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:
1. Dựng phõn bố độ đục: để làm điều đú trờn cỏc phõn bố vận tốc ở cỏc điểm đo vận tốc và lấy độ đục theo tỷ lệ độ đục. Tỷ lệ dựng để tớnh toỏn sao cho độ rộng phõn bốđú gần bằng độ rộng phõn bố vận tốc dũng chảy. Khi đưa cỏc điểm độđục cần chỳ ý đến cỏc điểm lệch đột ngột và khụng tớnh đến chỳng khi xõy dựng phõn bố độ đục.
2
2. Tớnh toỏn cỏc lưu lượng phự sa đơn vịα (g/m .s) theo cụng thức:
α = ρv (6.5)
3. Dựng phõn bố cỏc lưu lượng phự sa lơ lửng đơn vị.
4. Xỏc định cỏc lưu lượng phự sa lơ lửng thành phần r (g/ms), là diện tớch của cỏc phõn bố lưu lượng đơn vị. Được xỏc định bằng mỏy đo diện tớch hoặc kẻ ụ.
5. Xỏc định cỏc lưu lượng đơn vị trung bỡnh của phự sa trờn cỏc thuỷ trực
αtb r
h
= (6.6)
6. Dựng phõn bố cỏc lưu lượng đơn vị trung bỡnh αtb cỏc giỏ trị αtbđược đặt từ đường mực nước ở mỗi thuỷ trực theo cựng tỷ lệđó đặt α trờn phõn bố vận tốc và chộp cho tất cả cỏc thuỷ trực (vận tốc - nhập được từ số liờụ ; cũn lại - hạ từđồ thị)
7. Dựng phõn bố lưu lượng thành phần bằng cỏch thờm từ đường mực nước trờn cỏc thuỷ trực vận tốc mà trước đõy đó nhập được. Đối với cỏc thuỷ trực đo sõu cỏc lưu lượng thành phần được tớnh bằng cỏch nhập αtb với độ sõu được giỏ trị r và đưa lờn hỡnh vẽ.
8. Xỏc định lưu lượng phự sa lơ lửng bằng diện tớch cỏc lưu lượng thành phần ( mỏy đo hay ụ vuụng ) kg/s, sau đú
tớnh độđục trung bỡnh trong sụng: Hỡnh 6.7 Dụng cụ lọc mẫu phự sa ρtb R
Q
= 1000 (6.7)
Với R - lưu lượng phự sa kg/s; Q - lưu lượng nước m3/s với ρtb - g/m3 Ngoài ra người ta cũn tớnh độ đục trung bỡnh đối với mỗi thuỷ trực vận tốc
ρtbTT
ρtbTT r
q
= (6.8)
b. Phương phỏp phõn tớch: Phương phỏp phõn tớch phự sa lơ lửng được tiến hành theo cụng thức, nú phụ thuộc vào phương phỏp lấy mẫu nước để xỏc định độ đục. Nếu dựng phương phỏp điểm thỡ trước hết cần tớnh cỏc lưu lượng trung bỡnh, lưu lượng đơn vị của phự sa đối với từng thuỷ trực vận tốc. Đối với việc đú người ta ỏp dụng cỏc cụng thức tớnh vận tốc trung bỡnh dũng chảy
Hỡnh 6.8 Phễu lọc bựn cỏt
αtb =α0 2+α0 8 2
, , (6.9)
Với α0,2 là lưu lượng phự sa đơn vị tại điểm 0,2h được tớnh là α0,2 = v0,2.ρ0,2. Tương tự với α0,8 = v0,8.ρ0,8
Với việc lấy mẫu phự sa tại 1 điểm:
= α
αtb 0,6 (6.10)
Nếu tớnh theo phương phỏp lấy mẫu chi tiết thỡ cụng thức tớnh lưu lượng phự sa trung bỡnh trờn thuỷ trực sẽ là:
= 0,1(α
αtb m + 3α0,2 + 3α0,6 + 2α0,8 + αd) (6.11)
Sau khi xỏc định lưu lượng trung bỡnh đơn vị cho mỗi thuỷ trực, phự sa lơ lửng trờn toàn bộ cú: R= ⎛k + + + + n + n n +k n ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − − 0 001 2 2 1 0 1 2 1 1 1 , ω α α α ω L α α ω α ωn (6.12) Hoặc: R= ⎛ Q + + Q + + n + n Qn + n ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − − 0 001 2 2 1 0 1 2 1 1 1 , ρ ρ ρ L ρ | ρ ρ Qn (6.13)
α1,...αn lưu lượng trung bỡnh đơn vị phự sa lơ lửng trờn cỏc thuỷ trực vận tốc
k - hệ số như khi tớnh lưu lượng nước ω - Diện tớch cỏc trắc diện thành phần ρi - độđục thành phần
Qi - lưu lượng thành phần
Cú thể tớnh lưu lượng phự sa khi biết độ đục trung bỡnh và lưu lượng nước qua cụng thức:
6.3.5 Tớnh toỏn dũng chảy phự sa lơ lửng
Dũng chảy phự sa lơ lửng được tớnh bằng 2 phương phỏp. Phương phỏp thứ nhất dựa trờn việc sử dụng cỏc tài liệu vềđộ đục của cỏc mẫu nước đơn vị hàng ngày ρtb và mối quan hệ giữa độ đục của mẫu đơn vị ρdv và độ đục trung bỡnh của sụng ρtb=f(ρdv). Phương phỏp thứ hai dựa trờn việc sử dụng mối quan hệ giữa cỏc lưu lượng phự sa và lưu lượng nước R = f(Q)
Phương phỏp thứ nhất phổ biến hơn và được coi là cơ sở vỡ nú cho phộp xỏc định dũng phự sa theo một số lượng vừa phải cỏc lưu lượng phự sa lơ lửng đo được (10 - 15 lưu lượng/năm). Việc ỏp dụng phương phỏp thứ hai bị hạn chế bởi vỡ mỗi quan hệđỏng tin cậy giữa lưu lượng phự sa và lưu lượng nước R = f(Q) nhất thiết phải cú một số lớn lưu lượng phự sa đo được. Thường số lần đo phải là 20 - 40 lưu lượng phự sa/năm, chỉ xảy ra vào cỏc kỳ quan trắc đầu tiờn của cỏc trạm hoặc khi tiến hành cỏc cụng tỏc đo đạc thuỷ văn theo một chương trỡnh đặc biệt.
a) Tớnh dũng phự sa lơ lửng theo độ đục cỏc mẫu đơn vị hàng ngày và mối liờn hệ giữa độ đục của mẫu đơn vị và độ đục trung bỡnh của sụng. Khi tớnh toỏn dũng phự sa theo phương phỏp này người ta sử dụng cỏc số liệu sau:
1) Độđục cỏc mẫu nước đơn vị hàng ngày ρdv. 2) Độđục trung bỡnh mặt cắt ρtb.
3) Độđục ở cỏc mẫu đơn vị kiểm traρdvkt
4) Lưu lượng nước.
Tớnh toỏn dũng được tiến hành theo tuần tự sau:
1) Dựng đồ thị quỏ trỡnh năm của độđục đơn vị (sử dụng số liệu vềđộđục của mỗi đơn vị hàng ngày cho một năm). Đồ thị này được dựng đồng thời với đồ thị năm của lưu lượng nước. Thụng thường thỡ Q tăng → R tăng. Khi xột thời điểm xuất hiện cực trị của lưu lượng nước và phự sa ta thấy TQmax chậm hơn TRmax ( đối với sụng lớn và trung bỡnh ), cũn TQmaxđồng thời TRmax ( đối với sụng bộ ).
= f(ρ
3) Tớnh cỏc lưu lượng phự sa chục ngày Rtb10trung bỡnh phự sa lơ lửng: Rtb10 Rtbn 1 10 0 1 0 001 = , ∑ . , (6.15)
Với Rtbn là lưu lượng phự sa trung bỡnh ngày.
4) Tớnh dũng phự sa lơ lửng: Để làm việc đú trước hết phải tớnh cỏc giỏ trị dũng chảy phự sa theo chục ngày sau đú bằng cỏch lấy tổng để xỏc định giỏ trị dũng chảy năm. Để thu được dũng chảy phự sa theo chục ngày cần phải xỏc định trước lưu lượng phự sa (trung bỡnh theo chục ngày ) nhõn với số giõy trong chục ngày cú nghĩa là 8,64.105. Những tớnh toỏn như vậy được tiến hành đối với từng chục ngày trong năm, cỏc giỏ trị thu được sẽ cộng lại. Dũng chảy phự sa lơ lửng năm thường đo bằng đơn vị
tấn/năm.
b. Tớnh toỏn dũng chảy phự sa lơ lửng theo đồ thị giữa lưu lượng nước và lưu lượng phự sa: Phương phỏp này được ỏp dụng khi cú số lượng lần đo lưu lượng phự sa lớn trờn tất cả mỗi pha của chếđộ thuỷ văn, cú nghĩa là lỳc lũ lờn, đỉnh lũ và vào cỏc mựa kiệt. Khi tuõn theo cỏc điều kiện là: mỗi đoạn của mối phụ thuộc R = f (Q) được khỏi quỏt khỏ đầy đủ. Phương phỏp này được giới thiệu ỏp dụng khi tớnh dũng chảy phự sa cỏc sụng lớn và trung bỡnh. Khi tớnh toỏn dũng phự sa ở cỏc tuyến dưới đập cỏc sụng cú chỉnh trị phương phỏp này khụng dựng được.
Để tớnh dũng phự sa người ta dựng đồ thị liờn hệ giữa cỏc đại lượng thực đo lưu lượng nước và cỏc lưu lượng phự sa lơ lửng được đú đồng thời.
Trong sự phõn bố cỏc điểm đưa lờn ta thấy một quy luật cho phộp dẫn đường cong mềm mại - đường cong thường hay cú dạng ngũi bỳt hoặc là đường cong phức tạp gồm 2 nhỏnh tương ứng với lũ: nhỏnh phải dưới - nước dõng, nhỏnh trỏi trờn - nước xuống; mỗi nhỏnh tương ứng với thời gian khỏc nhau.
Để tớnh toỏn dũng phự sa từ đồ thị đó dựng được người ta hạ cỏc giỏ trị lưu lượng phự sa trung bỡnh ngày theo cỏc giỏ trị nước trung bỡnh ngày.
Khi đú cần sử dụng đường cong tương ứng với những ngày xỏc định lưu lượng. Bằng cỏch đú ta thu được cỏc giỏ trị phự sa trung bỡnh ngày rồi cộng theo chục ngày và tớnh lưu lượng phự sa cho chục ngày.
Dũng chảy năm của phự sa thu được bằng cỏch cộng cỏc giỏ trị tớnh toỏn dũng phự sa tất cả cỏc chục ngày trong năm
Khi tớnh toỏn dũng phự sa lơ lửng trong nhiều năm nhất thiết với mỗi năm phải cú đồ thị quan hệρtb = f(ρdv) hoặc R=f(Q) . Trong một số trường hợp cỏc mối quan hệ này cú khả năng ổn định, khi đú cú thể khi cần thiết tiến hành tớnh toỏn dũng chảy phự sa năm cho cả cỏc năm về trước.
6.4. NGHIấN CỨU PHÙ SA ĐÁY
6.4.1. Cỏc dụng cụđể lấy mẫu phự sa đỏy
Muốn đo bựn cỏt tại một điểm nào đú trờn đỏy sụng ta đưa mỏy xuống điểm đú. Khi mỏy chạm đỏy sụng thỡ cỏc cửa mở, sau một thời gian đủ dài thỡ kộo mỏy lờn ghi lấy thời gian đo . Thời gian đo phụ thuộc vào lượng bựn cỏt tại điểm đo nhiều hay ớt để quy định. Thụng thường điểm mỗi điểm lấy mẫu từ50 - 750 g là được.
6.4.2. Đo và tớnh lưu lượng phự sa đỏy. Tớnh toỏn phự sa đỏy
a) Đo lưu lượng phự sa đỏy: Số lượng lần đo lưu lượng phự sa đỏy tuỳ thuộc chế độ sụng (khụng ớt hơn 10 ngàn lần 1 năm, khi cú lũđo dày hơn). Đo phự sa đỏy đồng thời với đo lưu lượng nước và đo lưu lượng phự phự sa lơ lửng. Mẫu phự sa đỏy lấy trờn mỗi thuỷ trực đo vận tốc. Để phõn tớch độ thụ người ta khụng lấy mẫu riờng mà dựng luụn mẫu đo thể tớch.
b. Tớnh toỏn lưu lượng phự sa đỏy: thường lưu lượng phự sa đỏy được tớnh theo phương phỏp phõn tớch, song trong một số trường hợp người ta dựng phương phỏp đồ giải để nhỡn trực quan hơn. Phương
phỏp nào cũng phải tớnh sơ bộ lưu lượng phự sa thành phần đối với thuỷ trực theo cụng thức: Hỡnh 6.9 Dụng cụ lấy phự sa Moltranov g p tl d = 100 (6.16)
Lưu lượng toàn phần phự sa đỏy G: G= ⎛g b +g +g b + +gn +gn bn + gn bn ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ − − 0 001 2 2 2 2 1 0 1 2 1 1 1 , L (6.17) g1, g2, gn - lưu lượng thành phần g/m.s
b1, bn - khoảng cỏch giữa cỏc thuỷ trực b0, bn - khoảng cỏch giữa mộp nước và cỏc thuỷ trực gần bờ.
Với phương phỏp đồ giải thỡ cần phải dựng cỏc phõn bố lưu lượng thành phần theo chiều rộng sụng. Diện tớch được xỏc định bằng mỏy hoặc kẻ ụ.
c. Tớnh dũng chảy phự sa đỏy: cần dựng đồ thị G = f (Q).
- Nếu G= f (Q) là chặt chẽ (độ phõn tỏn cỏc điểm nhỏ ) thỡ người ta dẫn đến một đường cong ( lồi về phớa trục Q) và dựng nú để tớnh toỏn.
Nếu G = f(Q) cú độ phõn tỏn cỏc điểm lớn khụng thể dẫn một đường cong thỡ cần đưa thờm giỏ trị độ dốc mặt nước, tốc độ bỡnh quõn dũng chảy hoặc độ sõu trung bỡnh rồi dẫn hệ vào đường cong 3 tham số.
Nếu phương phỏp này cũng khụng thể dẫn đường cong thỡ nếu số lượng lần đo đạc rải đều trong năm cho phộp sử dụng phương phỏp nội suy với điều kiện chếđộ phự sa khụng thay đổi.
CHƯƠNG 7. ĐO MẶN, ĐO NHIỆT ĐỘ, MÀU SẮC VÀ ĐỘ TRONG