Giáo trình đo đạc và chỉnh lý số liệu thủy văn - Chương 5

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

139
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

đo bùn cát trong nước sông 5-1. Khái niệm, nguồn gốc và phân loại bùn cát I. Khái niệm: Bùn cát trong nước sông là những phần tử rắn bao gồm bùn, sét, mùn, cát, sỏi, đá vv... chuyển động trong lòng sông. Dùng thuật ngữ “bùn cát” để chỉ “những phần tử rắn” trong nước sông tuy chưa thật chính xác nhưng vì một số lý do như đã nêu ở lời giới thiệu, nên trong giáo trình này vẫn sử dụng các thuật ngữ cũ để nói về phần tử rắn và một số vấn đề khác nữa....

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 5

Ch−¬ng V ®o bïn c¸t trong n−íc s«ng 5-1. Kh¸i niÖm, nguån gèc vμ ph©n lo¹i bïn c¸t I. Kh¸i niÖm: Bïn c¸t trong n−íc s«ng lµ nh÷ng phÇn tö r¾n bao gåm bïn, sÐt, mïn, c¸t, sái, ®¸ vv... chuyÓn ®éng trong lßng s«ng. Dïng thuËt ng÷ “bïn c¸t” ®Ó chØ “nh÷ng phÇn tö r¾n” trong n−íc s«ng tuy ch−a thËt chÝnh x¸c nh−ng v× mét sè lý do nh− ®· nªu ë lêi giíi thiÖu, nªn trong gi¸o tr×nh nµy vÉn sö dông c¸c thuËt ng÷ cò ®Ó nãi vÒ phÇn tö r¾n vµ mét sè vÊn ®Ò kh¸c n÷a. II. Nguån gèc bïn c¸t trong s«ng. Bïn c¸t trong s«ng do ba nguån cung cÊp chñ yÕu sau ®©y: 1. Tõ bÒ mÆt l−u vùc: BÒ mÆt l−u vùc bÞ phong ho¸, khi h¹t m−a r¬i xuèng t¹o ra ®éng n¨ng lµm cho bïn c¸t t¸ch khái mÆt phong ho¸. Dßng ch¶y mÆt trªn l−u vùc l«i cuèn chóng tr«i xuèng khe, suèi vµ cuèi cïng vµo s«ng. L−îng bïn c¸t tõ nguån cung cÊp nµy chiÕm 80% tæng l−îng bïn c¸t trong s«ng. 2. Tõ bê vµ lßng s«ng: §éng n¨ng cña dßng ch¶y lµm xãi lë bê s«ng vµ lßng s«ng ®−a bïn c¸t vµo dßng ch¶y. L−îng bïn c¸t nµy chiÕm kho¶ng 15-20% tæng l−îng bïn c¸t trong s«ng. 3. Tõ biÓn ®−a vµo: §èi víi nh÷ng ®o¹n s«ng gÇn biÓn do t¸c ®éng cña dßng ch¶y ven bê, dßng triÒu, sãng, giã... mµ bïn c¸t ®· ®−îc ®−a tõ biÓn vµo s«ng, l−îng bïn c¸t nµy chiÕm kho¶ng 5% tæng l−îng bïn c¸t trong s«ng. Tuy tû lÖ bïn c¸t tõ biÓn vµo lµ nhá song nã lµ nh©n tè chñ yÕu lµm ¶nh h−ëng tíi sù ho¹t ®éng kinh tÕ ë vïng cöa s«ng nh− båi lÊp cöa s«ng ¶nh h−ëng xÊu ®Õn tho¸t lò, giao th«ng thuû, ®¸nh c¸ vv...Do ®ã trong viÖc ®o ®¹c bïn c¸t kh«ng ®−îc xem nhÑ thµnh phÇn bïn c¸t nµy. III. Ph©n lo¹i bïn c¸t trong s«ng. Bïn c¸t trong s«ng cã thÓ ®−îc ph©n lµm hai lo¹i tuú theo h×nh thøc tån t¹i vµ chuyÓn ®éng cña nã. 1. Bïn c¸t l¬ löng (chÊt l¬ löng)*: 111 http://www.ebook.edu.vn
Nh÷ng h¹t r¾n cã ®−êng kÝnh t−¬ng ®èi nhá chuyÓn ®éng l¬ löng theo dßng n−íc ®−îc gäi lµ bïn c¸t l¬ löng. 2. Bïn c¸t ®¸y (chÊt di ®Èy)*: Nh÷ng h¹t r¾n cã ®−êng kÝnh lín h¬n, chuyÓn ®éng s¸t ®¸y s«ng b»ng c¸c h×nh thøc l¨n, tr−ît, nh¶y... gäi lµ bïn c¸t ®¸y Tuú thuéc vµo c¸c ®iÒu kiÖn cña dßng ch¶y nh− l−u tèc, ®é dèc, ®é s©u... mµ mét h¹t c¸t cã thÓ lóc nµy th× chuyÓn ®éng l¬ löng, khi kh¸c l¹i chuyÓn ®éng s¸t ®¸y, lo¹i bïn c¸t nµy gäi lµ bïn b¸n l¬ löng. §Ó tiÖn cho c«ng t¸c ®o ®¹c, sö dông tµi liÖu ng−êi ta gép lo¹i bïn c¸t b¸n l¬ löng vµo bïn c¸t l¬ löng. IV. C¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña bïn c¸t. 1. §Æc tr−ng c¬ b¶n cña bïn c¸t l¬ löng. a. L−îng ngËm c¸t (hµm l−îng chÊt l¬ löng)* lµ l−îng bïn c¸t l¬ löng cã trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch hçn hîp gåm n−íc vµ bïn c¸t, kÝ hiÖu lµ ρ, ®¬n vÞ lµ g/m3, g/l hoÆc kg/m3. b. L−u l−îng bïn c¸t l¬ löng (l−u l−îng chÊt l¬ löng)* lµ l−îng bïn c¸t l¬ löng chuyÓn qua mÆt c¾t ngang s«ng trong mét ®¬n vÞ thêi gian, kÝ hiÖu lµ R, ®¬n vÞ lµ kg/s hoÆc T/s. 2. §Æc tr−ng c¬ b¶n cña bïn c¸t ®¸y. a. SuÊt chuyÓn c¸t ®¸y lµ l−îng bïn c¸t ®¸y chuyÓn qua mét ®¬n vÞ chiÒu réng mÆt c¾t ngang trong mét ®¬n vÞ thêi gian, kÝ hiÖu lµ gs, ®¬n vÞ lµ g/m.s hoÆc kg/m.s. b. L−u l−îng bïn c¸t ®¸y lµ l−îng bïn c¸t ®¸y chuyÓn qua mÆt c¾t ngang trong mét ®¬n vÞ thêi gian, kÝ hiÖu lµ Gs, ®¬n vÞ lµ kg/s, T/s. Ngoµi c¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n trªn cßn cã c¸c ®Æc tr−ng kh¸c ®−îc tÝnh to¸n tõ c¸c ®Æc tr−ng trªn nh−: - L−îng ngËm c¸t thùc ®o b×nh qu©n mÆt ngang (hµm l−îng chÊt l¬ löng b×nh qu©n thùc ®o toµn mÆt ngang)* ®−îc x¸c ®Þnh tõ tµi liÖu ®o ®¹c bïn c¸t l¬ löng vµ l−u l−îng n−íc trªn toµn mÆt ngang, kÝ hiÖu ρmn, ®¬n vÞ lµ g/m3, g/l, kg/m3. - L−îng ngËm c¸t lín nhÊt (hµm l−îng chÊt l¬ löng lín nhÊt)*, l−îng ngËm c¸t nhá nhÊt trong thêi ®o¹n nµo ®ã. - Tæng l−îng bïn c¸t l¬ löng (tæng l−îng chÊt l¬ löng)* qua mÆt ngang trong thêi ®o¹n nµo ®ã, kÝ hiÖu lµ Wr, ®¬n vÞ lµ 103T hoÆc 106T. ViÖc ®o ®¹c bïn c¸t ®¸y t¹i c¸c tr¹m thuû v¨n ë n−íc ta ®· qua mét thêi gian kh¸ dµi song tµi liÖu thu ®−îc kh«ng ®¸p øng ®−îc yªu cÇu vÒ ®é chÝnh x¸c. Nguyªn nh©n chñ yÕu lµ sù chuyÓn ®éng cña bïn c¸t ®¸y rÊt phøc t¹p, trong khi ®ã sù hiÓu biÕt vÒ nã cßn h¹n chÕ, m¸y mãc ®o ch−a phï hîp vv... Do ®ã viÖc ®o ®¹c bïn c¸t ®¸y ®· t¹m ngõng tõ n¨m 1980 (C¸c tr¹m cã tµi liÖu ®Õn n¨m 1979 : Hoµ B×nh, S¬n T©y, Hµ Néi, Th−îng C¸t). Tuy vËy, vÉn tån t¹i sù liªn quan gi÷a yÕu tè bïn c¸t ®¸y víi mét sè m«n häc kh¸c; trong t−¬ng lai http://www.ebook.edu.vn 112
viÖc ®o ®¹c bïn c¸t ®¸y cã thÓ sÏ ®−îc phôc håi ®Ó ®¸p øng cho nhu cÇu cña s¶n xuÊt vµ nghiªn cøu khoa häc... V× nh÷ng lý do trªn mµ trong gi¸o tr×nh nµy vÉn ®Ò cËp tíi nh÷ng néi dung c¬ b¶n cña ®o ®¹c vµ tÝnh to¸n bïn c¸t ®¸y. 5-2. M¸y mãc vμ thiÕt bÞ lÊy mÉu I. M¸y lÊy mÉu bïn c¸t l¬ löng. 1. M¸y kiÓu chai: §ã lµ mét chai thuû tinh cã dung tÝch tõ 0.5-2dm3. MiÖng chai cã n¾p ®Ëy ®−îc ®Öm b»ng cao su xuyªn qua n¾p chai cã 2 vßi (vßi lÊy n−íc vµ vßi tho¸t khÝ). Chç cöa ra cña hai vßi chªnh nhau mét ®Çu n−íc tÜnh lµ ΔH. Tuú theo l−u tèc kh¸c nhau mµ dïng lo¹i vßi cã ®−êng kÝnh vµ ΔH kh¸c nhau. M¸y kiÓu chai cã thÓ lÊy mÉu theo ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n, tÝch ®iÓm hoÆc hçn hîp. 1 ΔΗ 2 3 4 25 H×nh 5-1. C¸ch treo chai khi lÊy mÉu. 1. vßi tho¸t khÝ; 2. vßi lÊy n−íc; 3. n¾p Khi dïng chai ®Ó lÊy mÉu cÇn chó ý: - Cè ®Þnh chai trªn gËy hay c¸p, trôc chai hîp víi ph−¬ng ngang mét gãc kho¶ng 25o (h×nh 5-1). NÕu ®é s©u nhá muèn miÖng chai ®óng ®iÓm ®o th× cã thÓ treo chai n»m ngang. - Vá b¶o vÖ chai. Vá cã thÓ lµm b»ng tre, t«n hoÆc dïng lo¹i c¸ s¾t chuyªn dïng. 2. M¸y kiÓu ngang: 113 http://www.ebook.edu.vn
M¸y gåm mét èng kim lo¹i h×nh trô thÓ tÝch 0,5-5dm3. Hai ®Çu èng cã 2 n¾p, trong n¾p cã ®Öm cao su. N¾p ®−îc gi÷ chÆt vµo miÖng èng nhê c¸c gi©y lß xo. ViÖc ®ãng më n¾p cã thÓ dïng d©y kÐo, dïng t¶i träng th¶ tõ trªn xuèng hoÆc dïng ®éng c¬ ®iÖn. Tr−íc khi dïng m¸y kiÓu ngang cÇn thö ®é nh¹y cña bé phËn ®ãng më n¾p vµ ®é kÝn cña n¾p. Muèn lÊy mÉu t¹i mét ®iÓm nµo ®ã ta më 2 n¾p, th¶ m¸y xuèng ®iÓm ®o, ®Ó vµi ba gi©y, ®ãng n¾p vµ kÐo m¸y lªn. H×nh 5-2. M¸y lÊy mÉu kiÓu ngang. 1. èng kim lo¹i; 2. n¾p ®Ëy; 3. lß xo gi÷ n¾p; 4. bé phËn ®ãng n¾p; 5. mãc treo; 6,7. bé phËn gi÷ n¾p lóc më; 8. ®Õ m¸y 3. M¸y ch©n kh«ng. a. CÊu t¹o: M¸y ch©n kh«ng (h×nh5-3) gåm c¸c bé phËn: B×nh ch©n kh«ng (1); B¬m tay hót khÝ t¹o ch©n kh«ng (6); Vßi lÊy mÉu (9); §ång hå ®o ch©n kh«ng (4); C¸c van ®iÒu chØnh vµ bé gi¸. - B×nh ch©n kh«ng cã 3 van: Mét th«ng víi vßi lÊy mÉu, mét th«ng víi b¬m hót khÝ, mét th«ng víi kh«ng khÝ. §¸y b×nh cã 1 van ®Ó rót n−íc mÉu ra, ë ®Ønh b×nh cã nót ®Ó röa b×nh khi cÇn. - Vßi lÊy mÉu cã ®−êng kÝnh kh¸c nhau tuú thuéc vµo l−u tèc (b¶ng3-1) vßi ®−îc nèi th«ng víi b×nh ch©n kh«ng b»ng èng cao su qua 1 trong 3 van ë n¾p b×nh. Tuú vÞ trÝ ®Æt m¸y tíi ®é s©u ®iÓm ®o mµ chän ®é dµi èng cao su cho thÝch hîp. - Bé gi¸ ®Ó g¾n vßi lÊy mÉu vµo sµo hoÆc c¸ s¾t khi ®−a vßi xuèng ®iÓm ®o. B¶ng (3-1): §−êng kÝnh vßi lÊy mÉu t−¬ng øng víi l−u tèc. 1.0
- LÊy mÉu theo ph−¬ng ph¸p tÝch s©u (tÝch ph©n): + Khi ®é s©u tõ 1-20m, l−u tèc < 0.5m/s + Khi ®é s©u tõ 1-10m, l−u tèc
c¸t l¬ löng nã sÏ bÞ khóc x¹ víi c¸c gãc kh¸c nhau tïy thuéc vµo c¸c h¹t to, nhá. C¸c tia khóc x¹ nµy sÏ gÆp mét “mµn ch¾n”, t¹i ®ã m¸y sÏ nhËn th«ng tin vÒ gãc khóc x¹, c−êng ®é tia laze ®Ó x¸c ®Þnh c¸c kÕt qu¶. b. C¸c bé phËn chÝnh cña m¸y : HÖ thèng quang häc, bé phËn ®iÖn tö, pin, vá b¶o vÖ vµ d©y kÕt nèi. H×nh 5-4. M¸y ®o l−îng ngËm c¸t l¬ löng LISST-25 c. C¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n vµ ph¹m vi øng dông • Ph¹m vi ®o ®¹c: L−îng ngËm c¸t ρ = 1 - 5000 g/m3 - - §−êng kÝnh h¹t d = 1,25 - 500 micr«met (0,00125 - 0,5 mm) - §é s©u ®o ®−îc hmax = 300m • §é chÝnh x¸c: L−îng ngËm c¸t (®èi víi c¸c cì h¹t) : ± 20% - §−êng kÝnh b×nh qu©n : ±10% - • N¨ng l−îng cung cÊp : 6-12 VDC (Pin) - §Æt trong m¸y khi ®o • M¸y kÌm theo phÇn mÒm Windows ‘95/’98/NT vµ cã thÓ kÕt nèi víi m¸y tÝnh trªn thuyÒn. • M¸y cã d¹ng h×nh trô dµi 45 cm, ®−êng kÝnh 8cm, nÆng 3,6 kg (trong n−íc 0,9kg) http://www.ebook.edu.vn 116
d) C¸ch ®o ®¹c M¸y cã thÓ ®o ®¹c bïn c¸t l¬ löng theo ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n. Khi ®o, m¸y ®−îc cè ®Þnh vµo d©y c¸p s¸t trªn c¸ s¾t vµ di chuyÓn xuèng, lªn víi tèc ®é ®Òu trªn thñy trùc. Mçi lÇn ®o trªn mçi thñy trùc m¸y cã thÓ thùc hiÖn nhiÒu phÐp ®o t¹i tÊt c¶ c¸c ®iÓm vµ kÌm theo thêi gian. KÕt qu¶ ®o ®¹c sÏ ®−îc m¸y l−u gi÷ hoÆc truyÒn ngay tíi m¸y tÝnh ®Æt ë trªn thuyÒn. II. M¸y lÊy mÉu bïn c¸t ®¸y 1. M¸y ″§«n″. M¸y “§«n” do Liªn x« (cò) s¶n xuÊt, gåm cã c¸c bé phËn c¬ b¶n: Vá b¶o vÖ (1); M¸ng chøa c¸t (2); cöa vµo (3); cöa ra (4); c¬ cÊu ®ãng, më cöa m¸y (5); th©n m¸y (6) - xem h×nh (5-5). Muèn ®o bïn c¸t t¹i mét ®iÓm nµo ®ã trªn ®¸y s«ng ta cho m¸y xuèng ®iÓm ®o. Khi m¸y ch¹m ®¸y s«ng th× cöa vµo vµ cöa ra ®Òu më. Khi thêi gian ®o ®· ®ñ th× kÐo m¸y lªn ghi l¹i thêi gian ®o vµ cho mÉu bïn c¸t vµo dông cô ®ùng mÉu. H×nh 5-5. M¸y lÊy mÉu kiÓu “§«n” 2. M¸y HELLEY SMITH a. CÊu t¹o M¸y Helley Smith do Mü s¶n xuÊt. M¸y gåm c¸c bé phËn chÝnh sau ®©y : - Khung m¸y (1) : dµi 1,24m; réng 0,50m ; cao 0,35m. - Cöa høng c¸t (2) cã tiÕt diÖn vu«ng 0,0762 x 0,0762 (m) - Tói høng c¸t (3) cã kÝch th−íc m¾t l−íi 250 micr«met. Khi ®o tói høng c¸t ®−îc ®Æt trong cöa høng c¸t. Tói cho n−íc ®i qua dÔ dµng vµ gi÷ l¹i c¸c h¹t bïn c¸t. §©y lµ bé phËn chñ yÕu cña m¸y : 117 http://www.ebook.edu.vn
- §u«i m¸y (4) cã t¸c dông l¸i cho cöa høng c¸t lu«n lu«n h−íng ng−îc chiÒu dßng ch¶y (khi ®o). H×nh 5-6 : M¸y lÊy mÉu bïn c¸t ®¸y Helley Smith b. C¸ch ®o ®¹c : Dïng têi, c¸ s¾t th¶ m¸y xuèng ®iÓm ®o (hoÆc xung quanh ®iÓm ®o). GÇn tíi ®¸y cÇn th¶ nhÑ nhµng tr¸nh lµm sôc bïn vµo m¸y. Khi thêi gian ®o ®· ®ñ dµi th× kÐo m¸y lªn vµ lÊy mÉu bïn c¸t ra tõ tói høng c¸t. Thêi gian ®o mçi ®iÓm dµi, ng¾n tïy thuéc vµo suÊt chuyÓn c¸t ®¸y cña ®iÓm ®o. Nãi chung thêi gian ®o 1 ®iÓm cÇn ®−îc thö dÇn tõ 5, 10, 15, 20 ... phót, sao cho mçi lÇn lÊy mÉu bïn c¸t ch−a ®Çy tói chøa c¸t. §Ó b¶o ®¶m ®é tin cËy cña kÕt qu¶, mçi ®iÓm cÇn ®o nhiÒu lÇn (5-6 lÇn), kÕt qu¶ sÏ lµ trÞ sè trung b×nh sè häc cña c¸c lÇn lÊy mÉu. c. ¦u, nh−îc ®iÓm cña m¸y lÊy mÉu Helley smith: M¸y vËn hµnh ®¬n gi¶n. Tói ®ùng bïn c¸t lµ bé phËn c¶i tiÕn so víi m¸y §«n. Tói ®−îc lµm b»ng Polieste, cã m¾t l−íi kh¸ nhá (250 micr«met) song n−íc vÉn tho¸t dÔ dµng. Bïn c¸t vµo tói kh«ng bÞ tr«i ra ngoµi khi kÐo lªn. Qua mét sè lÇn ®o thö nghiÖm cho kÕt qu¶ ®¸ng tin cËy. Mét sè tån t¹i cña m¸y nh− : ViÖc lÊy mÉu t¹i mét ®iÓm nhiÒu lÇn rÊt tèn c«ng søc, thêi gian; viÖc x¸c ®Þnh hÖ sè ®−êng kÝnh h¹t bïn c¸t khã kh¨n. M¸y Helley Smith ®ang ®−îc ®o thö nghiÖm vµ ®o phôc vô cho c¸c chuyªn ®Ò nghiªn cøu, ch−a ®−îc øng dông réng r·i t¹i c¸c tr¹m thñy v¨n. 5-3. §o l−u l−îng bïn c¸t l¬ löng. I. VÞ trÝ lÊy mÉu. http://www.ebook.edu.vn 118
1. Thuû trùc lÊy mÉu trªn mÆt c¾t ngang. MÆt c¾t ®o bïn c¸t ®−îc bè trÝ trïng víi mÆt c¾t ®o l−u l−îng n−íc. Khi bè trÝ thuû trùc lÊy mÉu bïn c¸t l¬ löng cÇn chó ý: - Sè ®−êng thñy trùc lÊy mÉu b»ng hoÆc Ýt h¬n sè ®−êng thuû trùc c¬ b¶n ®o l−u tèc. Nh−ng kh«ng ®−îc Ýt h¬n ë b¶ng (5-2). - VÞ trÝ ®−êng thuû trùc lÊy mÉu ph¶i trïng víi ®−êng thuû trùc ®o l−u tèc. B¶ng 5-2. Sè ®−êng thuû trùc lÊy mÉu n−íc phô thuéc ®é réng s«ng. 10÷50 50÷100 100÷300 300÷1000 >1000 §é réng mÆt n−íc (m) 1.50 >3.00 3 ®iÓm 0.2; 0.6; 0.8h >0.75 >1.50 2 ®iÓm 0.2; 0.8h >0.75 >1.50 119 http://www.ebook.edu.vn
1 ®iÓm 0.5 1.5 http://www.ebook.edu.vn 120
- Theo gi¸ trÞ l−u tèc cña ph−¬ng ph¸p ®o 2 ®iÓm hoÆc 3 ®iÓm th× thÓ tÝch n−íc mÉu t¹i c¸c ®iÓm tû lÖ thuËn víi gi¸ trÞ l−u tèc t¹i ®iÓm ®ã. VÝ dô: Ph−¬ng ph¸p 3 ®iÓm. L−u tèc t¹i c¸c ®iÓm 0.2h; 0.6h; 0.8h t−¬ng øng lµ 2m/s, 1.8m/s, 1.5m/s th× thÓ tÝch n−íc mÉu t¹i c¸c ®iÓm t−¬ng øng lµ 1lÝt, 0.9lÝt vµ 0.75lÝt. Chó ý: Khi lÊy mÉu theo ph−¬ng ph¸p hçn hîp, nÕu x¶y ra tr−êng hîp thÓ tÝch mÉu n−íc lÊy t¹i c¸c ®iÓm ch−a phï hîp víi tû lÖ ®· quy ®Þnh th× cã thÓ bít c¸c mÉu n−íc cã thÓ tÝch v−ît qu¸ thÓ tÝch quy ®Þnh. Sai sè thÓ tÝch mÉu cho phÐp t¹i c¸c ®iÓm kh«ng qu¸ 10% thÓ tÝch quy ®Þnh. d. LÊy mÉu n−íc theo ph−¬ng ph¸p hçn hîp trªn mÆt c¾t ngang. Theo ph−¬ng ph¸p nµy th× mÉu n−íc lÊy t¹i c¸c thuû trùc trªn mÆt c¾t ngang ®−îc ®æ chung thµnh mét mÉu. KÕt qu¶ sau khi tÝnh to¸n sÏ cho ta l−îng ngËm c¾t b×nh qu©n mÆt ngang. Ph−¬ng ph¸p nµy chØ ¸p dông víi ®iÒu kiÖn l−îng ngËm c¸t nhá h¬n 20g/m3 (c©n 1/1000g), khi lò lªn xuèng nhanh viÖc lÊy mÉu cïng lóc víi ®o l−u l−îng gÆp khã kh¨n hoÆc khi ®o l−u tèc tõ c¸c c«ng tr×nh ®o ®¹c kh«ng thuËn tiÖn cho viÖc lÊy mÉu. 2. LÊy mÉu n−íc ®¹i biÓu. ViÖc ®o l−u l−îng bïn c¸t trªn toµn mÆt ngang kh¸ phøc t¹p vµ tèn kÐm. §Ó gi¶m bít sè lÇn lÊy mÉu trªn mÆt c¾t ngang ta cã thÓ chØ lÊy mÉu trªn thuû trùc ®¹i biÓu. ViÖc lÊy mÉu n−íc ®¹i biÓu cã thÓ dïng mét trong c¸c ph−¬ng ph¸p vµ m¸y lÊy mÉu ®· tr×nh bµy. Tr−êng hîp l−îng ngËm c¸t t¹i 1 ®iÓm nµo ®ã trªn thuû trùc ®¹i biÓu cã quan hÖ chÆt víi l−îng ngËm c¸t b×nh qu©n mÆt ngang th× chØ cÇn lÊy mÉu n−íc ®¹i biÓu t¹i ®iÓm ®ã. M¸y lÊy mÉu n−íc ®¹i biÓu ph¶i thèng nhÊt víi m¸y lÊy mÉu n−íc trªn toµn mÆt ngang khi x©y dùng quan hÖ (ρmn ∼ρ®b). Khi mÉu n−íc ®¹i biÓu lÊy t¹i 2 thuû trùc ®¹i biÓu th× cã thÓ hçn hîp thµnh 1 mÉu ®Ó xö lý. III. Xö lý mÉu n−íc bïn c¸t l¬ löng. Xö lý mÉu n−íc lµ x¸c ®Þnh khèi l−îng bïn c¸t kh« cã trong mÉu n−íc. HiÖn nay cã 2 ph−¬ng ph¸p th«ng dông ®Ó xö lý mÉu n−íc: Ph−¬ng ph¸p läc vµ ph−¬ng ph¸p sÊy kh«. 1. Ph−¬ng ph¸p läc: Ph−¬ng ph¸p nµy thÝch hîp khi l−îng ngËm c¸t t−¬ng ®èi lín. §Ó x¸c ®Þnh khèi l−îng bïn c¸t tr−íc tiªn ta x¸c ®Þnh dung tÝch mÉu n−íc, cho mÉu n−íc vµo thïng hoÆc chai ®Ó l¾ng. Thêi gian ®Ó l¾ng phô thuéc vµo tèc ®é l¾ng ch×m cña bïn c¸t. 121 http://www.ebook.edu.vn
C¸c dông cô läc mÉu: Chai ®ùng n−íc mÉu (sau khi ®· g¹n n−íc trong), giÊy läc vµ phÔu. GiÊy läc lµ mét lo¹i giÊy chuyªn dïng cÇn b¶o ®¶m c¸c tiªu chuÈn: Dµy, dai, c¸t mÞn kh«ng lät qua, kh«ng cã chÊt hoµ tan vµo n−íc, sau khi sÊy kh« Ýt hót Èm, läc nhanh vv... - Läc xong ®−a giÊy läc cã chøa bïn c¸t vµo sÊy (sÊy b»ng ®iÖn, b»ng h¬i, b»ng than...), khi sÊy cÇn duy tr× nhiÖt ®é 105oC, thêi gian sÊy kho¶ng 3-5giê. - Sau khi sÊy xong cÇn ®Ó mÉu bïn c¸t vµo b×nh hót Èm cho nguéi råi míi c©n. - ViÖc x¸c ®Þnh khèi l−îng bïn c¸t cña mÉu ph¶i dïng c©n tiÓu ly cã ®é chÝnh x¸c 1/10000g hoÆc 1/1000g, ®äc kÕt qu¶ tíi 0,0001g hoÆc 0,001g. 2. Ph−¬ng ph¸p sÊy kh«. Néi dung cña ph−¬ng ph¸p sÊy kh« mÉu bao gåm: - X¸c ®Þnh dung tÝch mÉu n−íc. - §Ó l¾ng, hót bít n−íc trong. - Cho mÉu vµo cèc vµ sÊy kh« ë 1050C sau ®ã ®Ó nguéi - C©n ®Ó x¸c ®Þnh khèi l−îng bïn c¸t trong mÉu. Theo ph−¬ng ph¸p nµy cã thÓ cÇn ph¶i hiÖu chØnh chÊt hoµ tan, nhÊt lµ ®èi víi tr−êng hîp l−îng ngËm c¸t nhá. §Ó x¸c ®Þnh hµm l−îng chÊt hoµ tan cã thÓ lÊy n−íc trong hót tõ mÉu n−íc ra cho vµo cèc, sÊy kh« vµ c©n. Hµm l−îng chÊt hoµ tan tÝnh theo c«ng thøc: ΔW α= (5-1) V Trong ®ã : α : Hµm l−îng chÊt hoµ tan (g/cm3). : Dung tÝch n−íc trong ®· dïng ®Ó x¸c ®Þnh hµm l−îng chÊt hoµ tan (cm3). V ΔW : Khèi l−îng chÊt hoµ tan (g). Khi cã xÐt tíi ¶nh h−ëng cña chÊt hoµ tan, khèi l−îng bïn c¸t cña mÉu ®−îc tÝnh theo WS=WM-WC- Δ c«ng thøc: (5-2) ' WS Δ = (V ′ − )α Víi (5-3) ρS Trong ®ã : WS : Khèi l−îng bïn c¸t thùc (g). WM : Khèi l−îng bïn c¸t, chÊt hoµ tan vµ cèc sÊy (g). WC : Khèi l−îng cèc sÊy (g). http://www.ebook.edu.vn 122
WS’ : Khèi l−îng bïn c¸t vµ chÊt hoµ tan. Δ : Khèi l−îng chÊt hoµ tan (g). V’ : Dung tÝch n−íc mÉu bïn c¸t khi cho vµo cèc sÊy (cm3). ρS : Khèi l−îng riªng cña bïn c¸t (g/cm3). Khi Δ >1-2% khèi l−îng mÉu bïn c¸t khi ph¶i xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña chÊt hoµ tan. 3. X¸c ®Þnh l−îng ngËm c¸t (hµm l−îng chÊt l¬ löng)* cña mÉu n−íc: L−îng ngËm c¸t cña mÉu n−íc ®· xö lý ®−îc tÝnh nh− sau: WS 6 ρ= (5-4) 10 V Trong ®ã : ρ : L−îng ngËm c¸t (g/m3). WS : Khèi l−îng bïn c¸t trong mÉu n−íc ®· sÊy kh« (g). : ThÓ tÝch n−íc mÉu (cm3). V L−îng ngËm c¸t ë ®©y cã thÓ lµ cña ®iÓm ®o (nÕu lÊy mÉu theo ph−¬ng ph¸p tÝch ®iÓm) cña thuû trùc (tÝch s©u, hçn hîp) hoÆc cña mÆt ngang (hçn hîp trªn mÆt c¾t ngang). IV. TÝnh l−u l−îng bïn c¸t l¬ löng: L−u l−îng bïn c¸t l¬ löng cã thÓ tÝnh b»ng hai ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch vµ ph−¬ng ph¸p ®å gi¶i. 1. TÝnh l−u l−îng bïn c¸t l¬ löng b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch. a. TÝnh l−îng ngËm c¸t b×nh qu©n thuû trùc: §Ó tÝnh l−îng ngËm c¸t b×nh qu©n thuû trùc trong tr−êng hîp lÊy mÉu b»ng ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n hoÆc ph−¬ng ph¸p hçn hîp ta dïng c«ng thøc (5-4). NÕu lÊy mÉu theo ph−¬ng ph¸p tÝch ®iÓm th× l−îng ngËm c¸t b×nh qu©n thuû trùc ®−îc tÝnh theo c¸c c«ng thøc sau: - §o 5 ®iÓm: ρ V + 3ρ 02 V02 + 3ρ 06 V06 + 2ρ 08 V08 + ρ1.0 V1.0 ρ tt = o o (5-5) 10V tt ρ V + ρ 06 V06 + ρ 08 V08 §o 3 ®iÓm: ρ tt = 02 02 - (5-6) V02 + V06 + V08 ρ V + ρ 08 V08 §o 2 ®iÓm: ρ tt = 02 02 - (5-7) V02 + V08 123 http://www.ebook.edu.vn
§o 1 ®iÓm: ρ tt = C 1ρ 05 - (5-8) Trong c¸c c«ng thøc trªn. ρ tt : L−îng ngËm c¸t b×nh qu©n thuû trùc; ρ 0, ρ 02 ,..., ρ1.0 : L−îng ngËm c¸t t¹i ®iÓm mÆt, 02h, ..., ®¸y. V0,V02,...V1.0: L−u tèc t¹i ®iÓm mÆt, 02h, ..., ®¸y. Vtt: L−u tèc b×nh qu©n thuû trùc; C1: HÖ sè, cã thÓ x¸c ®Þnh qua thùc nghiÖm. Khi kh«ng cã ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm cã thÓ chän C1=1,0. B»ng ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm ρ diÓm th× C1®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: C 1 = 5 (5-9) ρ1diÓm NÕu trªn cïng mét ®−êng thuû trùc ®ång thêi cã c¶ ch¶y xu«i vµ ch¶y ng−îc th× trong c¸c c«ng thøc trªn cÇn ph©n biÖt dÊu ©m, d−¬ng cña l−u tèc. b. TÝnh l−u l−îng bïn c¸t l¬ löng thùc ®o toµn mÆt ngang. - L−u l−îng c¸t l¬ löng thùc ®o toµn mÆt ngang ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: ρ1 + ρ 2 ρ + ρn 1⎡ ⎤ R mn = ⎢ρ1Q o + Q1 + ... + n 1 Q n 1 + ρnQ n ⎥ (5-10) 1000 ⎣ ⎦ 2 2 Trong ®ã : Rmn : L−u l−îng bïn c¸t l¬ löng mÆt ngang (kg/s). ρi : L−îng ngËm c¸t b×nh qu©n thuû trùc thø i (g/m3), i=1,2,...,n-1,n. : L−u l−îng n−íc bé phËn gi÷a thuû trùc thø i vµ i+1 (m3/s). Qi QO,Qn: L−u l−îng n−íc cña hai bé phËn gi÷a thuû trùc lÊy mÉu s¸t bê tíi bê gÇn nã. - L−îng ngËm c¸t b×nh qu©n mÆt ngang ®−îc tÝnh: R ρ mn = 1000 mn (5-11) Q Trong ®ã : ρ mn : Lµ l−îng ngËm c¸t b×nh qu©n mÆt ngang (g/m3). Q : Lµ l−u l−îng n−íc qua mÆt ngang (m3/s). Rmn : Lµ l−u l−îng bïn c¸t l¬ löng mÆt ngang (kg/s). - Tr−êng hîp lÊy mÉu hçn hîp toµn mÆt ngang hoÆc lÊy mÉu n−íc t¹i thuû trùc ®¹i biÓu th× l−u l−îng bïn c¸t l¬ löng toµn mÆt ngang ®−îc tÝnh: http://www.ebook.edu.vn 124
1 R mn = ρ mn Q (5-12) 1000 Trong ®ã : ρ mn : Lµ l−îng ngËm c¸t toµn mÆt c¾t ngang ®−îc tÝnh theo (5-4) hoÆc tra tõ quan hÖ ρmn~ρ®b (g/m3). : Lµ l−u l−îng n−íc (m3/s) ®−îc tÝnh tõ tµi liÖu thùc ®o (nÕu lÊy mÉu hçn Q hîp mÆt ngang ®ång thêi ®o l−u l−îng) hoÆc ®−îc tÝnh tõ c¸c quan hÖ tÝnh l−u l−îng (trong tr−êng hîp lÊy mÉu n−íc ®¹i biÓu mµ kh«ng ®ång thêi ®o l−u l−îng n−íc). 2. TÝnh l−u l−îng bïn c¸t l¬ löng b»ng ph−¬ng ph¸p ®å gi¶i. Néi dung tÝnh to¸n ®−îc thùc hiÖn tuÇn tù nh− sau: (1). TÝnh l−u l−îng bïn c¸t l¬ löng ®¬n vÞ α (l−u l−îng chÊt l¬ löng ®¬n vÞ)*. α = ρ i Vi (5-13) Trong ®ã : α i : L−u l−îng bïn c¸t l¬ löng ®¬n vÞ t¹i ®iÓm ®o i trªn thuû trùc (kg/m2s). ρ i : L−îng ngËm c¸t t¹i ®iÓm ®o i trªn thuû trùc (kg/m3), ®· ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc (5-4). Vi : L−u tèc t¹i ®iÓm i t−¬ng øng (m/s). (2). VÏ biÓu ®å ph©n bè l−îng ngËm c¸t (ρ~h) vµ ph©n bè l−u l−îng bïn c¸t ®¬n vÞ (α~h) theo ®é s©u (cïng trªn biÓu ®å V~h) - h×nh (4-18). (3). TÝnh l−u l−îng bïn c¸t ®¬n vÞ b×nh qu©n thuû trùc. F α tt = (5-14) h Trong ®ã : α tt : L−u l−îng bïn c¸t l¬ löng ®¬n vÞ b×nh qu©n thuû trùc (g/m2s hoÆc kg/m2s). : DiÖn tÝch giíi h¹n bëi ®−êng α ~h ®−êng mÆt n−íc vµ ®¸y s«ng. F h : §é s©u thuû trùc (m). (4). VÏ ph©n bè l−u l−îng bïn c¸t ®¬n vÞ b×nh qu©n thuû trùc theo mÆt c¾t ngang ( α tt ~B). (5). C¨n cø vµo ®−êng ( α tt ~B) x¸c ®Þnh α tt cho tÊt c¶ c¸c thuû trùc (c¶ thuû trùc ®o s©u) vµ tÝnh l−u l−îng bïn c¸t tõng phÇn: 125 http://www.ebook.edu.vn
r= α tt .h (5-15) Trong ®ã: r lµ l−u l−îng bïn c¸t l¬ löng tõng phÇn (l−u l−îng chÊt l¬ löng thuû trùc)* ®¬n vÞ lµ g/ms hoÆc kg/ms. (6). VÏ ®−êng ph©n bè l−u l−îng bïn c¸t tõng phÇn trªn mÆt c¾t ngang (r~B). (7). X¸c ®Þnh diÖn tÝch biÓu ®å giíi h¹n bëi ®−êng r~B vµ ®−êng mÆt n−íc. Sè ®o diÖn tÝch ®ã chÝnh lµ l−u l−îng bïn c¸t l¬ löng R. §Ó x¸c ®Þnh diÖn tÝch trªn cã thÓ dïng m¸y ®o diÖn tÝch, dïng m¸y tÝnh hoÆc tÝnh b»ng c«ng thøc gÇn ®óng sau ®©y: r +r +r r 1 1 r1 b o + 1 2 b1 + ... + n −1 n b n −1 + rn b n R= (5-16) 2 2 2 2 Trong ®ã : R : L−u l−îng bïn c¸t l¬ löng toµn mÆt ngang (kg/s, T/s). ri : L−u l−îng bïn c¸t l¬ löng tõng phÇn t¹i thuû trùc thø i. bi : Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c thuû trùc (lÊy mÉu vµ ®o s©u). (8). L−îng ngËm c¸t b×nh qu©n mÆt ngang ®−îc tÝnh nh− c«ng thøc (5-11). Chó ý: Khi lÊy mÉu b»ng ph−¬ng ph¸p 3 ®iÓm, 2 ®iÓm, 1 ®iÓm, tÝch ph©n vµ hçn hîp th× sau khi x¸c ®Þnh l−îng ngËm c¸t b×nh qu©n thuû trùc b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch, tÝnh ®−îc l−u l−îng bïn c¸t ®¬n vÞ b×nh qu©n thuû trùc, råi tiÕp tôc tÝnh to¸n tõ b−íc (4) trë ®i. Trong tr−êng hîp nµy l−u l−îng bïn c¸t ®¬n vÞ b×nh qu©n thuû trùc ®−îc tÝnh nh− sau: α tt = ρ tt V tt (5-17). VÝ dô 5-1. Tµi liÖu thùc ®o l−u tèc, ®é s©u vµ l−îng ngËm c¸t cña 1 tr¹m nh− b¶ng (5-5) vµ (5-6). H·y tÝnh l−u l−îng bïn c¸t cña lÇn ®o ®ã b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch vµ ph−¬ng ph¸p ®å gi¶i. Kb chän b»ng 2/3. 1. TÝnh l−u l−îng bïn c¸t l¬ löng b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch (vÝ dô 5-1). - §Ó ¸p dông ®−îc c«ng thøc (5-10) tr−íc tiªn cÇn tÝnh ®−îc l−u l−îng n−íc bé phËn b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch. ViÖc tÝnh to¸n xem vÝ dô (4-1), ch−¬ng IV. KÕt qu¶ ®−îc ghi tõ cét 5 ®Õn cét 11 b¶ng (5-7). - L−îng ngËm c¸t b×nh qu©n thuû trùc tÝnh theo c«ng thøc (5-5) ghi ë cét 12. - L−u l−îng bïn c¸t l¬ löng tÝnh theo (5-10) ghi ë cét 14. Vµ kÕt qu¶ cuèi cïng nh− sau: L−u l−îng bïn c¸t l¬ löng qua mÆt ngang: + Rmn=47.1kg/s L−îng ngËm c¸t b×nh qu©n mÆt ngang: + http://www.ebook.edu.vn 126
R mn 47.1 * 1000 = 41.7(g / m 3 ) ρ mn = = Q 1130 L−îng ngËm c¸t lín nhÊt (t¹i 0,8h, thuû trùc III) + ρ max = 60.1(g / m 3 ) 127 http://www.ebook.edu.vn
VÝ dô 5-1. B¶ng 5-5. Tµi liÖu ®o s©u No thuû trùc ®o h/®o V MP 1 2 3/1 4 5/2 6 7 8/3 9 10 11/4 12 13 14/5 15 MT Kho¶ng c¸ch khëi ®iÓm (m) 40 60 90 120 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 560 582 §é s©u (m) 0.00 1.98 3.20 4.10 4.16 4.65 4.68 5.11 5.35 5.21 5.16 5.20 5.38 5.56 3.80 3.10 0.00 VÝ dô 5-1. B¶ng 5-6. Tµi liÖu l−u tèc vµ l−îng ngËm c¸t t¹i c¸c ®iÓm ®o No thuû trùc ®o l−u tèc 1 2 3 4 5 Kho¶ng c¸ch khëi ®iÓm (m) ρ (g/m3) V(m/s) ρ (g/m3) ρ (g/m3) V(m/s) ρ (g/m3) V(m/s) ρ (g/m3) V(m/s) V(m/s) YÕu tè MÆt 0.54 29.1 0.68 28.8 0.57 35.7 0.58 23.9 0.50 25.1 0.2h 0.49 35.7 0.64 33.8 0.55 43.1 0.53 40.4 0.50 38.3 §iÓm ®o 0.6h 0.45 36.0 0.61 40.8 0.45 42.7 0.50 47.3 0.45 40.9 0.8h 0.36 38.3 0.54 48.4 0.42 60.1 0.43 41.9 0.39 47.6 §¸y 0.32 34.8 0.47 53.0 0.30 48.1 0.33 52.2 0.33 50.1 http://www.ebook.edu.vn 128
127 http://www.ebook.edu.vn
B¶ng 5-7. TÝnh l−u l−îng bïn c¸t b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch. o N thuû trùc TÝnh diÖn tÝch L−u tèc L−îng ngËm L−u l−îng n−íc bé phËn K/C gi÷a c¸c thuû trùc c¸t (g/m3) (m/s) L−u l−îng bïn c¸t l¬ §é s©u tÝnh to¸n (m) K/C khëi ®iÓm (m) 2.T.T ®o l−u tèc (m2) T¹i thuû trùc ®o l−u DiÖn tÝch gi÷a 2.T.T §é s©u trung b×nh Trung b×nh gi÷a Trung b×nh gi÷a löng (kg/s) DiÖn tÝch gi÷a gi÷a 2.T.T (m) T¹i thuû trùc §o l−u tèc 2 thuû trùc ®o s©u (m2) (m3/s) (m) §o s©u tèc 2 thuû trùc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 mep np 40 0.00 20 0.99 19.8 1 60 1.98 30 2.59 77.7 208 0.29 60.3 35.30 2.13 2 90 3.20 30 3.65 10.0 0.44 35.3 3 I 120 4.10 20 4.13 82.6 4 140 4.16 259 0.52 135 37.80 5.10 40 4.40 176.0 5 II 180 4.65 0.60 40.2 40 4.66 187.0 6 220 4.68 40 4.89 196.0 591 0.54 316 43.00 13.60 7 260 5.10 40 5.20 208.0 8 III 300 5.40 0.47 45.8 40 5.30 212.0 9 340 5.20 40 5.20 208.0 628 0.48 301 43.60 13.10 10 380 5.20 40 5.20 208.0 11 IV 420 5.20 0.49 41.5 40 5.30 212.0 12 460 5.40 40 5.50 220.0 620 0.47 291 40.80 11.90 13 500 5.60 40 4.70 188.0 0.45 40.2 14 V 540 3.80 20 3.45 69.0 15 560 3.10 103 0.30 30.9 40.20 1.24 22 1.55 34.1 mnt 582 0.00 ω=2409 Q=1134 R=47.07 ≈1130 m3/s ≈47.1kg/s ≈2410m2 http://www.ebook.edu.vn 128