4. Mục đích nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu
2.3.1. Lưu tốc dòng chảy và phương pháp đo
2.3.1.1. Khái niệm về lưu tốc dòng nước
Trong đo đạc thủy văn lưu tốc được xác định như lưu tốc tức thời, lưu tốc bình quân theo thời gian, lưu tốc bình quân theo không gian, lưu tốc bình quân theo cả không gian và thời gian.
- Lưu tốc tức thời dòng chảy là lưu tốc ở một thời điểm nào đó.
- Lưu tốc bình quân theo thời gian là giá trị trung bình của lưu tốc dòng chảy tại một điểm nào đó trong một thời gian nào đó.
- Lưu tốc bình quân theo không gian là giá trị bình quân thủy trực và lưu tốc trên mặt cắt ngang.
Lưu tốc là một đặc trưng thủy lực quan trọng rất cần thiết cho việc tính toán thủy văn, thủy lực. Để nghiên cứu kết cấu nội bộ dòng chảy cần phải biết độ lớn và hướng của lưu tốc tại một thời điểm nào đó trong dòng chảy và sự thay đổi của nó theo thời gian. Muốn xác định lượng nước chuyển qua một mặt cắt hay một đoạn sông suối nào đó cần phải biết gía trị của lưu tốc.
2.3.1.2. Sự thay đổi lưu tốc theo thời gian và không gian
Lưu tốc trong thiên nhiên thay đổi rất phức tạp theo thời gian, không gian bởi có quá nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lưu tốc như thủy lực, địa hình (tốc độ đáy sông suối, hình dạng mặt cắt…) điều kiện khí tượng, các yếu tố này lại không ngừng thay đổi theo thời gian và không gian. Có các yếu tố biến đổi có tính chu kỳ như thủy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
triều, …có các yếu tố biến đổi ngẫu nhiên như lượng mưa, diễn biến dòng sông, suối…Do vậy tính chất thay đổi của lưu tốc cũng mang cả hai đặc tính chu kỳ và ngẫu nhiên.
2.3.1.3. Phân bố của lưu tốc theo không gian
Phân bố lưu tốc theo chiều sâu: Trong thực tế phân bố lưu tốc theo chiều sâu
rât phức tạp. Dạng phân bố chung nhất là lưu tốc giảm dần từ trên mặt nước xuống đáy sông, suối, trên thủy trực thường có các dạng phân bố vận tốc như sau:
Hình 2.1. Phân bố vận tốc trên thủy trực
1) Đặc trưng cho sông vùng núi, lưu tốc bề mặt lớn 2) Đặc trưng cho vùng đồng bằng
3) Phân bố lưu tốc chịu ảnh hưởng ghồ ghề của đáy sông 4) Phân bố lưu tốc ảnh hưởng của thủy triều
Việc nghiên cứu khảo sát phân bố của lưu tốc theo chiều sâu có thể đạt được bằng phương pháp lý luận song cho tới nay vẫn chưa được giải quyết triệt để. Trong thực tiễn vận tốc trung bình dòng chảy được biểu diễn bằng công thức:
T udt T
u 1 (2.1)
Với T là thời đoạn lấy trung bình vận tốc u
Do đòi hỏi của thực tiễn sản xuất và nghiên cứu người ta thường đưa một số công thức để tính toán sự phân bố lưu tốc trên thủy trực theo kinh nghiệm hoặc bán kinh nghiệm của các tác giả xuất phát từ các giả thiết và khái niệm khác nhau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Thông thường, các dạng phân bố vận tốc theo chiều sâu vẫn gặp các công thức dạng parabol, logarit, elip. Ví dụ:
1 ( )2 h y P u u n , (2.2) Với um vận tốc trên bề mặt; h - độ sâu tại thủy trực; y - khoảng cách từ mặt nước đến điểm đo có vận tốc u. P là một tham số không thứ nguyên phụ thuộc vào hệ số Chesi (C) với 10 ≤ C ≤ 60 thì: C P0,573,3 Và với 10 ≤ C ≤ 60 thì : P = 0,022C - 0,000197C2 Hệ C có thể tra cứu từ các bảng lập sẵn
Phân bố lưu tốc theo độ rộng sông, suối:
Qua biểu thức trên ta thấy lưu tốc là một hàm số của độ sâu và nếu ta coi trên mỗi mặt cắt ngang một hệ số nhám là n và độ dốc mặt nước l/j không thay đổi thì
lưu tốc tỷ lệ thuận với độ sâu. Trường hợp dòng chảy một chiều thì đường vận tốc ngang có dạng tỷ lệ đường đáy sông, suối nghĩa là độ sâu lớn nhất tương ứng với vận tốc lớn nhất và giảm dần đến hai bên bờ.
Giả sử đáy sông, suối phức tạp thì dạng phân bố cũng phức tạp, ở hai đoạn sông, suối cũng có ảnh hưởng.
Phân bố lưu tốc theo dòng chảy:
Phân bố lưu tốc theo dòng chảy rất phức tạp và phụ thuộc vào địa hình đáy sông, hình dạng mặt cắt, độ dốc đáy sông và các điều kiện thủy văn và khí tượng. Nhìn chung lưu tốc giảm dần theo chiều dòng chảy. Càng về hạ lưu dòng sông càng rộng, vận tốc càng giảm xuống.