Nguyen_yeu
New Member
Download miễn phí Kết quả tính toán lựa chọn hàm vận chuyển bùn cát thích hợp nhất cho đoạn sông Hồng từ Hoà Bình đến Hà Nội nhờ ứng dụng mô hình GSTARS 2.1
Công thức nguyên bản của Ackers và White là công thức khá nổi tiếng để dự báo
suất vận chuyển của bùn cát mịn (nhỏ hơn 0,2 mm) và bùn cát tương đối thô. Để hiệu
chỉnh xu thế, một dạngsửa lại của các hệ số đã được công bố vào năm 1990 (HR
Wallingford, 1990). Cả hai thế hệ của các hệ số đều được thực hiện trong GSTARS 2.1.
Các hệ số nguyên dạng (1973) và các hệ số đã sửa lại (1990) nhưtrong bảng dưới đây.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
RS 2.12.1. Cơ sở lý thuyết của các tính toán n−ớc vật và diễn toán bùn cát trong
GSTARS 2.1
Trong GSTARS 2.1, các tính toán n−ớc vật và vận chuyển bùn cát có thể xem là
hai môđun của cùng một mô hình số. Bởi vậy, thủ tục giải không gắn liền ph−ơng trình
cơ bản của dòng chảy với ph−ơng trình cơ bản để diễn toán bùn cát. Ph−ơng pháp dùng
trong GSTARS 2.1 là sai phân phân hữu hạn không ghép nối, nghĩa là: sai phân hữu
hạn đ−ợc sử dụng để rời rạc hoá ph−ơng trình sai phân cơ bản, các đ−ờng cong n−ớc vật
đ−ợc tính đầu tiên, sau đó diễn toán toán bùn cát và tính các thay đổi đáy, tất cả các
tham số thủy lực đ−ợc giữ ổn định trong mỗi b−ớc thời gian tính toán.
Cơ sở lý thuyết của môđun n−ớc vật trong GSTARS 2.1 đã đ−ợc trình bày khá chi
tiết trong bài báo tr−ớc [1]. Để diễn toán bùn cát trong sông, GSTARS 2.1 sử dụng
66
Kết quả tính toán lựa chọn hàm vận chuyển bùn cát… 67
ph−ơng trình liên tục bùn cát ở dạng giản hoá (2.12) dựa trên 2 giả thiết: sự thay đổi
l−ợng ngậm cát lơ lửng trong mặt cắt ngang nhỏ hơn nhiều sự thay đổi của đáy sông và
trong một b−ớc thời gian, các tham số của hàm vận chuyển bùn cát đối với một mặt cắt
ngang giữ nguyên không thay đổi. Ph−ơng trình này nh− sau:
s
sd q
x
Q
t
A =∂
∂+∂
∂η (2.1)
với: η là thể tích bùn cát trong 1 đơn vị thể tích lớp đáy; Ad là thể tích bùn cát đáy trên
mỗi đơn vị chiều dài; Qs là l−u l−ợng bùn cát; qs là dòng chảy bùn cát vào theo ph−ơng
ngang và t là thời gian.
2.2. Các hàm vận chuyển bùn cát trong GSTARS 2.1
GSTARS 2.1 bao gồm 11 hàm vận chuyển bùn cát khác nhau: Duboys (1879),
Meyer-Peter và Muller (1948), Laursen (1958), Toffaleti (1969), Engelund và Hansen
(1972), Ackers và White (1973), Ackers và White (1990), Yang (1973) + Yang (1984),
Yang (1979) + Yang (1984), Parker (1990), Yang và cộng sự (1996). Mỗi hàm vận
chuyển bùn cát đ−ợc xây dựng cho mỗi phạm vi kích th−ớc bùn cát và các điều kiện
dòng chảy nhất định. Các kết quả tính toán dựa trên cơ sở các hàm vận chuyển khác
nhau có thể khác đáng kể so với các hàm khác và so với thực đo.
2.2.1. Ph−ơng pháp Duboys (1879)
Dựa theo tiêu chuẩn khởi động của bùn cát đáy là ứng suất tiếp đáy v−ợt quá ứng
suất tiếp giới hạn, Duboys đã thu đ−ợc biểu thức sau:
( cb Kq )τ−ττ= (2.2)
trong đó qb là l−u l−ợng bùn cát đáy đơn vị; τ là ứng suất tiếp đáy và cτ là lực kéo tới
hạn dọc theo đáy, đ−ợc tính từ biểu đồ Shields. Theo Traub (1935), K đ−ợc tính theo
công thức:
4/3d
173,0
K = (2.3)
trong đó: d là d−ờng kính hạt.
2.2.2. Công thức Meyer-Peter và Muller (1948)
Công thức Meyer-Peter và Muller (1948) là công thức chất tải đáy đối với sỏi hay
vật liệu thô:
( ) 3/2b3/1s
2/3
r
s q25,0d047,0
K
K
RS ρ+γ−γ=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛γ (2.4)
trong đó γ và t−ơng ứng là trọng l−ợng riêng của n−ớc và bùn cát (tấn/msγ 3); R là bán
kính thủy lực (m); S là độ dốc năng l−ợng; d là đ−ờng kính hạt trung bình (m); là khối
l−ợng riêng của n−ớc (tấn/m
ρ
4); qb là suất chuyển cát đáy (tấn/s/m); (Ks/Kr)S = Sr là loại
độ dốc, đ−ợc gây bởi sức cản do hạt và gây ra chuyển động của bùn cát đáy.
Ph−ơng trình (2.3) cũng có thể đ−ợc biểu diễn ở dạng không thứ nguyên là:
( )
( )
( ) 047,0d
RSK/K
d
25,0
g
q
s
2/3
rs
s
3/1
3/2
b −γ−γ
γ=γ−γ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ γ (2.5)
Nguyễn Thị Nga 68
với:
S
S
K
K r
/
r
s =⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ 23
(2.6)
và:
61
90
26
/r d
K = (2.7)
trong đó: d90 là đ−ờng kính ứng với tung độ 90% của đ−ờng cong cấp phối hạt.
2.2.3. Công thức Laursen (1958)
Công thức Laursen (1958) đ−ợc biểu diễn ở các dạng đồng nhất có thứ nguyên
bằng:
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
ω⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −τ
τ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛γ= ∑
i
*
ci
6/7
i
i
it
U
f1
'
D
d
p01,0C (2.8)
trong đó: Ct là nồng độ bùn cát tính bằng trọng l−ợng trên mỗi đơn vị thể tích;
gDSU =* ; pi là số phần trăm vật liệu hiện có trong phần kích th−ớc i; iω là độ thô
thủy lực của hạt có đ−ờng kính trung bình di; D là độ sâu n−ớc trung bình và ciτ là lực
kéo tới hạn đối với đ−ờng kính bùn cát di cho bởi biểu đồ Shields. ứng suất tiếp đáy gây
bởi sức cản của hạt 'τ tính đ−ợc từ ph−ơng trình Manning bằng:
3/1
50
2
D
d
58
V
' ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ρ=τ (2.9)
2.2.4. Ph−ơng pháp Toffaleti (1969)
Ph−ơng pháp Toffaleti (1969) dựa trên các đơn giản hoá sau đây:
(1) Độ rộng kênh có l−u l−ợng bùn cát bằng l−u l−ợng bùn cát của kênh hình
thang có độ rộng B và độ sâu R với R là bán kính thủy lực của kênh thực tế;
(2) Độ sâu tổng cộng của dòng chảy đ−ợc phân chia thành 4 lớp. Vật liệu đáy Qti
đối với bùn cát có kích th−ớc di là:
Qti = B(qbi + qsui + qsmi + qsli) (2.10)
trong đó: B là độ rộng lòng dẫn và qbi, qsui, qsmi, qsli t−ơng ứng là l−u l−ợng bùn cát qua
mỗi đơn vị độ rộng trong lớp đáy, lớp trên cao, lớp giữa và lớp d−ới thấp. Toffaleti đã sử
dụng các ph−ơng pháp bán kinh nghiệm và đồ thị để tính l−u l−ợng bùn cát trong mỗi
lớp nói trên.
2.2.5. Ph−ơng pháp của Engelund và Hansen (1972)
Engelund và Hansen (1972) đã đề xuất công thức vận chuyển:
(2.11) 2/51,0f θ=φ
2V
gSD2
f = (2.12)
2/1
3s
s
t gd
q
−
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
γ
γ−γ
γ=φ (2.13)
( )ds γ−γ
τ=θ (2.14)
Kết quả tính toán lựa chọn hàm vận chuyển bùn cát… 69
trong đó: g là gia tốc trọng lực; S là độ dốc năng l−ợng; V là tốc độ dòng chảy trung
bình; qt là l−u l−ợng bùn cát tổng cộng tính bằng trọng l−ợng qua mỗi đơn vị độ rộng;
sγ và γ t−ơng ứng là trọng l−ợng riêng của bùn cát và của n−ớc; d là đ−ờng kính hạt
trung bình; D là độ sâu dòng chảy trung bình và τ là ứng suất tiếp dọc theo đáy.
2.2.6. Ph−ơng pháp của Ackers và White (1973) và (1990)
Ackers và White (1973) đã ứng dụng phép phân tích thứ nguyên để biểu diễn tính
chuyển động (the mobility) và suất vận chuyển bùn cát d−ới dạng các số hạng của các
tham số không thứ nguyên. Số chuyển động (mobility number) của họ đối với bùn cát
là:
( )
n12/1
s*
gr
d/Dlg32
V
1gdUF
−−
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
α⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −γ
γ= (2.15)
trong đó là tốc độ động lực; n là số mũ chuyển đổi phụ thuộc vào kích th−ớc bùn cát;
trong dòng chảy rối
*U
10=α ; d là kích th−ớc hạt bùn cát và D là độ sâu dòng chảy. Kích
th−ớc bùn cát cũng đ−ợc bằng một đ−ờng kính hạt không thứ nguyên:
3/1
s
2gr
1
g
dd ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −γ
γ
ν
= (2.16)
trong đó: ν là độ nhớt động học của n−ớc. Bởi vậy, hàm vận chuyển bùn cát không thứ
nguyên có thể đ−ợc biểu diễn bằng:
( )grgrgr d,FfG = (2.17)
với: ( )
n*
s
gr V
U
/d
XD
G ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
γγ= (2.18)
trong đó: X là suất vận chuyển bùn cát. Hàm vận chuyển bùn cát không thứ nguyên
cũng có thể đ−ợc biểu diễn bằng:
m
gr
gr 1A
F
CG ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −= (2.19)
Các giá trị của A, C, m và n đã đ−ợc Ackers và White (1973) xác định dựa trên
việc khớp tốt nhất các đ−ờng cong của số liệu thí nghiệm với kích th−ớc bùn cá...