Tải bản đầy đủ (.docx) (19 trang)

BÀI TẬP CHỈNH TRỊ SÔNG BÁCH KHOA

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (109.21 KB, 19 trang )

MỤC LỤC


BÀI TẬP CHỈNH TRỊ SÔNG
I.

Bài tập chương 02
1. Bài tập 2.1
Câu 1:
a) Vẽ đồ thị lưu tốc trung bình theo thời gian đo trên đường thẳng đứng qua
tâm mặt cắt ướt
- Đồ thị lưu tốc u (cm/s) theo z (cm):

- Đồ thị lưu tốc u (cm/s) theo ln(z):

b) Tính lưu tốc trung bình:
- Phương pháp: phương pháp hình thang:
STT

z (cm)

u (cm/s)
2

Δz (cm)

S (cm2)


1
0


2
0.75
3
1.05
4
1.35
5
1.65
6
1.95
7
2.25
8
2.75
9
3.25
10
3.75
11
4.25
12
4.75
13
5.25
14
5.75
15
6.25
16
6.75

17
7.25
18
7.75
19
8.25
20
8.75
21
9.25
22
9.75
23
10.25
24
10.75
25
11.25
26
11.45
2
Σ (cm ) =
U (cm/s) =

0
34.5
40.1
41.7
44.2
45.3

46.1
46.8
48.7
50
53.3
55.1
55.3
56
56.7
57.2
58
57.8
58.5
58.3
59
59.7
59.6
59.4
60.1
60.1

0.75
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.5
0.5
0.5

0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.2

- Với:

(cm)

c) Tính lưu lượng của dòng chảy:
- Diện tích mặt cắt kênh dẫn (hình chữ nhật):
- Lưu lượng dòng chảy:

d) Xác định trạng thái dòng chảy:
- Tính độ sâu phân giới:

3


12.94
11.19
12.27
12.89
13.43
13.71
23.23
23.88
24.68
25.83
27.10
27.60
27.83
28.18
28.48
28.80
28.95
29.08
29.20
29.33
29.68
29.83
29.75
29.88
12.02
589.69
51.50


Câu 2:

Xác định các hằng số và C.
Giải:
- Profil lưu tốc theo phương z:
- Từ đồ thị lưu tốc u (cm/s) theo ln(z):

Từ
Câu 3:
Chứng minh rằng:
có thể viết được dưới dạng:
Giải:
- Giả thiết: tại , ta thừa nhận u = 0.
- Thay C vào (a):
2.

Bài tập 2.2
Một con sông rộng, độ dốc đáy i = 0.0006. Profil vận tốc của dòng chảy ổn
định đều được trình bày trên hình, u (m/s) và z (m).

a)

Tính vận tốc

ma sát (m/s)

b) Tính độ nhám tương đương của Nikuradse (mm) và đường kính hạt .
- Độ nhám tương đương:
- Đường kính hạt :
4



c)

Tính vận tốc trung bình theo phương thẳng đứng U (m/s).

d)

Tính số Reynolds . Kết luận về trạng thái chảy.

5


3.

Bài tập 2.3
Dòng chảy trong đoạn sông thẳng và rộng ổn định đều với chiều sâu nước
trung bình = 5 m. Trên đường thủy trực giữa mcn sông người ta đo được lưu
tốc dòng chảy theo chiều cao (tính từ đáy sông) như sau:
z (m)
u
(m/s)

1

2

3

4

5


1.4

1.55

1.7

1.75

1.8

Xác định:
a) Phương trình đường thẳng (y = a + bx) theo PP BPTT, trong đó và .

z (m)
lnz (m)
u (m/s)

1
0.00
1.4

2
0.69
1.55

3
1.10
1.7


4
1.39
1.75

Phương trình đường thẳng:
b) Vận tốc ma sát (m/s) do dòng chảy tạo ra trên đáy sông.

c) Độ nhám tương đương của Nikuradse (mm)
d) Vận tốc trung bình U (m/s) trên toàn bộ chiều sâu nước.
e) Độ dốc thủy lực J của dòng chảy.
f)

Hệ số nhám Manning của lòng sông

6

5
1.61
1.8


4.

Bài tập 2.4
Dòng chảy ổn định trong một đoạn kênh có mcn được xem là hình chữ nhật
có H = 5 m, B >> H và bán kính cong trung bình .
Trên đường thủy trực giữa mcn kênh, người ta đo được lưu tốc dingf chảy tại
hai cao độ (tính từ đáy kênh) như sau:
Xác định:


a) Vận tốc ma sát (m/s) do dòng chảy tạo ra trên đáy kênh.

b) Độ nhám tương đương của Nikuradse (mm)
c) Tính số Reynolds . Kết luận về trạng thái chảy.

d) Vận tốc trung bình U (m/s) trên toàn bộ chiều sâu nước.

e) Lưu tốc umax (m/s) tại mặt nước: z = H = 5 (m)

f) Lưu tốc đơn vị q (m2/s) của dòng chảy

g) Độ dốc thủy lực J của dòng chảy.
h) Hệ số Manning của lòng sông

i)

Độ dốc mặt nước hướng ngang Jy

j)

Vận tốc hướng ngang v (m/s) tại đáy kênh (z = 0).
Với:

7


Bài tập 2.5
Đoạn sông cong có , B = 100 m, H = 10 m, C = 60 m0.5/s, U = 1.5 m/s.
a) Tính Δz.


5.

b) Tính lưu tốc hướng ngang v tại z = 0, 2 m, 4 m, 6 m, 8 m và 10 m.

z (m)
0
2
4
6
8
10

ξ = z/H
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1

F1(ξ)
-2
-0.8
-0.15
0.4
0.9
1.2

F2(ξ)
-2

-0.4
0.15
0.3
0.4
0.4

v (m/s)
-0.163
-0.070
-0.016
0.034
0.079
0.108

c) Xác định z tại vị trí có v = 0.
- Từ bảng tính toán trên, nội suy ra giá trị của z = 4.64 (m) mà tại đó có vận

tốc v = 0.

8


6.

Bài tập 2.6
Một đoạn sông cong có chiều rộng = 300 m, chiều sâu nước = 4 m ( bán kính
thủy lực), bán kính cong trung bình = 800 m, độ dốc thủy lực = m hệ số nhám
= 0.03. Dòng chảy được xem là ổn định đều.

a) Tính lưu tốc trung bình V (m/s) và lưu lượng Q (m3/s).

- Lưu tốc trung bình V:
- Lưu lượng Q:
b) Tính chiều sâu hố xói max dhx (m) bên bờ lõm theo các tác giả khác nhau.
- Theo biểu thức của Chatley (1931):

Với là bán kính bờ lõm của đoạn sông cong.
- Theo biểu thức của Apmann (1972):

- Theo biểu thức của Thorne (1988):

- Theo biểu thức của Maynord:

- Theo biểu thức của Hội Kỹ sư Công binh Mỹ (USACE – 1994):

9


II.

Bài tập chương 04
1. Bài tập 4.1
Xác đinh của sông X tại đoạn Y. (Bản 4.1)
- Từ tài liệu thủy văn thu được tại trạm đo thủy văn A trong 73 năm, chọn
đường quá trình lưu lượng của năm 1961 là năm điển hình vì các đặc trưng
thủy văn của năm 1961 xấp xỉ với các đặc trưng bình quân nhiều năm:
Đặc trưng thủy văn
Lưu lượng dòng chảy (m3/s)
Lưu lượng bùn cát (kg/s)

Năm

1961
1830
2130

Bình quân
nhiều năm
1800
2260

Giải:
- Trong bảng 4.1:
• Đã sắp xếp các cấp lưu lượng theo thứ tự giảm dần với mức 500 m 3/s mỗi

cấp.
• ni lầ số lần xuất hiện (ngày) trong năm (365 ngày).
• Mi là số lần xuất hiện cộng dồn.
• Pi (%) = 100Mi / 365.
Bảng 4.1
STT
(1)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

Cấp lưu lượng
(2)
10999 ÷ 10501
10500 ÷ 10000
9999 ÷ 9501
9500 ÷ 9000
8999 ÷ 8501
8500 ÷ 8000
7999 ÷ 7501
7500 ÷ 7000
6999 ÷ 6501
6500 ÷ 6000
5999 ÷ 5501
5500 ÷ 5000
4999 ÷ 4501
4500 ÷ 4000
3999 ÷ 3501
3500 ÷ 3000

2999 ÷ 2501
2500 ÷ 2000
1999 ÷ 1501
1500 ÷ 1000
999 ÷ 501

ni
(3)
1
1
1
1
2
1
6
4
0
4
5
3
6
11
5
16
17
28
38
34
74


Mi
(4)
1
2
3
4
6
7
13
17
17
21
26
29
35
46
51
67
84
112
150
184
258

22

500 ÷ 0

107


365

Pi (%)
(5)
0.27
0.55
0.82
1.10
1.64
1.92
3.56
4.66
4.66
5.75
7.12
7.95
9.59
12.60
13.97
18.36
23.01
30.68
41.10
50.41
70.68
100.0
0
10

Ji (10-4)

(6)
4.35
4
3
3.4
3.15
2.93
2.7
2.5
2.25
2.05
1.84
1.65
1.4
1.25
1.1
0.9
0.75
0.6
0.4
0.3
0.2

Qi (m3/s)
(7)
10750
10250
9750
9250
8750

8250
7750
7250
6750
6250
5750
5250
4750
4250
3750
3250
2750
2250
1750
1250
750

PiJiQi2
(8)
137.73
230.27
234.40
318.81
396.45
382.46
577.59
612.03
477.47
460.72
433.35

361.33
302.89
284.55
216.14
174.50
130.53
93.21
50.34
23.63
7.95

0.1

250

0.63


- Đường quan hệ PiJiQi2 và Qi (m3/s):

-

tương ứng với giá trị max của tích số PiJiQi2.

11


III. Bài tập chương 06
1. Bài tập 6.1


Đoạn sông X ở vùng đồng bằng (không bị ảnh hưởng triều) có những quan
hệ giữa chiều sâu nước H, chiều rộng mặt thoáng B, lưu tốc trung bình mặt cắt
U và lưu lượng dòng chảy Q như sau:
Đoạn sông đang nghiên cứu được xem như có mặt cắt ngang hình chữ nhật
(nếu B < 20H thì không thể bỏ qua tỷ số H/B, gồm cát mịn có d 50 = 0.1 mm,
hệ số nhám n = 0.025. Lưu lượng tạo lòng của đoạn sông này là Q TL = 350
m3/s, còn lưu lượng max Qmax = 550 m3/s.
1.1.
a)

Sự ổn định của đoạn sông. Ứng với QTL, xác định:
Số Reynolds Re của dòng chảy xiết. Kết luận về trạng thái chảy.
Giải:

- Ứng với QTL = 350 m3/s:

- Mặt cắt ngang sông hình chữ nhật:

- Số Reynolds Re của dòng chảy:

: dòng chảy rối.
b)

Lưu tốc tại mặt thoáng umax (m/s):
Giải:
( tại mặt thoáng).

c)

Độ dốc thủy lực J.


d)

Đường kính hạt cát bị khởi động dkđ (mm) theo Samov.
Theo tiêu chuẩn Samov:
Với:

e)

Các chỉ tiêu ổn định dọc (theo Makaveev) và ngang (theo Autunin).
Giải:

- Chỉ tiêu ổn định dọc (theo Makaveev):
- Chỉ tiêu ổn định ngang (theo Antunin):
12


f)

Kết luận về sự ổn định của đoạn sông này.
- Đối với sông vùng đồng bằng:
Kết luận: Lòng sông không ổn định.

Kè gia cố bờ sông
Mái bờ được bạt với độ dốc m = 2.5. Trong mọi trường hợp, lấy hệ số an
toàn = 1.3, tỷ trọng đá = 2.6 và tỷ trọng bê tông = 2.4.
a) Để chống lại tác dụng của dòng chảy ứng với Qmax, tính:
- Chiều dày viên đá dđ,c (cm). Lấy mo = 1.5 và hướng dòng chảy song song
với bờ.
• Ứng với Qmax = 550 m3/s:


1.2.

• Đường kính viên đá:

Với: k – hệ số hiệu chỉnh lưu tốc. Theo đề, hướng dòng chảy song
song với bờ

- Chiều dày tấm bê tông cốt thép dbt,c (cm)

Để chống lại tác dụng của song do gió (đà gió = 1 km, vận tốc gió max =
18 m/s), tính:
- Chiều dày viên đá đổ dđđ,s (cm).

b)

Với:
(nội suy, phụ thuộc vào mái dốc m = 2.5)
Chiều cao sóng :
Chiều dài sóng :

- Chiều dày viên đá lát dđL,s (cm).

13


- Chiều dày dbt,s (cm) của các tấm BTCT lắp ghép có kích thước 2 x 2 m

(theo QPLX).


c) Từ những kết quả tính trên, chọn các chiều dày gia cố:
- Chiều dày gia cố bằng đá đổ dđ (cm).
d)
-

Chọn: dđ = 36 cm
Chiều dày gia cố bằng đá lát dl (cm).
Chọn dl = 12 cm.
Chiều dày gia cố bằng tấm BTCT dbt (cm).
Chọn dbt = 10 cm.
Rọ đá:
Ưu điểm và nhược điểm.
• Ưu điểm: khá bền chắc, dễ thích ứng với sự biến hình của lòng sông,
giá thành rẻ, có thể khai thác nhiều và dễ.
• Nhược điểm: tuổi thọ không cao do rọ dễ bị ăn mòn khi để lâu dưới
nước.

- Có nên dùng rọ đá cho đoạn sông này hay không? Tại sao?

Trả lời:
Nên dùng rọ đá cho đoạn sông này. Vì lòng sông không ổn định, dòng
chảy xiết nên việc dung rọ đá là thích hợp, dễ thích ứng với sự biến đổi
của lòng sông.

14


2.

Bài tập 6.2

Một con sông có mcn được xem như hình chữ nhật và chảy ổn định đều, chiều
rộng trung bình 260 m, hệ số nhám 0.023, lưu lượng tạo lòng 1700 m 3/s,
đường kính hạt trung bình d50 = 0.7 mm và đường kính hạt d 90 = 1 mm. Đoạn
sông nghiên cứu gồm 3 phân đọan: phân đoạn đầu và sau thẳng và phân đoạn
giữa cong với bán kính bờ lồi 970 m. Trong những đoạn sông thẳng, tại hai ví
trí cách nhau 5 km, người ta đo được độ chênh mực nước 0.525 m.
Thủy lực và bùn cát
Tính chiều sâu nước trung bình h (m) và lưu tốc trung bình U (m/s) trong
những đoạn sông thẳng.
- Độ dốc thủy lực:

2.1.
a)

Trước khi có công trình CT:

Tính ứng suất ma sát τ (N/m2) và vận tốc ma sát u* (m/s) ở đáy những
đoạn sông thẳng.
- Ứng suất ma sát:

b)

- Vận tốc ma sát:

Tính chiều sâu hố xói max d hx (m) bên bờ lõm của đoạn sông cong theo
Thorne và Maynord.
- Theo biểu thức của Thorne:

c)


Với:
: chiều sâu dòng chảy trung bình phía trước đoạn sông cong
: bán kính cong trung bình của đoạn sông cong.
Bán kính cong bờ lõm:

- Theo biểu thức của Maynord:

d) Tính vận tốc khởi động bùn cát Uc (m/s) theo Samov. Kết luận.
- Theo tiêu chuẩn Samov:
15


- Đường kính hạt bùn cát bị khởi động (theo M-P-M):

e)

Tính lưu lượng bùn cát tổng cộng Qt (kg/s) trên cả chiều rộng sông theo
Eugelund & Hansen.

Kè gia cố bờ sông
Mái bờ được bạt với độ dốc m = 2.5. Trong mọi TH, lấy hệ số an toàn =
1.5, tỉ trọng đá = 2.6, tỉ trọng bê tông = 2.4.
a) Để chống lại tác dụng của dòng chảy, tính:
- Chiều dày viên đá lát d đL,dòng (cm). Lấy mo = 1.5 và hướng dòng chảy
song song với bờ (θ = 0o).

2.2.

Với: k – hệ số hiệu chỉnh lưu tốc. Theo đề, hướng dòng chảy song
song với bờ


- Chiều dày tấm BTCT dbt,dòng (cm) với điều kiện vật liệu đặc và chảy vòng

từ từ.
Để chống lại tác dụng của sóng do gió (đà gió = 1 km), vận tốc gió max
= 18 m/s), tính:
- Chiều dày viên đá lát dđL,sóng (cm) theo Puskin.

b)

Với chiều cao sóng :

- Chiều dày dbt,sóng (cm) của các tấm BTCT lắp ghép có kích thước 1 x 1 m

(theo QPLX).

16


c) Từ những kết quả tính trên, chọn các chiều dày gia cố:
- Chiều dày gia cố bằng đá lát dđL (cm).

Chọn dđL = 14 cm.
- Chiều dày gia cố bằng tấm BTCT dbt (cm).
Chọn dbt = 10 cm.

17


3.


Bài tập 6.3
Người ta muốn chỉnh trị đoạn sông có lòng sông đầy cát, hệ số nhám = 0.025,
với các thông số:

- Lưu lượng tạo lòng = 1200 m3/s, độ dốc thủy lực trung bình = 1.2.10-4.
- Lưu lượng lũ max = 2800 m3/s, độ dốc thủy lực trung bình = 1.5.10 -4, đà gió =

3 km và vận tốc gió tính toán = 15 m/s.
a) Dùng phương pháp quan hệ hình dạng sông, tính chiều sâu trung bình (m),
chiều rộng trung bình (m) và bán kính cong (m) của tuyến chỉnh trị.
Giải:
- Mặt cắt ngang thiết kế của lòng sông theo phương pháp quan hệ hình dạng

sông:
Xét đoạn sông hạ lưu với lòng sông cát sỏi:
• Tuyến chỉnh trị mùa nước trung:
 Chiều sâu:
(với k = 9: hệ số hình dạng sông)
 Chiều rộng:

• Tuyến chỉnh trị mùa lũ:
 Chiều sâu:

 Chiều rộng:

- Kích thước TCT: Xét TCT mùa nước trung

Quan hệ giữa chiều rộng TCT trung bình và chiều rộng sông :
Đặt:


- Bán kính cong tuyến chỉnh trị:

Theo CT kinh nghiệm:

b)

Tính vận tốc dòng chảy (m/s) ứng với tuyến chỉnh trị nói trên.

c)

Xét phương án làm kè mỏ hàn bằng đất đắp có phủ đá hộc, mái dốc thượng hạ
lưu = 1.5 và bố trí thẳng góc với bờ, tính phạm vi chiều dài kè (m) có thể làm,
khoảng cách (m) giữa hai kè bên bờ lõm và bờ lồi.
18


- Phạm vi chiều dài kè:

- Khoảng cách giữa hai kè:
• Ở bờ lõm:
• Ở bờ lồi:
d)

Tính vận tốc dòng chảy max (m/s).

19




×