Bài giảng Động lực học sông biển

ĐỘNG LỰC HỌC SÔNG BIỂN


NỢI DUNG
• Dịng chảy trong sơng
• Bùn cát sơng ngịi
• Q trình hình thành và diễn biến dịng sơng
• Các đặc trưng hình thái sơng ngịi
• Ảnh hưởng của các cơng trình trên sơng đối với diễn biến dịng sơng
• Thí nghiệm mơ hình sơng ngịi
• Động lực học cửa sơng ven biển
• Tính tốn biến hình lịng sơng


TÀI LIỆU
• Giáo trình Động lực học sơng ngịi - Võ Phán và nhiều tác giả khác - NXB Nơng
nghiệp.
• Động lực học dịng sơng và chỉnh trị sơng - Lương Phương Hậu, Trần Đình Hợi NXB Nơng nghiệp.
• Động lực học sông và chỉnh trị sông - Trần Minh Quang - NXB ĐH Quốc gia Tp.
Hồ Chí Minh.
• Động lực học sông - Nguyễn Thị Nga, Trần Thục - NXB ĐH Quốc gia Hà Nội.


TÀI LIỆU
• Pierre Y. Julien: Erosion and Sedimentation; Cambridge University Press, 1995.
• Leo C. van Rijn: Principles of Sediment Transport in Rivers, Estuaries and Coastal
Seas, 1993.
• Pierre Julien: River mechanics; Cambridge University Press, 2002.


MỞ ĐẦU

MỞ ĐẦU


MỞ ĐẦU


MỞ ĐẦU


MỞ ĐẦU
• Động lực học dịng sơng: là mơn khoa học nghiên cứu các quy luật cơ
học cơ bản trong q trình vận động và phát triển của các dịng sông ở
trạng thái tự nhiên hoặc dưới tác dụng của các cơng trình và các hoạt
động khác của con người.


MỞ ĐẦU
• Nghiên cứu động lực học sơng ngịi được tiến hành bằng 2 cách:
• Về địa lý tự nhiên: Nghiên cứu sự phân bố địa lý và quá trình phát triển của
dịng sơng; mối liên hệ giữa nhân tố địa lý tự nhiên với diễn biến dịng sơng.
Đồng thời, nghiên cứu về địa mạo lũng sông, về tác dụng giữa nhân tố động
lực và hình thái lịng sơng.
• Về mặt cơ học: Nghiên cứu kết cấu động lực của dịng sơng (nghiên cứu vấn
đề cơ học phức tạp giữa dịng chảy, bùn cát và lịng sơng). Ứng dụng những
phương pháp vật lý, cơ học và những cơng cụ tốn học để phân tích, tìm ra
quy luật diễn biến dịng sông.

MỞ ĐẦU
• Các hướng nghiên cứu động lực học sơng ngịi:
• Nghiên cứu động thái học của dịng nước trong sông, tức là nghiên cứu về kết
cấu nội bộ của dịng chảy.
• Nghiên cứu quy luật chuyển động của các chất di đẩy (bùn cát đáy) và các
chất lơ lửng trong sơng ngịi.
• Nghiên cứu động lực học của hình thái lịng sơng, quan hệ giữa hình dạng
lịng sơng và kết cấu của dòng chảy.


MỞ ĐẦU
• Các hướng nghiên cứu động lực học sơng ngịi (tiếp):
• Nghiên cứu quy luật biến hình lịng sơng trong trạng thái tự nhiên cũng như
sau khi xây dựng các cơng trình trên sơng và phương pháp tính.
• Nghiên cứu xây dựng các trạm đo đạc dịng sơng và các phịng thí nghiệm
động lực học sơng ngịi hiện đại. Đo đạc sự biến hình lịng sơng ở gần các
cơng trình trên sơng.
• Nghiên cứu nâng cao mức độ chính xác của các máy móc thiết bị đo đạc sơng
ngịi và chế tạo ra những máy móc hiện đại.


MỞ ĐẦU
• Phương pháp nghiên cứu động lực học sơng
• Phương pháp nghiên cứu trực tiếp trên sơng thiên nhiên:
• Thu thập các tài liệu thực đo của đoạn sông cần nghiên cứu, đoạn sơng mẫu hoặc đoạn
sơng tương tự

• Tiến hành phân tích các qui luật và quan hệ từ các dãy tài liệu thực đo để rút ra các kết
luận cần thiết, xác định các giá trị thích hợp cho các hệ số kinh nghiệm trong các công
thức lý thuyết, nghiên cứu xu thế phát triển của lòng sơng...

• Phân tích các ảnh vệ tinh của đoạn sơng nghiên cứu qua các thời kỳ khác nhau cũng cho
phép nghiên cứu, tìm ra qui luật diễn biến lịng sơng.


MỞ ĐẦU
• Phương pháp nghiên cứu động lực học sơng (tiếp)
• Phương pháp nghiên cứu trên mơ hình vật lý:
• Xây dựng trong phịng thí nghiệm mơ hình thu nhỏ của ngun hình (đoạn sơng thực) dựa
trên những tiêu chuẩn tương tự chặt chẽ

• Tiến hành các thí nghiệm và các đo đạc cần thiết phục vụ cho nghiên cứu trên mơ hình
• Từ các kết quả thu được trên mơ hình mà suy ra các yếu tố tương ứng trên nguyên hình.


MỞ ĐẦU
• Phương pháp nghiên cứu động lực học sơng (tiếp)
• Phương pháp nghiên cứu lý thuyết bằng mơ hình tốn:
• Trên cơ sở ứng dụng các lý thuyết cơ bản về chuyển động của chất lỏng, chuyển động của
bùn cát và diễn biến lịng sơng; tiến hành phân tích các tài liệu thực đo, đơn giản hoá một
cách hợp lý điều kiện bài tốn, lập thuật tốn và tìm lời giải cho các vấn đề nghiên cứu.
• Lời giải có thể là lời giải giải tích (các quan hệ toán học) hoặc lời giải số trị (các dãy số trị
tại các thời điểm và các vị trí xác định).


DỊNG CHẢY TRONG SƠNG
• Phân loại dịng chảy trong sơng
• Đặc điểm của dịng chảy trong sơng
• Dịng chảy rối trong sơng
• Dịng chảy vịng trong sơng cong

PHÂN LOẠI DỊNG CHẢY TRONG SƠNG
• Chảy tầng và chảy rối
• Chảy tầng là trạng thái chảy trong đó các phần tử chất lỏng chuyển động
theo những tầng lớp riêng biệt, khơng xáo trộn vào nhau.
• Chảy rối là trạng thái chảy trong đó các phần tử chất lỏng chuyển động
một cách hỗn loạn, vơ trật tự.
• Chảy phân giới là trạng thái chảy quá độ từ chảy tầng sang chảy rối hay
từ chảy rối sang chảy tầng.


PHÂN LOẠI DỊNG CHẢY TRONG SƠNG
• Chảy tầng và chảy rối
Re =

u.R



• u: vận tốc trung bình mặt cắt
• R: bán kính thủy lực
• : hệ số nhớt động học của chất lỏng


PHÂN LOẠI DỊNG CHẢY TRONG SƠNG
• Chảy tầng và chảy rối
• Dịng chảy trong sơng thiên nhiên hầu hết thuộc trạng thái chảy rối
• Trạng thái chảy tầng chỉ xuất hiện tại một lớp rất mỏng sát biên sông gọi là
lớp mỏng chảy tầng sát vách.

PHÂN LOẠI DỊNG CHẢY TRONG SƠNG
• Dịng chảy ổn định và khơng ổn định
• Căn cứ vào các yếu tố chuyển động có phụ thuộc vào thời gian hay khơng
mà dịng chảy được phân biệt thành hai loại:
• Dịng chảy khơng ổn định là dịng chảy trong đó các yếu tố chuyển
động thay đổi theo thời gian.
• Dịng chảy ổn định là dịng chảy trong đó các yếu tố chuyển động
không đổi theo thời gian.


PHÂN LOẠI DỊNG CHẢY TRONG SƠNG
• Dịng chảy đều và khơng đều
• Căn cứ vào yếu tố chuyển động có phụ thuộc vào khơng gian (chiều dài
dịng chảy) hay khơng mà dịng chảy được phân biệt thành hai loại:
• Dịng chảy khơng đều là dịng chảy trong đó các yếu tố chuyển động
thay đổi dọc theo chiều dài dịng chảy.
• Dịng chảy đều là dịng chảy trong đó các yếu tố chuyển động khơng
thay đổi theo chiều dài dịng chảy.


PHÂN LOẠI DỊNG CHẢY TRONG SƠNG
• Chảy êm và chảy xiết
• Trạng thái chảy êm và chảy xiết thường được phân biệt căn cứ vào số
Froude:

Fr =
• u: vận tốc dịng chảy
• g: gia tốc trọng trường

• h: độ sâu dòng chảy

u
g .h


PHÂN LOẠI DỊNG CHẢY TRONG SƠNG
• Chảy êm và chảy xiết
• Dịng chảy có Fr < 1 thuộc trạng thái chảy êm
• Dịng chảy có Fr > 1 thuộc trạng thái chảy xiết
• Dịng chảy có Fr = 1 thuộc trạng thái chảy phân giới

• Dịng chảy trong các sơng đồng bằng thường thuộc trạng thái chảy êm.
Trạng thái chảy xiết thường xuất hiện ở các sông miền núi hoặc vùng lân
cận các cấu trúc dốc đứng.


PHÂN LOẠI DỊNG CHẢY TRONG SƠNG
• Dịng chảy chính và dịng chảy thứ cấp
• Các cách phân loại kể trên nói về dịng chảy chính trong sơng, tức là dịng
chảy chảy theo phương chung, phương dọc theo lịng dẫn.
• Ngồi dịng chảy chính, trong nội bộ dịng nước sơng cịn có các dịng
chảy theo các phương khác. Các dịng chảy theo các phương khác phương
chung được gọi là dòng chảy thứ cấp.


ĐẶC ĐIỂM CỦA DỊNG CHẢY TRONG SƠNG
• Sự chuyển động thơng thường
• Coi dịng chảy trong kênh hở và trong sông là một khối thống nhất để
nghiên cứu sự chuyển động.

• Coi dịng nước chỉ vận động theo một hướng dọc, đó là phương vận động
thơng thường. Sự chuyển động này thể hiện bằng sự thay đổi lưu tốc dòng
chảy theo đường đi dọc theo chiều dòng chảy và đặc biệt là trị số và sự
phân bố lưu tốc trên mặt cắt ngang.