d + R t ) c (a) ỹ ù ù ù ù (10-5) K = (K 2d + K 2t ), (b) ý ù ù ổ 1ổ 1 ù = + (c) ỗ ữ ỗ 2ữ ữ ỗ ùỵ ố K ứ ố Kd Kt ứ Còn việc chọn độ nhám để tính toán dòng chảy sông vấn đề vô quan trọng phải đặc biệt ý: độ nhám ảnh hưởng lớn tới kết tính toán Chỉ cần sai lầm nhỏ lúc chọn độ nhám ảnh hưởng lớn tới kết cuối Vả lại độ nhám sông đồng mà khác nhiều dọc theo dòng chảy, mặt cắt, độ nhám hai bên bờ lòng sông khác Ngoài độ nhám sông phụ thuộc vào mực nước lưu lượng, v.v K = C R, Do tốt không dùng trực tiếp độ nhám để tính toán mà dùng tài liệu thực đo, đ bao hàm tất yếu tố thủy lực, kể độ nhám để tính toán tốt Nếu muốn dùng trực tiếp độ nhám độ nhám phải tính từ tài liệu thực đo đoạn sông định nghiên cứu Cách tính sau: từ phương trình (10-2) thay K tính theo (10-5a), sau giải ta hệ số Sedi C : C= Q Dl ổ v 2d v 2t Dz - ( + c ) ỗ ữw R ỗ 2g 2g ữ ố ứ (10-6) Vế phải (10-6) đại lượng đ biết theo tài liệu địa hình quan trắc thủy văn, tính C Có C theo công thức thực nghiệm xác định hệ số Sedi đ xét chương IV ta tính n Trong thực tế để đơn giản thường tính n xuất phát từ (10-4) Thay K tính theo (10-5a) vào (10-4) tính C theo công thức Maninh (4-112) sau giải ta được: R2 / J 1/ , (10-7) v Dz đây: J= Dl Cuối cùng, tài liệu thực đo để tính n theo (10-6) (10-7) lấy trị số n bảng độ nhám đ lập sẵn lấy độ nhám đoạn sông khác sông khác có điều kiện tương tự Hệ số nhám n lòng sông thiên nhiên lấy phụ lục (10-1) n= 10 Phụ lục 15-1 (tiếp) F(tc) 370 tc t"c j = 0,80 j = 0,85 j = 0,90 j = 0,95 j = 1,0 95 2470 579 621 664 707 750 1,00 2630 585 629 672 716 759 1,05 0,2790 0,591 0,636 0,680 0,724 0,768 10 2960 596 641 686 732 777 15 3130 602 647 693 738 784 20 3300 606 652 698 744 790 25 3500 608 655 701 748 795 1,30 0,3700 0,609 0,656 0,704 0,751 0,798 35 3910 610 657 704 752 800 40 4120 608 656 704 752 800 45 4360 605 653 701 749 797 50 4610 605 648 696 744 793 1,55 0,4900 0,592 0,640 0,688 0,736 0,785 60 5230 579 627 675 723 771 63 5460 569 616 664 711 759 66 5740 553 601 648 696 742 371 Phụ lục 13-1 Bảng quan hệ x'k ~ x''k để tính độ sâu liên hiệp nước chảy kênh chữ nhật x'k = h' h'' ; x''k = hk hk 'k x''k 'k x''k 'k x''k 'k x''k 'k x''k 0,01 02 03 04 05 06 07 08 09 0,10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 0,20 14,411 11,990 8,149 7,051 6,470 5,744 5,310 4,961 4,669 4,422 4,165 4,023 3,860 3,710 3,577 3,464 3,350 3,254 3,141 3,064 0,21 22 23 24 25 26 27 28 29 0,30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 0,40 2,983 904 833 770 706 652 592 538 488 445 381 336 300 271 218 184 147 112 078 2,045 0,41 42 43 44 45 46 47 48 49 0,50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 0,60 2,013 1,982 954 915 895 870 838 820 790 765 747 723 700 677 654 630 610 589 567 1,548 0,61 62 63 64 65 66 67 68 69 0,70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 0,80 1,533 513 481 477 459 439 424 409 390 372 360 345 330 315 300 284 272 295 245 1,230 0,81 82 83 84 85 86 87 88 89 0,90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 1,00 1,218 205 192 189 167 154 142 130 119 110 096 084 073 063 052 042 031 020 010 1,000 363 Phụ lục 14-1 Hệ số lưu lượng m đập tràn đỉnh rộng theo D.I Cumin a) Đập có ng-ỡng không co hẹp bên H H h= P1 P1 a r q a=45 H cotgq 364 H r a H H > 2,5 0,025 0,10 0,40 0,80 1,0 0,025 0,10 0,2 0,366 0,377 0,382 0,382 0,372 - - - - 0,371 0,376 - 0,6 0,350 0,370 0,379 0,380 0,360 0,367 0,374 - - 0,369 0,367 - 1,0 0,342 0,367 0,377 0,378 0,355 0,362 0,371 0,376 - 0,353 0,363 - 2,0 0,333 0,363 0,375 0,377 0,349 0,358 0,368 0,375 0,382 0,347 0,358 - 6,0 0,325 0,360 0,374 0,376 0,344 0,354 0,366 0,373 0,380 0,341 0,354 0,360 Ơ 0,320 0,358 0,373 0,375 0,340 0,351 0,364 0,372 0,375 0,337 0,352 0,358 Phụ lục 14-1 (tiếp) b) Đập không ng-ỡng có co hẹp bên r q B b= b b a b B b B 45 q B cotgq r a b b 0,1 0,3 0,50 0,05 0,10 0,20 0,320 0,350 0,353 0,350 0,320 0,342 0,354 0,360 0,320 0,340 0,345 0,350 0,2 0,324 0,352 0,355 0,352 0,324 0,345 0,356 0,362 0,324 0,343 0,348 0,352 0,4 0,330 0,356 0,358 0,356 0,330 0,349 0,359 0,364 0,330 0,347 0,351 0,356 0,6 0,340 0,361 0,363 0,361 0,340 0,354 0,363 0,368 0,340 0,354 0,357 0,361 0,8 0,355 0,369 0,370 0,369 0,355 0,365 0,371 0,373 0,355 0,364 0,366 0,369 1,0 0,385 0,385 0,385 0,385 0,385 0,385 0,385 0,385 0,375 0,385 0,385 0,385 365 Mục lục Trang Lời nói đầu Chương X Dòng chảy ổn định sông thiên nhiên Đ10-1 Đặc điểm chung cách chia đoạn Đ10-2 Phương trình dòng chảy sông Đ10-3 Cách xác định yếu tố thủy lực mặt cắt độ nhám lòng sông Đ10-4 Cách lập đường mặt nước tài liệu thủy văn 11 Đ10-5 Cách lập đường mặt nước sông tài liệu thủy văn 14 Giả thiết mô đun sức cản không đổi 14 Cách lập quan hệ F = f ( z ) 16 Lập đường mặt nước cách dựa vào quan hệ F = f ( z ) 17 Đ10-6 Tính toán sông có bi đoạn sông rẽ dòng 22 Tính đoạn sông có bi 22 Tính đoạn sông rẽ dòng 23 Đ10-7 Độ dốc hướng ngang sông - Hiện tượng chảy vòng Chương XI Chuyển động không ổn định lòng dẫn hở 25 33 Đ11-1 Khái niệm chung chuyển động không ổn định lòng dẫn hở 33 Đ11-2 Phương trình vi phân chuyển động không ổn định thay đổi chậm 35 Đ11-3 Vấn đề tích phân phương trình chuyển động không ổn định thay đổi chậm lòng dẫn hở 36 Đ11-4 Điều kiện ban đầu điều kiện biên 38 Đ11-5 Giải hệ phương trình phương pháp đường đặc trưng 39 Các phương trình đặc trưng 39 Cách giải hệ phương trình đặc trưng 42 Giải hệ phương trình đặc trưng dạng sai phân 43 371 Đ11-6 Tính dòng không ổn định phương pháp trạng thái tức thời 47 Hệ phương trình sai phân 47 Cách giải tổng quát 49 Đ11-7 Phương pháp sóng có biên độ nhỏ 50 Đ11-8 Khái niệm phương pháp số 53 Nội dung phương pháp số 53 Lưới sai phân 54 Sơ đồ sơ đồ ẩn 54 Đ11-9 Tốc độ truyền sóng 57 Tốc độ lan truyền 57 Tốc độ chảy truyền 58 Công thức gần tính tốc độ chảy truyền 59 Chương XII chuyển động bùn cát dòng chảy hở 61 Đ12-1 Những khái niệm 61 Đ12-2 Độ thô thủy lực thành phần tổ hợp bùn cát 62 Đ12-3 Hàm số phân bố bùn cát theo độ thô thủy lực 65 Đ12-4 Sức tải cát lơ lửng dòng chảy rối 67 Đ12-5 Phân bố độ đục theo chiều sâu 71 Đ12-6 Chuyển động bùn cát đáy 73 Chương XIII nước nhảy 79 Đ13-1 Khái niệm chung 79 Đ13-2 Các dạng nước nhảy 81 Đ13-3 Lý luận nước nhảy hoàn chỉnh 83 Phương trình 83 Hàm số nước nhảy 85 Cách xác định độ sâu liên hiệp kênh lăng trụ 88 Tổn thất lượng nước nhảy 91 Chiều dài nước nhảy chiều dài đoạn sau nước nhảy 92 Đ13-4 Nước nhảy ngập 372 95 Đ13-5 Nước nhảy sóng 98 Đ13-6 Nước nhảy không gian 101 Đ13-7 Nước nhảy kênh chữ nhật có độ dốc đáy lớn 107 Chương XIV Đập tràn 110 Đ14-1 Khái niệm chung Định nghĩa, tên gọi ký hiệu Phân loại 110 110 111 Đ14-2 Công thức chung đập tràn Công thức tính lưu lượng qua đập tràn Chảy ngập 114 114 115 ảnh hưởng co hẹp bên 116 A - Đập tràn thành mỏng Đ14-3 Đập tràn thành mỏng, cửa chữ nhật 116 Các dạng chảy không ngập 116 Hình dạng nước tràn đập tràn thành mỏng tiêu chuẩn 117 Công thức tính lưu lượng đập tràn thành mỏng tiêu chuẩn 118 ảnh hưởng co hẹp bên 119 Chảy ngập 119 Đ14-4 Đập tràn thành mỏng, cửa tam giác hình thang 122 Đập cửa tam giác 122 Đập cửa hình thang 123 B - Đập tràn có mặt cắt thực dụng Đ14-5 Đặc điểm đập tràn có mặt cắt thực dụng Hình dạng mặt cắt Công thức tính lưu lượng Điều kiện chảy ngập hệ số ngập ảnh hưởng co hẹp bên Đ14-6 Cấu tạo mặt cắt hệ số lưu lượng loại đập có mặt cắt ứng dụng 124 124 125 125 127 129 Đập hình cong chân không 129 Đập hình cong có chân không 133 Đập tràn đa giác 136 Đ14-7 Các tính đập có mặt cắt thực dụng 137 373 C - Đập tràn đỉnh rộng Đ14-8 Hình dạng dòng chảy đỉnh đập 142 Sự biến đổi hình dạng dòng chảy chiều dày đỉnh đập thay đổi 142 ảnh hưởng mực nước hạ lưu đến dòng chảy đỉnh đập 143 Đ14-9 Đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập 145 Công thức 145 Cách xác định chiều sâu h hệ số lưu lượng m 146 Đ14-10 Đập tràn đỉnh rộng chảy ngập 151 Chỉ tiêu ngập 151 Công thức tính đập tràn chảy ngập 152 Đ14-11 Đập tràn đỉnh rộng cửa chữ nhật 155 Trường hợp chảy không ngập 155 Trường hợp chảy ngập 155 Đ14-12 Các toán đập tràn đỉnh rộng 155 Đ14-13 Tính thủy lực cống dài chảy không áp 161 Đ14-14 Đập tràn xiên đập tràn bên 166 Đập tràn xiên 166 Đập tràn bên 167 Chương XV Nối tiếp tiêu hạ lưu công trình 169 A - Nối tiếp dòng chảy hạ lưu công trình Đ15-1 Nối tiếp chảy đáy 170 Trường hợp 170 Trường hợp 173 Đ15-2 Hệ thức tính toán nối tiếp chảy đáy 174 h"c 174 Xác định hc Xác định vị trí nước nhảy xa 178 Đ15-3 Nối tiếp chảy mặt 180 Đ15-4 Hệ thức tính toán nối tiếp chảy mặt 183 Đ15-5 Nối tiếp dòng chảy điều kiện không gian 187 374 B - Tiêu hạ lưu công trình Đ15-6 Những khái niệm chung tiêu hạ lưu công trình 190 Đ15-7 Tính chiều sầu bể tiêu 193 Đ15-8 Tính chiều cao tường tiêu 197 Đ15-9 Tính toán thủy lực bể tiêu kết hợp 200 Đ15-10 Tính chiều dài bể tiêu 202 Đ15-11 Lưu lượng tính toán tiêu 208 Đ15-12 Về đoạn sau nước nhảy 209 Chương XVI Chảy qua cửa cống 215 A - Chảy chắn cửa cống hở Đ16-1 Các hình thức nối tiếp sau cửa cống 216 Đ16-2 Công thức tính chảy chắn cửa cống 217 Chảy không ngập 217 Chảy ngập 220 Tấm chắn hình cung chắn phẳng đặt nghiêng 222 Đ16-3 Các toán chảy chắn cửa cống 223 Bài toán 223 Bài toán 225 Bài toán 228 B - Chảy qua cống ngầm Đ16-4 Điều kiện chảy nửa áp chảy có áp 230 Độ sâu hạ lưu cửa cao đỉnh cống 231 Độ sâu hạ lưu thấp đỉnh cống 232 Đ16-5 Công thức tính cống ngầm chảy nửa áp có áp 237 Chảy nửa áp 237 Chảy có áp 237 Chương XVII Công trình nối tiếp Đ17-1 Tính toán thủy lực bậc nước cấp Tính toán cửa vào 242 242 242 375 Tính toán sân bậc 249 Tính toán cửa bậc nước 250 Đ17-2 Tính toán thủy lực bậc nước nhiều cấp 251 Xác định chiều cao bậc 251 Tính toán sân bậc 252 Đ17-3 Tính toán thủy lực dốc nước 256 Tính toán cửa vào 256 Tính toán thân dốc 257 Tính toán phần tiêu 260 Đ17-4 Tính toán thủy lực máng phun 261 Đ17-5 Tính toán thủy lực lòng máng có độ nhám gia cường 265 Các loại mố nhám thường dùng 265 Công thức tính toán với độ nhám gia cường 269 Công thức tính độ nhám gia cường 269 Chương XVIII Lý thuyết thấm 274 A - Khái luận Đ18-1 Những khái niệm 274 Tầm quan trọng lý thuyết nước thấm 274 Các trạng thái nước đất 274 Đặc tính đất thấm nước 275 Đ18-2 Định luật Đácxi thấm 276 Mô hình thấm 276 Định luật thấm 278 Hệ số thấm đất 282 B - Chuyển động dòng thấm tầng không thấm nước Đ18-3 Chuyển động dòng thấm 283 Đ18-4 Công thức Đuypuy 284 Đ18-5 Phương trình vi phân chuyển động ổn định không thay đổi dần dòng thấm 285 376 Đ18-6 Các dạng đường bo hòa chuyển động không dòng thấm 287 Đ18-7 Tích phân phương trình vi phân chuyển động ổn định không thay đổi dần dòng thấm - Vẽ đường bo hòa 290 C - Chuyển động dòng thấm vào giếng hầm tập trung nước Đ18-8 Các loại giếng nước ngầm 294 Giếng phun nước 294 Giếng nước ngầm thường 296 Giếng tập trung nước (giếng tiêu nước) 300 Tổ giếng lấy nước 301 Giếng nước gần sông (hồ) sông (hồ) cung cấp nước 303 Đ18-9 Hầm tập trung nước 305 Đáy hầm trực tiếp tầng không thấm nước 305 Đáy hầm nằm cao tầng đất không thấm nước 306 Đ18-10 Hệ thống hầm tập trung nước song song hút nước từ mặt đất xuống 309 D - Thấm qua thân đập đất không thấm Đ18-11 Thấm qua đập đồng chất 310 Phương trình viết cho đoạn 311 Phương trình viết cho đoạn 313 Phương trình viết cho đoạn 314 Phương trình xác định từ điều kiện hình học 316 Cách giải hệ thống phương trình thấm 317 Vẽ đường bo hòa 318 Đ18-12 Thấm qua đập đất có lõi 322 Đ18-13 Thấm qua đập đất có tường nghiêng chống thấm 323 E - Thấm công trình thủy lợi Đ18-14 Đặt vấn đề thấm có áp 324 Đ18-15 Phương trình dòng thấm phẳng có áp 325 Đ18-16 Hàm số cột nước, lưu tốc đường đẳng 326 Hàm số cột nước 326 Thế lưu tốc 327 Đường đẳng 327 377 Đ18-17 Hệ phương trình dòng thấm - Phương trình Lapơlátxơ 327 Đ18-18 Điều kiện biên giới 329 Đ18-19 Hàm dòng - Lưới chuyển động thủy động lực học 331 Hàm dòng 331 Lưới chuyển động thủy động lực học 332 Đ18-20 Khái niệm cách giải toán thấm phương pháp học chất lỏng 333 Đ18-21 Vẽ lưới thủy động lực học (lưới thấm) 334 Đ18-22 Sơ đồ thấm dẫn xuất 335 Đ18-23 Cách xác định yếu tố thủy lực dòng thấm từ lưới thấm ô vuông 336 Xác định lưu tốc thấm 336 Xác định áp lực thấm móng công trình 337 Tìm lưu lượng thấm đơn vị q 338 Đ18-24 Phương pháp tương tự điện - Thủy động lực học 339 Nguyên lý tương tự 339 Sơ đồ thí nghiệm dụng cụ thí nghiệm 340 Đ18-25 Thấm từ kênh 342 Đ18-26 Về dòng thấm chảy rối 344 Chương XIX Cơ sở lý luận mô hình tượng thủy lực 346 Đ19-1 Khái niệm chung 346 Đ19-2 Tương tự học định luật tương tự Niutơn (1686) 347 Đ19-3 Các tiêu chuẩn tương tự 349 Sự tương tự dòng chảy lúc ảnh hưởng trọng lực chủ yếu Tiêu chuẩn Phơrút (1869) 350 Sự tương tự dòng chảy lúc ảnh hưởng lực cản chủ yếu 351 Đ19-4 Mô hình biến dạng 355 Đ19-5 Một số dẫn lúc làm mô hình tượng thủy lực 359 Phụ lục 360 Mục lục 371 378 Giáo trình thủy lực - Tập 63 - 630 658 - 06 223 NN - 2006 936032 942211 Giá: 53.200 đ Chịu trách nhiệm xuất bản: nguyễn cao doanh Phụ trách thảo: Phạm khôi - Hoàng Nam Bình Trình bày bìa: ngọc nam Nhà xuất Nông Nghiệp 167/6 - Phương Mai - Đống Đa - Hà Nội ĐT: 8524506 - 8523887 Fax: (04) 5760748 Email: NXB.Nongnghiep.BT3@gmail.com Chi nhánh NXB Nông Nghiệp 58 Nguyễn Bỉnh Khiêm - Q.1, TP Hồ Chí Minh ĐT : 8297157 - 8299521 Fax : (08) 9101036 Mã số: 63 - 630 658 - 06 223 NN - 2006 In 3030 khổ 19 x 27 cm Xưởng in NXB Nông nghiệp Giấy chấp nhận đăng ký kế hoạch xuất số 08-2006/CXB/658-223/NN Cục Xuất cấp ngày 15/12/2005 In xong nộp lưu chiểu quý IV/2006 379 380 [...]... xây dựng công trình Sau khi xây dựng các công trình trên sông (công trình giao thông, công trình chỉnh trị sông v.v ) quan hệ lưu lượng và mực nước ở các trạm thủy văn phía thượng lưu bị phá vỡ Ta phải dùng phương pháp thủy lực để lập đường mặt nước và từ đó lập đường quan hệ lưu lượng mực nước mới Trong trường hợp này phương trình cơ bản là phương trình (10-4) Dz = Q2 K2 l Giải phương trình này bằng... phương trình liên tục của dòng không ổn định là phương trình (7-1): ả ảQ + =0 ảt ảs Do (11-1) Q = w v, nên phương trình (11-1) cũng có thể viết dưới dạng: Vì rằng ả ( v ) ả + =0 ảt ảs (11 -2) ả ả ảz ảz = =B ảt ảz ảt ảt (11-3) nên phương trình (11 -2) trở thành: B ả ( v ) ảz + =0 ảt ảs (11-4) Đối với lòng dẫn lăng trụ, có mặt cắt hình chữ nhật: w = bh, trong đó h là độ sâu của dòng chảy, thì phương trình. .. bao gồm tài liệu hình học của mặt cắt (B, R, w, ), hệ số nhám và hệ số cản cục bộ của lòng dẫn Dùng phương trình (10 -2) (1) Dz = zt zd = ổ v2 v2 ử l + + c ỗ d - t ữ ỗ 2g 2g ữ K2 ố ứ Q2 ( ) Trong trường hợp này, đ biết: - Lưu lượng Q, - Cao trình mặt nước ở mặt cắt dưới (zd) Có zd sẽ tính được các yếu tố thủy lực của mặt cắt dưới: wd, Kd, vd, v.v Vấn đề còn lại là xác định cao trình mặt nước ở mặt... lưu tốc dòng chảy trong sông là v0 thì theo cơ học lý thuyết ta có gia tốc côriôlít sinh ra trong chuyển động phức tạp này là: a k = 2 v o (1) (10-31) Để xác định hướng chảy của lưu tốc hướng ngang u y, viết phương trình động lực theo hướng ngang Sơ đồ phân bố lực trình bày ở hình (10-16) 28 ở đây W là vận tốc quay của trái đất: W= 2 rad/s 86400 (10- 32) a k có hướng thẳng góc với mặt phẳng chứa D... thủy lực của mỗi mặt cắt 34 Đ11-2 Phương trình vi phân cơ bản của chuyển động không ổn định thay đổi chậm Quy luật cơ bản của chuyển động không ổn định, cũng như các quy luật chuyển động khác, bao gồm các mối quan hệ cơ bản nói lên tính liên tục và sự chuyển động của dòng nước Ta sẽ nghiên cứu hai phương trình cơ bản viết dưới dạng phương trình vi phân và cách tích phân hai phương trình đó 1 Ph-ơng trình. .. vào (10 -2), sau khi biến đổi và sắp xếp lại ta có: ộ ổ l + c Dz = Q 2 ờỗ 2 + ờởỗố 2K d 2g 2d Đặt: h(z) = l 2K 2 + ử ổ l + c ữ+ỗ 2 2 ữ ỗ 2K ứ ố t 2g t + c 2g 2 ửự ữỳ ữỳ ứỷ (10-8) (1) Thực chất của phương trình (10 -2) là phương trình Bécnuiy viết cho hai mặt cắt của đoạn sông, do đó cách trình bày này còn gọi là phương pháp vẽ đường mặt nước trong sông bằng cách ứng dụng trực tiếp phương trình Bécnuiy... toàn mặt cắt là như nhau và lấy u 2 bằng giá trị trung bình của nó 2 2 u = v 0 2 thì (2) sẽ là: v 0 r dr - gdz = 0 2 Sau khi tích phân ta được: z - z1 = v 0 ln r g R1 Vậy phương trình mặt thoáng của mặt cắt ngang tại chỗ sông cong là phương trình dạng lôga 26 Đó là phương trình của đường mặt nước hướng ngang, là phương trình của đường cong parabôn bậc hai Đặt (10-25) vào (10-24), ta được: z - z1 = ( 2... R1 0 u - R0 2 u - Fr = r r R2 v0 Hình 10-15 Tìm phương trình mặt thoáng của mặt cắt ngang tại chỗ sông cong bằng cách dùng phương trình (2-14): Fxdx + Fydy + Fzdz = 0 (1) Theo cách chọn trục ở trên, phương trình (1) sẽ là: Frdr + Fzdz = 0 (2) 25 ở đây: Fr = u2 = 2 r r Fz = - g (u và w là vận tốc dài và vận tốc góc của hạt chất lỏng ta xét) Vậy (2) sẽ là: w2 rdr gdz = 0 (3) Từ (3) ta có: dz = 2 rdr... dòng chảy, thì phương trình liên tục có dạng: hoặc ảh ảq + =0 ảt ảs (11-5) ảh ả(hv) + =0 ảt ảs (11-6) trong đó q là lưu lượng trên một đơn vị chiều rộng 2 Ph-ơng trình động lực Với chất lỏng không nén được, ta có phương trình động lực là phương trình (7-6); nhưng như đ chỉ rõ ở Đ11-1, ở đây các yếu tố cơ bản của mỗi mặt cắt là những trị số trung bình, nên thay u bằng v ta được: ả ảs ổ ảh p v 2 ử 1 ảv... điều kiện đ quy định ở trên Giả sử ứng với ba lưu lượng Q1, Q2, Q3 có ba đường mặt nước (a1 b1), (a2 b2), (a3 b3), và ba độ hạ mực nước tương ứng là: Dz1, Dz2, Dz3 (hình 10-6) Trong ba đường mặt nước trên, đường (1) và (2) có chung một cao trình trung bình z = z1 = z 2 , còn đường thứ (3) có cao trình khác Thực tế quan sát ba trường hợp trên thấy rằng: z t F1 = F1 = Q12 a3 = F2 = z 2 Q 22 còn F3 =