Bài giảng Mạng lưới cấp thoát nước: Chương 8 - PGS.TS. Nguyễn Thống

Bài giảng Mạng lưới cấp thoát nước - Chương 8: Thoát nước vùng triều cung cấp cho người học các kiến thức lý thuyết dòng chảy không ổn định trong tính toán thủy lực, phương trình dạng sóng khuếch tán, phương trình Saint Venant. Mời các bạn cùng tham khảo.

Trang 1

10/14/2010 1

Khoa KTXD - Bộ mơn KTTNN

E-mail: nthong56@gmail.com or nthong56@yahoo.fr

Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong

N Ộ I DUNG MƠN H Ọ C

Ch ươ ng 1 Ch ấ t l ượ ng, ht phân ph ố i n ướ c & thi ế t b ị

Ch ươ ng 2 Qu ả n lý cung - c ầ u trong c ấ p n ướ c.

Ch ươ ng 3 Mơ hình hố & thi ế t k ế ht c ấ p n ướ c.

Ch ươ ng 4: Phân tích m ạ ng l ướ i c ấ p n ướ c.

Ch ươ ng 5: N ướ c va trong đườ ng ố ng ch ả y cĩ áp.

Ch ươ ng 6 Quy ho ạ ch h ệ th ố ng thĩat n ướ c.

Ch ươ ng 7 Mơ hình hố & thi ế t k ế ht thốt n ướ c.

Ch ươ ng 8 Thốt n ướ c vùng tri ề u.

Ch ươ ng 9 Qu ả n lý v ậ n hành ht c ấ p và thốt n ướ c.

Ph ầ n m ề m SWMM & EPANET

N Ộ I DUNG

Thự c hành 1: Mơ hình d ự báo nhu c ầ u

n ướ c dùng v ớ i p/p H ồ i quy tuy ế n tính

Th ự c hành 2: Mơ ph ỏ ng m ạ ng l ướ i c ấ p

n ướ c v ớ i EPANET.

Th ự c hành 3: Mơ ph ỏ ng m ạ ng l ướ i thốt

n ướ c v ớ i SWMM.

Th ự c hành 4: Mơ ph ỏ ng th ủ y l ự c v ớ i

HEC-RAS

MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC

Chương 1: Chất lượng, hệ thống phân phối & thiết bị

GIỚI THIỆU

• Khi thiết kế hệ thống thoát nước trong

những vùng gần biển sông suối nhận nước thoát có thể bị ảnh hưởng của thủy triều

Trong trường hợp này, vấn đề đánh giá khả

năng tháo nước của hệ thống cống thoát sẽ phụ thuộc vào mực nước thay đổi theo thời gian tại các vị trí sông rạch tiếp nhận nước thoát.

Ch ươ ng 8 : Dịng khơng ổ n đị nh 1D.

PGS Dr Nguyễn Thống

GIỚI THIỆU

Lý thuyết dòng chảy không ổn

định trong tính toán thủy lực.

Phương trình dạng sĩng

khuyếch tán.

Phương trình Saint Venant.

PH ƯƠ NG

Trang 2

10/14/2010 7

Phương trình dòng chảy hở 1D trong lòng dẫn

thay đổi dần được trình bày một cách tổng

quát bởi phương trình sau:

2

0

gA gA S S

 

∂ + ∂ + ∂ + − =

 

∂ ∂   ∂

Mô hình sóng động học Mô hình sóng khuyếch tán Mô hình dòng không ổn định

Phương trình trên còn có thể viết dưới dạng:

h: chiều sâu nước tại mặt cắt x Z=h+a: cao độ mực nước tại mặt cắt x a: cao độ đáy mặt cắt

A : diện tích ứơt

Q : lưu lượng qua diện tích A

S f : độ dốc thủy lực

S 0 : độ dốc đáy (-dE/dl; E năng lượng, dl chiều dài)

0

2

=











 +

∂

∂ +













∂

∂ +

∂

f

S x

Z gA A

Q x t Q

PH ƯƠ NG TRÌ NH

LIÊN T Ụ C

Phương trình liên tục:

q : lưu lượng đơn vị bổ sung dọc tuyến

b : chiều rộng mặt thoáng

Z : cao trình mực nước

q

hay

• Trong trường hợp dòng chảy biến đổi chậm

cho các vùng chịu ảnh hưởng triều như Tp

Hồ Chí Minh và các vùng lân cận, mô hình toán dạng sóng khuyếch tán có thể ứng dụng.

• Ngoài ra, với dạng mô hình này, phương

trình toán và phương pháp giải sẽ tương đối đơn giản Hệ phương trình động lực và liên tục cho mô hình này như sau :

Trang 3

10/14/2010 13

Ngoài ra, để giải được hệ phương trình

trên chúng ta còn phải bổ sung quy luật

tổn thất năng lượng dòng chảy.

Một trong những quy luật sử dụng phổ

biến nhất theo Strickler có dạng sau :

0

f

Z

S

x

∂ + =

∂

Q Z

b q

x t

và

PHƯƠNG TRÌNH STRICKLER

k str : hệ số Strickler

d : đường kính hạt cát tạo lòng sông (m)

a =(21-24), hệ số phụ thuộc vào d

2

f

Q Q S

D

= D = k hstr 5 / 3b str a1/ 6

k d

=

PHƯƠNG PHÁP GIAI ( s ơ đ ơ 2 ẩ n)

Sơ đồ mạng lưới sai phân

• Mạng lưới sử dụng dạng so le Vị trí xác định

cao trình mực nước (Z) tạo thành một lưới,

vị trí ở đó lưu lượng (Q), đặc trưng mặt cắt

(b,ω) được tính tạo thành một mạng lưới

riêng, sẽ bố trí so le với lưới tính Z.

Z i Z j Z k

Q i Q j Q k

SƠ ðỒ SAI PHÂN PREISSMANN









∆

− +

∆

−

=

∂

+

+ +

t

f f t

f i t11 i t1 i t 1 i t

2 1

x

f f x

∆

−

− +

∆

−

=

∂

1 1 1

) 1

θ

i t i t

i t

f t x

f = ++ + + + − + 1+

1 1 1

2

1 2

) ,

1 5

.

với

PHưƠNG TRÌNH SAI PHÂN SÓNG KHUYẾCH TÁN

t t t t t t t

m k i i n m i n j

tθ α+Z+  xσ tθ α+ tθ α+Z+ tθ α+Z+

−∆ + ∆ + ∆ + ∆  −∆ =

. t * (1 ) * t( t t) t( t t)

i i i n i j m k i i i

∆ − ∆ −  − − − + ∆ ∆

( k t , i t , t j ) 0

hay

0.5

n n

n i j

D

α =

∆ − 

 

5 / 3 1/ 6

(21 24)

n n n

d

÷

=

1

σ θ= + + −θ

với

ĐIỀU KIỆN TAïI NÚT MAïNG LƯỚI, ðIỀU KIỆN BIÊN Điều kiện liên tục tại nút mạng lưới : Tại vị trí hội tụ của các nhánh (>2 nhánh), phương trình liên tục có dạng sau đây sẽ được thay thế cho phương trình động lực :

1 0

N i i

Q

=

∑

Nút hội tụ mạng lưới

1 1 1

( )t t t 1 ( )t t t

k i k i

θ α∑ + + − + = − −θ ∑α −

Tổng các nhánh hội tụ MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯỚC

Trang 4

10/14/2010 19

ð I Ề U KI Ệ N ðẶ C BI Ệ T

Trong trường hợp dòng chảy đi qua các

dạng công trình : cống làm việc theo 1

hoặc 2 chiều, đập tràn, đập ngăn …

phương trình động lực Saint Venant

sẽ được thay thế bởi phương trình biểu

diễn quy luật thủy lực thích hợp tương

ứng.

Mô hình được thiết lập cho phép mô tả các điều kiện biên :

Loại mực nước (Z)

Loại lưu lượng (Q) dể dàng .

DỊ NG KHƠNG Ổ N ðỊ NH V Ớ I

PH ƯƠ NG TRÌ NH ðẤ Y ðỦ

SAINT VENANT

Phương trình liên tục : Phương trình động lực:

∂ + ∂ =

2

∂ + ∂ ∂ − ∂ + ∂ + =

∂ ∂  ∂ ∂  ∂

1/ 6/

MẠNG LƯỚI KHÔNG GIAN 1D

dx i

Chú ý có sự khác nhau về sơ đồ sai phân không gian

so với t/h trước.

(Q i ,Z i )

Vị trí xác định

ẩn số bài toán

(H bien )

Phương trình liên tục dạng sai phân:

Với:

∆ t 1− ∆ t 1+ ∆ t 1+ ∆ t 1 =

1 i 2 i 1 i 1 2 i 1 3

∆

=  + + ∆ + ∆ 

t t

t t i 1 t i t

1 i 1 i B i 1 i

θ

= ∆

2 Q

= −∆ t − t + ∆ ∆  t 1+ − t

Trang 5

10/14/2010 25

Phương trình động lực dạng sai phân:

Với:

∆ t 1+ ∆ t 1+ ∆ t 1+ ∆ t 1=

1 i 2 i 3 i 1 4 i 1 5

b t.U B gA t.

∆

= − ∆ + ∆ ∆

x

2

b t.U B gA t.

∆

x

b 2 t.U g t x.D 2

χ+ χ

+ +

2 t t 4 / 3

i 1 i t t

i 1 i

t t 7 / 3

i 1 i

) Z Z ( B U t ) Q Q ( U t 2

b5 = − ∆ ti+1− it + ∆ 2 ti+1− ti

) Q Q ( D x t g ) Z Z ( A t

g ∆ ti1− ti − ∆ ∆ it1− ti

Điều kiện tại nút hội tụ nhiều nhánh

(N>2) của mạng lưới

Cao trình mực nước tại các mặt cắt hội tụ về

nút là bằng nhau.

Tổng lưu lượng nước hội tụ về nút :

Chú ý : Tại nút hội tụ N nhánh sẽ thiết lập được N

phương trình.

∆ = ∆

1 1

0

N t k k

Q+

=

∆ =

∑

BÀI TẬP

Thiết lập sơ đồ khối để giải bài toán 1D (sóng khuyếch tán & Saint Venant).

Định dạng
Số trang	5
Dung lượng	221,87 KB