Đề THI thủy lực, thủy văn

+ trong đó: là tổn thất cục bộCâu 4 1 điểm: Hãy nêu khái niệm, công thức tính toán năng lượng đơn vị của mặt cắt của dòng chảy không đều trong kênh hở?. + trong đó: h là độ sâu vuông góc

Đề THI Thủy Lực, Thủy Văn

A – Lý thuyết

I, Câu hỏi 1 điểm.

Câu 1 (1 điểm): Hãy viết phương trình động lượng cho toàn dòng chảy thực chảy ổn định?

Trong đó: là hệ số sửa chữa động lượng

dòng chảy trong ống và dòng (

Câu 2 (1 điểm): 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 thứ 7 trong phương trình Becnuiy viết cho toàn dòng chảy thực là tổn thất năng lượng của 1 đơn vị trọng lượng chất lỏng để khắc phục sức cản của dòng chảy trong đoạn dòng đang xét, hay còn gọi là tổn thất cốt nước và chia ra 2 loại:

+ Tổn thất dọc đường (): tổn thất sinh ra trên toàn bộ chiều dài dòng chảy

+ Tổn thất cục bộ ( ): tổn thất sinh ra ở nhũng nới cá biệt, ở đó dòng chảy bị biến dạng đột ngột

- Công thức:

+ trong đó: λ là hệ số ma sát (hệ số tổn thất dọc đường) d: đường kính ống (với kênh hở d=4R) l: khoảng các giữa 2 mặt cắt v: lưu tốc trung bình g: gia tốc trọng trường

Câu 3 (1 điểm): Hãy nêu khái niệm tổn thất năng lượng trong dòng chảy? Hãy viết công thức tính tổn thất cục bộ trong dòng chảy rối?

- Số hạng thứ 7 trong phương trình Becnuiy viết cho toàn dòng chảy thực là tổn thất năng lượng của 1 đơn vị trọng lượng chất lỏng để khắc phục sức cản của dòng chảy trong đoạn dòng đang xét, hay còn gọi là tổn thất cốt nước và chia ra 2 loại:

+ Tổn thất dọc đường (): tổn thất sinh ra trên toàn bộ chiều dài dòng chảy

+ Tổn thất cục bộ ( ): tổn thất sinh ra ở nhũng nới cá biệt, ở đó dòng chảy bị biến dạng đột ngột

- Công thức tính tổn thất cục bộ trong dòng chảy rối:

+ trong đó: là tổn thất cục bộ

Câu 4 (1 điểm): Hãy nêu khái niệm, công thức tính toán năng lượng đơn vị của mặt cắt của dòng chảy không đều trong kênh hở?

- Năng lượng đơn vị là tỷ năng của mặt cắt ứng vs mặt chuẩn đi qua điểm thấp nhất của đáy mặt cắt ướt

+ trong đó: h là độ sâu vuông góc với đáy kênh

Câu 5 (1 điểm): Hãy nêu khái niệm, công thức tính toán độ sâu phân giới của dòng chảy không đều trong kênh hở?

- Chiều sâu trong đó tỷ năng mặt cắt đạt giá trị cực tiểu gọi là chiều sâu phân giới ( )

Câu 6 (1 điểm): Hãy nêu khái niệm, công thức tính toán độ dốc phân giới của dòng chảy không đều trong kênh hở?

- Nếu thì gọi là độ dốc phân giới

- hoặc

Câu 7 (1 điểm): Hãy nêu khái niệm, công thức tính toán chiều sâu chảy đều của dòng chảy không đều trong kênh hở?

- Nếu ta biết hết kích thước mặt cặt ngang của lòng dẫn, độ nhám (n), lưu lượng (Q) chảy qua mặt cắt đó với 1 trị số của độ dốc , ta luôn tìm đc 1 chiều sâu tại mặt cắt đã cho sao cho thỏa mãn phương trình dòng chảy đều :

- Phương trình:

II, Câu hỏi 2 điểm.

Câu 1 (2 điểm): Hãy viết phương trình Becnuiy cho dòng chảy thực chảy ổn định Điều kiện khi vận dụng và ý nghĩa của phương trình Becnuly?

-

+ Trong đó: z: độ cao từ điểm thuộc mặt cắt đến mặt chuẩn (m)

p: áp suất của điểm có độ cao z (N/m2) : trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3) v: lưu tốc bình quân của mặt cắt (m/s) g: gia tốc trọng trường (m/s2)

: hệ số điều chỉnh động năng không đều, thường lấy : tỉ năng tiêu hao trên đoạn dòng giới hạn bởi 2 mặt cắt

- Điều kiện áp dụng:

+ Dòng chảy ồn định

+ Lực khối lượng chỉ là trọng lực

+ Chất lỏng không nén đc

+ Lưu lượng không đổi

+ Tại mặt cắt mà ta chọn viết tích phân dòng chảy phải là đổi dần (còn giữa 2 mặt cắt đó dòng chảy không nhất thiết là đổi dần)

- Ý nghĩa hình học: ngọn nước toonge hợp của dòng nguyên tố chất lỏng lý tưởng tại mọi mặt cắt đều bằng nhau và đều không đổi

Hay đường năng lượng của dòng nguyện tố chất lỏng lý tưởng là một đường nằm ngang

Độ nghiêng của đường năng được gọi là độ dốc thủy lực:

Với L – là khoảng cách giữa 2 mặt cắt

Độ dốc đo áp bằng:

Độ dốc đo áp có thể hướng theo dòng chảy hoặc ngược lại còn độ dốc thủy lực thì chỉ có thể hướng theo dòng chảy

- Ý nghĩa vật lý: tỷ năng toàn phần của dòng nguyên tố chất lỏng lý tưởng giữ giá trị không đổi và bao gồm 3 phần:

1. Vị năng đơn vị z đo bằng độ cao vị trí của phần tử chất lỏng so với mặt chuẩn O-O

2. Áp năng đơn vị đo bằng độ cao đo áp

3. Động năng đơn vị đo bằng độ cao lưu tốc

Như vậy phương trình Becnuli là trường hợp riêng của định luật bảo toàn vật chất trong

tự nhiên

Câu 2 (2 điểm): Hãy nêu khái niệm, tính chất, điều kiện và công thức cơ bản của dòng chảy đều trong kênh hở?

- K/N: dòng chảy đều trong kênh hở là dòng chảy mà tất cả các yếu tố thủy lực (độ sâu dòng chảy, diện tích và hình dạng mặt cắt ướt, lưu tốc trung bình, biểu đồ phân bố lưu tốc trên mặt cắt ướt, lưu tốc) không đổi dọc theo dòng này

- T/C: gọi i - độ dốc đáy kênh; - độ dốc đo áp (độ dốc đường mặt nước); J – độ dốc thủy lực Với dòng chảy đều: i = = J

- Điều kiện: dòng chảy đều trong kênh hở trước hết là dòng trung bình thời gian ổn định và chỉ có ở kênh lăng trụ Kênh lăng trụ là kênh có các kích thước hình học của 1 mặt cắt ngang không đổi dọc theo dòng chảy

- Công thức: (m/s)

+ Trong đó: R – bán kính thủy lực (m)

C – hệ số Sêdi (); theo Manninh với n – hệ số nhám của lòng dẫn được tra trong bảng tra thủy lực

(m3/s) – đặc trung lưu lượng hay còn gọi là modun lưu lượng

Câu 3 (2 điểm): Hãy nêu khái niệm công thức tính lưu lượng của dòng chảy tự do ổn định, dòng chảy ngập ổn định qua lỗ nhỏ thành mỏng cột áp không đổi?

- Dòng chảy qua lỗ co hẹp dần tạo ra mặt cắt co hẹp vị trị phụ thuộc vào hình dạng lỗ (với lỗ tròn cách thành mỏng khoảng nửa đường kính lỗ) đường dòng song song và lưu tốc coi như phân bố đều qua khỏi mặt cắt co hẹp, dòng chảy hơi mở rộng và rơi xuống theo trọng lực

- Công thức:

+ Trong đó: - hệ số lưu tốc của lỗ

- hệ số lưu lượng của lỗ thay đổi chủ yếu do hình dạng lỗ – độ chênh lệch mực nước giữa thượng và hạ lưu

Câu 4 (2 điểm): Hãy nêu khái niệm và công thức tính toán thủy lực về đường ống dài đơn giản chảy ra ngoài khí trời và chảy từ ống vào bể chứa khác?

- Ống dài là đường ống trong đó tổn thất cột nước dọc đường là chủ yếu, tổn thất cột nước cục

bộ và cột nước lưu tốc so với tổn thất dọc đường khá nhỏ có thể bỏ qua không tính

- Công thức dòng chảy ra ngoài khí trời:

+ Trong đó: : cột nước tự do chưa bị tiêu hao Nếu

- Công thức dòng chảy vào bể chứa khác:

Câu 5 (2 điểm): Hãy nêu khái niệm công thức tính toán thủy lực về đường ống dài song song, đường ống tháo nước liên tục ?

- Nhiều dường ống đơn giản có đường kính khác nhau và nới với nhau có chung một nút vào

và một nút ra gọi là đường ống nối song song Như hình, tại 2 điểm A, B của một ống chúng

ta bắc vào 3 ống nhỏ 1, 2, 3 ở mỗi ống lưu lượng có thể khác nhau nhưng độ chênh cột nước

H từ A => B đều gần giống nhau cho các ống:

Vì mỗi ống là 1 ống đơn giản có thể dùng công thức cơ bản về ống đơn giản :

Câu 6 (2 điểm): Hãy nêu khái niệm và công thức tính lưu lượng qua đập tràn thành mỏng?

- Đập tràn thành mỏng là khi chiều dày của đỉnh đập , làm nước tràn ngay khi đi qua mép thượng lưu của đỉnh đập thì tách rời khỏi đỉnh đập, không chạm vào toàn bộ mặt đỉnh đập,

do đó hình dáng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến làn nước tràn và lưu lượng tràn

- Đập tràn thành mỏng tiêu chuẩn:

hoặc

- Chảy ngập:

Nếu co hẹp: thay

- Của tam giác:

Góc ở đỉnh

- Của hình thang:

Với

Câu 7 (2 điểm): Hãy nêu khái niệm và phương pháp tính toán lưu lượng qua đập tràn đỉnh rộng?

- K/n: khi chiều dày đỉnh đập thảo mãn thì gọi là đập tràn đỉnh rộng

- Phương trình tính toán:

+ Trường hợp chảy không ngập:

Trong đó: h – chiều cao cột nước tại đỉnh đập Với đập mặt cắt hcn:

m – hệ số lưu lượng (tra bảng)

+ Trường hợp chảy ngập:

Với – hệ số lưu tốc khi chảy ngập, – diện tích mặt cắt ướt nơi có độ sâu h Đối với mặt cắt hcn:

Câu 8 (2 điểm): Hãy nêu khái niệm, hình thức nối tiếp sau cửa cống và công thức tính dòng chảy dưới tấm chắn cửa cống hở?

- K/n hình thức nối tiếp ssu của cống: gọi là độ sâu biên hẹp với hc trong nước nhảy hoàn chỉnh Tùy theo giá trị của hc so với hh mà có các hình thức sau

1. hc” > hh nối tiếp bằng nước nhảy xa, sau mặt cắt là đoạn chảy xiết rồi qua nước nhảy

mà nối tiếp với dòng chảy hạ lưu

2. hc” = hh nối tiếp bằng nước nhảy tại mặt cắt có hẹp, dòng chảy đôi mặt cắt co hẹp thid qua nước nhảy mà nối tiếp với dòng chảy hạ lưu

3. hc” < hh nối tiếp bằng nước nhảy ngập, dòng chảy hạ lưu được ngập mặt cắt co hẹp ở

đó trên dòng chính có khu nước cuộn độ sâu là hz: hc < hz < hh

- công thức tính dòng chảy dưới tấm chắn của cống hở:

+ không ngập:

+ ngập:

trong đó: – diện tích mặt cắt co hẹp có độ sâu băng hc

– được xác định bằng thực nghiệm

Câu 9 (2 điểm): Hãy nêu khái niệm và công thức tính dòng chảy qua cống ngầm trong điều kiện chảy nửa áp và chảy có áp?

- Nhiều cống dưới đê, đập, đường có mặt cắt khép kín thường mà mặt cắt tròn hoặc hcn trên đinhe có tấm phẳng hoặc vòm chiều dài thân cống khá lớn, được gọi là cống ngầm

- Trong điều kiện chảy nửa áp: tính như cống hở

+ Không ngập:

- Trong điều kiện chảy có áp: tính như vòi hoặc ống ngắn

– diện tích mặt cắt cống

Z – chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu khi mực nước hạ lưu ngập quá l/2 chiều cao của ra

và là cột nước Thượng lưu so với tâm của ra nếu mực nước hạ lưu thấp hơn ½ chiều cao của ra

Câu 10 (2 điểm): Hãy nêu khái niệm lưu tốc; phương pháp tính lưu tốc bình quân thủy trực khi đo lưu tốc bằng máy đo lưu tốc?

- Lưu tốc là tốc độ của dòng chảy.

- Phương pháp:

+ Lưu tốc từng điểm đo trên thủy trực: u=an + b

u: lưu tốc tại điểm đo a,b: hệ số, phụ thuộc loại máy đo n: số vòng quay cánh quạt trong lồng quay N: tổng số vòng quay trong thời gian t t: thời gian đo tại mỗi điểm tính bằng giây

- Tính lưu tốc thủy trực:

+ Đo 5 điểm:

+ Đo 3 điểm:

+ Đo 2 điểm:

+ Đo 1 điểm:

Với là lưu tốc tại mặt nước, tại các điểm 0,2h – 0,8h và đấy sông trên thủy trực

Nói chung lưu tốc tăng dần từ 2 bờ sông ra giữa sông và giảm dần từ mặ nước xuống đáy.

Câu 11 (2 điểm): Hãy nêu cách tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế khi có tài liệu quan trắc lưu lượng đỉnh lũ đủ dài theo phương pháp thống kê xác suất với hàm phân phối Pearson III (PIII)?

- Bước 1: liệt kê số liệu chọn để tính toán là mỗi năm chọn 1 trị số lưu lượng lớn nhất và thống kê thành 1 chuỗi dài nhiều năm liên tục, sắp xếp số liệu lưu lượng lớn nhất năm theo thứ tự giảm dần

- Bước 2: tính tần suất kinh nghiệm theo công thức kì vọng:

m: số thứ tự n: tổng số năm quan trắc

- Bước 3: vẽ các điểm tần suất kinh nghiệm lên giấy tần suất

- Bước 4: tính các thông số của đường tần suất lí luận

+ Tính lưu lượng trung bình (Qtb)

Qi – lưu lượng lớn nhất của năm thứ I (m3/s)

n – số năm quan trắc liên tục

Thứ tự Năm cótài liệu Qi (m3/s) Ki - 1 (Ki – 1)2 (Ki – 1)3 (P%)

1 Làm tròn 4 số Làm tròn 4 số Làm tròn 4 số

2

…

n

+ Hệ số phân tán:

Ki – hệ số modun dòng chảy

+ Hệ số thiên lệch:

- Bước 5: so sánh xem Cs có thỏa mãn bất đẳng thức kép:

Nếu không thảo mãn bất đẳng thức phải bỏ giá trị Cs ở trên và lấy Cs từ Cv

Để tìm – lấy

- Bước 6: dựa vào Cs, Cv => của đường tần suất PIII (xem phụ lục 3-1)

- Bước 7: xác định lưu lượng thiết kế tần suất P%:

- Bước 8: kiểm tra lại sự phù hợp giữa đường tần suất lí luận và đường tần suất kinh nghiệm bằng cách chấm quan hệ lên giấy tần suất, nối các điểm thành đường tần suất lí luận Nếu 2 dường này phù hợp với nhau là được

Câu 12 (2 điểm): Hãy nêu cách tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế khi có tài liệu quan trắc lưu lượng đỉnh lũ đủ dài theo phương pháp thống kê xác suất với hàm phân phối Kritski –

Menken?

- Bước 1: liệt kê số liệu chọn để tính toán là mỗi năm chọn 1 trị số lưu lượng lớn nhất và thống kê thành 1 chuỗi dài nhiều năm liên tục, sắp xếp số liệu lưu lượng lớn nhất năm theo thứ tự giảm dần

- Bước 2: tính tần suất kinh nghiệm theo công thức kì vọng:

m: số thứ tự n: tổng số năm quan trắc

- Bước 3: vẽ các điểm tần suất kinh nghiệm lên giấy tần suất

- Bước 4: tính các thông số của đường tần suất lí luận

+ Tính lưu lượng trung bình (Qtb)

Qi – lưu lượng lớn nhất của năm thứ I (m3/s)

n – số năm quan trắc liên tục

Thứ tự Năm cótài liệu Qi (m3/s) Ki - 1 (Ki – 1)2 (Ki – 1)3 (P%)

1 Làm tròn 4 số Làm tròn 4 số Làm tròn 4 số

2

…

n

+ Hệ số phân tán:

Ki – hệ số modun dòng chảy

+ Hệ số thiên lệch:

- Bước 5: từ Cs, Cv tính được, lập tỉ số

- Bước 6: căn cứ vào Cv và tỉ số xem phụ luc 2-2 tra ra Kp

- Bước 7: xác định lưu lượng thiết kế tần suất P% theo công thức:

- Bước 8: kiểm tra lại sự phù hợp giữa đường tần suất lí luận và đường tần suất kinh nghiệm bằng cách chấm quan hệ lên giấy tần suất, nối các điểm thành đường tần suất lí luận Nếu 2 dường này phù hợp với nhau là được

Câu 13 (2 điểm): Hãy nêu khái niệm về sự tuần hoàn nước trong thiên nhiên; Viết phương trình cân bằng nước trên lưu vực trong khoảng thời gian Δt?

- K/n tuần hoàn nc: nc bốc hơi từ các đại dương và lục địa thành 1 bộ phận của khí quyển hơi

nc được vận chuyển vào bầu không khí bốc lên cao cho đến khi ngưng kết và rơi trở lại mặt đất hoặc đại dương lượng nc rơi xuống đất 1 phần bị dữ lại bởi cây, chảy tràn trên đất thành dòng chảy trên sườn dốc, thấm xuống đât chảy trong đất thành dòng chảy sát mặt đất và chảy vào sông thành dòng chảy mặt Phần lớn bị giữ lại bởi thảm phủ thực vật và dòng chảy mặt sẽ quay lại bầu khí quyển qua đường bốc hơi Lượng nc ngần trong đất có thể ngấm sâu hơn dưới các tầng nc ngầm và sau đó xuất lộ thành dòng suối hoặc chảy dần vào sông ngòi thành dòng chảy mặt và cuối cùng đổ ra biển hoặc bốc hơi vào khí quyển

- Phương trình cân bằng nc trên lưu vực trong khoảng thời gian Δt:

+ Xét 1 thời đoạn Δt bất kỳ ta có các thành phần nước chảy đến và chảy đi ra khỏi lưu vực như sau:

• Phần nước đến: X: lượng mưa bình quân rơi trên luu vưc ta xét

Z1: lượng nc tụ trên bề mặt khu vực

Y1: lượng dòng chảy mặt chảy đến

W1: lượng dòng chảy ngầm chảy đến

U1: lượng nc trữ trong khu vực đầu thời đoạn Δt

• Phần nước đi: Z2: lượng nc bốc hơi trên bề mặt khu vực

Y2: lượng dòng chảy mặt chảy đi

W1: lượng dòng chảy ngầm chảy đi

U1: lượng nc trữ trong khu vực cuối thời đoạn Δt

 Ptrình cân bằng nước:

Câu 14 (2 điểm): Hãy nêu khái niệm “dòng chảy sông ngòi”, “chế độ dòng chảy sông ngòi”; “chuẩn dòng chảy năm”; “dòng chảy năm”; phương pháp mô tả phân phối dòng chảy năm?

- Dòng chảy sông ngòi: được coi là lượng nc chảy trong lòng sông trong thời đoạn nào đó Nước mưa rơi xuống lưu vực 1 phần chảy trên mặt đất (dòng chảy mặt), 1 phần ngấm xuống đất rời tập trung thành mạch nước ngầm chảy vào sông, sau đó chảy qua mặt cắt của ra của lưu vực

- Chế độ dòng chảy sông ngòi: dòng chảy sông ngòi là sản phẩm của khí hậu bởi vậy những thay đổi theo thời gian của các đặc trưng dòng chảy sông ngòi cũng mang tính quy luật sự thay đổi có quy luật của dòng chảy sông ngòi theo thời gian là chế độ dòng chảy sông ngòi

- Chuẩn dòng chảy năm: là trị số trung bình của đặc trưng dòng chảy năm trong thời kì nhiều năm đã thành ổn định, với điều kiện cảnh quan địa lí , điều kiện địa chất không đổi và không

kể đến sự thay đổi tự nhiên của dòng chảy do các hoạt động dân sinh, kinh tế của con người chuẩn dòng chảy năm Q0 (m3/s)

- Dòng chảy năm: là lượng dòng chảy sinh ra của lưu vực trong thời đoạn = 1 năm với sự thay đổi của nó trong năm sự thay đổi dòng chảy theo thời gian trong 1 năm được gọi là phân phối dòng chảy năm

- P2 mô tả dòng chảy năm:

+ Loại 1: mô tả sự thay đổi dòng chảy

+ Loại 2: mô tả phân phối dòng chảy theo đường duy tri bình quân ngày

Câu 15 (2 điểm): Hãy nêu khái niệm dòng chảy lũ, nguyên nhân và quá trình hình thành dòng chảy lũ ở nước ta.

- Dòng chảy lũ được hiểu là quá trình không ngừng tăng lên hoặc giảm đi của lưu lượng hoặc mực nước Trong quá trình thay đổi đó lưu lượng hoặc mực nước đạt một hoặc vài trị số cực đại Nếu có một trị số cực đại gọi là quá trình lũ đơn Nếu có hai trị số cực đại trở lên gọi là quá trình lũ kép

- Nguyên nhân:

+ Mưa lớn và kéo dài (do bão lớn) là nguyên nhân chính gây ra lũ lụt, ngoài ra ở vùng đồng bằng cửa sông tiếp giáp với biển, triều cường là một nhân tố làm cho lũ lụt trầm trọng hơn

+ Lưu vực càng rộng thì nước lũ lên chậm nhưng cũng sẽ rút chậm, ngược lại lưu vực hẹp và dài sẽ làm nước lũ lên nhanh….- một số trường hợp sẽ hình thành lũ quét, lũ ống

+ Rừng bị tàn phá cũng là nguyên nhân gây lên lũ lụt và xói mòn đất

+ Hiện tượng El nino và La nina đã gây ra hiện tượng lũ lụt và hạn hán trên nhiều vùng khác nhau

+ Nếu một hệ thống sông có nhiều con sông hợp thành thì khả năng tổ hợp

- Quá trình hình thành: khi mưa rơi xuống lưu vực, ban đầu nước đọng lại trên các thảm thực vật trữ trong các khe rỗng và chỗ trũng, 1 phần lượng nc bốc hơi trở lại khí quyển, đại bộ phận thấm xuống đất và chưa sinh dòng chảy trên mặt đất Nếu mưa vẫn tiếp tục khi cường

độ mực vượt quá cường độ tổn thất tại đây bắt đầu sinh ra dòng chảy mặt dưới tác dụng của trọng lực nước sẽ chảy theo sườn dốc vào lòng sông và tập trung về tuyến cửa ra Trong quá trình tập trung nước dòng chảy vẫn tiếp tục bị tẩn thất thấm và bốc hơi 1lượng dòng chảy ngấm xuống tầng đất sát mặt sẽ tập trung về lòng sông ngay trong thời gian có mưa và ngay khi lũ rút và bổ xung vào phần cuối của quá trình lũ