Các dạng đường mặt nước trên kênh lăng trụ có lưu lượng tăng dần theo chiều dòng chảy

Các kênh dẫn có dạng lăng trụ tiếp nhận liên tục dòng chảy bên gia nhập dọc theo chiều dòng chính là những kênh dẫn có dòng biến lượng. Đó là những loại công trình như rãnh biên, máng thoát nước tràn ở bể bơi, kênh tiêu cắt dốc hay những hệ thống công trình thủy lợi có đường tràn ngang ở nơi xung yếu để bảo vệ bờ kênh, chống nước tràn bờ khi có sự cố hoặc những đoạn kênh cắt qua khe, rãnh tụ thủy. Đặc trưng thủy động lực học của dòng chảy trong đoạn kênh có dòng biến lượng rất phức tạp bởi lực tác động của dòng gia nhập vào dòng chính. Yếu tố thủy lực được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất là đường mặt nước, bởi đây là thông số thủy lực quan trọng phục vụ công tác thiết kế. Bài báo trình bày kết quả phân tích các dạng đường mặt nước trên kênh lăng trụ có lưu lượng tăng dần theo chiều dòng chảy. Các dạng đường mặt nước được gọi tên cho từng trường hợp chảy êm - xiết; đường nước dâng - hạ tương ứng với các trường hợp đáy kênh dốc thoải, dốc lớn và nằm ngang. Ngoài ra, các chế độ nối tiếp từ đoạn kênh thông thường phía thượng lưu sang đoạn kênh có dòng biến lượng và từ đoạn kênh có dòng biến lượng sang đoạn kênh hạ lưu cũng được mô tả ứng với từng điều kiện cụ thể.

1. GIỚI THIỆU

2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

3. CÁC DẠNG ĐƯỜNG MẶT NƯỚC

4. ĐƯỜNG MẶT NƯỚC

4.1. Tọa độ điểm giao cắt

4.2. Đường mặt nước trên kênh có cùng độ dốc với kênh chuyển tiếp

4.3. Đường mặt nước trên kênh có độ dốc khác kênh chuyển tiếp    

5. KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Hoàng Tư An và cs. (2004), Dòng chảy không gian không ổn định trong hệ thống kênh dẫn hở của trạm Thủy điện, Tạp chí Thủy lợi và Môi trường, số 5.

[2] Beij K. H. (1934), Flow in roof gutters, U.S. Dept. of Commerce, Bureau of Standards: Research Paper RP644, Bureau of Standards J. Res., 12, 193–213.

[3] Hoàng Nam Bình (2019), Một số nghiên cứu tiêu biểu về dòng biến lượng và máng tràn bên, Tạp chí Khoa học và Công nghệ thủy lợi, số 52.

[4] Hoàng Nam Bình và Nguyễn Quốc Huy (2020), Thiết lập phương trình dòng biến lượng trong lòng dẫn hở bằng nguyên lý bảo toàn động lượng, Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, số 14.

[5] Hoang Nam Binh (2020), An approximate formula to calculate the critical depth in circular culvert, Transport and Communications Science Journal, vol. 71(7),
http://doi.org/10.25073/tcsj.71.7.9.
[6] Camp, T. R., (1940), Lateral spillway channels, Trans. ASCE, vol. 105, p. 606-637.

[7] Nguyễn Cảnh Cầm và nnk. (2006), Thủy lực, Tập 1 + 2, NXB. Nông nghiệp, Hà Nội.

[8] Nguyễn Chiến và Lê Thanh Hùng (2004), Nghiên cứu quy trình tính toán thủy lực và hợp lý hóa các thông số bố trí máng bên của đường tràn ngang, Tạp chí Thủy lợi và Môi trường, số 7C.

[9] Nguyễn Chiến và Hoàng Đình Giáp (2016), Nghiên cứu bố trí hợp lý máng tràn bên của đường tràn ngang ở hồ chứa nước, Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016, Trường Đại học Thủy lợi, NXB. Xây dựng, Hà Nội.

[10] Chow V.T. (1969), Spatially varied flow equations, Water resources research, University of Illinois, Urbana, Illinois 61801, Vol. 5, No. 5, p.1124-1128;

[11] Citrini D. (1942), Canali rettangolari con portata e larghezza gradualmente variabili (Rectangular channels with gradually-varied discharge and width). L’Energia Elettrica 19(5), 254-262; 19(6), 297-301 [in Italian].

[12] Nguyễn Văn Cung và cs. (1964), Dòng biến lượng và đập tràn ngang, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật, số 18;

[13] Gardarsson S.M. et al. (2015), Karahnjukar dam spillway: Comparison of operational data and results from hydraulic modelling, Hydro, Bordeaux, France, No. 22.05.

[14] Gill M.K. (1977), Perturbation solution of spatially varied flow in open channels, Journal of Hydraulic Research, 15:4, 337-350, DOI:10.1080/ 00221687709499639.

[15] Hager W. H. (1983), Open channel hydraulics of flows with increasing discharge, Journal of Hydraulic Research, 21:3, 177-193, DOI: 10.1080/00221688309499413.

[16] Hinds, J. (1926), Side channel spillways: Hydraulic theory, economic factors, and experimental determination of losses. Trans. ASCE, vol. 89, p. 881-939.

[17] Keulegan G. H. (1944), Spatially variable discharge over a sloping plane. Trans. AGU 6, 956-959.

[18] Keulegan G. H. (1952), Determination of critical depth in spatially variable flow, Proc. 2nd Mid-western Conf. Fluid Mechanics, Ohio State University, 67-80.

[19] Kiselev K. G. và nnk., (1984), Sổ tay tính toán thủy lực (bản dịch tiếng Việt), NXB. Nông nghiệp.

[20] Kouchakzadeh S., Vatankhah A.R. (2002), Spatially varied flow in non-prismatic channels - I: Dynamic equation, Irrigation and Drainage, John Wiley & Sons, Ltd., 51: 41-50, DOI: 10.1002/ird.36.

[21] Lucas J. et al. (2015), Side-Channel Flow: Physical Model Studies, Journal of Hydraulic Engineering, DOI: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001029.
[22] De Marchi G. (1941), Canali con portata progressivamente crescente (Channels with progressively increasing discharge), L’Energia Elettrica, 18(6), 351–360 (in Italian).

[23] Maradjieva M. and Kazakov B. (2007), Hydraulic research on side-channel spillways based on physical modeling and optimization, University of Architecture, Bulgaria.

[24] Mohammadi M. (2005), Spatially Varied Flow in a Side-Channel, International Journal of Engineering, Vol. 18, No. 4, p.391-400.

[25] Pooja A., Kulkarni D.R., Vipin C. (2018), Physical model study of side channel spillway, International Journal of Civil Engineering and Technology, Vol 9, Issue 7, pp. 774-782.

[26] Viện Khoa học Thủy lợi, (2005), Sổ tay Kỹ thuật thủy lợi, Phần 2 - Công trình thủy lợi, Tập 2 - B. Công trình tháo lũ, NXB. Nông nghiệp.

[27] Yen et al. (1971), Spatially varied open channel flow equations, Office of Water Resources Research, Washington D.C., USA.

________________________________________________________________________

Chi tiết bài báo xem tại đây: Các dạng đường mặt nước trên kênh lăng trụ có lưu lượng tăng dần theo chiều dòng chảy

Hoàng Nam Bình
Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội
Lê Văn Nghị
Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Động lực học sông biển
 

TẠP CHÍ KH&CN THỦY LỢI