Thủy văn công trình - Chương 4

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

148
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

SÔNG NGÒI VÀ SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY TRONG SÔNG I. HỆ THỐNG SÔNG NGÒI: Nước mưa khi rơi xuống đất, một phần bị tổn thất do bốc hơi, một phần đọng ở các chổ trũng và ngấm xuống đất, phần còn lại chạy dọc theo sườn dốc tạo thàng dòng chảy mặt trên các khe, suối, và chảy xuống đồng bằng trong các sông. Các sông trực tiếp chảy ra biển hay vào các hồ gọi là sông chính. Các sông chảy vào sông chính gọi là sông nhánh cấp 1. Các sông chảy vào sông nhánh cấp 1 gọi...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thủy văn công trình - Chương 4

4. CHÖÔNG SOÂNG NGOØI VAØ SÖÏ HÌNH THAØNH DOØNG CHAÛY TRONG SOÂNG I. HEÄ THOÁNG SOÂNG NGOØI: Nöôùc möa khi rôi xuoáng ñaát, moät phaàn bò toån thaát do boác hôi, moät phaàn ñoïng ôû caùc choå truõng vaø ngaám xuoáng ñaát, phaàn coøn laïi chaïy doïc theo söôøn doác taïo thaøng doøng chaûy maët treân caùc khe, suoái, vaø chaûy xuoáng ñoàng baèng trong caùc soâng. Caùc soâng tröïc tieáp chaûy ra bieån hay vaøo caùc hoà goïi laø soâng chính. Caùc soâng chaûy vaøo soâng chính goïi laø soâng nhaùnh caáp 1. Caùc soâng chaûy vaøo soâng nhaùnh caáp 1 goïi laø soâng nhaùnh caáp 2,… Taát caø caùc soâng chính vaø nhaùnh, cuøng caùc khe suoái , ao hoà ñaàm laày hôïp thaønh moät heä thoáng soâng, vaø ngöôøi ta laáy teân soâng chính ñeå ñaët teân cho heä thoáng soâng naøy. Ví du:ï heä thoáng soâng Hoàng, heä thoáng soâng Mekong. 1.1 Söï phaân boá cuûa caùc soâng nhaùnh: • Phaân boá theo hình nan quaït: Caùc soâng nhaùnh lôùn phaân boá gaàn nhau. • Phaân boá theo hình loâng chim: Caùc soâng nhaùnh phaân boá ñeàu ñaën hai beân soâng chính. • Phaân boá theo hình caønh caây: Caùc soâng nhaùnh phaân boá ñeàu ñaën hai beân soâng chính theo thöù töï töø lôùm tôùi nhoû. • Phaân boá song song: Caùc soâng nhaùnh phaân boá song song nhau beân caïnh soâng chính. Ñoái vôùi moät heä thoáng soâng lôùn, söï phaân boá caùc soâng nhaùnh thöôøng laø toå hôïp cuûa nhöõng söï phaân boá treân. http://www.ebook.edu.vn
II. LÖU VÖÏC SOÂNG: Laø phaàn ñaát maø treân ñoù nöôùc chaûy vaøo soâng (khu vöïc taäp trung nöôùc cuûa soâng). Ñöôøng phaân nöôùc cuûa löu vöïc Laø ñöôøng nôùi lieàn caùc ñieåm cao nhaát chung quanh löu vöïc, ngaên caùch löu vöïc naøy vôùi löu vöïc beân caïnh. Vì ñaây laø ñöôøng qua caùc ñieåm cao nhaát neân nöôùc möa rôi xuoáng seõ chaûy treân caùc söôøn doác ñoå vaøo hai löu vöïc cuûa hai con soâng khaùc nhau. 6 2 3 5 6 4 4 6 7 5 3 7 1 5 6 5 Soâng Y 2 2 1 7 3 6 6 5 5 4 4 7 3 5 6 4 7 Hình 1. Ñöôøng phaân nöôùc maët xaùc ñònh ranh giôùi löu vöïc cuûa soâng Y http://www.ebook.edu.vn
05 72 85 10 5 3 Caùch veõ caùc ñöôøng ñoàng möùc http://www.ebook.edu.vn
Ñeå xaùc ñònh ñöôøng phaân nöôùc caàn coù baûn ñoà ñòa hình vaø caùc ñöôøng ñaúng ñoä cao cuûa löu vöïc. Töông tö, ngöôøi ta cuõng coù ñöôøng phaân nöôùc ngaàm cuûa löu vöïc. Neáu hai ñöôøng phaân nöôùc maët vaø ngaàm truøng nhau, ta coù moät löu vöïc kín. Thöïc teá, ñöôøng phaân nöôùc ngaàm raát khoù xaùc ñònh, neân ngöôøi ta thöôøng laáy ñöôøng phaân nöùoc maët laøm ñöôøng phaân nöôùc chung cho hai löu vöïc saùt nhau. Ví duï ta coù theå xem ñöôøng phaân nöôùc cho löu vöïc trong hình 1 III. CAÙC ÑAËC TRÖNG HÌNH HOÏC CUÛA LÖU VÖÏC 1. Dieän tích F vaø tình hình phaân boá dieän tích löu vöïc Laø phaàn dieän tích naèm beân trong ñöôøng phaân nöôùc cuûa löu vöïc (ñöôïc xaùc ñònh bôûi maùy ño dieän tích (thöôøng duøng baûn ñoà tyû leä 1/5000 hay 1/10000 ñeå xaùc ñònh nhaèm ñaûm baûo ñoä chính xaùc ) Tình hình phaân boá dieän tích trong löu vöïc ñöôïc bieãu dieãn baèng ñoà thò nhö Nguoàn soâng Nguoàn soâng f2 f1 f3 A f4 f4 f3 f2 f1 A f6 f5 f7 f11 f12 f6 f5 f7 f8 f13 B f8 B f10 f9 f10 f traùi f9 f phaûi 50 100 0 Hình 2. Bieåu ñoà taêng trieån dieän tích löu vöïc Hình 3. Phaân chia dieän tích löu vöïc hình 3 vaø 4: http://www.ebook.edu.vn
Truïc tung laø chieàu daøi soâng chính, truïc hoøanh laø dieän tích löu vöïc. Beân phaûi truïc hoøanh bieãu dieãn dieän tích löu vöïc beân phaûi soâng, beân traùi truïc hoøanh bieãu dieãn dieän tích löu vöïc beân traùi soâng. Bieåu ñoà treân cho ta tình hình taêng trieån cuûa dieän tích löu vöïc soâng töø nguoàn ñeán cöûa soâng. 2. Chieàu daøi löu vöïc: L1(km) Laø chieàu daøi ñoïan gaáp khuùc noái töø cöûa soâng ñeán caùc ñieåm giöõa cuûa caùc ñoïan thaúng caét ngang löu vöïc, ñeán ñieåm xa nhaát cuûa löu vöïc. Trong thöïc teá laáy chieàu daøi soâng chính (tính töø nguoàn ñeán cöûa soâng) laøm chieàu daøi löu vöïc. 3. Chieàu roäng bình quaân cuûa löu vöïc: B (km) F B= (4.1) L1 4. Heä soá hình daïng cuûa löu vöïc: Kd Heä soá hình daïng bieåu dieãn möùc ñoä phaùt trieån cuûa löu vöïc: F L1 B B Kd = (4.2) = 2= L2 L1 L1 1 Neáu hình daïng cuûa lö vöïc caøng vuoâng thì Kd caøng tieán daàn ñeán 1. Ngöôïc laïi, neáu löu vöïc caøng heïp thì Kd caøng nhoû hôn 1. Trò soá Kd cho ta khaû naêng taäp trung luõ cuûa löu vöïc. 5. Ñoä cao bình quaân cuûa löu vöïc: Hbq (m) ∑ ai h i H bq = (4.3) (∑ a i = F ) trong ñoù: hi laø cao trình bình quaân giöõa hai ñöôøng ñoàn gmöùc. Ai laø dieän tích giöõa hai ñöôøng ñoàng möùc. 6. Ñoä doác bình quaân cuûa löu vöïc: Ibq http://www.ebook.edu.vn
∑ li I bq = ΔH (4.4) (∑ a i = F ) Trong ñoù: li laø ñoä daøi bình quaân giöõa hai ñöôøng ñoàng möùc gaàn nhau trong löu vöïc. 7. Chieàu daøi loøng soâng: L (km) Laø chieàu daøi ñöôøng nöôùc chaûy trong soâng töø nguoàn ñeán cöûa soâng. 8. Maät ñoä löôùi soâng: D (km/km2) Maät ñoä löôùi soâng ñöôïc tính baèng tyû soá giöõa toång chieàu daøi cuûa caùc soâng trong löu vöïc treân dieän tích löu vöïc: ∑L D= (4.5) F IV. LOØNG SOÂNG VAØ BAÕI SOÂNG Loøng soâng laø phaàn soâng coù nöôùc chaûy veà muøa kieät. Baõi soâng laø phaàn ñaát hai beân bôø maø ñeán muøa luõ bò ngaäp. Ranh giôùi giöõa loøng soâng vaø baõi soâng thöôøng laø choã ñòa hình thay ñoåi ñoät. Moät soâng phaùt trieån ñaày ñuû bao goàm naêm ñoïan: Nguoàn soâng, thöôïng löu soâng, trung löu soâng, haï löu soâng, vaø cöûa soâng. IV. CAÙC ÑAËC TRÖNG CHÍNH CUÛA SOÂNG 1. Hình thaùi loøng soâng treân maët baèng: a) Hieän töôïng uoán khuùc cuûa soâng: do moät nguyeân nhaân khaùch quan, seõ laøm cho höôùng di chuyeån cuûa doøng chaûy bò leäch ñi, seõ taïo neân hieän töôïng boài xoùi hai beân bôø soâng laøm cho soâng coù daïng uoán cong. Nhöõng daïng naøy ñöôïc thaáy ôû mieàn ñoàng baèng. http://www.ebook.edu.vn
b) Söï thay ñoåi hình thaùi loøng soâng treân maët baèng: Doøng nöôùc trong soâng chaûy uoán khuùc seõ taïo neân söï phaân boá vaän toác khoâng ñeàu treân moät maët caét ngang cuûa soâng, laøm cho beân bôø loõm coù vaän toác phaân boá raát lôùn, taïo neân söï xoùi moøn beân bôø loõm, vaø xa veà haï löu soâng, seõ hình thaønh caùc baõi boài . Hieän töôïng naøy theo thôøi gian caøng xaûy ra roõ reãt hôn, vaø cöù theá loøng soâng phaùt trieån daàn daàn taïo ra nhöõng baõi boài nhoû ngay giöõa soâng. 1197500 1197000 1196500 1196000 1195500 1195000 1194500 1194000 414500 415000 415500 416000 416500 417000 417500 418000 418500 419000 Hình 4. Tröôøng vaän toác soâng Tieàn ñoaïn Taân Chaâu http://www.ebook.edu.vn
1197500 m 1197000 0.03 0.2 0.02 0.1 1196500 0.01 0.0 0.00 -0.1 -0.01 -0.2 1196000 -0.02 -0.3 -0.03 -0.4 1195500 -0.04 -0.5 -0.05 -0.6 1195000 -0.06 -0.7 -0.07 -0.8 -0.08 1194500 -0.9 -0.09 -1.0 -0.10 -1.2 1194000 414500 415000 415500 416000 416500 417000 417500 418000 418500 419000 Hình 5. Boài xoùi ñoaïn soâng Tieàn Taân Chaâu http://www.ebook.edu.vn
1000 800 600 400 200 0 -200 0 200 400 600 800 1000 Hình 7. Tröôøng vaän toác ñoaïn cong soâng Luõy-Phan Thanh http://www.ebook.edu.vn
1000 m 5.0 4.0 3.0 800 2.0 1.0 0.1 600 0.0 0.0 -0.1 400 -0.2 -0.3 -0.4 200 -0.5 0 -200 0 200 400 600 800 1000 Hình 8. Dieãn bieán ñaùy ñoaïn cong Soâng Luõy-Phan Thanh http://www.ebook.edu.vn
2. Maët caét soâng: a) Maët caét doïc: laø maët caét qua truïc loøng soâng. Ngöôøi ta xaùc ñònh maët caét doïc soâng baèng cao trình taïi caùc ñieåm giöõa loøng soâng, nôi coù ñòa hình thay ñoåi roõ reät ( nôi saâu nhaát). Sau ñoù, laáy cao trình naøy laøm truïc tung, veõ theo truïc hoaønh laø chieàu daøi soâng töông öùng. b) Maët caét ngang: laø maët caét vuoâng goùc doøng chaûy 2. Ñoä doác maët nöôùc: ΔH a) Ñoä doác doïc I: (4.6) I =− L Trong ñoù, ΔH= H2- H1 H1 laø cao trình möïc nöôùc taïi maët caét 1,ôû thöôïng löu H2 laø cao trình möïc nöôùc taïi maët caét 2,ôû haï löu L laø khoaûng caùch giöõa hai maët caét 1 vaø 2. Ñoä doác I giaûm daàn töø nguoàn ñeán cöûa soâng. Ñoä doác I cuûa soâng nhoû thöôøng lôùn hôn soâng lôùn, soâng nhaùnh lôùn hôn soâng chính. Treân cuøng moät con soâng, ñoä doác maët nöôùc cuõng khaùc nhau theo töøng ñoaïn. b) Ñoä doác ngang: Ñoä doác ngang xuaát hieän do aûnh höôûng cuûa löïc Coriolic hay löïc ly taâm, taïi nhöõng ñoaïn uoán cong. Döôùi aûnh höôûng cuûa löïc Coriolic, Caùc doøng chaûy ôû Baéc Baùn caàu coù thieân Fl höôùng leäch veà beân phaûi cuûa doøng, neân möïc nöôùc ôû bôø phaûi cao hôn bôø traùi. ÔÛ G F Nam baùn caàu thì leäch veà beân traùi, neân möïc nöôùc ôû bôø traùi cao hôn bôø phaûi. Hình 9. Ñoä doác ngang soâng cuûa nöôùc döôùi aûnh höôûng cuûa löïc ly taâm Taïi nhöõng ñoaïn uoán cong, döôùi aûnh höôûng cuûa löïc ly taâm, möïc nöôùc cuûa http://www.ebook.edu.vn
bôø loõm cao hôn bôø loài. V. SÖÏ HÌNH THAØNH DOØNG CHAÛY SOÂNG NGOØI: Nöôùc möa rôi xuoáng löu vöïc, moät phaàn chaûy treân maët ñaát (doøng chaûy maët), moät phaàn ngaám xuoáng maët ñaát thaønh nöôùc ngaàm (doøng chaûy ngaàm). Taát caû caùc doøng chaûy naøy sau ñoù taäp trung vaøo soâng, sau ñoù chaûy ra cöûa ra cuûa löu vöïc. Söï luaân chuyeån nöôùc nhö theá naøy taïo ra doøng chaûy soâng ngoøi. 1. Söï hình thaønh doøng chaûy maët: a) Quaù trình möa: Doøng chaûy trong soâng ngoøi cuûa nöôùc ta chuû yeáu hình thaønh do möa rôi xuoáng löu vöïc, neân möa laø khaâu ñaàu tieân trong quaù trình hình thaønh doøng chaûy soâng ngoøi. Ngöôøi ta ñaùnh giaù moät côn möa lôùn hay nhoû qua Cöôøng ñoä möa Cöôøng ñoä möa: laø löôïng möa trong moät ñôn vò thôøi gian, Kyù hieäu laø X (mm). Cöôøng ñoä möa luoân thay ñoåi theo thôøi gian, theo khoâng gian. Trong moät löu vöïc, khu vöïc coù cöôøng ñoä möa lôùn nhaát goïi laø trung taâm möa. Trong moät traän möa, trung taâm möa cuõng thöôøng xuyeân di chuyeån. Ngöôøi ta bieãu dieãn quaù trình möa thay ñoåi theo thôøi gian nhö sau: X(mm) 200 100 giôø 2 8 10 4 6 Hình 10. Bieãu dieãn quaù trình möa theo thôøi gian http://www.ebook.edu.vn
b) Quaù trình toån thaát nöôùc: Laø löôïng nöôùc möa bò ngaám vaøo ñaát, ñoïng laïi treân thöïc vaät, boác hôi ngöôïc laïi Khi cöôøng ñoä möa nhoû hôn cöôøng ñoä thaám thì taát caû möa rôi xuoáng ñeàu bò thaám vaøo ñaát. Khi cöôøng ñoä möa lôùn hôn cöôøng ñoä thaám thì saau khi doøng thaám vaøo ñaát baõo hoøa, treân maët ñaát seõ coøn thöûa löôïng nöôùc möa, löôïng nöôùc naøy seõ laøm ñaày caùc nôi bò truõng trong löu vöïc, hoaëc traøn treân söôøn doác vaøo caùc choã truõng hôn. Löôïng nöôùc naøy seõ tieáp tuïc maát ñi do quaù trình thaám vaø boác hôi, vaø ñöôïc boå sung trong suoát traän möa. Sau côn möa, noù coù theå toàn taïi trong moät thôøi gian daøi roài môùi ngaám vaø boác hôi heát. c) Quaù trình traøn treân söôøn doác: Khi cöôøng ñoä möa lôùn hôn cöôøng ñoä thaám thì ñeán moät luùc naøo ñoù löôïong möa xuoáng lôùn hôn löôïng nöôùc thaám, luùc naøy xuaát hieän hieän töïông chaûy traøn. Thôøi gian baét ñaàu hieän töôïng chaûy traøn phuï thuoäc vaøo caáu truùc ñaát ñaù töøng nôi. Nhöõng nôi naøo ít thaám, doác nhieàu thì xuaát hieän sôùm hôn, vaø sau ñoù, neáu möa moåi luùc moät lôùn hôn thì phaïm vi chaûy traøn seõ phaùt trieån toaøn boä löu vöïc bò möa. Doøng chaûy traøn coù toác ñoä vaø beà daøy lôùp nöôùc traøn phuï thuoäc vaøo töông quan giöõa cöôøng ñoä möa vaø thaám, ñoä doác maët ñaát vaø ñoä nhaùm maët doác. Röøng caây cuõng laø nhaân toá quyeát ñònh lôùp nöôùc traøn vaø toác ñoä, cuõng nhö thôøi gian chaûy traøn. d) Quaù trình taäp trung doøng chaûy trong soâng: Nöôùc möa traøn treân söôøn doác roài taäp trung vaøo soâng. Sau ñoù chaûy trong soâng ñeán cöûa ra, ñaây laø quaù trình taäp trung doøng chaûy trong soâng. http://www.ebook.edu.vn
Quaù trình taäp trung doøng chaûy trong soâng baét ñaàu töø khi nöôùc chaûy töø söôøn doác vaøo soâng, cho ñeán khi löôïng nöôùc cuoái cuøng vaøo soâng chaûy ra heát khoûi cöûa ra cuûa löu vöïc soâng. Ñaây laø moät quaù trình thuûy ñoäng löïc raát phöùc taïp, noù lieân quan tôùi ñòa hình, ñòa chaát loøng soâng. 2. Söï hình thaønh doøng chaûy ngaàm: Khi nöôùc ngaám xuoáng ñaát, moät phaàn bò caùc reã caây huùt, moät phaàn bò mao daãn ngöôïc leân maët ñaát vaø boác hôi, phaàn coøn laïi thaám saâu xuoáng ñaát, ñeán moät luùc naøo ñoù laøm taàng ñaát ngaám bò baõo hoaø, laøm möïc nöôùc ngaàm daâng leân. Nöôùc ngaàm thaám qua caùc lôùp ñaát vaøo soâng hình thaønh doøng chaûy ngaàm. Moät phaàn doøng chaûy ngaàm coù theå chaûy qua löu vöïc khaùc, nhaát laø löu vöïc khoâng bi kheùp kín. Löôïng nöôùc ngaàm tröõ trong löu vöïc töông ñoái lôùn vaø oån ñònh, neân doøng chaûy ngaàm töông ñoái oån ñònh hôn doøng chaûy maët. Nhöõng soâng coù loøng bò baøo moøn saâu, möïc nöôùc soâng thaáp hôn möïc nöôùc ngaàm, doøng chaûy ngaàm tieáp tuïc chaûy vaøo soâng thaäm chí sau muøa möa. Ñaây laø löôïng nöôùc chuû yeáu nuoâi soâng vaøo nhöõng muøa khoâ, laøm soâng khoâng bò haïn kieät. Ñoái vôùi nhöõng soâng suoái nhoû mieàn trung du, möïc nöôùc thöôøng cao hôn möïc nöôùc baõo hoaø trong ñaát neân khoâng ñöôïc nuoác ngaàm boå sung thöôøng xuyeân. Vì theá, soâng deã bò khoâ khieät khi tôùi muøa naéng haïn. VI. NHÖÕNG NHAÂN TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN DOØNG CHAÛY SOÂNG NGOØI: 1. Nhaân toá khí haäu: Mua vaø boác hôi aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán doøng chaûy a)Nhieät ñoä maët ñeäm vaø khoâng khí, goàm coù: Maët ñaát, maët nöôùc, khoâng khí. b) AÙp suaát khong khí. c) Gioù. d) Baõo. http://www.ebook.edu.vn
e) Ñoä aåm khoâng khí (aùp suaát hôi nöôùc, baõo hoaø, ñoä aåm tuyeät ñoái, töông ñoái) f) Boác hôi (beà maët nöôùc,beà maët ñaát, qua thöïc vaät) g) Möa. 2. Nhaân toá maët ñeäm: a) Vò trí ñòa lyù vaø ñòa hình cuûa khu vöïc. b) Ñòa chaát thoã nhöôõng. c) Lôùp phuû thöïc vaät. d) Ao hoà vaø ñaàm laày. 3. Hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi: a) Caùc hoaït ñoäng noâng nghieäp: ruoäng baäc thang, bôø vuøng, bôø thöûa. hoà chöùa loaïi nhoû...(taùc duïng giöõ nöôùc) b) Caùc hoaït ñoäng laâm nghieäp: troàng caây gaây röøng, chaén gioù, luõ... c) Caùc hoaït ñoäng thuûy lôïi: Xaây döïng hoà chöùa, laøm nhaø maùy thuûy ñieän ñeå ñieàu tieát nöôùc... VII. NHÖÕNG ÑAÏI LÖÔÏNG ÑAËC TRÖNG CUÛA DOØNG CHAÛY: 12 Q = AC RJ = A R 3 J 1. Löu löôïng Q:Coâng thöùc Chezy: n 1 16 R :Coâng thöùc Manning C= n ΔE :Ñoä doác thuûy löïc (ñoä doác cuûa ñöôøng naêng ) J =− ΔL P V2 ΔE = E2 − E1 E = Z + + γ 2g 12 V = C RJ = R 3 J Coâng thöùc Chezy ñeå tính vaän toác : n Löu löôïng doøng chaûy ñeàu trong keânh coøn ñöôïc tính theo coâng thöùc Chezy: http://www.ebook.edu.vn
2. Toång löôïng doøng chaûy sau moät thôøi gian T: W=QtbT Ñoä saâu doøng chaûy : Y=(103W)/(106F) (mm) 3. Module doøng chaûy: M=(103Q)/F (lít/(s.km2)) 4. 5. Heä soá doøng chaûy: α=Y/X vôùi X laø löôïng möa töông öùng vôùi thôøi gian sinh ra W. http://www.ebook.edu.vn