Một số phương pháp tính toán thủy lực chặn dòng khi xây dựng công trình ở

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'một số phương pháp tính toán thủy lực chặn dòng khi xây dựng công trình ở', kỹ thuật - công nghệ, kiến trúc - xây dựng phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Một số phương pháp tính toán thủy lực chặn dòng khi xây dựng công trình ở

Một số phương pháp tính toán thủy lực chặn dòng khi xây dựng công trình ở vùng triều và quai đê lấn biển. PGS.TS. Hồ Sĩ Minh Bộ môn thi công,Trường đại học Thủy lợi Lời giới thiệu: Nội dung bài báo dưới đây là kết quả một phần nghiên cứu thuộc đề tai cấp Bộ: “Nghiên cứu tính toán thủy lực và công nghệ chặn dòng các công trình ở vùng triều “do Trường Đại học Thủy lợi chủ trì, PGS.TS.Hồ Sĩ Minh chủ nhiệm đề tài. Rất khó để chỉ ra một cách chính xác 1. Đặt vấn đề [1] Tính toán thuỷ lực chặn dòng các công biên giới của đoạn dòng chảy thu hẹp. trình xây dựng trên sông triều và quai đê Phạm vi lớn, bé của vùng này phụ thuộc lấn biển phụ thuộc rất nhiều yếu tố ảnh vào kích thước cửa chặn dòng, phương hưởng, đó là: dòng chảy sông, dòng triều, pháp chặn dòng, thông thường được lấy sóng; tác dụng tương hỗ giữa dòng nước và 150m ở mỗi phía thượng, hạ lưu tuyến vật liệu chặn dòng như: đất, cát, đá, khối bê thu hẹp.Đoạn dòng chảy thu hẹp chia tông, thùng chìm v.v... thành vùng tăng tốc và vùng giảm tốc, có Quá trình mặt cắt sông bị thu hẹp dần và sự phân bố lưu tốc theo các phương phụ cuối cùng bị chặn lại thì chuyển động chất thuộc hình dáng kè chặn dòng. Thông lỏng có sự thay đổi mạnh theo phương dòng thường mặt cắt ngang của kè chặn dòng chảy, theo phương ngang và theo phương lúc đầu là đỉnh nhọn, theo thời gian đứng, hơn nữa lại xẩy ra hai chiều thuận chuyển dần đỉnh rộng . Phương pháp nghịch. Sự thay đổi áp lực nước gây ra sự khép dần có thể chia thành 3 kiểu thu chuyển dịch vật liệu chặn dòng, ngược lại hẹp:Thu hẹp đứng (hình1): Vật liệu có sự chuyển động vật liệu chặn dòng với thể đổ xuống lấp dần từ bên này sang phương pháp chặn khác nhau làm thay đổi hoặc ngược lai, cũng có thể lấp từ 2 hướng dòng chảy, có dòng xoáy và rối phía.Thu hẹp bằng (hình2): Vật liệu đổ mạnh; cho nên về mặt lý luận không chỉ xuống đồng đều cho đến khi bị kín hoàn dừng lại ở nghiên cứu chất lỏng đơn thuần. toàn dòng chảy.Thu hẹp hỗn hợp Chuyển động hỗn hợp của nước và vật liệu (hình3): Lấp bằng đến một cao độ nào hạt thô là phức tạp, khó trình bày bằng lý đó rồi tiến hành lấp đứng. thuyết , kể cả chính xác bằng thực nghiệm. 1
Hinh 1: Lấp đứng Hình 2: Lấp bằng Hình 3: Lấp hỗn hợp Khi lấp đứng với độ sâu không lớn : Ở đây: Q - Lưu lượng v = m. 2 g .∆Z = m. 2 g .(H − h ) S- Diện tích vịnh triều (1) ^ Trong đó: m: hệ số lưu lượng h- Mực nước trong vịnh triều có biên độ h , H: Mực nước thượng lưu (m) 1 ⎡ ∂h ⎤ ^ ^ h = h .Sinωt , h = ω ⎢ ∂t ⎥ max h: Mực nước hạ lưu (m) ⎣⎦ v : lưu tốc trung bình mặt cắt (m/s) t - thời gian Khi lấp đứng có lạch sâu và lòng sông rộng, A- Diện tích mặt cắt ngang vịnh. theo [1]: Nếu vùng cửa chặn dòng là sâu thì ảnh 2 gU U v=m (2) gH ≈0 hưởng của ma sát bỏ qua 3 C 2d m, H được giải thích như trong (1) u = 2 g∆ h Q = mA 2 g (h1 − h2 ) 2. Phương pháp tính toán (5) 2.1. Sử dụng biểu đồ lưu tốc thiết kế [2] Hệ phương trình áp dụng: Sử dụng phương pháp số để lập quan hệ ∂Q ∂h lưu tốc, độ cao kè, biên độ triều và = −b (3) ∂S ∂t chu kỳ triều được thể hiện như hinh 4 ∂h 1 ∂Q QQ AWs =− −22+ (4) ∂S gA ∂t C A R gAR 2
Vmax h Y= oo TriÒu lªn Y= 300 Y= 200 4 Y= 15 0 Y= 100 Y= 80 3 Y= Y= 60 50 Y= 40 Y = 30 Y 2 = 25 Y= 20 Y= 15 Y= Y= 10 (a) Y= 1 1 Y= 3 2 a 1 0 -5 h 0 -1 -2 -3 -4 Y= 1 1 Y= 2 5 Y= 10 Y= Y= 15 2 Y= Y= 20 Y= 25 30 40 Y= 50 = Y = 60 3 Y 80 Y= 0 10 Y= TriÒu xuèng 150 (b) Y= 4 200 Y= 00 Y= 3 -3 T M2 BK Y= oo = Y = 10 Hình 5: Diễn biến kè chặn dòng (a) và đặc T b h 5 Ghi chó 2 BK = ChiÒu réng khu triÒu (m ) trưng vịnh triều (b) h = Biªn ®é triÒu (m) a = §é cao kÌ so víi mùc n−íc trung b×nh (m) b = ChiÒu réng cöa chÆn dßng (m) T = Chu kú triÒu (s) TM2 = Chu kú b¸n nhËt triÒu = 44700 (s) Vmax = L−u tèc lín nhÊt mÆt c¾t cöa chÆn dßng (m/s) Hình 4: Biểu đồ lưu tốc thiết kế v max Trục tung biểu diễn trị số và trục hoành ∧ Biểu đồ có 2 phần: h - Phần trên tra thông số triều lên. a biểu diễn trị số . Các đường cong trong biểu ∧ -Phần dưới tra thông số triều xuống h TM 2 Bk Trong hình 5 : đồ với hệ số γ = 10 . −3 . (6) T ∧ bS . h a - độ cao từ đỉnh kè đến mực nước trung bình (m) Điều kiện áp dụng: ∧ h - biên độ triều của chu kỳ triều thiết kế (m). L Nếu
T - chu kỳ triều thiết kế (s) 2.2.1.2 Theo phương pháp của PGS.TS • Các bước tinh toán: Hồ sĩ Minh [4], [5] a γ ∧ Tính theo (6), có , tìm đường cong 2.π .F . h ∧ = i h vmax (8) mi .bi (d − ∆z i −1 ).T vmax γ tương ứng ta có từ đó tìm được ∧ Trong đó: h i v max - Vmax khi triều lên và khi triều xuống. là lưu tốc lớn nhất mặt cắt thứ i 2.2. Phương pháp giải tích trong chu kỳ triều (m/s); 2.2.1 Vịnh triều hoặc cửa sông rộng F = B.L(m2) là diện tích kho triều ở mực nước trung bình; 2.2.1.1.Theo công thức S.J.F (Sverdrup- Jonhnson –Fleiming) -1942 [3] B - chiều rộng vịnh triều (m); 4.π .F .h L - chiều dài vịnh triều (m) v= (7) 3.T . A ∧ h - biên độ triều (m); Trong đó: mi - hệ số lưu lượng xác định ứng với v - lưu tốc ở tâm mặt cắt sông (m/s); chiều rộng cửa thu hẹp bi, m = 0.8 khi T - chu kỳ triều thiết kế (s); chưa thu hẹp hoặc thu hẹp ít (i = 0); m = 0,4 m tại cửa chặn dòng (i = m),mi xác F - diện tích bề mặt vịnh triều ứng với định phụ thuộc mức thu hẹp, có thể nội mức nước triều cao (m2); suy tuyến tính A - diện tích mặt cắt ngang sông (m2); ∧ ∧ d = d0+ h , d0 và h được thể hiện như h - là độ lớn của triều (m). ở hình (6) Công thức (7) chỉ tính sơ bộ lưu tốc ở tâm dòng chảy của mặt cắt . Từ đó có thể biết η được lưu tốc gần giáp bờ ( υ b), thông thường nếu sử dụng vật liệu bảo vệ bờ υ sông thì: υ b = có thể dùng để tính cho 2 ổn định vật liệu bảo vệ. Hình 6: Biểu diễn các thông số vịnh triều 4
Vì mực nước trong cửa chặn dòng bị giảm Theo [4] tại cửa chặn dòng có thể tính dần trong quá trình thu hẹp nên chiều sâu theo công thức: di = d - ∆zi −1 thay đổi ∧ 5.π .F . h Để tính được ∆zi −1 , giả thiết khi chưa thu Vmax = (9) A.T 2 v0 : ∆z 0 Trong đó : A thay đổi, được tính theo Ai hẹp = , với v0 là lưu tốc dòng 2g ∆z i −1 ) Ai = bi.(d - chảy khi chưa thu hẹp được xác định bằng thực đo. ∆z i −1 được tính theo các bước ở bảng 1. Quá trình tính toán được lập theo bảng 1 Theo [5], tính toán công thức (9) và tra Bảng 1. Các bước tính lưu tốc i ∆z i vmax Bước tính toán bi di 2 v0 vo ∆z0 = i=0 b0 d 2g v12 v1 d1 = d - ∆ z 0 ∆ z1 = i=1 b1 2g 2 v2 v2 ∆z 2 = d2 = d - ∆ z 1 i=2 b2 2g …… …… ……… ……. …………. 2 vn vn ∆z n = dn = d - ∆ z n −1 i=n bn 2g biểu đồ là phù hợp . Trong đó: b0 - chiều rộng sông (m). 2.2.2 Trường hợp sông triều có dòng c.v.n 2 chảy sông không đáng kể λ= (1/m) 7 2.h 3 2.π .b0 .e.λ .l = i vmax (10) mi .bi .(d − ∆z i −1 ).c(λ2 + k 2 ).T 5
c - tốc độ truyền triều có xét sức cản lòng 1 2 Q0 (1 + +) dẫn;(m/s) ∧ 2.λ 2 λ2 2 Q0 > Q1 : Vmax = (11) mi .bi .(d − ∆zi−1 ) v- lưu tốc dòng chảy sông tại tuyến xây dựng khi chưa thu hẹp (m/s); ∧ 2.2.3.2 Dòng chảy triều Q1 trội hơn dòng n - hệ số nhám của sông; chảy sông Q0 h - độ sâu lòng sông (m); 1 2 Q1 (1 + + ) l - khoảng cách từ tuyến đập tới cửa biển 2.λ 2 λ2 2 ∧ Q1 > Q0 : Vmax = (12) (m) mi .bi .(d − ∆z i −1 ) 2π ω với ω = k= T c Trong công thức (11) và (12) : T - chu kỳ triều thiết kế(s) Q0 - lưu lượng dòng chảy sông, được xem là không đổi; mi - hệ số lưu lượng, mi biến thiên từ 0,8 ÷ 0,4, tại cửa chặn dòng chọn m = 0,4; ∧ Q1 - biên độ lưu lượng triều (m3/s) bi - chiều rộng cửa thu hẹp ở giai đoạn ∧ thứ i (m); Q0 λ1 Q λ2 = = 1, ^ Q0 d - chiều sâu dòng chảy tính từ mực nước Q1 trung bình mi, bi, d, ∆z i , được giải thích như trên 2 v ∆Z I −1 = i −1 2.3. Sử dụng phần mềm DUFLOW 2 g , ở giai đoạn khi chưa thu DUFLOW là bộ phần mềm dùng để mô hình hoá 1 chiều dòng chảy và chất lượng v2 nước. Với mô đun thuỷ động lực học có ∆z = thể tính toán lưu tốc qua cửa chặn dòng. hẹp ta có: 2g Kêt quả tính toán cho dự án quai đê lấn biển Ngự hàm 4, Nga sơn , Thanh hóa là 2.2.3 .Trường hợp sông triều có dòng một ví dụ. Tuy nhiên sư dụng DUFLOW để tính toán cho vịnh triều ngắn và vịnh triều chảy sông đáng kể dài sẽ cho kêt quả phù hợp hơn. Đồng thời nó cho biết thêm diễn biền mực nước 2.2.3.1. Dòng chảy sông Q0 trội hơn dòng trong chu kỳ triều. Hình 7 là kết quả các ∧ quan hệ lưu tốc, mực nước và thời gian. chảy triều Q1 Hình 8 là quan hệ lưu tốc và tỷ lệ % diện tích thu hẹp. 6
QUA N HỆ VẬ N TỐC DÒNG CHẢ Y LỚN NHẤT V À ĐỘ MỞ Triều x uống Triều lên 2 1.2 1 1. 8 1 0.8 1. 6 0.8 1. 4 0.6 Vân tốc (m/s) 1. 2 0.6 0.4 1 Vm ) 0.4 ( /s () Zm 0.2 0. 8 0.2 0 0. 6 0 0. 4 -0.2 -0.2 0. 2 -0.4 -0.4 0 -0.6 -0.6 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0:00 12:00 0 :00 12:00 0:00 Độ mở (m) Zbãi( m) Z( m) Zbiển(m) V( m/s) Hình 7 :Quan hệ lưu tốc, mực nứơc và thời gian Hình 8: Quan hệ lưu tốc và tỷ lệ % diện tích thu hẹp 3. Kết luận Những phương pháp tính toán thủy lực nêu trên được áp dụng cho các trường hợp cụ thể khi tính lưu tốc trong giai đoạn đắp đập lấn dần và giai đoạn chặn dòng, giúp cho đơn vị thi công chuẩn bị vật liệu và phương pháp thi công phù hợp. Lưu tốc qua cửa thu hẹp hoặc qua cửa chặn dòng thay đổi theo thời gian trong chu kì triều, nó còn phụ thuộc vào cách thả vật liệu xuống dòng chảy. Ứng dụng phương pháp tính lưu tốc nào như đã giới thiệu ở trên cần xét cụ thể công trình được xây dựng trong hình thái của vùng triều đó như thế nào. Do hiện tượng thủy lực phức tạp như đã nêu trong mục 1. cho nên bất cứ một phương pháp tính toán nào cũng chỉ cho giá trị gần đúng. . Tài liệu tham khảo [1] Dr.J.J.Dronkers- Experimental research ICD-10-64, 1967.Closure of Estuarine chanels in tidal regions. Considerations on fluid motion in and around closure gaps. p.p. 1-7 [2] J.C. Huis in’t Veld - Closing of Tidal Basins , Lecture notes–IHE, 1980 [3] US Army, CERC- Shore Protection Manual, 1975. p.p 7-203 [4] Hồ Sĩ Minh - Closure of the Tidal channels and Estuaries in VietNam. Proceedings of the COPEDEC V, South Africa, p.p 1782 – 1788. 1999 [5] Hồ Sĩ Minh - Công nghệ khép kín và chặn dòng các công trình vùng triều và ven biển - Luận án Tiến sĩ kỹ thuật năm 1997. [6] Hồ Sĩ Minh - Design of encloure dam with a discharge sluice and a shipping lock in the bay of Asan in Korea. Design report at IHE, the Netherlands, 1981 Some of the methods for determination the velocity through constrict gap in cases of closing of in tidal regions and land out off the sea. 7
Abstract: The closure of the final gaps is one of the most difficult parts for the construction of the dams in tidal regions. The changes of velocities in the closure gap during the closure period can be computed. An attempt is made to introduce some formulae or the methods in which we can determinate the velocity of flow in the closure gap in order to apply in the construction of hydraulic works. These are also the results of a research part are done by working group of the Water Resources University. 8