intTypePromotion=1
ADSENSE

Sổ tay thủy văn cầu đường - Dự báo quá trình diễn biến lòng sông part 6

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

59
lượt xem
11
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Còn đối với việc quan trắc hiện trường đối với đoạn sông nghiên cứu thì bất kỳ mô hình nào cũng là cần thiết. Mặc dầu số liệu thực đo chỉ có thể cung cấp những nhận thức định tính, nhưng vì đối tượng nghiên cứu là nguyên hình, không tồn tại vấn đề tham số tính toán trong mô hình toán có được lựa chọn thỏa đáng hay không, cũng không tổn tại vấn đề ảnh hưởng của thu nhỏ kích thước trong mô hình vật lý...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Sổ tay thủy văn cầu đường - Dự báo quá trình diễn biến lòng sông part 6

  1. t­, cã thÓ chØ sö dông m« h×nh to¸n. Trong giai ®o¹n quy ho¹ch, sö dông m« h×nh to¸n kh«ng nh÷ng cã thÓ gi¶i ®¸p c¸c vÊn ®Ò nªu trªn, mµ cßn chØ trong mét thêi gian ng¾n nghiªn cøu rÊt nhiÒu ph­¬ng ¸n, t×m ra ph­¬ng ¸n tèi ­u. Trong giai ®o¹n thiÕt kÕ, ®Ó ®i s©u nghiªn cøu mét sè vÊn ®Ò nµo ®ã, ®Æc biÖt lµ nh÷ng vÊn ®Ò cã tÝnh 3D næi bËt, cã thÓ sö dông m« h×nh vËt lý. Cßn ®èi víi viÖc quan tr¾c hiÖn tr­êng ®èi víi ®o¹n s«ng nghiªn cøu th× bÊt kú m« h×nh nµo còng lµ cÇn thiÕt. MÆc dÇu sè liÖu thùc ®o chØ cã thÓ cung cÊp nh÷ng nhËn thøc ®Þnh tÝnh, nh­ng v× ®èi t­îng nghiªn cøu lµ nguyªn h×nh, kh«ng tån t¹i vÊn ®Ò tham sè tÝnh to¸n trong m« h×nh to¸n cã ®­îc lùa chän tháa ®¸ng hay kh«ng, còng kh«ng tæn t¹i vÊn ®Ò ¶nh h­ëng cña thu nhá kÝch th­íc trong m« h×nh vËt lý, nªn nh÷ng nhËn thøc ®ã lµ v« cïng quan träng. Ngoµi ra, viÖc quan tr¾c hiÖn tr­êng ë ®o¹n s«ng nghiªn cøu cã thÓ cung cÊp cho m« h×nh to¸n vµ m« h×nh vËt lý c¸c thanh sè tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ, c¸c lo¹i sè liÖu cÇn thiÕt ®Ó kiÓm ®Þnh m« h×nh, lµ ®iÒu kh«ng thÓ thiÕu. Nh­ trªn ®· nãi, hiÖn nay m« h×nh to¸n ®ang trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn. §iÓm mÊu chèt cña c¸c nghiªn cøu chñ yÕu ®Ò cËp ®Õn 2 khÝa c¹nh: mét lµ c«ng thøc t¶i c¸t vµ c«ng thøc søc c¶n cña c¸c hÖ ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n, chóng kh¸c víi c¸c ph­¬ng tr×nh kh¸c, kh«ng ph¶i lµ c¸c c«ng thøc lý thuyÕt chÆt chÏ, mµ mang nhiÒu tÝnh chÊt kinh nghiÖm. §Æc biÖt. lµ c¸c c«ng thøc kinh nghiÖm ®ã th­êng chØ thÝch dông cho c¸c tr­êng hîp ®¬n gi¶n (1D, dßng ch¶y æn ®Þnh, bïn c¸t ®ång ®Òu vµ t¶i c¸t c©n b»ng). §èi víi c¸c vÊn ®Ò 2D, 3D, tr­êng hîp dßng ch¶y kh«ng ®Òu vµ kh«ng æn ®Þnh, bïn c¸t kh«ng ®ång ®Òu vµ t¶i c¸t kh«ng c©n b»ng... nh÷ng c«ng thøc ®ã biÕn ®æi ra sao, mÆc dÇu ®· cã nh÷ng nghiªn cøu, nh­ng vÉn ch­a thËt sù s¸ng tá, v× vËy khã lµm cho m« h×nh phï hîp víi thùc tÕ. KhÝa c¹nh thø 2 lµ, ®Ó më réng ph¹m vi sö dông cña m« h×nh, n©ng cao ®é chÝnh x¸c tÝnh to¸n, b¶o ®¶m tÝnh æn ®Þnh vµ héi tô cña c¸c nghiÖm, còng ®Ó gi¶m thiÓu dung l­îng bé nhí vµ t¨ng tèc ®é tÝnh to¸n, vÒ ph­¬ng ph¸p tÝnh cßn tån t¹i nhiÒu c¸ch lùa chän, trong viÖc vËn dông kü thuËt tÝnh to¸n cßn cã nhiÒu ®iÒu ph¶i lµm. Nh÷ng n¨m gÇn ®©y, m« h×nh to¸n ph¸t triÓn thÇn tèc, chñ yÕu thÓ hiÖn trong viÖc ®æi míi vµ c¶i tiÕn ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n. HiÓn nhiªn, ®Ó cho m« h×nh to¸n vÒ diÔn biÕn lßng s«ng ngµy cµng hoµn thiÖn, 2 ®iÓm mÊu chèt nãi trªn cßn cÇn ph¶i tèn nhiÒu c«ng søc nghiªn cøu. Kh¸c víi m« h×nh to¸n, m« h×nh vËt lý t­¬ng ®èi thµnh thôc h¬n. Lý thuyÕt t­¬ng tù lµm c¬ së cho m« h×nh vËt lý ®· gÇn nh­ ®Þnh h×nh. ThÝ nghiÖm m« h×nh s«ng lßng cøng ®· sím ®¹t ®Õn giai ®o¹n hoµn thiÖn, ®é tin cËy cña c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm lµ kh«ng cßn ph¶i nghi ngê n÷a. GÇn 30 n¨m l¹i ®©y, viÖc thiÕt kÕ vµ vËn hµnh c¸c m« h×nh lßng ®éng còng ®· tÝch lòy ®­îc nh÷ng kinh nghiÖm phong phó, kÕt qu¶ thÝ nghiÖm còng dÇn dÇn cã ®é tin cËy cao. C«ng t¸c nghiªn cøu chñ yÕu hiÖn nay lµ tiÕp tôc hoµn thiÖn ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm m« h×nh lßng ®éng. VÊn ®Ò nghiªn cøu träng ®iÓm lµ ¶nh h­ëng cña c¸c lo¹i biÕn th¸i nh­ biÕn th¸i h×nh häc, biÕn th¸i ®é dèc, biÕn th¸i thêi gian ®èi víi c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm; lùa chän vµ chÕ t¹o c¸c lo¹i c¸t m« h×nh nhÑ cã tÝnh n¨ng tèt cïng tÝnh chÊt c¬ häc cña nã.
  2. CÇn ph¶i chØ râ r»ng, trong lÜnh vùc diÔn biÕn lßng s«ng hiÖn vÉn cßn tån t¹i mét sè vÊn ®Ò mµ c¶ m« h×nh to¸n vµ m« h×nh vËt lý ®Òu ch­a gi¶i quyÕt ®­îc. VÝ nh­ nghiªn cøu biÕn h×nh trªn mÆt b»ng lßng s«ng, tøc lµ vÊn ®Ò dù b¸o s¹t lë bê s«ng, c¶ hai lo¹i m« h×nh ®Òu ch­a cã kÕt qu¶ nµo ®¸ng kÓ. M« h×nh to¸n vµ m« h×nh vËt lý, víi nh÷ng ®iÒu ®· nãi trªn, nh­ lµ hai ph­¬ng ph¸p ®éc lËp nhau. Thùc ra, hai ph­¬ng ph¸p cã thÓ kÕt hîp víi nhau ®Ó bæ trî cho nhau. VÝ dô, m« h×nh to¸n cã thÓ cung cÊp ®iÒu kiÖn biªn ®Ó m« h×nh vËt lý chØ ph¶i tiÕn hµnh trong mét ®o¹n ng¾n, gi¶m bít ®Çu t­. M« h×nh vËt lý lßng cøng cã biªn phøc t¹p cã thÓ cung cÊp sè liÖu vÒ tr­êng l­u tèc t­¬ng ®èi chÝnh x¸c cho m« h×nh to¸n tiÕn hµnh tÝnh to¸n båi xãi, mµ tr¸nh ph¶i lµm m« h×nh lßng ®éng tèn kÐm vµ khã kh¨n. Tãm l¹i, víi ý nghÜa lµ ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu hai lo¹i m« h×nh to¸n vµ m« h×nh vËt lý cã thÓ thÈm thÊu vµo nhau ®Ó cïng gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò thùc tÕ. a. Ph­¬ng ph¸p m« h×nh vËt lý M« h×nh vËt lý th­êng dïng trong nghiªn cøu diÔn biÕn lßng s«ng lµ m« h×nh thñy lùc lßng ®éng hoÆc lßng cøng vµ m« h×nh mµ dßng ch¶y lµ dßng khÝ cã ¸p, gäi t¾t lµ m« h×nh khÝ. M« h×nh thñy lùc lßng cøng chØ sö dông trong tr­êng hîp lßng s«ng kh«ng cã biÕn h×nh lín, hoÆc cã biÕn h×nh nh­ng kh«ng ¶nh h­ëng lín ®Õn vÊn ®Ò nghiªn cøu chñ yÕu: vÝ dô, tr­êng hîp chØ quan t©m ®Õn sù thay ®æi tr­êng ®éng lùc do t¸c dông cña c«ng tr×nh trªn s«ng vµ diÔn biÕn lßng s«ng ®­îc tÝnh to¸n th«ng qua sù biÕn ®æi cña c¸c yÕu tè thñy lùc ®ã. Sau ®ã, m« h×nh cã thÓ ®­îc ®¾p l¹i theo kÕt qu¶ tÝnh to¸n lý thuyÕt ®Ó tiÕp tôc nghiªn cøu tr­êng ®éng lùc trong ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh lý thuyÕt ®ã. M« h×nh khÝ th­êng chØ h¹n chÕ sö dông trong c¸c b­íc quy ho¹ch, chän ph­¬ng ¸n bè trÝ c«ng tr×nh, chØ quan t©m ®Õn c¸c kÕt qu¶ ®Þnh tÝnh ch­a yªu cÇu cao vÒ kÕt qu¶ ®Þnh l­îng. C¬ së cña ph­¬ng ph¸p m« h×nh vËt lý lµ lý thuyÕt t­¬ng tù. Nguyªn lý c¬ b¶n cña lý thuyÕt t­¬n g tù ®èi víi c¸c vÊn ®Ò c¬ häc lµ: c¸c hÖ thèng vËt chÊt chuyÓn ®éng c¬ häc trong tù nhiªn ®­îc gäi lµ t­¬ng tù khi ngo¹i h×nh cña chóng cã t­¬ng tù vÒ h×nh häc; thuéc tÝnh cña c¸c qu¸ tr×nh vËn ®éng s¶n sinh trong c¸c hÖ thèng ®ã ph¶i gièng nhau; Nh÷ng ®Þ nh l­îng cïng tÝnh chÊt ®Æc tr­ng cho hiÖn t­îng vËn ®éng cã cïng mét tû sè. XuÊt ph¸t tõ nguyªn lý trªn, ®èi víi m« h×nh thñy lùc lßng s«ng tù nhiªn, vÒ nguyªn t¾c, gi÷a m« h×nh vµ nguyªn h×nh cÇn ph¶i ®¹t ®­îc t­¬ng tù ®èi víi 3 mÆt sau:  T­¬ng tù h×nh häc: D¹ng h×nh häc cña m« h×nh vµ nguyªn h×nh ph¶i t­¬ng tù nhau: bÊt kú c¸c ®é dµi tuyÕn tÝnh nµo cña m« h×nh vµ nguyªn h×nh ®Òu cã cïng mét tû lÖ, tøc lµ:
  3. l N1 l l  N2  ...  Nn  1 l M1 l M2 l Mn (6-9) trong ®ã: lN1, lN2... lNn: biÓu thÞ c¸c ®é dµi tuyÕn tÝnh cña nguyªn h×nh; lM1, lM2, ... lMn: b¸c ®é dµi tuyÕn tÝnh cña m« h×nh, (ch÷ N biÓu thÞ nguyªn h×nh, ch÷ M biÓu thÞ m« h×nh, c¸c con sè 1, 2 ..., n, biÓu thÞ c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau); 1: h»ng sè tû lÖ ®é dµi, hay h»ng sè t­¬ng tù ®é dµi.  T­¬ng tù vÒ ®éng häc: Tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng cña m« h×nh vµ nguyªn h×nh ph¶i t­¬ng tù nhau: tèc ®é, gia tèc cña bÊt kú c¸c ®iÓm t­¬ng øng trªn m« h×nh vµ nguyªn h×nh ph¶i song song víi nhau vµ cã cïng mét tû lÖ, tøc lµ: v N1 v v  N2  ...  Nn   v v M1 v M2 v Mn (6-10) a N1 a a  N 2  ...  Nn   a a M1 a M2 a Mn (6-11) trong ®ã: v: l­u tèc; a: gia tèc; v : h»ng sè t­¬ng tù l­u tèc; a: h»ng sè t­¬ng tù gia tèc.  T­¬ng tù ®éng lùc häc: T×nh tr¹ng t¸c dông cña c¸c lùc trong m« h×nh vµ nguyªn h×nh ph¶i t­¬ng tù nhau: lùc t¸c dông lªn c¸c ®iÓm t­¬ng øng trªn m« h×nh vµ nguyªn h×nh ph¶i song song víi nhau vµ cã cïng mét tû sè, tøc lµ: fN1 f f  N 2  ...  Nn   f fM1 fM2 fMn (6-12) trong ®ã: f: biÓu thÞ lùc t¸c dông; f: h»ng sè t­¬ng tù häc.
  4. Tõ c¸c mÆt t­¬ng tù trªn, ta thÊy r»ng: - C¸c yÕu tè cña m« h×nh cã thÓ t×m ®­îc b»ng c¸ch lÊy c¸c yÕu tè t­¬ng øng cña nguyªn h×nh chia cho h»ng sè t­¬ng tù. Ng­îc l¹i, c¸c yÕu tè cña nguyªn h×nh còng t×m ®­îc b»ng c¸ch lÊy c¸c yÕu tè t­¬ng øng cña m« h×nh nh©n víi h»ng sè t­¬ng tù. - H»ng sè t­¬ng tù cña cïng mét ®¹i l­îng ë c¸c ®iÓm kh¸c nhau trong hÖ thèng ®Òu cã cïng mét trÞ sè. H»ng sè t­¬ng tù cña c¸c ®¹i l­îng kh¸c nhau th× kh«ng nhÊt thiÕt b»ng nhau. - H»ng sè t­¬ng tù lµ tû sè gi÷a 2 ®¹i l­îng cïng lo¹i, cho nªn kh«ng cã thø nguyªn. - Gäi x lµ mét ®¹i l­îng nµo ®ã, x lµ h»ng sè t­¬ng tù cña ®¹i l­îng ®ã th× sù chuyÓn hãa cña l­îng x cã thÓ øng dông cho c¶ l­îng vi ph©n dx, v× l­îng vi ph©n tuy rÊt nhá song vÉn lµ h÷u h¹n: dx = xII - xI, trong ®ã II vµ I lµ 2 ®iÓm gÇn nhau trong hÖ thèng. Cho nªn: X  X NI dX N X X NI  NII  NII   x X MII  X MI dX M X MII X MI (6-13) T­¬ng tù h×nh häc, t­¬ng tù ®éng häc vµ t­¬ng tù ®éng lùc häc gi÷a m« h×nh vµ nguyªn h×nh lµ c¸c ®iÒu kiÖn cô thÓ ®Ó b¶o ®¶m cho t­¬ng tù vÒ quy luËt vËn ®éng cña hÖ thèng. C¸c ®iÒu kiÖn t­¬ng tù trªn kh«ng ph¶i hoµn toµn ®éc lËp víi nhau ®Ó cã thÓ tù do lùa chän. Sù t­¬ng tù cña quy luËt chuyÓn ®éng yªu cÇu cïng mét hiÖn t­îng vËt lý cña m« h×nh vµ nguyªn h×nh ph¶i ®­îc m« t¶ b»ng mét ph­¬ng tr×nh vËt lý nh­ nhau. ChÝnh v× vËy, gi÷a t­¬ng tù h×nh häc, t­¬ng tù ®éng häc vµ t­¬ng tù ®éng lùc häc tån t¹i mét quan hÖ rµng buéc víi nhau, c¸c h»ng sè t­¬ng tù bÞ ph­¬ng tr×nh vËt lý khèng chÕ, kh«ng thÓ tù ý lùa chän. VÝ dô: Nghiªn cøu dßng ch¶y æn ®Þnh kh«ng ®Òu trong s«ng thiªn nhiªn, dßng ch¶y trong m« h×nh còng ph¶i tháa m·n ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®éng s au: d  v 2  v 2 n2 dZ     dx dx  2g  R 4 / 3 (6-14) øng dông ph­¬ng tr×nh trªn cho nguyªn h×nh vµ m« h×nh ta cã: d  v 2  v2 n 2 dZ N N NN    2g   R 4 / 3   dx N dx N   M (6-15)
  5. d  v2  v2 n2 dZ M M MM     4 /3   2g R dx M dx M   M (6-16) Khi m« h×nh vµ nguyªn h×nh t­¬ng tù nhau, ta cã: ZN = hZM, xN = 1xM, vN = vvM, nN = nZM, RN = RRM, gN = gvM, Thay c¸c biÓu thøc trªn vµo (6-15), ta ®­îc: 2  d v 2   2  2  v2 . n2   dZ M  h v M v n M M   dx . 2g    4 / 3        R4 / 3  l  dx M  1 g M    R M (6-17) hoÆc: 2  d v2  2 2  v2 . n2  dZ M v M vn M M   dx . 2g   4 / 3  h      R4 / 3  g h dx M M  R   M 1 (6-18) So s¸nh (6-16) vµ (6-18), ta thÊy ®iÒu kiÖn ®Ó hai ph­¬ng tr×nh nµy thèng nhÊt lµ: 2 v 1 gh (6-19) 2 2 v n vµ 1 h 4 / 3 R 1 (6-20) Nh­ vËy, (6-19) vµ (6-20) lµ nh÷ng ®iÒu kiÖn t­¬ng tù. Chó ý r»ng, khi m« h×nh ®¶m b¶o t­¬ng tù h×nh häc th× h = 1 lóc ®ã m« h×nh ®­îc gäi lµ m« h×nh chÝnh th¸i. Trong tr­êng hîp ®Ó b¶o ®¶m t­¬ng tù cho c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c, ph¶i dïng h  1, th× m« h×nh ®­îc gäi lµ m« h×nh biÕn th¸i vµ  tû sè  1 ®­îc gäi lµ hÖ sè biÕn th¸i. h - §iÒu kiÖn t­¬ng tù (6-19) th­êng gäi lµ t­¬ng tù Froude, viÕt t¾t Fr = idem.
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2