Sổ tay thủy văn cầu đường - Dự báo quá trình diễn biến lòng sông part 4

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

Thêm vào BST

Báo xấu

66
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

do biến hình bờ cũng như sự lên xuống t của mực nước. Trong điều kiện có biến hình bờ, phương trình biến hình một chiều nên bổ sung thêm số hạng biểu thị sự xâm nhập của bùn cát từ 2 bờ vào dòng chảy, và phương trình (6-6)

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 4

B §¹o hµm cã thÓ kh¸c kh«ng, do biÕn h×nh bê còng nh sù lªn xuèng t cña mùc níc. Trong ®iÒu kiÖn cã biÕn h×nh bê, ph¬ng tr×nh biÕn h×nh mét chiÒu nªn bæ sung thªm sè h¹ng biÓu thÞ sù x©m nhËp cña bïn c¸t tõ 2 bê vµo dßng ch¶y, vµ ph¬ng tr×nh (6-6) biÕn thµnh: Qs  Z '    q sb  (1  )  B  0 l  t t  (6-7) trong ®ã, qsb  0 lµ thÓ tÝch bïn c¸t tõ 2 bê ®i vµo dßng ch¶y trong mét ®¬n vÞ thêi gian trªn 1 ®¬n vÞ chiÒu dµi lßng dÉn. Trong mét kÝch thíc x¸c ®Þnh cña h¹t bïn c¸t, lu lîng bïn c¸t ®¸y hÇu nh hoµn toµn quyÕt ®Þnh bëi trÞ sè vËn tèc dßng ch¶y ë mÆt c¾t ®· cho. §Æt d = const, do gs ~ vn, trong ®ã n = 4  6, tõ (6-1) ta cã thÓ viÕt: v n z o ~ t x (6-8)  z  v Tõ ®©y ta thÊy r»ng, ®iÒu kiÖn ®Ó ®¸y s«ng bÞ xãi  o  0  lµ  0 , tøc  t  x  z v  lu tèc t¨ng dÇn theo dßng ch¶y; ®iÒu kiÖn ®Ó ®¸y s«ng ®îc båi  o  0  lµ < t  t  0, tøc lµ sù gi¶m dÇn theo ®äc ®êng cña lu tèc dßng ch¶y. Trong chuyÓn ®éng ®Òu, theo (6-8) bïn c¸t chØ chuyÓn ®éng cã tÝnh chÊt tranzit, kh«ng g©y ra biÕn h×nh lßng dÉn. Nhng chóng ta kh«ng thÓ s ö dông ®îc kÕt luËn nµy, v× trong tù nhiªn tån t¹i rÊt nhiÒu yÕu tè ngÉu nhiªn, chuyÓn ®éng ®Òu trong lßng dÉn biÕn ®éng chØ gi÷ ®îc trong mét ®o¹n rÊt ng¾n, trong mét thêi gian h¹n chÕ. øng dông ph¬ng tr×nh biÕn h×nh ®Ó tÝnh to¸n lu«n lu«n ph¶i sö dông mét lßng s«ng tù nhiªn lý tëng nµo ®ã. VÝ dô, tÝnh to¸n chuyÓn ®éng cña sãng c¸t theo ph¬ng tr×nh biÕn h×nh, chóng ta buéc ph¶i coi chuyÓn ®éng ®ã lµ ph¼ng, bá qua sù biÕn ®æi cña sãng c¸t theo ph¬ng ngang. Khi tÝnh to¸n biÕn h×nh ®¸y trªn mét ®o¹n dµi h¬n chiÒu dµi sãng c¸t, chóng ta ph¶i ''quªn'' ®i sù tån t¹i cña sãng c¸t vµ tÝnh to¸n theo mét bÒ mÆt ®¸y tr¬n tru gi¶ tëng.
§ 6.5. C¸c ph¬ng ph¸p ph©n tÝch, dù b¸o diÔn biÕn lßng s«ng 6.5.1. Kh¸i qu¸t DiÔn biÕn lßng s«ng vïng ®ång b»ng trÇm tÝch lµ v« cïng phøc t¹p. Theo ®Æc trng thêi gian cã biÕn h×nh dµi kú vµ biÕn h×nh ng¾n h¹n; theo ®Æc trng kh«ng gian cã biÕn h×nh trªn ph¹m vi réng vµ biÕn h×nh côc bé; theo ®Æc trng híng ph¸t triÓn cã biÕn h×nh ®¬n híng vµ biÕn h×nh phôc quy; theo yÕu tè ¶nh hëng cã biÕn h×nh tù nhiªn vµ biÕn h×nh nh©n t¹o. YÕu tè ¶nh hëng ®Õn diÔn biÕn lßng s«ng cã thÓ kh¸i qu¸t lµ lîng níc tõ thîng lu ®Õn vµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi cña nã; lîng bïn c¸t tõ thîng lu ®Õn thµnh phÇn vµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi cña chóng; cao tr×nh mÆt chuÈn x©m thùc ë cöa ra; ®iÒu kiÖn biªn lßng dÉn v.v... V× vËy ®ßi hái tÝnh to¸n ®Þnh lîng mét c¸ch chÝnh x¸c vÒ diÔn biÕn lßng s«ng ë thêi ®iÓm hiÖn nay cßn gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n, nhng cã thÓ dùa vµo mét sè ph¬ng ph¸p ®Ó tiÕn hµnh ph©n tÝch ®Þnh tÝnh hoÆc íc tÝnh ®Þnh lîng mét c¸ch s¬ lîc. Th«ng thêng, ph©n tÝch, dù b¸o diÔn biÕn lßng s«ng ®îc tiÕn hµnh theo 3 ph¬ng ph¸p sau: - Ph¬ng ph¸p ph©n tÝch c¸c tµi liÖu thùc ®o: Dùa theo c¸c sè liÖu ®o ®¹c ®Þa h×nh, ®Þa chÊt, thñy v¨n nhiÒu n¨m, ph©n tÝch vÞ trÝ, quy m«, tèc ®é xãi, båi trªn mÆt b»ng, trªn mÆt c¾t däc, mÆt c¾t ngang, t×m ra quy luËt thèng kª vµ xu thÕ ph¸t triÓn cña ®o¹n s«ng nghiªn cøu. - Ph¬ng ph¸p m« h×nh vËt lý: Thu nhá ®o¹n s«ng nghiªn cøu l¹i trong mét khu vùc cã c¸c trang thiÕt bÞ thÝ nghiÖm, t¸i diÔn dßng ch¶y trong s«ng thiªn nhiªn theo c¸c ®Þnh luËt t¬ng tù, ®Ó quan s¸t, ®o ®¹c, vµ tõ c¸c sè liÖu ®o ®¹c t×m ra quy luËt diÔn biÕn cña ®o¹n s«ng. - Ph¬ng ph¸p m« h×nh to¸n: Dùa vµo c¸c hÖ ph¬ng tr×nh thÝch hîp cho dßng ch¶y vµ bïn c¸t t¹i ®o¹n s«ng nghiªn cøu, x¸c ®Þnh c¸c ®iÒu kiÖn biªn, ®iÒu kiÖn ban ®Çu hîp lý, t×m c¸c lêi gi¶i gi¶i tÝch hoÆc lêi gi¶i sè trÞ cho c¸c vÊn ®Ò nghiªn cøu. - Ph¬ng ph¸p ph©n tÝch ¶nh viÔn th¸m: Dùa vµo ¶nh viÔn th¸m thu thËp c¸c thêi kú kh¸c nhau, cã thÓ ®¸nh gi¸ vÒ sù diÔn biÕn xãi lë cña bê, sù tån t¹i hay mÊt ®i cña c¸c cån trªn s«ng, sù di chuyÓn cña lßng s«ng. Lîi thÕ lín nhÊt cña ph¬ng ph¸p thùc ®o lµ kh«ng bÞ h¹n chÕ bëi ®iÒu kiÖn biÕn ®æi dÇn cña dßng ch¶y, vµ cã thÓ nghiªn cøu nã t heo kh«ng gian 3 chiÒu. Nhng nã chØ thÝch hîp cho viÖc nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh diÔn biÕn trong ®iÒu kiÖn ®· cã tiÒn lÖ trong qu¸ khø, kh«ng thÓ hoµn toµn dùa vµo nã ®Ó dù b¸o t¸c ®éng cña c¸c c«ng tr×nh trong t¬ng lai. H¬n n÷a, trong ®iÒu kiÖn sè liÖu t hùc ®o hoÆc qu¸ Ýt, hoÆc kh«ng ®ång bé th× sö dông ph¬ng ph¸p nµy sÏ kh«ng ®ñ tin cËy.
Ph¬ng ph¸p m« h×nh vËt lý còng cã nh÷ng lîi thÕ cña ph¬ng ph¸p h×nh th¸i, h¬n n÷a nã cã thÓ ®Æt c«ng tr×nh trong t¬ng lai vµo m« h×nh ®Ó nghiªn cøu ¶nh hëng cña nã sÏ g©y ra. Nhng h¹n chÕ cña ph¬ng ph¸p nµy lµ rÊt khã tháa m·n c¸c ®iÒu kiÖn t¬ng tù, nhÊt lµ c¸c ®iÒu kiÖn t¬ng tù vÒ bïn c¸t, nªn cã thÓ cã nh÷ng sai lÖch nhÊt ®Þnh gi÷a m« h×nh vµ nguyªn h×nh. Ph¬ng ph¸p m« h×nh to¸n víi sù gióp ®ì cña m¸y tÝnh ®iÖn tö cã nhiÒu u ®iÓm c¶ vÒ khoa häc lÉn kinh tÕ, cho phÐp ta m« t¶ nh÷ng g× ®· x¶y ra trong qu¸ khø vµ nh÷ng g× sÏ x¶y ra trong t¬ng lai víi nh÷ng ®iÒu kiÖn thay ®æi tïy ý. Nhng hiÖn nay, ph¬ng ph¸p nµy chØ cã ®é tin cËy chÊp nhËn ®îc khi h¹n chÕ trong bµi to¸n 1D vµ phÇn nµo lµ 2D, trong ®iÒu kiÖn ph¶i cã sè liÖu ®Çu vµo chÊt lîng cao. C¸c hÖ ph¬ng tr×nh vËt lý m« t¶ hiÖn tîng phÇn lín ®Òu ®îc lËp trong ®iÒu kiÖn biÕn ®æi dÇn cña dßng ch¶y, c¸c hÖ sè søc c¶n ®Òu ®îc x¸c ®Þnh trong ®iÒu kiÖn dßng ch¶y æn ®Þnh, ®Òu, kh«ng phï hîp víi s«ng thiªn nhiªn. Theo møc ®é ph¸t triÓn ngµy cµng cao cña khoa häc kü thuËt, ph¬ng ph¸p m« h×nh to¸n sÏ ®îc hoµn thiÖn dÇn vµ trë thµnh mét ph¬ng ph¸p quan träng ®Ó nghiªn cøu diÔn biÕn lßng s«ng. Tríc m¾t kh«ng nªn chØ dùa hoµn toµn vµo mét ph¬ng ph¸p nµo, mµ nªn tïy ®iÒu kiÖn cô thÓ, kÕt hîp nhiÒu ph¬ng ph¸p kh¸c nhau ®Ó nghiªn cøu diÔn biÕn lßng s«ng. Môc ®Ých cña viÖc nghiªn cøu dù b¸o diÔn biÕn lßng s«ng lµ x¸c ®Þnh xu thÕ diÔn biÕn cña lßng dÉn trong ®iÒu kiÖn hiÖn tr¹ng vµ t¬ng lai. Lµ c¬ së cho c«ng t¸c thiÕt kÕ qui ho¹ch lËp dù ¸n c¸c c«ng tr×nh vît s«ng, chØnh trÞ s«ng vµ c¸c c«ng tr×nh t¸c ®éng ®Õn lßng s«ng, nh»m gi¶m thiÓu nh÷ng nh÷ng yÕu tè bÊt lîi ®Õn khai th¸c tæng hîp dßng s«ng cña c¸c ngµnh k inh tÕ h÷u quan. 6.5.2. Dù b¸o diÔn biÕn lßng s«ng b»ng ph¬ng ph¸p ph©n tÝch sè liÖu thùc ®o Ph©n tÝch sè liÖu thùc ®o trong ®o¹n s«ng nghiªn cøu bao gåm nh÷ng néi dung sau: a. Ph©n tÝch sè liÖu thùc ®o vÒ thñy v¨n, bïn c¸t  So s¸nh t¬ng quan dßng ch¶y bïn c¸t trong c¸c n¨m thñy v¨n. §iÒu kiÖn dßng níc vµ dßng bïn c¸t tõ thîng lu ®Õn lµ nh÷ng yÕu tè chñ yÕu ¶nh hëng ®Õn diÔn biÕn lßng s«ng. TrÞ sè, qu¸ tr×nh vµ t×nh h×nh tæ hîp cña dßng níc, bïn c¸t cã quan hÖ trùc tiÕp ®Õn kÕt qu¶ cña diÔn biÕn lßng s«ng. V× vËy, x¸c ®Þnh n¨m ®iÓn h×nh cña thñy v¨n, bïn c¸t lu«n lu«n lµ c¸ch lµm quan träng ®Ó ®i t×m nguyªn nh©n diÔn biÕn lßng s«ng. Ph¬ng ph¸p ph©n tÝch nh sau: C¨n cø vµo c¸c sè liÖu vÒ lu lîng trung b×nh nhiÒu n¨m, lîng t¶i c¸t trung b×nh nhiÒu n¨m, x¸c ®Þnh n¨m cÇn ph©n tÝch thuéc lo¹i n¨m ®iÓn h×nh nµo.
NÕu lµ n¨m níc nhiÒu, bïn c¸t Ýt th× cã lîi cho xãi lë lßng dÉn; nÕu lµ n¨m bïn c¸t nhiÒu, níc Ýt th× cã lîi cho båi tÝch; nÕu lµ n¨m níc vµ bïn c¸t ®Òu ë møc trung b×nh th× lßng dÉn cã thÓ ë tr¹ng th¸i xãi båi c©n b»ng. TiÕn thªm mét bíc, ph©n chia c¸c n¨m níc nhiÒu bïn c¸t nhiÒu; níc nhiÒu bïn c¸t trung b×nh; níc trung b×nh bïn c¸t nhiÒu; níc trung b×nh bïn c¸t Ýt v.v... Lo¹i n¨m ®iÓn h×nh kh¸c nhau th× ph¬ng híng diÔn biÕn, biªn ®é diÔn biÕn sÏ còng kh¸c nhau râ rÖt. H×nh 6-11 lµ mét vÝ dô vÒ ph©n tÝch sè liÖu thñy v¨n, bïn c¸t trªn mét ®o¹n s«ng X. Tõ h×nh ®ã cã thÓ thÊy, n¨m 1954 lµ n¨m níc nhiÒu, bïn c¸t Ýt ®iÓn h×nh; n¨m 1972 lµ n¨m níc Ýt, bïn c¸t Ýt ®iÓn h×nh; n¨m 1961 lµ n¨m níc trung b×nh bïn c¸t trung b×nh ®iÓn h×nh; n¨m 1964 lµ n¨m níc nhiÒu bïn c¸t nhiÒu ®iÓn h×nh; n¨m 1966 lµ n¨m níc Ýt bïn c¸t nhiÒu ®iÓn h×nh. /s) Lîng t¶i c¸t trung b×nh n¨m(t /s) 3 30 Lu lîng trung b×nh n¨m(10 m 3 Qóa tr×nh lu lîng trung b×nh n¨m Lu lîng TB nhiÒu n¨m 20 2 10 1 Lîng t¶i c¸t TB n¨m Lîng t¶i c¸t TB nhiÒu n¨m 0 0 1954 56 58 60 62 64 66 68 70 72 1974 H×nh 6-11: §êng qu¸ tr×nh lu lîng trung b×nh n¨m vµ lîng t¶i c¸t trung b×nh n¨m Ws 1.6 Ws 10 9 3 2 1.4 1.2 4 1 13 W 1.6 W 0 .4 0.6 0.8 1.2 1.4 0.8 8 5 0.6 7 11 12 6 0.4 H×nh 6-12: Täa ®é n¨m ®iÓn h×nh níc, bïn c¸t
H×nh 6-12 lµ täa ®é ®Ó ph©n chia n¨m ®iÓn h×nh. Hai ®êng chÐo ph©n gi¸c chia mÆt ph¼ng täa ®é vu«ng gãc thµnh 8 khu vùc, céng thªm ®êng ph©n gi¸c, tªn gäi tõng vïng giíi thiÖu trong b¶ng 6-1. B¶ng 6-1 B¶ng ph©n chia n¨m ®iÓn h×nh Sè hiÖu Sè hiÖu N¨m ®iÓn h×nh N¨m ®iÓn h×nh khu vùc khu vùc 1 Níc nhiÒu, bïn c¸t thiªn nhiÒu 8 Níc nhiÒu, bïn c¸t thiÕu Ýt 2 Níc thiªn nhiÒu, bïn c¸t nhiÒu 9 Níc nhiÒu, bïn c¸t nhiÒu 3 Níc thiªn Ýt, bïn c¸t nhiÒu 10 Níc Ýt, bïn c¸t nhiÒu 4 Níc Ýt, bïn c¸t thiªn nhiÒu 11 Níc Ýt, bïn c¸t Ýt 5 Níc Ýt, bïn c¸t thiªn Ýt 12 Níc nhiÒu, bïn c¸t Ýt 6 Níc thiªn Ýt, bïn c¸t Ýt 13 Níc trung b×nh, bïn c¸t trung b×nh 7 Níc thiªn nhiÒu, bïn c¸t Ýt  Ph©n tÝch chÕ ®é thñy lùc Ngoµi viÖc ph©n tÝch t×nh h×nh dßng níc, bïn c¸t tõ thîng lu vÒ, nÕu trong ®o¹n s«ng nghiªn cøu cßn cã sè liÖu quan tr¾c chi tiÕt vÒ thñy v¨n, bïn c¸t, cã thÓ tiÕn hµnh vÏ b×nh ®å dßng ch¶y, ph©n bè theo thêi gian vµ kh«ng gian cña lu tèc, hµm lîng bïn c¸t, c¸c ®êng ®¼ng trÞ ®êng kÝnh h¹ t lßng dÉn. Nh÷ng sè liÖu ®ã gióp chóng ta x¸c ®Þnh hÖ sè nh¸m cho c¸c ®o¹n s«ng ë c¸c mùc níc kh¸c nhau; ph©n chia vïng t¨ng tèc, gi¶m tèc cña dßng ch¶y; tÝnh to¸n ph©n phèi níc vµ bïn c¸t trong c¸c ®o¹n ph©n l¹ch, x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè, sè mò cho c¸c c«ng thøc kinh nghiÖm, tõ ®ã cã thÓ gióp ta t×m ra mèi liªn hÖ néi t¹i gi÷a hiÖn tîng xãi båi vµ c¸c yÕu tè ¶nh hëng.  X©y dùng quan hÖ lu lîng - mùc níc X©y dùng ®êng quan hÖ lu lîng - mùc níc (Q ~ H) qua c¸c thêi kú kh¸c nhau (mçi thêi kú cã thÓ lÊy kho¶ng 10  20 n¨m sao cho trong thêi kú ®ã bao gåm ®îc c¸c gi¸ trÞ Qmin, Qmax), so s¸nh c¸c ®êng cong nµy cho ta c¸c c¨n cø ®Ó ph¸n ®o¸n xu thÕ xãi båi trung b×nh cña lßng dÉn vµ sù thay ®æi kh¶ n¨ng tho¸t lò cña lßng dÉn. H×nh 6-13 thÓ hiÖn ®êng co ng quan hÖ Q~H qua 3 thêi kú cña tr¹m Hµ Néi (theo sè liÖu [3]).