Hệ số khuếch tán đứng và sức tải phù sa của dòng chảy - NCS.ThS. Đỗ Tiến Lanh

HỆ SỐ KHUẾCH TÁN ĐỨNG VÀ SỨC TẢI<br /> PHÙ SA CỦA DÒNG CHẢY<br /> <br /> NCS. ThS. Đỗ Tiến Lanh<br /> Viện Khoa Học Thuỷ Lợi Miền Nam<br /> <br /> Tóm tắt: Hệ số khuếch tán đứng z ít được đề cập đến trong các công trình<br /> nghiên cứu về dòng chảy trong lúc vai trò của nó rất lớn trong việc phân bố phù sa và<br /> khuếch tán nhiệt, chất – Bài báo đưa ra một cách xác định z từ kết quả đo đạc mạch<br /> động lưu tốc theo chiều đứng và phân tích thứ nguyên. Từ kết quả đó đưa ra phương<br /> pháp tính sức tải phù sa và trị số của nó.<br /> <br /> <br /> I – Mở đầu<br /> <br /> Hệ số khuếch tán đứng z ( sau này kí hiệu đơn giản là ) rất ít được định lượng<br /> đầy đủ. Trong các nghiên cứu về hải dương học tuỳ theo mức độ xáo trộn người ta lấy<br />  = 1 – 10 m2/s và xem bằng hằng số trong tính toán. Với dòng chảy một chiều trong<br /> sông, kênh Van Rijn [6] xem  = max = const ở nửa trên của dòng chảy ( h ≥ Z ≥ 0.5h,<br /> với h là chiều sâu) và biến đổi theo qui luật parabol ở nửa dưới.<br /> <br /> Z Z<br />   4  max (1  ) với 0 ≤ Z ≤ h/2<br /> h h<br />  = max với h/2  Z  h<br /> <br /> Phân bố này không đúng với quan trắc thực tế mà nhiều nhà nghiên cứu nêu ra<br /> là hệ số  tăng dần từ đáy đến một trị số cực đại nào đấy trong lớp biên tại khoảng<br /> cách a « h và sau đó giảm dần tới bề mặt ( hoặc tâm ống có áp).<br /> <br /> Trong [4] Grishanin dẫn ra số liệu đo đạc của Minski và Nikitin về mạch động<br /> 2<br /> U ,z<br /> lưu tốc ( căn bậc hai của moment lưu tốc mạch động) theo chiều đứng với u* là<br /> u*<br /> tốc độ động lực ( hình 1).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1<br />  1.0<br /> <br /> 0.8 1<br /> 2<br /> 3 o Thí nghiệm kênh tưới<br /> 0.6 x Thí nghiệm của Nikitin<br />  Thí nghiệm của Minski<br /> 0.4<br /> <br /> 0.2<br /> 2<br /> 0 U ,z<br /> 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 u*<br /> Hình 1: Phân bố lưu tốc mạch động theo chiều đứng<br /> 2<br /> U, z<br /> Cường độ rối ( moment mạch động lưu tốc theo chiều đứng ) đạt trị số<br /> U *2<br /> cực đại ở khoảng cách đáy 0.16 h và chỉ ở khoảng cách này mạch động lưu tốc đứng<br /> mới đủ không gian phát triển. Chúng tôi xem mạch động lưu tốc đứng mà trị số là<br /> 2<br /> U ' z là một trong những yếu tố quan trọng tạo thành hệ số khuếch tán đứng .<br /> <br /> II/ Xác định hệ số khuếch tán đứng <br /> 2<br /> U, z<br /> Ta xem hệ số  là tỉ lệ với moment mạch động và phụ thuộc vào chiều sâu<br /> U *2<br /> h và tốc độ góc của phần tử chất lỏng. Tốc độ góc trong chuyển động của phần tử chất<br /> lỏng là:<br /> U x U z d U<br /> =  <br /> z x dz<br /> vì trong chuyển động ổn định đều U z  0 và U  U (Z ) . Vậy công thức tính <br /> 2<br /> U, z dU<br /> có dạng = 2<br /> f ( h, ) (1)<br /> U* dz<br /> Trong đó U* là tốc độ động lực<br /> Thứ nguyên của các số hạng trong (1) như sau: [  ] = L2 T-1 ; [h] = L;<br /> 2<br /> dU  -1 U, z<br />   = T ; Và =1<br /> dz U *2<br /> Cân bằng thứ nguyên cho ta dạng hàm f như sau [2]<br /> dU dU<br /> f (h, )  k1 h<br /> dz dz<br /> 2<br /> Uz 2 dU<br /> và do đó  = k1 h ) (2)<br /> U *2 dz<br /> 2<br />  Với dòng ổn định đều ở ngoài lớp mỏng chảy tầng 