Bài giảng Mạng lưới cấp thoát nước - Chương 8: Thoát nước vùng triều

Nội dung text: Bài giảng Mạng lưới cấp thoát nước - Chương 8: Thoát nước vùng triều

1. TR ƯNG ðI H C BÁCH KHOA TP. HCM MNG L ƯI C P THOÁT N ƯƠ ÙC Khoa KTXD - B môn KTTNN NI DUNG MÔN H C Ch ươ ng 1. Ch t lưng, ht. phân ph i nưc & thi t b. Ch ươ ng 2. Qu n lý cung - cu trong cp nưc. Ch ươ ng 3. Mô hình hoá & thi t k ht. cp nưc. Ch ươ ng 4: Phân tích mng lưi cp nưc. Ch ươ ng 5: Nưc va trong ñưng ng ch y có áp. Ch ươ ng 6. Quy ho ch h th ng thóat nưc. Ch ươ ng 7. Mô hình hoá & thi t k ht. thoát nưc. PGS. TS. NGUY N TH NG Ch ươ ng 8. Thoát nưc vùng tri u. Ch ươ ng 9. Qu n lý vn hành ht. cp và thoát nưc. E-mail: nthong56@gmail.com or nthong56@yahoo.fr Ph n mm SWMM & EPANET Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong 10/14/2010 1 10/14/2010 2 Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 1 : Chaát löôïng, heä thoáng phaân phoái & thieát bò Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. NI DUNG GIÔÙI THIEÄU • Khi thieát keá heä thoáng thoaùt nöôùc trong Th c hành 1: Mô hình d báo nhu cu nhöõng vuøng gaàn bieån soâng suoái nhaän nöôùc nưc dùng vi p/p Hi quy tuy n tính thoaùt coù theå bò aûnh höôûng cuûa thuûy trieàu. Th c hành 2: Mô ph ng mng lưi cp
   
   
   Trong tröôøng hôïp naøy, vaán ñeà ñaùnh giaù khaû nưc vi EPANET. naêng thaùo nöôùc cuûa heä thoáng coáng thoaùt seõ phuï thuoäc vaøo möïc nöôùc thay ñoåi theo thôøi Th c hành 3: Mô ph ng mng lưi thoát gian taïi caùc vò trí soâng raïch tieáp nhaän nöôùc nưc vi SWMM. thoaùt. Th c hành 4: Mô ph ng th y lc vi HEC- RAS 10/14/2010 3 10/14/2010 4 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. GIÔÙI THIEÄU
   Lyù thuyeát doøng chaûy khoâng oån ñònh trong tính toaùn thuûy löïc. PH ƯƠ NG TRÌ NH
   
   
   Ph ươ ng trì nh d ng só ng khuy ch tá n. ð NG L C
   Ph ươ ng trì nh Saint Venant. 10/14/2010 5 10/14/2010 6 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 1
2. MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Phöông trình doøng chaûy hôû 1D trong loøng daãn Phöông trình treân coøn coù theå vieát döôùi daïng: thay ñoåi daàn ñöôïc trình baøy moät caùch toång ∂ ∂  2   ∂  Q +  Q  + Z + = quaùt bôûi phöông trình sau:   gA  S f  0 ∂t ∂x  A   ∂x  ∂ ∂2  ∂ Q+ Q + h + −= h: chieàu saâu nöôùc taïi maët caét x   gA gA( Sf S 0 ) 0 ∂txA ∂  ∂ x Z=h+a: cao ñoä möïc nöôùc taïi maët caét x a: cao ñoä ñaùy maët caét Moâ hình soùng ñoäng hoïc A : dieän tích öùôt Q: löu löôïng qua dieäntíchA Moâ hình soùng khuyeách taùn Sf: ñoädoácthuûylöïc 10/14/2010 7 10/14/2010 8 PGS. Dr. Nguy n Th ng Moâ hình doøng khoâng oån ñònh PGS.S0: ñoäDr. Nguy doác ñaùyn Th ng (-dE/dl; E naêng löôïng, dl chieàu daøi) MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Phöông trình lieân tuïc: ∂Q ∂ A ∂Q ∂ Z + = q hay +b = q PH ƯƠ NG TRÌ NH ∂x ∂ t ∂x ∂ t q : löu löôïng ñôn vò boå sung doïc tuyeán LIÊN T C b : chieàu roäng maët thoaùng Z : cao trình möïc nöôùc 10/14/2010 10 PGS.10/14/2010 Dr. Nguy n Th ng 9 PGS. Dr. Nguy n Th ng MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. • Trong tröôøng hôïp doøng chaûy bieán ñoåi chaäm cho caùc vuøng chòu aûnh höôûng trieàu nhö Tp. MÔ H ÌNH S ÓNG Hoà Chí Minh vaø caùc vuøng laân caän, moâ hình toaùn daïng soùng khuyeách taùn coù theå öùng KHUY CH T ÁN duïng. • Ngoaøi ra, vôùi daïng moâ hình naøy, phöông trình toaùn vaø phöông phaùp giaûi seõ töông ñoái ñôn giaûn. Heä phöông trình ñoäng löïc vaø lieân tuïc cho moâ hình naøy nhö sau : 10/14/2010 12 PGS.10/14/2010 Dr. Nguy n Th ng 11 PGS. Dr. Nguy n Th ng 2
3. MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. ∂Z ∂Q ∂ Z PH ƯÔNG TRÌNH STRICKLER +S = 0 vaø +b = q 5/3 ∂ f ∂ ∂ Q Q D= kh b = a x x t S = str kstr 1/ 6 f 2 d Ngoaøi ra, ñeå giaûi ñöôïc heä phöông trình D treân chuùng ta coøn phaûi boå sung quy luaät kstr : heä soá Strickler toån thaát naêng löôïng doøng chaûy. d : ñöôøng kính haït caùt taïo loøng soâng (m) Moät trong nhöõng quy luaät söû duïng phoå a =(21-24), heä soá phuï thuoäc vaøo d bieán nhaát theo Strickler coù daïng sau : 10/14/2010 13 10/14/2010 14 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. PH ƯÔNG PHAÙP GIA I ( sơ ñô n) SÔ ðOÀ SAI PHAÂN PREISSMANN Sô ñoà maïng löôùi sai phaân ∂  f t+1 − f t f t+1 − f t  f = 1  i+1 i+1 + i i  Maïng löôùi söû duïng daïng so le. Vò trí xaùc ñònh   • ∂t 2  ∆t ∆t  cao trình möïc nöôùc (Z) taïo thaønh moät löôùi, t+1 t+1 t t vò trí ôû ñoù löu löôïng (Q), ñaëc tröng maët caét ∂f f + − f f + − f =θ i 1 i + 1( −θ ) i 1 i (b, ωωω) ñöôïc tính taïo thaønh moät maïng löôùi ∂x ∆x ∆x rieâng, seõ boá trí so le vôùi löôùi tính Z. θ − θ t+1 t+1 1 t t f (x,t) = (f + + f )+ (f + + f ) 2 i 1 i 2 i 1 i Zi Zj Zk vôùi ≤θ ≤ 10/14/2010 Q Q Q 15 10/14/2010 5.0 1 16 PGS. Dr. Nguy n Th ng i j k PGS. Dr. Nguy n Th ng MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. PHöÔNG TRÌNH SAI PHAÂN SOÙNG KHUYEÁCH TAÙN ÑIEÀU KIEÄN TAïI NUÙT MAïNG L ƯÔÙI, ðIEÀU KIEÄN BIEÂN Ñieàu kieän lieân tuïc taïi nuùt maïng löôùi : Taïi vò trí hoäi tuï cuûa −∆tZx θαtt++11 +∆+∆ . σ t θα t + 1 +∆ t θα tt ++ 11  ZtZ −∆ θα tt ++ 11 = mk ii n mi  nj caùc nhaùnh (>2 nhaùnh), phöông trình lieân tuïc coù daïng sau ñaây seõ ñöôïc thay theá cho phöông trình ñoäng löïc : ∆σt −∆− θα tttttt −− α −+∆∆  xZtiii *(1)*( nijmki ZZ ) ( ZZqtx )  i i N = ∑Qi 0 t+1 t + 1 t + 1 hay = i=1 FZ(k , Z i , Z j )0 Nuùt hoäi tuï maïng löôùi Dn vôùi α = + n 0.5 σ= θt1 + − θ t ∆ −  i*b i (1 )* b i Toång caùc nhaùnh hoäi tuï xn Z i Z j  θαttt+1() + 1− + 1 =−−() θα ttt() − ÷ ∑()pZZk i 1 ∑ () pZZk i (21 24) 5/3 10/14/2010 D= h b 17 10/14/2010 18 PGS. Dr. Nguy n Th ng nd1/ 6 n n PGS. Dr. Nguy n Th ng 3
4. MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. ðIU KI N ð C BI T ðIU KI N BIÊN Trong tröôøng hôïp doøng chaûy ñi qua caùc Moâ hình ñöôïc thieát laäp cho pheùp daïng coâng trình : coáng laøm vieäc theo 1 hoaëc 2 chieàu, ñaäp traøn, ñaäp ngaên moâ taû caùc ñieàu kieän bieân :
   
   
   phöông trình ñoäng löïc Saint Venant
   Loaïi möïc nöôùc (Z) seõ ñöôïc thay theá bôûi phöông trình bieåu
   Loaïi löu löôïng (Q) deå daøng . dieãn quy luaät thuûy löïc thích hôïp töông öùng . 10/14/2010 19 10/14/2010 20 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Phöông trình lieân tuïc : ∂Z ∂ Q B+ = q DÒ NG KHÔNG N ðNH V I ∂t ∂ x PH ƯƠ NG TRÌ NH ð Y ð Phöông trình ñoäng löïc: SAINT VENANT ∂∂Q2 QQQA ∂2 ∂  ∂ Z Q Q +. − .  ++gA g = 0 ∂∂t xAxAx ∂2 ∂  ∂ x CAR 2 C= R1/ 6 / n 10/14/2010 22 PGS.10/14/2010 Dr. Nguy n Th ng 21 PGS. Dr. Nguy n Th ng MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. MAÏNG LÖÔÙI KHOÂNG GIAN 1D Phöông trình lieân tuïc daïng sai phaân: t1+ t1 + t1 + t1 + aZ∆ −∆ aQ +∆ aZ+ +∆ aQ + = a (Q ) 1i 2 i 1i1 2 i1 3 bien (Q ,Z ) (Hbien ) i i Vôùi: t t dx i ∆x dB dB  Vò trí xaùc ñònh =tt ++ψ i+ 1 ∆+∆ t i t a1 BB( i1iB+ Z i1 + Z) i  aån soá baøi toaùn 4 dZ dZ  =θ ∆ (Hbien ) a2 Q t Chuù yù coù söï khaùc nhau veà sô ñoà sai phaân khoâng gian tt t1+ t a=−∆ t(Q+ − Q) +∆∆ x.tψ q +− (1 ψ )q  so vôùi t/h tröôùc. 3 i1i q q  10/14/2010 23 10/14/2010 24 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 4
5. MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Phöông trình ñoäng löïc daïng sai phaân: ∆ =x +∆θ +∆∆ ψ ∆t1+ +∆ t1 + +∆ t1 + +∆ t1 + = b4 2 t.U. Q g. t. x.D Q bZ1i bQ 2i bZ 3i1+ bQ 4i1 + b 5 2 b = −2∆ U.t (Qt − Qt ) + ∆ U.t 2B Z( t − Zt ) =∆2 θ − ∆ θ 5 i+1 i i+1 i Vôùi: b1 t.U B. Z gA. t. Z − g∆ A.t Z( t − Zt ) − g∆ .t ∆xD(Qt − Qt ) ∆x i+1 i i+1 i b= −∆ 2 t.U.θ +∆∆ g. t. x.D ψ 22 Q Q n2 0.5(χ t+ χ t4/3 )  i+ 1 i  t t 2 = + =−∆θ + ∆ θ D .QQi+ 1 i b3 t.UB. Z gA.t. Z t+ t7/3  4 0.5(Ai+ 1 A) i  10/14/2010 25 10/14/2010 26 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. Ñieàu kieän taïi nuùt hoäi tuï nhieàu nhaùnh (N>2) cuûa maïng löôùi BAØI TAÄP Cao trình möïc nöôùc taïi caùc maët caét hoäi tuï veà nuùt laø baèng nhau. Thieát laäp sô ñoà khoái ñeå ∆Zt+1 = ∆ Z t + 1 k p giaûi baøi toaùn 1D (soùng Toång löu löôïng nöôùc hoäi tuï veà nuùt : N khuyeách taùn & Saint ∆t+1 = ∑ Qk 0 k =1 Chuù yù: Taïi nuùt hoäi tuï N nhaùnh seõ thieát laäp ñöôïc N Venant). 10/14/2010phöông trình. 27 10/14/2010 28 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Ch ươ ng 8 : Dòng không n ñnh 1D. 10/14/2010 29 PGS. Dr. Nguy n Th ng 5