Bài giảng Thủy văn công trình: Chương 10

Ch

ng 10

ươ

TÍNH TOÁN ĐI U TI T LŨ

Ề

Ế

I. Khái ni m chung ệ

ộ

ế

ệ

ằ ể ả

ả ả

ả

 Đi u ti t lũ là toàn b công vi c nh m gi m ề ng dòng ch y trong mùa lũ đ đ m b o l ượ an toàn cho công trình ven sông và khu v c ự h l u. ạ ư

ố

1. Các bi n pháp phòng ch ng lũ ệ Bi n pháp công trình:

ứ

ệ  Đ p đê ắ  Xây d ng h ch a phòng lũ ồ ự  Công trình phân lũ  Hình thành các khu ch m lũ  H th ng công trình thoát lũ  C i t o lòng sông

ậ

ệ ố ả ạ

ố

ệ

1. Các bi n pháp phòng ch ng lũ (ti p)ế

 B o v và tr ng r ng đ u ngu n

ệ ả

ồ

ừ ự

ượ ự

ướ

ồ

Bi n pháp phi công trình: ệ ầ ồ  Là bi n pháp tích c c nh t ấ ệ t c a lũ c s kh c li  Gi m đ ố ệ ủ ả  Ch ng xói mòn, b o v ngu n n ệ ả ố  Đ m b o s cân b ng sinh thái ằ

ự

ả

 Phòng tránh lũ

 Quy ho ch khu dân c và khu v c s n xu t ấ ng công tác d báo và c nh báo lũ  Tăng c

ự ả ả

ự

ạ ườ  S ng chung v i lũ

ố

ớ

2. Ch ng lũ và Phòng lũ

ố

ệ

 Nhi m v ch ng lũ: ố ụ  Là nhi m v đ ụ ượ ệ

c đ t ra theo đó c n đ m b o ả ặ

ả ứ

ệ

ầ ồ i tuy n công trình ậ ả t k t ế ế ạ ế

an toàn cho h th ng công trình (h ch a, đê, …) ệ ố khi x y ra tr n lũ thi  Nhi m v phòng lũ: ụ  Là nhi m v đ ệ ụ ượ ả

c đ t ra theo đó cân b o đ m an ả t k ế ế ả ậ

vùng phòng lũ ặ toàn cho vùng phòng lũ khi x y ra tr n lũ thi ở

ề

ế

t lũ b ng ằ

3. Bài toán đi u ti h ch a

ứ

ồ

 Bi

 Bài toán thi t ế

t k (Q~t)p

ớ ầ

ồ ứ

ế ế

 Quá trình lũ đ n h ng v i t n su t thi  Kích th

ấ c c a các công trình x lũ

ế ướ ủ

ả

 Tìm

c siêu cao)

ự

ướ

 Quá trình x lũả  Dung tích siêu cao (m c n ị

 Bài toán ngh ch: t (Q~t)

ế

ướ ủ

 Bi p; Vsc (Hsc).  Tìm (qxả~t)p và kích th

ả  Bài toán tìm t n su t đ m b o ch ng lũ P.

c c a các công trình x lũ? ố

t k : ế ế

ấ ả ầ ả

4. Các tài li u c n thi

t

ệ

ầ

ế

 Tài li u khí t ệ

ượ  Quá trình lũ thi

ồ

ệ ị

 Các quan h đ c tr ng đ a hình lòng h Z~V~F ệ ặ  Tài li u đ a ch t vùng lòng h ấ

ệ

ồ

ng th y văn ủ t k (Q~t)p ế ế  Tài li u đ a hình đ a ch t ấ ị ị ư

ế

ệ ệ ả

, m

ị  Tài li u dân sinh kinh t  Tài li u v các công trình x lũ ề ướ

c B,  Kích th  Quan h qệ xả ~Ztl và qxả ~Zhl

at) ho c m c n

ng an toàn (q c ự ặ ướ

 Tài li u v l u l ề ư ượ ệ kc) kh ng ch (H ế

ố

II. Nguyên lý tính toán đi u ti

t lũ

ề

ế

 Dòng ch y trong sông trong th i kỳ có lũ là dòng

c mô t ờ b i h ph ng trình ượ ả ở ệ ươ ị

ả không n đ nh đ ổ Saint-Venant:  Pt liên t c:ụ

¶ ¶

Q x

A t

 Pt đ ng l c: ộ

ự

¶ ¶

- ¶ ¶ ¶

QQ 2

Z x

0 g

v t

v x

¶ ¶ ¶

Trong đó:

Q- l u l

ng dòng ch y trong sông (m

3/s)

ư ượ

ả

i m t c t tính toán (m)

Z- m c n ự

c t ướ ạ

ặ ắ

v – l u t c bình quân m t c t ặ ắ

ư ố

K- mô đun l u l

ư ượ

q- l

ng gia nh p trên 1m chi u dài đo n sông

ượ

ề

ậ

ạ

x – t a đ đo n sông

ạ

ọ

ộ

t – th i gian (gi ) ờ

ờ

A – Di n tích m t c t

t (m

ặ ắ ướ

ệ

g – gia t c tr ng tr ố

ọ

ườ

– h s s a ch a đ ng năng

ệ ố ử

ữ

ộ

ệ ố ử

ữ

ộ

ượ

0 – h s s a ch a đ ng l

t lũ

ề

ế

II. Nguyên lý tính toán đi u ti (ti p)ế

 Khi lũ di chuy n qua h ch a có các đ c

ứ

ể

ặ

ồ

ể

đi m sau:  M t c t m r ng đ t ng t ộ ộ ở ộ ặ ắ ng m t n  Đ d c đ c nh ặ ướ ườ ộ ố  Đ sâu dòng ch y r t l n ả ấ ớ ộ  T c đ dòng ch y r t nh ỏ ả ấ ố

ỏ

 Khi đó:

ộ

ằ ướ

c; c thay b ng các công th c th y ứ ủ

 PT liên t c ụ (cid:222)  PT đ ng l c đ ự ộ l c tính l u l ư ượ ự

PT cân b ng n ượ ằ ng x qua công trình ả

t lũ

ề

ế

II. Nguyên lý tính toán đi u ti (ti p)ế

t lũ b ng h ch a

ế

i h hai ph

 Nguyên lý tính toán đi u ti ự ợ

ề ả ệ

ứ ồ ằ ng trình c ơ

ươ

ả

chính là s h p gi b n sau:  PT cân b ng n

dV dt

c ướ ằ

Trong đó:

Q- l u l

3/s)

ư ượ

ng lũ đ n (m ế

q = f[A, Z, Zh]

q- l u l

ư ượ

ng x xu ng h l u ố

ả

ạ ư

 PT đ ng l c ự ộ  Các quan h ph tr : ụ ợ  Đ ng quan h m c n  Đ ng quan h m c n

ng h l u: H~Q

ệ ự ệ ự

ườ ườ

ướ ướ

c dung tích Z~V c và l u l ư ượ

ạ ư

ệ

t lũ

ề

ế

II. Nguyên lý tính toán đi u ti (ti p)ế

 Vi

i PT cân b ng n c theo d ng sai phân: t l ế ạ ằ ướ ạ

2 VVt)qQ( 1

 PT đ ng l c có d ng c th tùy theo hình th c công ụ ể

- D -

ự ứ ạ ộ

 Đ i v i đ p tràn ch y t

ố ớ ậ

ả ự

2 3

mB s mB

 Đ i v i đ p tràn ch y ng p

ố ớ ậ

ả

ậ

 Đ i v i l

ch y t

ố ớ ỗ

ả ự

trình x lũ. Ví d : ụ ả

q = = q mw= q = mw q

2 hg 2 hg gh 2 Zg (2

)

t Z

 Đ i v i l

ch y ng p

ố ớ ỗ

ả

ậ

III. Phân tích d ng quá trình x lũ

ả

ạ

 Ta có dV = F.dh

c trong h ồ

 Khi đó PT cân b ng n

ự ệ

c vi

 dh là s thay đ i đ sâu n  F là di n tích m t thoáng h ướ

ượ

ướ ồ c đ ổ ộ ặ ằ

 Q- q = Fdh/dt hay

i thành: t l ế ạ dh dq dq dt

ậ

1. Công trình x lũ là đ p tràn ả ch y t

do

ả ự

 Ta có: q = M B h3/2 v i M=

gm 2

ớ

3/1

 T đó có:

ừ

qK 1

3/2

dh dq

2 (3

q BM

)

(MB

3/2)

 V i Kớ 1 =

)

3/1

 Bi n đ i ta có: ổ

ế

dq dt

qQ ( FK 1

250

Qmax

200

(Q~t)

(qx~t)

T i tạ 0 có Q=q=0

qx max

150

ứ

T từ 0 đ n tế 1vì Q>q nên dq/dt > 0 t c là q

(

) s / 3 m Q

100

Đ n th i đi m t ờ

ế

ể

ạ ự

ứ

1vì Q = q nên dq/dt = 0 t c là q đ t c c đ i ạ

›

ứ

Sau t1, Q

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56

Th i gian (gi ) ờ

ờ

ﬂ

ố

2. Công trình x lũ là c ng ng m ch y t

ả do

ả ự

ầ

mw=

 Ta có:

 T đó có:

qK 2

2 mw

dh dq

(

q 2)

 V i Kớ 2 =

(

ừ

 Bi n đ i ta có:

dq dt

( ) qQ qFK 2

ế ổ

250

Qmax

200

ứ

T i tạ 0 có Q=0, q>0 nên dq/dt < 0, t c là q

(Q~t)

(qx~t)

150

ị ự

ứ

ạ

Đ n tế 1thì Q=q nên dq/dt = 0 t c là q đ t giá tr c c ti u ể

)

qx max

(

ﬂ

ứ

100

Sau t1vì Q > q nên dq/dt > 0 t c là q

ị ự

ạ

Đ n tế 2, Q=q nên dq/dt = 0, t c là q đ t giá tr c c đ i ạ ứ

›

ứ

Sau t2, Q

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56

Th i gian (gi ) ờ

ờ

ﬂ

ng pháp tính toán

ươ

IV. Các ph đi u ti t lũ ề

ế

ự

q 1

(

1. Ph  Vi ế ng trình c b n d i d ng: ươ t l ế ạ ệ ng pháp l p tr c ti p ặ i h ph ươ ơ ả ướ ạ

) 1

V 2

V 1

+ QQ 2 2

(

AZZf , )

(

D - D

S đ kh i tính toán ố

ơ ồ

B t ắ đ uầ

I=1

ả đ nh giá tr q(I)

ị

Tính V(I)=V(I-1)+0.5[Q(I) -Q(I-1)] D t-0.5[q(I) -q(I-1)] D t

Xác đ nh m c n

ự ư c h Z

ớ ồ

ị

t và m c nự ư c h l

ớ ạ ưu Z h

Tính l

i qạ

t(I) theo công th c th y l c ủ ự

ứ

sai

q(I)=0.5[q(I)+qt (I)]

‰ qt(I)-q(I)‰

đúng

I=I+1

đúng

sai

I>1

STOP

Quá trình tính toán

ạ

ờ ố ạ

 B c 2: Tra quan h Z~V xác đ nh Z

cu i th i đo n tính ng trình (1) toán, tính giá tr Vị T i th i đo n tính toán b t kỳ ấ ạ ờ đ nh giá tr q gt  B c 1: Gi ị ở ả ị ướ 2 2 theo ph ươ

ướ ệ ị

ng trình (2) và

tt theo ph 2 tt q 2

gt 2

 B c 3: Tính giá tr q ị q ki m tra đi u ki n:

ươ e £ -

c, chính là sai s cho

ượ ấ

c n đ nh tr ị

ướ

ố

V i ớ e là s d ố ươ ữ

ể

ế

ng tùy ý đ phép gi a hai l n tính.  N u sai s th a mãn thì chuy n sang th i đo n ti p theo  N u sai s không th a mãn thì quay l

ạ c 1

ầ ố ỏ ố

ờ i b ạ ướ

ế ế

ỏ

ướ ể ề ệ

2. Ph

ng pháp đ gi

i Pô-ta-p p

ươ

ồ ả

ố

(

) 1

VVt 2 1

 Xu t phát t ấ + QQ 2 2

(

AZZf , )

(

ừ ệ q 1 h pt c b n: ơ ả q = - D - D

t l i d ng:

(

)

(cid:246) (cid:230) (cid:246) (cid:230)

+(cid:247)

=(cid:247)

- (cid:231) (cid:231)

 Tác gi V 2 t

hay

+ Qf 1

Trong đó f1, f2 là các hàm ph trụ ợ

D D ł Ł ł Ł vi ả ế ạ q 2 2 i pt (1) d ướ ạ q V 1 1 2 t

Xây d ng bi u đ ph tr ể

ụ ợ

ự

ồ

t-q/2 V/D t+q/2

TT Z (m) H (m) q (m3/s) V (m3/s) V/D (m3/s) (m3/s) Vk (m3)

ố ứ ự

c gi

đ nh (t

m c n

c tr

ướ

ả ị

ừ ự

ướ

c lũ tr lên) ở

ộ ộ ộ

Đ i v i tràn t

do: H = Z – Z

C t (1): s th t C t (2): các m c n ự c C t (3): c t n ộ ướ ố ớ

ưỡ

ự Đ i v i c ng ng m ch y t

ng tràn do: H = Z – Z

ố ớ ố

ả ự

ầ

ư ượ

ị

c xác đ nh theo công th c th y l c ủ ự c Z (tra Z~V)

ng x đ ả ượ ồ

ng ng v i m c n ớ

ứ ươ

ứ

ự

tâm c ngố ứ ướ

C t (4): l u l C t (5): dung tích h ch a t C t (6): V = V

ộ ộ ộ

k – Vtl

c tr

c lũ

ồ ươ

ng ng v i m c n ớ

ứ

ự

ướ

Trong đó Vtl là dung tích h t

C t (7) và c t (8) đ

ộ

ượ

c xác đ nh theo công th c ứ

ị

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

Bi u đ quan h ph tr

ệ ụ ợ

ể ồ

200

150

) s /

3

100

f1(q) f2(q)

m ( q

500

1000

Di n toán quá trình x lũ

ễ

ả

Qmaxp Qmaxp

Quá trình lũ thi

t Q

ế

1, Q2, …Qn.

t, t c là bi ế ứ Q (m3/s)

ể

ế ế 1 đã bi

t k (Q~t)p đã bi q t qế 1

(Q~t) (Q~t)

i Bạ Q2 Q2

qmaxp qmaxp

i C ạ 12Q

ạ

ằ

ố

ượ

c đi m D ể

T i th i đi m t ờ ạ 1,q1) dóng ngang c t fắ 1(q) t T A(t ừ f1(q) f1(q) T B dóng vuông góc c t tr c hoành t T C n i sang ngang m t đo n b ng T D dóng lên c t f

ừ ừ ừ

f2(q) f2(q)

T E dóng ngang c t tr c tung t

ắ ụ ộ i Eạ ắ 2(q) t ắ ụ

ừ

ạ 2 c n tìm. ầ

(q~t) (q~t)

Đi m F(t

ể

ả

i q 2, q2) chính là đi m ti p theo trong quá trình x lũ Q1 Q1

ế q2 q2

F F

E E

B B

A A

q1 q1

t t

t1 t2 t1 t2

f1, f2 f1, f2

D D

C C

‘ Q12 ‘ Q12

t lũ

B ng ghi k t qu tính toán đi u ti ả

ề

ế

ả

ế

TT T (h) Q (m3/s) Qtb (m3/s) q1 (m3/s) f1 (m3/s) f2 (m3/s) q2 (m3/s)

hay th i đo n tính toán ạ

ờ

ng lũ đ n thi

ế

ư ượ

ạ

ờ

t k ế ế ng lũ đ n tính bình quân trong th i đo n tính toán ng x t

ộ ộ ộ ộ ộ ộ

ế ả ạ ầ 1 tra t ừ

i đ u th i đo n ạ ờ ệ 1~q quan h f

C t (7): f

ộ

C t (8): L u l

ng x t

C t (1): s th t ố ứ ự C t (2): th i gian (h) ờ C t (3): quá trình l u l C t (4): l u l ư ượ C t (5): l u l ư ượ C t (6): Giá tr hàm f ị 2 = f1 + Qtb ư ượ

ộ

ả ạ

i cu i th i đo n ờ

ạ

ố

i đ u th i đo n k ti p chính là l u l

ế ế

ư ượ

ạ

ờ

ng x ả

ả ạ ầ c đó.

Ghi chú: L u l t ố ạ

ư ượ i cu i th i đo n tr ạ ờ

ng x t ướ

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

3. Ph

ng pháp gi n hóa Kô-tre-rin

ươ

ả

ng quá trình lũ đ n có d ng hình h c đ n

ườ

ế

ạ

ọ

 C s c a pp: ơ ở ủ  gi n hóa đ ả ả

gi n (tam giác, hình thang);  Công trình x lũ là đ p tràn t ả

ự

ậ  Nguyên lý tính toán:

 Dung tích đi u ti

ề ế

ủ t

(

V m

t 1

- t lũ c a h ch a: ồ ứ )dtqQ (cid:242)

a) TH lũ d ng tam giác ạ

Qmax

qmax

Vm

max

= WV

max

= WV

Tq max

V m W

1- 2

q Q

max

(cid:246) (cid:230) ø Ø (cid:247) (cid:231) - - (cid:247) (cid:231) œ Œ ł Ł ß º

b) TH lũ d ng hình thang

ạ

[

(

)

]

+ QtT '

max

Tq max

1 2

t’

Qmax

max

q Q

T + tT

ø Ø - œ Œ

max

qmax

ß º

ø Ø

Vm

max

q Q

- œ Œ

max

T + 'tT

ß º

(cid:246) (cid:230)

max

Q max h

V m W

(cid:247) (cid:231) - (cid:247) (cid:231)

ł Ł

Ph

ng pháp tính toán th d n

ươ

ử ầ

 Gi

max  Thay vào ph

đ nh q ả ị

 Tra quan h Z~V xác đ nh Z

ng trình (1) xác đ nh V ươ ị

m và tính

ệ ị

hm=Zm- ZTL

tt q max

gt q max

 T hừ m tính qmax theo công th c th y l c ủ ự  Ki m tra ể

ứ e £ -

 N u ch a đ t gi ư

thi i q t l ế ạ ả iạ ế ạ max và tính l

S d ng quan h q

ử ụ

ệ max ~ Vmax

 Gi

 Theo pt (1) tính đ

thi t m t s giá tr q ả ế ộ ố

 Tra Z~V xác đ nh Z

c V ượ ị m1, qm2, …. m1, Vm2, …

 Tính c t n

ị

1, Z2,…. ưỡ

m1, hm2,…

 Theo ct th y l c tính q

c trên ng ng tràn h ộ ướ

 Xây d ng quan h q

ủ ự

mT1, qmT2, … ệ mi ~ Vmi và qmTi ~ Vmi

ự

 Giao đi m c a 2 đ ể

ng cong là giá tr c n tìm ủ ườ ị ầ

qm, qmT

~ V m

q m T

Bài giảng Thủy văn công trình: Chương 10