Sổ tay thủy văn cầu đường - Dự báo quá trình diễn biến lòng sông part 3

Chia sẻ: Ajdka Ajsdkj | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

77
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hình 6-9: Mặt cắt dọc lòng sông Địa hình và cấu tạo địa chất của đáy có thể đưa đến những đột biến ra khỏi đường cong liên tục, tạo ra thác, ghềnh. Những công trình nhân tạo như đập nước, công trình thủy.... cũng có thể gây ra những biến đổi lớn trên mặt cắt dọc sông. Một mặt cắt dọc sông nào đó được hình thành trên cơ sở một mặt chuẩn xâm thực. Mặt chuẩn xâm thực thường được xác định bằng mực nước trung bình ở cửa sông, hoặc những chướng ngại tự nhiên trên sông....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sổ tay thủy văn cầu đường - Dự báo quá trình diễn biến lòng sông part 3

1 - §êng ®¸y ®êng s«ng thùc tÕ mét ®o¹n s«ng; 2 - §êng ®¸y s«ng trung b×nh tõ nguån ®Õn cöa. H×nh 6-9: MÆt c¾t däc lßng s«ng §Þa h×nh vµ cÊu t¹o ®Þa chÊt cña ®¸y cã thÓ ®a ®Õn nh÷ng ®ét biÕn ra khái ®êng cong liªn tôc, t¹o ra th¸c, ghÒnh. Nh÷ng c«ng tr×nh nh©n t¹o nh ®Ëp níc, c«ng tr×nh thñy.... còng cã thÓ g©y ra nh÷ng biÕn ®æi lín trªn mÆt c¾t däc s«ng. Mét mÆt c¾t däc s«ng nµo ®ã ®îc h×nh thµnh trªn c¬ së mét mÆt chuÈn x©m thùc. MÆt chuÈn x©m thùc thêng ®îc x¸c ®Þnh b»ng mùc níc trung b×nh ë cöa s«ng, hoÆc nh÷ng chíng ng¹i tù nhiªn trªn s«ng. MÆt chuÈn x©m thùc thay ®æi, th× mÆt c¾t däc lßng s«ng nµy thay ®æi. MÆt chuÈn x©m thùc h¹ thÊp th× sÏ s¶n sinh qu¸ tr×nh xãi ngîc dßng. Ngîc l¹i, mÆt chuÈn x©m thùc n©ng lªn th× sÏ s¶n sinh qu¸ tr×nh båi l¾ng ®Ó t¸i t¹o tr¹ng th¸i c©n b»ng míi. H×nh vÏ mét mÆt c¾t däc thêng bao gåm ®êng ®¸y s«ng, c¸c ®êng mÆt níc ®Æc trng cã thÓ cã ®êng bê, hoÆc ®êng ®Ønh ®ª, cã vÏ híng dßng ch¶y tõ tr¸i sang ph¶i. § 6.3. TÝnh chÊt cña diÔn biÕn lßng s«ng DiÔn biÕn lßng s«ng v« cïng phøc t¹p, ®a d¹ng, cÇn nghiªn cøu tõ nhiÒu ph¬ng híng: thñy v¨n, thñy h×nh th¸i, thñy ®éng lùc häc vµ tríc hÕt lµ cÇn x©y dùng mét s¬ ®å khoa häc chi tiÕt cho c¸c qu¸ tr×nh ®ã. C¸c nhµ nghiªn cøu kh¸c nhau, trong c¸c thêi kú kh¸c nhau, ®· cã nh÷ng nhËn xÐt tæng quan vÒ tÝ nh chÊt cña diÔn biÕn lßng s«ng. Nh÷ng nhËn xÐt quan träng cã thÓ tËp hîp thµnh 5 ®iÓm ®îc tr×nh bµy díi ®©y. 6.3.1. T¸c ®éng gi÷a dßng níc vµ lßng dÉn lµ t¬ng hç Cã thÓ biÓu diÔn b»ng s¬ ®å sau: Dßng níc Lßng dÉn ChuyÓn ®éng cña dßng níc trong lßng s«ng lu«n lu«n q uyÕt ®Þnh tr¹ng th¸i cña lßng s«ng ®ã: ®é dèc trung b×nh ®¸y, kÝch thíc vµ h×nh d¹ng mÆt c¾t ngang, ®êng viÒn trªn mÆt b»ng, ®é nh¸m ®¸y vµ bê. MÆt kh¸c, lßng dÉn víi ®Þa h×nh vµ ®é nh¸m cña nã do dßng ch¶y t¹o ra l¹i kh«ng ngõng t¸c ®éng trë l¹i lµm thay ®æi kÕt cÊu dßng ch¶y. Hai qu¸ tr×nh nµy diÔn ra kh«ng ngõng ®Ó t¹o ra mét
thÕ c©n b»ng ®éng. YÕu tè tÝch cùc trong khèi m©u thuÉn thèng nhÊt nµy lµ dßng níc. 6.3.2. TÝnh h¹n chÕ cña c¸c tæ hîp yÕu tè tù nhiªn trong diÔn biÕn lßng s«ng Qu¸ tr×nh l©u dµi cña sù t¸c ®éng t¬ng hç gi÷a m«i trêng níc chuyÓn ®éng vµ m«i trêng r¾n h¹t rêi ®· t¸c ®éng mét c¸ch cã lùa chän ®Õn c¸c tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng cã thÓ x¶y ra. Mét sè trong c¸c th«ng sè chuyÓn ®éng, trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn lßng s«ng, bÞ lµm yÕu ®i, trong khi ®ã mét sè th«ng sè kh¸c x¸c lËp ®îc mèi quan hÖ nµo ®ã. KÕt qu¶ lµ, trong thùc tÕ chØ tån t¹i mét sè d¹ng lßng s«ng nhÊt ®Þnh. VÝ dô: tÊt c¶ lßng s«ng thiªn nhiªn ®Òu cã chiÒu réng lín h¬n nhiÒu so víi chiÒu s©u; tÊt c¶ cån c¸t ®¸y trong s«ng ®Òu cã mÆt ®ãn níc tho¶i, mÆt khuÊt níc dèc; lu tèc dßng ch¶y trong s«ng ®ång b»ng chØ h¹n chÕ trong kho¶ng 0,5  1,5m/s v.v... 6.3.3. TÝnh kh«ng liªn tôc trong diÔn biÕn lßng s«ng ChuyÓn ®éng bïn c¸t t¹o lßng ®îc tiÕn hµnh chñ yÕu b»ng c¸ch dÞch chuyÓn kh«ng liªn tôc cña c¸c khèi båi l¾ng: sãng c¸t, b·i båi, ngìng c¹n, b·i gi÷a, doi c¸t v.v... 6.3.4. Sù biÕn h×nh lßng dÉn lu«n lu«n ®i sau sù thay ®æi cña dßng níc Qu¸ tr×nh lßng s«ng diÔn ra chËm ch¹p. Nh÷ng biÕn ®æi cã thÓ nhËn biÕt cña h×nh d¹ng lßng s«ng ®îc diÔn ra trong thêi ®o¹n lín h¬n so víi chiÒu dµi cña pha dao ®éng dßng ch¶y. V× vËy trong lßng dÉn lu«n lu«n cã nh÷ng dÊu vÕt cña pha dao ®éng dßng ch¶y tríc ®ã. DÊu vÕt cña dßng ch¶y mïa c¹n cã thÓ bÞ xãa trong mïa lò tiÕp ®ã, nhng nh÷ng dÊu vÕt cña dßng ch¶y mïa lò kh«ng thÓ xãa ®i trong mïa níc c¹n sau ®ã. 6.3.5. TÝnh tù ®iÒu chØnh trong diÔn biÕn lßng s«ng Sau khi lßng dÉn biÕn ®æi, xãi hoÆc båi, ®iÒu kiÖn dßng ch¶y sÏ cã nh÷ng thay ®æi t¬ng øng, lµm cho søc t¶i c¸t cña dßng ch¶y còng th ay ®æi theo. KÕt qu¶ båi l¾ng sÏ lµm cho mÆt c¾t lßng dÉn t¹i ®o¹n s«ng ®ã thu nhá, ®é dèc t¨ng lªn. T¹i ®o¹n s«ng phÝa trªn do níc d©ng, diÖn tÝch mÆt c¾t t¨ng lªn, ®é dèc gi¶m nhá. V× vËy lîng bïn c¸t ®Õn sÏ gi¶m, trong lóc søc t¶i c¸t t¨ng lªn, lßng d Én sÏ ph¸t triÓn theo xu thÕ gi¶m nhá, ®i ®Õn ng¨n chÆn båi l¾ng tiÕp tôc. KÕt qu¶ bµo xãi sÏ lµm cho mÆt c¾t lßng dÉn t¹i ®o¹n s«ng nghiªn cøu më réng, ®é dèc gi¶m nhá. T¹i ®o¹n thîng lu do mùc níc h¹ thÊp, diÖn tÝch mÆt c¾t ít gi¶m nhá, ®é dèc t¨ng lªn, vµ v× vËy lîng bïn c¸t ®Õn sÏ t¨ng lªn trong lóc søc t¶i c¸t gi¶m xuèng. Lßng dÉn sÏ ph¸t triÓn theo xu thÕ h¹n chÕ, ®i ®Õn ng¨n chÆn kh«ng cho bµo xãi tiÕp tôc. Nãi tãm l¹i, nh÷ng biÕn h×nh lßng dÉn do t¶i c¸t kh«ng c©n b»ng t¹o ra sÏ ph¸t triÓn theo xu thÕ chÊm døt biÕn h×nh, híng ®Õn t×nh thÕ c©n b»ng t¶i c¸t.
§ 6.4. Ph¬ng tr×nh biÕn h×nh lßng s«ng Nh÷ng ph¬ng tr×nh vÒ quy luËt chuyÓn ®éng cña dßng níc, råi cña chuyÓn ®éng bïn c¸t, lÏ ra ®· cã thÓ gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò cña ®éng lùc dßng s«ng, nÕu lßng dÉn kh«ng thay ®æi. §é biÕn ®éng cña lßng dÉn buéc chóng ta ph¶i ®a vµo trong thµnh phÇn c¸c ph¬ng tr×nh ®éng lùc häc dßng s«ng mét ®iÒu kiÖn biªn ®Æc biÖt ®Ó x¸c lËp quan hÖ gi÷a sù biÕn ®æi cña lßng dÉn vµ chuyÓn ®éng cña bïn c¸t. §iÒu kiÖn biªn nµy ®îc gäi lµ ph¬ng tr×nh biÕn h×nh lßng s«ng, nã thùc chÊt lµ mét ph¬ng tr×nh liªn tôc cña chuyÓn ®éng bïn c¸t. LÊy tõ mét ®o¹n s«ng, mét l¨ng thÓ dßng ch¶y dµi dx, réng dy vµ ®é s©u h = z' - z0 nh h×nh 6-10 thÓ hiÖn ®Ó kh¶o s¸t ®iÒu kiÖn c©n b»ng bïn c¸t. 6.4.1. Kh¶o s¸t trong hÖ täa ®é vu«ng gãc [3] Ta xÐt trêng hîp chuyÓn ®éng dßng ch¶y æn ®Þnh, mét chiÒu vµ biÕn ®æi dÇn. Tríc hÕt, gi¶ thiÕt r»ng chØ cã chuyÓn q ®éng bïn c¸t theo ph¬ng däc, kh«ng cã chuyÓn s ®éng bïn c¸t theo ph¬ng ngang. Lu lîng bïn q q + s dx h c¸t ë ®©y ®îc hiÓu r»ng lµ lîng vËn chuyÓn bïn s x c¸t tæng céng cña bïn c¸t ®¸y vµ bïn c¸t l¬ löng. Lu lîng bïn c¸t ®i qua mÆt thîng lu dzo 12 vµo l¨ng thÓ qsdy, trong ®ã qs lµ lu lîng ®¬n vÞ cña bïn c¸t. Lu lîng bïn c¸t tõ l¨ng thÓ ®i qua o dx q   mÆt h¹ lu lµ  q s  s dx  dy . x   H×nh 6-10: S¬ ®å ®Ó thµnh lËp ph¬ng tr×nh Trong qu·ng thêi gian dt, hiÖu sè gi÷a thÓ tÝch bïn c¸t vµo vµ ra khái l¨ng thÓ lµ:  q s   q  dx   dydt   s dxdydt  qs   q s  x x    HiÖu sè nµy ph¶i b»ng sù biÕn ®æi cña thÓ tÝch bïn c¸t díi ®¸y cña l¨ng thÓ D1 céng víi sù biÕn ®æi cña thÓ tÝch bïn c¸t ë tr¹ng th¸i l¬ löng trong l¨ng thÓ D2. z 0 dtdxdy , D1  (1  ) dz 0 dxdy  (1  ) t trong ®ã:  lµ hÖ sè rçng cña bïn c¸t ë ®¸y. (hs) dtdxdy , D2  t trong ®ã: S lµ hµm lîng bïn c¸t trung b×nh trªn ph¬ng th¼ng ®øng.
q s z (hs) dxdydt  (1  ) 0 dxdydt  V× vËy: dxdydt .  x t t Chia tÊt c¶ cho dxdydt, ®a tÊt c¶ sè h¹ng vÒ bªn tr¸i ta cã: q s z (hs)  (1  ) 0  0 x t t (6-1) Ph¬ng tr×nh nµy biÓu thÞ díi d¹ng vi ph©n quan hÖ gi÷a biÕn h×nh ®¸y vµ chuyÓn ®éng bïn c¸t, chÝnh lµ ph¬ng tr×nh tæng qu¸t cña biÕn h×nh lßng s«ng. Trong ®iÒu kiÖn hµm lîng bïn c¸t l¬ löng nhá, hoÆc kh«ng biÕn ®æi theo thêi  ( hs) gian, cã thÓ bá qua sè h¹ng . t 6.4.2. Kh¶o s¸t trong hÖ täa ®é tù nhiªn [3] Khi tiÕn hµnh tÝnh to¸n cho lßng s«ng thiªn nhiªn, tiÖn lîi nhÊt lµ sö dông hÖ täa ®é tù nhiªn l, b. NÕu mÆt b»ng dßng ch¶y lµ uèn khóc, l¹i cÇn xÐt ®Õn sù chuyÓn ®éng ph¬ng ngang cña bïn c¸t. Trong trêng hîp kh«ng xÐt ®Õn sù thay ®æi theo thêi gian cña bïn c¸t l¬ löng ta cã: q sl q sb z  (1  ) 0  0 (6-2)  l b t Trong ®ã qsl vµ qsb lµ thµnh phÇn theo ph¬ng däc vµ ph¬ng ngang cña lu dq sb lîng bïn c¸t. DÊu céng tríc ®¹o hµm t¬ng øng víi sù di chuyÓn ngang db cña bïn c¸t theo chiÒu d¬ng cña trôc b, dÊu trõ t¬ng øng víi chiÒu ©m trôc b. TÝch ph©n ph¬ng tr×nh (6-2) theo b trong ph¹m vi gi÷a 2 ®êng dßng cña mÆt b»ng dßng ch¶y b = bi+1 - bi; vµ bá qua sù biÕn ®æi cña ®é cao theo ph¬ng ngang cña ®¸y, ta cã: ( Q sl ) z   q sb (b i1 )  q sb (b i )  (1  ) b 0  0 l t (6-3) trong ®ã: Qsl : lu lîng bïn c¸t theo ph¬ng däc trong bã dßng; qsb(bi + 1), qsb(bi): lu lîng ®¬n vÞ cña bïn c¸t theo ph¬ng ngang t¹i ®êng dßng i + l vµ ®êng dßng i; l: trôc ®èi xøng theo bã dßng.
XÐt r»ng trÞ sè qsb còng kh«ng lín vµ khã tÝnh to¸n, trong thùc tÕ, biÕn h×nh trªn mÆt ph¼ng cña lßng dÉn cã thÓ sö dông ph¬ng tr×nh biÕn h ×nh ë d¹ng ®¬n gi¶n sau: ( Qs ) z  (1  )b 0  0 l t (6-4) Trong ph¬ng tr×nh nµy chØ sè 1 trong lu lîng bïn c¸t ®îc lîc bá. §Ó thu ®îc ph¬ng tr×nh biÕn h×nh cho toµn dßng, cÇn tÝch ph©n ph¬ng tr×nh (6-2) theo ph¬ng ngang tõ mÐp níc bê nµy sang mÐp níc bê kia. Bá qua sù thay ®æi cao tr×nh ®¸y trªn ph¬ng ngang mÆt c¾t lµ kh«ng nªn. Nhng ®iÒu ®ã kÐo theo sù cÇn thiÕt ph¶i chó ý ®Õn c¶ sù thay ®æi chiÒu réng mÆt níc theo thêi gian. Ký hiÖu cËn trªn vµ díi cña tÝch ph©n lµ b 1(t) vµ b2(t) vµ cao tr×nh ®¸y ë c¸c ®iÓm mÐp níc chÝnh lµ b»ng cao tr×nh mÆt níc: Z0 (b1) = Z0 (b2) = Z’(t) dz 0 KÕt qu¶ tÝch ph©n theo b cña ®¹o hµm ®îc biÓu thÞ nh sau: dt b 2 (t)  b2 z 0   B  z 0 db  Z (b 2  b1 )  (BZ oa )  Z '   t t b1 t t t b1 (t ) 1 b2 trong ®ã, Z oa   z 0 db lµ cao tr×nh trung b×nh ®¸y trªn mÆt c¾t ngang. B b1 Do hiÖu Z' - Zoa lµ ®é s©u trung b×nh dßng ch¶y ha nªn cã thÓ viÕt: b 2 (t) z 0 Z oa B  t  B t  h a t b1 (t ) Víi kÕt qu¶ ®ã, ta cã ph¬ng tr×nh biÕn h×nh cho toµn dßng víi d¹ng sau: Qs  Z B   (1  )  B oa  h a 0 t  l t   (6-5) trong ®ã, Qs lµ lu lîng bïn c¸t cho toµn dßng. h (Z '  Z oa ) B   B a  V×:  B t t t t t trong ®ã,  = Bha lµ diÖn tÝch mÆt c¾t ít, do ®ã (6-5) ®îc viÕt thµnh: Qs  Z '    (1  )  B  0 l  t t  (6-6)