1) Trờn giấy vẽ cỏc cỏc điểm cho từng phao. Trục hoành là khoảng cỏch từ mốc cố định tới điểm phao cắt tuyến giữa, ở trục tung - thời gian phao đi từ trờn xuống.
2) Vẽ phõn bố đường thời gian đi theo chiều rộng , sau đú định cỏc thuỷ trực vận tốc và đo sõu.
3) Đối với thuỷ trực vận tốc hạ từđường phõn bố thời gian phao trụi và vận tốc chảy mặt Vi = l/t với t là thời gian trụi; l là khoảng cỏch.
4) Theo số đo độ sõu tớnh thiết diện ướt giữa cỏc thuỷ trực. Từ vận tốc và diện tớch xỏc định lưu lượng toàn phần.
5.10. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG BẰNG TÍNH TOÁN
Tư tưởng của phương phỏp là diện tớch xỏc định theo tài liệu đo sõu cũn vận tốc thỡ xỏc định theo cụng thức Sezi
v=C RI (5.30)
C - hệ số Sezi thứ nguyờn là m0,5, R - Bỏn kớnh thuỷ lực, I - độ dốc mặt nước. Cụng thức Chezi chớnh xỏc đối với chuyển động đều với cỏc yếu tố thuỷ lực của dũng: mặt cắt ướt, độ sõu, chiều rộng, vận tốc, độ dốc khụng thay đổi theo chiều dài, dũng chảy . Trong điều kiện tự nhiờn chỉ cú thể thu được kết quản gần đỳng.
Đối với cỏc chuyển động khụng đều và khụng dừng thỡ cụng thức (5.30 ) khụng ỏp dựng được.
5.11. XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH
Phương phỏp thể tớch chỉ ỏp dụng trong trường hợp Q ≤ 5 - 10 lớt/s. Vỡ lưu lượng đo trực tiếp nờn phương phỏp đạt độ chớnh xỏc cao. Cụng thức tớnh toỏn sẽ là:
Q V t
= với V là thể tớch chứa trong dụng cụđo, t - thời gain đo. Thể tớch dụng cụ đo phụ thuộc vào 3 yếu tố: 1) lưu lượng lớn nhất; 2) mức độ chớnh xỏc việc xỏc định thể tớch và thời gian tớch luỹ nước; 3) mức độ yờu cầu chớnh xỏc đo lưu lượng.
5.12.1. Phương phỏp thả chậm chất hoà tan đại biểu
Trờn đoạn sụng đó cho tại tuyến thả người ta tiến hành đổ chất hoà tan chỉ thị vào một hay vài điểm với lưu lượng khụng đổi. Tuyến đo nằm cỏch tuyến thả sao cho khoảng cỏch đú đủ để hoà tan hoàn toàn chất chỉ thị vào nước sụng; tạo ra chếđộ dịch chuyển dừng.
Nếu đoạn sụng ta chọn cú thểđỏp ứng yờu cầu như vậy, thỡ nhất thiết điều kiện sau sẽ thực hiện là: lưu lượng riờng giữa tuyến đo và tuyến thả phải bằng nhau. Điều đú cú thể thể hiện qua đẳng thức:
QC0+qC1 =(Q q C+ ) 2 (5.31)
với Q-lưu lượng sụng; C0- nồng độ tự nhiờn chất hoà tan trong nước sụng; q-lưu lượng chất chỉ thị; C1-nồng độ hoà tan của chất chỉ thị; C2- nồng độ chất chỉ thị tại tuyến đo.. Từ (5.31) ta cú: Q q C C C C = − − 1 2 2 0 (5.32) Nếu trong sụng tự nhiờn khụng cú chất chỉ thịđại biểu, cú nghĩa là C0 = 0 , thỡ: Q q C C C = 1− 2 2 (5.33) Tuyến thả Tuyến đo Q,C0 (Q+q),C2 q,C1 Hỡnh 5.4 Sơđồđo lưu lượng bằng chất chỉ thịđại biểu
Trong (5.32) và (5.33) q và C1 luụn biết; C0 và C2 xỏc định bằng đo đạc. Như vậy ta cú thể xỏc định được lưu lượng thụng qua việc đo nồng độ chất chỉ thịđại biểu.
5.12.2 Phương phỏp thả nhanh chất đại biểu tớnh lưu lượng
Phương phỏp này thực hiện khỏc phương phỏp đó nờu ở mục 5.12.1 ở chỗ việc thả chất hoà tan đại biểu với lưu lượng thay đổi và thả nhiều lần ở giữa sụng. Trong trường hợp này khụng tạo ra việc dịch chuyển dừng. Chất chỉ thị lan toả xuống tuyến dưới kiểu như cỏc đỏm mõy do cỏc hoạt động rối và khuyếch tỏn. Khi đỏm mõy đú đi qua tuyến đo, nồng độ chất hoà tan đại biểu C2 trong sụng tăng dần đến cực đại sau đú giảm về nồng độ tự nhiờn ban đầu C0 trong sụng hoặc về 0 nếu trong sụng khụng chứa chất chỉ thịđú.
Nếu việc đú thực hiện được ta cú thể dẫn cụng thức tớnh lưu lượng trờn cơ sở lập luận như sau:
Qua một diện tớch cơ sở của thiết diện ướt dω cú lưu lượng dQđi qua. Trọng lượng chất chỉ thị là m đi qua diện tớch đú trong thời gian t cú thể biểu diễn qua mối liờn hệ: m dQC d t =∫ 2 0 t dt t (5.34)
với C2 là nồng độ chất hoà tan trong nước sụng ( đại lượng này thay đổi theo thời gian).
Toàn bộ chất hoà tan qua thiết diện ướt ω trong thời gian t sẽ bằng:
M dQC t =∫∫ 2 0 ω (5.35)
Với lưu lượng qua diện tớch cơ sở khụngphụ thuộc vào t , cũn khụng phụ thuộc vào vị trớ của diện tớch đú, cú thể viết: C dt t 2 0 ∫ M dQ C d t =∫ ∫ 2 0 ω (5.36)
Khi đú: M Q C dt t = ∫ 2 0 (5.37) Thể hiện trọng lượng chất chỉ thị qua thể tớch V và nồng độ C1 của nú, tức là M= VC1 . Cụng thức tớnh lưu lượng cuối cựng sẽ là: Q VC C dt t = ∫ 1 2 0 (5.38) Đõy là cụng thức tớnh lưu lượng bằng phương phỏp thả nhanh
chất đại biểu. Hỡnh 5.5 Dụng cụđo hướng dũng chảy
Ngoài cỏc phương phỏp đó nờu trờn cũn cú cỏc phương phỏp xỏc định lưu lượng trờn cỏc cụng trỡnh cốđịnh ( thuỷ lực ), mỏy tự ghi, nhà mỏy thuỷđiện v.v... mà ta sẽ nghiờn cứu trong cỏc giỏo trỡnh "thuỷ lực học" và "tớnh toỏn thuỷ lợi"
CHƯƠNG 6. ĐO LƯU LƯỢNG BÙN CÁT 6.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Trong nước luụn luụn chứa một lượng chất rắn và chất hoà tan. Tổng lượng cỏc sản phẩm mà dũng nước tải đi trong một thời gian xỏc định gọi là dũng chảy rắn, cỏc phần tử rắn mà nước tải đi được gọi là phự sa. Phự sa cú cỏc hạt độ lớn khỏc nhau, thành phần của nú cũn cú cả cỏc chất hữu cơ.
Sự xuất hiện của dũng chảy rắn dễ bị chi phối bởi cỏc quỏ trỡnh bào mũn hoỏ học và cơ học. Bào mũn cơ học chủ yếu là do dũng chảy mặt, do giú; bào mũn hoỏ học - dũng chảy ngầm. Phần phự sa chủ yếu từng lũng sụng là từ lưu vực, một phần nào đú là do xúi lở lũng và bờ sụng .
Phự sa trong sụng gồm cú phự sa lơ lửng, phự sa di đỏy. Sự phõn biệt này chỉ cú tớnh chất quy ước bởi quỏ trỡnh chuyển hoỏ của phự sa từ dạng này sang dạng khỏc là liờn tục. Song sự phõn chia này cần thiết khi thiết lập cỏc phương phỏp nghiờn cứu. Lưu lượng phự sa lơ lửng ký hiệu R, (kg/s), chất hoà tan S (kg/s). Đo lưu lượng phự sa lơ lửng dựa trờn việc xỏc độ đục của nước ( lượng phự sa trong một đơn vị thể tớch nước). Độđục ρđược biển diễn bằng cụng thức:
ρ= p
V
H106
(6.1)
PH - lượng phự sa trong lọ mẫu (g); V thể tớch lọ mẫu (ml) khi đú ρ (g/m3). Đo phự sa di đỏy dựa trờn việc xỏc định lưu lượng thành phần, cú nghĩa là lượng phự sa chuyển qua một đơn vị chiều dài chu vi cứng của lũng sụng trong 1s, được biểu diễn bằng mối liờn hệ; g p tl D =100 (6.2) PD- lượng phự sa ở mẫu ( g );
t - thời gian quan trắc
3 l - độ rộng của khe hở cỏc thiết bị lấy mẫu ( cm) . Khi đú g (g/m ).
Đo lưu lượng chất hoà tan dựa trờn việc xỏc định khoỏng chất của nước, tức là lượng phần rắn trong 1đơn vị thể tớch α.
α = p V C106 (6.3) PC - Phần cứng (g), V - Thể tớch (ml), và α(g/m3). Nghiờn cứu dũng chảy rắn bao gồm:
+) Xỏc định dũng chảy năm của phự sa lơ lửng, phự sa đỏy và hợp chất hoà tan cựng với sự phõn bố chỳng trong năm .
+) Thành phần phự sa lơ lửng, phự sa đỏy theo độ lớn cỏc phần tử , lượng chất hữu cơ chứa trong đú.
+) Thành phần muối cỏc chất hoà tan và sự phõn bố trong năm của cỏc ion . ý nghĩa việc xỏc định lưu lượng phự sa lơ lửng:
- Phục vụ thiết kế và vận hành kho nước - Phục vụ giao thụng vận tải.
- Thuỷ điện, khai thỏc cụng trỡnh trạm bơm tưới tiờu, lấy nước dựng cho sinh hoạt ...
Độ lớn của phự sa quy định bởi kớch thước của cỏc hạt , thường nhận là đường kớnh trung bỡnh của hạt.
Độ thụ thuỷ lực là vận tốc rơi đều của phần tử trong mụi trường nước yờn tĩnh, đo bằng cm/s hoặc mm/s. Phần tử càng bộ thỡ độ lớn thuỷ lực của nú càng bộ. Độ lớn do đú thuỷ lực phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ giảm thỡ độ nhớt tăngvà do đú độ lớn
6.2. CHUYỂN ĐỘNG CỦA PHÙ SA TRONG SễNG 6.2.1. Chuyển động phự sa đỏy Dưới tỏc động của lực dũng chảy phự sa đỏy cú thể lăn, trượt, hoặc nhảy cúc. Trờn cỏc con sụng cú đỏy cỏt thường tạo thành cỏc địa hỡnh đặc trưng là súng cỏt. Qui mụ súng cỏt phụ thuộc vào lưu lượng và tốc độ dũng chảy; phự sa trượt theo súng cỏt tạo nờn quỏ trỡnh
bào mũn và bồi lắng liờn tục dẫn tới sự di chuyển cỏc cỏt theo thời gian. Súng cỏt cú khi cú qui mụ cả chiều rộng con sụng.
Hỡnh 6.1 Gờ cỏt đỏy
Hỡnh 6.2 Trường vận tốc trờn gờ cỏt đỏy sụng
Trờn cỏc con sụng miền nỳi, phự sa đỏy cú kớch thước lớn, cỏc hạt di chuyển theo phương thức lăn hoặc nhảy cúc trờn toàn bộ chiều rộng sụng.
6.2.2. Chuyển đụng phự sa lơ lửng
Phự sa lơ lửng chuyển đụng nhờ chuyển động rối của nước tạo trạng thỏi lơ lửng lờn nhờ cỏc lực xoỏy đẩy lờn. Lực nõng cỏc phần tử cú thể xảy ra với điều kiện:
thành phần thẳng đứng của vận tốc lớn hơn độ lớn thuỷ lực của vật lơ lửng. Để duy trỡ trạng thỏi lơ lửng hai thành phần ấy cần phải bằng nhau. Trong dũng rối ở cỏc gờ đỏy tạo nờn cỏc xoỏy cú trục ngang trụi theo dũng nước mang theo cả phự sa từ đỏy. Với chuyển động đồng đều thỡ lượng phự sa nổi lờn và chỡm xuống cõn bằng nhau trong trạng thỏi động, tức là trong một đơn vị thời gian trờn một đơn vị mặt cắt số phần tử chuyển hoỏ từ trạng thỏi lơ lửng thành phự sa di đỏy bằng số phần tử từ phự sa đỏy thành trạng thỏi lơ lửng.
Lượng phự sa lơ lửng phụ thuộc vào tốc độ dũng chảy, vào lượng phự sa lưu vực tải xuống lũng sụng. Phõn bố phự sa tuõn theo trạng thỏi cõn bằng. Cỏc lớp dưới thường cú cỏc hạt lớn hơn. Chuyển động của phự sa cũng mang tớnh mạch động.
6.2.3. Về chếđộ đục và dũng chảy phự sa trong sụng
Mỗi con sụng cú độ đục và dũng chảy phự sa khỏc nhau. Lượng phự sa phụ thuộc vào từng chu kỳ thuỷ văn khỏc nhau. Mựa lũ - phự sa nhiều, mựa kiệt - phự sa ớt. Khi lưu lượng nước tăng thỡ thường độđục trờn cỏc con sụng tăng. Đỉnh của chỳng trờn sụng bộ thường xuất hiện trựng nhau; trờn cỏc con sụng lớn thường đỉnh độ đục xuất hiện sớm hơn đỉnh dũng chảy. Dũng phự sa trung bỡnh năm cũng thay đổi phụ thuộc vào dao động của nước và cỏc điều kiện khớ tượng.
6.2.4 Sự khoỏng hoỏ của nước và dũng vật chất hoà tan
Dũng chảy mang vật chất hoà tan trong lũng của nú. Nhờ cú chuyển động rối mà cỏc chất hoà tan phõn bố đồng đều trong thiết diện ướt của dũng. Chất hoà tan thường bắt nguồn từ nước ngầm, do đú mựa kiệt nồng độ chất hoà tan cao hơn và mựa lũ thỡ ngược lại. Dũng chất hoà tan phụ thuộc vào lượng nước và điều kiện địa chất - thổ nhưỡng của lưu vực. Ngày nay nú cũn chịu ảnh hưởng nặng nề của cỏc chất thải cụng nghiệp.
6.3. NGHIấN CỨU DềNG PHÙ SA LƠ LỬNG
6.3.1 Dụng cụ lấy mẫu phự sa lơ lửng
a. Dụng cụ lấy mẫu kiểu chai: dung tớch chai từ (0.5-2,l) cú nắp đậy đệm bằng cao su cú hai vũi xuyờn qua (một vũi dựng lấy nước và một vũi dựng thoỏt khớ) và cú thể dựng lấy nước theo cỏc phương phỏp tớch điểm và tớch phõn
b.Dụng cụ lấy mẫu kiểu ngang: là một ống kim loại hỡnh trụ cú dung tớch từ 0.5 đến 5 l. Hai đầu ống cú hai nắp đệm cao su cú dõy lũ so gắn chặt vào miệng ống.
6.3.2. Dụng cụ lấy mẫu phự sa đỏy
Hỡnh 6.4 Dụng cụ lõý mẫu kiểu ngang Hỡnh 6.3 Dụng cụ lấy mẫu kiểu chai
Dụng cụ lấy mẫu phự sa đỏy cú nhiều loại, song ở đõy chỉ xem xột kiểu "đụn" là kiểu hay sử dụng nhất ở Việt Nam. Gồm cỏc bộ phận chớnh như vỏ bảo vệ, bộ phận điện, cửa ra vào, bộ phận chứa cỏt.
6.3.3. Đo lưu lượng phự sa lơ lửng
Gồm cỏc cụng đoạn chủ yếu như sau:
1. Lấy mẫu nước ở cỏc thuỷ trực vận tốc để tớnh lưu lượng phự sa.
2. Lấy mẫu kiểm tra để xỏc định quan hệ độ đục trung bỡnh và độ đục ở thuỷ trực đại biểu.
3. Lấy mẫu để xỏc định độ lớn hạt phự sa.
Số lần đo lưu lượng phự sa lơ lửng trong một năm được xỏc định bởi chế độ sụng ngũi và mức độ nghiờn cứu dũng chảy rắn tại tuyến đo đú. Trung bỡnh 1 đến 2 năm quan trắc đầu tiờn đo khoảng 20 đến 25 lần, đối với sụng vựng nỳi 30 đến 40 lần. Số lần đo nhiều nhất khi cú lũ từ 10 đến 12 lần, vào mựa kiệt đo một thỏng từ 1 đến 2 lần. Trong từng trận lũ số điểm đo khụng ớt hơn hai lần lỳc nước lờn và hai lần lỳc nước xuống.
sa thỡ số lượng đo phự sa cú thể bớt đi.
Nếu tuyến đo nằm trờn đoạn sụng với sự bồi xúi mạnh thỡ số lần đo phự sa trờn sụng bắt buộc phải dày hơn từ 4-6 lần trong một thỏng.
Độ chớnh xỏc trong việc đo đạc và tớnh toỏn lưu lượng phự sa với cỏc phương phỏp hiện nay thường nằm vào khoảng 10 -15 %.
Việc lấy mẫu phự sa cú cỏc phương phỏp như sau: phương phỏp điểm; phương phỏp tổng và phương phỏp tớch. a. Phương phỏp điểm: cỏc mẫu nước lấy ở cỏc điểm riờng biệt trờn cỏc thuỷ trực vận tốc ở 3 dạng: chi tiết; hai điểm và một điểm (chi tiết: tại mặt; 0.2h; 0.6h;0.8h; đỏy; hai điểm:tại 0.2h và 0.8h và một điểm: tại 0.6h). Dạng chi tiết ỏp dụng khi đũi hỏi tài liệu chớnh xỏc. Phương phỏp hai điểm ỏp dụng cho cỏc sụng lớn và trung bỡnh cú độđục khụng lớn lắm từ50-100 g/m
Hỡnh 6.5 Dụng cụ lấy mẫu trờn cọc và trờn tải trọng
3. Phương phỏp một điểm dựng cho cỏc sụng bộ cú độđục tương tự.
b. Phương phỏp tổng: mẫu lấy tại 2 điểm riờng biệt ở mỗi thuỷ trực (0.2h và 0.8h )sau đú đổ chung vào một lọ rồi xỏc định
độ đục tổng cộng. Phương phỏp này dựng với độđục bộ hơn 50 g/cm3.
c. Phương phỏp tớch: đưa dụng cụ lấy mẫu chuyển động liờn tục theo từng thuỷ trực từ mặt xuống đỏy và ngước lại. Dựng phương phỏp này với chuyển động khụng ngừng khi cỏc yếu tố thuỷ trực thay đổi nhanh.
Thể tớch mẫu lấy sao cho khi lọc, phần
tại mỗi lần đo lưu lượng để xỏc định độ đục. Xử lý thụ (cõn) tiến hành ngay tại chỗ cũn lọc mẫu thỡ tiến hành trong phũng thớ nghiệm.
Mẫu xỏc định độ lớn cỏc cấp hạt lấy vào cỏc thời kỳđặc trưng (lũ, kiệt) khoảng
4-10 mẫu/năm, mẫu lấy vào khi đo lưu lượng phự sa trờn mỗi thuỷ trực vận tốc và đổ vào một lọ cho toàn bộ mặt cắt. Thể tớch mẫu được xỏc định theo cụng thức sau:
V = a.1000 ρ (6.4) a - Giỏ trị cần đũi hỏi (g) ρ - độđục g/m3: 6.3.4. Tớnh lưu lượng phự sa lơ lửng Gồm cú phương phỏp đồ giải và phương phỏp phõn tớch.
a. Phương phỏp đồ giải: việc tớnh toỏn lưu lượng phự sa lơ lửng được tiến hành trờn hỡnh vẽ bằng cỏc đồ thị tớnh lưu lượng nước theo cỏc thứ tự như sau: