Giáo trình Thủy lực cơ sở: Phần 1 - CĐN Nam Định

Giáo trình Thủy lực cơ sở sau đây dành cho đối tượng sinh viên cao đẳng nghề học tập và những ai quan tâm đến vấn đề trên. Phần 1 gồm nội dung 4 chương đầu. Nội dung phần này trình bày các khái niệm chung, thủy động lực học đại cương, dòng chảy ổn định đều không áp trong kênh hở và một số nội dung khác.

Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi Bµi mở đầu Định nghĩa khoa học thủy lực nghiên cứu khoa học thủy lực Phạm vi ứng dụng lÜnh vùc Thđy lùc lµ mét khoa häc øng dơng nghiên cứu qui luật cân chuyển động chất lỏngvà biện pháp áp dụng qui luật Phương pháp nghiên cứu môn thuỷ lực đại la kết hợp chặt chẽ phân tích lý luận với phân tích tài liệu thí nghiệm, thực đo, nhằm đạt tới kết cụ thể để giải vấn đề thực tế kỹ thuật: kết môn nghiên cứu thđy lùc cã thĨ cã tÝnh chÊt lý ln hc nửa lý luận nửa thực nghiệm, hoàn toàn thực nghiệm Cơ sở môn thủy lực học chất lỏng lý thuyết: môn nghiên cứu qui luật cân chuyển động chất lỏng, phương pháp chủ yếu việc nghiên cứu sử dụng công cụ toán học phức tạp; môn thủy lực thường gọi la môn học chất lỏng ứng dụng học chất lỏng kü tht KiÕn thøc vỊ khoa häc thđy lùc rÊt cần cho người cán kỹ thuật nhiều nghành sản xuất thường phải giải nhiều vấn đề kỹ thuật có liên quan đến cân chuyển động chất lỏng, đặc biệt nước Những nghành thủy lợi, giao thông đường thủy, cấp thoát nước cần nhiều áp dụng khoa học thủy lực, thí dụ để giải công trình đập, đê, kênh, cống nhà máy thủy điện, tuốc bin, công trình đường thủy, chỉnh trị dòng sông, hệ thống th¸o dÉn n­íc v.v Trong khoa häc thđy lùc đại hình thành nhiều lĩnh vực nghiên cứu chuyên môn thủy lực đường ống, thủy lực kênh hở, thủy lực công trình, thủy lực sông ngòi, thủy lực dòng thấm v.v Tuy nhiên, tất lĩnh vực nghiên cứu phát triển qui luật thủy lực chung mà người ta thường trình bày phần gọi la thủy lực đại cương Vì người kỹ sư, người làm công tác nghiên cứu, trước hết cần nắm vững thủy lực đại cương làm sở trước sâu vào thủy lực chuyên môn Trước nghiên cứu qui luật chung cân chuyển động chất lỏng, cần nắm vững đặc tính co học chủ yếu chất lỏng Khi nghiên cứu đặc tính chủ yếu chất lỏng, đặc tính qui luật chuyển động cân bằng, cần phải dùng ®Õn mét hƯ ®o l­êng nhÊt ®Þnh Cho ®Õn thường dùng hệ đo lường vật lý (CGS) hệ ®o l­êng kü tht (MKS) Theo nghÞ ®Þnh cđa Héi đồng Chính phủ ngày 26-12-1964 , từ ngày 1-1-1677 bắt đầu có hiệu lực Bảng đơn vị đo lường hợp pháp nước Việt Nam dân chủ cộng hòa Trong hệ đo lường hợp pháp đó, đơn vị đơn vị xác định sau: đơn vị độ dài la mét (m), đơn vị khối lượng lilôgam (kg), đơn vị thời gian la giây(s) Trong giáo trình dùng đơn vị mới; để thuận tiện cho việc chuyển dần đơn vị cũ sang đơn vị mới, nêu đơn vị cũ Sau vài hệ thức đơn vị thường gặp giáo trình: Đơn vị lực la Niutơn (N): 1N = 1kg ì 1m/s2 = 1mkgs-2 Trong hệ thống đơn vị cũ, đơn vị lực kilôgam lực, dùng ký hiệu kG để biểu thị đơn vị này: 1kG = 9,807 N hoặc1N =0,102kG Trang:  Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thu Li Đơn vị công Jun (J) : 1J = 1N ì 1m = 1m2kgs-2 Đơn vị công suÊt la o¸t (W) : 1W = 1J/s = 1m2kgs-3 Đ1.2 Sơ lược lịch sử phát triển khoa học thủy lực Thời kỳ cổ đại Loài người sống sản xuất có mối quan hệ mật thiết với nước Đến nhiều di tích công trình thủy lợi mương, đập, đê, giếng v v từ ba bốn nghìn năm trước công nguyên Ai Cập, Mêđepotami, ấn độ, Trung Quốc nhiều nơi khác Những kinh nghiệm giải nhu cầu cuat người nướcchống thủy tai, làm thủy lợi truyền miệng từ đời sang đời khác, thủy lực từ thời cổ đại chưa có sở khoa học nào, người thực công trình thủy lợi cách mò mẫm, tiếp cận dần đến mục đích Thời kỳ cổ Hy Lạp Hy lạp năm trước công nguyên xuất số luận văn có ý định tổng kết phát triển vài vấn đề thủy lực Nhà toán học ácsimét (287-212 trước công nguyên) để lại luận văn thủy tĩnh học vật nổi, có sụ lý luận ổn định vật mà 20 thÕ kû sau ng­êi ta còng kh«ng cã bỉ sung đáng kể Cùng trường phái Alécdăngđờri với ácsimét, có Stêdibibốt phát minh máy bơm chữa cháy, đồng hồ nước, đàn nước v.v PhilenđờBiđaxơ phát triển lý thuyết siphôn, Heron Alécdăngđờri miêu tả nhiều cấu thủy lực v.v Thêi kú cỉ La m· Ng­êi La m· m­ỵn nhiều văn minh Hy lạp, tập trung sức vào chiến chinh va cai trị Họ xây dựng nhiều cầu dẫn nước, phần lớn có mặ cắt chữ nhËt réng tõ 0,60 ®Õn 0,80, cao tõ 1,5 ®Õn 2,4 m, đặt nhiều hệ thống cấp nước chì đất nung, có đồng đá.ở đầu nguồn , đập dâng nước Họ đào nhiều giếng, biết dùng bể lắng v.v Kỹ sư xây dựng người La mã Phờrôntin, cuối thể kỷ thứ sau công nguyên, miêu tả phương pháp đo lưu lượng vòi Thời kỳ trung cổ Sau sụp đổ đế chế La mã, thời kỳ dài khoảng nghìn năm, sản xuất, văn hoá, khoa học ngừng trệ, môn thủy lực không phát triển Thời kỳ Phục hưng - Sự xuất phương pháp thực nghiệm Trong nửa sau kỷ thứ XV kỷ thứ XVI, bắt đầu phát triển nghiên cứu thực nghiệm Thời kỳ xuất nhà bác học lỗi lạc ý LêônađơVanhxi (1425-1592), xuất sắc lĩnh vực hội họa, điêu khắc, âm nhạc, vật lý, giải phẫu, thực vật, địa chất, học, xây dựng, kiến trúc Về mặt thủy lực học, mặt ông thiết ke điều khiển xây dựng công trình thoát nước công trình cảng miền Trung nước ý mặt khác ông nghiên cứu nguyên tắc làm việc máy nén thủy lực, khí động học vật bay, phân bố vận tốc xoáy nước, phản xạ giao thoa  Trang: Trường Cao Đẳng Nghề Nam nh Khoa Thu Li sóng, dòng chảy qua lổ đập v.v ; ông phát minh máy bơm ly tâm, dù, đo gió Những công trình ông viết nghìn trang thảo lưu lại nhiều thư viện Luânđôn, Pari, Milan, Turin v.v Do đó, coi LêônađơVanhxi người s¸ng lËp khoa häc thđy lùc Trong thêi kú Phục hưng, cần phải kể đến công trình nhà toán học- kỹ sư Hà lan Simôn Stêvin (1548-1620) phát triển thủy tĩnh học, đặc biệt phân tích đắn lực tác dụng chất lỏng lên diện tích phẳng giải thích nghịch lý thủy tĩnh học Nhà vật lý, học, thiên văn học ý Galilê (1564-1642) đac sức cản thủy lực tăng theo gia tăng vận tốc gia tăng mật độ môị trường lỏng; ông phân tích vấn đề chân không Thủy lực häc sau thêi kú Phôc h­ng, ë thÕ kû XVII đầu kỷ XVIII Tiếp theo LêônađơVanhxi, trờng phái thđy lùc ý vÉn nỉ bËt nh÷ng thÕ kû XVI XVII Casteli (1517-1644) trình bày dạng sáng sủa nguyên tắc tính liên tục Tôrixêli (1608-1647) làm sáng tỏ nguyên tắc dòng chảy qua lổ sáng chế áp kế thủy ngân Trường phái thủy lực Pháp bắt đầu xuất từ kỷ XVII vói Mariốt (1620-1684), tác giả sách luận chuyển động nước chất lỏng khác, Pascan (1623-1662) xác lập tính chất không phụ thuộc trị số áp lực thủy tĩnh hướng đặt diện tích chịu lực, giải thích triệt để vấn đề chân không, nguyên tắc máy nén thủy lực, nêu lên nguyên tắc Pascan truyền áp suất thủy tĩnh Các vấn đề thủy lực luc nghiên cứu cách riêng rẽ chưa liên hệ với thành hệ đầy đủ tính khoa học; phải đợi phát triển toán học vàcơ học, có sở để đưa thủy lực học thực trở thành khoa học đại Chính thời kỳ toán học học có tiến lớn, góp phần chuẩn bị cho phát triển thủy lực học Cần kể đến nhà toán học Pháp Đêcáctơ (1598-1650), Pascan (1623-1662), nhà toán học, vật lý, thiên văn học Hà lan Huyghen (1629-1695), nhà toán học, co học Anh Húccơ ( 1635-1703), Niutơn (1643-1727), nhà toán học Đức Lépnítdơ (1646-1716) v.v Thời kỳ cuối kỷ XVIII a) Sự hình thành sỏ lý thuyết học chất lỏng đại Nhờ phát triển toán học va học, sở học chất lỏng đại hình thành nhanh chóng; công lao trước hết ba nhà bác học kỷ XVIII: Đanien Bécnuiy, Ơle Đatămbe Đanien Bécnuiy (1700-1782) nhà vật lý toán học xuất sắc, sinh Gơrooninhghe (Hà lan); từ 1725-1733 sống ỏ Pêtécbua (Nga) giáo sư viện sĩ viện Hàn lâm Pêtécbua; ông viết công trình tiếng Thủy động lực học (năm 1738), ông đac đưa sỏ lý luận phương trình chuyển động ổn định chất lỏng lý tưởng mang tên ông, mà ông lập luân cho dòng Trang: Trng Cao ng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi nguyªn tè, theo nguyªn tắc bảo toàn động Lêôna Ơle (1707-1783), nhà toán học, co học vật lý vĩ đại- sinh Balơ (Thụy sĩ), sống o Pêtécbua từ 1727 đến 1741, từ 1766 đến hết đời; ông la viện sĩ viện Hàn lâm Pêtécbua Ông tiếng với phương pháp nghiên cứu yếu tố thủy lực điểm cố định, gọi la phương pháp Ơle, với phương trình vi phân chuyển động chất lỏng lý tưởng mang tên ông, làm sở cho thủy động lực học; ông đac khái quát chương trình vi phân liên tục Đalămbe thành dạng chung dùng cho chất khí, ông đac suy từ phương trình vi phân nói phương trinh Bécnuiy Ông nghiên cứu máy thủy lực người nêu lên công thức máy tuốcbin Đalămbe(1717-1783), nhà toán học triết học; viện sĩ viên Hàn lâm khoa hoc Pháp nhiều nươc khác, kể ca viên Hàn lâm Pêtécbua (từ năm 1764) Ông có luận văn chuyển động cân chất lỏng Trong thời gian nay, hai nhà toán học Pháp có nhiều cống hiến cho học chất lỏng là: Lagơrăngggiơ (1736-1813), phát triển công trình Ơle, đưa vào phương pháp nghiên cứu phần tử định chất lỏng chuyển động gọi la phương pháp Lagơrăngggiơ; ông đề khái niệm lực tốcvà hàm số dòng làm sở cho việc nghiên cứu chuyển đọng thế, viết cho công trình nghiên cứu sóng di động có đọ cao vô nhỏ kênh có đọ sâu hữu hạn; Laplaxơ (1749-1824) sáng tạo lý thuyêt độc đáo sóng mặt chất lỏng lý thuyết tính mao dẫn; ông sáng tạo toán học Laplaxơ dùng thủy động học Những kết qủa nghiên cứu nhà toán học nói tạo nên sỏ lý thuyết cho học chất lỏng đại, kết chưa phải đac đươc sử dụng trực tiếp vào thủy lực nên có thời ky học chất lỏng phát triển nghành toán học với lời giải đẹp thủy lực phát triển ngành kỹ thuật với ứng dụng phong phó b) Sù xt hiƯn ph­¬ng h­íng øng dơng học chất lỏng (phương hướng thủy lực Bên cạnh phương hướng lý thuyết nói học chất lỏng, xuất theo phương hướng ứng dụng kü tht tøc la ph­¬ng h­íng thđy lùc, chđ u trường phái Pháp xây dựng nên Những đại diện suất sắc trường phái là: Pitô (1695-1771) - Kỹ sư thủy công Viện sĩ Viện Hàn lâm khoa học Pari, sáng chế ống Pitô để đo vận tốc dòng chảy; Sedi (1718-1798) - Giám đốc trường Cầu đường, lập công thức mang tên ông, nghiên cứu dòng chảy kênh với mục đích tìm sức cản thành rắn đáy kênh gây ra; Boócđa(1733-1794) Kỹ sư, nghiên cứu dòng chảy khỏi lỗ tìm tổn thất Boócđa lòng dẫn mở đột ngột; Bôtsuy (1730-1814) làm nhiều thí nghiệm mô hình để xác định sức cản dòng chảy vật ngập có hình dạng khac nhau; Đuyboa (1734-1809) tiếng với công trình nguyên lý thủy lực học coi người sáng tạo kü tht thùc nghiƯm cđa tr­êng ph¸i thđy lùc Ph¸p, ông tiến hành nhiều thí nghiệm nhằm tìm giải pháp thực tế; ông phân tích nhiều dòng chảy,đều dựa cân gia tốc trọng lực gây va sức cản thành rắn; ông đI đến công thức tương Trang: Trng Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi tù nh­ Sedi ông đưa khái niệm bán kính thủy lực;những công trình nghiên cứu cuat Đuyboa có nhiều ảnh hưởng Âu châu vào cuối kỷ XVIII đầu kỷ XIX Hai nhà thủy lực thực nghiệm thường kể đến là: giáo su ng­êi ý Venturi (1764-1822) lµm nhiỊu thÝ nghiƯm vỊ dòng nước chảy qua vòi thiết bị dạng hội tụ khuếch tán mang tên ông kỹ sư người Đức Vônman (1757-1837) nghiên cứu lưu tốc kế đo lưu lượng sông Nhờ hoạt động nghiên cứu nhà bác học, kỹ sư theo hướng tực nghiệm kỹ thuật nói trên, môn thủy lực đạt nhiều tiến số mặt chđ u la: cã nhiỊu s¸ng chÕ vỊ dơng đo lường ống đo áp, ống Pitô, lưu tốc kế Vônman, lưu thượng kế Venturi v.v ; sử dụng mô hình để nghiên cứu tượng thủy lực thiết kế công trình ; xây dựng công tức tính toán lý thuyết hết hợp với hệ số điều chỉnh, xác đinh kết thÝ nghiƯm Sù ph¸t triĨn cđa thđy lùc häc ë thÕ kû thø XIX a) C¬ häc chÊt láng øng dơng trùc tiÕp ph¸t triĨn nhanh chãng ë Ph¸p nhiều nước khác Hai nhà bác học Haghen (Đức) Râynôn (Anh) có công lao phân biệt hai trạng thái chảy: chảy tầng chảy rối, với qui luật khác sức cản Nhiều nhà khoa học nghiên cứu sức cản thủy lực Culông, Poadơi, Haghen,Đácxy, Vétsbát, Sanhvơnăng v.v Dòng chẩy kênh hở trọng nghiên cứu Về dòng đều, nhiều thí nghiệm tiến hành nhằm xác định thông số công thức Seđi công trình thí nghiệm Badanh,Găngghilê, CốttaManinh Về dòng ổn định không đều, đổi dần nghiên cứu đườnh mặt nước, độ sâu phân giới, nước chảy, hệ số sửa chữa động năng, hệ số sửa chữa động lượng nhà khoa học Bêlănggiê, Brexơ, Biđôn Côriôlít,Vôchiê, Buxinéttcơ, Đuypuy Buđanh, Sanhvơnăng Về dòng không ổn định, sang Rútsen, Bađanh, Sanh-vơnăng, Buxinéttcơ, Đuypuy Bêlănggiê, Bađanh, Boócđa, Buxinéttcơ, Vétsbát nghiên cứu dòng chảy qua lổ vàđập tràn.Bắt đầu có công trình nghiên cứu dòng có hạt lơ lửng tải vật rắn Đuypuy,Đácxy, Fácgơ, Đuyboa Dòng thấm nghiên cứu Đácxy, Đuypuy, Buxinéttcơ Cuối thêt kỷ thứ 19 lĩnh vực nghiên cứu thí nghiệm mô hình phát triển thêm ba hướng mới: nghiên cứu mô hình ống khí động học, bể thử tàu, mô hình sông có đáy di dộng Những nguyên tắc tương tự thủy động lực học vag tiêu chu Về máy thủy lực, có Buốcđin, Fuốcnâyrôn, Peltôn nghiên cứu tuốc bin thủy lực: Stêven, Smit, Erichsơn, nghiên cứu máy đẩy cánh quạt dùng cho tầu thủy Riêng nước Nga, hướng ứng dụng học chất lỏng, nẩy sinh từ công trình Lômônôxốp, bắt đầu phát triển từ kỷ thứ XIX với công trình bác học, giáo sư trường kỹ sư giao thông Pêtécbua Melnicôp, Clukhốp Xôcôlốp, Cốtliaxépxki, Mắcximencô, Mécsinhgơ v.v b) Cơ học chất lỏng cổ điển kỷ 19 tiếp tục phát triển theo hướng toán học gópphần vào tiến thủy lực Naviê Stốc hoàn thành hệ thống phương trình vi phân chuyển động Trang: Trng Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi cña chÊt lỏng nhớt, làm sở cho động lực học chấtt lỏng nhớt Hai nhà vật lý Đức Hemhôn Kiếcsốp vận dụng phép biến đổi bảo giác (Do Lagơrănggiơ Côsy sáng tạo Riêman, Csittô-fen Svácxơ phát triển) để nghiên cứu chuyển động phẳng Buxinétxcơ với công trình lớn Về lý thuyết dòng sông (1872) coi đóng vai trò quan trọng phát triển thủy động lực học, thủy lực Râynôn để lại công trình lớn cho thủy động lực học Nhứng nghiên cứu cứu Kelvin (dòng không xoáy chuyển đỗng xoáy, triều, sóng), mà Râylai (xâm thực, tương tự động lực học) góp phần thúc đẩy thủy động lực học Nga nhà bác học Pêtơrốp nghiên cứu qui luật nội ma sát bôi trơn, Giucốpxki- sáng tạo lý thuyết sức nâng thủy động lực, nước Gơrômêcô đặt sở cho lý thuyết dòng xoắn, nghiên cứu lý thuết tượng mao dẫn Những khuynh hướng phát triển thủy lực học lĩnh vực xây dựng công trình đầu kỷ 20 Sang đầu kỷ 20, phải giải nhiều vấn đề thực tiễn sản xuất, khoa học thủy lực chia thành nhiều nghanh chuyên sâu, ứng với kỹ thuật khác nhau: thí dụ thủy lực công trình xây dựng, thủy lực công nghệ chế tạo máy, thủy lực công nghệ đóng tàu, thủy lực công nghệ hoá học v.v Nói riêng lĩnh vực xây dựng bản, khoa học thủy lực lại phân thành phận riêng nghiên cứu sâu như: thủy lực kênh hở; thủy lựchạ lưu công trình dâng nước; thủy lực dòng có cột nước cao; thủy lực hạ lưu nhà máy thủy điện, thủy lựcđường ống; thủy lực dòng thấm, nước ngầm; dòng không ổn định; lý thuyết sóng;dòng thứ cấp; dòng mang bùn cát v.v Ngoài đặc điểm phân ngành sâu vừa nói trên, khoa học thủy lực sang kỷ20 ngày gắn bó với học chất lỏng, phương pháp nghiên cứu thí nghiệm phương pháp nghiên cứu lý luận ngày kết hợp chặt chẽ vói Đòng thời hình thành hệ thống phương pháp nghiên cứu vấn đề thủy lực như: phương pháp nghiên cứu phần tử chất lỏng; phương pháp nghiên cứu trị số trung bình; phương pháp tương tự phương pháp phân tích thứ nguyên; phương pháp thực nghiệm v.v Trước hết cần nêu thành tựu học chất lỏng, có thúc đẩy việc nghiên cứu phương pháp thủy lực Đó là: lý thuyết nửa thực nghiệm rối với Pơranlơ, Taylo, Cácman v.v lý thuyết lớp biên Pơrantơ (1875-1953); công trình tư g sông lớn đồng Bắc bộ, nhiều kênh ngòi đào thêm nạo vét lại.của Bladiút (sinh 1837), lần nêu ống trơn, hệ số cản phụ thuộc số Râynôn; phân bố vận tốc sức cản dòng rối ống Cácman (1881-1963),ngoài nhà nghiên cứu thuộc trường phái Pơrantơ, nhà nghiên cứu khác trường phái, với đóng góp tiếng như: Tôlmiên, Sile (sức cản ống), Slie-ting( lớp biên), Nicurátsơ ( tỉn thÊt cét n­íc èng) v.v høong nghiªn cứu bàng phân tích thứ nguyên đề BúcKinhgam (1887-1940), Bơrít-man (1882 ) v.v Vêbe (1871-1951) đưa hình thức đại nguyên tắc tương tự thủy động lực Về mặt thủy lực, thời gian đầu kỷe 20, xuất nhiều công trình nghiên cứu lớn Foócccơrâyme (1852-1933), nghiên cứu søc c¶n  Trang: Trường Cao Đẳng Nghề Nam nh Khoa Thu Li thủy lực, sóng di đông, thấm v.v Bakhơmêchiép (1880-1951), với phương pháp tích phân phương trình vi phân chuyển động không kênh lăng trụ; Ăngghen (1854-1945), Rêbốc (1864-1950) chủ trì phòng thí nghiệm lớn Đơrétsđơ, Cáclơruhe (Đức); Timônốp (1862-1936) Pêtơrôgrát, Sáp-fernác (1839-1951), Viên, Maiyer Pêter (1883), Duyrích, Gibson (1878) Mánester Pháp nhà thủy lực tiếng Caminsen (1871-1966), ét scanđơ chủ trì phòng thí nghiệm thủy lực Tuluđơ lớn Mỹ tiến hành nhiều thí nghiệm sân mô hình thực địa, thủy nông, Scôbây nghiên cứu sức cản kênh tưới Yácnen nghiên cứu dòng chảy ống tưới, Pácsan (1881-1951) ống Venturi Sự thắng lợi cách mạng xã hội chủ nghĩa tháng 10 Nga vĩ đại giải phóng sức sản xuất đẩy mạnh công xây dựng kinh tế Liên Xô, làm cho khoa học ký thuật Liên Xô có bước tiến vượt bậc Khoa học thủy lực Liên Xô phát triển nhanh nhiều mặt đứng hàng đầu giới Viện sĩ Pavơlốpski (1884-1937) có cống hiến để xây dựng phát triển khoa học thủy lực xô viết, với công trình nghiên cứu nhiều lĩnh vực thủy lực khác sáng tạo lý luận chuyển động không đểutong môi trường thấm, phương pháp tương tự điện thủy, sức cản thủy lựcv.v Viện sĩ Vêlicanôp (1879-1964) x©y dùng lý thut träng lùc cđa sù chun động bùn cát diễn biến lòng sông, đề xuất lý thuyết trọng lực chuyển động bùn cát lơ lửng N.M Bécnátski (1817-1935) đề nghị mô hình chuyển động bình diện Nhiều ngành thủy lực chuyên môn phát triển mạnh Liên Xô thủy lực ống có áp (như A.D Ansun, N.Z Fơrenken, F A SªvªlÐp v.v ), thđy lùc kªnh hë (nh­ I I Agơrốtskin, M Đ Séctôuxốp, S A Cơritschianôvich v.v ), thủy lực công trình (A N Akhuchin, E A Damarin, I I Lêvi, A N Rakhơmanôp, D I Cumin v.v ), thủy lực dòng thấm (V I.Aravin, S N Numêrôp, R R Sugp v.v ) v.v ë c¸c n­íc x· héi chđ nghÜa kh¸c, khoa häc thđy lùc còng ph¸t triển nhanh.của Bladiút (sinh 1837), lần nêu ống trơn, hệ số cản phụ thuộc số Râynôn; phân bố vận tốc sức cản dòng rối ống Cácman (1881-1963),ngoài nhà nghiên cứu thuộc trường phái Pơrantơ, nhà nghiên cứu khác trường phái, với đóng góp tiếng như: Tôlmiên, Sile (sức cản ống), Slie-ting( lớp biên), Nicurátsơ ( tổn thất cột nước ống) v.v hứong nghiên cứu bàng phân tích thứ nguyên đề BúcKinhgam (18871940), Bơrít-man (1882 ) v.v Vêbe (1871-1951) đưa hình thức đại nguyên tắc tương tự thủy động lực Về mặt thủy lực, thời gian đầu kỷ 20, xuất nhiều công trình nghiên cứu lớn Foócccơrâyme (1852-1933), nghiên cứu sức cản thủy lực, sóng di đông, thấm v.v Bakhơmêchiép (1880-1951), với phương pháp tích phân phương trình vi phân chuyển động không kênh lăng trụ; Ăngghen (1854-1945), Rêbốc (1864-1950) chủ trì phòng thí nghiệm lớn Đơrétsđơ, Cáclơruhe (Đức); Timônốp (1862-1936) Pêtơrôgrát, Sáp-fernác (1839-1951), Viên, Maiyer Pêter (1883), Duyrích, Gibson (1878) Mánester Pháp nhà thủy lực tiếng Caminsen (1871-1966), ét scanđơ chủ trì phòng thí nghiệm thủy lực Tuluđơ lớn Mỹ tiến hành nhiều thí nghiệm sân mô hình thực địa, thủy nông, Scôbây nghiên cứu sức cản Trang: Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi kênh tưới Yácnen nghiên cứu dòng chảy ống tưới, Pácsan (1881-1951) ống Venturi Sự thắng lợi cách mạng xã hội chủ nghĩa tháng 10 Nga vĩ đại giải phóng sức sản xuất đẩy mạnh công xây dựng kinh tế Liên Xô, làm cho khoa học ký thuật Liên Xô có bước tiến vượt bậc Khoa học thủy lực Liên Xô phát triển nhanh nhiều mặt đứng hàng đầu giới Viện sĩ Pavơlốpski (1884-1937) có cống hiến để xây dựng phát triển khoa học thủy lực xô viết, với công trình nghiên cứu vỊ nhiỊu lÜnh vùc thđy lùc kh¸c nh­ s¸ng tạo lý luận chuyển động không đểutong môi trường thấm, phương pháp tương tự điện thủy, sức cản thủy lựcv.v Viện sĩ Vêlicanôp (1879-1964) xây dựng lý thuyết trọng lực chuyển động bùn cát diễn biến lòng sông, đề xuất lý thuyết trọng lực chuyển động bùn cát lơ lửng N.M Bécnátski (1817-1935) đề nghị mô hình chuyển động bình diện Nhiều ngành thủy lực chuyên môn phát triển mạnh Liên Xô nh­ thđy lùc vỊ èng cã ¸p (nh­ A.D Ansun, N.Z Fơrenken, F A Sêvêlép v.v ), thủy lực kênh hở (như I I Agơrốtskin, M Đ Séctôuxốp, S A Cơritschianôvich v.v ), thủy lực công trình (A N Akhuchin, E A Damarin, I I Lêvi, A N Rakhơmanôp, D I Cumin v.v ), thđy lùc dßng thÊm (V I.Aravin, S N Numêrôp, R R Sugaép v.v ) v.v c¸c n­íc x· héi chđ nghÜa kh¸c, khoa häc thđy lực phát triển nhanh 10 Thủy lợi khoa häc thđy lùc ë ViƯt Nam ë ViƯt Nam «ng cha ta biết lợi dụng nước để phục vụ nông nghiệp kể từ thời kỳ đồ đá cũ (30 vạn năm trước), đồ đá (1 vạn năm), đồ đá (5.000 năm), đến thời đại đồ đồng (4.000 năm - Hùng Vương dựng nước) Từ đầu công nguyên trở (thời kỳ đồ sắt phát đạt) công trình thủy lợi tiếp tục phát triển, hệ thống đê điều dần dân hình thành dọc nhữn Theo Cương mục biên, năm 938 thời Lê Hoàn, đào sông từ núi Đồng Cổ (Yên Định Thanh Hoá) đến sông Bà Hoà (Tĩnh Gia Thanh Hoá) thuyền bè lại tiện lợi Về đời Lý (thế kỷ XI), nhiều đoạn đê quan trọng dọc theo sông ngòi lớn vùng đồng đắp, quan trọng đê Cơ xá (đê sông Hồng, vùng Thăng long) đắp vào mùa xuân năm 1168 Một số kênh ngòi la vùng Thanh Hoá, tiếp tục đào khơi sâu thêm Nền nông nghiệp nước ta vùng đồng thường bị ngập lụt hạn hán đe dọa; công trình thủy lợi tạo điều kiện quan trọng để phát triển nông nghiệp Sang đời Trần (từ kỷ XIII) công việc đắp đê phòng lũ tiến hành năm với qui mô lớn Năm 1248, thời Trần Thái Tôn đắp đê từ đầu nguồn đến bờ biển gọi đê Quai Vạc Hệ thống đê điều dọc sông lớn đồng Bắc Bộ đến thời Trần xây dựng năm tu bổ; vấn đề xây dựng bảo vệ đê điều trở thành chức quan träng cđa chÝnh qun vµ lµ nhiƯm vơ cđa toàn dân Đến đời Lê (thế kỷ XV), coi trọng việc tu bổ, kiểm tra đê điều Thời Lê sơ, khôi phục nhiều công trình, năm 1428 khơi lại kênh Trường An, Thanh Hóa,Nghệ Tĩnh năm 1445 Nhân tông khơi sông Bình Lỗ (huyện Kim Anh,Vĩnh Phú), thông suốt đến Bình Than Năm 1467, đê ngăn nước mặn vùng Nam Sách, Thái Bình bồi đắp lại, đào nhiều Trang: Trng Cao ng Ngh Nam nh Khoa Thu Li kênh mương để tưới ruộng vận tải tiện lợi Di tích đoạn đê nước mặn đến nay, nhân dân thường gọi đê Hồng Đức ( niên hiệu Lê Thánh Tông) Thanh Hoá nhiều sông đào khai thác từ kỷ XV, đến mang tên la sông nhà Lê Từ kỷ XVI, chế độ quân chủ chuyên chế hậu gây ra- cát nội chiến - cản trở phát triển sức sản xuất Tuy nhiên nhân dân không ngừng đấu tranh để bảo vệ làng xóm quê hương, bảo vệ sống m×nh Sang thÕ kû XVIII giai cÊp phong kiÕn b­íc vào giai đoạn khủng hoảng sâu sắc toàn diện; nông nghiệp đình đốn đằng đằng Døoi triỊu Ngun (thÕ kû XIX) kinh tÕ n«ng nghiƯp còng ngµy cµng sa sót, triỊu Ngun bÊt lùc việc chăm lo, bảo vệ đê điều công trình thủy lợi nên nạn đê vỡ, lụt lôik xảy liên tiếp Riêng đê sông Hồng ỏ Khoái Châu (Hải Hưng) đời Tự Đức bị vỡ 10 năm liền dân nghèo phải bỏ làng, phiêu bạt xứ sở Tình hình nông nghiệp buộc nhà Nguyễn phải đề sách khẩn hoang, bắ đầu từ triều Nguyễn đẩy mạnh triều Minh Mệnh Trong khoảng 1828-1829, với cương vị doanh điền sứ, Nguyễn Công Trứ đề hình sách doanh điền, thực khẩn hoanh, theo lối di dân, lập ấp, lập thành huyện Kim Sơn Hà Nam Ninh Tiền Hải (Thái Bình); ông lợi dụng địa hình để đắp đê mở mang hệ thống thủy nông cách hợp lý, khoa học Do kết đó, sách doanh điền áp dụng nhiều nơi la Nam Kỳ Song thời kỳ Pháp thuộc, năm đô hộ, thực dân Pháp làm số công trình thủy lợi để phục vụ sách bóc lột thuộc địa chúng, biện pháp hiệu để chống hạn, úng, lụt, xói mòn để đảm bảo sản lượng ruộng đất ổn định đời sống nhân dân an toàn Sau cách mạnh tháng Tám năm 1945 thành công, sau kháng chiến chống thực dân Pháp thắng lợi, miện Bắc giải phóng hoàn toàn, nghiệp thủy lợi phát triển mạnh mẽ Công tác thủy lợi biện pháp hàng đầu đảm bảo cho việc phát triển nhanh vững nông nghiệp Đã xây dựng miền Bắc mạng lưới thủy nông, gồm 60 hệ thống thủy nông loại lớn loại vừa có khả tưới nước cho triệu tiêu cho 1,1 triệu ruộng đất canh tác Công tác củng cố bảo vệ đê, hộ đê, phân lũ, làm chậm lũ bảo vệ sản xuất an toàn cho nhân dân Công trình thủy điện Thác Bà với công suất 108.000 kW loạt công trình thủy điện nhỏ Bàn Thạch, Nahan, suối Củn, Cấm Sơn v.v Đã xây dựng đội ngũ cán khoa học kỹ thuật thủy lợi có khả thiết kế, quản lý thi công công trình tương đối lớn hệ thống trường đại học viện nghiên cứu, viện thiết kế phục vụ yêu cầu nghiệp thủy lợi Sau miền Nam hoàn toàn giải phóng, công tác thủy lợi miền Nam triển khai manh mẽ phục vụ yêu cầu phát triển nông nghiệp yêu cầu cải tạo xây dựng kinh tế đạt nhiều thành tích to lớn Về mặt khoa học thủy lực, môn thủy lực giảng dạy thành môn sở kỹ thuật trường kỹ thuật nước ta, hình thành mốt số phòng thí nghiệm thủy lực, nghiên cứu giải số vấn đề thủy lực, vấn đề tính toán dòng không ổn định viƯc tÝnh lò, triỊu,  Trang: Trường Cao Đẳng Ngh Nam nh Khoa Thu Li vấn đề thủy lực công trình, chuyển động bùn cát, dòng thấm, máy thủy lực v.v Trong giai đoạn mới, nhiệm vụ khai thác chỉnh trị dòng sông, lợi dụng nguồn nước để phục vụ nghành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải nhu cầu khác to lớn, đòi hỏi khoa học thủy lực nước ta phải phát triển mạnh mẽ, nhanh chong tiếp thu thành tựu đại giới, vận dụng sáng tạo vào điều kiện nước ta, sâu nghiên cứu vấn đề riêng nước ta để có đủ khả giải nhiều vấn đề thủy lực phức tạp, tiến lên đuổi kịp trình độ nước tiên tiÕn, x©y dùng  Trang: 10 Trường Cao Đẳng Nghề Nam nh Khoa Thu Li Trong dòng chảy rối =fl() nªn  d  f ( , l, d ) Do mà người ta nói "ở trạng thái chảy rối , tổn thất cột nước dọc đường tỷ lệ với bình phương lưu tốc trung bình dòng " gọi phạm vi cho phép tính toán tổn thất gọi phạm vi "bình phương søc kh¸ng  Trang: 37 Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi 3)C«ng thøc tÝnh hƯ sè : Cã rÊt nhiỊu c«ng thøc tÝnh hƯ sè  nh­ng đưâ số công thức thường hay dùng : a)ống trơn (trạng thái thành tron thuỷ lùc ) : «t  (4(1,8 lg R e  1,52) 10)  « n  f ( R e ) Theo c«ng thøc (4-10) Re Re Rz «n «n «n 4.000 45.000 450.000 5.000 50.000 500.000 6.000 60.000 600.000 7.000 70.000 700.000 8.000 80.000 800.000 10.000 100.000 1000.000 15.000 150.000 1500.000 20.000 200.000 2000.000 25.000 250.000 2500.000 30.000 300.000 3000.000 35.000 350.00 3500.000 40.000 400.00 b)èng nh¸m :(trong phạm vi bình phương sức kháng) ôn (4-11) A.R (a lg )  Trong ®ã : 2,3 số không phụ thuộc vào độ nhám thµnh èng a 8. A - H»ng sè , phơ thuộc vào độ nhám Theo số liệu thí nghiệm Nicuratze , ống có mố nhám , A=14,8 ; = 0,40 a =2 c)Đối với ống nhám thuỷ lực (A.R = A.d/4) : 0,25 ôn (4-12) 3,7.d (lg ) Bảng sau ghi trị số ôn phụ thuộc vào d tÝnh theo c«ng thøc (4-12) «n = f(d,) theo c«ng thøc (4-12) d(mm)  = 0,1(mm)   = 0,2(mm)  = 0,3(mm) Trang: 38  = 0,4(mm) Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi 27 0,0278 0,0343 0,0393 36 257 314 358 41 247 302 342 53 231 279 315 68 216 260 293 81 207 248 278 10 196 234 262 125 186 221 246 159 176 208 231 205 166 195 216 259 158 185 204 307 152 177 196 355 147 171 188 402 144 167 183 468 143 166 183 Hoặc dùng công thức Siprinsơn : 0,11.4 d Trong đó: độ nhám ống tra bảng Bảng : Độ nhám ống Loại ống ống thép đặt cẩn thận ống thép quét bi tum èng dÉn n­íc b»ng thÐp ®ang thêi kú sư dụng ống thép bị ăn mòn mạnh ống thép , thành ống bị lắng đọng nhiều ống gang míi èng ®Én n­íc b»ng gang ®· cò èng gang bị ăn mòn mạnh ống bê tông mặt trát nhẵn ống bê tông chất lượng thi công trung bình ống bê tông mặt nhám ống bê tông cốt thép ống xi măng atbet cũ 0,0472 426 406 372 343 324 304 284 265 247 232 222 214 207 206 (4-13)  (mm) 0,065  0,100  0,4 1,2  1,5 2,0 2,0  4,0 0,25  1,0 1,4 3,0 0,3  0,8 2,5 3,0  9,0 2,5 0,6 4)Công thức Sêzi : Để thuận tiện tính toán tổn thất cột nước dòng chảy rối khu vực bình phương sức kháng người ta viết công thức (4-9) thµnh : 2.g.d h d v2  (4-9')  l  Trang: 39 Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Thay d = 4R , Khoa Thuỷ Lợi hd  J vào công thức (4-9') ta : l 8.g R.J  8.g Hay v  R.J  8.g Đặt C : 8.g (4-9") C (4-14) v C R.J (4-14) công thức Sêzi - Đây công thức dòng ổn định chảy rối lòng dẫn nói chung (kênh , mương , máng ) Từ công thức (4-16) ta suy : (4Q  v.  .c RJ v2  15a) J v2  Q2 (4-15b) 2 c R v2 Q2 (4-15c) h d  J.l  l  2 l c R  c R Trong đó: v- Lưu tốc trung bình (m/s) R- Bán kính thuỷ lực (m) - Diện tích mặt cắt ướt (m2) J- Độ dốc thuỷ lực Q- Lưu lượng (m3/s) c- HƯ sè Sªzi (m1/2/s) 5)TÝnh hƯ sè Sªzi C : a)C«ng thøc Maninh : 16 (4-16) C R n Công thức Maninh phù hợp với dòng chảy ống kênh nhỏ có n