1
Chương 9: NỐI TIẾP VÀ TIÊU NĂNG Ở
HẠ LƯU CÔNG TRÌNH
MAI Quang Huy
Bộ môn Thủy lực – Thủy văn, Khoa Công trình
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Hà nội 2014
2
1. NỐI TIẾP DÒNG CHẢY Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH
Nối tiếp ở trạng
thái chảy đáy
Lưu tốc lớn nhất xuất
hiện gần đáy đáy
hạ lưu (HL) dễ xói
Nối tiếp ở trạng thái
chảy mặt
Lưu tốc lớn nhất xuất
hiện gần mặt (khi
chân công trình có
bậc thẳng đứng) ít
gặp trong ngành GT
Chương IX - Nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu công trình
2
3
a. D/c ở (HL) là dòng
êm ( i< ik): NT với HL
qua nước nhảy (NN)
(có 3 trường hợp)
1. NỐI TIẾP (NT) CHẢY ĐÁY
(1). NT bằng NN tại chỗ
(hc’’ = hh): NL thừa của
dòng chảy thượng lưu
bị tiêu hao hết qua NN;
(2). NT bằng NN phóng xa (hc’’ > hh): NL thừa của dòng chảy
thượng lưu không bị tiêu hao hết qua NN, mà còn phải tiêu hao
bằng ma sát qua đoạn nước dâng xiết từ mc(C-C);
(3). NT bằng NN ngập (hc’’ < hh): NL thừa của dòng chảy
thượng lưu nhỏ, NL dự trữ ở HL lớn, vị trí NN bị đẩy gần về
phía chân công trình, mc(C-C) bị ngập.
Chương IX - Nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu công trình
4
a. D/c ở (HL) là dòng xiết ( i> ik): NT với HL không qua nước
nhảy (NN) (có 3 trường hợp)
1. NỐI TIẾP (NT) CHẢY ĐÁY
(1). hc = hh; hình thành dòng đều
ở HL;
(2). hc > hh; hình thành đường
nước hạ bII, nối tiếp với dòng
đều ở HL;
(3). hc < hh; hình thành đường
nước dâng cII, nối tiếp với dòng
đều ở HL;.
Chương IX - Nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu công trình
3
Nhiệm vụ của tính toán nối tiếp ở HL công trình:
(1) Xác định độ sâu co hẹp hc;
(2) Xác định độ sâu liên hiệp với hc là hc”;
(3)So sánh hc và hc”, nếu có NN phóng xa thì phải xác định
vị trí NN xa.
Sơ đồ tính: hình bên
Xác định hc:
Viết pt Becnuli cho mc ở
TL và mc(c-c), đáy HL là
mặt chuẩn (chi tiết SGK):
j: hệ số lưu tốc
Với mc chữ nhật: (1)
Chương IX - Nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu công trình
5
1. HỆ THỨC CƠ BẢN CỦA NT CHẢY ĐÁY
w
w
Khi biết Q, từ (1) có thể tìm hc bằng cách thử dần;
Xác định hc”: sử dụng phương trình cơ bản của NN hoàn chỉnh;
(2)
Với mc hình chữ nhật:
(2a)
PT(1) và (2) là hệ thức cơ bản của nối tiếp chảy đáy;
Sau khi tính được hc và hc”, so sánh hc và hc” sẽ biết được
hình thức nối tiếp. Nếu nối tiếp bằng NN phóng xa, ta sẽ xác
định vị trí NN xa;
Chương IX - Nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu công trình
6
1. HỆ THỨC CƠ BẢN CỦA NT CHẢY ĐÁY
2
2
02
22
1
2
01
11
Q
y
Q
y
181
2
"
3
C
kC
Ch
hh
h
4
Xác định vị trí nước nhảy xa:
Sơ đồ tính: hình bên
- NN bị đẩy ra xa đến
mc(1-1), cách mc(c-c)
một đoạn lpx ;
+ Xác định hh’
+ Xác định lpx:
Sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn (xem chương 5):
Chương IX - Nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu công trình
7
1. HỆ THỨC CƠ BẢN CỦA NT CHẢY ĐÁY
hc”>hh
lpx
181
2
'
3
h
kh
hh
hh
h
1
1
1
1
1
c
c
c
c
cpx Ji
ee
Ji
e
ll
TH bài toán phẳng, mặt cắt hình chữ nhật: q = Q/b;
Khi đó: (1) (1a);
Đặt: và
Thay vào phương trình (1a):
(3)
VP của PT chỉ phụ thuộc vào tc; nghĩa là:
; khi đó: (4)
thay: hc = tc.E0; hc” = tc”.E0; và vào pt (2a):
(5)
Với j xác định, mỗi trị số cho một số tc;tc”.
GS. A-Gơ-Rốt-Skin đã lập bảng tính sẵn quan hệ tc;tc” và F(tc)
Khi biết: q, E0, j, tính F(tc), tra bảng được tc;tc” => hc và hc”.
Chương IX - Nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu công trình
8
PHƯƠNG PHÁP CỦA GS. A-GƠ –RỐT-SKIN
)(2.. 0cc hEghq
j
0
E
hc
c
t
).(2... 000 EEgEq cc
ttj
cc
g
E
q
tt
j
1..2
.2/3
0
ccc gF
ttt
1..2)(
2/3
0
.
)( E
q
Fc
j
t
32/gqhk
1
1
..161.5,0"
2
c
c
cc
t
t
jtt
2/3
0
.
)( E
q
Fc
j
t
5
Chương IX - Nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu công trình
9
1. HỆ THỨC CƠ BẢN CỦA NT CHẢY ĐÁY
hc”>hh
lpx
Ví dụ: Xác định hình thức nối tiếp ở HL đập tràn có mc thực dụng
(m = 0,49; j = 0,9), cao P = 7m, chiều rộng của kênh dẫn bằng
chiều dài đập tràn (BT phẳng). Kênh dẫn ở HL đập có độ dốc i =
0,0002, lát bằng đá xây có hệ số nhám n = 0,017. Lưu lượng
riêng tràn qua công trình q = 8m3/s.m. Độ sâu hạ chảy đều ở hạ
lưu hh = 3,6m.
Bài giải
LL qua tràn: thay số H0 = 2,38m;
NL đơn vị của dc trước đập đối với mặt chuẩn ở HL:
E0 = H0 + P = 9,38m;
tra bảng ta được: tc= 0,072; tc” = 0,432;
hc = tc.E0 = 0,68m; h”c = tc”.E0 = 4,05m;
h”c > hh => NT bằng nước nhảy phóng xa => xác định đoạn
chảy xiết phóng xa trước nước nhảy. Biết độ sâu sau nước
nhảy h” = hh = 3,6m;
Đoạn chảy xiết có độ sâu ở hai đầu là: h1 = hc = 0,68m và h2 =
hh’ = 0,83m. Tính chiều dài bằng PP sai phân hữu hạn:
Chương IX - Nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu công trình
10
1. HỆ THỨC CƠ BẢN CỦA NT CHẢY ĐÁY
3/2
0
2/3
02
2
gm
q
HHgmq
308,0
.
)( 2/3
0
E
q
Fc
j
t
m
hg
q
h
h
h
h
h83,01
.
81
2
'3
2
Ji
e
llpx
21
21