Giáo trình Động lực học sông: Phần 1 - Nguyễn Thị Nga, Trần Thục

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:267

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 của giáo trình "Động lực học sông" trình bày những nội dung chính gồm: động lực học sông vùng không ảnh hưởng triều; tổng quan dòng chảy trong sông; dòng ổn định trong sông; dòng chảy không ổn định trong sông; dòng thứ cấp trong sông; nguồn gốc và các đặc trưng của bùn cát trong sông; vận chuyển bùn cát đáy trong sông;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Động lực học sông: Phần 1 - Nguyễn Thị Nga, Trần Thục

NGUVÉN THI NGA - TRAN THUC DdNGUJCHOC SONG TTTT-I\ * DHQ 551.48 NG-N 2003 V-Gl D:-: :.G Ha NOI NHÀ XUAT BÀN DAI HQC QUÓC GIÀ HA NÓI
NGUYÉN THI NGA - TRAN THUC OÒNG LOC HOC SONG NHÀ XUÀ'l BÀN DAI HOC QUÓC GIÀ HA NOI
Ldl NÓI DÀU Ciào trình "DÓNC. LUC H()C SONG" giói thiéu nhùng thành tùu nghièn eùu ve dóng lue dòng nùóc trong song, su vàn ehuyèn bùn eàt va càc qui luàt dièn bièn long song xày ra do tàc dung tùdng ho giùa dòng nùóc va long song thòng qua yèu tò trung gian là bùn càt ci trang thài tu nhièn eùng nhù sau khi eó su khò'ng che cùa càc còng t r m h xày dùng trèn song, (jiào trình này (lucie bièn soan de giàng day cho sinh vién ehuyèn ngành Thùy vàn cùa Trùòng Dai hoc Khoa hoc Tu nhièn - Dai hoc Quòc già Ha Nói. Ciào trình cùng co thè dùc.ìc su dung làm tài !iéu tham. kbàc cho sinh vién càc ngành co lièn quan cùa càc trùòng dai hoc kbàc va cho càc càn bó dang làm còng tàc nghièn cùu dòng lue song va chinh tri song. Ciào trình górn 18 chùdng, kè cà chùdng md dàu. TS. Tran Thuc bièn soan càc chvtdng 2, 3, 13, 15 (trù bài 15.1), 16 va 17. ThS. Nguyèn Thi Nga bièn soan chùdng md dàu, bài 15.1 va 11 ehudng con lai. Nói dung chinh cùa giào trình dUdc bò'cuc t h à n h hai phàn. Phàn 1 trình bay nhùng vàn de thuòe "Dòng lue song vùng khòng ành hitòng triéu" va phàn II trình bay nhùng vàn de thuòe "Dòng lue song vùng cùa song chiù ành hùdng triéu". Phàn I góm 14 chùdng, trong dò: bón chùdng dàu (1-^ 4) trình bay càc kié'n thùc ve dòng lue dòng nùóc trong song; nàm chuòng tiép theo (5 -^ 9) giói thiéu càc thành tuu nghièn eùu ve bùn eàt va quy luàt vàn chuyén bùn càt trong song; càc chUdng 10 ^ 14 trình bay càc vàn de thu()c dièn bié'n long song d t r a n g thài tu nhièn cùng nhu sau khi dà co su khò'ng che cùa càc còng trình xày dUng trèn song cùng càc phudng phàp mò hình toàn va mò bình vàt ly nghièn cùu nò. P h à n li góm 3 chUdng, tu chUdng 15 dén chUdng 17. ('hùdng 15 giói thiéu kbài quàt ve cùa song va diéu kién thùy lUc vùng cùa song chiù ành hUcìng cùa thuy triéu. ChUdng 16 trình bay và'n de xàm nhàp man ò vùng cùa .song va phùdng phàp tinh. Chùòng 17 vié't ve vàn chuyén bùn càt va dièn bié'n long .song vùng cùa song chiù ành hùdng triéu cùng mò hình tinh toàn chùng. Giào trình diieìc bién soan dùa trèn mot so giào trình dòng lue song cùa càc tàc già Viét Nam (Trùòng Dai hoc Thùy kli, Trùòng Dai hoc Xày dùng) va càc tài lièu bang tiè'ng Anh gàn day nbàt. Do khòl lùcJng kiè'n thùc qua Idn, dùcic bièn soan trong mot thòi gian co h-an, chàc chàn giào trình khòng trành khòi con co nhùng sai sót. Rà't mong nhàn dùcic nhùng góp y tu phia ban doc de giào trình dUdc bó sung va hoàn thièn hdn. Càc y kié'n xin gùi ve dia chi: B() mòn Thùy vàn, Khoa Khi tùcJng Thùy vàn va Hai dùdng hoc, Trùòng Dai hoc Khoa hoc Tu nhièn. Dai hoc Quóc già Ha Nói. Ha Neil, 2003 Cd e tàc già
MUC LUC LÒI NÓI DÀU 3 MUC LUC 5 CHUONGMÒDÀU 9 0.1. Kbài nièm va nói dung nghièn eùu dòng lue hoc song 9 0.2. Sd lUde lich su phàt trién dòng luc hoc song 10 0.3 PhUdngphàp nghièn cùu dòng lue hoc song 15 P h à n L D Ò N G LI/C HOC SONG VÙNG KHÒNG ÀNH H Ù Ò N G T R I É U 17 Chùdng 1. TÓNG QUAN VE DÒNG CHÀY TRONG SONG 17 1.1. Phàn Ioai dòng chày trong kènh hd va trong song 17 1.2. Hièn tùdng mach dòng trong dòng chày rói. Khài nièm ve dòng chày rói trung bình thòi gian 20 1.3. Càc phUdng trình ed bàn cùa dòng chày rói 21 1.4. Ly luàn truyén dòng lUdng trong dòng chày ró'i 32 1.5. P h à n bó'tóc dò dòng chày trong long dàn ho 38 1.6. DÒ nhàm long song 43 ChUdng 2. DÒNG ON DINH TRONG SONG 58 2.1. Dòng chày ón dinh déu 58 2.2. Dòng chày ón dinh khòng déu 60 ChUdng 3. DÒNG CHÀY KHÒNG ON DINH TRONG SONG 68 3.1. Su truyén song màt nUóc 68 3.2. He phudng trinh vi phàn ed bàn cùa dòng khòng Ón dinh thay dói chàm 69 3.3. Dudng dàc trUng 70 3.4. Su suy giàm cùa song lù doc song va sU tré ve thòi gian 73 3.5. Dién toàn song dóng hoc '75 3.6. Dien toàn song khuéch tàn 78 3.7. Dièn toàn song dòng lue 80 ChUdng 4. DÒNG THÙ CAP TRONG SONG 84 4.1. Khài nièm chung ve dòng thù cà'p trong song 84 4.2. Dòng chày vòng do lue li tàm gay ra d doan song cong 86 4.3. Dòng chày vòng do lue quàn tinh Coriolis gay ra 95 5
ChUdng 5. NGUÓN GOC VA CÀC DÀC TRU^G CÙA BÙN CÀT TRONG SONG 101 5.1. Nguón góc cùa bùn càt trong song va càc nhàn to'ành hudng 101 5.2. Xói mòn luu vuc 103 5.3. Phàn Ioai bùn càt trong song 11\ 5.4. Càc dàc trUng hình hoc cùa bùn càt 114 5.5. Càc dàc trUng vàt li cùa bùn càt 119 5.6. Dò thó thùy lue cùa bùn càt 122 5.7. Tiéu chuàn phàn Ioai bùn càt Id lùng va bùn càt day - Diéu kién Id lùng cùa bùn càt 132 ChUdng 6. VÀN CHUYÉN BÙN CÀT DAY TRONG SONG I34 6.1. Tiéuchuàn khòi dòng cùa bùn càt day va ùng dung 134 6.2. PhUdng thùc chuyén dóng cùa bùn eàt day 161 6.3. Suà't chuyén càt day (luu lUdng bùn càt day ddn vi) 170 ChUdng 7. VÀN CHUYÉN BÙN CÀT LO LÙNG TRONG SONG 192 7.1. Giói thiéu chung 192 7.2. Li thuyé't khuéch tàn va ùng dung tìm qui luàt phàn bó'lUdng ngàm càt Id lùng theochiéu sau I94 7.3. Li thuyé't trong lue va ùng dung tìm qui luàt phàn bó'ludng ngàm càt Id lùng theochiéu sau 204 7.4. Sue tài càt Id lùng cùa dòng chày 212 7.5. Suà't chuyén càt Id lùng (luu lUdng bùn càt Id lùng ddn vi) 224 ChUdng 8. VÀN CHUYÉN BÙN CÀT TONO CÒNG 232 8.1. Giói thiéu 232 8.2. Phudng phàp thuòng dùng 232 8.3. Càc hàm vàn chuyén bùn càt tóng cóng 232 ChUdng 9. DÒNG DI TRONG 269 9.1. Giói thiéu chung 269 9.2. Càc phUdng trình ed bàn cùa dòng di trong 272 9.3. Dòng di trong trong kho nUóc 276 ChUdng 10. DIÉN BIÉN LONG SONG Ò TRÀNG THÀI TU NHIÈN 286 10.1. Nhùng khài nièm ed bàn ve dièn bién long song 286 10.2. Phàn Ioai song 291 10.3. Song mién nùi 294 10.4. Song dóng bang 297 10.5. Doan song cong 3()0
10.(i. Doan song tiiàng. mot laeli :M)5 10.7, Doan song liòn loan 307 10.S. Doan song jiliàn dòng 310 10.9. Chènh i-an 317 CluKing 1 1 (JUAN HE HINH THÀI SONG 324 11.1, Khài ni('m c-hung 324 11.2. Lùu luong tao long song ,325 1 1 ,.3. D(j òn dinh cùa long song va càc ehi tièu òn dinh 327 11.4, Càc bièu thùc quan he hình thài song 329 CluKing 12, ANH H U O N G CÙA CÀC CÓNG TRÌNH XÀY DÙNG TREN SONG DÉN DIÈN B I É ' N LONG SONG 339 12.1. Khài nuMn chung 339 12.2. Dièn hièn long song dùdi tàc dung cùa dap ngàn song 339 12..3. Dièn bièn long song ò gàn càc cùa lày nude 353 12.1, Dièn bièn long song ó gàn càc còng trình giao thòng trèn song 355 12.5, Dièn hièn long song d gàn càc còng trình tri song 357 (diùdng 13. MÒ HÌNH TOÀN TINH DIÈN BIEN LONG SONG VÙNG KHÒNG ÀNH HUÒNG TRIÉU 363 13.1. Tóng (luan 363 13.2. Càc mò hình giài tich: Song va khài nièm khuéch tàn 375 13.3. Mò hình so tri 383 13.4. Md ròng cho trùòng hdp chày hai chiéu 393 Chuùng 14. MÒ HÌNH VÀT LY SONG 405 11.1. Tóng quan 405 14.2. Ly luàn tùdng tu 407 14.3. TUdng tu cùa càc hièn tùdng thùy dóng lUc 411 14.4. Diéu kién mò hình boa càc hièn tUdng thùy dóng lue 413 14.5. Mò hình song long cùng 414 14.6. Mò hình song long dóng 420 iPhàn n . DÒNG LUC HOC SONG VÙNG CÙA SONG CHIÙ ÀNH H U Ò N G TRIÉU 426 ChUdng 15. DIÉU KIÉN THÙY LÙC VÙNG CÙA SONG 426 15.1. Khài quàt ve cùa song 426 15.2. Dàc tinh cùa dòng chày vùng cùa song 439 15.3. Thùy trièu va dòng triéu vùng cùa song 442 15.4. Mò hình boa thùy triéu va dòng triéu 448
ChUdng 16. XÀM NHÀP MAN VÙNG CÙA SONG 4,59 16.1. Qua trinh khuéch tàn 459 16.2. Xàm nhàp man vùng cùa song 469 ChUdng 17. VÀN CHUYÉN BÙN CÀT VA DIÉN BIÉN LONG SONG VÙNG CÙA SONG CHIÙ ÀNH HLTÒNG TRIÉU 482 17.1. Vàn chuyén bùn eàt ò vùng cùa song 482 17.2. Vàn chuyén bùn càt dinh 504 17.3. Dièn bié'n long song ò vùng cùa song 525 PHULIJC 529 TÀI LIÉU THAM KHÀO 532
CHl/dNG Md DÀU 0 1 KHÀI NIÈM VA NÓI DUNG NGHIÈN CÙU DÒNG LÙC HOC SONG .. Song ngòi dem lai cho con ngUòi nhiéu Icii ich bét sue to lón nhung cùng gay ra cho con ngUòi nhùng tàc hai khòng nhò nhu lù lut, xói Id bd song, bòi làng càc luóng lach vàn tài thùy,... tao nén nhùng dien bié'n long song phùc tap, ành hUòng dén viéc phòng lù, giao thòng thùy, nhàt là d vùng cùa song chiù ành hudng cùa thùy triéu, song gió, hai luu, nUde dàng, nUóc ha v.v... De che ngu càc dòng song nhàm khai ihàc triét de màt l(li phuc vu nén kinh t é quóc dàn., ban che dén mùc tò'i thiéu màt hai, càn phài tié'n hành chinh tri uó'n nàn càc dòng song. De co ed sd khoa hoc xày dung càc bién phàp chinh tri song co bièu qua, càn nàm vùng càc quy luàt dóng luc cùa dòng chày va dién bièn dòng song. Dóng lue hoc song là mòn khoa hoc nghièn cùu càc quy luàt ed hoc ed bàn cùa qua trình dièn bié'n dòng song xày ra duói sU tàc dóng qua lai giùa dòng nUóc, bùn càt va long song d trang thài t u nhièn cùng nhu sau khi eó sU khò'ng che cùa càc còng trình xày dUng trèn song. Dòng song hình thành do tàc dung tUdng ho giùa dòng nUóc va long song. Tàc dung tUdng ho giùa dòng nUóc va long song the hièn d cho: dòng nuóc tàc dung vào long song làm cho long song hi bié'n hình; long song hi bié'n hình sé tàc dóng ngUdc trd lai dén dòng nUóc, làm thay dói ké't eà'u dòng nuóe. Tàc dóng qua lai giùa dòng nuóe va long song cu the tiép dièn khòng ngùng, hình thành cuóc só'ng cùa mot con song. Dòng nUóc va long song màu t h u à n nhau, khò'ng che làn nhau, nhung dóng thòi lai dua vào nhau de tón tai va eùng nhau tao ra mot san phàm thóng nhà't là dòng song. Bòi vày, eó thè nói và'n de trung tàm cùa dóng luc hoc song là nghièn cùu tàc dóng qua lai giùa dòng nUóc va long dàn dóng cùa nò. Trong mó'i quan he giùa dòng nUóe va long song, dòng nUóc co tinh nàng dóng hdn nén thuòng giù vai trò chù dao. Do vày, trUóc khi nghièn cùu càc và'n de ve dièn bién long song, càn nghièn cùu dóng Ivfc dòng chày trong song, tue là nghièn cùu ké't cà'u n()i bó cùa dòng chày. Tuy dòng nUóc giù vai trò chù dao nhUng long song cùng giù vai trò khòng kém phàn quan trong. Co nhùng truòng hdp, long song co tàc dung chi phói, khò'ng che dòng chày va vi vày giù vai trò chù dao trong qua trinh vàn dóng va phàt trién dòng song. Trong nhùng trUdng hdp dò, chi diéu chinh dòng nUóc thì khòng dat tèi hièu qua diéu chinh long song ma càc cóng trinh phài tàc dòng trUc tiép vào long dàn nhu Ioai bò chuóng ngai vàt, nao vét, khòi thóng long dàn, già co' bd song, già co' day song, v.v... Do dò, dóng lue hoc song khòng chi quan tàm dén càc yé'u to'thùy vàn.
thùy lue ma con quan tàm day dù dén càc yéu tò'lièn quan dén long dàn nhU dia hình, dia mao, dia chà't, hình thài màt càt doc, màt càt ngang, màt bang, v.v... Qua trinh tàc dóng qua lai giùa dòng nUóc va long song dUdc thUc bién thòng qua yé'u to trung gian là bùn càt. Bùn càt khi thì là mot bó phàn cà'u thành long song, khi lai là mot bò phàn cùa dòng nUóc, tue là bùn eàt dà t u phia này cùa khó'i màu t h u à n chuyén sang phia kia (phia dó'i làp) cùa khó'i màu thuàn. Do dò, néu nói tàc dòng tUdng ho giùa dòng nUóc va long dàn là và'n de t r u n g tàm cùa dòng luc hoc song thì chuyén dóng cùa bùn càt chinh là hat nhàn cùa trung tàm dò. Càc con scng khàc nhau co dilu kién hình t h à n h va dien bié'n long song khùo nhau do tinh hình thùy vàn, thùy lue cùng nhU cà'u tao dia chà't, dia hình cùa chùng khòng nhu nhau. Tuy nhièn, dièn bié'n cùa chùng vàn t u à n theo nhùng quy luàt chung nhà't dinh. Dóng Iiic hoc song nghièn cùu tìm ra nhùng quy luàt chung dò. Trong qua trinh khai thàc va Idi dung tóng hdp nguón nuóe, con ngUÒi xày dUng mot so'cóng trình trèn song. Càc còng trình này làm thay dói càc diéu kién thùy vàn, thùy lue, bùn càt cùng nhu diéu kién cà'u tao long song; gay ra su bié'n hình long song ò thudng va ha luu cóng trình. Dièn bién long song dUói tàc dóng cùa càc cóng trình xày dUng trèn song cùng là mot nói dung nghièn cùu cùa dóng lue hoc song. Tom lai, nói dung nghièn cùu ed bàn cùa dóng lilc hoc song bao góm càc vàn de nhU: dóng lilc dòng chày trong song; càc quy luàt chuyén dóng cùa bùn càt; dóng lue hình thài long song, quan he giùa hình dang long sónjg^vàJcé't cà'u dòng chày cùng càc quy luàt dièn bié'n dòng song trong trang thài t u nhièn cùng n h u sau khi xày dUng càc cóng trình trèn sóngT Hién tai, viéc nghièn cùu dóng lue hoc song dUdc tié'n h à n h trèn cà hai màt: dia ly t u nhièn va ed hoc. Ve màt dia ly tU nhièn: Nghièn cùu su phàn bó' dia ly va qua trình phàt trién cùa dòng song; mó'i quan he giùa càc nhàn to' dia ly tu nhièn vói dièn bié'n dòng song; dóng thòi nghièn cùu ve dia mao lùng song eùng nhu tàc dung giùa nhàn to' dóng lue va hình thài long song. Ve màt Cd hoc: Dóng lue hoc song eó the coi là mot nói dung cùa dóng lue hoc. Nò nghièn cùu ké't cà'u dóng lue cùa dòng song bay nói càch khàc là nghièn cùu và'n de co hoc phùc tap giùa dòng nUóc, bùn càt va long song. Nò ùng dung nhùng phudng phàp vàt ly, ed hoc va nhùng cóng cu toàn hoc de phàn tich tìm ra quy luàt dièn bié'n dòng song. Dóng lue hoc song là mot mòn khoa hoc hét sue phùc tap. de dàp ùng dudc yèu càu cùa thUc t é san xuà't, càn ké't hdp cà hai màt nghièn cùu trèn mói co thè dat dUdc ké't qua tòt, thùc day khoa hoc dòng lue hoc song phàt trién ngày mot hoàn thièn hdn. 0.2. SO LUOC LICH SU PHÀT TRIEN DÒNG LÙC HOC SONG Màc dù dòng lue hoc song mói thUc su trd thành mot món khoa hoc dóc làp t u dàu the ky 20 do nhu càu cùa thUc tièn san xuà't nhung thòi ky t u the ky 19 trd ve trUóc dà 10
(-11 the .\cm la limi ky 'oiu', két kiiili iighiéin xàv òunn ly hiau cua mòn dòng lue ìxey: song. .\ga\- tu tildi (-0 din, \-àn de pliniig l-à. làv nu('i( i-tói, v;iii tiii thùy dà jihat tnèn rat sdm (i i-a(- iiui'ii- Ai Cap, aii Do \-,v.. () (-l,;ì-i Au. vi(""i- -.ri s-òr.g phue vu |.)hòng lù. vàn tài tliuv. vi(H- dao song, khdi ngoi (-(') mot thdi ky rat phar t n è n . Dàu tièn là viéc dàp de. eiing eò' hd song, eai thit'ii lae luóng lai-li, xày dùng eae eàu qua song vói mue dich ]ihòng kit, t);io ve eàe khu dóng dàn i-ù va eàe vùng nong ngiuép va vàn tal thùy, sau do. i-àe song d Tà\- Au dan dàn dà gàn r.hù dùfie kènh hoà. Nàm 1869. trong khi chinh tri song cong. L, Fargue (Phàp) dà tìm ra quy luàt dién bié'n song cong, Tuy chi mang tmli (-hà't kmh nghu'Mn nhung nò i-ó già tri thùc tièn i àt lón trong viéc thièt kè chinh tii (luong vali lai thuw (-hóng lui va la\ nu(i(- luói ru('ng, Xàm 1895. V.M. Lòtchm (Lu'-n Xò eù) dà dua ra luàn van "Cii (-àu long song" iàm ed sd cho mòn dòng lue hoc song (i Lièn Xó cu. Do vi'-u (-àu (-ùa ihiù- tièn ma eàe ky su ngùdi Nga dà tò chùc nghièn (U'u toan dién cài cóng trình xày (iùi.g tivn cae dòng soiig. Kèt (juà nghièn cùu eòa lu, duo(- thao luàn trong eà(- lu)i nghi bang nàm cùa càc ky su thùy Idi (1892 - 1893) va cua eàe ky su gian thòng vàn tài thùy (1895 - 1913). trong dò co rat nhiéu bào cào ve su ehuyèn dcing cùa jihù sa trong song va ve qua trình hình t h à n h long song. Dèli dàu tliè ky 20, do còng tàc ehinh tri song phàt trién vUdt bàc, nhùng ly luàn co lièn quan dòn lình vUc này cùng phàt trién nhàyy"()t, do dò món dòng luc song dà trd thành m()l ho mòn khoa hoc dòc làp. xuà't hièn làn dàu tièn d Lièn Xò cu va sau dò d eàe lutòe tièn tièn khàc trèn thè giòi. Khi nghièn eùu dòng lue hoc song khòng the khòng nghièn cùu ké't càu noi bò cùa dùng chày. bay nói eàeh khàc là khòng thè khòng nghièn cùu dòng chày rói vi nò eó lièn quan dòn su ehuyèn dcing cùa eàe chfù Id lùng va di day trong song, dén dién bién long song v.v... Nghièn cùu dòng chày vói ve màt loan hoc va ed hoc co càc tàc già: Taylo (1915). Smit (1917), Karman Prandll (1925), Makavèev (1931), Karausev (194 7), CYmmógòròv (1941), Vòlikanóv (1[)5()) v.v... Mòtsóilgttòi xày dùng ly thuyé't tu khài niém vàt ly n'ìi kiém chùng bang thùc nghièm. Tuy nhièn, bau hét càc nghièn cùu mói chi de eàj) dén màt rói dòng cùng tinh chà't, tue là sii tàng giàm gióng nhau cùa mach dòng theo ha chiéu. Hién lai, ly thuyé't ddeic ùng dung ròng rài nhà't trong moi lình vùc vàn là ly thuyé't cùa hoc phài Prandtl. Nhiéu tài liéu ed hoc chà't long ò Lièn Xò cu va d càc nùóc Tày Àu déu dùa vào ly thuyé't này. Vién sì Cònmògòròv va Vèlikanòv (Lièn Xò cu) cùng dà thu dùdc nhiéu thành tùu dàng ké trong viéc nghièn cùu dòng ehày rò'i làm ed sd cho ly luàn nghièn eùu ve sU nèi'i Id lùng cùa bùn càt trong sàng. .Mot vàn de dùdc nhiéu nhà khoa hoc chù y dén khi nghièn cùu ve dàc tinh cùa hùn càt trong song ngòi là dò thè thùy lue cùa bùn càt. Nàm 1851, Stoke là ngùdi dàu t'.èn va sau dò là Anlon. (?'drem. Deegoda. Acdkhangenski. Lapsin, Góntraròv v.v... dà p.ghièn eùu ve màt ly luàn eùng nhù thùc nghièm và'n de này. Nhùng còng thùc va l-ièu liàng tinh dò thó thùy lue dà dùdc ùng dung mcit càch róng rài nhùng cho dén nay \;'ui ehùa (lù(.ie hoàn thi(}n. dà(- hict là dò thò thùy lue cùa càc Ioai hat rà't min va rà't l'io, 11
Duboys (1879) là ngùdi dàu tièn nghièn cùu ve quy luàt chuyén dóng cùa bùn eàt day trong song, sau dò là bang loat càc tàc già khàc. Do nhàn thùc khàc nhau \ è nguyèn nhàn va ed che chuyén dòng cùa bùn càt day ma phùdng phàp nghièn eùu cùng nhu tién de lì luàn cùa càc còng thùc suà't chuyén càt day cùng khòng gióng nhau. Tàc già cùa càc cóng thùc xuà't phàt tu lue kéo tói han là Duboys (1879), Shields (1936), Kahnske (1947), Eghiararòv (1949). Càc cóng thùc là'y dò doc va luu lU(?ng ddn vi làm tham so chù yé'u góm càc còng thùc cùa càc tàc già Meyer-Peter (1934), Meyei-- Peter va Muller (1948), Schokolitch (1934, 1943). Tàc già cùa nhóm càc còng thùc lày tò'c dò làm tham so chù yé'u eó Pòhakòv (1940). Glévèxianhi (1950). Samóv, Vèlikanòv, Góntraròv (1935, 1962), Levi, Grisanhin (1972). Còng thùc xuà't phàt t u ly luàn xàc suà't thòng ké eó càc còng thùc cùa Eintein (1942, 1950); cùa Vèlikanòv va cùa Kalinske. Yang va Sayre (1971) là tàc già cùa cóng thùc xuà't phàt t u ly thuyé't ngàu nhièn. Rottner (1959) là tàc già cùa cóng thùc xày dUng dua trèn phép phàn tich boi qui. Và'n de chuyén dòng cùa bùn càt day màc dù dà rà't dUdc quan tàm va dàc biét chù trong nghièn cùu cà ve li luàn va thUc nghièm nhUng vàn ehùa dùdc giài quyé't mot càch hoàn bào. Tinh chinh xàc cùa càc cóng thùc, ké cà trong trùòng h(3p bùn càt dóng nhàt vàn con rat han che nén vàn càn dùdc tiép tue nghièn cùu thèm cà ve ly luàn va thUe nghièm. Viéc nghièn cùu quy luàt vàn dóng cùa bùn càt Id lùng trong mày chuc nàm gàn day dà thu dUdc nhiéu thành tUu dàng ké. Gluskóv (1911) là ngiròi dàu tièn dà dua ra mot so tién de ly luàn ve sU nói Id lùng cùa bùn càt, dàc biét là mó'i quan he giùa qua trình nói Id lùng va toc dò mach dóng, nhà't là toc dò mach dóng theo phUòng thàng dùng. Sau Gluskóv là càc tàc già Makavèev, Cònmògòròv, Vèlikanòv, Karausev, Grisanhin v.v... Hién eó nhiéu ly luàn ve sU phàn bó' cùa bùn càt Id lùng theo chiéu sàu, trong dò tièu biéu là ly luàn khuéch tàn va ly luàn trong lUc. Ly luàn khuéch tàn dà som hình thành va là mot ly luàn quan trong trong lình VUc vàt ly. Hién tai, nò dà dUde ùng dung mot càch róng rài trong càc lình vUe nhu khi dóng hoc, thùy dòng lue hoc, bài dUdng hoc, thùy vàn hoc, khi tU(?ng hoc, dóng lUc song. Càc luàn diém ed bàn cùa ly luàn khuéch tàn ve sU nói Id lùng cùa vàt chat dà dUde Taylo (1915) va Smit (1917) nghièn cùu de xuà't trUóc tièn, sau dò là càc tàc già khàc nhù Makavèev (1931), Obriàn (1931-1932), Karausev (1950), Bàtsdkiaaròv (1961) v.v... Càc tàc già dà nghièn cùu sU khuéch tàn theo ha chiéu trong khóng gian, dua ra càc phUdng trình vi phàn cùa chuyén dóng rò'i, sU truyén nhiét cùa chày ró'i va su khuéch tàn ró'i, dà góp phàn quan trong trong viéc phàt trién thèm ve ly luàn nói lo lùng cùa bùn càt trong song, trong ho ehùa nUóc, d khu vUe cùa song va ven bién. Nhung trong qua trình nghièn cùu, da so càc tàc già dà hoàn toàn ho qua sU khàc bièt giùa dich thè va hat bùn càt vói tinh càch là vàt chà't cho nèn ùng dung ly luàn khuéch tàn de nghièn cùu bùn càt min thì thich hcJp, nhUng de nghièn cùu bùn càt thò thì con nhiéu tón tai. Nàm 1948, vién sì thóng tàn Vién hàn làm Khoa hoc Lièn Xò (cu) Vèlikanòv dà de xuà't ly luàn trong lUc nghièn cùu sU phàn bó lùclng ngàm càt Id lùng. Phùdng trình 12
d()ng lue Cd bàn cùa ly luàn này tùdng d Ji ehinh xàc nhùng trong qua trình dién toàn, (•ò s u dung mot so già thièt khóng phu hcJp. Sau dò Vèlikanòv dà thuyé't minh lai mot loì.it vàn de indi dùa trèn ed srì phàn tich thù nguyèn nhùng vàn ehùa nói rò dùdc bàn chà't vàn de. Nhùng kèt qua dùa ra mói (hi bò hep t n n g dfmg ón djnh nèn viéc ùng dung ly luàn này eò nhùng han che nhàt dinh. Tu nàm 1952, trèn mot so tap chi cùa Vién hàn làm Khoa hoc Lièn Xò (eù) co dàng nhiéu bài tranh luàn va dà di dén ké't luàn ràng: ly luàn khuéch tàn va ly luàn trong lue déu co Cd sd nhàt dinh nhùng déu con tón tai mot so nhifóc diém nhù dà nói ò trèn. Nói chung, ly luàn khuéch tàn phù hcip vói nhùng hat nhò, con ly luàn trong lue phù hdp vói nhùng hat Idn. Ve sau, Karausev, Lòpdehin, Mikhailòva dà càn eù vào tài liéu thùc nghièm de tièn hành kiém nghièm càc còng thùc xuà't phàt tu hai ly luàn này va thà'y ràng, cóng thùc xuà't phàt tu ly luàn khuéch tàn co nhiéu ùu diém hdn còng thùc xuà't phàt tu ly luàn trong lui-, Và'n de sue tài càt cùa dòng chày (khà nàng mang bùn càt cùa dòng nùóc) cùng dùdc nhiéu nhà khoa hoc nghièn cùu. Day là vàn de rat quan trong vi nò dùdc dùng làm Cd sd cho vièc tinh toàn bièn hình long song. Nói chung càch giài quyé't thuòng theo ha hUdng sau: 1. Trèn ed sd phàn tich tài lièu thUc do, làp còng thùc kinh nghièm de tinh toàn. PhUdng phàp này dudc ùng dung d nhiéu nUóc trèn the giói. Tuy nhièn, càc cóng thùc dua ra déu mang tinh chat dia phUdng nén pham vi su dung bi han che. 2. Su dung còng thùc kinh nghiém xuà't phàt tu ly luàn trong lue cùa Vèlikanòv. Cóng thùc này chua dUdc kiém nghiém nhiéu bang tài liéu thUc t é nén chua dUdc su d u n g róng rài. 3. Tìm cóng thùc tinh sue tài càt cùa dòng nuóc tu phàn bó lUdng ngàm càt theo chiéu sàu. Huòng này chua thu ducic kèt qua my man, càn ditele tiép tue nghièn eùu thènn. Nghièn cùu ve su hình thành long .^óng, Lótchin (1849) cho ràng càc song eó che' dò t h ù y vàn khàc nhau thì su hình thành long song cùng khàc nhau. Theo Lótchin, su ón dinh cùa song chi tón tai khi co sU càn bang cùa bùn càt trong dòng chày. Nhùng q u a n diém eó tinh chat nguyèn tàc ve ed hoc song ngòi cho dén nay vàn con già tri. •Giucòpski (1919) là ngUòi dàu tièn nghièn cùu ve long song va sU hình thành càc bài song, sau dò là càc tàc già Samfiv, Léliavski, Rósinski, Kuzdmin, Lótchin v.v... Co thè xem Lótchin yà Léliavski là nhùng ngUÒi dà sàng làp ra ly thuyé't ve su hình t h à n h long song. Trong càc tàc phàm nghièn cùu ve dièn bién dòng song. Lapin, Pòpòp, Phèdóróp, Pinc-ópski ò Vién nghièn cùu Thùy vàn Lièn Xó (eù) dà de ra sd do ly thuyé't ve phUdng p h à p du bào qua trình dièn bié'n long song trèn ed sd nghièn cùu sU phàt trién hình thài long song va hình dang càc bài, dia mao, dia ly tu nhièn va thùy dóng lue hoc. Nhiéu nhà nghièn cùu nhù Samóv, Levi, Antunin... dà de xuà't càc phUdng phàp tinh toàn dièn bién kho nUóc. Tà't cà càc phUdng phàp tinh này deu dUa trèn ed so tinh toàn thùy luc va phudng phàp tùdng quan dùng cho kho nude lón. Và'n de qua trình 13
hình thành va xói là bò kho nUóe cùng dUdc càc tàc già Katrughin, Kandrachep, Busdkin... di sàu nghièn cùu. De nghièn cùu tà't cà nhùng và'n de néu trèn, trUóc hét phài tié'n hành do dac dòng chày, do dac chuyén dòng cùa bùn càt trong song va dièn bién cùa long song d ngoài thUc dia. Viéc ùng dung càc phUdng phàp do dac song ngòi hién dai nhu dùng chat dóng vi phóng xa, mày boi àm cùng nhu càc thié't hi do dac tu dóng dUdc su dung ròng rài ò càc nUóc tién tién. Trong càc phòng thi nghiém dóng lue hoc song ngòi, ngUòi ta con dùng càc thié't hi do dac hièn dai nhu càc thié't hi hói àm, càc thié't hi chup ành bang càc tia hóng ngoai v v... Viéc nghièn eùu dóng lue dòng chày, sU dièn bié'n cùa dòng song con dUdc tié'n hành trèn càc mò hình song trong phóng thi nghiém. Do càc nhàn tò' ành hudng qua nhiéu- nèn vàn chua eó dUde cóng thùc thàt ehinh xàc, chat che de thié't ké mó hình song long dóng trèn ed sd nguyèn ly tUdng tu. Bòi vày, hién tai vàn chua co phvtdng phàp thó'ng nhà't dùng de thié't kéthi nghièm mò hình song, nhà't là mó hình song long dpng. Tu nhùng nàm 60 cùa théky 20 dén nay, do ùng dung nhùng tien bó cùa khoa hoc ky thuàt, dàc biét là nhùng tién bò trong ky thuàt tinh toàn, dóng lue hoc song dà eó nhùng buóe phàt trién mói trong viéc hoàn thièn và'n de mò hình hoà càc hién tU(3ng thùy dóng lue phùc tap. Vi vày, trong nghièn eùu thUc dia dà co dUdc nhùng thié't hi do dac hién dai, nhanh ehóng, chinh xàc; trong nghièn cùu mó hình vàt ly dà dàn thue hièn dUde nhùng tiéu chuàn tUdng tu khó; trong mó hình toàn dà giài quyé't dUdc nhùng bài toàn ve dòng khóng ón d|nh nhiéu chiéu va càc bài toàn tinh dièn bié'n long song bang phUdng phàp so v.v... Hi$n nay, viéc nghièn cùu dóng lue hoc song trèn thè' giói dang di theo mot so' hUóng sau: 1. Nghièn cùu dóng thài hoc cùa dòng nUóc trong song, tue là nghièn cùu ké't cà'u npi bó cùa dòng chày. 2. Nghièn eùu quy luàt chuyén dóng cùa bùn càt Id liing va bùn càt di day trong song. 3. Nghièn cùu dóng lUc hoc cùa hình thài long song trong trang thài tu nhièn cùng nhu sau khi xày dung càc cóng trinh trèn song va phvfdng phàp tinh. 4. Nghièn eùu xày dUng càc tram do dac dòng song va càc phòng thi nghiém dòng lue hoc song ngòi hién dai. Do dac sU bién hình long song ò gàn eàe còng trinh trèn song. 5. Nghièn cùu nàng cao mùc dò chinh xàc cùa càc mày móc, thié't bi do dac song ngòi va che tao ra nhùng mày móc thié't hi do dac hién dai. Ò Viét Nam, viéc nghièn cùu dóng lue h
càc nghièn eùu trèn mò hình toàn ditele phàt trién dàn ve'iì su tham già cua càc nhà khoa hoc thuòe Vièn Khoa hcic Vièt Nam. Nhùng và'n de cùa dòng lUc hoc song cùng dùdc dUa vào càc de tài trong càc chùdng trình trong diém cà'p nhà nùóc. Nghièn cùu ve dòng chày song ngòi eó càc còng trình cùa Nguyèn Vàn C'ung, Nguyèn Nhù Khuè, Nguyèn Àn Nièn, Nguyèn Tài, Lùdng Phùdng Hàu v.v... Nghièn cùu ve bùn càt co càc còng trinh cùa Lùu Còng Dào, Vi Vàn Vi, Hoàng Hùu Van, Vò Phàn v.v... Nghièn cùu ve dièn bién long song eó eàe còng trình cùa Vù Tà't Uyén, Nguyèn Vàn Toàn, Quàn Ngoc An, Lùdng Phùdng Hàu, Le Ngoc Bich, Nguyèn Thòi Giàp, Nguyèn Ngoc Càn, Le Manh Hùng, Tran Dinh Tri, Bùi Ngoc Tài v.v... Càc ed quan chù quàn càc boat dòng nghièn cùu trong lình vùc này chù yé'u là Vu Phòng chò'ng lù lut va Quàn ly de diéu cùa Bó Nòng nghiép va Phàt trién nòng thón va Lièn hiép quàn ly dùdng thùy, Bò Ciao thòng Vàn tài. 0.3 PHirONG PMAP NGHIÈN CÙU DÓNG L U C HOC SONG Càc vàn de trong dòng lue hoc song déu rat phùc tap, ehùa dxicic nghièn cùu day dù va hoàn tà't nhù càc mòn khoa hoc chinh xàc khàc. Co nhùng và'n de ngay ve màt dinh tinh cùng con nhiéu y kié'n phàn tàn chù chua nói dén dinh lU(3ng. Bòi vày, trUóc khi nghièn cùu giài quyé't mot và'n de nào dò cùa dóng lue hoc dòng song, càn phài làm ró bàn chà't cùa và'n de; mò tà, phàn tich càc nhàn t ó à n h hUdng dén chùng. Nói chung, mói và'n de cùa dòng lue hoc song co thè dUòc nghièn cùu theo mot, hai bay cà ha phUdng phàp sau day: 0.3.1. P h U d n g p h à p n g h i è n c ù u trUc t i é p t r è n s o n g t h i è n n h i è n Thuc chat cùa phUòng phàp này là thu thàp, chinh bién càc tài liéu thue do cùa doan song càn nghièn cùu, doan song màu hoàe doan song tUdng tU; tié'n hành phàn tich eàe qui luàt va quan he tu càc day tài liéu thUc do de r ù t ra càc ké't luàn càn thié't, xàc dinh càc già tri thich hdp cho càc he §o kinh nghiém trong càc cóng thùc ly thuyé't, nghièn cùu xu t h è phàt trién cùa long song... Phàn tich càc ành ve tinh cùa doan song nghièn eùu qua càc thòi ky khàc nhau cùng cho phép nghièn cùu, tìm ra qui luàt dièn bié'n long song. 0.3.2. FhUoTng p h à p n g h i è n cùu t r é n mò h ì n h v à t ly Nói dung cùa phudng phàp là xày dùng trong phòng thi nghiém mó hình thu nhò cùa nguyèn hình (doan .song thUc) dùa trèn nhùng tièu chuàn tUdng tU chat che, tién hành càc thi nghiém va càc do dac càn thié't phuc vu cho nghièn cùu trèn mó hình, rói tu eàe két qua thu dUòc trén mò hình ma suy ra càc yé'u tó tUdng ùng trén nguyèn hình. 0.3.3. Phu*orng p h à p n g h i è n cùu ly thuyé't b a n g m ó h ì n h t o à n Trèn ed sd ùng dung càc ly thuyé't ed bàn ve chuyén dóng cùa chà't long, chuyén dòng cùa bùn càt va dièn bié'n long song; tié'n hành phàn tich càc tài liéu thUc do, ddn giàii hoà mot càch hclp ly diou kién bài toàn, làp thuàt toàn va tìm lòi giài cho càc vàn 15
de nghièn cùu. Lòi giài eó thè là lòi giài giài tich (eàe quan he toàn hoc) hoàe lòi giài so' tri (càc day so'tri tai càc thòi diém va eàe vi tri xàc dinh). Cùng mot và'n de eùng co nhiéu cà'p dò nghièn cùu, giài quyé't. Tu ddn giàn dén phùc tap, tu cuc bó dén hoàn thièn, tu gàn dùng dé'n ehinh xàc dàn. Vi du: eùng mot che dò dòng chày eó the mó hình bòa thành dòng ón dinh hay khóng ón dinh; mot chiéu, hai chiéu hay ha chiéu; long dàn làng tru khóng dói hoàe bié'n dói; mot pha hay hai pha v.v... NgUÒi nghièn cùu càn tuy theo tinh chà't cùa dó'i tUdng nghièn cùu, quy mó cùa và'n de va cà mùc dò dàu tu de lua chon phUdng phàp nghièn eùu, giài quyé't và'n de cho thich hdp. Càc cóng thùc trong dóng lue hoc song thuòng phùc tap, co nhiéu he so' kinh nghièm nén khó eó the thuòe long chùng. Bòi vày, càn hiéu y nghìa vàt ly cùa tùng ky hi$u, thù nguyèn va diéu kién ùng dung cùa nò de tra cùu khi càn thié't. Cùng càn lUu y ràng, trong dóng lue hoc song eó nhiéu thuàt ngù, nhiéu ky hiéu chUa thó'ng nhàt; càn dói chiéu, tìm hiéu xuà't xù de trành nhàm làn. 16
P h à n I. DÒNG Ll/C HOC SONG VÙNG KHÒNG ÀNH Hl/ÒNG TRiÉU Chij'cfng 1 TÓNG QUAN VE DÒNG CHÀY TRONG SONG 1 1 PHÀN LO AI DÒNG CHÀY TRONG KÈNH HO VA TRONG SONG .. Dòng ehày kènh hd va song co the dUdc phàn Ioai theo nhiéu càch dua trèn càc tiéu chuàn khàc nhau. Theo so Reynolds, chùng dUde phàn bigt ihành hai trang thài là ehày tàng va chày rói. Theo tinh chat eó thay dói hay khòng thay dói theo thòi gian cùa càc yèu tó chuyén dóng, chùng dUdc phàn thành hai Ioai là dòng chày khóng ón dinh va dòng chày ón dinh. Càn cu vào tinh chà't co thay dói hay khóng thay dói theo chiéu dai dòng chày cùa càc yèu tó' chuyén dòng, dòng chày dudc phàn thành hai Ioai là dòng chày khóng déu va dòng chày déu. Càn cu vào so' Froude, chùng dUdc phàn thành hai trang thài chày èm va chày xié't. Càn eù vào phUdng ehày, chùng dUòc phàn biét thành dòng chày ehinh va dòng thù cà'p. 1.1.1. Khài nièm ve chày tàng va chày rò'i Trong thUe té tón tai hai trang thài chày cùa chà't long nhàt là ehày tàng va chày rò'i. Chày tàng là trang thài chày trong dò eàe phàn tu chà't long chuyén dòng theo nhùng tàng lóp rièng biét, khòng xào trón vào nhau. Chày rói là trang thài chày trong dò càc phàn tu chat long chuyén dòng mot càch hón loan, vó tràt tu. Trang thài chày qua dò tu tàng sang rò'i hay tu rò'i sang tàng dUdc gol là trang thài chày phàn giài. Trang thài chày phàn giói tu tàng sang ró'i gol là trang thài chày phàn giói trén con trang thài chày phàn giói tu ró'i sang tàng gol là trang thài chày phàn giài duài. Tièu chuàn de phàn bièt hai trang thài chày này là so' Reynolds (Re). Day là mot so khóng thù nguyèn va dùcic xàc dinh bòi: 17 v'-ó-,iA«flr
Re:=^. (1.1) v trong dò: u là vàn toc trung bình màt càt, R là bàn kinh thùy lue va v là he so nhòt dóng hoc cùa chat long. Trang thài chày eó so' Reynolds (Re) lón hdn hoàe bang so' Reynolds phàn giòi duói u R RcKd (RCK,! = '^'' , trong dò UR^ là tc«c dò dòng chày ùng vói trang thài phàn giói duói, tue trang thài chày qua dò tu ròl sang tàng) thuòe trang thài ehày ró'i. Trang thài chày eó so' Reynolds nhò hdn so' Reynolds phàn giòi duói (Re < RCK,)) thuóe trang thài chày tàng. Dó'i vói dòng déu trong kénh ho: RBKH = 580. Tuyét dai da so' dóng chày trong song thièn nhièn déu thuòe trang thài ehày ró'i. Trang thài chày tàng chi xuà't hién tai mot lóp rat mòng sàt bièn song goi là Ictp mòng chày tàng sàt vàch. Néu dò day lóp mòng chày tàng này lón hdn dò nhàm tuyét dó'i (tue lóp mòng chày tàng che kìn hoàn toàn nhùng che lói cùa càc màu gó ghè") thì thành ràn dUde goi là thành tran thùy lUc va ngUdc lai, néu dò day lóp mòng chày tàng này nhò hdn dò nhàm tuyét dó'i (tue lóp mòng chày tàng khóng che kin dUde nhùng cho lói cùa càc màu gó ghé khié'n chùng nhò ra khòi lóp mòng chày tàng) thi thành ràn dUde goi là thành nhàm thùy lUc. 1.1.2. Khài nièm ve dòng chày khóng on dinh va on dinh, khòng déu va déu Càn eù vào yé'u tó' chuyén dóng c6 phu thupc vào thòi gian hay khóng ma dòng chày dUde phàn biét thành hai Ioai: khóng ón dinh va ón dinh. Dòng chày khóng dn dinh là dòng ehày trong dò càc yé'u tó' chuyén dòng thay dói theo thòi gian. Dòng chày on dinh là dòng ehày trong dò càc yé'u tó'chuyén dòng khòng dói theo thòi gian. Càn eù vào yé'u tó' chuyén dóng co phu thuóe vào khóng gian (chiéu dai dòng chày) hay khóng ma dòng chày dUdc phàn biét thành hai Ioai: khóng déu va déu. Dòng chày khóng déu là dóng chày trong dò càc yé'u tò' chuyén dóng thay dói doc theo chiéu dai dòng chày. Dòng chày déu là dòng chày trong dò càc yé'u tó' chuyén dóng khóng thay dói theo chiéu dai dòng chày. Màc dù ve nguyèn tàc eó the tón tai mot dóng chày khóng ón dinh déu, tue là càc yé'u tó chuyén dóng bié'n dói theo thòi gian nhung khóng dói theo khóng gian. Tuy nhièn, trong thUe té, Ioai dóng chày này khóng tón tai. Bòi vày, thuàt ngù dòng ehày déu hay khóng déu chi dùng cho dòng chày ón dinh. Trong dòng chày khóng déu hay con goi là dòng ehày bié'n dói, ngUÒi ta con phàn thành hai Ioai là dòng chày bié'n dói gap (eó dò sàu dòng chày bién dói dot ngót trong mot khoàng càch tUdng dó'i ngàn chàng han nhu trUÒng hdp nUóc nhày hay song lù gay bòi dàp hoàe de hi vò dot ngót) va dòng bié'n dói dàn hay bié'n dói chàm (co d(> sàu bié'n dói tu tu doc theo dòng chày chàng han nhu dòng chày vào mot ho ehùa dàng trUóc mot dàp ngàn). Xét ve màt dóng lue thì dòng chày khòng déu trong kènh ho sé xuà't hién khi lue càn va trong luc khòng càn bang nhau. Trong càc kénh co dò dòc day bang khòng (S„ = 0) hoàe dò dò'e ngUdc (S„
trong lue va lue càn, do dò dòng chày bao giò cùng là dòng chày khòng déu. Vói kènh eó dò dóc thuàn, trong luc va lUc càn cùng chi càn bang khi hình dang va kich thuòc màt càt Uòt khòng dói dc)c theo dòng chày, khi dò ta co dòng chày déu. Con dòng chày trong càc kènh eò kich thuóc va hình dang, hoàe mot trong hai yéu t ò dò thay dói doc theo dòng chày thì bao giò cùng là dòng ehày khòng déu. Do càc yéu tò thùy lUc thay dói rà't phùc tap doc theo dòng chày va do dò nhàm long song cùng thay dói rat phùc tap ma dòng chày trong song thièn nhièn thUc chat là dòng chày khòng ón dinh, khòng déu. Khòng chi luu lUdng ma cà càc yé'u t ò t h ù y luc khàc nhu dién tich màt càt ngang, dò róng song, chu vi Uót, dò nhàm long song cùng thay dói theo thòi gian do long song hi bié'n hình, bòi làng, xói lo... va do dò, toc dò trong song cùng thay dói theo thòi gian va khòng gian. Tuy nhièn, nhùng thay dói này khòng phài là dot ngót ma thuòng rà't chàm, t r ù trong mùa lù va ò vùng cùa song. Bòi vày, trong thòi gian khóng eó lù, dòng chày song eó thè xem là dòng ón dinh. 1.1.3. K h à i n i è m ve c h à y è m v a c h à y xié't Trang thài chày èm va trang thài chày xié't thuòng dUdc p h à n biét càn cu vào so Froude: Fr = - ^ . (1.2) trong dò: u là toc dò dòng chày, g là già tò'c trong lUc va h là dò sàu dòng chày. Dòng chày co F r < l thuòe trang thài chày ém va ngUde lai, dòng chày eó F r > l thuòc trang thài chày xié't. Trang thài chày eó F r = l thuóe trang thài chày phàn giài. Dòng ehày trong eàe song dóng bang thuòng thuòc t r a n g thài chày èm. Trang thài chày xié't thuòng xuà't hién ò càc song mién nùi hoàe ò vùng làn càn càc eà'u trùc dòc dùng. 1.1.4. Khài n i è m ve d ò n g c h à y c h i n h va d ò n g c h à y thù: cà'p t r o n g s o n g Càc càch phàn Ioai dóng chày ké trén nói ve dòng chày chinh trong song, tue là dòng chày ehày theo phUdng chung, nghìa là phUdng doc theo long dàn. Ngoài dòng ehày ehinh này, trong nói bó dòng nUóe song con eó càc dòng ehày theo eàe phUdng khàc. Càc dòng ehày theo càc phUdng khàc ngoài phUdng chung duqlc goi là dòng thù cà'p (seeondary currents). Càc dòng thù cà'p này sé dUdc t r i n h bay mot càch chi tié't hdn trong chUdng 4. TrUóc khi di vào xét chi tié't, càn biét qua càch p h à n Ioai kènh. Néu kich thuóc cùa màt càt long dàn khóng thay dói doc theo long kénh thì kénh là làng t r u (xem hình 1.1). Trong kénh làng tru, màt eàt Uót cùa dòng chày ehi phu thuóc vào dò sàu h nghìa là dién tich màt càt uòt A là hàm so'cùa dò sàu dóng ehày h: A = A (h), trong dò h = h(x) nén: dA ^ dA dh ''x db dx 19
Néu hình dang va kich thuòc cùa màt Il I I I I I I I I 1 I I Jj-L 11 II 11111 càt long dàn hoàe mot trong hai yé'u tò'dó thay dói doc theo dòng kènh, kènh là khòng làng tru. Trong kènh khòng làng tru, màt càt Uót cùa dòng chày khóng nhùng thay dói do dò sàu h thay dói ma con thay dói doc theo dòng chày ngay cà khi dò sàu h khóng dói do sU thay dói ve kich thuóc hoàe hình dang cùa màt càt Uót, nghìa là A là hàm so cùa h va x: A = A(x,h), trong dò h = h(x) nén: dA aA 5A 5h dx dx dh d\ 1.2. HIÈN Tl/ONG MACH DÓNG TRONG DÒNG CHÀY ROI. KHÀI NIÉM VE DÒNG CHÀY ROI TRUNG BÌNH THÒI GIAN 1.2.1. H i è n tuforng mach dòng Minti 1.1. Kènh làng tru trong dòng c h à y rò'i Trong dòng chày rò'i, càc chat diém nUòc chuyén dóng hón loan nèn va cham vio nhau. Su va cham này sinh ra sU bié'n dói xung lUdng cùa lue ò càc diém. Khi xuag lUdng cùa lue bié'n dói thì dóng lUdng cùa lue cùng bié'n dói theo, do dò gay ra sU bièn dói tue thòi cà ve huóng va do lón cùa tò'c dò thUc hay toc dò tue thài tai mói diém (tx- do thuc té do dUdc tai mói diém ò mói thòi diém). Néu dùng càc dung cu do luòng riésg de do thành phàn toc dò tue thòi theo phUdng dòng chày u cùa càc phàn tu chà't long ii qua mot diém trong mot khoàng thòi gian nào dò rói ve duòng qua trình toc dò (u ~ t) thì co thè thà'y nò thay dói theo thòi gian hét sue phùc tap (hình 1.2). Néu ehi xjt trong mot khoàng thòi gian ngàn thì thà'y sU bién dói cùa u theo t hàu nhu ngàu nhièn, vò qui f luàt.' NhUng néu xét trong mot khoàng thòi gian tUòng dói dai thì thà'y u bién dói theo t co quy luàt, nò tàng giàm xung quanh mot tri so trung bình nào day. Tri so' dò dù(3c goi là toc dò W/n/j 1.2. Trung bình hóa càc dao dòng rói 20
trung bình thòi gian, ky hiéu là u va dùdc xàc dinh bòi còng thùc: TH '•o (1.3) trong dò T là chu kì trung bình hoà (khoàng thòi gian dù dai de khù càc dao dòng rò'i). Chu ky t r u n g bình hoà này kéo dai khoàng vài phùt (thùdng 1-2 phùt ò nhùng diém gàn màt nùóc va 5 - 10 phùt ò nhùng diém gàn day song). Càc thay dói thòi han dai, thi du do song lù, khòng triét tièu trong thao tàc là'y trung bình thòi gian này. Bòi vày, càc già tri "trung bình" vàn là càc hàm trdn cùa thòi gian (xem hình 1.2). Hién tUdng thay dói tò'c dò khóng ngùng xung quanh mot già tri trung bình thòi gian dudc goi là hién tuclng mach dóng toc dò. Hiéu so giùa toc dò thùc (hay toc dò tue thòi) va toc dò trung bình thòi gian goi là tò'c dò mach dóng. Nhu vày, toc dò mach dòng theo phUdng dòng chày u' dUdc tinh bang: u'=-u-u. (1.4) Nò co the dudng, àm hoàe bang 0 con tri so trung bình thòi gian cùa nò (u') bang 0. 1.2.2. K h à i n i è m ve d ò n g c h à y rò'i t r u n g b ì n h t h ò i g i a n Dòng chày rói thUc là dòng chày khòng ón dinh va phùc tap dé'n nói hàu nhU khóng thè mó tà chùng bang càc phUdng trình toàn hoc. Bòi vày, de eó the nghièn cùu càc qui luàt chuyén dòng cùa dòng ehày rò'i, ngUÒi ta phài thay thè' dòng chày rpì thUc bang dòng chày ró'i trung bình thòi gian. Dòng chày ró'i trung^ bình thi(i_gian là dòng._ ehày rói trong dò, tó'c dò thUc u dUdc thay the bòi già tri trung bình thòi gian u ... Vi thè', néu tó'c do trung bình thòi gian khóng phu thuòc vào thòi gian thì ta eó dòng chày rò'i trung binh thài gian dn dinh, con néu tÒc dò trung bình thòi gian phu thuóc vào thòi gian thì ta eó dòng chày rói trung binh thài gian khóng dn dinh. Dóng chày ròi trung bình thòi gian ón dinh eó toc dò trung bình thòi gian khòng dói doc theo chiéu dai dòng chày dude goi là dòng chày rói trung binh thài gian déu, con dòng chày rói trung bình thòi gian ón dinh eó toc dò trung bình thòi gian thay dói doc theo chiéu dai dòng chày dUdc goi là dòng chày rói trung binh thài gian khòng déu. Dòng chày rò'i trung bình thòi gian (dòng chày tUdng tUdng) néu trén do 0 . Reynolds (1895) va J. Boussinesq (1897) de nghi dUde goi là màu dòng chày Reynolds - Boussinesq. Dó'i vói màu dòng chày này, khóng chi toc dò ma cà càc yéu to' thùy lue khàc nhU àp lue, dUÒng dòng, qui dao... déu mang tinh chà't trung bình thòi gian. 1.3. CÀC PHirONG TRÌNH CO BÀN CÙA DÒNG CHÀY ROI Nàm 1895, Reynolds dà viét lai he phUdng trình tóng quàt cho chuyén dóng cùa chà't long nhòt, tue he phUdng trinh Navier-Stokes (1845), t h à n h he phUdng trinh ed bàn chd chuyén dóng ró'i cùa chà't long nhòt trong dò, càc t h à n h phàn toc dò va àp suà't dou tinh dé'n mach dóng. He phUdng trinh này dUdc goi là he phUdng trinh Reynolds. Nò bao góm mot he ha phudng trình chuyén dóng va mot phUdng trinh lièn tue nhu 21