tính toán tổn thất cột n−ớc qua các liên kết. Ph−ơng pháp liên kết bình th−ờng dựa trên cơ sở là ph−ơng trình
ình th−ờng tính toán tổn thất thông qua một công trình t trong dòng chảy bình th−ờng mà đã đ−ợc đề cập, dựa Ch−ơng trình HEC-2 cung cấp hai ph−ơng pháp để
Manning và sử dụng ph−ơng pháp b−ớc chuẩn để xác định tổn thất qua cầu. Ph−ơng pháp liên kết đặc biệt sử dụng một loạt các ph−ơng trình thuỷ lực để tính toán tổn thất qua các cầu. Dựa trên hình dáng vật thể của cầu và điều kiện chảy, ng−ời sử dụng có thể lựa chọn một trong hai ph−ơng pháp nêu trên.
Biện pháp liên kết chuẩn
Ph−ơng pháp liên kết b giống nh− cách xác định tổn thấ
trên ph−ơng trình Manning và ph−ơng pháp b−ớc chuẩn. Ch−ơng trình HEC-2 tính toán cho sự có mặt của công trình bằng cách loại trừ đi từ tổng diện tích dòng chảy phần công trình nằm phía d−ới bề mặt n−ớc và tăng chu vi −ớt nơi mà n−ớc tiếp xúc với
công trình. Phần phía trên của công trình đ−ợc mô tả bằng việc xác định đỉnh công trình và đoạn dây cung thấp trên đ−ờng X2. Hơn nữa, bảng thể hiện vị trí và cao trình đỉnh công trình và đoạn dây cung thấp có thể đ−ợc xác định trên đ−ờng BT. Do đó, các đ−ờng liên kết nằm ngang hoặc dốc có thể đ−ợc xử lý trong HEC-2.
ph−ơng pháp liên kết đặc biệt
Ph−ơng pháp liên kết đặc biệt một số điều kiện chảy bao gồm: dòng
sử dụng các ph−ơng trình thuỷ lực đặc tr−ng cho chảy thấp, dòng chảy có áp, dòng chảy qua đập
ạn dây cung thấp và không có dòng chảy chảy tràn lên đỉnh của
. Dòng chảy thấp loại A giả định là dòng chảy −ới gi
tràn hoặc mọi khả năng kết hợp khác. Trong ph−ơng pháp này, phần mở rộng ở phía d−ới công trình đ−ợc coi gần đúng là hình thang với cao trình đáy, độ rộng đáy, các mái dốc. Sự có mặt của các bến tàu bè thì đ−ợc tính toán bằng cách xác định tổng độ rộng của dòng chảy bị cản.
Điều kiện dòng chảy thấp xẩy ra khi dòng chảy chảy ngay phía d−ới công trình mà không chạm vào đo
công trình. Đối với một công trình mà không có bến bãi trong điều kiện dòng chảy thấp thì HEC-2 sẽ tự động lựa chọn ph−ơng pháp công trình bình th−ờng để tính toán bởi vì nó khá chính xác ứng với điều kiện đó.
Đối với dòng chảy thấp ở phía d−ới các công trình có bến bãi, HEC-2 sẽ cân nhắc ba điều kiện là loại A, loại B và loại C
d ới hạn và ph−ơng trình Yarneli đ−ợc sử dụng để tính toán sự thay đổi cao trình mặt n−ớc: ( )( ) ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎛V32 4 ⎜⎜ ⎝ + − + = g a a K K H 2 15 6 , 0 - 10 2 3 (7.37) rong đó:
H3 = sự thay đổi cao trình mặt n−ớc qua công trình, = hệ số hình dạng bến bãi,
công trình, t
K
w = tỷ số giữa l−u tốc cột n−ớc với độ sâu hạ l−u của
a = n cả bị không y chả dòng tích diện tổng n u tốc ở hạ l−u tính từ công trìn
Giá trị của H3 đ−ợc thêm vào cao trình mặt n−ớc ở hạ l−u sau khi tính toán. chuyển qua trạng thái của độ
c trình thì giống nh− dòng chảy cả bị y chả dòng tích diện V3 = l− h.
Dòng chảy thấp loại B xẩy ra khi profile mặt n−ớc
sâu giới hạn ngay phía d−ới công trình. HEC-2 sử dụng cân bằng momen đối với cá mặt cắt lân cận và phía d−ới công trình, giống nh− đã đ−ợc mô tả chi tiết trong cuốn sổ tay h−ớng dẫn sử dụng HEC-2 (trung tâm kỹ s− thuỷ văn, 1982). Dòng chảy thấp loại C xẩy ra khi điều kiện của dòng chảy là trên giới hạn và các thủ tục t−ơng tự đ−ợc sử dụng đối với loại B đ−ợc áp dụng trong tr−ờng hợp này.
Dòng chảy có áp xẩy ra khi gầm cầu cống bị ngập n−ớc làm cho dòng chảy tiếp xúc hoàn toàn với thành rắn. Dòng chảy có áp qua công
qua lỗ trong cơ chất lỏng và có thể đ−ợc mô tả bằng ph−ơng trình:
21 1 2 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = K gH A Q (7.38)
trong đó:
H = tổng năng l−ợng chênh lệch giữa th−ợng và hạ l−u, hệ số tổn thất,
qua lỗ.
−ờng năng đến trung tâm của diện tích lỗ.
y ra khi n−ớc bắt đầu chảy tràn trên công trình và K =
A = diện tích mặt cắt ngang, Q = tổng dòng chảy
HEC-2 coi H nh− là khoảng cách từ đ Dòng chảy qua đập tràn xẩ
HEC-2 sử dụng ph−ơng trình đập tràn chuẩn đối với điều kiện chảy này:
23 3 CLH Q= (7.39) trong đó: C = hệ số l−u l−ợng,
chiều dài ảnh h−ởng của đập tràn,
chênh lệch giữa th−ợng l−u và đỉnh của công trình,
nh của -2 bất cứ lúc nào công trình bị ngập sâu trong −ớc ở
ng l−ợng và tính l−u l−ợng.
ng HEC-2
Ph−ơng pháp liên kết bình th−ờng hay đ−ợc áp dụng nhất khi tổn thất do ma c qua công trình. Trong tr−ờng
hảy có áp và dòng chảy qua đập tràn xẩy ra, (3) khi dòng
gang đối với kiểu liên kết
Hình 7.12 các thể hiện yêu cầu của mặt cắt ngang đối với cả hai ph−ơng pháp h th−ờng yêu cầu tổng cộng tất cả l
L =
H = tổng năng l−ợng
Q = l−u l−ợng chảy qua đập tràn.
Giá trị hệ số l−u l−ợng C phụ thuộc vào vật chất của công trình, cao trì đỉnh và đ−ợc giảm đi trong mô hình HEC
n hạ l−u.
HEC-2 thực hiện tính toán dòng chảy kết hợp bằng cách lặp đi lặp lại các thủ tục cân bằng nă
Lựa chọn ph−ơng pháp liên kết tro
sát đ−ợc quan tâm nhiều nhất đối với tổn thất cột n−ớ
hợp riêng, khi một công trình thuỷ không có bến bãi, và cống nằm d−ới điều kiện chảy thấp và khi đỉnh công trình không ngập trong n−ớc thì ph−ơng pháp công trình bình th−ờng có thể đ−ợc áp dụng.
Ph−ơng pháp liên kết đặc biệt nên đ−ợc áp dụng (1) khi công trình thuỷ có bến bãi, (2) khi hiện t−ợng dòng c
chảy đang trong trạng thái chuẩn bị chuyển qua độ sâu giới hạn tại công trình, hoặc (4) đối với tr−ờng hợp khi dòng kết hợp của chảy thấp hoặc chảy có áp hoặc chảy qua đập tràn. Trong tình huống khi kiểu dòng chảy qua công trình không đ−ợc xác định rõ ràng hoặc đối với tr−ờng hợp dao động của l−u l−ợng là lớn thì nên sử dụng ph−ơng pháp công trình đặc biệt.
Cách bố trí mặt cắt n
liên kết bình th−ờng và đặc biệt. Ph−ơng pháp liên kết bìn
à sáu mặt cắt ngang: (1) một mặt cắt ngang ở hạ l−u công trình nơi mà dòng chảy không bị ảnh h−ởng bởi công trình, (2) một mặt cắt ở hạ l−u công trình, (3) một mặt cắt khác tại công trình ở phía hạ l−u, (4) một mặt cắt cũng ở tại công trình nh−ng nằm ở th−ợng l−u, (5) một mặt cắt nữa nằm phía th−ợng l−u, và (6) mặt cắt còn lại nằm ở th−ợng l−u tại vị trí đủ xa để không còn bị ảnh h−ởng của n−ớc dâng.
Hình 7.12. Cách bố trí mặt cắt ngang đối với kiểu công trình (a) Biện pháp công trình bình th−ờng
Ph−ơng pháp liên k cắt ngang, những mặt cắt t−ơng ứng với các mặt cắt th sáu của ph−ơng pháp công
ứng với 1 ft bộ phận thì t−ơng ứng với 4 ft quãng đ−ờng
uả
(b) Biện pháp công trình đặc biệt
ết đặc biệt chỉ yêu cầu bốn mặt ứ nhất, thứ ba, thứ t− và thứ trình bình th−ờng (hình 7.12).
Khoảng cách giữa các mặt cắt ở hạ l−u công trình nên dựa trên tỷ lệ 4:1 độ mở rộng của dòng chảy, có nghĩa là
di chuyển của dòng chảy. Hiện t−ợng này đ−ợc chỉ ra trong hình 7.13. Vị trí mặt cắt cuối cùng của công trình trong cả hai ph−ơng pháp liên kết bình th−ờng và đặc biệt nên dựa trên tỷ lệ 1:1 độ co hẹp của dòng chảy. Để tránh gặp phải phức tạp ở nh−ng chỗ mà các kích th−ớc trở nên quá dài ở th−ợng hoặc hạ l−u của các công trình, độ mở rộng và co hẹp tiêu chuẩn nên sử dụng giới hạn mở rộng bộ phận của mọi khoảng giữa (chèn vào giữa) các mặt cắt ngang.
Hình 7.13. Sự mở rộng và co hẹp của dòng chảy tại các công trình
Một hạ hông có khả
năng p
có thể đ−ợc bỏ qua bằng việc sử dụng các đ−ờng
n chế của HEC-2 trong việc tính toán đối với công trình là k
hân biệt đ−ợc sự khác nhau giữa ảnh h−ởng và không ảnh h−ởng của diện tích chảy. Diện tích chảy hiệu quả là phần tổng diện tích mặt cắt nơi mà l−u tốc dòng chảy vuông góc với mặt cắt ngang theo h−ớng chảy về hạ l−u. Mọi phần diện tích khác mà dòng chảy h−ớng về hạ l−u không chảy qua đ−ợc gọi là các diện tích chảy không ảnh h−ởng. Hình 7.14 mô tả một vài ví dụ của diện tích chảy không ảnh h−ởng đ−ợc tạo ra bởi sự có mặt của các công trình thuỷ.
Diện tích chảy không ảnh h−ởng
GR và BT để xác định đỉnh và profile dây cung thấp của công trình. Lựa chọn diện tích ảnh h−ởng trong HEC-2 có thể sử dụng "block out" các phần mặt cắt ngang của lòng dẫn mà không ảnh h−ởng đến sự vận chuyển của dòng chảy ở hạ l−u. Ví dụ, tất cả các dòng chảy có thể bị ngăn cản tới mặt cắt ngang của lòng dẫn cho đến khi cao trình mặt n−ớc tính toán v−ợt quá cao trình của một hoặc hai bờ lòng dẫn trên đ−ờng GR. Sự xâm lấn cố định đối với một mặt cắt ngang có thể đ−ợc cân nhắc sử dụng ph−ơng pháp t−ơng tự này. Tất cả các thông số cần thiết đối với việc thực hiện ph−ơng pháp diện tích ảnh h−ởng đ−ợc thể hiện trên đ−ờng X3.
Hình 7.14. Minh hoạ vùng diện tích không hiệu quả của các công trình
Chi tiết về việc áp dụng chức năng diện tích ảnh h−ởng và các hệ số đối với cả hai tr−ờng hợp ph−ơng pháp công trình bình th−ờng và đặc biệt đ−ợc trình bày đầy đủ trong cuốn sổ tay h−ớng dẫn sử dụng HEC-2 (trung tâm kỹ s− thuỷ văn, 1982) và Hoggan (1989). Phần tiếp theo trình bày một ví dụ chi tiết của việc tính toán HEC-2 cho một lòng dẫn nhỏ có hai công trình thuỷ trên đó.
7.15