Giáo trình đo đạc và chỉnh lý số liệu thủy văn - Chương 4

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

213
lượt xem 52
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đo lưu lượng nước (*) Lưu lượng nước là lượng nước chảy qua mặt cắt ngang vuông góc với hướng chảy bình quân trong thời gian 1 giây, ký hiệu là Q (m3/s). Các phương pháp xác định lưu lượng nước bao gồm : + Phương pháp “lưu tốc - diện tích” + Phương pháp thể tích + Phương pháp dùng các công trình đập tràn + Phương pháp ứng dụng các công nghệ hiện đại như siêu âm , phóng xạ .v.v Trong đó phương pháp “lưu tốc - diện tích” được sử dụng rộng rãi ở các trạm...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình đo đạc và chỉnh lý số liệu thủy văn - Chương 4

Ch−¬ng IV §o l−u l−îng n−íc (*) L−u l−îng n−íc lµ l−îng n−íc ch¶y qua mÆt c¾t ngang vu«ng gãc víi h−íng ch¶y b×nh qu©n trong thêi gian 1 gi©y, ký hiÖu lµ Q (m3/s). C¸c ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh l−u l−îng n−íc bao gåm : + Ph−¬ng ph¸p “l−u tèc - diÖn tÝch” + Ph−¬ng ph¸p thÓ tÝch + Ph−¬ng ph¸p dïng c¸c c«ng tr×nh ®Ëp trµn + Ph−¬ng ph¸p øng dông c¸c c«ng nghÖ hiÖn ®¹i nh− siªu ©m , phãng x¹ .v.v Trong ®ã ph−¬ng ph¸p “l−u tèc - diÖn tÝch” ®−îc sö dông réng r·i ë c¸c tr¹m thuû v¨n. Dïng ph−¬ng ph¸p “l−u tèc - diÖn tÝch”®Ó x¸c ®Þnh l−u l−îng n−íc thùc chÊt lµ x¸c ®Þnh 2 yÕu tè thµnh phÇn : Tèc ®é dßng ch¶y vµ diÖn tÝch mÆt c¾t ( ∗ ) . Cßn c¸c ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh l−u l−îng kh¸c hoÆc lµ kh«ng thÝch hîp ®èi víi viÖc ®o ®¹c ngoµi s«ng hoÆc ë n−íc ta ch−a cã ®iÒu kiÖn ®Ó phæ cËp dông cô ®o ®¹c . Do ®ã néi dung chñ yÕu cña ch−¬ng nµy sÏ tr×nh bµy kü viÖc x¸c ®Þnh l−u l−îng b»ng ph−¬ng ph¸p “l−u tèc - diÖn tÝch”. § 4-1. C«ng tr×nh vμ m¸y mãc ®o l−u l−îng n−íc I- M¸y ®o l−u tèc ( m¸y l−u tèc ) 1. Nguyªn lý chung cña m¸y l−u tèc : M¸y l−u tèc lµm viÖc dùa vµo nguyªn lý chung sau ®©y: D−íi t¸c dông cña dßng n−íc, bé phËn c¶m øng cña m¸y quay, l−u tèc cµng lín th× m¸y quay cµng nhanh. Nhê c¬ cÊu b¸o vßng quay vµ bé phËn tÝn hiÖu ta biÕt ®−îc tæng vßng quay N cña bé phËn c¶m øng trong thêi gian ®o T. Tõ ®ã tÝnh ®−îc tèc ®é vßng quay trung b×nh n cña bé phËn ph¶n øng. Tõ quan hÖ (n ~ v) cña mçi m¸y ta sÏ cã l−u tèc v tõ gi¸ trÞ n. 2. CÊu t¹o cña mét sè lo¹i m¸y ®o l−u tèc : M¸y ®o l−u tèc cã nhiÒu lo¹i kh¸c nhau cã thÓ ph©n lµm 2 lo¹i chñ yÕu : Lo¹i trôc ®øng vµ lo¹i trôc ngang . Lo¹i trôc ®øng nh− m¸y cèc quay LS68 Lo¹i trôc ngang nh− m¸y c¸nh qu¹t : Ж-3, ΓP-21, ΓP-99, LS25-1A, LS25-3A... Sau ®©y sÏ chØ giíi thiÖu c¸c bé phËn chÝnh cña 2 lo¹i m¸y ®iÓn h×nh : M¸y c¸nh qu¹t Ж-3, vµ m¸y cèc quay LS68. (∗) Trong thùc tÕ viÖc x¸c ®Þnh l−u l−îng n−íc lµ “ §o l−u tèc, ®o diÖn tÝch mÆt c¾t ngang, tÝnh l−u l−îng n−íc” (1). Do ®ã thuËt ng÷ “§o l−u l−îng n−íc” (2) lµ ch−a thËt chÝnh x¸c, ta cã thÓ coi thuËt ng÷ (2) lµ thuËt ng÷ quy −íc, gäi t¾t cho thuËt ng÷ (1) http://www.ebook.edu.vn 46
2 23 a) 4 3 6 5 1 22 10 17 7 9 8 21 11 8 16 12 15 13 14 b) 18 19 20 H×nh 4-1. M¸y ®o l−u tèc Ж-3 a) CÊu t¹o chung; b) bé phËn b¸o vßng quay 1. c¸nh qu¹t; 2. vá æ trôc; 3. khíp nèi; 4. ®Çu d©y kh«ng c¸ch ®iÖn; 5. ®Çu d©y c¸ch ®iÖn víi th©n m¸y; 6. th©n m¸y; 7. æ chøa ®Çu c¾m ®iÖn; 8. ®Çu c¾m ®iÖn; 9. èc h·m; 10. trôc m¸y; 11,16. thanh kÑp ®øng; 12,15. b¨ng kÑp ngoµi æ bi; 13. æ trôc bªn trong; 14. æ trôc ngoµi; 17. èc h·m bi; 18. b¸nh xe r¨ng; 19. chèt c«ng t¾c; 20. c«ng t¾c lß xo; 21. èc gi÷ lß xo; 22. trôc dÉn ®iÖn; 23. ®u«i m¸y a. Bé phËn c¶m øng cña m¸y Ж-3 lµ c¸nh qu¹t, cña m¸y LS68 gåm mét hÖ thèng “phÔu” ghÐp l¹i gäi lµ cèc quay. b. C¬ cÊu b¸o vßng quay cßn gäi lµ c¬ cÊu tÝnh to¸n sè vßng quay bao gåm mét b¸nh xe r¨ng th−êng cã 20 r¨ng. Trªn b¸nh xe cã mét sè ®iÓm tiÕp ®iÖn, cßn gäi lµ chèt c«ng t¾c (xem h×nh 4-1) a) b) 2 3 1 7 6 9 4 10 5 8 H×nh 4-2. a) M¸y cèc quay; b) Bé phËn b¸o vßng quay 1. Cèc quay, 2. Bé phËn b¸o vßng quay; 3. §u«i m¸y; 4. èc c©n ®u«i m¸y; 5. C¸ s¾t; 6. Trôc m¸y; 7. B¸nh xe r¨ng; 8. Chèt c«ng t¾c; 9. C«ng t¾c lß xo; 10. Chèt c¸ch ®iÖn víi th©n m¸y C«ng t¾c cïng víi trôc dÉn ®iÖn sÏ nèi liÒn m¹ch ®iÖn khi tiÕp ®iÓm ®iÖn tiÕp xóc víi c«ng t¾c. Khi lµm viÖc trôc m¸y quay theo bé phËn c¶m øng. Bé phËn c¶m øng quay ®−îc mét vßng th× b¸nh xe dÞch chuyÓn 1 r¨ng. Sè ®iÓm tiÕp ®iÖn cña m¸y Ж-3 lµ mét, cña m¸y 47 http://www.ebook.edu.vn
LS68 lµ bèn do ®ã c¸nh qu¹t quay ®−îc 20 vßng hoÆc cèc quay quay ®−îc 5 vßng th× cã 1 lÇn m¹ch ®iÖn ®−îc ®ãng kÝn, t−¬ng øng ta sÏ nhËn ®−îc mét tÝn hiÖu (H×nh 4-2). c. Bé phËn tÝn hiÖu Bé phËn tÝn hiÖu gåm mét nguån ®iÖn pin 1 2 3V÷4,5V, khi m¹ch ®iÖn ®−îc ®ãng kÝn th× chu«ng kªu hoÆc ®Ìn s¸ng. §èi víi mét sè lo¹i m¸y s¶n xuÊt sau nµy th× tiÕp ®iÓm ®iÖn b»ng c«ng t¾c ®−îc thay 3 b»ng tiÕp ®iÓm tõ. Bé phËn b¸o vßng quay ®−îc thay b»ng thiÕt bÞ hiÖn sè. Cßn vÒ nguyªn lý ho¹t ®éng chung cña m¸y kh«ng cã g× thay ®æi so víi c¸c lo¹i m¸y ®· giíi thiÖu (xem h×nh 4-3). 3. C¸c th«ng sè cña m¸y l−u tèc : Qua thùc nghiÖm ng−êi ta ®· x¸c lËp ®−îc quan H×nh 4-3. S¬ ®å bé phËn tÝn hiÖu hÖ gi÷a sè vßng quay cña c¸nh qu¹t (hoÆc cèc quay) 1. Nguån ®iÖn; 2, §Ìn hoÆc chu«ng; vµ l−u tèc cã d¹ng : 3. D©y dÉn ®iÖn v = an + bn 2 + v o 2 (4-1) Trong ®ã : a,b - C¸c th«ng sè vo - L−u tèc ban ®Çu - ®é nh¹y cña m¸y n - Sè vßng quay cña c¸nh qu¹t trong mét ®¬n vÞ thêi gian . Trong thùc tÕ quan hÖ (4-1) ®−îc biÓu diÔn nh− h×nh (4-4) Cã thÓ chia quan hÖ ( 4-4) ra lµm 3 ®o¹n : - §o¹n tõ vo ®Õn ®iÓm K : quan hÖ cã d¹ng ®−êng cong theo (4-1) . §iÓm K lµ ®iÓm giíi h¹n d−íi , øng víi ®iÓm K cã l−u tèc giíi h¹n d−íi vK vµ sè vßng quay giíi h¹n d−íi nK - Tõ ®iÓm K ®Õn KB khi ®ã tèc ®é ban ®Çu vo so víi l−u tèc lµ nhá ®o ®ã trong quan hÖ (4-1) cã thÓ bá qua vo V(m/s) KB vµ viÕt : VkB v = an + bn 2 = (a + b )n = Kn (4-2) VËy quan hÖ v ~ n lµ ®−êng th¼ng. §iÓn KB gäi lµ B K ®iÓm giíi h¹n trªn, øng víi KB lµ l−u tèc cùc ®¹i mµ mçi Vk B m¸y cã thÓ ®o ®−îc. Vo 0 nk n kB - Giai ®o¹n ngoµi KB quan hÖ v ~ n trë nªn phøc t¹p. B Trong thùc tÕ kh«ng cho phÐp m¸y ®o víi l−u tèc v−ît H×nh 4-4. Quan hÖ gi÷a l−u tèc vµ vßng quay cña bé phËn c¶m qu¸ ®iÓm giíi h¹n trªn cña mçi m¸y. øng (v~n) Trong quan hÖ v ~ n tèc ®é ban ®Çu vo ®Æc tr−ng cho tÝnh n¨ng cña tõng m¸y, ®ã lµ tèc ®é tèi thiÓu cña dßng n−íc võa ®ñ lµm cho bé phËn c¶m øng b¾t ®Çu quay. Th«ng sè vo ®−îc x¸c ®Þnh qua thùc nghiÖm khi s¶n xuÊt m¸y. http://www.ebook.edu.vn 48
Tèc ®é giíi h¹n d−íi vK ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : vo vK = 7,1 (4-3) β Trong ®ã th«ng sè β ®−îc tÝnh : β = 6,9 vo - 0,06 + ( 2,3v o − 0,055) 2 + 0,00058 (4-4) a = K( 0,99 - β) Th«ng sè a,b ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau : (4-5) b =(K β)2 (4-6) HÖ sè K trong c¸c c«ng thøc (4-2), (4-5), (4-6) gäi lµ b−íc thuû lùc cña bé phËn c¶m øng. TrÞ sè K ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. NÕu gäi vi lµ l−u tèc cña tuyÕn kiÓm ®Þnh thø i, ni lµ tèc ®é vßng quay cña bé phËn c¶m øng t−¬ng øng ë tuyÕn kiÓm ®Þnh thø i th× K ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: N ∑v i i =1 K= (4-7) N ∑n i i =1 B¶ng 4-1. §Æc ®iÓm cÊu t¹o vµ tÝnh n¨ng cña mét sè lo¹i m¸y l−u tèc §−êng kÝnh B−íc h×nh Tèc ®é ban Tèc ®é lín Bé phËn Bé phËn N−íc s¶n nhÊt c¶m øng tÝn hiÖu Lo¹i m¸y c¸nh qu¹t häc ®Çu V0 xuÊt (mm) Kr(mm) (m/s) Vkβ(m/s) N-o 1 120 250 0,04 5,0 C¸nh Chu«ng Liªn X« Ж-3 o N- 2 120 500 0,06 5,0 qu¹t (®Ìn) cò N-o 1 120 200 0,04 5,0 C¸nh Chu«ng Liªn X« BЖM-3 N-o 2 120 500 0,06 5,0 qu¹t (®Ìn) cò o N- 1 120 0,04 8,0 C¸nh Chu«ng Liªn X« ΓP-21 200 N-o 2 120 0,06 5,0 qu¹t (®Ìn) cò o N- 1 120 200 0,04 8,0 C¸nh Chu«ng Liªn X« ΓP- M21 N-o 2 120 500 0,06 5,0 qu¹t (®Ìn) cò N-o 1 120 110 0,05 5,0 C¸nh Chu«ng Liªn X« ΓP- 55 N-o 2 120 200 0,06 5,0 qu¹t (®Ìn) cò N-o 1 120 110 0,06 5,0 C¸nh Tæng vßng Liªn X« ΓP-11 N-o 2 120 200 0,10 5,0 qu¹t quay cò o N- 1 120 110 0,05 5,0 C¸nh Tæng vßng Liªn X« ΓP-11M N-o 2 120 200 0,08 5,0 qu¹t quay cò o N- 1 120 Cèc quay Chu«ng Trung LS 68 0,04 2,5 N-o 2 120 (®Ìn) Quèc C¸nh Trung N-o 1 120 HiÖn sè TS25-1A 250 0,05 5,0 qu¹t Quèc C¸nh Liªn X« N-o 1 120 HiÖn sè 3T2 180 0,06 5,0 qu¹t cò 49 http://www.ebook.edu.vn
B¶ng 4-2. Quan hÖ gi÷a vK , vo , β β β β vo(m/s) vK(m/s) vo(m/s) vK(m/s) vo(m/s) vK(m/s) 0,015 0,057 0,371 0,045 0,305 0,571 0,075 0,577 0,695 0,020 0,105 0,427 0,050 0,350 0,594 0,080 0,623 0,714 0,025 0,136 0,470 0,055 0,395 0,615 0,085 0,669 0,732 0,030 0,175 0,500 0,060 0,440 0,636 0,090 0,715 0,750 0,035 0,216 0,527 0,065 0,486 0,656 0,095 0,761 0,768 0,040 0,260 0,549 0,070 0,532 0,676 0,096 0,807 0,785 4. KiÓm ®Þnh m¸y l−u tèc KiÓm ®Þnh m¸y l−u tèc nh»m x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña m¸y. C«ng t¸c kiÓm ®Þnh ®−îc tiÕn hµnh sau khi s¶n xuÊt m¸y xong hoÆc sau thêi gian sö dông quy ®Þnh, hoÆc khi thay thÕ c¸c chi tiÕt cña m¸y... ViÖc kiÓm ®Þnh m¸y th−êng do c¬ quan chuyªn ngµnh cã t− c¸ch ph¸p nh©n tiÕn hµnh víi ®Çy ®ñ trang thiÕt bÞ, ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c cÇn thiÕt. Trong thùc tÕ s¶n xuÊt, khi cÇn kiÓm ®Þnh m¸y th× cã thÓ tiÕn hµnh kiÓm ®Þnh m¸y ë thùc ®Þa. H×nh 4-5. Quan hÖ v~n kiÓm ®Þnh ë thùc ®Þa a. KiÓm ®Þnh m¸y l−u tèc b»ng m¸ng kiÓm ®Þnh. M¸ng kiÓm ®Þnh cã nhiÒu lo¹i: M¸ng dµi, m¸ng trßn, m¸ng hép, lo¹i thø nhÊt vµ thø hai cã thiÕt bÞ g¾n m¸y l−u tèc cÇn kiÓm ®Þnh vµ di chuyÓn trong n−íc ®øng yªn theo c¸c tuyÕn cã tèc ®é kh¸c nhau ®−îc x¸c ®Þnh. Lo¹i thø 3 lµ mét hép kÝn cã thiÕt bÞ b¬m n−íc http://www.ebook.edu.vn 50
ch¶y vßng tuÇn hoµn víi l−u tèc thay ®æi ®−îc x¸c ®Þnh, trong khi ®ã m¸y l−u tèc ®−îc g¾n cè ®Þnh trong dßng ch¶y. Lo¹i m¸ng dµi, m¸ng trßn yªu cÇu cã mÆt b»ng x©y dùng réng, lo¹i “hép” nhá gän thÝch hîp cho viÖc kiÓm ®Þnh trong phßng. Ngoµi ra m¸ng kiÓm ®Þnh cßn cã bé phËn ghi nhËn tÝn hiÖu cña m¸y l−u tèc vµ thêi gian mçi tuyÕn kiÓm ®Þnh. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña m¸ng kiÓm ®Þnh : Khi m¸ng kiÓm ®Þnh lµm viÖc ë mçi tuyÕn hoÆc mçi cÊp kiÓm ®Þnh ta thu ®−îc tèc ®é chuyÓn ®éng cña thiÕt bÞ kÐo m¸y hoÆc tèc ®é dßng ch¶y vµ xem ®ã lµ l−u tèc (vi). §ång thêi ta ghi ®−îc tæng sè vßng quay Ni cña bé phËn c¶m øng trong thêi gian ti. Tõ ®ã tÝnh ®−îc sè vßng quay ni trong 1 gi©y. Víi nhiÒu tuyÕn kiÓm ®Þnh ta cã v1 , v2 ,.. . vn ; n1, n2,.. . nn, tõ chuçi sè liÖu ®ã ta sÏ x©y dùng ®−îc quan hÖ v ~n cho m¸y l−u tèc. Ngµy nay nhê sù hç trî cña c¸c thiÕt bÞ kü thuËt tiªn tiÕn nªn viÖc ghi nhËn c¸c kÕt qu¶ ®o ®¹c vµ x©y dùng quan hÖ v ~n cã thÓ ®−îc tù ®éng ho¸ vµ cho kÕt qu¶ cã ®é chÝnh x¸c cao h¬n. KÕt qu¶ kiÓm ®Þnh cho mçi m¸y l−u tèc ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ (4-6). H×nh 4-6. Quan hÖ v~n kiÓm ®Þnh ë m¸ng b. KiÓm ®Þnh m¸y l−u tèc ë thùc ®Þa: N¬i kiÓm ®Þnh lµ mét ®o¹n s«ng th¼ng hay hå cã chiÒu dµi tõ 50÷80m cã chiÒu s©u h≥2m, l−u tèc v≈0 (s«ng chÕt), kh«ng cã rong, rªu hay cá mäc. ChiÒu dµi L cña ®o¹n s«ng ®−îc x¸c ®Þnh víi sai sè cho phÐp ≤ ±0,1 m . Khi kiÓm ®Þnh ng−êi ta g¾n m¸y l−u tèc vµo m¹n thuyÒn (gÇn mòi), m¸y ngËp trong n−íc tõ 0,6 ÷1 m. Cho thuyÒn chuyÓn ®éng ®Òu trªn ®o¹n s«ng kiÓm ®Þnh theo c¸c tuyÕn th¼ng. Tèc ®é di chuyÓn cña thuyÒn trªn c¸c tuyÕn thay ®æi n»m trong ph¹m vi sö dông cña m¸y. Sau mçi tuyÕn di chuyÓn cña thuyÒn ng−êi ta thu ®−îc c¸c tµi liÖu sau: - Thêi gian m¸y l−u tèc (thuyÒn) chuyÓn ®éng trªn mçi tuyÕn cã chiÒu dµi L (m) 51 http://www.ebook.edu.vn
- Thêi gian ®o cña mét sè tÝn hiÖu hoÆc mét sè nhãm tÝn hiÖu khi m¸y l−u tèc lµm viÖc trªn mçi tuyÕn t2 - Tû sè vßng quay cña bé phËn c¶m øng trªn mçi tuyÕn N víi c¸c sè liÖu trªn sÏ x¸c ®Þnh ®−îc l−u tèc b×nh qu©n v vµ tèc ®é vßng quay t−¬ng øng n trªn mçi tuyÕn: L v= (m/s) t1 N n= (vßng/s) t2 Tõ nhiÒu tuyÕn kiÓm ®Þnh ta sÏ thu ®−îc nhiÒu cÆp vi ~ ni (sè cÆp trong mçi lÇn kiÓm ®Þnh tõ 20-30), ta sÏ x¸c ®Þnh ®−îc quan hÖ v ~ n cô thÓ cho tõng m¸y. §Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c khi x¸c ®Þnh ®−êng quan hÖ v ~ n cÇn chia sè liÖu ra tõng nhãm. Trong mçi nhãm cè g¾ng chän c¸c tuyÕn kiÓm ®Þnh cã vi, ni xÊp xØ b»ng nhau. Quan hÖ v ~n sÏ ®i qua ®iÓm trung b×nh cña mçi nhãm. §Ó tiÖn cho viÖc sö dông ng−êi ta lËp b¶ng tÝnh s½n quan hÖ v ~ n xem b¶ng (4-5) B¶ng 4-3. Quan hÖ v ~n cña m¸y Ж-3 sè 1825 c¸nh qu¹t sè 1 (kiÓm ®Þnh trong m¸ng) V(m/s) n(v/s) 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 n (v/s) 0,5 0.130 0,132 0,134 0,136 0,138 0.140 0,142 0,144 0,146 0,149 0,6 0.151 0,154 0,156 0,158 0,161 0,163 0,166 0,168 0,170 0,173 0,7 0,175 0,178 0,180 0,182 0,185 0,188 0,190 0,192 0,194 0,197 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 5. KiÓm tra, b¶o d−ìng vµ söa ch÷a th«ng th−êng m¸y l−u tèc : §Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña tµi liÖu vµ t¨ng tuæi thä cña m¸y l−u tèc cÇn ph¶i kiÓm tra tr−íc khi sö dông vµ b¶o d−ìng th−êng xuyªn. Tr−íc mçi lÇn dïng m¸y ®o l−u tèc nªn tiÕn hµnh kiÓm tra chung c¸c bé phËn cña m¸y nh−: - Thö ®é nh¹y cña bé phËn c¶m øng; - Sù tiÕp xóc gi÷a c¸c ®iÓm tiÕp ®iÖn; - Sù ho¹t ®éng cña bé phËn tÝn hiÖu hoÆc bé phËn hiÖn sè http://www.ebook.edu.vn 52
Khi ho¹t ®éng cña toµn bé thiÕt bÞ b×nh th−êng th× míi ®−îc sö dông. Sau mçi lÇn sö dông m¸y xong, dïng v¶i s¹ch lau kh« m¸y vµ ®−a m¸y vÒ nhµ tiÕn hµnh th¸o m¸y röa b»ng x¨ng råi míi tra dÇu vµo c¸c bé phËn cÇn thiÕt . ViÖc th¸o l¾p m¸y ph¶i do ng−êi n¾m ®−îc cÊu t¹o, ®Æc ®iÓm cña m¸y tiÕn hµnh theo b¶n “h−íng dÉn sö dông vµ b¶o qu¶n m¸y l−u tèc” ChÕ ®é b¶o d−ìng m¸y tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña m¸y: Khi ®o vïng n−íc bÈn, n−íc mÆn th× sau mçi lÇn ®o ph¶i lau chïi ngay; khi ®o ë vïng n−íc s¹ch th× cã thÓ sau 2-3 lÇn ®o míi lau kü 1 lÇn. Tr−êng hîp m¸y l−u tèc ®· lµm viÖc hÕt thêi h¹n quy ®Þnh th× ph¶i kiÓm ®Þnh l¹i. NÕu trong khi sö dông m¸y cã x¶y ra h− háng hoÆc cã nghi vÊn vÒ chÊt l−îng m¸y th× ph¶i kiÓm tra ngay. C«ng t¸c kiÓm tra tiÕn hµnh nh− sau: §−a m¸y cÇn kiÓm tra vµ m¸y dù tr÷ (lµm chuÈn) treo vµo 1 c¸i gi¸ n»m ngang, 2 m¸y c¸ch nhau 30÷40cm. §ång thêi ®o l−u tèc t¹i c¸c ®iÓm kh¸c nhau trªn mét sè thuû trùc. Sè ®iÓm ®o kiÓm tra b»ng 15-20 ®iÓm. So s¸nh tµi liÖu l−u tèc gi÷a 2 m¸y, nÕu sai sè qu©n ph−¬ng t−¬ng ®èi cña l−u tèc gi÷a 2 m¸y kh«ng v−ît qu¸ ± 3 % th× m¸y kiÓm tra vÉn sö dông ®−îc, nÕu sai sè trªn lín h¬n ± 3 % th× ph¶i ngõng sö dông vµ ®−a m¸y ®i kiÓm ®Þnh l¹i. Sai sè qu©n ph−¬ng t−¬ng ®èi tÝnh theo c«ng thøc : 2 ⎛ v′ ⎞ n ∑⎜ i − 1⎟ ⎜v ⎟ ⎝i ⎠ m% = ±100 i =1 (4-8) n −1 Trong ®ã : m% - ®é lÖch qu©n ph−¬ng t−¬ng ®èi vi - l−u tèc ®o b»ng m¸y dù tr÷ v’i - l−u tèc ®o b»ng m¸y ®ang dïng n - sè ®iÓm ®o kiÓm tra II. C¸c lo¹i phao ®o l−u tèc b) a) 1. Phao næi Phao næi ®−îc lµm b»ng c¸c lo¹i vËt liÖu cã tØ träng nhá h¬n n−íc nh− tre, gç, chÊt dÎo. H×nh d¹ng phao cã thÓ lµ h×nh trô, hép ch÷ nhËt... KÝch th−íc võa ®ñ nh×n thÊy phao khi ®o trªn s«ng, cè g¾ng lµm cµng cm nhá cµng tèt. 60 MÆt ngoµi cña phao (phÇn ch×m) kh«ng nªn tr¬n H×nh 4-7. Mét sè lo¹i phao næi qu¸ sÏ lµm ¶nh h−ëng tíi ®−êng phao tr«i vµ tèc ®é phao. T¹i mét tr¹m ta nªn dïng thèng nhÊt mét lo¹i 53 http://www.ebook.edu.vn
phao vÒ c¶ h×nh d¹ng lÉn kÝch th−íc. Tr−êng hîp ®o ®ªm th× trªn phao cÇn cã bé phËn ph¸t s¸ng. 2. Phao ch×m ë nh÷ng n¬i cã l−u tèc nhá d−íi ph¹m vi sö dông cña m¸y l−u tèc (v0,5m th× cã thÓ dïng phao ch×m ®Ó ®o l−u tèc. NÕu trªn mÆt c¾t cã khu vùc cã l−u h1 h tèc nhá, cã khu vùc cã l−u tèc ®ñ lín ®Ó dïng m¸y ®o th× cã thÓ kÕt hîp c¶ m¸y vµ phao ch×m ®Ó ®o l−u tèc. VÒ h×nh d¹ng phao ch×m cã nh÷ng lo¹i nh− h×nh (4-8). Phao ch×m ®−îc H×nh 4-8. Mét sè lo¹i phao ch×m lµm b»ng c¸c lo¹i vËt liÖu nhÑ, Ýt thÊm n−íc nh− s¸p, chÊt dÎo, nøa, gç tr¸t s¸p ë mÆt ngoµi... HiÖn nay phao ch×m hay ®−îc sö dông lµ lo¹i phao cã d¹ng h×nh viªn cÇu, ®−êng kÝnh 2÷3 cm; ®−îc lµm b»ng gç cøng, s¸p, chÊt dÎo. 3. HÖ sè hiÖu chØnh l−u tèc khi ®o phao : Khi phao tr«i do nhiÒu nh©n tè ¶nh h−ëng nªn tèc ®é cña phao kh«ng ph¶n ¸nh ®−îc l−u tèc b×nh qu©n cña thuû trùc mµ phao tr«i qua . Do vËy sau khi tÝnh l−u l−îng n−íc cÇn cã hÖ sè hiÖu chØnh. HÖ sè ®ã kÝ hiÖu lµ P. a. C«ng thøc kinh nghiÖm x¸c ®Þnh hÖ sè phao : • C«ng thøc dùa vµo sè Frót : Sè Frót (Fr) lµ th«ng sè ®éng n¨ng cña dßng ch¶y, nã tû lÖ thuËn víi b×nh ph−¬ng l−u tèc vµ cã gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i trªn mÆt n−íc ë gi÷a dßng vµ gi¶m dÇn tíi hai bê. Do ®ã hÖ sè phao dïng ®Ó chuyÓn ®æi tõ l−u tèc lín nhÊt gi÷a dßng vµ l−u tèc b×nh qu©n trªn mÆt n−íc vÒ l−u tèc b×nh qu©n mÆt c¾t ngang cã liªn quan tíi hÖ sè Fr. Tõ ®ã ng−êi ta ®· ®−a ra c«ng thøc kinh nghiÖm ®Ó tÝnh hÖ sè phao P1; P2 nh− sau: + Khi phao tr«i r¶i trªn mÆt ngang : P1 = 1 − 1,85 J / Fr1 (4-9) + Khi phao tr«i tËp trung gi÷a dßng : P2 = 1 − 5,60 J / Fr2 (4-10) Trong ®ã : J : ®é dèc mÆt n−íc cña ®o¹n s«ng ®o phao http://www.ebook.edu.vn 54
Fr1, Fr2 - HÖ sè Frót ®−îc tÝnh nh− sau : 2 2 V mc V max Fr1 = ; Fr2 = gh gh Víi : ω Qp V mc = ; h= g - Gia tèc träng tr−êng ω B 1 i=n ∑ Vmax i V max = n lµ sè phao tr«i gi÷a dßng n i =1 • C«ng thøc dùa vµo hÖ sè Cedi: C P1 = (4-11) C + 6,0 C P2 = (4-12) 1,34C + 6,0 C = 1/n hy Trong ®ã C - lµ hÖ sè Cedi n - hÖ sè nh¸m y - hÖ sè, theo Pav¬l«pski th× : y = 2,5 n − 0,13 − 0,75 h ( n − 0,1) Khi h < 1m, y ≈ 1,5 n b. X¸c ®Þnh hÖ sè hiÖu chØnh b»ng thùc nghiÖm : §©y lµ ph−¬ng ph¸p ®¸ng tin cËy nhÊt v× xuÊt ph¸t tõ tµi liÖu thùc ®o l−u tèc b»ng phao vµ b»ng m¸y Qm Qm P1 = P2 = (4-13) Qp Q p max Trong ®ã Qm - lµ l−u l−îng tÝnh tõ tµi liÖu l−u tèc ®o b»ng m¸y Qp - lµ l−u l−îng tÝnh tõ tµi liÖu l−u tèc ®o b»ng phao P1 - lµ hÖ sè khi phao tr«i r¶i trªn mÆt ngang P2 - lµ hÖ sè khi phao tr«i gi÷a dßng c. X¸c ®Þnh hÖ sè phao b»ng kinh nghiÖm : Qua thùc tÕ ®o ®¹c vµ tÝnh l−u l−îng n−íc ng−êi ta ®· ®−a ra b¶ng hÖ sè ®Ó hiÖu chØnh l−u l−îng khi phao tr«i r¶i trªn mÆt ngang b¶ng (4-4) vµ b¶ng (4-5) 55 http://www.ebook.edu.vn
B¶ng 4-4. HÖ sè phao toµn mÆt ngang theo kinh nghiÖm dùa vµo ®iÒu kiÖn dßng ch¶y T×nh h×nh dßng s«ng §é s©u (m) vµ ®iÒu kiÖn ch¶y 5,0 S«ng ®ång b»ng ®iÒu kiÖn ch¶y tèt 0.78-0.86 0.87-0.88 0.89-0.90 (s«ng võa vµ lín) S«ng võa vµ lín, ®iÒu kiÖn ch¶y 0.70-0.77 0.78-0.85 0.86-0.87 kÐm (cã rong rªu, s«ng cong, ch¶y xiÕt) S«ng miÒn nói ch¶y xiÕt, cã b·i - 0.70-0.79 0.80-0.84 trµn ®iÒu kiÖn ch¶y xÊu B¶ng 4-5. HÖ sè phao kinh nghiÖm dùa vµo chiÒu giã ChiÒu giã thæi HÖ sè phao P1 Tr−êng hîp lÆng giã 0,85 - 0,90 Tr−êng hîp giã thæi ng−îc dßng 0,90 - 0,95 Tr−êng hîp giã thæi xu«i dßng 0,80 - 0,85 e. KiÓm ®Þnh phao ch×m viªn cÇu Khi ®o l−u tèc b»ng phao ch×m ta dïng gËy ®−a phao xuèng ®é s©u h sau ®ã th¶ phao. Dïng ®ång hå ghi l¹i thêi gian t mµ phao ®· tr«i ®−îc trªn qu·ng ®−êng L, l−u tèc b×nh qu©n ®−îc tÝnh : L v= t NÕu chØ ®o ®−îc ®é s©u thuû trùc h vµ qu·ng ®−êng phao tr«i L, mµ kh«ng ®o ®−îc thêi gian phao tr«i th× cÇn kiÓm ®Þnh tr−íc : C«ng t¸c kiÓm ®Þnh nh− sau : - §o ®é næi cña phao trong n−íc tÜnh, gäi t lµ thêi gian phao næi lªn tõ ®é s©u h th× tèc ®é næi b×nh qu©n cña phao lµ: h v’ = t Khi kiÓm ®Þnh nªn chän h cã gi¸ trÞ kh¸c nhau vµ mçi gi¸ trÞ h lµm 2-3 lÇn, råi lÊy v’ b×nh qu©n cho c¸c cÊp ®é s©u. TrÞ sè v’ tèt nhÊt lµ 0,1-0,2 m/s. Tr−êng hîp khi kiÓm ®Þnh ch−a phï hîp th× ®iÒu chØnh träng l−îng vµ kÝch th−íc phao . NÕu gäi L lµ qu·ng ®−êng phao tr«i khi ®o, v TT lµ l−u tèc b×nh qu©n thuû trùc, h lµ ®é s©u, khi ®ã : L h v TT = thay t = vµo ta cã : v′ t http://www.ebook.edu.vn 56
L v′ v TT = =L hh v′ v′ gäi =C lµ hÖ sè hiÖu chØnh cña phao ch×m h Trong thùc tÕ khi ®o ®¹c, l−u tèc ®−îc tÝnh v TT = CL Cã thÓ x©y dùng quan hÖ C ~ h (víi mçi cÊp h = 0,1-0,2 m). C«ng t¸c kiÓm ®Þnh cÇn ®−îc lµm th−êng xuyªn v× tÝnh chÊt cña phao cã sù thay ®æi qua sö dông . III. M¸y ®o h−íng ch¶y 6 M¸y ®o h−íng ch¶y cßn gäi lµ m¸y h¶i l−u, 1 nh− s¬ ®å h×nh (4-9). Sau ®©y giíi thiÖu mét sè bé phËn chÝnh : 5 2 1. Bé phËn ghi vßng quay cña c¸nh qu¹t 3 Bé phËn nµy bao gåm mét sè b¸nh r¨ng. 4 B¸nh r¨ng s¬ cÊp liªn hÖ víi trôc cña c¸nh qu¹t vµ mét sè b¸nh r¨ng thø cÊp liªn hÖ víi nhau. H×nh 4-9. S¬ ®å m¸y h¶i l−u Trªn bé phËn ghi vßng quay cã c¸c ®Üa sè ghi 1. Th©n m¸y; 2.Vßng b¶o vÖ c¸nh qu¹t 0-100, 100-1.000, 1.000-10.000 (vßng). vµ c¸nh qu¹t; 3.Bé phËn tù ghi vßng 2. Hép la bµn quay cña c¸nh qu¹t; 4. Hép la bµn; 5. §u«i m¸y; 6.T¶i träng ®iÒu khiÓn m¸y lóc ®o Hép la bµn lµ bé phËn chñ yÕu x¸c ®Þnh h−íng dßng ch¶y. Th©n gã c lÖ hép la bµn ®−îc g¾n víi th©n m¸y. ch 4 cñ α= Nhê ®u«i m¸y mµ trôc c¸nh qu¹t a 1 10 h− o lu«n lu«n h−íng theo chiÒu dßng íng 1 3 ch¶y, cßn kim la bµn lµ bé phËn di ch¶ y ®éng lu«n chØ h−íng B¾c-Nam. 2 Trªn kim la bµn cã r·nh (ë nöa kim 5 5 chØ ph−¬ng B¾c) ®Ó cho bi r¬i khi ®o ®¹c. MÆt hép la bµn ®−îc chia lµm 36 kho¶ng cã sè thø tù tõ 0- 35, mçi kho¶ng øng víi mét gãc b»ng 10o. R·nh cã thø tù 0 ®Æt ë ®u«i m¸y (xem h×nh 4-10) H×nh 4-10. S¬ ®å hép la bµn cña m¸y h¶i l−u 1. Vµnh ®é la bµn; 2. Kim la bµn; 3. bi (r¬i khi ®o); 4. M¸y h¶i l−u võa x¸c ®Þnh l−u C¸nh qu¹t m¸y; 5. §u«i m¸y tèc th«ng qua quan hÖ v~n nh− 57 http://www.ebook.edu.vn
m¸y l−u tèc, võa cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc h−íng ch¶y nhê bé phËn la bµn. Do cÊu t¹o mµ khi c¸nh qu¹t quay ®−îc 33 - 34 vßng th× cã 1 viªn bi r¬i vµo r·nh nµo ®ã trªn mÆt la bµn. Gãc bi r¬i lµ gãc hîp bëi gi÷a ph−¬ng b¾c vµ ph−¬ng cña trôc m¸y. §ã lµ gãc lÖch cña h−íng ch¶y hay cßn gäi lµ gãc ph−¬ng vÞ cña h−íng ch¶y. Ngoµi c¸c lo¹i m¸y ®o l−u tèc, ®o h−íng ch¶y th«ng dông ®· giíi thiÖu cßn cã c¸c thiÕt bÞ kh¸c ®Ó x¸c ®Þnh l−u l−îng hoÆc gi¸n tiÕp nh− tµu di ®éng hoÆc ®o trùc tiÕp l−u l−îng b»ng m¸y ADCP. M¸y ®o l−u l−îng ADCP sö dông khoa häc c«ng nghÖ hiÖn ®¹i nªn viÖc ®o ®¹c nhanh chãng, thu thËp ®−îc nhiÒu yÕu tè cña dßng ch¶y nh−ng gi¸ m¸y cao nªn ch−a cã ®iÒu kiÖn ®Ó trang bÞ cho c¸c tr¹m thuû v¨n ë n−íc ta . IV. C«ng tr×nh vµ thiÕt bÞ phôc vô ®o ®¹c 1. C«ng tr×nh ®Þnh vÞ vµ cè ®Þnh thuyÒn ®o VÊn ®Ò x¸c ®Þnh ®óng vÞ trÝ ®o ®¹c trªn tuyÕn ®o lµ mét trong nh÷ng yªu cÇu cÇn thiÕt ®Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña tµi liÖu. ViÖc ®Þnh vÞ thuyÒn ®o trªn mÆt c¾t cã thÓ dïng c¸c ph−¬ng tiÖn ®· nªu ë ch−¬ng III. Trong ®ã dïng c¸p ®Þnh vÞ vµ hÖ thèng tiªu lµ phæ biÕn h¬n c¶. Khi ®o ®¹c t¹i mçi thuû trùc, thuyÒn ®o cÇn ®−îc cè ®Þnh trong thêi gian ®o. ThuyÒn ®o ®−îc cè ®Þnh b»ng c¸p treo thuyÒn cho ta ®é chÝnh x¸c cao nhÊt. Nh÷ng tr¹m ch−a cã c«ng tr×nh c¸p treo thuyÒn th× cã thÓ cè ®Þnh thuyÒn b»ng søc ®Èy cña ®éng c¬ tµu (ca n«) hoÆc dïng neo. T¹i tr¹m ®o cã l−u tèc kh«ng lín, ®é s©u nhá (vïng s«ng ¶nh h−ëng triÒu) cã thÓ cè ®Þnh thuyÒn b»ng sµo c¾m xuèng ®¸y s«ng. 2. ThiÕt bÞ di chuyÓn vµ cè ®Þnh m¸y ®o §Ó ®−a c¸c m¸y mãc (m¸y ®o l−u tèc, m¸y h¶i l−u, m¸y lÊy mÉu bïn c¸t...) tíi c¸c ®iÓm ®o vµ cè ®Þnh chóng, ta dïng têi, c¸p vµ c¸ s¾t. §èi víi tuyÕn ®o cã ®é réng nhá vµ n«ng (suèi, kªnh) ta cã thÓ léi ®o trùc tiÕp víi thiÕt bÞ treo m¸y lµ gËy. Khi tuyÕn ®o ë gÇn c¸c c«ng tr×nh qua s«ng nh− cÇu, cÇu m¸ng... th× cã thÓ lîi dông chóng lµm c«ng tr×nh ®o ®¹c. § 4-2 §o l−u l−îng t¹i vïng s«ng kh«ng ¶nh h−ëng triÒu I. §o l−u tèc 1. Thuû trùc ®o l−u tèc Sè l−îng thuû trùc ®o l−u tèc trªn mÆt c¾t ngang phô thuéc vµo ®é réng s«ng, sù ph©n bè l−u tèc trªn mÆt c¾t ngang, yªu cÇu cña sè liÖu, tr¹m míi x©y dùng hay ®· qua ho¹t ®éng mét thêi gian mµ bè trÝ. §èi víi tr¹m míi x©y dùng cÇn bè trÝ sè ®−êng thuû trùc nhiÒu h¬n. Sè ®−êng thuû trùc nµy gäi lµ ®−êng thuû trùc ®Çy ®ñ (b¶ng 4-6) http://www.ebook.edu.vn 58
B¶ng 4-6. Sè ®−êng thuû trùc ®o l−u tèc ®Çy ®ñ. §é réng B(m) 1000 Sè ®−êng thuû trùc 6-10 10-15 15-20 20-25 25-30 Nh÷ng tr¹m ®· ho¹t ®éng mét thêi gian vµ tõ kÕt qu¶ nghiªn cøu, cã thÓ gi¶m bít sè ®−êng thuû trùc. Sè ®−êng thuû trùc cßn l¹i gäi lµ ®−êng thuû trùc c¬ b¶n. VÞ trÝ cña thuû trùc c¬ b¶n cÇn ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau: ë chñ l−u bè trÝ thuû trùc dµy h¬n b·i vµ hai bê; NÕu bê s«ng dèc ®øng th× c¸ch bê 30-50 cm cÇn cã mét ®−êng thuû trùc; Chç ®Þa h×nh thay ®æi ®ét biÕn, chç ranh giíi n−íc tï vµ n−íc ch¶y cÇn bè trÝ ®−êng thuû trùc. Trong thùc tÕ ta cè g¾ng bè trÝ c¸c ®−êng thuû trùc c¸ch ®Òu nhau ®Ó tiÖn cho viÖc ®o ®¹c vµ tÝnh to¸n. Khi xÐt thÊy kh«ng cÇn thiÕt thay ®æi th× vÞ trÝ ®−êng thuû trùc c¬ b¶n cÇn ®−îc bè trÝ cè ®Þnh trong suèt qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña tr¹m (trõ thuû trùc s¸t bê vµ thuû trùc ë ranh giíi n−íc tï di ®éng hoÆc ®Þa h×nh ®¸y s«ng cã thay ®æi lín). Sè ®−êng thuû trùc c¬ b¶n nh− b¶ng (4-7) d−íi ®©y: B¶ng 4-7. Sè ®−êng thuû trùc c¬ b¶n ®o l−u tèc. §é réng mÆt n−íc (m) < 10 10 - 50 50 - 100 100-300 300-1000 >1000 Sè ®−êng TT ®o l−u tèc 3-5 5-7 7-8 8 - 10 10 - 12 12 - 15 Trong mét sè tr−êng hîp sau ®©y cÇn thay ®æi vÞ trÝ ®−êng thuû trùc c¬ b¶n : lßng s«ng thay ®æi khi mùc n−íc thay ®æi lµm cho kho¶ng c¸ch cña thuû trùc s¸t bê v−ît qu¸ giíi h¹n quy ®Þnh. Khi ®o l−u tèc trªn toµn mÆt c¾t ngang, kh«ng ®−îc ®o víi sè ®−êng thuû trùc Ýt h¬n sè ®−êng thuû trùc c¬ b¶n. Nh−ng trong mét sè tr−êng hîp ®Æc biÖt kh«ng ®o ®¹c ®−îc trªn c¸c ®−êng thuû trùc c¬ b¶n th× cã thÓ ®o trªn 1 - 2 ®−êng thuû trùc c¬ b¶n. Sè ®−êng thuû trùc ®ã gäi lµ ®−êng thuû trùc ®¹i biÓu. ViÖc chän vÞ trÝ ®−êng thuû trùc ®¹i biÓu vµ x©y dùng quan hÖ gi÷a V®b ~ Vmc ®−îc tr×nh bµy ë § 4-4. 2. Sè ®iÓm ®o trªn thuû trùc. Sè ®iÓm ®o trªn thuû trùc phô thuéc vµo ®é s©u, vµo sù ph©n bè l−u tèc theo chiÒu s©u, vµo yªu cÇu cña tµi liÖu... Sau ®©y chØ nªu nh÷ng nÐt chung vÒ sè ®iÓm ®o ®Ó lµm c¬ së vËn dông vµo thùc tÕ. - Khi ®é s©u h < 1m th× cã thÓ ®o mét ®iÓm t¹i ®é s©u t−¬ng ®èi lµ 0,2h hoÆc 0,6h. NÕu ph©n bè l−u tèc phøc t¹p th× ®o 2 ®iÓm hoÆc 3 ®iÓm. 59 http://www.ebook.edu.vn
- Khi ®é s©u h = 1 ÷ 3m, cã thÓ ®o 2 hoÆc 3 diÓm t¹i c¸c ®é s©u t−¬ng øng lµ 0,2h; 0,6h; 0,8h. Khi ph©n bè l−u tèc phøc t¹p th× ®o 5 diÓm t¹i c¸c ®é s©u: mÆt; 0,2h; 0,6h; 0,8h vµ ®¸y. - Khi ®é s©u h > 3m th× cã thÓ ®o 3 diÓm hoÆc 5 ®iÓm. - Khi cã yªu cÇu ®Æc biÖt th× cã thÓ ®o 11 ®iÓm t¹i: mÆt; 0,1h; 0,2h; 0,3h; ... 0,9h vµ ®¸y. 3. Thêi gian ®o l−u tèc t¹i mét ®iÓm. Thêi gian ®o l−u tèc t¹i mét ®iÓm (T) lµ thêi gian ng¾n nhÊt võa ®ñ ®Ó ®o ®−îc l−u tèc h−íng däc b×nh qu©n (Vx) b»ng hoÆc gÇn b»ng gi¸ trÞ Vx thùc tÕ. Thêi gian ®o phô thuéc vµo ®Æc tÝnh cña dßng ch¶y nh− c−êng suÊt l−u tèc (Δv/Δt); c−êng ®é m¹ch ®éng... a. L−u tèc m¹ch ®éng: §Ó hiÓu râ h¬n vÒ c¬ së x¸c ®Þnh thêi gian ®o l−u tèc t¹i mét ®iÓm, trong phÇn nµy sÏ tr×nh bµy mét ®Æc tÝnh quan träng cña dßng ch¶y rèi ®ã lµ: l−u tèc m¹ch ®éng XÐt mét ®iÓm bÊt kú trong dßng ch¶y rèi ë s«ng thiªn nhiªn (h×nh 4-11) th× l−u tèc t¹i ®iÓm ®ã lu«n thay ®æi c¶ vÒ h−íng vµ gi¸ trÞ. H×nh 4-11: L−u tèc theo c¸c h−íng t¹i ®iÓm M NÕu lÊy M lµm gèc vµ ®Æt mét hÖ to¹ ®é vu«ng gãc Ox, Oy, Oz th× l−u tèc tèc t¹i ®iÓm M cã thÓ ®−îc ph©n lµm 3 h−íng t−¬ng øng lµ Vx, Vy, Vz, trong ®ã Vx lµ l−u tèc theo h−íng däc s«ng. Dïng m¸y l−u tèc cã thÓ ®o ®−îc qu¸ tr×nh l−u tèc h−íng däc (Vx ~ t) nh− h×nh 4-12 XÐt sù thay ®æi cña l−u tèc theo thêi gian ta thÊy gi¸ trÞ cña l−u tèc tøc thêi Vx giao ®éng quanh gi¸ tri l−u tèc trung b×nh ( Vx ) vµ cã thÓ viÕt: Vx = Vx +V’ (4-14) V’ lµ l−u tèc m¹ch ®éng. L−u tèc m¹ch ®éng cã thÓ cã gi¸ trÞ d−¬ng, ©m hoÆc b»ng 0. (XÐt l−u tèccña c¸c h−íng Oy, Oz còng cho kÕt qu¶ t−¬ng tù). http://www.ebook.edu.vn 60
H×nh 4-12. Qu¸ tr×nh l−u tèc h−íng däc s«ng. b. Thêi gian ®o l−u tèc t¹i mét ®iÓm: Tõ ®−êng qu¸ tr×nh l−u tèc tøc thêi (H×nh 4-12) nÕu ta thÊy ®o l−u tèc trong thêi gian T1 (giai ®o¹n nµy V’ < 0 chiÕm −u thÕ) th× l−u tèc b×nh qu©n ®o ®−îc sÏ nhá h¬n l−u tèc thùc tÕ (Vx®o < Vthùc). NÕu ®o trong thêi gian T2 th× cã thÓ t×nh h×nh sÏ ng−îc l¹i, tøc lµ Vx®o > Vthùc. NÕu thêi gian ®o ®¹c ®ñ dµi th× sÏ cho kÕt qu¶ tèt h¬n, v× ΣV’≈0 do ®ã V®o≈Vthùc. VËy T lµ thêi gian thÝch hîp ®Ó ®o l−u tèc t¹i mét ®iÓm trong dßng ch¶y. Thêi gian T phô thuéc vµo chÕ ®é cña dßng ch¶y ë tuyÕn ®o.Vïng cã chÕ ®é dßng ch¶y kh«ng æn ®Þnh biÕn ®æi nhanh (vïng ¶nh h−ëng triÒu) th× chu kú cña l−u tèc m¹ch ®éng V’ ng¾n do ®ã thêi gian ®o ng¾n; t¹i vïng cã dßng ch¶y kh«ng æn ®Þnh biÕn ®æi chËm (vïng kh«ng ¶nh h−ëng triÒu) th× chu kú thay ®æi cña l−u tèc m¹ch ®éng dµi do ®ã thêi gian ®o dµi h¬n. Ngay t¹i mét thuû trùc thêi gian ®o ë c¸c ®iÓm kh¸c nhau còng kh¸c nhau. Nh−ng ®Ó tiÖn cho ®o ®¹c vµ sö dông m¸y mãc ng−êi ta ®· nghiªn cøu vµ ®−a ra thêi gian ®o mét ®iÓm t¹i vïng s«ng kh«ng ¶nh h−ëng triÒu kh«ng ®−îc nhá h¬n 100s; thêi gian ®o mét ®iÓm t¹i vïng s«ng ¶nh h−ëng triÒu T≤100s ( Xem §4-4) - Khi l−u tèc tèc qu¸ nhá, thêi gian ®o ®· ®ñ 100s mµ ch−a thu ®−îc tÝn hiÖu nµo th× kÐo dµi thêi gian ®o cho tíi khi thu ®−îc tÝn hiÖu ®Çu tiªn. Khi thêi gian ®o ®· tíi 5 phót mµ kh«ng thu ®−îc tÝn hiÖu nµo th× xem l−u tèc ®iÓm ®o ®ã b»ng 0. Tr−êng hîp khi ®o nh×n thÊy bé phËn c¶m øng quay th× trùc tiÕp ®Õm vßng quay trong thêi gian tõ 4-5 phót. c. KiÓm tra tÝnh hîp lý cña sè ®äc thêi gian: NÕu gäi thêi gian ®äc ®ång hå nhãm gi÷a lµ tg, thêi gian ®äc ®ång hå nhãm cuèi lµ tc th× thêi gian ®o ®¹c hîp lý sÏ lµ 1,9tg ≤ tc ≤ 2,1 tg (4-15)a. HoÆc ⏐2tg - tc ⏐ < 10% tg (4-15)b. 4. TÝnh l−u tèc ®iÓm ®o vµ l−u tèc b×nh qu©n thuû trùc a. L−u tèc t¹i ®iÓm ®o: ®−îc tÝnh tõ c«ng thøc (4-1) hoÆc (4-2) hoÆc tra tõ b¶ng (4-3) 61 http://www.ebook.edu.vn
b. TÝnh l−u tèc b×nh qu©n thuû trùc: L−u tèc trªn thuû trùc thay ®æi theo ®é s©u (h×nh 4-13) do ®ã l−u tèc b×nh qu©n thuû trùc sÏ b»ng tÝch ph©n cña hµm ph©n bè l−u tèc v~h chia cho chiÒu s©u h. VËy c¬ së cña ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n lµ c«ng thøc ( 4-16)a h 1 ∫ V i . dh (4-16)a = V tt h 0 Trong ®ã: V tt - L−u tèc b×nh qu©n thuû trùc (m/s). h - ®é s©u dßng ch¶y (m). Vi - L−u tèc t¹i ®iÓm ®o ( m/s). L−u tèc b×nh qu©n cña thuû trùc tÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p ®å gi¶i chØ ®−îc dïng khi cã yªu cÇu cña nghiªn cøu hoÆc khi tÝnh l−u l−îng n−íc b»ng ph−¬ng ph¸p ®å gi¶i, cßn ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ®Ó tÝnh l−u tèc b×nh qu©n thuû trùc ®ang ®−îc ¸p dông réng r·i t¹i c¸c tr¹m thuû v¨n ë n−íc ta. • TÝnh l−u tèc b×nh qu©n thuû trùc b»ng ph−¬ng ph¸p ®å gi¶i: C«ng thøc (4-16)a cã thÓ tÝnh d−íi d¹ng: F Vtt = (4-16)b h Trong ®ã F lµ diÖn tÝch cña quan hÖ l−u tèc theo ®é s©u V~hi giíi h¹n bëi ®¸y s«ng vµ mÆt n−íc (H×nh 4-13) H×nh 4-13. Ph©n bè l−u tèc theo ®é s©u (S¬ ®å tÝnh l−u tèc b×nh qu©n thuû trùc theo ph−¬ng ph¸p ®å gi¶i) §Ó x¸c ®Þnh diÖn tÝch F cã thÓ dïng c¸c ph−¬ng ph¸p sau ®©y: Dïng m¸y ®o diÖn tÝch, dïng m¸y vi tÝnh hoÆc tÝnh gÇn ®óng b»ng c¸ch chia nhá diÖn tÝch F thµnh c¸c b¨ng nhá song song víi mÆt n−íc. http://www.ebook.edu.vn 62
§©y lµ ph−¬ng ph¸p cho kÕt qu¶ cã ®é chÝnh x¸c cao nhÊt, v× diÖn tÝch giíi h¹n bëi sù ph©n bè phøc t¹p cña l−u tèc theo chiÒu s©u ®· ®−îc thÓ hiÖn b»ng phÐp tÝch ph©n (4-16)a. Ph−¬ng ph¸p nµy cã thÓ lµm c¬ së cho viÖc gi¶m bít ®iÓm ®o l−u tèc trªn thñy trùc vµ phôc vô cho c«ng t¸c nghiªn cøu. Còng tõ sù ph©n bè l−u tèc trªn thñy trùc ng−êi ta ®· nghiÖm chøng thÊy r»ng l−u tèc t¹i ®iÓm 0,6h xÊp xØ l−u tèc b×nh qu©n thñy trùc. • TÝnh l−u tèc b×nh qu©n thñy trùc b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch: C¬ së cña ph−¬ng ph¸p nµy còng dùa vµo c«ng thøc (4-16)a hoÆc (4-16)b, nh−ng diÖn tÝch F ®−îc tÝnh d−íi d¹ng gÇn ®óng. §é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶ cµng cao khi sè ®iÓm ®o trªn thñy trùc cµng nhiÒu. Ch¼ng h¹n lÊy ph−¬ng ph¸p ®o 5 ®iÓm trªn thñy trùc ®Ó chøng minh ®iÒu ®ã, ®ång thêi gi¶i thÝch hÖ sè tû lÖ gia quyÒn ®èi víi l−u tèc c¸c ®iÓm trªn thñy trùc. L−u tèc b×nh qu©n thñy trùc ®−îc tÝnh theo (4-16)b : F V tt = h V + V08 V + Vd 1 ⎛ Vm + V02 V + V06 ⎞ .0,4h + 06 .0,2h + 08 V tt = .0,2h + 02 ⎜ .02h ⎟ h⎝ 2 2 2 2 ⎠ 1 [10(0,1Vm + 0,1V02 + 0,2V02 + 0,2V06 + 0,1V06 + 0,1V08 + 0,1V08 + 0,1Vd )] = hay 10 1 = (Vm + 3V02 + 3V06 + 2V08 + Vd ) 10 ViÖc gi¶m ®iÓm ®o trªn thñy trùc vµ l−u tèc b×nh qu©n thñy trùc tÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch (1) ph¶i dùa trªn c¬ së cña tµi liÖu ®o nhiÒu ®iÓm vµ l−u tèc b×nh qu©n thñy trùc tÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p ®å gi¶i (2). NÕu sai sè kÕt qu¶ cña hai ph−¬ng ph¸p n»m trong sai sè qui ®Þnh th× cã thÓ ®o vµ tÝnh to¸n theo ph−¬ng ph¸p (1). L−u tèc b×nh qu©n thuû trùc tÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch nh− c¸c c«ng thøc sau: + Ph−¬ng ph¸p ®o 11 ®iÓm: ( ) 11 Vm + V01 + ... + V09 + 1 Vd Vtt = (4-17) 10 2 2 + Ph−¬ng ph¸p ®o 5 ®iÓm: (V m + 3 V 0 ,2 + 3 V 0 ,6 + 2 V 0 ,8 + V d ) 1 V tt = (4-18) 10 + Ph−¬ng ph¸p ®o 3 ®iÓm: (V 0 , 2 + 2 V 0 , 6 + V 0 ,8 ) 1 V tt = (4-19)a 4 1 V tt = ( V 0 , 2 + V 0 , 6 + V 0 ,8 ) HoÆc (4-19)b 3 + Ph−¬ng ph¸p ®o 2 ®iÓm: 63 http://www.ebook.edu.vn
(V 0 , 2 + V 0 ,8 ) 1 V tt = (4-20) 2 + Ph−¬ng ph¸p ®o 1 ®iÓm Vtt = V0,6 (4-21) Vtt = K 1 .V0,0 HoÆc (4-22)a Vtt = K 2 .V0,2 (4-22)b Trong ®ã Vm, V0,1, V0,2 ... V0,9, V® lµ l−u tèc t¹i ®iÓm mÆt; 0,1h ; 0,2h; ... 0,9h vµ ®¸y. K1, K2 lµ hÖ sè hiÖu chØnh gi÷a ph−¬ng ph¸p ®o nhiÒu ®iÓm vµ ph−¬ng ph¸p ®o mét ®iÓm. Khi ch−a cã tµi liÖu thùc ®o th× cã thÓ dïng K1 = 0,84 - 0,87; K2 = 0,78 - 0,84. 5. Ph−¬ng ph¸p ®o l−u tèc. a. §o l−u tèc t¹i mét ®iÓm vµ trªn thuû trùc: Tr−íc tiªn ta x¸c ®Þnh ®é s©u t¹i thuû trùc. §Ó x¸c ®Þnh ®é s©u ta cã thÓ ®o trùc tiÕp (nh− ®· giíi thiÖu ë ch−¬ng III) hoÆc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p gi¸n tiÕp theo c«ng thøc sau ®©y: hQ = hh + ΔH (4-23) Trong ®ã : hQ - §é s©u thuû trùc khi ®o l−u tèc ®Ó tÝnh l−u l−îng. hh - §é s©u thuû trùc cña lÇn ®o s©u gÇn nhÊt. ΔH = HQ - Hh (4-24) Víi HQ lµ mùc n−íc tÝnh to¸n lóc ®o l−u l−îng; Hh lµ mùc n−íc tÝnh to¸n lóc ®o s©u. C¨n cø vµo ®é s©u thuû trùc hQ, ®iÒu kiÖn ®o ®¹c vµ yªu cÇu tµi liÖu, ®Þnh sè ®iÓm ®o trªn thuû trùc. §−a m¸y l−u tèc xuèng ®iÓm ®o vµ cè ®Þnh m¸y, khi m¸y lµm viÖc æn ®Þnh (sau mét vµi tÝn hiÖu) míi b¾t ®Çu ®o ®¹c. ViÖc ghi chÐp tÝn hiÖu vµ thêi gian (®äc theo ®ång hå bÊm gi©y) ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau ®©y: + Tæng thêi gian ®o ®¹c t¹i mçi ®iÓm ®ñ thêi gian quy ®Þnh. + Chia thêi gian ®o ®¹c nãi trªn ra thµnh mét sè nhãm ch½n (2,4,6,8,10) ®Ó tiÖn cho viÖc kiÓm tra (theo 4 - 15). + Sè tÝn hiÖu trong mçi nhãm nhiÒu hay Ýt lµ tuú thuéc vµo l−u tèc lín hay nhá. Th«ng th−êng thêi gian trong mçi nhãm tõ 15 - 20s ®èi víi m¸y c¸nh qu¹t vµ tõ 10 - 15s ®èi víi m¸y cèc quay. Sè tÝn hiÖu trong c¸c nhãm cña mét ®iÓm ®o ph¶i b»ng nhau. Tr−êng hîp sö dông m¸y l−u tèc hiÖn sè th× l−u tèc ®iÓm ®o ®−îc ®äc trùc tiÕp. ViÖc tÝnh to¸n l−u tèc b×nh qu©n thuû trùc còng ®−îc ¸p dông c¸c c«ng thøc (4-17) ®Õn (4-22). http://www.ebook.edu.vn 64
b. Ph−¬ng ph¸p ®o l−u tèc trªn mÆt c¾t ngang. Khi ®o l−u tèc trªn mÆt c¾t ngang thùc hiÖn tuÇn tù nh− sau: - §o s©u t¹i c¸c ®−êng thuû trùc: NÕu lÇn ®o l−u l−îng ®ã cÇn ®o s©u toµn mÆt ngang th× ®o ®é s©u t¹i tÊt c¶ c¸c thuû trùc. Riªng 2 thuû trùc s¸t bê cÇn x¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch tíi mÐp n−íc. - LÇn l−ît ®o l−u tèc c¸c ®iÓm trªn thuû trùc ®o l−u tèc. - §äc mùc n−íc khi b¾t ®Çu ®o vµ khi kÕt thóc. NÕu mùc n−íc lªn xuèng nhanh th× khi ®o t¹i ®iÓm 0,6h ë mçi thuû trùc cÇn ®äc mùc n−íc t−¬ng øng. -§o mùc n−íc ë tuyÕn ®é dèc vµo lóc b¾t ®Çu vµ kÕt thóc ®o. -Theo dâi, ghi chÐp c¸c hiÖn t−îng thêi tiÕt vµ c¸c ho¹t ®éng trªn s«ng ¶nh h−ëng tíi tµi liÖu. c. §o l−u tèc trªn ®−êng thuû trùc ®¹i biÓu. Trong tr−êng hîp ph¶i ®o l−u tèc trªn ®−êng thuû trùc ®¹i biÓu th× tuÇn tù ®o ®¹c còng tiÕn hµnh nh− ®o l−u tèc ë c¸c thuû trùc kh¸c. II. §o l−u tèc b»ng phao ThiÕt bÞ phæ biÕn dïng ®Ó x¸c ®Þnh l−u tèc lµ m¸y ®o l−u tèc. Nh−ng trong mét sè tr−êng hîp sau ®©y cã thÓ dïng phao ®Ó ®o l−u tèc: Lò qu¸ to kh«ng thÓ ra s«ng ®−îc, khi m¸y ®o l−u tèc hoÆc c«ng tr×nh ®o ®¹c bÞ háng ®ét xuÊt, ®o l−u tèc ®Ó x¸c ®Þng h−íng ch¶y, thu thËp tµi liÖu kh¶o s¸t, ®iÒu tra thuû v¨n ... §Ó ®o l−u tèc b»ng phao ta chän c¸c tuyÕn ®o phao vµ tuyÕn th¶ phao nh− ®· giíi thiÖu ë phÇn ®Çu ch−¬ng I. ViÖc th¶ phao t¹i tuyÕn th¶ phao cã thÓ dïng thiÕt bÞ th¶ phao, th¶ phao b»ng thuyÒn hoÆc nÐm phao tõ bê (nÕu s«ng hÑp). Khi ®o ®¹c cÇn ghi thêi gian phao tr«i gi÷a hai tuyÕn cña mçi phao. L−u tèc trung b×nh cña tõng phao ®−îc tÝnh: LP Vp = t §Ó cã c¬ së tÝnh to¸n l−u l−îng n−íc cÇn ph¶i x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña c¸c phao tr«i qua tuyÕn ®o l−u l−îng. III. X¸c ®Þnh hÖ sè Kbê 1. Kh¸i niÖm : Kbê (Kb) lµ hÖ sè hiÖu chØnh l−u tèc b×nh qu©n cña thuû trùc s¸t bê vÒ l−u tèc b×nh qu©n cña bé phËn s¸t bê. Theo kh¸i niÖm ®ã th× Kb ®−îc x¸c ®Þng theo c«ng thøc sau: Vbpb Kb = (4-26) VTTb Trong ®ã: Vbpb - l−u tèc b×nh qu©n cña bé phËn diÖn tÝch s¸t bê. 65 http://www.ebook.edu.vn