Ch−¬ng 4 - ChÕ ®é tiªu vµ yªu cÇu tiªu
107
Ch−¬ng 4
ChÕ ®é tiªu vμ Yªu cÇu tiªu
Tiªu tho¸t n−íc cho n«ng nghiÖp lµ vÊn ®Ò quan träng nh− t−íi n−íc. ThiÕu n−íc th× c©y trång kh«ng ph¸t triÓn ®−îc, ng−îc l¹i thõa n−íc c©y trång còng suy yÕu. Do ®ã hai vÊn ®Ò nµy ph¶i gi¶i quyÕt song song trong quy ho¹ch thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi.
Trong mét hÖ thèng thñy lîi th−êng bao gåm nhiÒu ®èi t−îng cÇn tiªu nh− ®Êt cÊy lóa, ®Êt trång c©y trång c¹n, ®Êt ao hå, ®Êt thæ c−, ®−êng s¸. Do vËy ®Ó x¸c ®Þnh ®−îc hÖ sè tiªu tæng hîp cho khu vùc cÇn ph¶i tÝnh ®−îc hÖ sè tiªu thµnh phÇn, v× mçi lo¹i ®Êt tiªu cã ®Æc ®iÓm kh¸c nhau.
4.1. TÝnh hÖ sè tiªu cho vïng trång lóa
Lóa lµ c©y trång ph¸t triÓn trªn m«i tr−êng ngËp n−íc, nã cã kh¶ n¨ng chÞu ngËp tèt. Do vËy cã thÓ lîi dông ®Æc tÝnh nµy ®Ó tr÷ n−íc trªn ruéng khi cã m−a lín, kÐo dµi thêi gian tiªu, v× vËy sÏ gi¶m ®−îc hÖ sè tiªu cÇn thiÕt.
4.1.1. C¸c tµi liÖu cÇn thiÕt
- M« h×nh m−a tiªu lín nhÊt thêi ®o¹n ng¾n 1, 3, 5, 7 ngµy theo tÇn suÊt thiÕt kÕ,
th−êng P = 10%.
- Giai ®o¹n sinh tr−ëng cña c©y lóa vµ chiÒu cao c©y theo tõng giai ®o¹n. - §Æc tr−ng thÊm cña ®Êt (hÖ sè thÊm æn ®Þnh). - L−îng bèc h¬i mÆt ruéng trong thêi gian tÝnh to¸n (theo kÕt qu¶ tÝnh to¸n bèc h¬i
thùc tÕ mÆt ruéng víi bèc h¬i tiÒm n¨ng tÝnh tõ c«ng thøc Penman).
- Kh¶ n¨ng chÞu ngËp cña lóa theo tµi liÖu thÝ nghiÖm, th−êng ®−îc x¸c ®Þnh theo
chiÒu cao cña c©y lóa.
- Thêi gian tiªu cho phÐp, th−êng x¸c ®Þnh theo:
[T] = t + 2
[T] - thêi gian tiªu cho phÐp (ngµy);
t - thêi gian m−a theo m« h×nh tÝnh to¸n (ngµy).
B¶ng 4.1 - ChiÒu cao c©y lóa hÌ thu øng víi tõng giai ®o¹n sinh tr−ëng
(theo tµi liÖu ñy ban NNTW, gièng lóa CR203)
Th¸ng
VI
VII
VIII
IX
ChiÒu cao c©y lóa (cm)
25 ÷ 30
30 ÷ 35
40 ÷ 50
50 ÷ 55
Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
108
B¶ng 4.2 - ChiÒu s©u ngËp so víi chiÒu cao c©y vµ thêi gian chÞu ngËp cho phÐp
cña lóa CR203 ®Ó n¨ng suÊt gi¶m kh«ng qu¸ 10%
Thêi gian chÞu ngËp
1 ngµy 2 ngµy
3 ngµy
4 ngµy
5 ngµy
6 ngµy 7 ngµy 8 ngµy
N¨ng suÊt gi¶m 10%
0,82
0,62
0,53
0,48
0,44
0,38
0,35
0,31
B¶ng 4.3 - Kh¶ n¨ng chÞu ngËp theo chiÒu cao c©y lóa
Th¸ng
1 ngµy 2 ngµy 3 ngµy 4 ngµy 5 ngµy 6 ngµy 7 ngµy 8 ngµy
ChiÒu cao c©y (mm) 300 350 450
7 8 9
246 287 369
186 217 279
159 186 238
144 168 216
132 154 198
114 133 171
105 122 158
93 108 140
HÖ sè dßng ch¶y σ cã thÓ sö dông nh− sau ®èi víi c¸c vïng tiªu n−íc:
+ σlóa = 1,0;
+ σao hå = 1,0
+ σmµu = 0,6;
+ σlo¹i kh¸c = 0,5
C−êng ®é ngÊm æn ®Þnh cña ®Êt trång lóa phô thuéc vµo lo¹i ®Êt. Lóa th−êng ®−îc
gieo trång trªn ®Êt thÞt, hÖ sè ngÊm æn ®Þnh Ýt biÕn ®æi, th−êng lÊy K = 2 mm/ngµy.
4.1.2. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n
Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n dùa trªn c¬ së c©n b»ng n−íc mÆt ruéng vµ t×nh h×nh c«ng tr×nh. ë ®©y ®−îc tÝnh khi hÖ thèng tiªu hoµn chØnh, c¸c « ruéng ®Òu cã c«ng tr×nh tiªu tù ch¶y ra kªnh tiªu. Do vËy ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n phô thuéc vµo lo¹i c«ng tr×nh tiªu vµ tr¹ng th¸i ch¶y qua c«ng tr×nh. C«ng tr×nh trªn mÆt ruéng cã thÓ lµ ®Ëp trµn hoÆc èng tiªu.
1. C«ng tr×nh tiªu n−íc mÆt ruéng lµ ®Ëp trµn
a) Tr−êng hîp ch¶y tù do
Tr−êng hîp nµy dùa vµo hÖ hai ph−¬ng tr×nh:
- Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n−íc mÆt ruéng.
- Ph−¬ng tr×nh n¨ng l−îng (dßng ch¶y qua c«ng tr×nh).
• HÖ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n ®Ó tÝnh to¸n hÖ sè tiªu:
−
= (a) q W 2H
i
0i
i
, (mm/ngµy)
(4.1)
=
(b) q
0,273mb
2g.H
0i
0i
3 2 i
⎫ ⎪ ⎬ ⎪ ⎭
trong ®ã:
Wi = Pi − h0i + 2Hi - 1; Pi - l−îng m−a tÝnh to¸n trong ngµy (mm);
Ch−¬ng 4 - ChÕ ®é tiªu vµ yªu cÇu tiªu
109
0,273 - hÖ sè ®æi ®¬n vÞ tõ m3/s sang mm/ngµy;
b0i - chiÒu réng ®Ëp trµn ®Ó tiªu cho mét ®¬n vÞ diÖn tÝch lµ 1 ha (m/ha);
iH - ®é cao cét n−íc b×nh qu©n trong ngµy trªn ®Ønh ®Ëp trµn (mm):
H
H
i
=
H
i
− + i 1 2
Hi - 1 - cét n−íc trªn ®Ønh ®Ëp trµn ®Çu ngµy tÝnh to¸n; Hi - cét n−íc cuèi ngµy (mm); h0i = ei + Ki - tæn thÊt do bèc h¬i vµ ngÊm (mm/ngµy)
ei - l−îng bèc h¬i mÆt ruéng trong ngµy (mm/ngµy);
Ki - l−îng n−íc thÊm trªn ruéng trong ngµy (mm/ngµy). ThÊm æn ®Þnh th−êng lÊy K = 2mm/ngµy • Ph−¬ng ph¸p gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh (4.1):
+ Ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch
- §ång hãa hai ph−¬ng tr×nh ta cã:
3
2
i
i
0i
i
3
2
− = W 2H 0,273mb 2g.H
hoÆc:
i
i
0i
i
Thay Wi = Pi - h0i + 2Hi - 1 vµo ph−¬ng tr×nh trªn ta cã:
3
2
−
+
−
−
(4.2)
h
2H
2H 0, 273mb
2g.H
= 0
i
i
P i
0i
− i 1
0i
Trong mçi thêi ®o¹n tÝnh to¸n (1 ngµy) víi b0i lµ th«ng sè gi¶ ®Þnh cho tr−íc cßn l¹i Èn iH . §©y lµ ph−¬ng tr×nh ph¶i gi¶i b»ng ®óng dÇn, gi¶ thiÕt iH vµ tÝnh thö ®Ó tæng gi¸
sè lµ trÞ b»ng 0 sÏ lµ nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh.
- Cã gi¸ trÞ
iH thay vµo ph−¬ng tr×nh (4.1b) ta sÏ tÝnh ®−îc q0i
- TÝnh Hi = 2 iH - Hi - 1 - §−a tÊt c¶ gi¸ trÞ vµo b¶ng thèng kª kÕt qu¶ tÝnh to¸n.
− − W 2H 0,273mb 2g.H = 0
B¶ng 4.4 - Thèng kª kÕt qu¶ tÝnh to¸n hÖ sè tiªu
iH
ia
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(8)
(9)
(10)
(11)
(7)
Ngµy Pi (mm) h0i (mm) P0i (mm) Wi (mm) q0i (mm/ngµy) Hi - 1 (mm) Hi (mm) qi (l/s-ha) (mm) (mm)
Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
110
Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n sÏ thùc hiÖn tõ ngµy ®Çu cña trËn m−a thiÕt kÕ cho ®Õn khi kÕt thóc m−a vµ mùc n−íc trªn ruéng trë l¹i mùc n−íc ban ®Çu th× sÏ kÕt thóc qu¸ tr×nh tÝnh, sau ®ã sÏ kiÓm tra ®iÒu kiÖn rµng buéc vÒ thêi gian tiªu cho phÐp vµ kh¶ n¨ng chÞu ngËp. NÕu tháa m·n qu¸ tr×nh tÝnh to¸n sÏ kÕt thóc, nÕu kh«ng ph¶i gi¶ ®Þnh l¹i b0i vµ tÝnh to¸n lÆp l¹i t−¬ng tù nh− trªn.
P - ®é cao ®Ëp trµn, x¸c ®Þnh theo yªu cÇu
chÞu ngËp th−êng xuyªn cña lóa;
i
i
+=
a
HP
(l/s-ha)
q
i =
q i0 64,8
HÖ sè l−u l−îng m
m = 0,42 ®èi víi ®Ëp trµn thµnh máng;
m = 0,45 ®èi víi ®Ëp trµn thùc dông;
m = 0,35 ®èi víi ®Ëp trµn ®Ønh réng.
H×nh 4.1: Ch¶y tù do
+ Ph−¬ng ph¸p ®å thÞ
theo ph−¬ng tr×nh (4.1b) lµ quan hÖ ®−êng cong.
i0 H~q
HÖ ph−¬ng tr×nh (4.1) cã thÓ gi¶i b»ng ®å thÞ nh− sau: )i - X©y dùng ®−êng quan hÖ ( i0 H~q )i - X©y dùng ®−êng quan hÖ ( theo ph−¬ng tr×nh (4.1a) lµ quan hÖ ®−êng th¼ng. - Giao ®iÓm cña hai ®−êng nµy chÝnh lµ cÆp nghiÖm cña hÖ 2 ph−¬ng tr×nh.
Cø tiÕp tôc tÝnh to¸n nh− vËy cho qu¸ tr×nh m−a vµ sÏ kÕt thóc nh− tr−êng hîp tÝnh
theo gi¶i tÝch cho tíi khi tr¹ng th¸i n−íc ruéng trë l¹i ban ®Çu.
H×nh 4.2: §å thÞ x¸c ®Þnh
iH vµ q0i
Ch−¬ng 4 - ChÕ ®é tiªu vµ yªu cÇu tiªu
111
HiÖn nay v× m¸y vi tÝnh ph¸t triÓn nªn th−êng dïng ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch.
b) Tr−êng hîp ch¶y ngËp
Khi mùc n−íc h¹ l−u ®Ëp trµn cao h¬n so víi ®Ønh trµn, l−u l−îng ch¶y qua ®Ëp trµn sÏ bÞ ¶nh h−ëng cña mùc n−íc h¹ l−u.
HÖ ph−¬ng tr×nh lóc nµy sÏ lµ:
i
−
=
H2Wq i
i0
(4.3)
=
σ
q
bm273,0
H.g2
3 2 i
i0
n
i0
⎫ ⎪ ⎬ ⎪⎭
Ph−¬ng tr×nh thø 2 thªm hÖ sè ngËp σn :
H×nh 4.3: Tr¹ng th¸i ch¶y ngËp
f
=σ n
h n H
⎛ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
HÖ sè ngËp x¸c ®Þnh theo tµi liÖu thÝ nghiÖm, cã thÓ tra theo b¶ng 4.5, tïy vµo mùc
n−íc trªn ruéng vµ mùc n−íc kªnh tiªu.
B¶ng 4.5 - Quan hÖ gi÷a tû sè
h n vµ hÖ sè σn H
K
K
K
K
h n= H
h n= H
h n= H
h n= H
σn σn σn σn
0,06 0,996 0,30 0,939 0,52 0,845 0,74 0,698
0,08 0,992 0,32 0,932 0,54 0,834 0,76 0,682
0,10 0,988 0,34 0,925 0,56 0,823 0,78 0,662
0,12 0,984 0,36 0,917 0,58 0,812 0,80 0,642
0,14 0,980 0,38 0,909 0,60 0,800 0,82 0,621
0,16 0,976 0,40 0,901 0,62 0,787 0,84 0,599
0,18 0,972 0,42 0,892 0,64 0,774 0,86 0,576
0,20 0,968 0,44 0,884 0,66 0,760 0,88 0,550
0,22 0,963 0,46 0,875 0,68 0,746 0,90 0,520
0,24 0,958 0,48 0,865 0,70 0,730
Ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch ®Ó gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh (4.3) còng gièng tr−êng hîp trªn chØ
kh¸c lµ ph¶i xÐt ®Õn hÖ sè ngËp σn.
0,28 0,952 0,50 0,855 0,72 0,714
ThÝ dô ¸p dông: TÝnh hÖ sè tiªu cho lóa víi m« h×nh m−a 5 ngµy, tiªu hÕt trong 7
ngµy. KÕt qu¶ tÝnh to¸n xem b¶ng 4.6, víi chiÒu cao ®Ëp trµn P = 100mm.
Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
112
B¶ng 4.6 - KÕt qu¶ tÝnh to¸n hÖ sè tiªu cho lóa vïng H¶i D−¬ng
ia
iH (mm)
Ngµy Pi (mm) h0i (mm) P0i (mm) Wi (mm) q0i (mm/ngµy) Hi (mm) qi (l/s-ha)
19/07 20/07 21/07 22/07 23/07 24/07 25/07 55,25 1,20 73,87 129,85 38,79 0 0 8,54 8,54 8,54 8,54 8,54 8,54 8,54 46,71 -7,34 65,33 121,31 30,25 -8,54 -8,54 46,71 28,66 77,33 225,31 222,25 93,46 27,46 10 5 19 76,5 75 24 4,5 9 12 29 74 73,5 34,5 11 18 6 52 96 1 18 3 (mm) 109 112 129 174 173,5 135 111 1,15 0,57 2,19 8,85 8,68 2,77 0,52
2. C«ng tr×nh tiªu n−íc mÆt ruéng lµ èng tiªu
èng tiªu lµ c«ng tr×nh tiªu n−íc ®¬n gi¶n, dÔ b¶o vÖ v× ®Æt d−íi bê ruéng, b¶o ®¶m l−u
l−îng t−¬ng ®èi æn ®Þnh khi ch¶y qua èng.
H×nh 4.4: Ch¶y tù do qua èng
a) Tr−êng hîp ch¶y tù do
HÖ ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n:
=
−
i
q W 2H i
0i
(4.4)
1 2
=
μω
−
q
0, 273
i
0i
d 2
⎛ 2g H ⎜ ⎝
⎫ ⎪⎪ ⎬ ⎞ ⎪ ⎟ ⎪ ⎠ ⎭
trong ®ã:
=ω
ω - diÖn tÝch mÆt c¾t ngang èng tiªu, cã thÓ ω = b.d hoÆc
;
d 2π 4
μ - hÖ sè l−u l−îng, th−êng μ = 0,60 ÷ 0,62.
Ch−¬ng 4 - ChÕ ®é tiªu vµ yªu cÇu tiªu
113
C¸c gi¸ trÞ kh¸c ý nghÜa gièng nh− trªn vµ c¸ch gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh (4.4) còng t−¬ng
tù nh− tr−êng hîp ®Ëp trµn.
b) Tr−êng hîp ch¶y ngËp
Khi mùc n−íc sau èng tiªu cao h¬n ®¸y èng tiªu, khi ®ã hÖ ph−¬ng tr×nh sÏ lµ:
=
−
i
q W 2H i
0i
(4.5)
=
μω
q
0,273
2gZ
0i
⎫ ⎪ ⎬ ⎪⎭
Z - chªnh lÖch mùc n−íc th−îng h¹ l−u (mm).
C¸ch gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh nµy còng gièng c¸c tr−êng hîp trªn.
4.2. TÝnh to¸n tiªu cho c©y trång c¹n
§Æc ®iÓm cña c©y trång c¹n lµ kh¶ n¨ng chÞu ngËp kÐm, nªn cÇn tiªu khÈn tr−¬ng, m−a ®Õn ®©u lµ tiªu ®Õn ®Êy, th−êng tÝnh theo m−a ngµy. Do ®ã hÖ sè tiªu th−êng lín so víi lóa.
4.2.1. C¸c tµi liÖu cÇn thiÕt
- M−a ngµy lín nhÊt øng víi tÇn suÊt 10%.
- Thêi gian tËp trung dßng ch¶y cña l−u vùc (τ).
- HÖ sè dßng ch¶y cña l−u vùc. Khi thiÕu tµi liÖu thÝ nghiÖm cã thÓ tra b¶ng, hÖ sè nµy
phô thuéc vµo lo¹i ®Êt, ®é dèc mÆt ®Êt.
- Thêi gian kÐo dµi cña trËn m−a (t).
4.2.2. C¸ch x¸c ®Þnh thêi gian tËp trung dßng ch¶y (τ)
Thêi gian tËp trung dßng ch¶y lµ c¬ së ®Ó x¸c ®Þnh c«ng thøc tÝnh to¸n hÖ sè tiªu lín
nhÊt. Do vËy tr−íc tiªn ph¶i x¸c ®Þnh gi¸ trÞ nµy.
Gi¸ trÞ nµy th−êng ®−îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm:
1. C«ng thøc Pasini
SL3α
=τ
,
(h)
(4.6)
I
trong ®ã:
τ - thêi gian tËp trung dßng ch¶y, tÝnh theo giê (h);
S - diÖn tÝch l−u vùc tiªu (km2);
L - chiÒu dµi s−ên dèc chÝnh (km);
I - ®é dèc l−u vùc;
α - hÖ sè kinh nghiÖm, th−êng lÊy b»ng 0,102 ÷ 0,108.
Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
114
2. C«ng thøc Angaro
18,0=τ
3 SL
(4.7)
C«ng thøc nµy ¸p dông cho vïng b»ng ph¼ng, l−u vùc nhá. Gi¸ trÞ S, L cã ý nghÜa vµ
thø nguyªn nh− c«ng thøc (4.6), chØ kh¸c lµ τ tÝnh b»ng ngµy.
3. C«ng thøc Kirpich
77,0
L
=τ
(4.8)
,0
I
⎛ ⎜⎜ 0663 ⎝
⎞ ⎟⎟ ⎠
L - còng cã thø nguyªn gièng c«ng thøc trªn. C«ng thøc nµy ®−îc C«ng ty Zaika cña NhËt B¶n ¸p dông tÝnh tiªu cho khu vùc nam
Hµ Néi.
4. C«ng thøc Giadotti
+
S4
L5,1
, (h)
(4.9)
=τ
Δ
H8,0
ΔH lµ chªnh lÖch mùc n−íc gi÷a cao ®é trung b×nh cña l−u vùc vµ ®iÓm ra (m). Gi¸ trÞ
ΔH x¸c ®Þnh khã chÝnh x¸c.
4.2.3. TÝnh to¸n hÖ sè tiªu lín nhÊt cho c©y trång c¹n
HÖ sè tiªu lín nhÊt ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së h×nh thµnh dßng ch¶y trªn l−u vùc. Chia lµm ba tr−êng hîp nghiªn cøu:
1. Khi thêi gian m−a (t) lín h¬n thêi gian tËp trung dßng ch¶y (Tc), t > Tc
H×nh 4.5: §−êng qu¸ tr×nh Q ~ t khi t > Tc
Ch−¬ng 4 - ChÕ ®é tiªu vµ yªu cÇu tiªu
115
- T¹i thêi gian t = 0 b¾t ®Çu m−a Q = 0. - T¹i thêi gian t = ti: DiÖn tÝch tËp trung n−íc m−a vÒ cöa tiªu chØ chiÕm mét phÇn diÖn
tÝch g¹ch chÐo cña l−u vùc, l−u l−îng dßng ch¶y chØ lµ Qi víi Qi < Qmax.
ti
Si
H×nh 4.6: §−êng ®¼ng thêi víi t = ti t¹i thêi ®iÓm t = ti
- §Õn thêi ®iÓm t = Tc, toµn bé diÖn tÝch n−íc m−a trªn l−u vùc ®· ch¶y qua cöa tiªu, l−u l−îng dßng ch¶y t¹i cöa ra cña khu tiªu ®· ®¹t trÞ sè Qmax. Gi¸ trÞ nµy ®−îc duy tr× tõ t = Tc ®Õn t = tm.
S
S
§Õn t = tm
T¹i t = Tc H×nh 4.7: §−êng ®¼ng thêi víi t = ti t¹i thêi ®iÓm t = Tc vµ t = tm
- TÝnh to¸n l−u l−îng lín nhÊt vµ hÖ sè tiªu lín nhÊt:
σ
=
,
(m3/s)
(4.10)
Q max
PS t
=
,
(l/s-ha)
(4.11)
vµ:
q max
σ P t
trong ®ã:
σ - hÖ sè dßng ch¶y, tra theo b¶ng tra cña tµi liÖu thùc nghiÖm; P - l−îng m−a thiÕt kÕ trong thêi gian m−a (mm); t - thêi gian m−a.
Tïy theo thÝ nghiÖm cña l−îng m−a vµ thêi gian m−a mµ ta sÏ cã hÖ sè ®æi ®¬n vÞ
trong hai c«ng thøc trªn ®Ó thø nguyªn cña Qmax vµ qmax sÏ ®¹t ®−îc thø nguyªn nh− trªn.
Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
116
§Õn thêi gian t = tj sau khi ngõng m−a, phÇn ch¶y cña n−íc m−a qua cöa tiªu chØ cßn
l¹i phÇn diÖn tÝch g¹ch ë phÝa th−îng l−u cña l−u vùc tiªu (Sj) vµ Qj < Qmax
Sj
tj
H×nh 4.8: T¹i t = tj sau khi ngõng m−a
HÖ sè tiªu còng cã thÓ x¸c ®Þnh theo quan hÖ gi÷a qmax víi qTB (hÖ sè tiªu trung b×nh).
(4.12)
qmax = K.qTB
trong ®ã:
K - hÖ sè lò, th−êng K ≤ 2:
c
=
=
=
+= 1
K
(4.13)
+ Tt t
T c t
q max q
TB
σ P t σ P + Tt
c
V× tm−a < Tc nªn 1 < K < 2.
2. Khi thêi gian m−a (t) bÐ h¬n thêi gian tËp trung dßng ch¶y (Tc), t < Tc
H×nh 4.9: §−êng qu¸ tr×nh Q ~ t khi t < Tc
Ch−¬ng 4 - ChÕ ®é tiªu vµ yªu cÇu tiªu
117
- T¹i thêi gian t = ti, diÖn tÝch dßng ch¶y cña m−a chØ ®¹t mét phÇn diÖn tÝch tiªu cña
l−u vùc nªn l−u l−îng n−íc m−a ch¶y qua cöa tiªu lóc ®ã lµ Qi víi Qi < Qmax.
tm
Si
H×nh 4.10: T¹i thêi ®iÓm t = ti ®Õn t = tm
- §Õn thêi ®iÓm t = tm kÕt thóc m−a nh−ng diÖn tÝch dßng ch¶y cña m−a trªn l−u vùc kh«ng ph¶i toµn bé mµ chØ lµ mét phÇn diÖn tÝch (cã g¹ch chÐo) ch¶y qua cöa tiªu, l−u l−îng dßng ch¶y ®¹t gi¸ trÞ Qmax. Gi¸ trÞ nµy ®−îc duy tr× tõ t = tm ®Õn t = Tc, do b¶o tån sù c©n b»ng dßng ch¶y.
L−u l−îng lín nhÊt ®−îc tÝnh:
σ
i
=
Q
(4.14)
max
PS T
c
hoÆc:
(4.15)
=
q
max
σ P T
c
- T¹i thêi ®iÓm t = tk víi tm < tk < Tc DiÖn tÝch dßng ch¶y cña n−íc m−a trªn l−u vùc gåm phÇn diÖn tÝch n»m gi÷a phÇn d−íi
vµ phÇn trªn l−u vùc tiªu, diÖn tÝch vÉn gi÷ kh«ng ®æi vµ l−u l−îng vÉn ®¹t gi¸ trÞ Qmax.
- T¹i thêi ®iÓm t = Tc: DiÖn tÝch tËp trung dßng ch¶y qua cöa tiªu gåm phÇn phÝa
th−îng l−u vµ vÉn gi÷ kh«ng ®æi víi Q = Qmax.
Si
Si
tK
tK - tm
Tc - tm
T¹i thêi ®iÓm t = tK
T¹i thêi ®iÓm t = Tc
H×nh 4.11
Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
118
Sj
tj
- §Õn thêi ®iÓm t = tj, sau thêi ®iÓm Tc lóc nµy diÖn tÝch tËp trung dßng ch¶y chØ cßn phÇn phÝa th−îng l−u cña l−u vùc tiªu (phÇn g¹ch chÐo) ch¶y qua cöa tiªu.
L−u l−îng dßng ch¶y n−íc m−a qua cöa tiªu
Qj víi Qj < Qmax.
HÖ sè tiªu lín nhÊt còng cã thÓ x¸c ®Þnh theo
quan hÖ:
H×nh 4.12: T¹i thêi ®iÓm t = tj (sau Tc)
=
=
K
−= 1
(4.16)
qmax = KqTB →
q max q
t m T
TB
c
σ P T c σ P + Tt
c
V× tm < Tc nªn 1 < K < 2.
3. Khi thêi gian m−a (t) b»ng thêi gian tËp trung dßng ch¶y (Tc), t = Tc
H×nh 4.13: §−êng qu¸ tr×nh Q ~ t khi t = Tc
- T¹i thêi gian t = ti, diÖn tÝch tËp trung dßng ch¶y cña n−íc m−a chØ mét phÇn diÖn
tÝch, l−u l−îng dßng ch¶y Qi < Qmax.
- T¹i thêi ®iÓm t = tm = Tc diÖn tÝch dßng ch¶y cña n−íc m−a trªn toµn l−u vùc ®Òu ch¶y qua cöa tiªu, l−u l−îng dßng ch¶y cña m−a ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt Q = Qmax sau ®ã gi¶m dÇn cho ®Õn khi Q = 0.
L−u l−îng lín nhÊt vµ hÖ sè tiªu lín nhÊt tÝnh gièng tr−êng hîp 1.
P
=
q
max
vµ qmax = KqTB víi K = 2
σ t
m
Ch−¬ng 4 - ChÕ ®é tiªu vµ yªu cÇu tiªu
119
ti
S
Si
T¹i thêi ®iÓm t = ti
T¹i thêi ®iÓm t = tm = Tc
tj
Sj
T¹i thêi ®iÓm t = tj (sau m−a)
H×nh 4.14
4.2.4. C¸ch tÝnh hÖ sè tiªu lín nhÊt cho c©y trång c¹n theo ph−¬ng ph¸p c−êng ®é
m−a giíi h¹n
Theo tµi liÖu thèng kª cña c¸c vïng, c−êng ®é m−a giíi h¹n cã thÓ x¸c ®Þnh theo c¸c
hÖ thøc:
A
n
=
=
=
=
i
,
i
,
i
,
i
At
n
A +
b
t
A n t
+
b
( t
)
trong ®ã:
i - c−êng ®é m−a giíi h¹n, th−êng ®¬n vÞ lµ mm/phót;
t - thêi gian m−a tÝnh to¸n;
A, b, n - hÖ sè thùc nghiÖm theo tõng vïng khÝ hËu.
HÖ sè tiªu lín nhÊt x¸c ®Þnh c−êng ®é m−a giíi h¹n.
XuÊt ph¸t tõ c−êng ®é m−a ®−îc tÝnh theo:
i = Atn
n
=
=
=
q
Kq
K
K
(4.17)
max
TB
σ i + t T c
σ A t + t T c
= . 0
Xem q lµ hµm cña thêi gian m−a (t), v× thÕ gi¸ trÞ qmax sÏ cã khi
dq dt
Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
120
LÊy ®¹o hµm bËc nhÊt cña hÖ thøc (4.17) vµ cho b»ng 0 ta sÏ rót ra:
=
t
(4.18)
nT c − n1
Thay (4.18) vµo (4.17) ta sÏ cã:
n
n
(4.19)
σ=
q
AK
T
max
− 1n c
− 1n
( − n1
)
X¸c ®Þnh qmax theo 3 tr−êng hîp, ta sÏ x¸c ®Þnh hÖ sè K trong c«ng thøc trªn.
1. Khi t > Tc
1K
HÖ sè K khi ®ã sÏ lµ:
T c+= t
− 1n
σ=
Thay vµo (2.19) sÏ cã:
(4.20)
q
A
T
− 1n c
max
n − n1
⎞ ⎟ ⎠
⎛ ⎜ ⎝
2. Khi t < Tc
n
1K
σ=
vµ
(4.21)
q
A
T
max
− 1n c
n − n1
T c+= t
⎞ ⎟ ⎠
⎛ ⎜ ⎝
3. Khi t = Tc
n
n
K = 2 vµ
(4.22)
σ=
q
A2
T
max
− 1n c
− 1n
( − n1
)
HÖ sè dßng ch¶y σ cã thÓ tra b¶ng 4.7.
B¶ng 4.7 - HÖ sè dßng ch¶y σ
Lo¹i ®Êt
Lo¹i ®Êt sö dông §é dèc mÆt ®Êt (°) §Êt thÞt pha c¸t §Êt sÐt §Êt thÞt võa vµ thÞt pha sÐt
0 ÷ 5 0,10 0,30 0,40
Rõng ®åi 5 ÷ 10 0,25 0,35 0,50
10 ÷ 30 0,30 0,50 0,60
0 ÷ 5 0,10 0,30 0,40
§ång cá 5 ÷ 10 0,16 0,36 0,55
10 ÷ 30 0,22 0,42 0,60
0 ÷ 5 0,30 0,50 0,60
§Êt trång trät 5 ÷ 10 0,40 0,60 0,70
10 ÷ 30 0,52 0,72 0,82
Ch−¬ng 4 - ChÕ ®é tiªu vµ yªu cÇu tiªu
121
4.3. TÝnh tiªu cho c¸c khu d©n c− ®« thÞ
4.3.1. TÝnh theo quy ph¹m
§èi víi c¸c khu d©n c−, ®« thÞ sÏ tÝnh to¸n theo tiªu chuÈn cña Bé X©y dùng.
1. §èi víi ®Þa ph−¬ng cã ®ñ tµi liÖu thñy v¨n
(
)
1
=
q
(4.23)
+
bP
+ logC1A P )nm ( t
H
trong ®ã:
q - hÖ sè tiªu tho¸t n−íc m−a (l/s-ha);
P - chu kú lÆp l¹i cña trËn m−a tÝnh to¸n (n¨m);
A1, C, m, n - c¸c h»ng sè ®Þa ph−¬ng;
m;
b - th«ng sè x¸c ®Þnh theo b = b0PP
b0 - gi¸ trÞ th«ng sè khi P = 1 n¨m;
tH - thêi gian m−a tÝnh to¸n.
2. §èi víi vïng thiÕu tµi liÖu ®o m−a tù ghi
+
P
( 20
)
20
=
(4.24)
q
+
) n qb ( t
( + logC1 )nm bP
H
C¸c gi¸ trÞ gièng c«ng thøc (4.23), chØ cã kh¸c lµ q20 (q20: C−êng ®é m−a 20 phót víi
P = 1 n¨m).
tH = tm + tr + Σt0
tm - thêi gian tËp trung n−íc m−a tõ ®iÓm xa nhÊt trªn l−u vùc ®Õn r·nh tho¸t n−íc ®−êng phè. §èi víi c¸c khu kh«ng cã m¹ng l−íi tho¸t n−íc cÇn x¸c ®Þnh cho tõng tr−êng hîp cô thÓ nh−ng tm ≥ 10 phót (®èi víi khu d©n c−), víi tiÓu khu cã m¹ng l−íi tho¸t n−íc th× tm = 5 phót;
tr - thêi gian n−íc m−a ch¶y trong r·nh ®Õn giÕng thu nhËn n−íc m−a (phót):
=
t
1,25
r
l r 60v
r
lr - chiÒu dµi r·nh (m);
vr - l−u tèc n−íc ch¶y cuèi r·nh (m/s);
t0 - thêi gian n−íc ch¶y trong èng, cèng ®Õn tiÕt diÖn tÝnh to¸n (phót):
Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
122
= ∑
t M 0
l 0 60v
0
l0 - chiÒu dµi ®o¹n èng, cèng tho¸t (m);
v0 - vËn tèc dßng ch¶y trong èng, cèng (m/s).
HÖ sè M cã quan hÖ víi ®é dèc mÆt n−íc S0 nh− sau:
Khi S0 < 0,01⇒ M = 2,0
Khi S0 = 0,01 ÷ 0,03 ⇒ M = 1,5
Khi S0 > 0,03 ⇒ M = 1,2
HÖ sè dßng ch¶y trong l−u vùc tÝnh to¸n ®−îc x¸c ®Þnh theo:
ψ = ZTBq0,2l0,1
l - chiÒu dµi l−u vùc;
ZTB - hÖ sè phñ trung b×nh cña toµn l−u vùc, cã thÓ xem Tiªu chuÈn 20TCN-51-84.
B¶ng 4.8 - HÖ sè ZTB vµ ψ
D¹ng vµ bÒ mÆt HÖ sè ψ HÖ sè ZTB
0,95 0,240 M¸i nhµ vµ mÆt ®−êng bª t«ng
0,60 0,224 MÆt ®−êng ®¸ ®Ïo vµ ®−êng nhùa
0,45 0,145 MÆt ®−êng ®¸ héc
0,40 0,125 MÆt ®−êng ®¸ d¨m kh«ng cã chÊt kÕt dÝnh
0,35 0,090 §−êng trong v−ên b»ng sái
0,30 0,064 MÆt ®Êt
0,15 0,038 B·i cá
ThÝ dô: TÝnh c−êng ®é m−a thiÕt kÕ cho Thµnh phè ViÖt Tr×. Cho biÕt:
b = 20,04
C = 0,248
n = 0,9076
q20 = 306,6 l/s-ha
P = 10 n¨m
t = 6 phót
C−êng ®é m−a tÝnh theo ViÖn KhÝ t−îng Thñy v¨n:
+
P
( 20
)
=
q
20 +
) n qb ( t
( + logC1 )n b
Ch−¬ng 4 - ChÕ ®é tiªu vµ yªu cÇu tiªu
123
0,9076
+
20 20, 04
(
)
=
≈
q
2
04 , l/s-ha
( + 306,6 1 0,248 0,9076
) +
60 20, 04
(
)
C−êng ®é m−a tiªu rÊt lín, do ®ã l−u l−îng tiªu cho thµnh phè sÏ lín, ph¶i dïng hå
®iÒu tiÕt ®Ó gi¶m nhá hÖ sè tiªu.
4.3.2. TÝnh hÖ sè tiªu cho ®« thÞ theo m« h×nh
§Ó tÝnh to¸n tiªu cho c¸c thµnh phè lín, th−êng ng−êi ta tÝnh theo m« h×nh. Th−êng cã nhiÒu lo¹i m« h×nh nh−ng m« h×nh ®−îc tÝnh to¸n tiªu cho c¸c thµnh phè ë ®©y lµ m« h×nh Transfert.
1. C¬ së cña m« h×nh
C¬ së cña m« h×nh lµ dùa vµo ph−¬ng tr×nh vi ph©n tho¸t n−íc trong thêi gian m−a:
+
=
(4.25)
( ) tQ
( )ti
( ) dQ t dt
1 K
1 K
Q(t) - c−êng ®é th¸o (mm/phót);
i(t) - c−êng ®é m−a r¬i xuèng t¹i thêi ®iÓm t (mm/phót);
K - tham sè m« h×nh, sÏ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm.
NghiÖm cña ph−¬ng tr×nh (4.25) d−íi d¹ng sai ph©n:
−
−
Δ t K
Δ t K
) Δ =
) − Δ
(
(
(
) − Δ Δ t, n t
TB
−
9,1
−
18,0
36,0
21,0
15,0
07,0
=
+
(4.26)
víi:
F07,5K
1
P
TE
L
HPE
IMP 100
⎛ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
Tham sè K ®−îc x¸c ®Þnh b×nh qu©n theo trËn m−a thiÕt kÕ tÝnh to¸n (phót);
F - diÖn tÝch l−u vùc tÝnh (ha);
P - ®é dèc trung b×nh l−u vùc (%);
IMP - % diÖn tÝch kh«ng thÊm n−íc cña l−u vùc;
TE - ®é dµi trËn m−a (phót);
L - ®é dµi ®−êng tËp trung n−íc cña l−u vùc (m);
HPE - §é cao cña m−a nette (mm).
− Q n t Q n 1 i n 1 − 1 e ⎡ ⎣ ⎤ t e ⎦ ⎡ ⎣ ⎛ ⎜ ⎤ ⎦ ⎜ ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2. ThÝ dô tÝnh hÖ sè tiªu cho Thµnh phè Hµ Néi
Khu vùc Hµ Néi ®−îc ph©n chia theo 4 s«ng: s«ng T« LÞch, s«ng SÐt, s«ng Lõ vµ s«ng
Kim Ng−u.
Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
124
1. DiÖn tÝch toµn néi thµnh vµ diÖn tÝch tõng l−u vùc s«ng:
DiÖn tÝch c¸c l−u vùc (ha) Toµn néi thµnh S«ng T« LÞch S«ng Lõ S«ng SÐt S«ng Kim Ng−u
3784 1454 560 590 1180
2. HÖ sè tiªu néi thµnh:
4
=
q
q
ni
j
ji
HÖ sè α 0,384 0,148 0,156 0,312
∑ α
1
3. KÕt qu¶ tÝnh to¸n thêi gian tËp trung dßng ch¶y (theo c«ng thøc Pasani)
L−u vùc S (km2) L (km) i (m/km) Tc (giê)
7 0,50 7,3 14,54 S«ng T« LÞch
5,4 0,40 6,2 5,60 S«ng Lõ
4,9 0,48 6,0 5,90 S«ng SÐt
7,5 0,33 5,9 11,80 S«ng Kim Ng−u
4. TrËn m−a thiÕt kÕ: 8 giê, tæng l−îng m−a 187,9mm víi tÇn suÊt 10%. HÖ sè tiªu
®−îc x¸c ®Þnh theo:
(l/s-ha)
Q
q = i
i
500 3
Qi - c−êng ®é th¸o tÝnh theo mm/phót.
5. KÕt qu¶ tÝnh to¸n hÖ sè tiªu thiÕt kÕ cho khu vùc néi thµnh Hµ Néi:
37,84 25,4 Tæng
K (phót)
L−u vùc A (ha) IMP (%) P (%) L (m) Qmax (mm/phót) qmax (l/s-ha)
S«ng T« LÞch S«ng Lõ S«ng SÐt S«ng Kim Ng−u 1454 560 590 1180 72 70 65 87 0,050 0,040 0,048 0,033 7300 6200 6000 5900 0,313 0,338 0,339 0,334 52,24 56,29 56,50 55,64 395 360 358 365
L−u l−îng tiªu lín nhÊt cña néi thµnh Hµ Néi:
Qmax = qn.Ωn = 54,46.10-3.3784 = 206,03 m3/s (khi ch−a ®iÒu tiÕt).
Tæng 3784 54,56
Ch−¬ng 4 - ChÕ ®é tiªu vµ yªu cÇu tiªu
125
4.4. TÝnh hÖ sè tiªu cho hÖ thèng
4.4.1. Tr−êng hîp kh«ng kÓ thêi gian chËm tíi
HÖ sè tiªu lín nhÊt cña hÖ thèng b»ng hîp c¸c hÖ sè tiªu thµnh phÇn. HÖ sè tiªu lín
nhÊt t¹i cöa tËp trung n−íc lµ tæng c¸c hÖ sè tiªu lín nhÊt trªn c¸c phÇn ®Êt tiªu.
n
α
α=
α+
α+
α+
+
(4.27)
q
q
q
q
...
q
i
i
l
l
q mm
ah
ah
tcdx
tcdx
ht
= ∑
= 1i
trong ®ã:
ql, qm, qah, qtcdx - hÖ sè tiªu cña c¸c lo¹i ®Êt lóa, mµu, ao hå, thæ c−, ®−êng s¸;
αl, αm, αah, αtcdx - tû lÖ diÖn tÝch cña c¸c lo¹i ®Êt trªn so víi tæng diÖn tÝch ph¶i tiªu.
4.4.2. Tr−êng hîp kÓ ®Õn thêi gian chËm tíi cña c¸c nót ra ®Õn cöa tiªu
Khi ®ã ph¶i xÐt ®Õn thêi gian chËm tíi tõ c¸c nót ra cña tõng tiÓu vïng ®Õn cöa ra cña hÖ thèng. Khi ®ã l−u l−îng lín nhÊt cña hÖ thèng vµ tiÓu vïng kh«ng xuÊt hiÖn cïng thêi ®iÓm theo ®−êng qu¸ tr×nh hÖ sè tiªu.
ThÝ dô ¸p dông:
TÝnh hÖ sè tiªu cho hÖ thèng CB theo m« h×nh m−a thiÕt kÕ 5 ngµy max víi tÇn suÊt
10% (b¶ng 4.9).
B¶ng 4.9 - Tæng diÖn tÝch cña hÖ thèng vµ diÖn tÝch c¸c lo¹i
DiÖn tÝch c¸c lo¹i (ha) Tæng diÖn tÝch (ha)
2696
ωl = 1600 0,60
ωm = 204 0,07
ωah = 270 0,10
ωtcdx = 622 0,23
HÖ sè tû lÖ α
B¶ng 4.10 - KÕt qu¶ tÝnh to¸n hÖ sè tiªu cho hÖ thèng
Ngµy q (l/s-ha) qlαl (l/s-ha) qmαm (l/s-ha) qtcαtc (l/s-ha) qahαah (l/s-ha) ql (l/s-ha) qm (l/s-ha) qtc (l/s-ha) qah (l/s-ha)
19/7 1,2 0,7 3,8 0,3 3,2 0,7 6,4 0,6 2,3
20/7 0,6 0,4 0,1 0 0,1 0 1,4 0,1 0,5
21/7 2,2 1,3 5,1 0,4 4,3 1,0 8,5 0,9 3,6
22/7 8,9 5,3 9,0 0,6 7,5 1,7 15,0 1,5 9,1
23/7 8,7 5,2 2,7 0,2 2,2 0,5 4,5 0,5 6,4
24/7 2,8 1,7 0 0 0 0 0 0 1,7
25/7 0,5 0,3 0 0 0 0 0 0 0,3
Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
126
C¸c ®Êt kh¸c tÝnh theo c«ng thøc:
=
q
,
(l/s-ha)
σ P 64,8
Trong ®ã: σm = 0,6; σah = 1; σtcdx = 0,5.
C©u hái «n tËp:
1. Môc ®Ých ý nghÜa cña viÖc tÝnh to¸n tiªu n−íc mÆt trªn hÖ thèng thñy lîi
2. C¸c tµi liÖu cÇn thiÕt ®Ó tÝnh to¸n tiªu n−íc cho lóa, c¬ së vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n
tiªu cho lóa b»ng gi¶i tÝch.
3. C¸c tµi liÖu cÇn thiÕt ®Ó tÝnh to¸n tiªu n−íc cho c©y trång c¹n, c¬ së vµ ph−¬ng
ph¸p tÝnh to¸n tiªu n−íc cho c©y trång c¹n.
4. H·y tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n tiªu n−íc cho hÖ thèng.
