2.4 Cơ sở lý thuyết tớnh toỏn thủy lực dẫn dũng thi cụng và điều tiết lũ
2.4.2 Tớnh toỏn thủy lực dẫn dũng qua cống
2.4.2.1 Cỏc chế độ chảy qua cống
Khi thỏo nước qua cống, đường quan hệ lưu lượng với mực nước thượng lưu của cống như Hỡnh 2.4, mực nước cỏc trường hợp chảy qua cống như Hỡnh 2.5 [40].
Hỡnh 2.4. Đường quan hệ lưu lượng với mực nước thượng lưu của cống 1. Chảy khụng ỏp; 2. Chảy bỏn ỏp; 3. Chảy cú ỏp. 1. Chảy khụng ỏp; 2. Chảy bỏn ỏp; 3. Chảy cú ỏp.
Hỡnh 2.5. Sơ đồ cỏc chế độ chảy qua cống
1-1. chảy khụng ỏp; 2-2. chảy bỏn ỏp; 3-3. chảy cú ỏp, cửa ra chảy tự do; 4-4. chảy cú ỏp, cửa ra ngập.
Trường hợp 1: Chảy khụng ỏp khi H0 ≤ (1,2ữ1,4)Hc, mặt nước thượng lưu hạ thấp khi vào cống và khụng chạm trần miệng cống, đồng thời mực nước hạ lưu tại cửa ra của cống thấp hơn trần cống, dũng chảy qua cống như qua kờnh hở (đường 1-1, Hỡnh 2.5). Sơ đồ này cú thể xem thờm ở Hỡnh 2.6.
Trường hợp 2: Khi H0 > (1,2ữ1,4)Hc, mực nước thượng lưu chạm trần miệng cống, cú hai khả năng xảy ra:
2a) Mặt nước trong cống khụng chạm trần cống, ta cú chế độ chảy bỏn ỏp, sơ đồ thủy lực tớnh như chảy dưới tấm chắn cửa cống (đường 2-2, Hỡnh 2.5);
2b) Mặt nước trong cống chạm trần cống, ta cú chế độ chảy cú ỏp, sơ đồ tớnh toỏn thủy lực là cống chảy cú ỏp (đường 3-4, 4-4, Hỡnh 2.5).
Trong nội dung trờn H0, Hc như ở Hỡnh 2.5. Trị số (1,2ữ1,4)Hc được chọn như sau: Cửa vào rất thuận thỡ chọn 1,4Hc; khụng thuận chọn 1,2Hc; nếu khỏc thỡ chọn trong khoảng (1,2ữ1,4)Hc [41].
2.4.2.2 Tớnh toỏn thủy lực dẫn dũng qua cống
a. Chảy khụng ỏp
Việc tớnh toỏn thủy lực theo sơ đồ đập tràn đỉnh rộng nối tiếp với kờnh (Hỡnh 2.6).
Hỡnh 2.6. Sơ đồ tớnh toỏn thủy lực dẫn dũng qua kờnh
H. Cột nước đầu kờnh; z. Chờnh lệch mực nước tại cửa vào kờnh; hng. độ ngập sõu của mực nước hạ lưu tại cửa ra; hk. độ sõu phõn giới trong kờnh; i. độ dốc kờnh; V0. lưu tốc
tới gần; V. lưu tốc trong kờnh
Sử dụng phương phỏp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước từ cuối kờnh lờn đầu kờnh cú được hđk.
Đoạn đầu kờnh tớnh như đập tràn đỉnh rộng:
Chảy khụng ngập: Q = mb 2g H / (2-6)
Chảy ngập: Q n 2g(Hohđk) (2-7) Mực nước thượng lưu được tớnh theo cụng thức sau:
Ztl = Zđk+H0 (2-8)
Trong đú: Ztl - mực nước thượng lưu; Zđk - cao trỡnh đỏy cửa vào kờnh; H0 - cột nước trước kờnh. z H V0 V L=(8-10)H i (%) hk h đk
b. Chảy bỏn ỏp.
Để khẳng định chảy bỏn ỏp hay cú ỏp, thường phải tớnh và vẽ đường mặt nước như kờnh hở (coi như khụng cú trần cống để tớnh). Nếu cú nước nhảy trong cống và độ sõu liờn hiệp sau nước nhảy cao hơn trần cống thỡ khẳng định chảy cú ỏp. Nếu là nước nhảy phúng xa ra khỏi cống thỡ khẳng định chảy bỏn ỏp [38].
Cống chảy bỏn ỏp được tớnh thủy lực như chảy dưới cửa cống.
Cống dẫn dũng thường khỏ dài, cống chảy bỏn ỏp diễn ra trong khoảng biến thiờn của cột nước thượng lưu H khụng nhiều (Hỡnh 2.4). Trong tớnh toỏn dẫn dũng thường bỏ qua chế độ này và tớnh coi như chảy cú ỏp và chấp nhận sai số nhất định [36].
c. Chảy cú ỏp
Hỡnh 2.7. Sơ đồ thủy lực cống chảy cú ỏp Lưu lượng chảy qua cống cú ỏp được tớnh theo cụng thức 2-12 [38]: Lưu lượng chảy qua cống cú ỏp được tớnh theo cụng thức 2-12 [38]:
Q = μω 2gz (2-9)
z = z +αv
2g (2-10)
Trong đú: - hệ số lưu lượng chảy cú ỏp của cống tớnh theo cụng thức (2-10); ω - diện tớch mặt cắt cống; z - chờnh lệch mực nước thượng hạ lưu khi mực nước hạ lưu cao hơn
tim mặt cắt cửa ra của cống (Hỡnh 2.7-a) hoặc chờnh lệch mực nước thượng lưu so với tim mặt cắt cửa của ra cống khi mực nước hạ lưu thấp hơn tim cửa ra cống (Hỡnh 2.7-b).
μ = = (2-11)
α - hệ số sửa chữa động năng lấy giỏ trị (1,05ữ1,10); - tổng hệ số tổn thất dọc đường; Σξc - tổng hệ số tổn thất cục bộ [38].