Giáo trình đo đạc và chỉnh lý số liệu thủy văn - Chương 4 pptx

Chơng IV
Đo lu lợng nớc (
*
)
Lu lợng nớc là lợng nớc chảy qua mặt cắt ngang vuông góc với hớng chảy bình
quân trong thời gian 1 giây, ký hiệu là Q (m
3
/s). Các phơng pháp xác định lu lợng nớc
bao gồm :
+ Phơng pháp lu tốc - diện tích
+ Phơng pháp thể tích
+ Phơng pháp dùng các công trình đập tràn
+ Phơng pháp ứng dụng các công nghệ hiện đại nh siêu âm , phóng xạ .v.v
Trong đó phơng pháp lu tốc - diện tích đợc sử dụng rộng rãi ở các trạm thuỷ văn.
Dùng phơng pháp lu tốc - diện tíchđể xác định lu lợng nớc thực chất là xác định 2
yếu tố thành phần : Tốc độ dòng chảy và diện tích mặt cắt (

) . Còn các phơng pháp xác
định lu lợng khác hoặc là không thích hợp đối với việc đo đạc ngoài sông hoặc ở nớc ta
cha có điều kiện để phổ cập dụng cụ đo đạc . Do đó nội dung chủ yếu của chơng này sẽ
trình bày kỹ việc xác định lu lợng bằng phơng pháp lu tốc - diện tích.
Đ 4-1. Công trình v máy móc đo lu lợng nớc
I- Máy đo lu tốc ( máy lu tốc )
1. Nguyên lý chung của máy lu tốc :
Máy lu tốc làm việc dựa vào nguyên lý chung sau đây:
Dới tác dụng của dòng nớc, bộ phận cảm ứng của máy quay, lu tốc càng lớn thì
máy quay càng nhanh. Nhờ cơ cấu báo vòng quay và bộ phận tín hiệu ta biết đợc tổng
vòng quay N của bộ phận cảm ứng trong thời gian đo T. Từ đó tính đợc tốc độ vòng quay
trung bình n của bộ phận phản ứng. Từ quan hệ (n ~ v) của mỗi máy ta sẽ có lu tốc v từ giá
trị n.

2. Cấu tạo của một số loại máy đo lu tốc :
Máy đo lu tốc có nhiều loại khác nhau có thể phân làm 2 loại chủ yếu : Loại trục đứng
và loại trục ngang .
Loại trục đứng nh máy cốc quay LS68
Loại trục ngang nh máy cánh quạt : -3, P-21, P-99, LS25-1A, LS25-3A
Sau đây sẽ chỉ giới thiệu các bộ phận chính của 2 loại máy điển hình : Máy cánh quạt
-3, và máy cốc quay LS68.

(

) Trong thực tế việc xác định lu lợng nớc

là Đo lu tốc, đo diện tích mặt cắt ngang, tính lu lợng
nớc (1). Do đó thuật ngữ Đo lu lợng nớc (2) là cha thật chính xác, ta có thể coi thuật ngữ (2) là thuật
ngữ quy ớc, gọi tắt cho thuật ngữ (1)

46

16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
22
8

23
6
5
4
3
2
1
18
19 20
21
a)
b)
17

Hình 4-1. Máy đo lu tốc -3
a) Cấu tạo chung; b) bộ phận báo vòng quay
1. cánh quạt; 2. vỏ ổ trục; 3. khớp nối; 4. đầu dây không cách điện; 5. đầu dây cách điện với thân
máy; 6. thân máy; 7. ổ chứa đầu cắm điện; 8. đầu cắm điện; 9. ốc hãm; 10. trục máy; 11,16. thanh
kẹp đứng; 12,15. băng kẹp ngoài ổ bi; 13. ổ trục bên trong; 14. ổ trục ngoài; 17. ốc hãm bi; 18. bánh
xe răng; 19. chốt công tắc; 20. công tắc lò xo; 21. ốc giữ lò xo; 22. trục dẫn điện; 23. đuôi máy
a. Bộ phận cảm ứng của máy

-3 là cánh quạt, của máy LS68 gồm một hệ thống
phễu ghép lại gọi là cốc quay.
b. Cơ cấu báo vòng quay còn gọi là cơ cấu tính toán số vòng quay bao gồm một bánh
xe răng thờng có 20 răng. Trên bánh xe có một số điểm tiếp điện, còn gọi là chốt công tắc
(xem hình 4-1)
9
8
10

7
6
3
4
5
1
2
a)
b)

Hình 4-2. a) Máy cốc quay; b) Bộ phận báo vòng quay
1. Cốc quay, 2. Bộ phận báo vòng quay; 3. Đuôi máy; 4. ốc cân đuôi máy;
5. Cá sắt; 6. Trục máy; 7. Bánh xe răng; 8. Chốt công tắc; 9. Công tắc lò xo;
10. Chốt cách điện với thân máy
Công tắc cùng với trục dẫn điện sẽ nối liền mạch điện khi tiếp điểm điện tiếp xúc với
công tắc. Khi làm việc trục máy quay theo bộ phận cảm ứng. Bộ phận cảm ứng quay đợc
một vòng thì bánh xe dịch chuyển 1 răng. Số điểm tiếp điện của máy -3 là một, của máy

47

LS68 là bốn do đó cánh quạt quay đợc 20 vòng hoặc cốc quay quay đợc 5 vòng thì có 1
lần mạch điện đợc đóng kín, tơng ứng ta sẽ nhận đợc một tín hiệu (Hình 4-2).
c. Bộ phận tín hiệu
3
1
2

Hình 4-3. Sơ đồ bộ phận tín hiệu
1. Nguồn điện; 2, Đèn hoặc chuông;
3. Dây dẫn điện

Bộ phận tín hiệu gồm một nguồn điện pin
3Vữ4,5V, khi mạch điện đợc đóng kín thì chuông
kêu hoặc đèn sáng. Đối với một số loại máy sản xuất
sau này thì tiếp điểm điện bằng công tắc đợc thay
bằng tiếp điểm từ. Bộ phận báo vòng quay đợc thay
bằng thiết bị hiện số. Còn về nguyên lý hoạt động
chung của máy không có gì thay đổi so với các loại
máy đã giới thiệu (xem hình 4-3).
3. Các thông số của máy lu tốc :
Qua thực nghiệm ngời ta đã xác lập đợc quan
hệ giữa số vòng quay của cánh quạt (hoặc cốc quay)
và lu tốc có dạng :
22
o
vbnanv ++=
(4-1)
Trong đó : a,b - Các thông số
v
o
- Lu tốc ban đầu - độ nhạy của máy
n - Số vòng quay của cánh quạt trong một đơn vị thời gian .
Trong thực tế quan hệ (4-1) đợc biểu diễn nh hình (4-4)
Có thể chia quan hệ ( 4-4) ra làm 3 đoạn :
- Đoạn từ v
o
đến điểm K : quan hệ có dạng đờng cong theo (4-1) . Điểm K là điểm giới
hạn dới , ứng với điểm K có lu tốc giới hạn dới v
K
và số vòng quay giới hạn dới n
K

- Từ điểm K đến K
B
khi đó tốc độ ban đầu v
o
so với
lu tốc là nhỏ đo đó trong quan hệ (4-1) có thể bỏ qua v
o
và viết :

Knnbabnanv =+=+= )(
2
(4-2)
Vậy quan hệ v ~ n là đờng thẳng. Điển K
B
gọi là
điểm giới hạn trên, ứng với K
B
B
B là lu tốc cực đại mà mỗi
máy có thể đo đợc.
- Giai đoạn ngoài K
B
quan hệ v ~ n trở nên phức tạp.
Trong thực tế không cho phép máy đo với lu tốc vợt
quá điểm giới hạn trên của mỗi máy.
B
Trong quan hệ v ~ n tốc độ ban đầu v
o
đặc trng cho
tính năng của từng máy, đó là tốc độ tối thiểu của dòng nớc vừa đủ làm cho bộ phận cảm

ứng bắt đầu quay. Thông số v
o
đợc xác định qua thực nghiệm khi sản xuất máy.
V(m/s)
Vk
0
Vo
VkB
nk
K
nkB
KB

Hình 4-4. Quan hệ giữa lu tốc
và vòng quay của bộ phận cảm
ứng (v~n)

48

Tốc độ giới hạn dới v
K
đợc tính theo công thức :
v
K
=

o
v
1,7
(4-3)

Trong đó thông số đợc tính :
= 6,9 v
o
- 0,06 +
00058,0)055,03,2(
2
+
o
v
(4-4)
Thông số a,b đợc xác định nh sau : a = K( 0,99 - ) (4-5)
b =(K )
2
(4-6)
Hệ số K trong các công thức (4-2), (4-5), (4-6) gọi là bớc thuỷ lực của bộ phận cảm
ứng. Trị số K đợc xác định bằng thực nghiệm. Nếu gọi v
i
là lu tốc của tuyến kiểm định
thứ i, n
i
là tốc độ vòng quay của bộ phận cảm ứng tơng ứng ở tuyến kiểm định thứ i thì K
đợc xác định nh sau:
K =


=
=
N
i
i

N
i
i
n
v
1
1
(4-7)
Bảng 4-1. Đặc điểm cấu tạo và tính năng của một số loại máy lu tốc
Loại máy
Đờng kính
cánh quạt
(mm)
Bớc hình
học
Kr(mm)
Tốc độ ban
đầu V
0

(m/s)
Tốc độ lớn
nhất
V
k

(m/s)
Bộ phận
cảm ứng
Bộ phận

tín hiệu
Nớc sản
xuất
-3
N-
o
1 120
N-
o
2 120
250
500
0,04
0,06
5,0
5,0
Cánh
quạt
Chuông
(đèn)
Liên Xô
cũ
BM-3
N-
o
1 120
N-
o
2 120
200

500
0,04
0,06
5,0
5,0
Cánh
quạt
Chuông
(đèn)
Liên Xô
cũ
P-21
N-
o
1 120
N-
o
2 120
200
0,04
0,06
8,0
5,0
Cánh
quạt
Chuông
(đèn)
Liên Xô
cũ
P- M21

N-
o
1 120
N-
o
2 120
200
500
0,04
0,06
8,0
5,0
Cánh
quạt
Chuông
(đèn)
Liên Xô
cũ
P- 55
N-
o
1 120
N-
o
2 120
110
200
0,05
0,06
5,0

5,0
Cánh
quạt
Chuông
(đèn)
Liên Xô
cũ
P-11
N-
o
1 120
N-
o
2 120
110
200
0,06
0,10
5,0
5,0
Cánh
quạt
Tổn
g
vòn
g

quay
Liên Xô
cũ

P-11M
N-
o
1 120
N-
o
2 120
110
200
0,05
0,08
5,0
5,0
Cánh
quạt
Tổn
g
vòn
g

quay
Liên Xô
cũ
LS 68
N-
o
1 120
N-
o
2 120

0,04 2,5
Cốc quay
Chuông
(đèn)
Trung
Quốc
TS25-1A N-
o
1 120 250 0,05 5,0
Cánh
quạt
Hiện số
Trung
Quốc
3T2 N-
o
1 120 180 0,06 5,0
Cánh
quạt
Hiện số
Liên Xô
cũ


49

Bảng 4-2. Quan hệ giữa v
K
, v
o

,
v
o
(m/s)

v
K
(m/s) v
o
(m/s)

v
K
(m/s) v
o
(m/s)

v
K
(m/s)
0,015 0,057 0,371 0,045 0,305 0,571 0,075 0,577 0,695
0,020 0,105 0,427 0,050 0,350 0,594 0,080 0,623 0,714
0,025 0,136 0,470 0,055 0,395 0,615 0,085 0,669 0,732
0,030 0,175 0,500 0,060 0,440 0,636 0,090 0,715 0,750
0,035 0,216 0,527 0,065 0,486 0,656 0,095 0,761 0,768
0,040 0,260 0,549 0,070 0,532 0,676 0,096 0,807 0,785
4. Kiểm định máy lu tốc
Kiểm định máy lu tốc nhằm xác định các thông số của máy. Công tác kiểm định đợc
tiến hành sau khi sản xuất máy xong hoặc sau thời gian sử dụng quy định, hoặc khi thay thế
các chi tiết của máy

Việc kiểm định máy thờng do cơ quan chuyên ngành có t cách pháp nhân tiến hành
với đầy đủ trang thiết bị, đảm bảo độ chính xác cần thiết. Trong thực tế sản xuất, khi cần
kiểm định máy thì có thể tiến hành kiểm định máy ở thực địa.

Hình 4-5. Quan hệ v~n kiểm định ở thực địa
a. Kiểm định máy lu tốc bằng máng kiểm định.
Máng kiểm định có nhiều loại: Máng dài, máng tròn, máng hộp, loại thứ nhất và thứ
hai có thiết bị gắn máy lu tốc cần kiểm định và di chuyển trong nớc đứng yên theo các
tuyến có tốc độ khác nhau đợc xác định. Loại thứ 3 là một hộp kín có thiết bị bơm nớc

50

chảy vòng tuần hoàn với lu tốc thay đổi đợc xác định, trong khi đó máy lu tốc đợc gắn
cố định trong dòng chảy. Loại máng dài, máng tròn yêu cầu có mặt bằng xây dựng rộng,
loại hộp nhỏ gọn thích hợp cho việc kiểm định trong phòng. Ngoài ra máng kiểm định
còn có bộ phận ghi nhận tín hiệu của máy lu tốc và thời gian mỗi tuyến kiểm định.
Nguyên tắc làm việc của máng kiểm định : Khi máng kiểm định làm việc ở mỗi tuyến
hoặc mỗi cấp kiểm định ta thu đợc tốc độ chuyển động của thiết bị kéo máy hoặc tốc độ
dòng chảy và xem đó là lu tốc (v
i
). Đồng thời ta ghi đợc tổng số vòng quay N
i
của bộ
phận cảm ứng trong thời gian t
i
. Từ đó tính đợc số vòng quay n
i
trong 1 giây. Với nhiều
tuyến kiểm định ta có v
1

, v
2
, . v
n
; n
1
, n
2
, . n
n
, từ chuỗi số liệu đó ta sẽ xây dựng đợc quan
hệ v ~n cho máy lu tốc. Ngày nay nhờ sự hỗ trợ của các thiết bị kỹ thuật tiên tiến nên việc
ghi nhận các kết quả đo đạc và xây dựng quan hệ v ~n có thể đợc tự động hoá và cho kết
quả có độ chính xác cao hơn.
Kết quả kiểm định cho mỗi máy lu tốc đợc thể hiện trên hình vẽ (4-6).

Hình 4-6. Quan hệ v~n kiểm định ở máng
b. Kiểm định máy lu tốc ở thực địa:
Nơi kiểm định là một đoạn sông thẳng hay hồ có chiều dài từ 50ữ80m có chiều sâu
h2m, lu tốc v0 (sông chết), không có rong, rêu hay cỏ mọc. Chiều dài L của đoạn sông
đợc xác định với sai số cho phép 0,1 m .
Khi kiểm định ngời ta gắn máy lu tốc vào mạn thuyền (gần mũi), máy ngập trong
nớc từ 0,6 ữ1 m. Cho thuyền chuyển động đều trên đoạn sông kiểm định theo các tuyến
thẳng. Tốc độ di chuyển của thuyền trên các tuyến thay đổi nằm trong phạm vi sử dụng của
máy. Sau mỗi tuyến di chuyển của thuyền ngời ta thu đợc các tài liệu sau:
- Thời gian máy lu tốc (thuyền) chuyển động trên mỗi tuyến có chiều dài L (m)

51

- Thời gian đo của một số tín hiệu hoặc một số nhóm tín hiệu khi máy lu tốc làm

việc trên mỗi tuyến t
2
- Tỷ số vòng quay của bộ phận cảm ứng trên mỗi tuyến N với các số liệu trên sẽ xác
định đợc lu tốc bình quân v và tốc độ vòng quay tơng ứng n trên mỗi tuyến:
v =
1
t
L
(m/s)
n =
2
t
N
(vòng/s)
Từ nhiều tuyến kiểm định ta sẽ thu đợc nhiều cặp v
i
~ n
i
(số cặp trong mỗi lần kiểm
định từ 20-30), ta sẽ xác định đợc quan hệ v ~ n cụ thể cho từng máy. Để nâng cao độ
chính xác khi xác định đờng quan hệ v ~ n cần chia số liệu ra từng nhóm. Trong mỗi nhóm
cố gắng chọn các tuyến kiểm định có v
i
, n
i
xấp xỉ bằng nhau. Quan hệ v ~n sẽ đi qua điểm
trung bình của mỗi nhóm.
Để tiện cho việc sử dụng ngời ta lập bảng tính sẵn quan hệ v ~ n xem bảng (4-5)
Bảng 4-3. Quan hệ v ~n của máy -3 số 1825 cánh quạt số 1 (kiểm định trong máng)
V(m/s) n(v/s)

n (v/s)
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09
0,5
0,6
0,7




0.130
0.151
0,175




0,132
0,154
0,178




0,134
0,156
0,180

0,136
0,158
0,182




0,138
0,161
0,185




0.140
0,163
0,188




0,142
0,166
0,190




0,144

0,168
0,192




0,146
0,170
0,194




0,149
0,173
0,197




5. Kiểm tra, bảo dỡng và sửa chữa thông thờng máy lu tốc :
Để nâng cao độ chính xác của tài liệu và tăng tuổi thọ của máy lu tốc cần phải kiểm
tra trớc khi sử dụng và bảo dỡng thờng xuyên.
Trớc mỗi lần dùng máy đo lu tốc nên tiến hành kiểm tra chung các bộ phận của máy
nh:
- Thử độ nhạy của bộ phận cảm ứng;
- Sự tiếp xúc giữa các điểm tiếp điện;
- Sự hoạt động của bộ phận tín hiệu hoặc bộ phận hiện số

52

Khi hoạt động của toàn bộ thiết bị bình thờng thì mới đợc sử dụng. Sau mỗi lần sử
dụng máy xong, dùng vải sạch lau khô máy và đa máy về nhà tiến hành tháo máy rửa bằng
xăng rồi mới tra dầu vào các bộ phận cần thiết .
Việc tháo lắp máy phải do ngời nắm đợc cấu tạo, đặc điểm của máy tiến hành theo
bản hớng dẫn sử dụng và bảo quản máy lu tốc
Chế độ bảo dỡng máy tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc của máy: Khi đo vùng nớc
bẩn, nớc mặn thì sau mỗi lần đo phải lau chùi ngay; khi đo ở vùng nớc sạch thì có thể sau
2-3 lần đo mới lau kỹ 1 lần.
Trờng hợp máy lu tốc đã làm việc hết thời hạn quy định thì phải kiểm định lại. Nếu
trong khi sử dụng máy có xảy ra h hỏng hoặc có nghi vấn về chất lợng máy thì phải kiểm
tra ngay. Công tác kiểm tra tiến hành nh sau:
Đa máy cần kiểm tra và máy dự trữ (làm chuẩn) treo vào 1 cái giá nằm ngang, 2 máy
cách nhau 30ữ40cm. Đồng thời đo lu tốc tại các điểm khác nhau trên một số thuỷ trực. Số
điểm đo kiểm tra bằng 15-20 điểm. So sánh tài liệu lu tốc giữa 2 máy, nếu sai số quân
phơng tơng đối của lu tốc giữa 2 máy không vợt quá 3 % thì máy kiểm tra vẫn sử
dụng đợc, nếu sai số trên lớn hơn 3 % thì phải ngừng sử dụng và đa máy đi kiểm định
lại.
Sai số quân phơng tơng đối tính theo công thức :

1n
1
v
v
100%m
n
1i
2
i
i

=

=
(4-8)
Trong đó : m% - độ lệch quân phơng tơng đối
v
i
- lu tốc đo bằng máy dự trữ
v
i
- lu tốc đo bằng máy đang dùng
n - số điểm đo kiểm tra
II. Các loại phao đo lu tốc
6
0
c
m
a)
b)

Hình 4-7. Một số loại phao nổi
1. Phao nổi
Phao nổi đợc làm bằng các loại vật liệu có tỉ
trọng nhỏ hơn nớc nh tre, gỗ, chất dẻo. Hình dạng
phao có thể là hình trụ, hộp chữ nhật Kích thớc vừa
đủ nhìn thấy phao khi đo trên sông, cố gắng làm càng
nhỏ càng tốt.
Mặt ngoài của phao (phần chìm) không nên trơn
quá sẽ làm ảnh hởng tới đờng phao trôi và tốc độ
phao. Tại một trạm ta nên dùng thống nhất một loại

53

phao về cả hình dạng lẫn kích thớc. Trờng hợp đo đêm thì trên phao cần có bộ phận phát
sáng.
2. Phao chìm
ở những nơi có lu tốc nhỏ dới
phạm vi sử dụng của máy lu tốc
(v<0,1m/s) và độ sâu thuỷ trực h>0,5m
thì có thể dùng phao chìm để đo lu
tốc. Nếu trên mặt cắt có khu vực có lu
tốc nhỏ, có khu vực có lu tốc đủ lớn
để dùng máy đo thì có thể kết hợp cả
máy và phao chìm để đo lu tốc.
Về hình dạng phao chìm có những
loại nh hình (4-8). Phao chìm đợc
làm bằng các loại vật liệu nhẹ, ít thấm
nớc nh sáp, chất dẻo, nứa, gỗ trát sáp ở mặt ngoài
hh1
Hình 4-8. Một số loại phao chìm

Hiện nay phao chìm hay đợc sử dụng là loại phao có dạng hình viên cầu, đờng kính
2ữ3 cm; đợc làm bằng gỗ cứng, sáp, chất dẻo.
3. Hệ số hiệu chỉnh lu tốc khi đo phao :
Khi phao trôi do nhiều nhân tố ảnh hởng nên tốc độ của phao không phản ánh đợc
lu tốc bình quân của thuỷ trực mà phao trôi qua . Do vậy sau khi tính lu lợng nớc cần
có hệ số hiệu chỉnh. Hệ số đó kí hiệu là P.
a. Công thức kinh nghiệm xác định hệ số phao :
Công thức dựa vào số Frút :
Số Frút (Fr) là thông số động năng của dòng chảy, nó tỷ lệ thuận với bình phơng lu
tốc và có giá trị lớn nhất tại trên mặt nớc ở giữa dòng và giảm dần tới hai bờ. Do đó hệ số
phao dùng để chuyển đổi từ lu tốc lớn nhất giữa dòng và lu tốc bình quân trên mặt nớc
về lu tốc bình quân mặt cắt ngang có liên quan tới hệ số Fr. Từ đó ngời ta đã đa ra công
thức kinh nghiệm để tính hệ số phao P
1
; P
2
nh sau:
+ Khi phao trôi rải trên mặt ngang :
11
Fr/J85,11P =
(4-9)
+ Khi phao trôi tập trung giữa dòng :

22
Fr/J60,51P =
(4-10)
Trong đó :
J : độ dốc mặt nớc của đoạn sông đo phao

54

Fr
1
, Fr
2
- Hệ số Frút đợc tính nh sau :

gh
V
Fr
2
mc
1
=
;
gh
V
Fr
2
max
2
=

Với :


=
Qp
V
mc

;
B
h

=
g - Gia tốc trọng trờng


=
=
=
ni
1i
imax
max
V
n
1
V
n là số phao trôi giữa dòng
Công thức dựa vào hệ số Cedi:

0,6C
C
P
1
+
= (4-11)

0,6C34,1

C
P
2
+
= (4-12)
Trong đó C - là hệ số Cedi C = 1/n h
y
n - hệ số nhám
y - hệ số, theo Pavơlôpski thì :
y =
)1,0n(h75,013,0n5,2

Khi h < 1m, y 1,5
n


b. Xác định hệ số hiệu chỉnh bằng thực nghiệm :
Đây là phơng pháp đáng tin cậy nhất vì xuất phát từ tài liệu thực đo lu tốc bằng phao
và bằng máy

p
m
1
Q
Q
P =

maxp
m
2

Q
Q
P =
(4-13)
Trong đó Q
m
- là lu lợng tính từ tài liệu lu tốc đo bằng máy
Q
p
- là lu lợng tính từ tài liệu lu tốc đo bằng phao
P
1
- là hệ số khi phao trôi rải trên mặt ngang
P
2
- là hệ số khi phao trôi giữa dòng
c. Xác định hệ số phao bằng kinh nghiệm :
Qua thực tế đo đạc và tính lu lợng nớc ngời ta đã đa ra bảng hệ số để hiệu chỉnh
lu lợng khi phao trôi rải trên mặt ngang bảng (4-4) và bảng (4-5)


55

Bảng 4-4. Hệ số phao toàn mặt ngang theo kinh nghiệm dựa vào điều kiện dòng chảy
Độ sâu (m) Tình hình dòng sông
và điều kiện chảy
<1,0 1,0 - 5,0 > 5,0
Sông đồng bằng điều kiện chảy tốt
(sông vừa và lớn)
0.78-0.86 0.87-0.88 0.89-0.90

Sông vừa và lớn, điều kiện chảy
kém (có rong rêu, sông cong, chảy
xiết)
0.70-0.77 0.78-0.85 0.86-0.87
Sông miền núi chảy xiết, có bãi
tràn điều kiện chảy xấu
- 0.70-0.79 0.80-0.84
Bảng 4-5. Hệ số phao kinh nghiệm dựa vào chiều gió
Chiều gió thổi Hệ số phao P
1
Trờng hợp lặng gió 0,85 - 0,90
Trờng hợp gió thổi ngợc dòng 0,90 - 0,95
Trờng hợp gió thổi xuôi dòng 0,80 - 0,85
e. Kiểm định phao chìm viên cầu
Khi đo lu tốc bằng phao chìm ta dùng gậy đa phao xuống độ sâu h sau đó thả phao.
Dùng đồng hồ ghi lại thời gian t mà phao đã trôi đợc trên quãng đờng L, lu tốc bình
quân đợc tính :
v =
t
L

Nếu chỉ đo đợc độ sâu thuỷ trực h và quãng đờng phao trôi L, mà không đo đợc thời
gian phao trôi thì cần kiểm định trớc :
Công tác kiểm định nh sau :
- Đo độ nổi của phao trong nớc tĩnh, gọi t là thời gian phao nổi lên từ độ sâu h thì tốc
độ nổi bình quân của phao là:
v =
t
h

Khi kiểm định nên chọn h có giá trị khác nhau và mỗi giá trị h làm 2-3 lần, rồi lấy v
bình quân cho các cấp độ sâu. Trị số v tốt nhất là 0,1-0,2 m/s. Trờng hợp khi kiểm định
cha phù hợp thì điều chỉnh trọng lợng và kích thớc phao .
Nếu gọi L là quãng đờng phao trôi khi đo,
TT
v
là lu tốc bình quân thuỷ trực, h là độ
sâu, khi đó :

v
h
t thay
t
L
v
TT

==
vào ta có :

56

L
h
v

v
h
L
v

TT

=

=

gọi
h
v

=C là hệ số hiệu chỉnh của phao chìm
Trong thực tế khi đo đạc, lu tốc đợc tính
LCv
TT
=

Có thể xây dựng quan hệ C ~ h (với mỗi cấp h = 0,1-0,2 m). Công tác kiểm định cần
đợc làm thờng xuyên vì tính chất của phao có sự thay đổi qua sử dụng .
III. Máy đo hớng chảy
Máy đo hớng chảy còn gọi là máy hải lu,
nh sơ đồ hình (4-9). Sau đây giới thiệu một số
bộ phận chính :
1. Bộ phận ghi vòng quay của cánh quạt
Bộ phận này bao gồm một số bánh răng.
Bánh răng sơ cấp liên hệ với trục của cánh quạt
và một số bánh răng thứ cấp liên hệ với nhau.
Trên bộ phận ghi vòng quay có các đĩa số ghi
0-100, 100-1.000, 1.000-10.000 (vòng).
2. Hộp la bàn
Hộp la bàn là bộ phận chủ yếu

xác định hớng dòng chảy. Thân
hộp la bàn đợc gắn với thân máy.
Nhờ đuôi máy mà trục cánh quạt
luôn luôn hớng theo chiều dòng
chảy, còn kim la bàn là bộ phận di
động luôn chỉ hớng Bắc-Nam.
Trên kim la bàn có rãnh (ở nửa kim
chỉ phơng Bắc) để cho bi rơi khi
đo đạc. Mặt hộp la bàn đợc chia
làm 36 khoảng có số thứ tự từ 0-
35, mỗi khoảng ứng với một góc
bằng 10
o
. Rãnh có thứ tự 0 đặt ở
đuôi máy (xem hình 4-10)
Máy hải lu vừa xác định lu
tốc thông qua quan hệ v~n nh
1
2
3
4
5
6
Hình 4-9. Sơ đồ máy hải lu
1. Thân máy; 2.Vòng bảo vệ cánh quạt
và cánh quạt; 3.Bộ phận tự ghi vòng
quay của cánh quạt; 4. Hộp la bàn; 5.
Đuôi máy; 6.Tải trọng điều khiển máy
lúc đo

a
c
ủ
l
ệ
1
1
0
o
=

c
h

g
ó
c

ả
y
h
c

ớ
n
g

h
5
1

3
2
5
4

Hình 4-10. Sơ đồ hộp la bàn của máy hải lu
1. Vành độ la bàn; 2. Kim la bàn; 3. bi (rơi khi đo); 4.
Cánh quạt máy; 5. Đuôi máy

57

máy lu tốc, vừa có thể xác định đợc hớng chảy nhờ bộ phận la bàn.
Do cấu tạo mà khi cánh quạt quay đợc 33 - 34 vòng thì có 1 viên bi rơi vào rãnh nào
đó trên mặt la bàn. Góc bi rơi là góc hợp bởi giữa phơng bắc và phơng của trục máy. Đó
là góc lệch của hớng chảy hay còn gọi là góc phơng vị của hớng chảy.
Ngoài các loại máy đo lu tốc, đo hớng chảy thông dụng đã giới thiệu còn có các thiết
bị khác để xác định lu lợng hoặc gián tiếp nh tàu di động hoặc đo trực tiếp lu lợng
bằng máy ADCP.
Máy đo lu lợng ADCP sử dụng khoa học công nghệ hiện đại nên việc đo đạc nhanh
chóng, thu thập đợc nhiều yếu tố của dòng chảy nhng giá máy cao nên cha có điều kiện
để trang bị cho các trạm thuỷ văn ở nớc ta .
IV. Công trình và thiết bị phục vụ đo đạc
1. Công trình định vị và cố định thuyền đo
Vấn đề xác định đúng vị trí đo đạc trên tuyến đo là một trong những yêu cầu cần thiết
để nâng cao độ chính xác của tài liệu. Việc định vị thuyền đo trên mặt cắt có thể dùng các
phơng tiện đã nêu ở chơng III. Trong đó dùng cáp định vị và hệ thống tiêu là phổ biến
hơn cả.
Khi đo đạc tại mỗi thuỷ trực, thuyền đo cần đợc cố định trong thời gian đo. Thuyền đo
đợc cố định bằng cáp treo thuyền cho ta độ chính xác cao nhất. Những trạm cha có công
trình cáp treo thuyền thì có thể cố định thuyền bằng sức đẩy của động cơ tàu (ca nô) hoặc

dùng neo. Tại trạm đo có lu tốc không lớn, độ sâu nhỏ (vùng sông ảnh hởng triều) có thể
cố định thuyền bằng sào cắm xuống đáy sông.
2. Thiết bị di chuyển và cố định máy đo
Để đa các máy móc (máy đo lu tốc, máy hải lu, máy lấy mẫu bùn cát ) tới các
điểm đo và cố định chúng, ta dùng tời, cáp và cá sắt. Đối với tuyến đo có độ rộng nhỏ và
nông (suối, kênh) ta có thể lội đo trực tiếp với thiết bị treo máy là gậy. Khi tuyến đo ở gần
các công trình qua sông nh cầu, cầu máng thì có thể lợi dụng chúng làm công trình đo
đạc.
Đ 4-2 Đo lu lợng tại vùng sông không ảnh hởng triều
I. Đo lu tốc
1. Thuỷ trực đo lu tốc
Số lợng thuỷ trực đo lu tốc trên mặt cắt ngang phụ thuộc vào độ rộng sông, sự phân
bố lu tốc trên mặt cắt ngang, yêu cầu của số liệu, trạm mới xây dựng hay đã qua hoạt động
một thời gian mà bố trí.
Đối với trạm mới xây dựng cần bố trí số đờng thuỷ trực nhiều hơn. Số đờng thuỷ trực
này gọi là đờng thuỷ trực đầy đủ (bảng 4-6)

58

Bảng 4-6. Số đờng thuỷ trực đo lu tốc đầy đủ.
Độ rộng B(m) <50 50-100 100-300 300-1000 >1000
Số đờng thuỷ trực 6-10 10-15 15-20 20-25 25-30
Những trạm đã hoạt động một thời gian và từ kết quả nghiên cứu, có thể giảm bớt số
đờng thuỷ trực. Số đờng thuỷ trực còn lại gọi là đờng thuỷ trực cơ bản. Vị trí của thuỷ
trực cơ bản cần đảm bảo các yêu cầu sau:
ở chủ lu bố trí thuỷ trực dày hơn bãi và hai bờ;
Nếu bờ sông dốc đứng thì cách bờ 30-50 cm cần có một đờng thuỷ trực;
Chỗ địa hình thay đổi đột biến, chỗ ranh giới nớc tù và nớc chảy cần bố trí đờng
thuỷ trực.
Trong thực tế ta cố gắng bố trí các đờng thuỷ trực cách đều nhau để tiện cho việc đo

đạc và tính toán.
Khi xét thấy không cần thiết thay đổi thì vị trí đờng thuỷ trực cơ bản cần đợc bố trí
cố định trong suốt quá trình hoạt động của trạm (trừ thuỷ trực sát bờ và thuỷ trực ở ranh
giới nớc tù di động hoặc địa hình đáy sông có thay đổi lớn).
Số đờng thuỷ trực cơ bản nh bảng (4-7) dới đây:
Bảng 4-7. Số đờng thuỷ trực cơ bản đo lu tốc.
Độ rộng mặt nớc (m) < 10 10 - 50 50 - 100 100-300 300-1000 >1000
Số đờng TT đo lu tốc 3 - 5 5 - 7 7 - 8 8 - 10 10 - 12 12 - 15

Trong một số trờng hợp sau đây cần thay đổi vị trí đờng thuỷ trực cơ bản : lòng sông
thay đổi khi mực nớc thay đổi làm cho khoảng cách của thuỷ trực sát bờ vợt quá giới hạn
quy định.
Khi đo lu tốc trên toàn mặt cắt ngang, không đợc đo với số đờng thuỷ trực ít hơn số
đờng thuỷ trực cơ bản. Nhng trong một số trờng hợp đặc biệt không đo đạc đợc trên
các đờng thuỷ trực cơ bản thì có thể đo trên 1 - 2 đờng thuỷ trực cơ bản. Số đờng thuỷ
trực đó gọi là đờng thuỷ trực đại biểu.
Việc chọn vị trí đờng thuỷ trực đại biểu và xây dựng quan hệ giữa Vđb ~ Vmc đợc
trình bày ở Đ 4-4.
2. Số điểm đo trên thuỷ trực.
Số điểm đo trên thuỷ trực phụ thuộc vào độ sâu, vào sự phân bố lu tốc theo chiều sâu,
vào yêu cầu của tài liệu Sau đây chỉ nêu những nét chung về số điểm đo để làm cơ sở vận
dụng vào thực tế.
- Khi độ sâu h < 1m thì có thể đo một điểm tại độ sâu tơng đối là 0,2h hoặc 0,6h. Nếu
phân bố lu tốc phức tạp thì đo 2 điểm hoặc 3 điểm.

59

- Khi độ sâu h = 1 ữ 3m, có thể đo 2 hoặc 3 diểm tại các độ sâu tơng ứng là 0,2h;
0,6h; 0,8h. Khi phân bố lu tốc phức tạp thì đo 5 diểm tại các độ sâu: mặt; 0,2h; 0,6h; 0,8h
và đáy.

- Khi độ sâu h > 3m thì có thể đo 3 diểm hoặc 5 điểm.
- Khi có yêu cầu đặc biệt thì có thể đo 11 điểm tại: mặt; 0,1h; 0,2h; 0,3h; 0,9h và
đáy.
3. Thời gian đo lu tốc tại một điểm.
Thời gian đo lu tốc tại một điểm (T) là thời gian ngắn nhất vừa đủ để đo đợc lu
tốc hớng dọc bình quân (Vx) bằng hoặc gần bằng giá trị Vx thực tế. Thời gian đo phụ
thuộc vào đặc tính của dòng chảy nh cờng suất lu tốc (v/t); cờng độ mạch động
a. Lu tốc mạch động: Để hiểu rõ hơn về cơ sở xác định thời gian đo lu tốc tại một
điểm, trong phần này sẽ trình bày một đặc tính quan trọng của dòng chảy rối đó là: lu tốc
mạch động
Xét một điểm bất kỳ trong dòng chảy rối ở sông thiên nhiên (hình 4-11) thì lu tốc tại
điểm đó luôn thay đổi cả về hớng và giá trị.

Hình 4-11: Lu tốc theo các hớng tại điểm M
Nếu lấy M làm gốc và đặt một hệ toạ độ vuông góc Ox, Oy, Oz thì lu tốc tốc tại điểm
M có thể đợc phân làm 3 hớng tơng ứng là Vx, Vy, Vz, trong đó Vx là lu tốc theo
hớng dọc sông. Dùng máy lu tốc có thể đo đợc quá trình lu tốc hớng dọc (Vx ~ t) nh
hình 4-12
Xét sự thay đổi của lu tốc theo thời gian ta thấy giá trị của lu tốc tức thời Vx giao
động quanh giá tri lu tốc trung bình ( xV ) và có thể viết:
Vx = xV +V (4-14)
V là lu tốc mạch động.
Lu tốc mạch động có thể có giá trị dơng, âm hoặc bằng 0. (Xét lu tốccủa các hớng
Oy, Oz cũng cho kết quả tơng tự).


60


Hình 4-12. Quá trình lu tốc hớng dọc sông.

b. Thời gian đo lu tốc tại một điểm: Từ đờng quá trình lu tốc tức thời (Hình 4-12)
nếu ta thấy đo lu tốc trong thời gian T
1
(giai đoạn này V < 0 chiếm u thế) thì lu tốc bình
quân đo đợc sẽ nhỏ hơn lu tốc thực tế (Vxđo < Vthực). Nếu đo trong thời gian T
2
thì có
thể tình hình sẽ ngợc lại, tức là Vxđo > Vthực. Nếu thời gian đo đạc đủ dài thì sẽ cho kết
quả tốt hơn, vì V0 do đó VđoVthực. Vậy T là thời gian thích hợp để đo lu tốc tại một
điểm trong dòng chảy. Thời gian T phụ thuộc vào chế độ của dòng chảy ở tuyến đo.Vùng có
chế độ dòng chảy không ổn định biến đổi nhanh (vùng ảnh hởng triều) thì chu kỳ của lu
tốc mạch động V ngắn do đó thời gian đo ngắn; tại vùng có dòng chảy không ổn định biến
đổi chậm (vùng không ảnh hởng triều) thì chu kỳ thay đổi của lu tốc mạch động dài do
đó thời gian đo dài hơn. Ngay tại một thuỷ trực thời gian đo ở các điểm khác nhau cũng
khác nhau. Nhng để tiện cho đo đạc và sử dụng máy móc ngời ta đã nghiên cứu và đa ra
thời gian đo một điểm tại vùng sông không ảnh hởng triều không đợc nhỏ hơn 100s; thời
gian đo một điểm tại vùng sông ảnh hởng triều T100s ( Xem Đ4-4)
- Khi lu tốc tốc quá nhỏ, thời gian đo đã đủ 100s mà cha thu đợc tín hiệu nào thì
kéo dài thời gian đo cho tới khi thu đợc tín hiệu đầu tiên. Khi thời gian đo đã tới 5 phút mà
không thu đợc tín hiệu nào thì xem lu tốc điểm đo đó bằng 0. Trờng hợp khi đo nhìn
thấy bộ phận cảm ứng quay thì trực tiếp đếm vòng quay trong thời gian từ 4-5 phút.
c. Kiểm tra tính hợp lý của số đọc thời gian:
Nếu gọi thời gian đọc đồng hồ nhóm giữa là tg, thời gian đọc đồng hồ nhóm cuối là tc
thì thời gian đo đạc hợp lý sẽ là
1,9tg tc 2,1 tg (4-15)a.
Hoặc 2tg - tc < 10% tg (4-15)b.
4. Tính lu tốc điểm đo và lu tốc bình quân thuỷ trực
a. Lu tốc tại điểm đo: đợc tính từ công thức (4-1) hoặc (4-2) hoặc tra từ bảng (4-3)

61

b. Tính lu tốc bình quân thuỷ trực:
Lu tốc trên thuỷ trực thay đổi theo độ sâu (hình 4-13) do đó lu tốc bình quân thuỷ
trực sẽ bằng tích phân của hàm phân bố lu tốc v~h chia cho chiều sâu h. Vậy cơ sở của
phơng pháp tính toán là công thức ( 4-16)a

=
h
0
i
tt
dh.V
h
1
V
(4-16)a
Trong đó:
tt
V - Lu tốc bình quân thuỷ trực (m/s).
h - độ sâu dòng chảy (m).
V
i
- Lu tốc tại điểm đo ( m/s).
Lu tốc bình quân của thuỷ trực tính bằng phơng pháp đồ giải chỉ đợc dùng khi có
yêu cầu của nghiên cứu hoặc khi tính lu lợng nớc bằng phơng pháp đồ giải, còn
phơng pháp phân tích để tính lu tốc bình quân thuỷ trực đang đợc áp dụng rộng rãi tại
các trạm thuỷ văn ở nớc ta.
Tính lu tốc bình quân thuỷ trực bằng phơng pháp đồ giải:
Công thức (4-16)a có thể tính dới dạng:
h

F
V
tt
=
(4-16)b
Trong đó F là diện tích của quan hệ lu tốc theo độ sâu V~h
i
giới hạn bởi đáy sông và
mặt nớc (Hình 4-13)

Hình 4-13. Phân bố lu tốc theo độ sâu
(Sơ đồ tính lu tốc bình quân thuỷ trực theo phơng pháp đồ giải)
Để xác định diện tích F có thể dùng các phơng pháp sau đây: Dùng máy đo diện tích,
dùng máy vi tính hoặc tính gần đúng bằng cách chia nhỏ diện tích F thành các băng nhỏ
song song với mặt nớc.

62

Đây là phơng pháp cho kết quả có độ chính xác cao nhất, vì diện tích giới hạn bởi sự
phân bố phức tạp của lu tốc theo chiều sâu đã đợc thể hiện bằng phép tích phân (4-16)a.
Phơng pháp này có thể làm cơ sở cho việc giảm bớt điểm đo lu tốc trên thủy trực và phục
vụ cho công tác nghiên cứu. Cũng từ sự phân bố lu tốc trên thủy trực ngời ta đã nghiệm
chứng thấy rằng lu tốc tại điểm 0,6h xấp xỉ lu tốc bình quân thủy trực.
Tính lu tốc bình quân thủy trực bằng phơng pháp phân tích:
Cơ sở của phơng pháp này cũng dựa vào công thức (4-16)a hoặc (4-16)b, nhng diện
tích F đợc tính dới dạng gần đúng. Độ chính xác của kết quả càng cao khi số điểm đo trên
thủy trực càng nhiều. Chẳng hạn lấy phơng pháp đo 5 điểm trên thủy trực để chứng minh điều
đó, đồng thời giải thích hệ số tỷ lệ gia quyền đối với lu tốc các điểm trên thủy trực.
Lu tốc bình quân thủy trực đợc tính theo (4-16)b :
h

F
V
tt
=

hay
()
[]
()
d080602m
d080806060202m
d080806060202m
tt
VV2V3V3V
10
1
V1,0V1,0V1,0V1,0V2,0V2,0V1,0V1,010
10
1
h02.
2
VV
h2,0.
2
VV
h4,0.
2
VV
h2,0.
2

VV
h
1
V
++++=
+++++++=






+
+
+
+
+
+
+
=

Việc giảm điểm đo trên thủy trực và lu tốc bình quân thủy trực tính bằng phơng
pháp phân tích (1) phải dựa trên cơ sở của tài liệu đo nhiều điểm và lu tốc bình quân thủy
trực tính bằng phơng pháp đồ giải (2). Nếu sai số kết quả của hai phơng pháp nằm trong
sai số qui định thì có thể đo và tính toán theo phơng pháp (1). Lu tốc bình quân thuỷ trực
tính bằng phơng pháp phân tích nh các công thức sau:
+ Phơng pháp đo 11 điểm:
(
d
VV VVmttV

2
1
0901
2
1
10
1
++++=
)
(4-17)
+ Phơng pháp đo 5 điểm:
()
d8,06,02,0m
VV2V3V3V
10
1
ttV ++++=
(4-18)
+ Phơng pháp đo 3 điểm:
()
8,06,02,0
VV2V
4
1
ttV ++=
(4-19)a
Hoặc
)VVV(
3
1

ttV
8,06,02,0
++=
(4-19)b
+ Phơng pháp đo 2 điểm:

63

(
8,02,0
VV
2
1
ttV +=
)
(4-20)
+ Phơng pháp đo 1 điểm

60,
VttV =
(4-21)
Hoặc
0,01
V.KttV =
(4-22)a

2,02
V.KttV =
(4-22)b
Trong đó V

m
, V
0,1
, V
0,2
V
0,9
, V
đ
là lu tốc tại điểm mặt; 0,1h ; 0,2h; 0,9h và đáy.
K
1
, K
2
là hệ số hiệu chỉnh giữa phơng pháp đo nhiều điểm và phơng pháp đo một điểm.
Khi cha có tài liệu thực đo thì có thể dùng K
1
= 0,84 - 0,87; K
2
= 0,78 - 0,84.
5. Phơng pháp đo lu tốc.
a. Đo lu tốc tại một điểm và trên thuỷ trực:
Trớc tiên ta xác định độ sâu tại thuỷ trực. Để xác định độ sâu ta có thể đo trực tiếp
(nh đã giới thiệu ở chơng III) hoặc xác định bằng phơng pháp gián tiếp theo công thức
sau đây:
h
Q
= h
h
+ H (4-23)

Trong đó : h
Q
- Độ sâu thuỷ trực khi đo lu tốc để tính lu lợng.
h
h
- Độ sâu thuỷ trực của lần đo sâu gần nhất.
H = H
Q
- H
h
(4-24)
Với H
Q
là mực nớc tính toán lúc đo lu lợng;
H
h
là mực nớc tính toán lúc đo sâu.
Căn cứ vào độ sâu thuỷ trực h
Q
, điều kiện đo đạc và yêu cầu tài liệu, định số điểm đo
trên thuỷ trực. Đa máy lu tốc xuống điểm đo và cố định máy, khi máy làm việc ổn định
(sau một vài tín hiệu) mới bắt đầu đo đạc.
Việc ghi chép tín hiệu và thời gian (đọc theo đồng hồ bấm giây) phải đảm bảo các yêu
cầu sau đây:
+ Tổng thời gian đo đạc tại mỗi điểm đủ thời gian quy định.
+ Chia thời gian đo đạc nói trên ra thành một số nhóm chẵn (2,4,6,8,10) để tiện cho
việc kiểm tra (theo 4 - 15).
+ Số tín hiệu trong mỗi nhóm nhiều hay ít là tuỳ thuộc vào lu tốc lớn hay nhỏ. Thông
thờng thời gian trong mỗi nhóm từ 15 - 20s đối với máy cánh quạt và từ 10 - 15s đối với
máy cốc quay. Số tín hiệu trong các nhóm của một điểm đo phải bằng nhau.

Trờng hợp sử dụng máy lu tốc hiện số thì lu tốc điểm đo đợc đọc trực tiếp. Việc
tính toán lu tốc bình quân thuỷ trực cũng đợc áp dụng các công thức (4-17) đến (4-22).


64

b. Phơng pháp đo lu tốc trên mặt cắt ngang.
Khi đo lu tốc trên mặt cắt ngang thực hiện tuần tự nh sau:
- Đo sâu tại các đờng thuỷ trực: Nếu lần đo lu lợng đó cần đo sâu toàn mặt ngang
thì đo độ sâu tại tất cả các thuỷ trực. Riêng 2 thuỷ trực sát bờ cần xác định khoảng cách tới
mép nớc.
- Lần lợt đo lu tốc các điểm trên thuỷ trực đo lu tốc.
- Đọc mực nớc khi bắt đầu đo và khi kết thúc. Nếu mực nớc lên xuống nhanh thì khi
đo tại điểm 0,6h ở mỗi thuỷ trực cần đọc mực nớc tơng ứng.
-Đo mực nớc ở tuyến độ dốc vào lúc bắt đầu và kết thúc đo.
-Theo dõi, ghi chép các hiện tợng thời tiết và các hoạt động trên sông ảnh hởng tới
tài liệu.
c. Đo lu tốc trên đờng thuỷ trực đại biểu.
Trong trờng hợp phải đo lu tốc trên đờng thuỷ trực đại biểu thì tuần tự đo đạc cũng
tiến hành nh đo lu tốc ở các thuỷ trực khác.
II. Đo lu tốc bằng phao
Thiết bị phổ biến dùng để xác định lu tốc là máy đo lu tốc. Nhng trong một số
trờng hợp sau đây có thể dùng phao để đo lu tốc: Lũ quá to không thể ra sông đợc, khi
máy đo lu tốc hoặc công trình đo đạc bị hỏng đột xuất, đo lu tốc để xác địng hớng chảy,
thu thập tài liệu khảo sát, điều tra thuỷ văn
Để đo lu tốc bằng phao ta chọn các tuyến đo phao và tuyến thả phao nh đã giới thiệu
ở phần đầu chơng I. Việc thả phao tại tuyến thả phao có thể dùng thiết bị thả phao, thả
phao bằng thuyền hoặc ném phao từ bờ (nếu sông hẹp). Khi đo đạc cần ghi thời gian phao
trôi giữa hai tuyến của mỗi phao. Lu tốc trung bình của từng phao đợc tính:
t

L
V
P
p
=

Để có cơ sở tính toán lu lợng nớc cần phải xác định vị trí của các phao trôi qua
tuyến đo lu lợng.
III. Xác định hệ số Kbờ
1. Khái niệm : Kbờ (K
b
) là hệ số hiệu chỉnh lu tốc bình quân của thuỷ trực sát bờ về
lu tốc bình quân của bộ phận sát bờ. Theo khái niệm đó thì Kb đợc xác địng theo công
thức sau:
TTb
bpb
b
V
V
K
=
(4-26)
Trong đó: V
bpb
- lu tốc bình quân của bộ phận diện tích sát bờ.

65

V
TTb

- lu tốc bình quân của thuỷ trực sát bờ.
2. Xác định K
b
bằng thực nghiệm.
Trên diện tích bộ phận sát bờ (từ thuỷ trực đo lu tốc gần bờ tới mép nớc) bố trí thêm
một số đờng thuỷ trực đo lu tốc (hình 4 - 14). Số lợng đờng thuỷ trực phụ thuộc vào địa
hình đáy sông, độ rộng của bộ phận sát bờ, sự phân bố của lu tốc theo chiều rộng và yêu
cầu độ chính xác của tài liệu. Tiến hành đo lu tốc trên các thuỷ trực đó (kể cả thuỷ trực cơ
bản sát bờ).

Hình 4-14. Bố trí thuỷ trực đo lu tốc để xác định hệ số K
b
Tính lu lợng bộ phận sát bờ theo phơng pháp phân tích bằng công thức:
1n
TTbn
2
21
11bbp
2
vv

2
vv
VKQ
+

+
++
+
+=

Trong đó:K
b
- hệ số đợc chọn sơ bộ theo mục 3 sau đây.

i
- diện tích bộ phận thứ i bao gồm giữa hai thuỷ trực (bố trí thêm) kề nhau.
V
i
- lu tốc bình quân của thuỷ trực thứ i thuộc bộ phận sát bờ. i=1,2 n
V
TTb
- Lu tốc bình quân của thuỷ trực cơ bản sát bờ
Lu tốc bình quân của bộ phận sát bờ sẽ là:
bp
bp
bpb
Q
V

=

Trong đó :
bp
- diện tích bộ phận sát bờ :

bp
=
1
+

2
+ +
n+1
Hệ số K
b
đợc tính theo công thức (4 - 26).
Trong thực tế ngời ta xác định hệ số K
b
ở một tuyến đo nào đó cho các cấp mực nớc
khác nhau để sử dụng khi tính lu lợng.


66

3. Xác định hệ số K
b
bằng kinh nghiệm :
Khi điều kiện cha cho phép xác định hệ số K
b
bằng phơng pháp thực nghiệm hoặc lý
luận thì có thể căn cứ vào điều kiện địa hình và dòng chảy tại bộ phận sát bờ để định giá trị
hệ sô K
b
nh sau:
a) Nếu khúc sông thẳng đều, mặt cắt ngang sông có hình lòng chảo hoặc chữ nhật,
không có bãi chìm, bãi nổi thì K
b
=0,8 - 0,9.
b) Nếu khúc sông thẳng bộ phận gần bờ có lạch sâu và lu tốc lớn hơn ngoài thì K
b

=0,9
- 1,0.
c) Nếu khúc sông cong, lu tốc bộ phận gần bờ tăng lên rõ rệt, thì K
b
=0,9 - 1,0; nếu lu
tốc bộ phận gần bờ giảm đi rõ rệt thì K
b
=0,6 - 0,8.
d) Nếu bộ phận sát bờ có nớc tù thì bộ phận nớc chảy sát bờ lấy K
b
= 0,5.
e) Có thể căn cứ vào hình dạng đáy sông và phân bố lu tốc theo chiều rộng để xác
định hệ số K
b
:
Đờng đáy sông và đờng phân bố lu tốc theo chiều rộng đều là đờng thẳng (hình 4-
15)a : K
b
= 2/3.
Đờng đáy sông là đờng thẳng, đờng phân bố lu tốc là đờng cong (hình 4-15)b thì
K
b
= 3/4.
Đờng đáy sông và đờng phân bố lu tốc đều là đờng cong (hình 4-15)c, d, e thì K
b

= 0,8 - 1,0 (K
be
> K
bd

> K
bc
).


Hình 4-15. Xác định k
b
dựa theo hình dạng đáy sông và phân bố lu tốc.

67

Đ4 - 3. Tính lu lợng bằng phơng pháp lu tốc - diện tích
I. Cơ sở của phơng pháp
Lu lợng nớc (Q) là tổng lợng nớc qua một mặt cắt nào đó vuông góc với hớng
chảy bình quân trong một đơn vị thời gian. Nếu trên mặt cắt xét một vi phân diện tích d
(hình 4 -16) thì vi phân lu lợng dQ qua diện tích đó sẽ là :
dydz.cosVd.cosVdQ

=


=

Trong đó: V - lu tốc thực đo trung bình trên diện tích d .
- góc hợp bởi phơng pháp tuyến của mặt cắt và phơng dòng chảy.

Hình 4-16. Vi phân lu lợng nớc dQ trên mặt cắt ngang.
Vậy lu lợng Q qua toàn bộ mặt cắt ngang sẽ là:

==
bh
d.cosVdydz.cosVQ
00
(4-27)
Trong thực tế lu lợng nớc tính từ (4-27) đợc viết dới dạng sai phân nh sau:

=
=
n
i
iii
cosvQ
1
(4-28)
Trong đó :
i
- diện tích bộ phận thứ i.
V
i
- lu tốc bình quân của bộ phận thứ i.
Nếu hớng chảy vuông góc với mặt cắt thì cos
= 1,0
II. Tính lu lợng nớc trong trờng hợp đo lu tốc bằng máy lu tốc.
1. Phơng pháp phân tích
a. Công thức tính toán:
Công thức (4 - 28) khi = 0, có thể viết:
nn2b1n
n1n
1

21
011b
VK
2
vv

2
vv
VKQ +
+
++
+
+=


(4-29)

68

Trong đó :
K
b1
, K
b2
là hệ số K bờ ở hai bộ phận sát bờ
V
1
, V
2
, V

n
là lu tốc bình quân tại thuỷ trực đo lu tốc thứ 1, 2, n

1
,
2
,
n-1
, là diện tích bộ phận giữa hai đờng thuỷ trực IữII,IIữIII, , n-1ữn.

o
,
n
là diện tích bộ phận giữa thuỷ trực sát bờ tới mép nớc gần thuỷ trực đó.
n là số đờng thuỷ trực đo lu tốc trên mặt cắt ngang.
b. Xác định mực nớc tính toán
Trờng hợp mực nớc ít thay đổi trong thời gian đo đạc (Hđ - Hc < 10 cm) thì mực
nớc tính toán đợc tính bằng công thức:
2
cd
TT
HH
H
+
=
(4-30)
Trờng hợp mực nớc thay đổi nhiều trong thời gian đo đạc (Hđ - Hc > 10 cm) thì:
nn
nnn1
TT

Vb VbVb
HVb HVbHVb
H
++
+
+
+
=
2
211
22211
(4-31)
Trong đó:
V
i
lu tốc bình quân tại thuỷ trực thứ i.
H
i
mực nớc tơng ứng khi đo lu tốc tại điểm 0,6h tại thuỷ trực thứ i.
b
i
khoảng cách giữa hai thuỷ trực đo lu tốc kề nhau. Riêng b
1
và bn là khoảng cách
giữa hai thuỷ trực gần bờ tới mép nớc.
c. Xác định độ sâu tính toán và diện tích bộ phận
Trờng hợp khi đo lu tốc không đồng thời đo sâu thì độ sâu tính toán có thể suy ra từ
độ sâu của lần đo sâu gần nhất theo công thức (4-23). Trờng hợp trong lần đo lu tốc đó có
đo độ sâu thuỷ trực thì dùng độ sâu đó để tính toán.

Hình 4-17. Sơ đồ xác định diện tích bộ phận
Diện tích bộ phận là diện tích giới hạn giữa hai đờng thuỷ trực đo lu tốc kề nhau, và
giới hạn bởi hai thuỷ trực đo lu tốc gần bờ tới mép nớc, đợc tính bằng công thức (4-32).

69












+
+
=

+
+
+
=
+
+=


.bh

2
1
b
2
hh
,b
2
hh
b
2
hh
,b
2
hh
hb
mm1m
m1m
n
3
43
2
32
1
1
21
10
2
1
0
(4-32)

Trong đó:
h
1
, h
2
, h
m-1
, hm là độ sâu tại thuỷ trực đo sâu 1, 2, m.
b
1
, b
2
, b
m-1
là khoảng cách giữa các đờng thuỷ trực đo sâu kề nhau
b
o
, b
m
là khoảng cách từ đờng thuỷ trực đo sâu gần bờ nhất tới mép nớc gần nó.

1
,
2
,
n-1
là diện tích bộ phận giữa hai đờng thuỷ trực.

o
,

n
là diện tích bộ phận giữa đờng thuỷ trực đo lu tốc sát bờ tới mép nớc.
n là số đờng thuỷ trực đo lu tốc.
m là số đờng thuỷ trực đo sâu (m >n).
d. Tính lu lợng nớc qua mặt cắt bằng công thức (4-29).
e. Tính các đặc trng mặt cắt và dòng chảy:
Lu tốc bình quân mặt cắt:
yảch
Q
mcV

=
(4-33)

Trong đó:
chảy
- diện tích mặt cắt có nớc chảy

chảy
=
ớt
-
tù
Lu tốc lớn nhất Vmax là trị số lu tốc lớn nhất chọn từ các điểm thực đo tại các
thuỷ trực.


Các đặc trng khác của mặt cắt nh độ rộng B, độ sâu bình quân h , độ sâu lớn nhất
h
max

đợc xác định tơng tự nh đã giới thiệu trong chơng III
2. Phơng pháp đồ giải
Cơ sở của phơng pháp là dựa vào công thức sau đây:
dB.qQ
B

=
0
(4-34)
Trong đó B - Chiều rộng mặt cắt
q - Lu lợng đơn vị
q = v . h (m
2
/s) (4-35)
Các bớc tính toán nh sau:
- Mực nớc tính toán đợc xác định nh (4-30) hoặc (4-31).

70