Đề Cương Ôn Tập Lý Thuyết Thủy Lực Thủy Văn (Full Câu Hỏi + Đáp Án)

Đề Cương Ôn tập Lý thuyết THỦY LỰC THỦY VĂN (full câu hỏi + đáp án) Câu 1 Hãy nêu khái niệm tổn thất năng lượng trong dòng chảy? Hãy viết công thức tính tổn thất dọc đường trong dòng chảy đều? Số hạng[.]

Đề Cương Ôn tập Lý thuyết THỦY LỰC THỦY VĂN (full câu hỏi + đáp án) Câu 1

Hãy nêu khái niệm tổn thất năng lượng trong dòng chảy? Hãy viết công thức tính tổn thất dọc đường trong dòng chảy đều?

Số hạng hw trong phương trình Becnuly viết cho toàn dòng chảy, thực chất là tổn thất năng lượng của một đơn vị chất lỏng để khắc phục sức cản của dòng chảy trong đoạn ống đang xét

hd: tổn thất năng lượng dọc đường trong dòng chảy đều

λ: Hệ số tổn thất dọc đường là hệ số ma sát không thứ nguyên xác định chủ yếu bằng thí nghiệm

l: Độ dài đoạn dòng chảy

d: đường kính ống Để tiện dùng công thức Đacxy cho những dòng đều trong những tiết diện không tròn Thay d = 4 R

v: Vận tốc trung bình dòng chảy

Câu 2

Hãy viết phương trình động lượng cho toàn dòng chảy thực chảy ổn định?

Phương trình động lượng cho toàn dòng chảy thực:

Phương trình động lượng theo phương Ox, Oy; Oz:

0

)(

1

v

d u

 

+

= :hệ số sửa chữa động lượng

(α0 = 1,02 ÷1,05)

Q: Lưu lượng dòng chảy

ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng

v1, 2: lưu tốc dòng chảy tại các mặt cắt

(v1,x) Góc hợp bởi giữa lưu tốc v1 với trục x tương tự đối với trục y,z

Q=Chiều sâu đó gọi là chiều sâu chảy đều h0

2 Công thức tính chiều sâu chảy đều

i R C

Q=0 0 0Trong đó:

ω0, C0, R0 là diện tích mặt cắt ướt, hệ số Cedy, bán kính thủy lực tương ứng với h =

Trong đó: Qp: Lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế p%

Ap: Mô đuyn dòng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế p%

Trong đó: Qp: Lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế p%

q100: Mô đuyn dòng chảy đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế 10% quy về diện tích lưu vực

100 Km2

n: hệ số triết giảm mô đun đỉnh lũ, phụ thuộc vào diện tích lưu vực

λ : Hệ số chuyển đổi tần suất 10% sang tần suất p%

2



 ++

22

2 1 1 1

2 1 1 1 1

a1 là khoảng cách từ điểm ấy đến mặt chuẩn 0-0

-Nếu rời mặt chuẩn 0-0 đến A thì năng lượng đơn vị là:

g

v h

2

2 1 1

+

=

Thay v = Q/ω ta có:

2 2

Lưu lượng không đổi dọc theo dòng chảy và theo thời gian

Mặt cắt ướt không đổi cả về hình dạng và diện tích

Độ dốc đáy không đổi i = const

Độ nhám không đổi, n = const

g v

2



h

d.Công thức cơ bản:

-Lưu tốc trung bình của dòng chảy v = C Ri

-Lưu lượng của dòng chảy là: Q=.C Ri

Khái niệm đường ống đơn giản

Là đường ống có đường kính không đổi, không có ống nhánh, do đó lưu lượng dọc đường ống không đổi Đường ống đơn giản là trường hợp cơ bản nhất về ống dài, các đường ống

phức tạp hơn có thể coi là

tổ hợp của nhiều ống dài đơn giản

Dòng chảy ra ngoài khí trời

Công thức tính toán thủy lực:

l K

Q : Lưu lượng qua ống

K : Modun lưu lượng của ống

l : Chiều dài đoạn ống đang xét

Dòng chảy từ ống vào một bể chứa khác

H = z1 - z2 = hd

Như vậy ta lại có công thức giống công thức trên Chúng khác nhau ở chỗ cột nước tác dụng H là chênh lệch mực nước của hai bể chứa Công thức tính toán vẫn là công thức trên

3 2

=

g

v H m

m  : thường xác định bằng công thức kinh nghiệm

- Ảnh hưởng bởi co hẹp bên:

3 2

2 H g b

m

Q=n c

Trong đó hệ số chảy ngập δn xác định bằng thực nghiệm

*Khái niệm và điều kiện chảy ngập của đập tràn thành mỏng:

-Đập tràn thành mỏng làm việc trong chế độ chảy ngập nếu thỏa mãn hai điều kiện sau: + Mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập hh > P (hay hn = hh – P>0)

+ Làn nước tràn nối tiếp với hạ lưu bằng nước nhảy ngập hoặc không có nước nhảy, dòng chảy ở ngay hạ lưu đập là chảy êm

-Bằng cách tính toán nối tiếp người ta có thể chứng minh rằng điều kiện nước chảy ngập sẽ được thỏa mãn nếu z/P < (z/P)pg với z = H – hn độ chênh lệch mực nước thượng và hạ lưu

Hãy nêu khái niệm và điều kiện chảy ngập của đập tràn đỉnh rộng?

Trả lời a Khái niệm đập tràn đỉnh rộng

Đập tràn có chiều dày δ nằm trong khoảng (2÷3)H < δ < (8÷10)H thì gọi

là đập tràn đỉnh rộng

0,5

* Công thức tính đập tràn chảy không ngập

-Công thức tính lưu lượng qua đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập là:

)(

2g H0 h v

ω là diện tích mặt cắt ướt

-Trường hợp đập có cửa hình chữ nhật sau khi biến đổi ta có

3 2

* Điều kiện chảy ngập của đập tràn đỉnh rộng

Đập tràn đỉnh rộng làm việc trong chế độ chảy ngập nếu thỏa mãn hai điều kiện sau:

- Mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đậph > P (hay h = h – P>0)

0,5

- Làn nước tràn nối tiếp với hạ lưu bằng nước nhảy ngập hoặc không có nước nhảy, dòng chảy ở ngay hạ lưu đập là chảy êm

Bằng cách tính toán nối tiếp người ta có thể chứng minh rằng điều kiện

nước chảy ngập sẽ được thỏa mãn nếu hn/H0 > (hn/H0)pg với hn = hh – P

22

2 2 2 2 1 2 1 1

α: Hệ số điều chỉnh động năng không đều

hw: Tổn thất năng lượng trung bình của một đơn vị trọng lượng (tổn thất cột nước)

p1, 2: áp suất thủy động tác động lên hại mặt cắt 1-1 và 2-2

v1,2 Lưu tốc trung bình mặt cắt 1-1 và 2-2

z1,2: cao trình trọng tâm mặt cắt 1-1 và 2-2

γ: trọng lượng riêng của chất lỏng

Điều kiện khi vận dụng phương trình Bernoulli:

Phương trình chỉ dùng cho dòng chảy thoả mãn 5 điều kiện:

Dòng chảy ổn định;

Lực khối chỉ là trọng lực;

Chất lỏng không nén được;

Lưu lượng không thêm bớt dọc theo chiều dòng chảy;

Dòng chảy tại mặt cắt chọn phải đổi dần

Ý nghĩa của phương trình Bernoulli

*Ý nghĩa năng lượng

Trong phương trình Bernoulli các số hạng đầu viết cho một đơn vị trọng lượng

Z: Vị năng đơn vị

p/γ: Áp năng đơn vị

Z + p/γ: Thế năng đơn vị

u2/2g: Động năng đơn vị

(Z + p/γ + u2/2g): Tổng động năng và thế năng đơn vị còn gọi là tổng cơ năng đơn vị

Như vậy: Ý nghĩa vật lý của phương trình Bernoulli là biểu diễn định luật bảo toàn

năng lượng

*Ý nghĩa thủy lực

Z: Biểu thị độ cao của trọng tâm mặt cắt ướt đối với mặt chuẩn Có thứ nguyên độ

dài còn gọi là cột nước vị trí

p/γ : Có thứ nguyên độ dài Biểu thị cho độ cao áp suất của mặt cắt ướt còn gọi là cột

nuớc áp suất

(Z + p/γ) gọi là đường cột nước đo áp hay gọi là đường thế năng

u2/2g: Có thứ nguyên độ dài Nó biểu diễn cho độ cao đạt được khi ném một vật theo

đường thẳng đứng từ dưới lên trên với tốc độ ban đầu là u Còn gọi là cột nước lưu tốc

(Z + p/γ + u2/2g): Biểu diễn sự biến thiên năng lượng đơn vị của dòng chảy là Đường

tổng cột nước hay còn gọi là đường năng

Câu 12

Hãy nêu khái niệm, công thức tính toán thủy lực về đường ống dài song song, đường

ống tháo nước liên tục?

*Đường ống song song:

-Đường ống song song : Nhiều đường ống đơn giản có kích thước khác nhau và nối với nhau,

có chung một nút vào và một nút ra gọi là đường ống song song

-Công thức tính toán về ống song song Commented [D1]: Thay hình vẽ, tham khảo hình của đề

thủy lực

* Đường ống tháo nước liên tục:

-Ống tháo nước liên tục: là ống có lưu lượng tháo dần ra một cách liên tục dọc theo trục đường ống

Giả thiết có một ống dài AB có khoét nhiều lỗ nhỏ ống đó bắt vào bể chứa nước

ta gọi :

Qv lưu lượng tại điểm A, là điểm vào của ống

Qth Tổng lưu lượng tháo ra dọc đường AB gọi là lưu lượng tháo ra

Qm Lưu lượng tại điểm B là điểm cuối cùng của AB gọi là lưu lượng mang đi

THỦY VĂN Câu 1

Hãy nêu khái niệm độ sâu và phương pháp đo sâu theo mặt cắt ngang?

*Khái niệm độ sâu

Độ sâu dòng chảy tại một điểm nào đó là khoảng cách theo phương thẳng đứng từ mặt nước tới đáy sông tại điểm đó

đo thường được chọn ở những chỗ địa hình có thay đổi đột biến Khoảng cách 2 mặt cắt ngang liên tiếp có thể căn cứ vào chỉ tiêu sau

1

;21

Khi độ rộng B khoảng 1000 m khoảng cách chọn B

1

;31

- Xác định số điểm đo trên mặt cắt ngang

Căn cứ địa hình và độ râng sông để bố trí điểm đo Có thể tham khảo theo bảng:

-Xác định vị trí điểm đo trên mặt cắt ngang

+ Phương pháp căng dây:

Khi sông có B<200 m ít tàu thuyền qua lại, lưu tốc nhỏ thì có thể dùng dây có đánh dấu khoảng cách căng qua sông để xác định vị trí đo (hình )

+Dùng mia và máy kinh vĩ

Khi mặt sông lặng sóng và lưu tốc nhỏ Trên tuyến ngang dựng 4 sào tiêu R1, R2, R3, R4 đặt máy ở điểm A gần bờ Cố định hướng ngắm

về sào tiêu R3, Mia được dựng trên thuyền và đọc khoảng cách trực tiếp

+ Dùng máy kinh vĩ và sào tiêu đo góc

Trên mặt cắt ngang sông dựng 4 sao tiêu R1, R2, R3, R4 Từ điểm

A trên bờ lấy đoạn AC vuông góc với R1R2 Đoạn AC gần bằng chiều rộng B Đặt máy tại C (Hình) Khi đo sâu tại điểm nào đó đọc góc α tính được khoảng cách AM

AM = ACtg

+ Dùng hai máy kinh vĩ giao hội

Vị trí điểm đo có thể xác định bằng các tia ngắm do hai máy kinh

vĩ đặt trên bờ không trùng mặt cắt ngang

-Phần lớn lượng nước bị giữ lại bởi thảm thực vật và dòng chảy mặt sẽ quay lại khí quyển do bốc hơi Lượng nước thấm trong đất có thể thẩm sâu xuống lớp đất bên dưới để cung cấp cho kho nước ngầm Sau đó lại xuất lộ ra ngơài chảy vào các sông suối và cuối cùng đổ ra biển hoặc bốc hơi vào khí quyển

2 Phương trình cân bằng nước đối với lưu vực

Xét lưu vực bất kỳ trên mặt đất Hình trụ thẳng đứng bao xung quanh chu vi lưu vực tới tầng không thấm nước với thời đoạn Δt, ta có phương trình cân bằng nước sau:

X + N +Y1 + W1 – (Z’ + Y2 + W2) = V2 – V1

Hay:

X + (N – Z’) + (Y1 – Y2) + (W1 – W2) = ± ΔV

Trong đó:

X: Lượng mưa bình quân trên lưu vực

N: Lượng nước ngưng tụ trên lưu vực

Y1 ,Y2: Lượng dòng chảy mặt đến đi

W1, W2 : Lượng dòng chảy ngầm đến, đi

V1, V2 : Lượng nước trữ trong lưu vực ở đầu và cuối thời đoạn Δt

Z’: Lượng nước bốc hơi

Câu 3

Hãy nêu khái niệm dòng chảy lũ, nguyên nhân và quá trình hình thành dòng chảy lũ ở nước ta

a Khái niệm dòng chảy lũ

Khi có mưa lớn, dòng chảy trong sông có sự thay đổi đột biến so với bình thường, mực nước, lưu lượng tăng lên nhanh chóng cho đến khi đạt giá trị lớn nhất sau đó lại giảm nhanh về trạng thái bình thường Quá trình thay đổi mực nước, lưu lượng từ trạng thái bình thường cho đến khi đạt giá trị lớn nhất rồi lại trở về trạng thái bình thường là một trận lũ

b Nguyên nhân hình thành dòng chảy lũ

-Mưa lớn và kéo dài

Dưới đây mô tả khái quát quá trình hình thành một trận lũ:

-Khi mưa rơi xuống lưu vực, ban đầu nước mưa đọng trên các lá cây, thảm phủ thực vật, trữ vào trong các khe rỗng và chỗ trũng, một phần nước bốc hơi trở lại khí quyển, đại bộ phận

thấm xuống đất và chưa sinh dòng chảy trên mặt đất, giai đoạn này là giai đoạn tổn thất hoàn toàn

-Nếu mưa vẫn tiếp tục, khi cường độ mưa vượt quá cường độ tổn thất, tại những nơi này trên mặt đất bắt đầu sinh dòng chảy mặt Dưới tác động của trọng lực nước sẽ chảy theo sườn dốc tập trung vào lòng sông và tập trung về tuyến cửa ra Trong quá trình tập trung nước, dòng chảy tiếp tục bị tổn thất thấm và bốc hơi Một phần dòng chảy ngấm xuống tầng đất sát mặt

sẽ tập trung vào lòng sông ngay trong thời gian có mưa và sau khi lũ rút và bổ sung vào phần cuối của quá trình lũ Lượng nước còn lại sẽ vận chuyển xuống tầng sâu hơn và cung cấp cho các tầng nước ngầm

-Như vậy quá trình hình thành một trận lũ phụ thuộc vào quá trình mưa, quá trình tổn thất và quá trình tập trung nước về tuyến cửa ra

- Quá trình hình thành lũ trên sông phụ thuộc vào 3 yếu tố chính là: Qui luật mưa gây lũ; tổn

thất dòng chảy lũ và thời gian tập trung lũ trên lưu vực

Để xác định áp lực tác dụng lên thành rắn phẳng có hình dạng bất kỳ với diện tích ω ta cần xác định các yếu tố:

+Phương: Vuông góc với thành rắn phẳng

+Chiều: Hướng vào thành rắn phẳng

+Độ lớn: Xét áp lực dP tác dụng lên miền diện tích dω mà độ sâu trọng tâm của nó có độ sâu

Trong đó po: Áp suất tại mặt thoáng

γ: Trọng lượng riêng của chất lỏng

h: Độ sâu trọng tâm của thành rắn

zy d y Z

-Để xác định phương trình Bernoulli, ta áp dụng định luật động năng: “Sự biến thiên động năng của một khối lượng nhất định khi nó di chuyển trên một quãng đường bằng công của các lực tác dụng lên khối lượng đó cũng trên quãng đường đó”

-Trong dòng chảy ổn định của chất lỏng lý tưởng, ta xét một đoạn dòng nguyên tố giới hạn bởi hai

mặt cắt 1-1 và 2-2 có diện tích tương ứng là dω1và dω2

-Mặt cắt 1-1 có trọng tâm ở độ cao z 1 , áp suất thủy động lên nó là p 1 và vận tốc là u 1

Mặt cắt 2-2 có các trị số tương ứng là z 2 , p 2 và u 2

-Vì các mặt cắt 1-1 và 2-2 vô cùng nhỏ nên có thể giả thiết là các trị số u 1 , p 1 và u 2 , p 2 không

đổi đối với bất kỳ điểm nào trên những mặt cắt tương ứng

-Chất lỏng lý tưởng không có tính nhớt do đó năng lượng không đổi dọc chiều dài dòng chảy Phương trình là:

Hãy nêu các đặc điểm, nhân tố ảnh hưởng và phương pháp nghiên cứu hiện tượng thủy văn?

a Đặc điểm hiện tượng thủy văn

Hiện tượng thủy văn là tổ hợp các nhóm yếu tố khí hậu – mặt đệm – hoạt động kinh tế xã hội của con người tham gia vào quá trình dòng chảy quyết định tính chất của hiện tượng thủy văn Hiện tượng thủy văn vừa mang tính ngẫu nhiên vừa mang tính tất nhiên :

-Tính tất nhiên của hiện tượng thủy văn thể hiện ở các mặt sau :

+Sự thay đổi có chu kỳ của các xu thế bình quân theo thời gian :

Xét trong thời kỳ nhiều năm, sự thay đổi lượng dòng chảy theo thời gian hình thành các pha nước nhiều (những năm liên tục có dòng chảy dồi dào), pha ít nước (những năm liên tục dòng chảy ít nước) pha nước trung bình (những năm liên tục dòng chảy trung bình) Trong một năm thường hình thành pha nước lớn (vào các tháng mùa lũ) gọi là dòng chảy mùa lũ Pha nước kiệt (vào các tháng mùa kiệt) gọi là dòng chảy mùa kiệt Mỗi năm đều tồn tại một pha nước lớn và một pha nước kiệt

Tính qui luật biểu thị mối quan hệ vật lý của các nhân tố ảnh hưởng đến đặc trưng dòng chảy Mối quan hệ giữa các đặc trưng dòng chảy và các nhân tố ảnh hưởng trong nhiều trường hợp có thể biểu diễn bằng mô hình toán (phương trình, đồ thị)

+ Sự biến đổi có qui luật theo không gian: do bị chi phối bởi tính địa đới của các hoạt động

khí hậu, khi tượng, tổ hợp với các hình thế mặt đệm tương đối ổn định của từng khu vực trên lãnh thổ

Thời kỳ bắt đầu mùa lũ, mùa kiệt phụ thuộc vào điều kiện khí hậu của từng vùng

Sự biến đổi khí hậu có tính qui luật do đó hiện tượng thuỷ văn là sản phẩm của khí hậu nên sự biến đổi của hiện tượng thuỷ văn cũng mang tính qui luật

Đồng thời sự biến đổi của hiện tượng thuỷ văn phụ thuộc vào bề mặt đệm, bề mặt đệm biến đổi có qui luật theo từng vùng, từng đới địa lý nên hiện tưọng thuỷ văn cũng biến đổi có qui luật địa đới

Nhờ đó có thể xây dựng các bản đồ phân vùng, đẳng trị

-Tính ngẫu nhiên của hiện tượng thủy văn : phụ thuộc chủ yếu vào sự biến đổi ngẫu nhiên

của nhóm cá nhân tố khí hậu, hoạt động của con người

Ta thấy hiện tượng thuỷ văn (cũng như dòng chảy sông ngòi) chịu sự chi phối của rất nhiều các nhân tố luôn luôn biến đổi trong đó có cả những nhân tố đột xuất của các yếu tố khí hậu, bề mặt đệm, hoạt động dân sinh kinh tế của con người Tác dụng tổng hợp của nhân

tố đột xuất muôn hình muôn vẻ mang tính ngẫu nhiên Vì vậy dòng chảy cũng mang tính ngẫu nhiên, chế độ dòng chảy năm sau khác năm trước, giai đoạn sau khác giai đoạn trước

Do đó: đặc điểm của hiện tượng thủy văn vừa mang tính tất nhiên vừa mang tính ngẫu nhiên

b Yếu tố ảnh hưởng:

-Ảnh hưởng của yếu tố khí hậu, khí tượng

Chế độ thủy văn của một vùng phụ thuộc chủ yếu vào khí hậu, sau đó là địa hình, địa chất, thổ nhưỡng và lớp phủ thực vật Các nhân tố khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy là mưa và bốc hơi Mưa là nguyên nhân sinh dòng chảy, bốc hơi làm giảm lượng dòng chảy Nhưng mưa, bốc hơi lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ, gió

Ở đây giới thiệu thêm một số khái niệm khí hậu, khí tượng có vai trò quan trọng tác động đến dòng chảy

-Ảnh hưởng của yếu tố mặt đệm

Các đặc tính của lưu vực sông bao gồm đặc điểm địa hình, lớp phủ thực vật, điều kiện địa chất, thổ nhưỡng, độ dốc lưu vực, ao hôồđầm lầy ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành dòng chảy sông ngòi gọi chung là yếu tố mặt đệm

Địa hình gián tiếp ảnh hưởng đến các yếu tố khí hậu, khí tượng như: lượng mưa, gió, nhiệt động không khí do đó ảnh hưởng đến lượng dòng chảy và chế độ dòng chảy trên lưu vực Ngoài ra địa hình òn ảnh hưởng trực tiếp đến vận tốc dòng chảy, quá trình tập trung dòng chảy trên sườn dốc, đến quá trình xói mòn đất

Lớp phủ thực vật là yếu tố đặc biệt quan trọng ảnh hưởng đến sự hình thành dòng chảy: như tốc độ dòng chảy, lượng nước ngầm

Đặc tính địa chất thổ nhưỡng ảnh hưởng đến khả năng nước thấm xuóng đất và trữ trên lưu vực

Ao hồ đầm lầy ảnh hưởng đến mức độ diều tiết dòng chảy của lưu vực

-Ảnh hưởng hoạt động dân sinh kinh tế

Sự ảnh hưởng thể hiện ở nhiều khía cạnh khác nhau, có tác động tích cực, có tác động tiêu cực đến dòng chảy sông ngòi (như: xây dựng hồ chứa nước đầu nguồn, chặt phá rừng đầu nguồn, làm biến đổi môi truờng nước ) Có tác động ảnh hưởng trực tiếp (dẫn dòng, ngăn dòng, cấp nước, thoát nước….), có tác động ảnh hưởng gián tiếp (biến đổi bề mặt đệm, biến đổi khí hậu )

c Phương pháp nghiên cứu