Tải bản đầy đủ

Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tháo nước


M CL C
M

U

5
TH Y L C N I TI P H L U 7

CH

NG 1: CÁC CH

I. N

C NH Y VÀ CÁC THÔNG S C B N C A N

1.1.

nh ngh a: Hi n t


C NH Y. 7

ng thu l c n y sinh trong quá trình dòng ch y chuy n t

tr ng thái ch y xi t sang ch y êm g i là n

ng này đ

c nh y. Hi n t

c đ c tr ng

b i khu lu ng chính ch y xuôi, m r ng đ t ng t và khu ch y xoáy chuy n đ ng vòng
quanh t i ch trên m t khu lu ng chính.
1.2. Phân lo i n

c nh y 7

1.3. N

c nh y hoàn ch nh:

1.4. N

c nh y m t: 10

1.5. N

c nh y sóng: 14

8

II. N I TI P DÒNG CH Y TH
III. N I TI P DÒNG CH Y
3.1. N i ti p ch y đáy:

16

3.2. N i ti p ch y m t.


17

3.3. N i ti p phóng xa

18

CH

7

NG H L U 15

H L U CÔNG TRÌNH

NG 2: TIÊU N NG SAU CÔNG TRÌNH THÁO N

16

C 20

I. KHÁI NI M CHUNG V TIÊU N NG SAU CÔNG TRÌNH THÁO N
c đi m dòng ch y

1.

20

h l u: 20

2. Nhi m v tính toán tiêu n ng là ph i tìm đ
l

C

c bi n pháp tiêu hu toàn b n ng

ng th a, đi u ch nh l i s phân b l u t c và làm gi m m ch đ ng, đ cho dòng

ch y tr v tr ng thái t nhiên c a nó trên m t đo n ng n nh t, gi m chi u dài đo n
gia c

h l u. 20

3. Tiêu hao n ng l

ng th a d a trên nguyên t c

4. Các hình th c tiêu n ng th

ng đ

20

c áp d ng là tiêu n ng đáy, tiêu n ng phóng

xa, tiêu n ng m t và các hình th c tiêu n ng đ c bi t. Tiêu n ng đáy có các hình th c
đào b , xây t

ng, b t

ng k t h p. 21

5. Tiêu chu n thi t k 21
6. Ph

ng pháp nghiên c u tiêu n ng 21

II. TIÊU N NG DÒNG ÁY 21
2.1. Tính toán chi u sâu b

22

3


2.2. Tính toán chi u cao t
2.3. Tính toán b t

ng tiêu n ng

27

ng tiêu n ng k t h p : 28

2.4. Chi u dài b L

29

2.5. Sân sau th hai 31
2.6. L u l

ng tính toán tiêu n ng 31

III. TIÊU N NG DÒNG M T
3.1. Khái ni m

35

35

3.2. B trí và tính toán tiêu n ng dòng m t 35
3.3. Tiêu n ng dòng ph u 36
3.4. Phòng ch ng xói

h l u 38

IV. TIÊU N NG PHÓNG XA

40

4.1. Khái ni m v tiêu n ng phóng xa 40
4.2. Tính toán các thông s c a tiêu n ng phóng xa 41
4.3. M t s hình th c k t c u tiêu n ng phóng xa

44

V. CÁC THI T B TIÊU N NG PH 47
5.1. M nhám dùng trong lòng máng d n
5.2- M tiêu n ng dùng

b ho c ng

47

ng tiêu n ng 50

5.3 T

ng phân dòng 53

CH

NG 3: TÍNH TOÁN XÓI LÒNG D N

N

H

L U CÔNG TRÌNH THÁO

C 55

I.KHÁI NI M CHUNG 55
II. XÁC

NH KÍCH TH

C C B N C A H XÓI N

1.Chi u sâu l n nh t c a h xói n đ nh: dx 58
2. Chi u dài h xói n đ nh: Lx
3.V trí sâu nh t c a h xói
4. Chi u sâu h xói

61

62

cu i sân gia c c ng 63

5. Hình d ng h xói : 63
III. XÓI THEO TH I GIAN 64
CÂU H I CÁC CH

NG

65

THÔNG TIN TÁC GI 67

4

NH 58


M
N

U

c và dòng ch y c a nó có nh ng l i ích to l n, nh ng c ng có nh ng b t l i.

Nhi m v c a nh ng nhà khoa h c th y l i là t n d ng nh ng l i ích và h n ch
nh ng b t l i c a nó. Nhi m v đó đ

c th c hi n b ng nhi u gi i pháp, trong đó có

vi c xây d ng các công trình khác nhau.

ó là các công trình dâng n

c, d n n

c,

c, công trình b o v , công trình giao thông… B ng gi i pháp k t c u đ c thù

l yn

c a mình các công trình th y l i t o ra và đ m b o đ m c n
th i tháo l , tháo l

c th a v phía h l u, d n đ n

ng n

ho c ng n ng a nh ng nh h
t o ra con đ

ng, đ ng

c ho c l u l

c đáp ng các yêu c u,

ng b t l i t phía h l u. Các công trình th y l i còn

ng giao thông th y và t o ra chênh l ch đ u n

c t p trung ph c v cho

phát đi n.
N

c ch y qua các công trình tháo th

ng là dòng ch y xi t có l u t c l n. Dòng

ch y đó có n ng l

ng th a l n. Khi ch y xu ng h l u, nó có th gây ra xói l lòng

d n n u không đ

c gia c đ y đ . T đó có th m t n đ nh c a công trình. B i v y

ph i chuy n dòng ch y xi t thành dòng ch y êm ngh a là t o ra n
Chúng ta c g ng đ nh v n

c nh y

c nh y

h l u.

ngay chân công trình b ng nhi u lo i thi t b

khác nhau, ho c cho dòng ch y phun vào không khí r i r i xu ng h l u…
Trong ph m vi tài li u này chúng tôi c g ng đ c p đ n các v n đ th y l c
thu c v n i ti p và tiêu n ng h l u công trình tháo n
3 ch

ng.
Ch

gi a th
đ

c. N i dung đó th hi n qua

ng 1 trình bày tóm t t lý lu n c b n v n
ng và h l u công trình. Tiêu n ng

c nêu

trình bày

ch
ch

c nh y và n i ti p dòng ch y

h l u v i nhi u hình th c khác nhau

ng 2. M t s ki n th c t ng quát v xói không d báo tr
ng 3 và c ng là ch



c

ng cu i cùng c a cu n sách.

N i ti p và tiêu n ng v a mang tính kinh đi n v a mang tính th i s trong vi c
xây d ng các công trình th y l i

đ tn

c chúng ta. Cu n sách này dùng gi ng d y

chuyên ngành công trình và là tài li u cho các cán b khoa h c k thu t nghiên c u,
tham kh o.
Nhân d p này chúng tôi xin bày t lòng c m n chân thành đ i v i PGS. TS
Nguy n Chi n – Tr

ng

i h c Th y l i và TS. Tr n Qu c Th

ng – Vi n Khoa h c

Th y l i đã đ c và góp nhi u ý ki n quý báu cho b n th o, cám n t p th B môn
Th y công, khoa Công trình, khoa Sau đ i h c, Ban Giám hi u tr

ng

l i và nhà xu t b n Xây d ng đã t o m i đi u ki n giúp đ đ cu n sách đ

5

i h c Th y
c n hành.


Chúng tôi không có hy v ng cu n sách đã đ c p đ y đ các v n đ và ch c ch n
còn có thi u sót. B i v y r t mong nh n đ
M i góp ý xin g i v b môn Th y công – Tr

c nh ng đóng góp chân tình c a đ c gi .
ng

i h c Th y l i – Hà N i.
Tác gi

6


CH
I. N

NG 1: CC CH

TH Y L C N I TI P H L U

C NH Y V CC THễNG S

C

B NC AN

C NH Y.

1.1. nh ngh a: Hi n t ng thu l c n y sinh trong quỏ trỡnh dũng ch y chuy n
t tr ng thỏi ch y xi t sang ch y ờm g i l n c nh y. Hi n t ng ny c c tr ng
b i khu lu ng chớnh ch y xuụi, m r ng t ng t v khu ch y xoỏy chuy n ng vũng
quanh t i ch trờn m t khu lu ng chớnh.
Khu nớc xoáy
C
K

K
a
A

B

h''
hk

h'

Khu luồng chính
Hình 1 - 1: Nớc nhảy v các đặc trng cơ bản

Nh ng ph n t ch t l ng hai khu xõm nh p vo nhau r t mónh li t xung quanh
m t ranh gi i ABC (m t ranh gi i cú ý ngh a trung bỡnh th i gian). S m r ng t
ng t c a dũng ch y trong ph m vi n c nh y ó lụi kộo r t m nh khụng khớ vo khu
n c xoỏy t o nờn nh ng b t tr ng xúa, di ng khụng theo quy lu t. Khu n c xoỏy
luụn luụn bi n i v th tớch do s co dón c a cỏc b t khớ v luụn di d ch xuụi ng c
dũng ch y, dao ng xung quanh m t v trớ trung bỡnh th i gian, do ú t ng c ng
nh ng m ch ng v ỏp su t v v l u t c.
Cựng v i s xỏo tr n mónh li t cỏc ph n t ch t l ng xung quanh m t phõn chia,
nh ng m ch ng t khu n c xoỏy truy n vo khu lu ng chớnh lm cho dũng ch y
khu lu ng chớnh tr thnh dũng ch y r i cú m ch ng l n, do ú n ng l ng c a
dũng ch y b tiờu hao r t l n ph m vi n c nh y.
Hỡnh th c quỏ t tr ng thỏi ch y xi t sang ch y ờm v
hk b t bu c ph i qua n c nh y [1].
Cỏc thụng sụ c b n c a n c nh y:
c nh y: h'; sõu sau n

-

sõu tr

cn

-

cao n

c nh y a = h'' - h';

- Chi u di n

c nh y: h'';

c nh y: Ln

1.2. Phõn lo i n c nh y
a) Theo i u ki n n y sinh v c u trỳc c a n
+N

t qua sõu phõn gi i

c nh y [1] cú:

c nh y hon ch nh khi h''/ h'>2

+ N c nh y dõng: L hỡnh th c c a n c nh y hon ch nh x y ra khi cú m t v t
ch ng ng i t ngang ỏy, lm dõng cao m c n c sau n c nh y t o nờn khu xoỏy
m t l n h n so v i n c nh y hon ch nh.

7


+ N c nh y m t: Khi n
l i bên d i.

c nh y có khu lu ng chính

+ N c nh y sóng: Khi chênh l ch m c n
là nh (h''/ h'<2).
b) Theo v trí n c nh y [1]:
+N

c nh y phóng xa khi h''c> hh.

+N
+N

c nh y t i ch khi h''c = hh.
c nh y ng p khi h''c < hh.

V i: hh là chi u sâu dòng ch y

trên m t và khu xoáy cu n

c gi dòng ch y êm và dòng ch y xi t

h l u;

h''c là đ sâu liên hi p v i đ sâu dòng ch y t i m t c t co h p.
c) Theo tr s Froude tr

c nh y [7]: [Fr1 =

cn

+N

c nh y sóng khi Fr1 = 1 ÷ 3;

+N
+N

c nh y y u khi Fr1 = 3 ÷ 6;
c nh y dao đ ng khi Fr1 = 6 ÷20;

+N

c nh y n đinh khi Fr1 = 20 ÷ 80;

+N

c nh y m nh khi Fr1 ≥ 80.

1.3. N

v 12
]có:
2gh

c nh y hoàn ch nh:

N c nh y hoàn ch nh là d ng n c nh y c b n (hình 1-1). Sau đây s nghiên
c u n c nh y hoàn ch nh và các đ c tr ng c a nó trong lòng d n l ng tr .
a) Hàm s n c nh y:
Xét n c nh y hoàn ch nh x y ra trong kênh l ng tr có đ d c đáy r t nh ho c
b ng không v i dòng ch y n đ nh. Áp d ng đ nh lý đ ng l ng cho khu n c nh y
hoàn ch nh v i kênh l ng tr , đáy lòng d n n m ngang, b qua l c ma sát gi a dòng
n c và lòng d n, áp l c n c t i các m t c t phân b theo qui lu t thu t nh, h s s a
ch a đ ng l ng α01 = α02 = α0 , chúng ta có:

α Q
α 01Q 2
+ y1 .ω1 = 02 2 + y 2 .ω 2
g .ω 2
gω1
V i: Q (m3/s) - l u l

ng n

(1-1)

c;

y1, y2 (m) - chi u sâu tr ng tâm m t c t có di n tích

t

1,

2

α 0Q 2
G i: θ (h) =
+ y.ω là hàm s n c nh y.
g .ω
V im in

(1-2)

c nh y hoàn ch nh đ u có:
θ1 (h) = θ2(h)

T đó chúng ta xác đ nh đ
b)

sâu tr

(m2).

c và sau n

c đ sâu liên hi p c a n
c nh y: h', h''

8

(1-3)
c nh y.


T ph ng trình (1-1) và ph ng trình liên t c chúng ta xác đ nh đ
lòng d n l ng tr có hình d ng b t k .
Riêng v i m t c t ch nh t, gi i ra ta có:

c h', h'' v i



8α q 2


h'' = 0,5h' 1 +

1


gh'3



(1-4)



8αq 2



1
h' = 0,5h'' 1 +
3


gh
'
'



(1-5)

0

(

)

h' '
= 0,5 1 + 8Fr1 − 1
h'
h'
h' '
N u g i: ξ 'k =
; ξ ''k =
hk
hk
η=

(1-6)

Thì: ξ k' ξ k'' ( ξ k' + ξ k'' ) = 2

(1-7)



8
ξ k' = 0,5 ξ k'' ⎜⎜ 1 + '' 3 − 1 ⎟⎟
ξk



(1-8)



8
ξ k'' = 0,5 ξ k' ⎜⎜ 1 + '3 − 1⎟⎟
ξk



(1-9)

c) Chi u dài n c nh y: Kho ng cách gi a hai m t c t gi i h n c a khu n c
nh y xoáy g i là chi u dài n c nh y, kí hi u là Ln. Chi u dài n c nh y ch có th
xác đ nh b ng công th c kinh nghi m:
+ Theo Smetana [4]: Ln = 6a = 6 (h''-h')
+ Theo Trectoux p: Ln = 10,3h'
+ Theo Saphoranet [1]:
+ Theo Pavlopxki:
+ Theo Pical p:

(

)

Fr 1 − 1

0 , 81

Ln = 4,5h''
Ln = 2,5 (1,9h'' - h')

Ln = 4h' 1 + 2 Fr1

2(10 + Fr1 ) ( h' '− h' ) 3
.
Fr1
h' '.h'

(1-10)
(1-11)
(1-12)
(1-13)
(1-14)

+ Theo Ajvazjan:

Ln =

+ Theo Saumian:

h' ⎞⎛
h' ⎞

Ln = 3,6h'' ⎜1 − ⎟⎜1 + ⎟
⎝ h' ' ⎠⎝ h' ' ⎠

(1-16)

h' ' ⎞

+ Theo Poliaka Woycixki: Ln = (h'' - h') ⎜ 8 − 0,05 ⎟
h' ⎠


(1-17)

+ Theo Nadaza Einwachtina: Ln = 8,3 Fr1 (Fr1 − 1)

(1-18)

9

(1-15)


d) T n th t n ng l
hw =

ng trong n

c nh y: hw

(h' '−h')3

(1-19)

h' '.h'

e) Chi u dài sau n c nh y: Lsn
Chi u dài t m t c t sau n c nh y đ n m t c t đó m ch đ ng l u t c có nh ng
giá tr th ng th y dòng ch y đ u g i là chi u dài sau n c nh y Lsn.. Chi u dài sau
n c nh y ch có th xác đ nh b ng các công th c th c nghi m:
Theo V d go: Lsn =

0,4
hh
n

(1-20)

Theo Trectouxop: Lsn = (2,5 ÷ 3)Ln

(1-21)

Theo Cumin

(1-22)

: Lsn = 32,5hh - Ln

g) N c nh y ng p:
Khi m t c t tr c n c nh y hoàn ch nh b ng p thì có n c nh y ng p (hình 1-2).
Vi t ph ng trình cho đo n n c nh y ng p (kênh l ng tr m t c t ch nh t) v i:

⎛h ⎞
h
h
S = h ; K = z ; Frc = ⎜⎜ k ⎟⎟
hc
hc
⎝ hc ⎠




Ta có: K2 = S2 - 2Frc ⎜ 1 −

3

B

A

1⎞

S⎠

hz
hc

V2

h 2 = hh

(1-23)

Vc

N u l y K =1 (t c là hz = hc) thì (1-23) s v (1-4)
Chi u dài n

H×nh 1 - 2 N−íc nh¶y ngËp
c nh y ng p Lnng có th xác đ nh
:

Theo Smetana [4]: Lnng = 6hc (S-1)

(1-24)

π⎞
⎛2 2
S .sin ⎟
S⎠
⎝π

Theo Lêvi: Lnng = 4,2 hcSlg ⎜

(1-25)

1.4. N c nh y m t:
N c nh y m t xu t hi n khi dòng xi t n i ti p v i dòng êm trên m t c a chúng.
c tr ng c b n c a n c nh y m t là khu lu ng chính trên m t, còn khu xoáy
n c d i. Chúng ta th ng g p n c nh y m t cu i đ ng tràn có b c th ng
đ ng mà đ nh b c th p h n m c n c h l u. đây ch đ c p đ n bài toán ph ng.
M t đ c tr ng quan tr ng là chi u cao nh nh t c a b c amin.
Khi góc gi a ti p tuy n c a đ ng cong t i ch dòng ch y đi qua kh i m i phun
và ph ng ngang b ng 0 (ϕ = 0), theo Skladnev [7]:
amin = 2,7hk - 4,32- h

(1-26)

Khi 0 ≤ ϕ ≤ 120 , theo Stepan :

(

)

amin = 4,053 Frc − η h

(1-27)

V i: hk - đ sâu phân gi i;

10


h - chi u dày l p n

c trên m i b c;

V12
Frc =
trong đó V1 là l u t c trên m i b c;
gh

η = 0,4 ϕ + 8,4.
M t khác đ ch đ dòng ch y sau b c đ c n đ nh ph i tho mãn đi u ki n a/p ≥
0,2 (v i p là chi u cao c a ng ng tràn so v i đáy c a h l u).
a) Các ch đ nh y m t:
Tùy theo m i t ng quan gi a l u l ng tháo qua tràn, m c n c trong lòng
d n h l u, kích th c và hình d ng b c mà n c nh y có các d ng sau:
c nh y đáy (hình 1-3a):

a1) N

D ng n c nh y đáy t ng ng v i ch đ ch y đáy. Có th có n c nh y đáy xa,
g n ho c ng p. Hình 1-3a bi u th n c nh y đáy ng p x y ra khi φ < φ1 v i φ = hp/h.
φ1 =

16 − ψ 1,75
− 0, 2 + 1
10
Fr1

(1-28)

ψ = a/h
c đo áp m t d

Trong đó: hp - c t n

i dòng ch y trên b c.

Theo Patrocka [7] kh n ng n c nh y hoàn ch nh v i ch đ nh y đáy khi hh <
h1. Trong đó h1 là đ sâu gi i h n th nh t có th xác đ nh theo Astafitrev:

a⎞
h1 = 0,82a + ⎜⎜ 2,44 − 2 ⎟⎟hk
p⎠




Ho c h1 = 0,82a + ⎜⎜ 3,44 − 7



αV /2g

(1-29)

a
a⎞
⎟⎟hk khi < 0,2
p⎠
p

(1-30)

2

a

H

H

1

P

P

h
a

ϕ

0

hh

hh

1

lo

c

H

b

H

d

P

P

hh

hh

l1

lo

e

H

P

θ

H×nh 1 - 3 : C¸c d¹ng n−íc nh¶y mÆt
hh

D ng n c nh y đáy đ c đ c tr ng b i lu ng n c đ xu ng đáy t o nên đ sâu
co h p và xu t hi n n c nh y hoàn ch nh th ng g p.
a2) N c nh y m t không ng p (hình 1-3b):

11


Dòng n c sau m i b c, đ c dâng lên, r i m r ng theo ph ng đ ng xu ng đáy
lòng d n. L u t c l n nh t trên m t, m t n c g n sóng và có khu xoáy n c d i.
N

c nh y m t không ng p x y ra khi φ1 < φ < φ2 v i φ2 = 0,2

ψFr1 + 1

ho c khi h1 < hh < h2 v i h2 là đ sâu gi i h n th hai và đ

c tính:

h2 = 1,22a + (2,5 - 2,55

a
)hk
p

(1-31)

(1-32)

Trong tr ng h p này khu xoáy n c đáy lòng d n ngay chân b c có đ dài Lo
(1-33)
Khi Fr1 < 10 thì: L0 = 0,25 (hh - h) (33- Fr1)
Khi Fr1> 10 thì: L0 = 0,01 (hh - h) (565 + Fr1)
a3) N

(1-34)

c nh y m t sóng t i ch (hình 1-3c):

D ng n c nh y m t sóng t i ch c ng có tác gi g i là n c nh y m t đáy không
ng p. Ch đ nh y m t sóng th ng không n đ nh và đ c đ c tr ng b i s chuy n
l u t c l n nh t t trên m t đáy và khu xoáy n c xu t hi n trên m t thoáng. D ng
n c nh y m t sóng t i ch x y ra khi φ2 < φ < φ3 ho c h2h n th 3).
V i φ 3 = 0,8

Fr1 + 0,02 Fr1 + 0,5 (khi Fr1< 25, theo Rybnikar [10] )

(1-35)

Ho c φ3 = 0,8

Fr1 + 1

(1-36)

Trong tr

(khi Fr1> 25, theo Skladnev [10] )

ng h p này chi u dài khu xoáy cu n

L0 = 3,1 (h'' - h) ( 1 +

đáy là:

0,65
)
Fr1 − 2

(1-37a)

V i h'' là đ sâu liên hi p c a h.
h3 = 0,9 hk + (4,33 - 4.
a4) N

a
)a, v i a = (0,5 ÷ 2,2)hk;
p

(1-37b)

c nh y m t ng p (hình 1-3d):

Khi m c n c h l u ti p t c t ng lên đ n m t giá tr nh t đ nh nào đó thì có n c
nh y m t ng p. D ng này đ c đ c tr ng b i khu xoáy cu n trên m t b đ y v phía
trên b c và c ng có th có c khu xoáy cu n đáy.
i u ki n xu t hi n d ng n
sâu gi i h n th t ).

c nh y m t ng p khi φ > φ3 và hh< h4 (v i h4 là đ

h
3

h4 = a + (4 + 6 Fr1 + 1)
dài c a khu xoáy cu n
L1 = 5 hh - 2,5

(1-38)
đáy theo Beliasevxki:

q
p+a

(1-39)

12


ho c theo Skladnev: L1 = (hh - h) (6,6 +

h
1
0,7 h )
Fr1
h2

(1-40)

Trong ú h2 tớnh theo 1-32.
a5) D ng n c nh y ỏy h i ph c:
Hi n t ng thu l c ny x y ra khi hh> h4. Khi ú b c n c khụng cũn tỏc d ng
h ng dũng n a v khu n c cu n m t r t l n v khu xoỏy cu n ỏy l i r t bộ. N c
nh y ỏy h i ph c khụng cú l i cho vi c b o v dũng d n h l u ngay chõn cụng
trỡnh.
b) Chi u di n

c nh y m t [11]:

Chi u di ton b (L) ỏp su t v l u t c dũng ch y tr v tr ng thỏi bỡnh
th ng l n h n r t nhi u so v i chi u di khu xoỏy n c ỏy.
V i n c nh y m t khụng ng p thỡ L = 3L0
V in

c nh y m t ng p thỡ L = (2,5 ữ 3) L1;

L u t c dũng ch y trong khu xoỏy cu n
c)

sõu liờn hi p c a n

Vi t ph

ng trỡnh ng l

ỏy t t i (0,25 ữ 0,3) V1.

c nh y m t:
ng cho ton b o n dũng ch y gi i h n b i m t c t

1-1 v 2-2 (hỡnh 1-4 ) [10] chỳng ta cú:

0

0

2

V /2g

H

2
E0

1 h

P

a

0

0

hh



2
1
Hình 1 - 4 Sơ đồ xác định độ sâu liên hiệp nớc nhảy mặt

a2 + A . a + B = 0

(1-41)

V i: A = 2.h.cos + 2hp

(1-42)

2 0 q 2 (hh cos h)
B=
hh2 + h 2 cos 2 + h p .h. cos
g .h.hh

(1-43)

Trong ú: hp - c t n
M t khỏc vi t ph

c o ỏp d

i dũng ch y.

ng trỡnh Becnoulli cho m t c t 0-0 v 1-1, chỳng ta cú:

1
q2
E0 - a = h. cos + h p +
2
2 g . 2 .h 2

Ph

(1-44)

ng trỡnh (1-43) v (1-44) ng v i dũng ch y trờn b c l t do.

i v i tr ng thỏi phõn gi i th nh t A.Asabanejev cho r ng: p l c n c c a
dũng ch y t i m i b c phõn theo quy lu t th y tớnh (hp = 0) v n u l y hh = h1 thỡ t

13


(1-41) đ n (1=43) chúng ta xác đ nh đ c đ sâu phân gi i th nh t (gi a nh y đáy và
nh y m t không ng p). Vi c b qua hp là không phù h p v i nh ng k t qu th c
nghi m.

n

T.N. Axtaphitreva đ a ra bi u th c th c nghi m tìm hp:
V i tr ng thái phân gi i th nh t: (hp)1 = 0.31h1- 0,5a

(1-45)

V i tr ng thái phân gi i th hai : (hp)2 = 0,59 (h2 -a)

(1-46)

J. Rybnikar cho r ng hp> h và đ a ra ph
c nh y m t:

ng trình xác đ nh đ sâu liên hi p c a

h' '
D
β
=2
cos(60 0 − )
h
3
3

(1-47)

V i: D = ψ 2 + 2ψ .φ + φ + 2Fr1

a
h

ψ = ;φ =

hp
h

; β = arccos

Fr1
3
(D ) 2
3

1.5. N c nh y sóng:
Th c nghi m đã ch ra v i Fr1<3 (ho c Fr2> 0,375) n c nh y có d ng nh ng lo t
sóng t t d n, mà ta g i là n c nh y sóng. c đi m c a n c nh y sóng là không có
khu n c xoáy, mà ch có nh ng giao đ ng nh .
tính đ
* Ph

c đ sâu liên hi p c a n

c nh y sóng ta có th s d ng:

ng trình do Nguy n V n Cung [1] đ ngh :

η 3 − (2 Fr1 + 1).η + Fr1 (2 + D) = 0

(1-48)

Trong đó: D là h s xác đ nh theo th c nghi m;
Trong đó:η =

h2

h1

; v i h1 là đ sâu tr c n

c nh y sóng, h2 là đ sâu t i đ nh

sóng đ u tiên.
* Công th c kinh nghi m:
2

n

- Theo Nguy n V n Cung: η = 1,08Fr1 3

(1-49)

- Theo A.I. Motdolepski : η = 0,533 Fr1 + 0,663

(1-50)

- Theo V.V Sm sl p: η = 0,58( 1 + 8Fr1 − 1)

(1-51)

V chi u dài n c nh y sóng (Ln), G - T. imitriep coi b ng kích th
c nh y sóng gây ra và đ ngh :
(1-52)
Ln = 10,6 h1 (Fr1 - 1)

c h xói do

N c nh y sóng làm kh n ng tiêu hao n ng l ng c a n c nh y kém đi, gây
khó kh n cho vi c khuy ch tán dòng ch y, làm cho dòng ch y tách kh i biên r n gây
ra khu n c v t, thu h p chi u r ng ch y, t ng l u l ng đ n v c c b t o thành dòng
ch y xi t gi a làm xói l lòng d n.

14


II. N I TI P DÒNG CH Y TH

NG H L U

T p h p m i hi n t ng th y l c n y sinh trong quá trình n c nh y t th ng
l u v chân h l u công trình th y l i g i là n i ti p dòng ch y th ng h l u công
trình th y l i.
Ph ng trình bi u th s liên quan gi a các đ c tr ng th y l c c a dòng ch y
m t c t phía th ng l u (0-0) v i m t c t chân h l u (m t c t co h p C-C, hình 1-5)
g i là ph ng trình n i ti p dòng ch y th ng h l u.
O

αV /2g
2

H
E0

C

P

hh

O

C
H×nh 1 - 5 Nèi tiÕp dßng ch¶y th−îng h¹ l−u

B ng cách vi t ph ng trình Becnoulli cho m t c t 0-0 và C-C, v i m t chu n
n m ngang là đáy lòng d n h l u, chúng ta có:
hc =

q
ϕ 2 g ( E0 − hc )

V i q là l u l

(1-53)

ng đ n v (m3/sm); ϕ : H s l u t c

Vi c tính hc t (1-53) th c hi n b ng ph
I.I. Agr tskin đã đ t:
h
τc = c ;
E0

τ c'' =

ng pháp đúng d n. V i bài toán ph ng

hc''
E0

Khi đó (1-53) s là:

q
3

αE 0

= 2g τ c . 1 − τ c

t: F (τ c ) = 2g .τ c . 1 − τ c
Chúng ta có F ( τ c ) =

(1-54a)

2

(1-54b)

q
3

ϕE 0

(1-55)
2

I.I. Agr t kin đã l p s n quan h F (τ c ) v i τ c và τ c''

15


III. N I TI P DÒNG CH Y

H L U CÔNG TRÌNH

Dòng ch y t th ng l u qua ng ng tràn (có ho c không có c a van) n i ti p v i
dòng ch y h l u công trình b ng các hình th c khác nhau: N i ti p ch y đáy, n i
ti p ch y m t, n i ti p dòng phun.
3.1. N i ti p ch y đáy:
Tr ng thái ch y đáy là tr ng thái mà l u t c l n nh t c a dòng ch y xu t hi n
g n đáy kênh d n (hình 1-6). Có th g p n i ti p ch y đáy hai tr ng h p sau :
Tr

ng h p 1: Dòng ch y

h l u là dòng ch y êm.

Trong tr ng h p này dòng ch y qua ng ng tràn đ xu ng h l u xu t hi n m
c t co h p C-C. T i m t c t co h p, đ sâu dòng ch y (hc) là nh nh t và l u t c đ
giá tr l n nh t. Khi đó có hc < hk do v y n i ti p ch y đáy trong tr ng h p này b
bu c ph i qua n c nh y. G i h''c là đ sâu liên hi p v i hc và h'h là đ sâu liên hi p v
hh.

t
t
t
i

a) N u h''c = hh (hay h'h = hc) có n c nh y t i ch , n ng l ng th a s tiêu hao
m t ph n l n b i n c nh y. D ng n c nh y này không n đ nh.
b) N u h''c > hh (hay hc < h'h) có n c nh y phóng xa, n ng l
b ng t n th t d c đ ng đo n n c dâng và b ng n c nh y.
c) N u h''c < hh (hay hc>h'h) ta có n
h
b i h s ng p = h .
h''c

ng th a s tiêu hao

c nh y ng p. M c đ ng p đ

E0

k

c đ c tr ng

k

U max

hh

H×nh 1 - 6: Nèi tiÕp ch¶y ®¸y khi h¹ l−u lμ dßng ch¶y ªm

Tr

ng h p 2: Dòng ch y

Trong tr

h l u là dòng xi t

ng h p này dòng ch y

h p hc v i đ sâu bình th

U

h l u không qua n

c nh y. So sánh đ sâu co

ng c a dòng ch y trong kênh d n h l u, có các d ng n i

ti p sau đây :

K
N

K
hc

N

H×nh 1 - 7: Nèi tiÕp ch¶y ®¸y khi h¹ l−u lμ dßng ch¶y xiÕt

16


a) N u hc = h0 ngay t i m t c t co h p thì có dòng ch y đ u (v i h0 là đ sâu ch y
đ u).
b) N u hc> ho sau m t c t co h p đ sâu dòng ch y s gi m d n và hình thành đ
n

ng

c đ B2.
c) N u hc< h0 sau m t c t co h p, đ sâu dòng ch y s t ng d n và có đ

ng n

c dâng

c2 (hình 1-7).

3.2. N i ti p ch y m t.
Tr ng thái ch y m t là tr ng thái mà l u t c l n nh t c a dòng ch y không xu t hi n
sát đáy kênh d n mà
N i ti p ch y m t th
m cn

c

g n m t thoáng t do (hình 1-8).
ng g p trong đi u ki n có b c th ng đ ng

h l u, l u l

ng, kích th

h l u. Tùy theo

c và hình d ng b c có th xu t hi n nhi u

d ng n i ti p khác nhau :
1. Khi đ sâu m c n

c h l u không l n, dòng ch y ra kh i b c v n

tr ng thái ch y

đáy.

U max

E0
hh

H×nh 1 - 8 : Nèi tiÕp ch¶y mÆt

2. Khi đ sâu m c n

c h l u t ng đ n m t m c đ nào đó thì dòng ch y không đi

xu ng đáy n a mà phóng ra xa theo h

ng lên m t thoáng hình thành dòng ch y m t

không ng p. D ng này t n t i trong ph m vi hh thay đ i khá l n.
3. Khi hh ti p t c t ng đ n m t lúc nào đó thì có d ng n i ti p m t đáy không ng p.
khu v c đ u là tr ng thái ch y m t

khu v c sau là ch y đ y. D ng n i ti p này là

trung gian, không n đ nh, ch t n t i trong ph m vi thay đ i r t nh c a đ sâu h l u.
4. N i ti p ch y m t ng p: Khi trên b c có khu ch y cu n và l u t c l n nh t c a dòng
ch y xu t hi n

trên m t.

ây là d ng n i ti p n đ nh và t n t i trong ph m vi thay

đ i đ sâu h l u khá l n.
Trong n i ti p ch y m t, khi b c có bán kính cong ng
n

c khá l n s hình thành cu n

c d ng ph u g i là dòng ph u. N i ti p d ng này tiêu hao n ng l

ti p dòng ph u có: Dòng ph u gi i h n (ngoài b ph n xoáy cu n

17

ng khá l n. N i
đáy còn có xoáy


qu n theo chi u ngang) ; dòng ph u n đ nh (đây là d ng đi n hình c a dòng ph u.
Chính đó là hi n t

ng sóng bi n hình); dòng ph u chìm (khi hh ti p t c t ng cao, v

quá gi i h n trên c a n đ nh dòng ph u, n

t

c trong kh i ph u càng xoáy cu n).

Tr ng thái dòng ph u là quá trình chuy n hoá c a dòng ch y m t khi l u l

ng qua

tràn thay đ i.
5. N i ti p ch y đáy h i ph c: Trong tr

ng h p này b c n

c không còn tác d ng.

Nói chung n i ti p ch y m t có kh n ng tiêu hao n ng l

ng r t l n qua khu n

nh y cu n c a đáy và

m t, l u t c

c

đáy bé không gây xói l nghiêm tr ng. Trong

các d ng n i ti p nêu trên thì t t nh t là n i ti p ch y m t không ng p, còn ch đ
ch y m t ng p c ng t t cho vi c ch ng xói

h l u nh ng có nh

xoáy cu n trên m i b c, làm cho các v t r n l n trong dòng n
đ

c đi m là có khu
c không thoát ngay

c xu ng h l u mà b cu n trong khu xoáy cu n và đ p vào công trình.

3.3. N i ti p phóng xa
Dòng ch y t th

ng l u đ n cu i công trình n i ti p sau ng

ng tràn đ

cn iv ih

l u b ng dòng phun vào không khí. Cao trình đ nh m i phun ph i l n h n m c n
l n nh t

c

h l u.

a) Chi u dài phóng xa
Dòng ch y trên máng phun, do l u t c l n l i ch u ma sát v i thành biên nên m c đ
r i t ng lên, không khí tr n vào dòng n

c và do đó m t ph n n ng l

ng đ

c tiêu

hao. Khi dòng ch y phun vào không khí, do ma sát v i không khí m t ph n n ng
l

ng n a đ

hai cu n n

c tiêu tán. Dòng ch y khi nh t chìm vào l p n
cl n

phía tr

c và phía sau. Trong vùng cu n hình thành dòng r i

mãnh li t, các dòng này va đ ng, xáo tr n l n nhau, ma sát t
n ng l

ng tiêu hao. L p n

nhi u và tiêu hao n ng l

c h l u s hình thành
ng đ i v i nhau t đó

c h l u càng l n thì s m r ng c a dòng phun càng

ng càng l n.

Xác đ nh chi u dài phóng xa d a trên c s lý lu n dòng phun có d ng parabol [6]: L
= f (ϕ, α0, V, y, z);
v i α0: là góc phóng c a dòng n

(1-56)
c g n đúng l y b ng góc nghiêng c a m i phun ;

ϕ: H s l u t c;
y,z: To đ xác đ nh v trí.
Các công th c lý lu n xác đ nh L sai khác v i th c t vì:
- Các giá tr α0, V, ϕ ch là giá tr g n đúng;
- Ch a tính đ n bán kính cong ng

c R c a m i phun;

18


- Ch a đ c p đ n kho ng cách t đi m th p nh t c a đo n cong đ n đ nh m i phun,
m c đ m r ng c a dòng phun, hi n t

ng tr n khí, s c c n c a không khí.

tính giá tr g n đúng c a chi u dài dòng phun, hi n nay có nhi u công th c. M i
công th c đ c p đ n các y u t

ng khác nhau do đó m c đ chính xác c a

nh h

m i công th c ph thu c vào t ng đi u ki n c th . Vì v y khi tính toán ph i phân tích
và l a ch n công th c tính phù h p.
b) Xung v h l u:
Dòng ch y t trên cao đ xu ng t o xung v vào các t ng đá h l u, v m nh xu ng
t n n n và b , làm cho n n b r n, r i n t l và cu i cùng d n đ n phá ho i t ng ch .
Quá trình đó l p l i và phát tri n d n đ n v t n t m r ng và n n b phá ho i.

ó là

giai đo n đ u c a s hình thành xói.
Xung v m nh có th kéo theo nh ng t ng đá b bóc lên, thoát kh i v trí và b dòng
ch y mang v h l u, t o cho h xói phát tri n.
Xung v kéo dài, h xói sâu r ng d n, đ ng n ng c a n
phá ho i n n đ
Các nhân t

c gi m nh đ n m c không

c n a. Khi đó hình thành tr ng thái cân b ng c a h xói.

nh h

ng đ n s hình thành và phát tri n h xói là đ a hình, đ a ch t,

hình th c công trình n i ti p, m c n

c h l u, quy trình v n hành. Ch a có nghiên

c u nhi u v s hình thành, phát tri n h xói trong n n đá d

i tác d ng c a xung v .

c) Chi u sâu h xói:
Khó có th có công th c thu n túy lý lu n xác đ nh chi u sâu h xói. Ch có th có các
công th c th c nghi m đ

c thi t l p trong nh ng đi u ki n nh t đ nh và m t ph m vi

ng d ng nh t đ nh.
D ng chung th

ng g p c a công th c th c nghi m xác đ nh chi u sâu h xói là :

T = Kqm Hn

(1-57)

V i: T - chi u sâu h xói tính t m c n
q-l ul

c h l u;

ng đ n v ;

H - chênh l ch m c n

c th

ng h l u;

m, n - các s m , có th xác đ nh đ

c b ng th c nghi m;

K : h s đ a ch t n n. Khi đá có k t c u sa th ch hoàn ch nh, kho ng cách các vân
l n, ít r n n t, r n ch c, kh n ng kháng xung t t thì K nh . Theo quy ph m Trung
Qu c:
- á sa th ch c ng, hoàn ch nh: K = 0,7 ÷ 1,1
- á sa th ch ít hoàn ch nh: K = 1,1 ÷ 1,4
- á y u có v t r n:

K = 1,4 ÷ 1,8

19


d) V trí sâu nh t c a h xói:
V trí sâu nh t c a h xói bình th
Nh ng có th di n ra không ng v i n i n

CH

ng là t i n i dòng n

c va đ p xu ng n n.

c r i xu ng mà là n i có đ a ch t y u.

NG 2: TIÊU N NG SAU CÔNG TRÌNH THÁO N

C

I. KHÁI NI M CHUNG V TIÊU N NG SAU CÔNG TRÌNH THÁO
N

C

Khi xây d ng công trình trên sông, trên kênh thì m c n c phía tr c công trình
s dâng lên ngh a là th n ng x a dòng n c t ng lên. Khi dòng ch y đ t th ng l u
v h l u, th n ng đó chuy n thành đ ng n ng, m t ph n đ ng n ng ph c h i thành
th n ng (b ng m c n c h l u), ph n còn l i (g i là n ng l ng th a) n u không có
gi i pháp tiêu hao h u hi u thì s gây xói l nghiêm tr ng nh h ng đ n an toàn công
trình.
1. c đi m dòng ch y h l u:
+ Có l u t c l n l i phân b r t không đ u trên m t c t ngang.
+M cn

c h l u l i th

ng thay đ i luôn.

+ M ch đ ng áp l c và m ch đ ng áp su t dòng ch y x y ra v i m c đ cao.
Th ng sau m t đo n dài nh t đ nh l u t c tr v d ng phân b bình th ng, nh ng
m ch đ ng ph i sau m t đo n dài h n nhi u m i tr v tr ng thái bình th ng.
+ Có nhi u kh n ng xu t hi n dòng ch y ngo n nghèo, dòng xiên, n c nh y
sóng... Nh ng đ c đi m trên gi i thích vì sao h l u công trình th ng x y ra các
hi n t ng nh xói c c b , mài mòn, xâm th c...
2. Nhi m v tính toán tiêu n ng là ph i tìm đ c bi n pháp tiêu hu toàn b
n ng l ng th a, đi u ch nh l i s phân b l u t c và làm gi m m ch đ ng, đ cho
dòng ch y tr v tr ng thái t nhiên c a nó trên m t đo n ng n nh t, gi m chi u dài
đo n gia c
h l u.
3. Tiêu hao n ng l ng th a d a trên nguyên t c
+ N ng l ng th a đ c tiêu tán b ng n i ma sát.
+ N ng l ng th a đ c tiêu hao b ng xáo tr n v i không khí b ng khuy ch tán
theo ph ng đ ng và ph ng ngang.

20


4. Các hình th c tiêu n ng th ng đ c áp d ng là tiêu n ng đáy, tiêu n ng
phóng xa, tiêu n ng m t và các hình th c tiêu n ng đ c bi t. Tiêu n ng đáy có các hình
th c đào b , xây t ng, b t ng k t h p.
5. Tiêu chu n thi t k
Công trình th y l i làm vi c v i nhi u l u l ng và m c n c khác nhau, ng v i
m i tr ng h p có m t n ng l ng khác nhau. Tính toán tiêu n ng c n đ m b o cho
m i tr ng h p.
Nhi u n c l y Qx max làm l u l ng tiêu n ng (QTN). Nh ng nhi u khi Qx ng sao cho (h''c - hh)max. Tuy
max mà h l u đã b xó. V m t lý thuy t QTN là l u l
v y c ch tiêu hao n ng l ng h l u r t ph c t p, vì v y n u tính theo tiêu chu n này
thì c ng không đ m b o an toàn tiêu hao n ng l ng trong m i tr ng h p.
Trung Qu c, bên c nh quy đ nh t n su t l thi t k quy mô công trình, ng i ta
còn quy đ nh t n su t thi t k tiêu n ng. Công trình c p I t n su t tiêu n ng là 1%, còn
công trình c p II là 5%, công trình c p III là 30% và quy đ nh thêm v i các l u l ng
nh h n. Khi l l n h n thi t k cho pháp công trình tiêu n ng có h h ng nh nh ng
không gaya m t an toàn đ n công trình chính, đ ng th i ph i ti n hành s a ch a sau
khi tháo l .
6. Ph ng pháp nghiên c u tiêu n ng
Ch n hình th c tiêu n ng phòng xói h l u, xác đ nh các thông s c a gi i pháp
tiêu n ng c th ch a có l i gi i chính xác hoàn toàn. Vì v y hi n nay áp d ng nhi u
ph ng pháp khác nhau. Có th áp d ng đ c l p ho c ph i h p các ph ng pháp.
a) Ph ng pháp lý lu n: Ph ng pháp lý lu n chính xác ch a có. Ph ng pháp
này th ng d n t i áp d ng các công th c lý lu n k t h p v i các h s hi u
ch nh.
b) Ph ng pháp th c nghi m mô hình: T th c nghi m mô hình th y l c xây
d ng các công th c th c nghi m. Các công th c này có ph m vi ng d ng nh t đ nh
và có giá tr g n đúng. Ngoài ra ph ng pháp này còn dùng đ ki m ch ng các k t qu
có đ c t ph ng pháp lý lu n.
Mô hình thí nghi m đã mô ph ng đ c nhi u công trình và đi u ki n ph c t p,
song có nh ng hi n t ng ví d nh sóng v thì ch a th hi n chính xác đ c.
c) Nghiên c u trên nguyên hình: Nguyên hình chính là mô hình có t l 1:1. M i
đi u ki n t ng t đ c đ m b o. Nh ng dòng ch y trong th c t l i di n ra theo m t
quá trình ngoài ý ch quan c a con ng i.

II. TIÊU N NG DÒNG ÁY
Tiêu n ng dòng đáy là hình th c l i d ng n i ma sát đ tiêu hao n ng l ng th a.
Sau thi t b tiêu n ng v n ph i gia c ti p (g i là sân sau th hai). Hình th c này
th ng dùng v i công tình tháo có c t n c th p, n n đ t.
Thu c vè hình th c này có: ào b , xây t ng ho c b t ng k t h p (g i chung
là hình th c t o b . B tiêu n ng có th đ c t o ra b ng cách đào g i là b chìm, b ng

21


cách xây t ng g i là b n i, b ng c đào và xây t ng g i là b n a chìm n a n i).
Ngoài ra còn áp d ng cách gi m đ sâu sau n c nh y b ng b trí thi t b tiêu n ng
ph (m nhám, d m tiêu n ng...), t o t ng phân dòng đ khu ch tán đ u h l y\u,
làm đáy d c ng c khi m c n c h l u nh , làm đáy d c thu n khi m c n c h l u
l n.
2.1. Tính toán chi u sâu b
Có nhi u ph ng pháp xác đ nh chi u sâu b khác nhau. Yêu c u chi u sâu b
ph i v a đ đ t o ra n c nh y ng p trong b (v i h s ng p = 1,05 ÷ 1,1)
1. Ph ng pháp chung
D a trên các ph ng trình:
* Ph

ng trình quan h m c n

c th

ng h l u:

* Ph ng trình n c nh y đ c vi t d i d ng xác đ nh đ sâu liên hi p sau n c
nh y. đây tính toán v i n c nh y t i ch v i đ sâu n c nh y là hc trong lòng d n
hc =

q
ϕ 2.g ( E0 − hc )

Ho c: F (τ c ) =

(2-1)

q

(2-2)

3

ϕ .E0 2

l ng tr , m t c t ch nh t theo bi u th c (1-4):

h''c = 0,5hc 1+ ⎜


• Ph

2
08q -1⎞

gh3c ⎠

ng trình hình h c:

hb = h''c = d + hh + Z
2
2
Trong đó: Z = q2 2 - q 2
2g h h 2gh b

(2-3)
(2-4)

(2-3) và (2-4) đ c xác đ nh trên c s dòng ch y ra kh i b là dòng ch y ng p
qua đ p tràn r ng (Hình 2-1). Khi đi u ki n đó không th a mãn thì c n đi u ch nh các
ph ng trình này cho thích h p.

22


Hình 2.1
Các b

c tính toán:

B

c 1: S b l y d1 = (h''c - hh)max;

B

c 2: Tính E01 = (E0 + d1);

B
B

c 3: Tính hc, hh , ;
c 4: Tính l i d theo (2-3).

N u d g n v i d1 thì đó là chi u sâu b c n tìm. N u khác thì tính l i v i d1 là d.
Vi c tính toán trên có th d a vào các b ng c a Agrotskin đ tìm hc, h''c ho c có th s
d ng máy vi tính v i vi c tính hc, h''c tr c ti p.
2. Ph ng pháp c a Tréctôux p (hình 2 - 2) :
Tréctôux p đ a ra các đ i l ng không th nguyên [10]:
ξ0 =

E0
h
Z
;ξ1 = c ;ξ z = 0 ; và ξ 2 = hc'' / hk
hk
hk
hk
Z Z0
'

E

E0

d

hh

H×nh 2 - 2 : X¸c ®Þnh d theo Trectouxèp

Khi đó các ph
ξ 0 = ξ1 +

ng trình đã d n ra

trên s có d ng

1

(2-5)

2.ϕ 2 .ξ12


ξ1 = 0,5.ξ 2 .⎜⎜ 1 +



− 1⎟⎟
ξ

8

(2-6)

3
2

và ξ z = ξ 0 − ξ 2
Ph

(2-7)

ng trình (2-7) đ

Quan h gi a

0,

1,

c suy ra t ph
2,



ng trình: Z0 = E0 - hb, v i hb = h''c

c tác gi l p thành các b ng.

Trình t tính toán theo ph ng pháp Tréctôuxôp:
B c 1: Tính z = Z0 tra đ c 0 g i là 0;
hk
B

c 2: Tính E’0 =

B

c 3: Tính d =

B
d=

0h k ;

E 0 - Z0

- hh ;
h +d hh+d
=
t đó có:
c 4: Tính d và E01: vì = h
h''c
hh+d’
d’ + ( - 1) hh

(2-8)

và E01 = Z0 + hh + d

23


B c 5: Tính 0 = E01/hk
Tra đ c 1 ; t đó tính h''c, ki m tra l i v i h''c= hh +
d. N u x p x nhau thì đ t yêu c u, n u sai khác nhau nhi u thì l y d’ = d và tính l i d
theo (2-8)
3) Ph ng pháp Smetana:
Smetana xu t phát t đ sâu co h p c a dòng n
là h1 (hình 2-3) và tính theo công th c [7]:
h1 =

c đ xu ng g p m t n

q

ch l u

(2-9)

ϕ 2.g .Z 0

Z0
E0
hh
h1

d

H×nh 2 - 3 : X¸c ®Þnh d theo Smetana

sâu liên hi p v i h1 là h2 tính theo (1-4)
Chi u sâu b là d = σ.h2- hh và theo Smetana đ ngh σ = 1,2
4) Ph ng pháp Baskirova:
T các ph ng trình (1-4), (2-1), (2-3) [7] Baskirova đã xác l p m i quan h
t

ng h gi a các đ i l

ng:

h1
q

2

h2

;
3

q

2

;η =

3

hb
q

2

3

2

q 3 Z Z
;
; ;
v i nh ng giá tr khác
E E q 23

nhau.
Trong đó h1, h2 là đ sâu liên hi p tr c và sau n c nh y t i ch . Các m i quan
h này th hi n qua b ng l p s n. Các thông s đ c th hi n trên hình (2-4).

Hình 2-4: Xác đ nh d theo Baskirova
Trình t xác đ nh chi u sâu b nhau sau:
B

c 1: Tính H0, E0 v i q đã ch n;

24


B

c 2: Xác đ nh hh v i q t

B

c 3: Tính

B

c 4: Chi u sâu g n đúng c a b là d0 = q2/3( -

B

c 5: Tính E01 = E0 + d và

B

c 6: Tính l i d = d0 + ( - 1)

ng ng và l p t s

.

coi là

. Tra ra

l y

d

= .

r i tính ra hc,

;

và tra b ng ra ta có ;

. Coi



d)

(2-10)

tra ra

,

v i = 1,1.

< thì đ t k t qu yêu c u. N u không l y d0 = d và tính l i t b

N u

c5

5) Ph ng pháp USBR
C c khai hoang Hoa K (USBR) đã thí nghi m ki m tra nhi u lo i b tiêu n ng
b ng cách t o ra n c nh y ng p. Các lo i b này đ c tiêu chu n hóa v i các kích
th c đã đ c xác đ nh, tùy theo s Froude Fr1 = 0 ÷20 ng v i m i c p l u l ng và
m c n c khác nhau. Nh ng lo i b này th ng đ c dùng cho vi c thi t k các công
trình có Q≥ 1m3/s.
a) B d ng b c n c th ng đ ng:
Lo i này th ng đ c dùng đ đ t đ c s thay đ i không l n v m c n c trong
kênh.
cao l n nh t th ng là 1m cho kênh không có gia c và 2m cho kênh có
gia c . T n th t n ng l ng trong tr ng h p này là s va đ p c a lu ng n c
xu ng h l u qua n c nh y.
Làn n c tràn r i t do, khi r i đáy th ng l u ph i đ c thông v i khí tr i.
i u này có đ c nh các ng thông khí ho c b h l u r ng h n m t c t ngang tràn
đ không khí vào t hai phía. Phía th ng l u có th b trí ng ng có kh n ng đi u
ti t đ đ m b o c t n c, tránh xói l ho c b i l ng.
Kích th

c b th hi n

hình (2-5)

hk

P

h2

hs

d

h1
Lr

L1

H×nh 2 - 5 : BÓ d¹ng bËc n−íc th¼ng ®øng

N i dung ph

ng pháp là :

q2
Tính: D = 3 ho c
gP

⎛h ⎞
D=⎜ k ⎟
⎝P⎠

3

Lr = 4,3.P.D0,27

25

hh


hs = P.D0,22
= 0,54.P.D0,425

(2-11)

= 1,66. P. D0,27
Ln = 6,9 (

- )

Trong ú: hk - sõu phõn gi i;
D - s Drop;
P - chờnh l ch chi u cao gi a ng
Lr - chi u di n

ng c a vo v i ỏy b ;

c r i;

h, h - chi u sõu tr

c v sau n

c nh y;

Ln - Chi u di n c nh y;
hh - chi u sõu n c h l u.
Chi u sõu d

c tớnh sao cho khụng cú n c nh y phúng xa sau b : d h - hh.
h
N u hh > h thỡ ch n d = 0,2 (m) ho c d = h
6
Vi c tớnh toỏn nh trờn cho kớch th c b l n.
gi m nh chi u di b ng i ta
b trớ cỏc b nhỏm va p vựng n c nh y. Tuy nhiờn gi i phỏp ny ch dựng khi Fr1
< 4,5 v khi ú Ln = 1,74 H0 v i H0 = 1,5hk (hỡnh 2-6). B d ng b c n c th ng ng
cú m nhỏm g i l ki u US-ARS (Agricultural Research Service).
hk

H0

P

0,25H0
0,5H0
Lr

hh
d

0,5H0

1,2H0

Hình 2 - 6 : Bể dạng bậc nớc thẳng đứng có mố nhám

b)B cú c a vo l d c n c
Trong tr ng h p ny n ng l ng tiờu hao b ng cỏch t o ra n c nh y t i m t c t
chõn d c. D ng n c nh y ny cú th phỏt tri n hon ton t nhiờn v i m c n c h
l u thớch h p, ho c v i s h tr c a m i h t, m nhm, ng ng ch n (hỡnh 2-7).
hk

L1
Hình 2 - 7 : Bể có cửa vo l dốc nớc

26


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×