Giáo trình: Thủy lực - Chương 9

ục tiêu: Trang bị cho sinh viên những kiến thưc cở sở về thủy lực: thủy tĩnh lực, động học, động lực học. Hiểu rõ các quy luật cân bằng, chuyển động và mối liệ hệ giữa lực và chuyển động

Chương 9

DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH TRONG SÔNG THIÊN NHIÊN

9.1 Khái niệm chung và cách chia đoạn

So với dòng chảy trong kênh hở, dòng chảy trong sông phức tạp hơn rất nhiều vì các yếu tố thủy lực thay đổi rất phức tạp dọc theo dòng sông Ngoài ra, độ nhám lòng sông cũng khác nhau theo từng vị trí

Không chỉ có lưu lượng thay đổi mà trong sôn, các yếu tố như mặt cắt ướt, bề rộng sông, chu vi ướt cũng thay đổi theo từng thời gian, do đó lưu tốc thay đổi theo không gian và thời gian Tuy nhiên, sự thay đổi này không diễn ra nhanh chóng mà thường là chậm, do vậy khi tính toán dòng sông trong điều kiện không có lũ ta có thể coi là dòng ổn định

Trong tính toán dòng sông, ta không đề cập tới độ dốc đáy do đáy sông rất gồ ghề lồi lõm

Do tính chất phức tạp của dòng sông mà ta không thể xét các yếu tố của dòng sông dưới dạng một hàm số đơn giản của độ sâu và chiều dài được Do vậy không thể giải trực tiếp các phương trình vi phân viết cho dòng chảy sông mà sử dụng biện pháp chia đoạn để giải bằng phương trình sai phân

Hình 9 - 1: Sự hình thành đường nước dâng trong sông thiện nhiên

Đoạn chia phải có lưu lượng không thay đổi, nghĩa là trên đoạn không có sông nhánh, sông con đổ vào hay chảy ra, mặt cắt sông phải thay đổi ít và trên mõi đoạn có một độ dốc mặt nước và độ nhám thống nhất

Việc chia đọan có thể sử dụng bản đồ địa hình, ngoài ra có thể có các đồ thị quan hệ của các yếu tố mặt cắt sông Đồng thời cần sử dụng tài liệu quan trắc của các trạm đo nước đễ vẽ đường mặt nước trên sông Từ đó có thể chia đoạn sông hợp lý và chính xác nhất

9.2 Phương trình cơ bản của dòng chảy trong sông

Đối với sông thiên nhiên, do sự thay đổi phức tạp của độ sâu dòng chảy nên ta không thể xét quan hệ giữa độ sâu và chiều dài giống như trong kênh nhân tạo

Ta xét mối quan hệ giữa cao trình mực nước trong sông và độ dài dòng chảy Từ biểu thức năng lượng :

221 α

(9-1)

và

ξThay vào (9-1) có :

→ phương trình cơ bản của dòng chảy trong sông

: biểu thị sự biến thiên của mực nước trong sông (+ hoặc -)

: biểu thị tổn thất dọc đường

: biểu thị sự biến thiên động năng trung bình do biến thiên lưu tốc

222

9.3 Xác định các yếu tố thủy lực của mặt cắt và độ nhám lòng sông

Đối với sông thiên nhiên, chiều rộng sông thường lớn hơn rất nhiều so với chiều sâu nên để đơn giản ta thường lấy các đặc trưng như sau :

+ Đối với sông rộng : χ = B

Các đại lượng trung bình :

∆ 22

Rn

hay

23.=