Ứng dụng phương pháp số trong tính toán dòng chảy xiết trên dốc nước có đoạn thu hẹp áp dụng tính toán tràn xả lũ hồ chứa

i L I CAM OAN Theo Quy t đ nh s 2039/Q - HTL ngày 27 tháng 10 n m 2015 c a Hi u tr ng Tr ng i h c Th y l i, v vi c giao đ tài lu n v n cán b h d n cho h c viên cao h c đ t n m 2015, đ ph c nh n đ tài “ ng pháp s tính toán dòng ch y xi t d c n d ng tính toán tràn x l h ch a” d is h ng ng d ng c có đo n thu h p – Áp ng d n c a th y giáo TS Lê Thanh Hùng Tôi xin cam đoan lu n v n k t qu nghiên c u c a tôi, không chép c a N i dung lu n v n có tham kh o s d ng tài li u, thông tin đ c đ ng t i tài li u trang website theo danh m c tài li u tham kh o c a lu n v n Hà N i, ngày tháng Tác gi lu n v n Th Mai n m ii L IC M N Lu n v n th c s chuyên ngành Xây d ng công trình Th y L i v i đ tài: “ ng d ng ph ng pháp s tính toán dòng ch y xi t d c n thu h p – Áp d ng tính toán tràn x l h ch a” đ c có đo n c hoàn thành v i s giúp đ t n tình c a Th y giáo, cô giáo B môn Th y Công, Khoa Công trình, Tr ng đ i h c Th y l i b n bè Em xin chân thành c m n s h ng d n t n tình c a th y cô giáo, s giúp đ c a b n bè t p th l p 22C11, đ c bi t th y giáo TS Lê Thanh Hùng ch b o, h ng d n t n tình, truy n đ t ki n th c c a cho em hoàn thành lu n v n t t nghi p c a M c dù b n thân c g ng nh ng kinh nghi m th c t không có, l i v ng b n nhi u chuy n gia đình nên đ án không tránh kh i nh ng thi u sót Kính mong th y cô giáo góp ý cho em đ em bi t đ c nh ng sai sót bi t thêm đ em có thêm ki n th c đ áp d ng th c ti n Em xin chân thành c m n! Hà n i, ngày tháng n m Sinh viên th c hi n Th Mai iii M CL C DANH M C HÌNH NH v DANH M C B NG BI U vii DANH M C CÁC T M VI T T T viii U ix Tính c p thi t c a đ tài ix M c đích c a it tài .x ng ph m vi nghiên c u x Cách ti p c n ph ng pháp nghiên c u x C u trúc c a lu n v n xi CH NG I T NG QUAN V BÀI TOÁN DÒNG XI T TRÊN D C N C 1.1 T ng quan v d c n c dòng ch y d c n 1.1.1 T ng quan v d c n c .1 c 1.1.2 T ng quan v dòng ch y d c n c .2 1.1.3 Các đ c m c a dòng xi t 1.1.4 Các bi n pháp công trình đ u n dòng xi t 1.2 T ng quan v ph ng pháp tính toán dòng ch y xi t d c n c 1.2.1.Tính toán KDX theo s đ dòng ch y n đ nh, m t chi u theo ph ng pháp c ng tr c ti p .10 1.2.2 Ph ng pháp tích phân g n .11 1.2.3 Ph ng pháp s .11 1.3 Các d ng toán tính toán dòng ch y xi t d c n c 14 1.4 Gi i h n ph m vi nghiên c u c a lu n v n 14 CH NG II C S LÝ THUY T TÍNH TOÁN DÒNG CH Y XI T TRÊN D CN C CÓ O N THU H P 16 2.2 Ph ng pháp gi i tích thông th ng 16 2.2.1 Tính toán KDX theo s đ dòng ch y n đ nh, m t chi u theo ph ng pháp c ng tr c ti p .16 2.2.2 Ph 2.2 H ph ng pháp tích phân g n 17 ng trình n 2.2.1 H ph c nông 18 ng trình n c nông .18 2.2.2 Tính ch t toán h c 20 iv 2.2.3 Bài toán Riemann 24 2.2.4 Bài toán Stoker ritter 26 2.3 Ph ng pháp s gi i h ph ng trình n c nông 35 2.3.1 Tính toán KDX theo s đ dòng ch y hai chi u theo ph ng pháp đ ng đ c tr ng 35 2.3.2 Ph ng pháp sai phân h u h n 37 2.3.3 Ph ng pháp ph n t h u h n 43 2.3.4 Ph ng pháp th tích h u h n 44 2.4 K t lu n ch ng 2: 47 CH NG III ÁP D NG K T QU NGHIÊN C U TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH TH C T 49 3.1 Gi i thi u công trình tràn x l : .49 3.1.1 Lý l ch công trình, c p công trình .49 3.1.2 Hi n tr ng thông s k thu t 49 3.2 Tính toán th y l c dòng xi t d c n c có đo n thu h p: 51 3.2.1 Tính toán theo ph ng pháp gi i tích thông th 3.2.2 Tính toán theo ph ng pháp s 54 3.2.3 Phân tích k t qu tính toán, đánh giá ph ng 51 ng pháp s 61 K T LU N & KI N NGH : 63 K t qu đ t đ c c a Lu n v n: .63 M t s v n đ t n t i: 64 H ng ti p t c nghiên c u: 64 TÀI LI U THAM KH O 65 PH L C v DANH M C HÌNH NH Hình 1.1 Sóng gián đo n đ ng tràn đ p Bennet (Canada) .2 Hình 1.2 S lan truy n nhi u n c t nh n c ch y .5 Hình 1.3 D ng ch y bao c a dòng êm (a) dòng xi t (b) .5 Hình 1.4 Các hình th c đo n chuy n ti p thu h p có đáy ph ng a) T ng biên gãy khúc; b) T c) T ng biên d ng đ ng biên cung cong liên h p; .7 ng cong không nhi u; d) o n thu h p h Hình 1.5 R i r c mi n tính b ng ph n t tam giác (l Hình 2.1 ng m t n ng tâm i không c u trúc) 13 c d c 16 Hình 2.2 B n vùng không gian t ng ng .21 Hình 2.3 S đ sóng shock .22 Hình 2.4 Các đ ng đ c tr ng h i t 22 Hình 2.5 S đ sóng Rarefaction .23 Hình 2.6 S đ toán Riemann 24 Hình 2.7 Quá trình v đ p 25 a) M c n c ban đ u b) M c n c) Phân b v n t c t i th i m t c m t th i m sau đ p v 25 ng ng d) s đ sóng m t ph ng x-t 25 Hình 2.8 B n d ng nghi m có th toán Riemann theo ph ng x gi i theo SWE 26 a)Rarefaction–Shock; b) Shock–Shock; c) Shock–Rarefaction;d) Rarefaction– Rarefaction 26 Hình 2.9 S đ toán Stoker 26 Hình 2.10 S đ chung toán .29 Hình 2.11 Quá trình m c n Hình 2.12 Quá trình l u l Hình 2.13 Quá trình m c n Hình 2.14 Quá trình l u l Hình 2.15 Quá trình m c n Hình 2.16 Quá trình l u l c tr ng h p 29 ng tr ng h p 29 c tr ng h p 30 ng tr ng h p 30 c tr ng h p 31 ng tr ng h p 31 Hình 2.17 S đ toán Ritter 32 Hình 2.18 Quá trình m c n c toán ritter 34 vi Hình 2.19 ng đ c tr ng thu n đ ng đ c tr ng ngh ch 37 Hình 2.21 L i tính toán cho toán chi u 38 Hình 2.22 S đ toán 39 Hình 2.23 d c đo n AC 40 Hình 2.24 S đ gi i theo ph ng pháp th tích h u h n Godunov 44 Hình 3.1 S đ m t b ng tràn x l , h ch a H c Xoài, Qu ng Ngãi 50 Hình 3.2 S đ m t b ng tràn x l , h ch a Khe Gia, Qu ng Ninh 51 Hình 3.3 Ví d chia mi n tính toán thành ô l i có ∆x=∆y=5m 54 Hình 3.4 Hình d ng m t n c d c n c c a H H c Xoài ng v i ô l i nh có ∆x=∆y=0,5m .56 Hình 3.5 Hình d ng m t n c d c n c c a H H c Xoài ng v i ô l i nh có ∆x=∆y=0,2m .57 Hình 3.6 Hình d ng m t n c d c n c c a H H c Xoài ng v i ô l i nh có ∆x=∆y=0,1m .57 Hình 3.7 Phân b m c n c v n t c t i m t c t ngang d c 59 Hình 3.8 Hình d ng m t n c d c n c c a H Khe Gia ng v i ô l i nh có ∆x=∆y=0,1m .60 Hình 3.9 Phân b m c n c v n t c t i m t c t ngang d c 61 vii DANH M C B NG BI U B ng 1.1 Tiêu chí phân bi t tr ng thái ch y B ng 3.1 Các thông s tràn x l 50 B ng 3.2 Các thông s tính toán 52 B ng 3.3 ng m t n c d c n c đo n thu h p 53 B ng 3.4 ng m t n c d c n c đo n không thu h p 53 B ng 3.5 Các thông s tính toán 53 B ng 3.6 ng m t n c d c n c đo n thu h p 53 B ng 3.7 ng m t n c d c n c đo n không thu h p 54 B ng 3.8 Ví d File cao trình đáy mi n tính toán thành ô l i có ∆x=∆y=5m 55 B ng 3.9 Ví d File s li u đ u vào mi n tính toán thành ô l i có ∆x=∆y=5m 55 Ph l c ch ng 2: B ng 2.1 K t qu tính toán trình m c n c l u l ng tr ng h p .9 B ng 2.2 K t qu tính toán trình m c n c l u l ng tr ng h p .9 B ng 2.3 K t qu tính toán trình m c n c l u l ng tr ng h p 10 B ng 2.4 K t qu tính toán trình m c n c toán ritter .10 viii DANH M C CÁC T VI T T T B B r ng kênh C T c đ sóng KDX g i u n dòng xi t Gia t c tr ng tr ng hk sâu phân gi i i d c J d c th y l c Q L ul K Mô đun l u l V L u t c trung bình ∋ T n ng m t c t ng ng thu h p ω Di n tích m t c t t ix M U Tính c p thi t c a đ tài Công trình tháo n m i h ch a c m t nh ng h ng m c quan tr ng nh t c a đ u c thù c a công trình tháo n xi t có th gây hi n t c dòng ch y qua công trình dòng ng th y l c b t l i nh : hàm khí, khí th c, sóng xung kích, xói l h l u Vì v y, tính toán th y l c công trình tháo n gi i quy t toán v kh n ng tháo n c, t c v n ph i ng tác gi a dòng ch y công trình, n i ti p tiêu n ng h l u… Khi đ p t o h đ p v t li u đ a ph qua đ nh đ p đ lo i đ ng (đ t, đá) không th b trí tràn c, c n ph i b trí công trình tháo l thân đ p, ng tràn h bên b ph bi n nh t Thành ph n công trình lo i g m kênh d n vào, ng ng tháo n ng tràn, đ c sau ng ng tháo n c, b ph n tiêu n ng kênh d n h l u ng th c t th ng dùng d ng d c n c có b trí đo n thu h p iv id cn c, h h ng nhi u đa d ng, ch y u nguyên nhân th y l c gây Trong thi t k , tính toán th y l c d c n ph ng pháp tính th y l c truy n th ng v dòng ch y d c (ph tích thông th c th ng dùng ng pháp gi i ng) v i toán m t chi u nên ch a ph n ánh tính ch t dòng ch y d c n c Ph ti p thu h p d c n ng pháp tính toán ch thích h p v i đo n chuy n c lo i v a nh , có m c đ ch y xi t đ u d c không cao Ph ng pháp s ph hay tích phân Có d ng ph ng pháp phân rã ph ng trình toán h c d ng vi phân ng pháp s đ c dùng ph bi n hi n nay: sai phân h u h n, ph n t h u h n th tích h u h n Trong th y l c, viêc ng d ng ph ng pháp s mô ph ng dòng ch y l hay dòng ch y đ a hình ph c t p đ c s d ng r ng rãi b i tính hi u qu vi c mô ph ng xác hi n t ng th y l c ph c t p nh sóng xiên, sóng gián đo n, chu i n mà ph ng pháp th y l c thông th ng không ch đ c c nh y… x L a ch n ph giúp ng ng pháp s cho toán thu l c dòng xi t d c n c i s d ng có th tính toán nhi u k ch b n khác m t cách nhanh chóng hi u qu , gi i pháp công trình đ u có th mô ph ng đ ph n m m đ c nh c l p trình máy tính n t Chính t nguyên nhân em l a ch n đ tài lu n v n th c s : “ ng d ng ph ng pháp s tính toán dòng ch y xi t d c n c có đo n thu h p – Áp d ng tính toán tràn x l h ch a” M c đích c a tài Nghiên c u đ c m c a dòng ch y xi t d c n c: Dòng ch y lòng d n h (có m t thoáng) có đ d c l n tr ng thái ch y ch y xi t Xây d ng ph ng pháp s ch ng trình tính t it ng ph m vi nghiên c u it ng nghiên c u: ng ng mô ph ng dòng ch y - Nghiên c u đ c m dòng ch y xi t d c n - L a ch n ph c ng pháp s đ mô ph ng dòng ch y xi t d c n c - Áp d ng cho m t công trình c th Ph m vi nghiên c u: - Dòng ch y xi t d c n c có đo n thu h p d n - Dòng ch y xi t kênh d n n Cách ti p c n ph c qua s n d c có đ d c l n ng pháp nghiên c u Cách ti p c n: - Thông qua tài li u: Giáo trình th y công, giáo trình th y l c, giáo trình chuyên ngành v đ p tràn - n i ti p tiêu n ng, tài li u chuyên ngành, sách, báo, qua m ng internet, … - Nghiên c u ph ng pháp tính th y l c d c n Vi t Nam - L a ch n ph ng pháp s phù h p - Thông qua h s thi t k m t công trình c th c áp d ng 55 B ng 3.8 Ví d File cao trình đáy mi n tính toán thành ô l ∆x=∆y=5m -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 -3 -3.5 -4 -4.5 -5 -5.5 -6 -6.5 -7 -7.5 -8 -8.5 -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 -3 -3.5 -4 -4.5 -5 -5.5 -6 -6.5 -7 -7.5 -8 -8.5 -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 -3 -3.5 -4 -4.5 -5 -5.5 -6 -6.5 -7 -7.5 -8 -8.5 -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 -3 -3.5 -4 -4.5 -5 -5.5 -6 -6.5 -7 -7.5 -8 -8.5 L p m t file s li u đ u vào: c ng ô l i có -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 -3 -3.5 -4 -4.5 -5 -5.5 -6 -6.5 -7 -7.5 -8 -8.5 i đó, ta quy c đánh s ph n tính toán, biên đóng, la biên m , ph n không tính toán thu c mi n tính toán, ta có file s li u đ u vào B ng 3.9 Ví d File s li u đ u vào mi n tính toán thành ô l ∆x=∆y=5m 1 1 1 2 2 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 2 2 i có 56 Khi ch y ch ng trình s cho k t qu s bi n đ i m c n c v n t c t ng m t c t ngang Tính toán cho tràn x l h ch a H c Xoài: Ta chia mi n tính toán hình ch nh t có chi u dài 90m, chi u r ng 25m, thành ô l ch i nh có ∆x=∆y=0,5m L p file cao trình đáy file s li u đ u vào t ng trình T ta có k t qu hình d ng m t n ng t nh trên, r i ch y c cho dòng xi t d c th hi n d ng chi u nh sau: 20 -4 10 Hình 3.4 Hình d ng m t n c d c n c c a H H c Xoài ng v i ô l có ∆x=∆y=0,5m T k t qu ta th y rõ hình d ng c a đ ng m t n i nh c d c s bi n đ i c a M cn c g n m t c t thu h p d nh cao d n lên h n so v i m c n T ng t c nh hai bên thành tràn cao h n gi a m t c t, sau d n d n tr i đ u h n v phía h l u v y, ta chia mi n tính toán thành ô l ∆x=∆y=0,2m, ∆x=∆y=0,1m i nh có 57 20 -4 -1.5 10 Hình 3.5 Hình d ng m t n M cn n c m cn c d c n c c a H H c Xoài ng v i ô l có ∆x=∆y=0,2m c d nh cao d n lên i nh hai bên thành tràn cao h n h n so v i m c gi a m t c t, có nhi u đ t d nh n c cao th p h n, nhìn th y rõ s thay đ i c m t c t h n, sau d n d n tr i đ u h n v phía h l u 20 10 Hình 3.6 Hình d ng m t n M cn n c c d c n c c a H H c Xoài ng v i ô l có ∆x=∆y=0,1m c d nh cao d n lên i nh hai bên thành tràn cao h n h n so v i m c gi a m t c t, có nhi u đ t d nh n c cao th p h n, nhìn th y rõ s thay đ i 58 m cn l c m t c t h n, đ ng m t n cđ c th hi n rõ nh t so v i chia ô i 0,5m 0,2m Dùng k t qu ng v i ∆x=0,1m đ so sánh m c n c t đ so sánh v i m c n c, l u t c t i t ng m t c, l u t c trung bình m t c t tính theo ph ng pháp c ng tr c ti p T k t qu nh hình d i ta th y rõ s khác v v n t c m t m t c t, thay dùng v n t c trung bình nh ph th ng Ta th y v n t c v cu i d c n c l n d n, v n t c m t m t c t có s thay đ i, ch không b ng th t c l n nh t th ng đ t đ ng pháp gi i tích thông ng cao h n giá tr trung bình V n gi a m t c t tr m t c t cách đ u d c 30m, v n t c c gi a m t c t th p h n so v i hai bên, nh h n giá tr trung bình kho ng 2m/s Còn m c n c d c th c t x=30m m c n ng hai bên thành bên cao h n c l n nh t gi a m t c t tr m t gi a m t c t cao h n giá tr trung bình 1,5m, cao h n giá tr th p nh t m t c t hai ên thành 2m, m t c t cu i đo n thu h p , v trí có chi u cao sóng gián đo n cao nh t M c n khác cao h n hai bên thành bên, nh h cách đ u d c 10m, m c n ph c m t c t ng c a sóng gián đo n Nh c bên thành cao h n m c n m tc t c gi a m t c t 1m, cao h n giá tr trung bình 0,8m T i v trí cách đ u d c 20m m c n h nm cn c c thành bên cao gi a 1m, cao h n giá tr trung bình 0,3m…Chênh l ch v n t c gi a ng pháp không nhi u, chênh l ch m c n c có giá tr trung bình g n v i giá tr trung bình c a m t c t, nh v y k t qu phù h p v i k t qu lý thuy t, cho th y m c đ xác nhanh chóng c a ph Ngoài ta th y ph ng pháp s , vi c chia ph n t mi n tính toán nh , mô hình m m tn c d c đ ng pháp s t s c nét, k t qu xác ng c th hi n rõ hình d ng sóng, nh ng ch có m c n c cao, th p, hình d ng sóng c ng d y h n chia mi n tính toán thành ô l i nh h n 59 Hình 3.7 Phân b m c n c v n t c t i m t c t ngang d c Tính toán cho tràn x l h ch a Khe Gia: Ta chia mi n tính toán hình ch nh t có chi u dài 70m, chi u r ng 14m, 60 thành ô l i nh có ∆x=∆y=0,1m Ta có k t qu : 10 Hình 3.8 Hình d ng m t n c d c n c c a H Khe Gia ng v i ô l i nh có ∆x=∆y=0,1m T hình k t qu phía d i ta th y m c n đ i r t l n, chênh l ch nhi u, có m t c t m c n c m t m t c t có s bi n c cao nh t m c n nh t m t m t c t chênh t i 1,08 m, cao h n m c n 0,8m nh c trung bình m t c t cách đ u d c 20m, m t c t sau đo n thu h p, hay nh m t c t cách d c 10m m c n m cn c th p c chênh 0,8m m t m t c t c cao nh t m t m t c t cách m c n c trung bình 1,4m, m t c t cu i đo n thu h p , v trí có chi u cao sóng gián đo n cao nh t Hay m t c t cách đ u d c 60m, m c n c cao nh t gi a m t c t cao h n m c n 0,3m, cao h n giá tr trung bình 0,2m Nh v y, tr t ng d c tràn, ta l y h t =h d +a, h d chi u cao n cao an toàn th c th p nh t c đây, thi t k chi u cao c trung bình m t c t, a chi u ng l y 0,5m, mà có nh ng m t c t m c n c cao nh t h n giá tr 61 trung bình 1,4m,ta c n l u ý thêm đ thi t k t ng d c tràn cho h p lý, an toàn nh t Hai công trình tràn x l H H c Xoài H Khe gia có hình d ng tràn d cn c có đo n thu h p gây sóng gián đo n t l u ý thi t k đ ng đ i gi ng nhau, t đ a ng tràn Hình 3.9 Phân b m c n c v n t c t i m t c t ngang d c 3.2.3 Phân tích k t qu tính toán, đánh giá ph S d ng mô hình toán ph dòng xi t mô ph ng đ c hi n t ng pháp s ng pháp s ch n đ tính toán u n ng lan truy n sóng d c n c có đo n co 62 h p Ta s th y đ c xác s bi n đ i m c n c v n t c t ng m t c t ngang, s khác v v n t c m t m t c t, thay dùng v n t c trung bình nh ph đ c ng pháp gi i tích thông th ng Ta th y v n t c l n nh t th gi a m t c t cao h n giá tr trung bình m c n bên cao h n gi a m t c t Chênh l ch v n t c gi a ph chênh l ch m c n c th ng đ t ng hai bên thành ng pháp không nhi u, c có giá tr trung bình g n v i giá tr trung bình c a m t c t, nh v y k t qu phù h p v i k t qu lý thuy t, cho th y m c đ xác nhanh chóng c a ph ng pháp s Hai công trình tràn x l H H c Xoài H Khe gia có hình d ng tràn d c n gi ng nhau, ta c ng bi t đ c có đo n thu h p gây sóng gián đo n t c có nh ng v trí nh h m cn c hai bên cao h n m c n c a ph ng pháp gi i tích thông th ng l u ý thi t k t c đây, thi t k chi u cao t n c trung bình m t c t, a chi u cao an toàn th m tc tm cn t ng c a sóng gián đo n mà c trung bình, t kh c ph c đ tr ng đ i c nh c m ng bên c a tràn, ng d c tràn, ta l y h t =h d +a, h d chi u cao ng l y 0,5m, mà có nh ng c cao nh t h n giá tr trung bình 1,4m, ta c n l u ý thêm đ thi t k ng d c tràn cho h p lý, an toàn nh t Ngoài ta th y ph ng pháp s , vi c chia ph n t mi n tính toán nh , mô hình m nét, k t qu xác t s c 63 K T LU N & KI N NGH : K t qu đ t đ c c a Lu n v n: Lu n v n nói đ c t ng quan v d c n Vi t Nam, t ng quan v dòng ch y d c n ph c c a công trình tháo l c, đ c m c a dòng xi t ng pháp tính toán dòng ch y xi t d c n c Lu n v n nghiên c u rõ nh ng c s lý thuy t v ph toán dòng ch y xi t d c n S d ng ph t rút đ c ng pháp gi i tích ph c s c n thi t áp d ng ph ng pháp th tích h u h n đ tính toán ng pháp s vào nh ng toán ph c t p thay áp d ng ph ng pháp gi i tích thông th hay không ch rõ đ c b ng ph h p Ta s th y đ ng có th không tìm đ c l i gi i, ng pháp s S d ng mô hình toán ph dòng xi t mô ph ng đ ng pháp tính c hi n t ng pháp s ch n đ tính toán u n ng lan truy n sóng d c n c xác s bi n đ i m c n c có đo n co c v n t c t ng m t c t ngang, s khác v v n t c m t m t c t, thay dùng v n t c trung bình nh ph đ c ng pháp gi i tích thông th ng Ta th y v n t c l n nh t th gi a m t c t cao h n giá tr trung bình m c n bên cao h n gi a m t c t Chênh l ch v n t c gi a ph chênh l ch m c n c th ng đ t ng hai bên thành ng pháp không nhi u, c có giá tr trung bình g n v i giá tr trung bình c a m t c t, nh v y k t qu phù h p v i k t qu lý thuy t, cho th y m c đ xác nhanh chóng c a ph ng pháp s Hai công trình tràn x l H H c Xoài H Khe gia có hình d ng tràn d c n gi ng nhau, ta c ng bi t đ c có đo n thu h p gây sóng gián đo n t c có nh ng v trí nh h m cn c hai bên cao h n m c n c a ph ng pháp gi i tích thông th ng l u ý thi t k t c đây, thi t k chi u cao t n c trung bình m t c t, a chi u cao an toàn th m tc tm cn ng c a sóng gián đo n mà c trung bình, t kh c ph c đ tr ng đ i c nh c m ng bên c a tràn, ng d c tràn, ta l y h t =h d +a, h d chi u cao ng l y 0,5m, mà có nh ng c cao nh t h n giá tr trung bình 1,4m, ta c n l u ý thêm đ thi t k 64 t ng d c tràn cho h p lý, an toàn nh t Ngoài ta th y ph ng pháp s , vi c chia ph n t mi n tính toán nh , mô hình m t s c nét, k t qu xác M t s v n đ t n t i: V n đ nghiên c u thiên nhi u v phân tích lý thuy t Ch a có nhi u th i gian đ ki m đ nh ch nhau, đ xem xét hi u qu c a ph H ng trình v i nhi u ví d khác ng pháp s l a ch n ng ti p t c nghiên c u: C n th i gian đ hoàn ch nh ch ng trình tính toán Nghiên c u mô hình tính toán th y l c khác t có th đ i chi u, so sánh k t qu nghiên c u 65 TÀI LI U THAM KH O Nguy n C nh C m: Th y l c dòng ch y h Nhà xu t b n Nông nghi p, Hà N i 1998 Nguy n V n Cung: Công trình tháo l h th ng đ u m i th y l i Nhà xu t b n khoa h c k thu t, Hà N i 1977 Nguy n V n M o: Tính toán th y l c công trình tháo n c Bài gi ng cao h c - i h c Th y l i, Hà N i 2001 Nguy n Ph tháo n ng M u: M t s v n đ v thi t k tính toán th y l c công trình c Bài gi ng cao h c - i h c Th y l i, Hà N i 1998 GS.TS Nguy n Chi n: Tính Toán Th y L c Các Công Trình Tháo N c Nhà xu t b n Xây D ng, Hà N i – 2012 Giáo trình thu công - Tr ng đ i h c thu l i - B môn thu công GS.TS Nguy n Chi n: Tính toán th y l c k t c u u n dòng xi t công trình x n c Bài gi ng cao h c - i h c Th y l i, Hà N i 1997 Kixêlep - S tay tính toán th y l c (b n d ch) Nhà xu t b n “Mir” Maxc va 1974 Ph m Ng c Quý: N i ti p tiêu n ng h l u công trình tháo n c - Nhà xu t b n xây d ng, Hà N i 2001 Ph m Ng c Quý: Mô hình toán mô hình v t lý công trình th y l i Bài gi ng cao h c - i h c Th y l i, Hà N i 1998 10 S tay K thu t Th y l i- Ph n 2- T p – Công trình tháo l Nhà xu t b n Nông nghi p, Hà n i 2004 11 Brufau P, Garica-Navarro P (2000), “Two dimensional dam break flow simulation” Int J Numer Meth Fluids, 33, p35-57 12 Chaudhry M.H (2008) “Open channel flow” Second edition Springer Công ty C ph n Th y công, Chùa Láng, Hà N i “Báo cáo tính toán th y v n h ch a H c Xoài, xã Ngh a Th , huy n T Ngh a, t nh Qu ng Ngãi” 66 13 Hou J, Liang Q, Simons F, Hinkelmann R (2013) “A 2D well balanced shallow flow model for unstructured grids with novel slope source term treatment” Advances in Water Resources, 52, p107-131 14 Hubbard M.E, Garcia Navarro P (2000), “Flux difference splitting and the balancing of source terms and flux gradients” J Comput Physics, 165, p89125 15 Jha A.K, Akiyama J, Ura K (1995), “First and second order flux difference splitting schemes for dam break problem” J Hydraul Eng, 121(12), p877-884 16 Liang Q (2010) “Flood simulation using a well balanced shallow flow model” Journal of Hydraulic Engineering, 136(9), p669-675 17 Le T.T.H (2014) “2D Numerical modeling of dam break flows with application to case studies in Vietnam”, Ph.D thesis, University of Brescia 18 Tang H (2004) “Solution of the shallow-water equations using an adaptive moving mesh method” Int J Numer Meth Fluids, 44, p789-810 19 Roe P.L (1981), “Approximate Riemann Solvers, parameter vectors and difference schemes” J Comput Phys., 43, p357-372 20 Liang Q (2011) A structured but non uniform Cartesian grid-based model for the shallow water equations Int J Numer Meth Fluids, 66, pp 537-554 21 Zhou J.G, Causon D.M, Mingham C.G, Ingram D.M (2002) “Numerical solutions of the shallow water equations with discontinuous bed topography” International journal for numerical methods in fluids, 38, p 769-788 PH L C Ph l c ch ng 2: B ng 2.1 K t qu tính toán trình m c n T=50s c l u l T=40s ng tr ng h p T=80s x(m) h1(m) q1(m3/s) x(m) h2(m) q2(m3/s) x(m) h3(m) q3(m3/s) -1000 10 -1000 10 -1000 10 -495.25 10 -396.2 10 -792.4 10 -400 8.760 11.12485 -350 9.239 7.113701 -700 9.239 7.113701 -350 8.141 15.76656 -300 8.448 13.54427 -600 8.448 13.54427 -300 7.545 19.64239 -250 7.692 18.74275 -500 7.692 18.74275 -250 6.972 22.79763 -200 6.972 22.79763 -400 6.972 22.79763 -200 6.421 25.2776 -150 6.287 25.7974 -300 6.287 25.7974 -150 5.893 27.12761 -100 5.638 27.83053 -200 5.638 27.83053 -100 5.388 28.39294 -50 5.023 28.98552 -100 5.023 28.98552 4.445 29.35085 4.445 29.35085 4.445 29.35085 55.35 3.962 29.08504 44.28 3.962 29.08504 88.56 3.962 29.08504 490.95 3.962 29.08504 392.76 3.962 29.08504 785.52 3.962 29.08504 490.95 392.76 785.52 1000 1000 1000 B ng 2.2 K t qu tính toán trình m c n T=50s c l u l T=40s ng tr ng h p T=80s x(m) h1(m) q1(m3/s) x(m) h2(m) q2(m3/s) x(m) h3(m) q3(m3/s) -1000 10 -1000 10 -1000 10 -495.227 10 -396.182 10 -792.364 10 -450 9.401 5.669 -350 9.239 7.111 -700 9.239 7.111 -400 8.760 11.122 -300 8.448 13.542 -600 8.448 13.542 -350 8.141 15.764 -250 7.692 18.740 -550 8.065 16.290 -300 7.545 19.640 -221.000 7.269 21.225 -500 7.692 18.740 -276.250 7.269 21.225 -150 7.269 21.225 -442 7.269 21.225 0.000 7.269 21.225 7.269 21.225 7.269 21.225 467.700 7.269 21.225 374.16 7.269 21.225 748.32 7.269 21.225 467.700 374.16 748.32 1000 1000 1000 B ng 2.3 K t qu tính toán trình m c n T=50s c l u l ng tr T=40s ng h p T=80s x(m) h1(m) q1(m3/s) x(m) h2(m) q2(m3/s) x(m) h3(m) q3(m3/s) -1000 10 -1000 10 -1000 10 -495.227 10 -396.182 10 -792.364 10 -400 8.760 11.12219 -350 9.239 7.110895 -700 9.239 7.110895 -350 8.141 15.76409 -300 8.448 13.54171 -600 8.448 13.54171 -300 7.545 19.6401 -250 7.692 18.74042 -500 7.692 18.74042 -250 6.972 22.79552 -200 6.972 22.79552 -400 6.972 22.79552 -200 6.421 25.27565 -150 6.287 25.79549 -300 6.287 25.79549 -150 5.893 27.12582 -100 5.638 27.82881 -200 5.638 27.82881 -100 5.388 28.39131 -50 5.023 28.98399 -100 5.023 28.98399 4.445 29.3495 4.445 29.3495 4.445 29.3495 375.6 1.712 19.87632 300.48 1.712 19.87632 600.96 1.712 19.87632 616.5 1.712 19.87632 493.2 1.712 19.87632 986.4 1.712 19.87632 616.5 0.1 493.2 0.1 986.4 0.1 1000 0.1 1000 0.1 1000 0.1 B ng 2.4 K t qu tính toán trình m c n T=50s x(m) c toán Ritter T=40s h1(m) x(m) T=80s h2(m) x(m) h3(m) 10 -1000 10.000 -1000 000 -1000 10.000 -495.227 10.000 -396.182 10.000 -792.364 10.000 -400 8.759 -350 9.238 -600 8.447 -300 7.545 -300 8.447 -400 6.971 -200 6.421 -200 6.971 -300 6.286 -100 5.387 -100 5.637 -200 5.637 4.444 4.444 4.444 100 3.592 100 3.393 100 3.901 200 2.831 200 2.484 200 3.393 500 1.090 500 0.605 500 2.082 700 0.382 700 0.060 700 1.385 990.4544 0.000 792.3636 0.000 1000 0.605 1000 0.000 1000 0.000 1584.727 0.000 [...]...xi Ph ng pháp nghiên c u: - T ng k t th c ti n, đi u tra thu th p các s li u, ph dòng xi t trên d c n c có đo n thu h p th ng pháp tính toán ng áp d ng trong th c t - T ng h p các nghiên c u khoa h c, các h i th o v tính toán dòng xi t trên d cn c có đo n thu h p - Ph ng pháp nghiên c u lý thuy t, s d ng mô hình s và xây d ng ph n m m tính toán dòng xi t - Ph ng pháp phân tích, t ng h... n pháp thu h p lòng d n khi vào d c n cđ KDX Sau đó ti n hành nghiên c u bài toán k t c u đi u khi n dòng xi t b ng t ng biên, tính toán cho d c n các ph đ c có đo n thu h p ng pháp tính toán dòng xi t trên d c n c trình bày c th trong ch pháp gi i tích là ph ng th i ta đ a ra t ng quan c, chi ti t các ph ng 2 Trong các ph ng pháp này s ng pháp y ta l y m t ph ng pháp c ng tr c ti p và m t ph ng pháp. .. pháp tính tán dòng ch y xi t c ng 2: C s lý thuy t tính toán dòng ch y xi t trên d c n thu h p Nêu c th các ph gi i tích thông th ng pháp tính toán dòng ch y xi t theo ph ng, vi t h ph ng trình n c có đo n ng pháp c nông, các tính ch t toán h c Sau đó đ a ra bài toán Riemann m t chi u cho ph ng trình n c nông là bài toán chung v v đ p Ngoài ra còn đ a vào hai bài toán stoker và ritter, so sánh s ph thu. .. thi t áp d ng xii ph ng pháp s vào nh ng bài toán ph c t p thay vì áp d ng ph thông th ng có th không tìm đ c l i gi i, hay không ch rõ đ ng pháp gi i tích c b ng ph ng pháp s Ch ng 3: Áp d ng k t qu nghiên c u đ tính toán cho công trình th c t a ra hai công trình th c t là tràn x l h ch a H c Xoài và tràn x l h ch a Khe Gia, tính toán th y l c dòng xi t trên d c theo hai ph th ng và ph ng pháp s... ph ng vào th i gian, đó là hai bài toán ng pháp gi i tích duy nh t có nghi m gi i tích, còn đa ph n bài toán gi i tích s không tìm ra nghi m chính xác c a h ph n c nông Ngoài ra còn đ a các ph Trong các ph ng pháp s đ tính toán th y l c dòng ch y ng pháp đã đ a ra ta l y m t ph c ng tr c ti p và m t ph ng trình ng pháp s là ph ng pháp gi i tích là ph ng pháp ng pháp th tích h u h n đ đ a vào th c t... trình tính, áp d ng tính toán cho hai công trình tràn x l H H c Xoài và H Khe Gia, phân tích, so sánh các k t qu 16 CH NG II C S LÝ THUY T TÍNH TOÁN DÒNG CH Y XI T TRÊN D C N C CÓ O N THU H P 2.1 Ph ng pháp gi i tích thông th ng 2.1.1 Tính toán KDX theo s đ dòng ch y n đ nh, m t chi u theo ph pháp c ng tr c ti p Chia kênh ra t ng đo n nh , r i t ph ng ng trình tính cho t ng đo n m t, xong c ng l i s có. .. không có c u trúc Mi n tính toán đ c nông (SWE) c trên c l c chia làm các ô nh c tính v i các giá tr m c n i có c u m ib c th i c, l u l ng c tính toán r t linh ho t, đ n gi n, đ ng th i 14 đ m b ođ ph c tính b o toàn các đ c tr ng v t lý c a dòng ch y Trong các lo i ng pháp th tích h u h n, lo i Godunov (1959) là ph hóa bài toán Riemann m i biên gi a các ô l ng pháp dùng đ x p x i 1.3 Các d ng bài toán. .. ph ng pháp s là ph pháp th tích h u h n đ gi i bài toán tính toán dòng ch y xi t trên d c n Ph ng ng c ng pháp th tích h u h n tính toán r t linh ho t, đ n gi n, kh n ng tính chính 15 xác không nh ng nghi m tr n mà còn c nh ng nghi m gián đo n và t sóng ph c t p, đ ng th i đ m b o đ ng tác c tính b o toàn các đ c tr ng v t lý c a dòng ch y b i vì dòng đi ra t ph n t này chính là dòng đi vào c a ph... t ra kh i dòng ch y) thì dòng ch y s có bi n d ng t ng ng Tuy nhiên, ph n ng c a dòng 4 ch y xi t và dòng ch y êm có s khác nhau rõ r t Ch ng h n, khi t ng bên r ngo t vào trong dòng ch y thì dòng êm có ph n ng t t , ngh a là các đ ng dòng có s u n cong r vào phía trong t tr c không c khi t có thay đ i rõ r t khi đi qua đi m gãy c a t là đ t ng t và khá m nh m : tr ng các đ ng thì đ sâu dòng ch y và... và không gian… Nh ng trong th c t thì các y u t trên đ u có th thay đ i và khi có m t trong các y u t này thay đ i thì bài toán không th gi i đ c, n đó không tìm đ kh c ph c đ bài toán nào c ng tìm đ c nghi m c nh ng h n ch c a ph ng pháp gi i tích vì không ph i c nghi m chính xác, thay vào đó ta có th đi tìm nghi m g n đúng c a bài toán b ng ph ng pháp s , nghi m c a bài toán có th là nghi m x p x ... nông Ngoài đ a ph Trong ph ng pháp s đ tính toán th y l c dòng ch y ng pháp đ a ta l y m t ph c ng tr c ti p m t ph ng trình ng pháp s ph ng pháp gi i tích ph ng pháp ng pháp th tích h u h n... ph đ c có đo n thu h p ng pháp tính toán dòng xi t d c n c trình bày c th ch pháp gi i tích ph ng th i ta đ a t ng quan c, chi ti t ph ng Trong ph ng pháp s ng pháp y ta l y m t ph ng pháp c ng... LÝ THUY T TÍNH TOÁN DÒNG CH Y XI T TRÊN D CN C CÓ O N THU H P 16 2.2 Ph ng pháp gi i tích thông th ng 16 2.2.1 Tính toán KDX theo s đ dòng ch y n đ nh, m t chi u theo ph ng pháp