(Luận văn thạc sĩ file word) 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

(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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(Luận văn thạc sĩ file word) 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 LỜI CAM ĐOAN Theo Quyết định số 2039/QĐ-ĐHTL ngày 27 tháng 10 năm 2015 Hiệu trường Trường Đại học Thủy lợi, việc giao đề tài luận văn cán hướng dẫn cho học viên cao học đợt năm 2015, nhận đề tài “ Ứng dụng phương pháp số tính tốn dịng chảy xiết dốc nước có đoạn thu hẹp – Áp dụng tính tốn tràn xả lũ hồ chứa” hướng dẫn thầy giáo TS Lê Thanh Hùng Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu tôi, không chép Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đăng tải tài liệu trang website theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Hà Nội, ngày tháng Tác giả luận văn Đào Thị Mai năm LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chun ngành Xây dựng cơng trình Thủy Lợi với đề tài: “Ứng dụng phương pháp số tính tốn dịng chảy xiết dốc nước có đoạn thu hẹp – Áp dụng tính tốn tràn xả lũ hồ chứa” hoàn thành với giúp đỡ tận tình Thầy giáo, giáo Bộ mơn Thủy Cơng, Khoa Cơng trình, Trường đại học Thủy lợi bạn bè Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy giáo, giúp đỡ bạn bè tập thể lớp 22C11, đặc biệt thầy giáo TS Lê Thanh Hùng bảo, hướng dẫn tận tình, truyền đạt kiến thức cho em hồn thành luận văn tốt nghiệp Mặc dù thân cố gắng kinh nghiệm thực tế khơng có, lại vướng bận nhiều chuyện gia đình nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy giáo góp ý cho em để em biết sai sót biết thêm để em có thêm kiến thức để áp dụng thực tiễn Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày tháng năm Sinh viên thực Đào Thị Mai MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU ix Tính cấp thiết đề tài ix Mục đích Đề tài x Đối tượng phạm vi nghiên cứu x Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu x Cấu trúc luận văn xi CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BÀI TỐN DỊNG XIẾT TRÊN DỐC NƯỚC 1.1 Tổng quan dốc nước dòng chảy dốc nước 1.1.1 Tổng quan dốc nước 1.1.2 Tổng quan dòng chảy dốc nước 1.1.3 Các đặc điểm dòng xiết 1.1.4 Các biện pháp cơng trình để điều khiển dịng xiết 1.2 Tổng quan phương pháp tính tốn dịng chảy xiết dốc nước 1.2.1.Tính tốn ĐKDX theo sơ đồ dòng chảy ổn định, chiều theo phương pháp cộng trực tiếp 10 1.2.2 Phương pháp tích phân gần 11 1.2.3 Phương pháp số 11 1.3 Các dạng tốn tính tốn dịng chảy xiết dốc nước .14 1.4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu luận văn 14 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN DỊNG CHẢY XIẾT TRÊN DỐC NƯỚC CĨ ĐOẠN THU HẸP 16 2.2 2.2.1 Phương pháp giải tích thơng thường 16 Tính tốn ĐKDX theo sơ đồ dòng chảy ổn định, chiều theo phương pháp cộng trực tiếp 16 2.2.2 2.2 Phương pháp tích phân gần 17 Hệ phương trình nước nơng 18 2.2.1 Hệ phương trình nước nông 18 2.2.2 Tính chất tốn học 20 2.2.3 Bài toán Riemann 24 2.2.4 Bài toán Stoker ritter 26 2.3 Phương pháp số giải hệ phương trình nước nơng 35 2.3.1 Tính tốn ĐKDX theo sơ đồ dịng chảy hai chiều theo phương pháp đường đặc trưng .35 2.3.2 Phương pháp sai phân hữu hạn 37 2.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 43 2.3.4 Phương pháp thể tích hữu hạn 44 2.4 Kết luận chương 47 CHƯƠNG III ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ TÍNH TỐN CHO CƠNG TRÌNH THỰC TẾ 49 3.1 Giới thiệu công trình tràn xả lũ 49 3.1.1 Lý lịch cơng trình, cấp cơng trình 49 3.1.2 Hiện trạng thông số kỹ thuật 49 3.2 Tính tốn thủy lực dịng xiết dốc nước có đoạn thu hẹp: 51 3.2.1 Tính tốn theo phương pháp giải tích thơng thường 51 3.2.2 Tính tốn theo phương pháp số 54 3.2.3 Phân tích kết tính toán, đánh giá phương pháp số 61 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 63 Kết đạt Luận văn: 63 Một số vấn đề tồn tại: 64 Hướng tiếp tục nghiên cứu: 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sóng gián đoạn đường tràn đập Bennet (Canada) Hình 1.2 Sự lan truyền nhiễu nước tĩnh nước chảy Hình 1.3 Dạng chảy bao dòng êm (a) dòng xiết (b) Hình 1.4 Các hình thức đoạn chuyển tiếp thu hẹp có đáy phẳng a) Tường biên gãy khúc; b) Tường biên cung cong liên hợp; c) Tường biên dạng đường cong không nhiễu; d) Đoạn thu hẹp hướng tâm Hình 1.5 Rời rạc miền tính phần tử tam giác (lưới khơng cấu trúc) 13 Hình 2.1 Đường mặt nước dốc 16 Hình 2.2 Bốn vùng không gian tương ứng 21 Hình 2.3 Sơ đồ sóng shock 22 Hình 2.4 Các đường đặc trưng hội tụ .22 Hình 2.5 Sơ đồsóng Rarefaction 23 Hình 2.6 Sơ đồ tốn Riemann 24 Hình 2.7 Quá trình vỡ đập 25 a) Mực nước ban đầu b) Mực nước thời điểm sau đập vỡ .25 c) Phân bố vận tốc thời điểm tương ứng d) sơ đồ sóng mặt phẳng x-t 25 Hình 2.8 Bốn dạng nghiệm tốn Riemann theo phương x giải theo SWE 26 a)Rarefaction–Shock; b) Shock–Shock; c) Shock–Rarefaction;d) Rarefaction– Rarefaction 26 Hình 2.9 Sơ đồ toán Stoker .26 Hình 2.10 Sơ đồ chung toán 29 Hình 2.11 Quá trình mực nước trường hợp .29 Hình 2.12 Quá trình lưu lượng trường hợp 29 Hình 2.13 Quá trình mực nước trường hợp .30 Hình 2.14 Quá trình lưu lượng trường hợp 30 Hình 2.15 Quá trình mực nước trường hợp .31 Hình 2.16 Quá trình lưu lượng trường hợp 31 Hình 2.17 Sơ đồ tốn Ritter 32 Hình 2.18 Q trình mực nước tốn ritter .34 vi Hình 2.19 Đường đặc trưng thuận đường đặc trưng nghịch 37 Hình 2.21 Lưới tính tốn cho tốn chiều .38 Hình 2.22 Sơ đồ toán 39 Hình 2.23 Độ dốc đoạn AC 40 Hình 2.24 Sơ đồ giải theo phương pháp thể tích hữu hạn Godunov .44 Hình 3.1 Sơ đồ mặt tràn xả lũ , hồ chứa Hốc Xồi, Quảng Ngãi 50 Hình 3.2 Sơ đồ mặt tràn xả lũ , hồ chứa Khe Gia, Quảng Ninh 51 Hình 3.3 Ví dụ chia miền tính tốn thành lưới có ∆x=∆y=5m 54 Hình 3.4 Hình dạng mặt nước dốc nước Hồ Hốc Xồi ứng với lưới nhỏ có ∆x=∆y=0,5m 56 Hình 3.5 Hình dạng mặt nước dốc nước Hồ Hốc Xoài ứng với ô lưới nhỏ có ∆x=∆y=0,2m 57 Hình 3.6 Hình dạng mặt nước dốc nước Hồ Hốc Xồi ứng với lưới nhỏ có ∆x=∆y=0,1m 57 Hình 3.7 Phân bố mực nước vận tốc mặt cắt ngang dốc .59 Hình 3.8 Hình dạng mặt nước dốc nước Hồ Khe Gia ứng với lưới nhỏ có ∆x=∆y=0,1m 60 Hình 3.9 Phân bố mực nước vận tốc mặt cắt ngang dốc .61 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tiêu chí phân biệt trạng thái chảy .3 Bảng 3.1 Các thơng số tràn xả lũ 50 Bảng 3.2 Các thơng số tính tốn 52 Bảng 3.3 Đường mặt nước dốc nước đoạn thu hẹp 53 Bảng 3.4 Đường mặt nước dốc nước đoạn không thu hẹp .53 Bảng 3.5 Các thơng số tính tốn 53 Bảng 3.6 Đường mặt nước dốc nước đoạn thu hẹp 53 Bảng 3.7 Đường mặt nước dốc nước đoạn không thu hẹp .54 Bảng 3.8 Ví dụ File cao trình đáy miền tính tốn thành lưới có ∆x=∆y=5m 55 Bảng 3.9 Ví dụ File số liệu đầu vào miền tính tốn thành lưới có ∆x=∆y=5m 55 Phụ lục chương 2: Bảng 2.1 Kết tính tốn q trình mực nước lưu lượng trường hợp Bảng 2.2 Kết tính tốn q trình mực nước lưu lượng trường hợp Bảng 2.3 Kết tính tốn q trình mực nước lưu lượng trường hợp 10 Bảng 2.4 Kết tính tốn q trình mực nước tốn ritter .10 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT B Bề rộng kênh C Tốc độ sóng ĐKDX Đi xiết g hk i Độ d ều khiển dòng Gia tốc trọng trường Độ sâu phân giới ốc J Độ dốc thủy lực Q Lưu lượng K Mô đun lưu lượng V Lưu t  ốc trung bình Tỷ mặt cắt ε Độ thu hẹp  Diện tích mặt cắt ướt i MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Cơng trình tháo nước hạng mục quan trọng đầu mối hồ chứa Đặc thù cơng trình tháo nước dịng chảy qua cơng trình dịng xiết gây tượng thủy lực bất lợi như: hàm khí, khí thực, sóng xung kích, xói lở hạ lưu Vì vậy, tính tốn thủy lực cơng trình tháo nước phải giải toán khả tháo nước, tương tác dịng chảy cơng trình, nối tiếp tiêu hạ lưu… Khi đập tạo hồ đập vật liệu địa phương (đất, đá) khơng thể bố trí tràn qua đỉnh đập được, cần phải bố trí cơng trình tháo lũ ngồi thân đập, loại đường tràn hở bên bờ phổ biến Thành phần cơng trình loại gồm kênh dẫn vào, ngưỡng tràn, đường tháo nước, phận tiêu kênh dẫn hạ lưu Đường tháo nước sau ngưỡng thực tế thường dùng dạng dốc nước có bố trí đoạn thu hẹp Đối với dốc nước, hư hỏng nhiều đa dạng, chủ yếu nguyên nhân thủy lực gây Trong thiết kế, tính tốn thủy lực dốc nước thường dùng phương pháp tính thủy lực truyền thống dịng chảy dốc (phương pháp giải tích thơng thường) với tốn chiều nên chưa phản ánh tính chất dịng chảy dốc nước Phương pháp tính tốn thích hợp với đoạn chuyển tiếp thu hẹp dốc nước loại vừa nhỏ, có mức độ chảy xiết đầu dốc không cao Phương pháp số phương pháp phân rã phương trình tốn học dạng vi phân hay tích phân Có dạng phương pháp số dùng phổ biến nay: sai phân hữu hạn, phần tử hữu hạn thể tích hữu hạn Trong thủy lực, viêc ứng dụng phương pháp số mơ dịng chảy lũ hay dịng chảy địa hình phức tạp sử dụng rộng rãi tính hiệu việc mơ xác tượng thủy lực phức tạp sóng xiên, sóng gián đoạn, chuỗi nước nhảy… mà phương pháp thủy lực thông thường không Lựa chọn phương pháp số cho toán thuỷ lực dòng xiết dốc nước giúp người sử dụng tính tốn nhiều kịch khác cách nhanh chóng hiệu quả, giải pháp cơng trình mơ nhờ phần mềm lập trình máy tính điện tử Chính từ nguyên nhân emđã lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ: “Ứng dụng phương pháp số tính tốn dịng chảy xiết dốc nước có đoạn thu hẹp – Áp dụng tính tốn tràn xả lũ hồ chứa” Mục đích Đề tài Nghiên cứu đặc điểm dòng chảy xiết dốc nước: Dòng chảy lịng dẫn hở (có mặt thống) có độ dốc lớn trạng thái chảy chảy xiết Xây dựng phương pháp số chương trình tính tương ứng mơ dịng chảy Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Nghiên cứu đặc điểm dòng chảy xiết dốc nước - Lựa chọn phương pháp số để mơ dịng chảy xiết dốc nước - Áp dụng cho cơng trình cụ thể Phạm vi nghiên cứu: - Dòng chảy xiết dốc nước có đoạn thu hẹp dần - Dịng chảy xiết kênh dẫn nước qua sườn dốc có độ dốc lớn Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận: - Thông qua tài liệu: Giáo trình thủy cơng, giáo trình thủy lực, giáo trình chuyên ngành đập tràn - nối tiếp tiêu năng, tài liệu chuyên ngành, sách, báo, qua mạng internet, … - Nghiên cứu phương pháp tính thủy lực dốc nước áp dụng Việt Nam - Lựa chọn phương pháp số phù hợp - Thơng qua hồ sơ thiết kế cơng trình cụ thể Bảng 3.8 Ví dụ File cao trình đáy miền tính tốn thành lưới có ∆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 -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 Lập file số liệu đầu vào: lưới đó, ta quy ước đánh số phần tính tốn, biên đóng, la biên mở, phần khơng tính tốn thuộc miền tính tốn, ta có file số liệu đầu vào Bảng 3.9 Ví dụ File số liệu đầu vào miền tính tốn thành lưới có ∆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 Khi chạy chương trình cho kết biến đổi mực nước vận tốc mặt cắt ngang Tính tốn cho tràn xả lũ hồ chứa Hốc Xồi: Ta chia miền tính tốn hình chữ nhật có chiều dài 90m, chiều rộng 25m, thành lưới nhỏ có ∆x=∆y=0,5m Lập file cao trình đáy file số liệu đầu vào tương tự trên, chạy chương trình Từ ta có kết hình dạng mặt nước cho dịng xiết dốc thể dạng chiều sau: Hình 3.4 Hình dạng mặt nước dốc nước Hồ Hốc Xồi ứng với lưới nhỏ có ∆x=∆y=0,5m Từ kết ta thấy rõ hình dạng đường mặt nước dốc biến đổi Mực nước gần mặt cắt thu hẹp dềnh cao dần lên hai bên thành tràn cao hẳn so với mực nước mặt cắt, sau trải phía hạ lưu Tương tự vậy, ta chia miền tính tốn thành lưới nhỏ có ∆x=∆y=0,2m, ∆x=∆y=0,1m Hình 3.5 Hình dạng mặt nước dốc nước Hồ Hốc Xoài ứng với lưới nhỏ có ∆x=∆y=0,2m Mực nước dềnh cao dần lên hai bên thành tràn cao hẳn so với mực nước mặt cắt, có nhiều đợt dềnh nước cao thấp hơn, nhìn thấy rõ thay đổi mực nước mặt cắt hơn, sau trải phía hạ lưu Hình 3.6 Hình dạng mặt nước dốc nước Hồ Hốc Xồi ứng với lưới nhỏ có ∆x=∆y=0,1m Mực nước dềnh cao dần lên hai bên thành tràn cao hẳn so với mực nước mặt cắt, có nhiều đợt dềnh nước cao thấp hơn, nhìn thấy rõ thay đổi mực nước mặt cắt hơn, đường mặt nước thểhiện rõ so với chia ô lưới 0,5m 0,2m Dùng kết ứng với x=0,1m để so sánh mực nước, lưu tốc mặt căt để so sánh với mực nước, lưu tốc trung bình mặt cắt tính theo phương pháp cộng trực tiếp Từ kết hình ta thấy rõ khác vận tốc mặt cắt, thay dùng vận tốc trung bình phương pháp giải tích thơng thường Ta thấy vận tốc cuối dốc nước lớn dần, vận tốc mặt cắt có thay đổi, không thường cao giá trị trung bình Vận tốc lớn thường đạt ởgiữa mặt cắt trừ mặt cắt cách đầu dốc 30m, vận tốc mặt cắt thấp so với hai bên, nhỏ giá trị trung bình khoảng 2m/s Còn mực nước dốc thường hai bên thành bên cao mặt cắt trừ mặt cắt x=30m mực nước lớn mặt cắt cao giá trị trung bình 1,5m, cao giá trị thấp mặt cắt hai ên thành 2m, mặt cắt cuối đoạn thu hẹp , vị trí có chiều cao sóng gián đoạn cao Mực nước mặt cắt khác cao hai bên thành bên, ảnh hưởng sóng gián đoạn Như mặt cắt cách đầu dốc 10m, mực nước bên thành cao mực nước mặt cắt 1m, cao giá trị trung bình 0,8m Tại vị trí cách đầu dốc 20m mực nước thành bên cao mực nước 1m, cao giá trị trung bình 0,3m…Chênh lệch vận tốc phương pháp khơng nhiều, chênh lệch mực nước có giá trị trung bình gần với giá trị trung bình mặt cắt, kết phù hợp với kết lý thuyết, cho thấy mức độ xác nhanh chóng phương pháp số Ngồi ta thấy phương pháp số, việc chia phần tử miền tính tốn nhỏ, mơ hình mượt sắc nét, kết xác Đường mặt nước dốc thể rõ hình dạng sóng, chỗ có mực nước cao, thấp, hình dạng sóng dầy chia miền tính tốn thành lưới nhỏ Hình 3.7 Phân bố mực nước vận tốc mặt cắt ngang dốc Tính tốn cho tràn xả lũ hồ chứa Khe Gia: Ta chia miền tính tốn hình chữ nhật có chiều dài 70m, chiều rộng 14m, thành lưới nhỏ có ∆x=∆y=0,1m Ta có kết quả: Hình 3.8 Hình dạng mặt nước dốc nước Hồ Khe Gia ứng với lưới nhỏ có ∆x=∆y=0,1m Từ hình kết phía ta thấy mực nước mặt cắt có biến đổi lớn, chênh lệch nhiều, có mặt cắt mực nước cao mực nước thấp mặt cắt chênh tới 1,08 m, cao mực nước trung bình 0,8m mặt cắt cách đầu dốc 20m, mặt cắt sau đoạn thu hẹp, hay mặt cắt cách dốc 10m mực nước chênh 0,8m mặt cắt mực nước cao mặt cắt cách mực nước trung bình 1,4m, mặt cắt cuối đoạn thu hẹp , vị trí có chiều cao sóng gián đoạn cao Hay mặt cắt cách đầu dốc 60m, mực nước cao mặt cắt cao mực nước thấp 0,3m, cao giá trị trung bình 0,2m Như vậy, trước đây, thiết kế chiều cao tường dốc tràn, ta lấy ht=hd+a, hd chiều cao nước trung bình mặt cắt, a chiều cao an tồn thường lấy 0,5m, mà có mặt cắt mực nước cao giá trị trung bình 1,4m,ta cần lưu ý thêm để thiết kế tường dốc tràn cho hợp lý, an toàn Hai cơng trình tràn xả lũ Hồ Hốc Xồi Hồ Khe gia có hình dạng tràn dốc nước có đoạn thu hẹp gây sóng gián đoạn tương đối giống nhau, từ đưa lưu ý thiết kế đường tràn Hình 3.9 Phân bố mực nước vận tốc mặt cắt ngang dốc 3.2.3 Phân tích kết tính tốn, đánh giá phương pháp số Sử dụng mơ hình tốn phương pháp số chọn để tính tốn điều khiển dịng xiết mơ tượng lan truyền sóng dốc nước có đoạn co hẹp Ta thấy xác biến đổi mực nước vận tốc mặt cắt ngang, khác vận tốc mặt cắt, thay dùng vận tốc trung bình phương pháp giải tích thơng thường Ta thấy vận tốc lớn thường đạt mặt cắt cao giá trị trung bình mực nước thường hai bên thành bên cao mặt cắt Chênh lệch vận tốc phương pháp khơng nhiều, chênh lệch mực nước có giá trị trung bình gần với giá trị trung bình mặt cắt, kết phù hợp với kết lý thuyết, cho thấy mức độ xác nhanh chóng phương pháp số Hai cơng trình tràn xả lũ Hồ Hốc Xồi Hồ Khe gia có hình dạng tràn dốc nước có đoạn thu hẹp gây sóng gián đoạn tương đối giống nhau, ta biết có vị trí ảnh hưởng sóng gián đoạn mà mực nước hai bên cao mực nước trung bình, từ khắc phục nhược điểm phương pháp giải tích thơng thường lưu ý thiết kế tường bên tràn, trước đây, thiết kế chiều cao tường dốc tràn, ta lấy h t=hd+a, hd chiều cao nước trung bình mặt cắt, a chiều cao an tồn thường lấy 0,5m, mà có mặt cắt mực nước cao giá trị trung bình 1,4m, ta cần lưu ý thêm để thiết kế tường dốc tràn cho hợp lý, an toàn Ngoài ta thấy phương pháp số, việc chia phần tử miền tính tốn nhỏ, mơ hình mượt sắc nét, kết xác KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ : Kết đạt Luận văn: Luận văn nói tổng quan dốc nước cơng trình tháo lũ Việt Nam, tổng quan dòng chảy dốc nước, đặc điểm dịng xiết phương pháp tính tốn dịng chảy xiết dốc nước Luận văn nghiên cứu rõ sở lý thuyết phương pháp tính tốn dịng chảy xiết dốc nước Sử dụng phương pháp giải tích phương pháp thể tích hữu hạn để tính tốn từ rút cần thiết áp dụng phương pháp số vào tốn phức tạp thay áp dụng phương pháp giải tích thơng thường khơng tìm lời giải, hay không rõ phương pháp số Sử dụng mơ hình tốn phương pháp số chọn để tính tốn điều khiển dịng xiết mơ tượng lan truyền sóng dốc nước có đoạn co hẹp Ta thấy xác biến đổi mực nước vận tốc mặt cắt ngang, khác vận tốc mặt cắt, thay dùng vận tốc trung bình phương pháp giải tích thơng thường Ta thấy vận tốc lớn thường đạt mặt cắt cao giá trị trung bình mực nước thường hai bên thành bên cao mặt cắt Chênh lệch vận tốc phương pháp khơng nhiều, chênh lệch mực nước có giá trị trung bình gần với giá trị trung bình mặt cắt, kết phù hợp với kết lý thuyết, cho thấy mức độ xác nhanh chóng phương pháp số Hai cơng trình tràn xả lũ Hồ Hốc Xồi Hồ Khe gia có hình dạng tràn dốc nước có đoạn thu hẹp gây sóng gián đoạn tương đối giống nhau, ta biết có vị trí ảnh hưởng sóng gián đoạn mà mực nước hai bên cao mực nước trung bình, từ khắc phục nhược điểm phương pháp giải tích thơng thường lưu ý thiết kế tường bên tràn, trước đây, thiết kế chiều cao tường dốc tràn, ta lấy h t=hd+a, hd chiều cao nước trung bình mặt cắt, a chiều cao an toàn thường lấy 0,5m, mà có mặt cắt mực nước cao giá trị trung bình 1,4m, ta cần lưu ý thêm để thiết kế tường dốc tràn cho hợp lý, an toàn Ngoài ta thấy phương pháp số, việc chia phần tử miền tính tốn nhỏ, mơ hình mượt sắc nét, kết xác Một số vấn đề tồn tại: Vấn đề nghiên cứu thiên nhiều phân tích lý thuyết Chưa có nhiều thời gian để kiểm định chương trình với nhiều ví dụ khác nhau, để xem xét hiệu phương pháp số lựa chọn Hướng tiếp tục nghiên cứu: Cần thời gian để hồn chỉnh chương trình tính tốn Nghiên cứu mơ hình tính tốn thủy lực khác từ đối chiếu, so sánh kết nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Cảnh Cầm: Thủy lực dòng chảy hở Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội 1998 Nguyễn Văn Cung: Cơng trình tháo lũ hệ thống đầu mối thủy lợi Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 1977 Nguyễn Văn Mạo: Tính tốn thủy lực cơng trình tháo nước Bài giảng cao học Đại học Thủy lợi, Hà Nội 2001 Nguyễn Phương Mậu: Một số vấn đề thiết kế tính tốn thủy lực cơng trình tháo nước Bài giảng cao học - Đại học Thủy lợi, Hà Nội 1998 GS.TS Nguyễn Chiến: Tính Tốn Thủy Lực Các Cơng Trình Tháo Nước Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội – 2012 Giáo trình thuỷ công - Trường đại học thuỷ lợi - Bộ mơn thuỷ cơng GS.TS Nguyễn Chiến: Tính tốn thủy lực kết cấu điều khiển dịng xiết cơng trình xả nước Bài giảng cao học - Đại học Thủy lợi, Hà Nội 1997 Kixêlep - Sổ tay tính tốn thủy lực (bản dịch) Nhà xuất “Mir” Maxcơva 1974 Phạm Ngọc Quý: Nối tiếp tiêu hạ lưu cơng trình tháo nước - Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 2001 Phạm Ngọc Quý: Mơ hình tốn mơ hình vật lý cơng trình thủy lợi Bài giảng cao học - Đại học Thủy lợi, Hà Nội 1998 10 Sổ tay Kỹ thuật Thủy lợi- Phần 2- Tập – Cơng trình tháo lũ Nhà xuất Nông nghiệp, Hà nội 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 Cổ phần Thủy cơng, Chùa Láng, Hà Nội “Báo cáo tính tốn thủy văn hồ chứa Hốc Xồi, xã Nghĩa Thọ, huyện Tư Nghĩa, tỉnh Quảng Ngãi” 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 PHỤ LỤC Phụ lục chương 2: Bảng 2.1 Kết tính tốn q trình mực nước lưu lượng trường hợp T=50s T=40s 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 Bảng 2.2 Kết tính tốn q trình mực nước lưu lượng trường hợp T=50s T=40s 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 Bảng 2.3 Kết tính tốn q trình mực nước lưu lượng trường hợp T=50s T=40s 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 Bảng 2.4 Kết tính tốn q trình mực nước tốn Ritter T=50s x(m) 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 ... nước, dòng chảy dốc nước, phương pháp tính tán dịng chảy xiết dốc nước Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn dịng chảy xiết dốc nước có đoạn thu hẹp Nêu cụ thể phương pháp tính tốn dịng chảy xiết. .. trình máy tính điện tử Chính từ nguyên nhân emđã lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ: ? ?Ứng dụng phương pháp số tính tốn dịng chảy xiết dốc nước có đoạn thu hẹp – Áp dụng tính tốn tràn xả lũ hồ chứa? ??... ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Xây dựng cơng trình Thủy Lợi với đề tài: ? ?Ứng dụng phương pháp số tính tốn dịng chảy xiết dốc nước có đoạn thu hẹp – Áp dụng tính tốn tràn xả lũ hồ chứa? ?? hồn thành