Bài giảng Thủy văn công trình

BÀI GIẢNG MÔN HỌC
THỦY VĂN CÔNG TRÌNH
Số tín chỉ: 2 TC
Đối tượng SV:
Các SV ngành công
trình giao thông
GIỚI THIỆU GIẢNG VIÊN
Giảng Viên: Nguyễn Đăng Phóng
Bộ môn: Thủy lực - Thủy văn
Khoa: Công trình
Mobile: 0904222171
Website: hydr-utc.net
Email:

GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH
Gồm 2 phần:
Thủy văn đại cương (còn gọi là Thủy văn)
Chương I: Thu thập số liệu và xác định các yếu tố thủy văn
Chương II: Phương pháp thống kê xác suất trong thủy văn.
Chương III: Tính lưu lượng thiết kế từ mưa rào
Thủy văn công trình (Thủy lực cầu đường)
Chương IV: Khẩu độ cầu và xói dưới cầu
Chương V: Tính thủy lực cầu nhỏ và cống
GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Đình Nghiên, Nguyễn Đình Vĩnh, Phạm Văn Vĩnh "Thủy văn công trình - Tập 1" NXB Giao thông Vận
tải 2003
2. PGS.TS. Trần Đình Nghiên "Thiết kế thủy lực cho công trình giao thông" NXB Giao thông Vận tải 2010
3. Trần Đình Nghiên "Xói lở ở công trình cầu" NXB Xây dựng 2008

Chương I: Thu thập số liệu và xác định
các yếu tố thủy văn

1.1. Đối tượng nghiên cứu, nội dung môn học, đặc điểm , phương pháp nghiên cứu.

1.2. Các yếu tố khí tượng thuỷ văn - Lưu vực và dòng sông
1.3. Xác định các yếu tố thủy văn.
1.1. Đối tượng nghiên cứu, nội dung môn
học, đặc điểm , phương pháp nghiên cứu
1. Đối tượng nghiên cứu.
Thuỷ văn là môn khoa học về nước, nghiên cứu nước trong tự nhiên, nguồn nước và dòng
chảy; điều tra, đo đạc, thu thập và phân tích tài liệu nguồn nước, dòng chảy để phục vụ cho công tác thiết
kế, xây dựng và quản lý khai thác công trình.
1.1. Đối tượng nghiên cứu, nội dung môn
học, đặc điểm , phương pháp nghiên cứu
2. Nội dung môn học.
Phần thủy văn:

Xác định lưu lượng TK và mực nước TK trong các TH.

Phân bố lưu lượng trong các bộ phận sông.

Phân bố lưu tốc tại vị trí mặt cắt tim công trình.
Phần thủy lực:

Đưa ra khẩu độ CT, chiều cao nước dâng ở thượng lưu công trình.

Xác định cao độ đáy sông sau xói chung, xói cục bộ.


Kiến nghị mực nước thông thuyền (sông có thuyền bè qua lại).

Xác định mực nước thiết kế nền đường.

Tính toán dự báo mực nước thi công.
1.1. Đối tượng nghiên cứu, nội dung môn
học, đặc điểm , phương pháp nghiên cứu
3. Đặc điểm hiện tượng thủy văn.

Tính ngẫu nhiên.

Tính chu kỳ tương đối.

Tính khu vực.
1.1. Đối tượng nghiên cứu, nội dung môn
học, đặc điểm , phương pháp nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp thống kê xác suất.

Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành.
1.2. Các yếu tố khí tượng thuỷ văn - Lưu vực
và dòng sông
1. Các yếu tố khí tượng thuỷ văn
Nhiệt độ không khí
Độ ẩm không khí.
Độ ẩm
Bốc hơi (Z).
Gió, bão.
Mưa

1.2. Các yếu tố khí tượng thuỷ văn - Lưu vực
và dòng sông
Mưa

Nguyên nhân gây ra mưa chính là do hơi nước bị lạnh.

Phân loại mưa: - Mưa địa hình - Mưa đối lưu

Các đặc trưng của mưa:
Lượng mưa X: (mm).
Cường độ mưa tức thời aT: (mm/phút hay mm/giờ).
Đường quá trình mưa: đồ thị thể hiện sự biến đổi lượng mưa (hay cường độ mưa) theo thời gian gọi là
đường quá trình mưa.
1.2. Các yếu tố khí tượng thuỷ văn - Lưu vực
và dòng sông
2. Lưu vực và dòng sông.
a) Lưu vực.
Lưu vực sông là diện tích mặt đất mà trên đó nước sẽ tập trung chảy vào sông nhánh, sông
chính hay là diện tích bề mặt đất có tác dụng hứng nước cho dòng sông ở trong đó.
Đường phân thuỷ của lưu vực: là đường nối liền các cao trình cao nhất của lưu vực, ngăn
cách nó với lưu vực khác ở bên, nước từ đây chảy theo hai sườn dốc của hai phía vào hai lưu vực kề
nhau.
1.2. Các yếu tố khí tượng thuỷ văn - Lưu vực
và dòng sông

Các đặc trưng hình học của lưu vực
1) Diện tích lưu vực: F(km
2
)
2) Chiều dài lưu vực: Llv(km) coi là chiều dài của sông chính Ls.

3) Chiều rộng bình quân lưu vực: B (km)

Lưu vực một sườn:

Lưu vực hai sườn:
slv
L
F
L
F
B ==
4) Hệ số hình dạng lưu vực: (K)
slv
L2
F
L2
F
B ==
s
L
B
K =
1.2. Các yếu tố khí tượng thuỷ văn - Lưu vực
và dòng sông
2. Lưu vực và dòng sông.
b) Dòng sông.
Qua trình hình thành dòng chảy trên lưu vực:

Quá trình mưa rơi xuống.


Quá trình tổn thất do thấm, bốc hơi, đọng lại trên ao hồ,

Quá trình chảy trên sườn dốc.

Quá trình tập trung dòng chảy trong sông.
1.2. Các yếu tố khí tượng thuỷ văn - Lưu vực
và dòng sông
Dòng chảy được đặc trưng bởi các thông số:

Lưu lượng Q (m
3
/s)

Tổng lượng dòng chảy W (m
3
):

Độ sâu dòng chảy Y (mm):

Mô đun dòng chảy M (m
3
/s.km
2
):

Hệ số dòng chảy
φ
:
t.QW
i

∆∑=
F
W
Y
.1000
=
F
Q
M =
1≤=
X
Y
φ
1.3. Xác định các yếu tố thủy văn.
Các yếu tố thủy văn:
- Mực nước.
- Lưu tốc.
- Lưu lượng.
- Lưu lượng bùn cát.
- Lưu hướng.
1. Mực nước

Định nghĩa: Mực nước là cao độ mặt nước tại vị trí đó so với mặt thủy chuẩn.
h
Thñy chÝ
H
MÆt thñy chuÈn
1. Mực nước

Đo đạc: Đo bằng thủy chí hay thước

Đây là phương pháp thương dùng. Khi đó mực nước tính theo công thức:
H =
∇
+ h

Điều tra mực nước:
- Điều tra tại các đơn vị quản lý giao thông, các trạm thủy lợi.
- Điều tra các vết lũ còn lại.
- Điều tra bằng cách hỏi dân.
2. Lưu tốc.
Đo đạc và tính toán.
TT 3TT 2
Thñy trùc 1
h
1
h h
2 3
2. Lưu tốc.

Quy định điểm đo:
- Khi h>3m → đo 5 điểm tại:
mặt nước; 0.2h; 0.6h; 0.8h và đáy sông.
- Khi h= 2 - 3m → đo 3 điểm tại :
0.2h; 0.6h; 0.8h.
- Khi h=1 - 2m → đo 2 điểm tại :
0.2h; 0.8h.
- Khi h<1m → đo 1 điểm tại :
0.6h.
2. Lưu tốc.


Tính lưu tốc trung bình thủy trực:
- Khi đo 5 điểm:
vtb = 0,1(umặt + 3u0.2h + 3u0.6h + 2u0.8h + uđáy)
- Khi đo 3 điểm:
vtb = 0,25(u0.2h + 2u0.6h + u0.8h)
- Khi đo 2 điểm:
vtb = 0,5(u0.2h + u0.8h)
- Khi đo 1 điểm:
vtb = u0.6h
3. Lưu lượng

Phương pháp lưu lượng bộ phận:
n)n(tb21n
)n(tb)1n(tb
1
2tb1tb
o1tb1
i
f.v.kf
2
vv
f
2
vv
f.v.k
QQ
+
+
++
+

+=
=
−
−
∑
f
o
, f
n
- diện tích tạo bởi mép sông bên trái với thuỷ trực 1 và
mép sông bên phải với thuỷ trực n.
f
1
, f
2
, - diện tích giữa hai thuỷ trực.
k
1
, k
2
- hệ số triết giảm lưu tốc do ảnh hưởng của bờ sông.
Thường lấy k
1
= k
2
= 0.7 - 0.8.
Với khu vực nước tù: k
1
= k
2

= 0.5.
TT 2
Thñy trùc 1
TT 3
h
1
h
2
h
3
f
f
1
0
f
2
f
3