Giáo trình Đo đạc thủy văn

217 trang phuongnguyen 80

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Đo đạc thủy văn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_do_dac_thuy_van.pdf

Nội dung text: Giáo trình Đo đạc thủy văn

Ch−ơng I Khảo sát, chọn tuyến đo đạc các yếu tố thuỷ văn Đ1-1 Phân cấp, phân loại trạm thuỷ văn Do yêu cầu phục vụ mà các trạm thuỷ văn có quy mô khác nhau, yếu tố đo đạc và thời gian hoạt động khác nhau Các trạm thuỷ văn đ−ợc phân loại và phân cấp nh− sau : I. Phân loại trạm thuỷ văn Căn cứ vào đối t−ợng phục vụ, trạm thuỷ văn có thể chia làm 3 loại : 1. Trạm thuỷ văn cơ bản : Là loại trạm nhằm mục đích thu thập số liệu phục vụ cho công tác điều tra cơ bản về nguồn n−ớc. Trạm đặt ở vị trí phải có tính đại biểu tốt về quy luật thay đổi của một hay nhiều yếu tố thuỷ văn trong một khu vực nhất định. Thời gian hoạt động t−ơng đối dài và do một cơ quan quản lý thống nhất: Tổng cục khí t−ợng thuỷ văn. 2. Trạm thuỷ văn dùng riêng : Là loại trạm nhằm thu nhập số liệu phục vụ cho thiết kế, thi công, quản lý một công trình nào đó hoặc phục vụ cho nghiên cứu một đề tài mà tài liệu ở trạm thuỷ văn cơ bản ch−a đáp ứng đ−ợc những yêu cầu riêng. Hiện nay số trạm dùng riêng này ngày một tăng lên do yêu cầu phục vụ của các ngành. Chế độ đo, yếu tố đo và thời gian hoạt động của các trạm thuỷ văn dùng riêng đ−ợc quy định bởi cơ quan trực tiếp quản lý. 3. Trạm thuỷ văn thực nghiệm : Là loại trạm chuyên nghiên cứu ph−ơng pháp đo đạc, áp dụng các thiết bị đo đạc mới và kiểm nghiệm ph−ơng pháp tính toán thuỷ văn v.v. Hiện tại loại trạm này đang tạm ngừng hoạt động . II. Phân cấp trạm thuỷ văn Dựa vào các yếu tố và chế độ đo đạc, ng−ời ta có thể chia các trạm thuỷ văn ra làm ba cấp: 1. Trạm thuỷ văn cấp I : Là trạm đ−ợc quy định đo nhiều yếu tố thuỷ văn cơ bản nh− mực n−ớc, l−u l−ợng, bùn cát Chế độ đo đạc đ−ợc quy định cụ thể tuỳ thuộc vào sự thay đổi của các yếu tố thuỷ văn theo thời gian tại từng trạm. 2. Trạm thuỷ văn cấp II : Chủ yếu là đo mực n−ớc còn các yếu tố khác nh− l−u l−ợng, bùn cát chỉ đo một số thời đoạn nhất định trong năm. 3. Trạm thuỷ văn cấp III : yếu tố đo đạc chủ yếu là đo mực n−ớc. Ngoài các yếu tố trên các trạm còn đo đạc các yếu tố khác nh− nhiệt độ n−ớc, nhiệt độ không khí, m−a v v. 8
Đ1-2 Khảo sát chọn vị trí đặt trạm thuỷ văn I. Vị trí trạm đo l−u l−ợng n−ớc, đo bùn cát 1. Tiêu chuẩn của đoạn sông đặt trạm a. Đoạn sông hẹp t−ơng đối thẳng, có chiều dài của đoạn sông thẳng L sao cho khi xác định các yếu tố liên quan tới chiều dài có sai số trong phạm vi cho phép, chẳng hạn trong tr−ờng hợp tính độ dốc mặt n−ớc, tính l−u tốc phao, xác định h−ớng chảy v.v. chiều dài L của đoạn sông thẳng phải đảm bảo tiêu chuẩn nh− sau: L = (3,5)B (1-1) Hình 1-1. Chiều dài đoạn sông đặt trạm Công thức (1-1) có thể đ−ợc chứng minh nh− sau (xem hình1-1) Giả sử khoảng cách vuông góc với 2 mặt cắt là L; Trong tr−ờng hợp dòng chảy chảy xiên nhất từ A đến B với chiều dài L’ và chúng hợp với nhau một góc α thì sai số tuyệt đối về chiều dài lớn nhất d có thể tính bằng công thức : d = L’ - L = L’ - L’ cosα = L’ ( 1 - cosα) d L'(1− cosα )ì 100 Sai số t−ơng đối : Δ% = ì100 = = (1 - cosα)ì100 'L 'L L L L Mà cosα = = B 'L 2 2 2 LB+ 1+ L ()B ⎡ ⎤ L ⎢ B ⎥ Vậy Δ% = ⎢1− ⎥ ì100 (1-2) 2 ⎢ 1+ L ⎥ ⎣⎢ ()B ⎦⎥ Với B là chiều rộng trung bình của đoạn sông đặt trạm (m) 9
L Căn cứ vào (1-2) ta có thể tính đ−ợc sai số Δ% cho các tr−ờng hợp tỷ số khác nhau B nh− bảng 1-1. Bảng 1-1. Sai số t−ơng đối về chiều dài đoạn sông đặt trạm L o α cosα 1- cosα Δ% Ghi chú B 1 45,00 0,707 0,293 29,3 2 26,37 0,894 0,106 10,6 3 18,12 0,950 0,050 5,0 ⎫ 4 14,05 0,970 0,030 3,0 ⎪ Trong sai số cho phép ⎬ 5 12,01 0,978 0,022 2,2 ⎪ 6 9,36 0,986 0,014 1,4 ⎭ Từ bảng (1-1) khi L = (3-5)B thì sai số Δ% = (2-5 )% nằm trong giới hạn sai số cho phép. Tr−ờng hợp không chọn đ−ợc đoạn sông theo công thức (1-1) thì có thể chọn đoạn sông ngắn hơn song chiều dài đoạn sông không nhỏ hơn 3 lần chiều rộng (L ≥ 3B) Đối với đoạn sông có chiều rộng B > 300m thì L phải bằng hoặc lớn hơn khoảng cách giữa hai tuyến đo độ dốc Riêng trạm đo ở vùng ảnh h−ởng triều, khi B > 300m thì chọn L≤1000m Tr−ờng hợp trạm đo bằng tàu di động thì chiều rộng sông B ≥ 300 m, độ sâu h ≥ 2 m (với tất cả các mực n−ớc) b) Đoạn sông đặt trạm ở ngoài phạm vi ảnh h−ởng của n−ớc dâng, n−ớc vật do các công trình trên sông hoặc do giao thoa sóng lũ của các sông nhánh gây ra ( xem hình 1.2 ) Chiều dài khu vực n−ớc dâng đ−ợc tính theo công thức sau : h+ Z L = a o d J Trong đó : Ld : Chiều dài n−ớc dâng ( m) ho : Chiều sâu bình quân của Hình 1-2. Sơ đồ tính chiều dài n−ớc dâng dòng chảy khi ch−a có n−ớc dâng (m) Z : Chiều cao n−ớc dâng lớn nhất tại công trình ngăn sông hoặc tại ngã ba sông (m). J : Độ dốc mặt n−ớc khi ch−a có n−ớc dâng Z a : Hệ số phụ thuộc vào tỷ số ho 10
Khi tính toán có thể lấy J bằng độ dốc bình quân đáy sông đoạn từ nơi phát sinh n−ớc dâng đến nơi đặt trạm ( theo tài liệu khảo sát địa hình) và a đ−ợc tính theo bảng sau : Z 5,0 2,0 1,0 0,5 0,3 0,2 0,1 0,05 ho a 0,96 0,91 0,81 0,76 0,67 0,58 0,41 0,24 c) Trạm đo không chịu ảnh h−ởng của thác ghềnh và ảnh h−ởng do sự hoạt động của con ng−ời làm thay đổi quy luật tự nhiên của dòng chảy. Không có vật kiến trúc lớn che khuất tầm nhìn. d) Hai bờ sông cao, khống chế đ−ợc mực n−ớc cao nhất, có điều kiện địa chất tốt đảm bảo xây dựng đ−ợc các công trình đo đạc, không có phân, nhập l−u . e) Bờ sông, lòng sông ổn định, mặt cắt dạng đơn, cân đối không có bãi tràn; nếu không chọn đ−ợc thì chọn nơi có bãi tràn nhỏ. f) Không có cỏ n−ớc mọc ở gần bờ và đáy sông, không có đá ngầm ngổn ngang trên lòng sông. g) Mực n−ớc phải thay đổi đều đặn phản ánh đúng quy luật thay đổi mực n−ớc trong sông. h) Tại tuyến đo mực n−ớc không có độ dốc ngang, không có hiện t−ợng chảy vòng. i) Trạm đo cần gần khu dân c−, thuận tiện sinh hoạt, giao thông và thông tin liên lạc, nh−ng không nên đặt ở gần bến cảng, bến đò ngang có sự hoạt động nhộn nhịp, ảnh h−ởng tới công tác đo đạc Đối với những loại trạm dùng riêng cần phải căn cứ vào yêu cầu phục vụ riêng để chọn vị trí đo đạc cho thích hợp. 2. Các b−ớc khảo sát Công tác khảo sát trạm đo nói chung có thể chia ra hai b−ớc : Khảo sát sơ bộ và khảo sát kỹ thuật . a. Khảo sát sơ bộ : Căn cứ vào yêu cầu phục vụ, tình hình l−ới trạm trong khu vực đặt trạm, sơ bộ chọn đoạn sông đặt trạm trên bản đồ, (dùng bản đồ có tỉ lệ càng lớn càng tốt). Sau đó tiến hành khảo sát thực địa. Đoạn sông khảo sát dài khoảng 5-10Km. Những tài liệu cần thu thập khi khảo sát sơ bộ bao gồm : Địa hình gần đoạn sông đặt trạm; địa chất bờ sông, lòng sông; những điều kiện có ảnh h−ởng tới dòng chảy nh− thác, ghềnh, phân l−u, nhập l−u. Thu thập các số liệu thuỷ văn, khí t−ợng đặc tr−ng tại khu vực đặt trạm, tình hình dân sinh, kinh tế, chính trị tại khu vực đặt trạm, các công trình trên sông và quy họach của các ngành kinh tế hiện tại và t−ơng lai trong khu vực. Tài liệu thu thập trong b−ớc khảo sát sơ bộ có thể bằng cách điều tra, thu thập qua các cơ quan quản lý ở địa ph−ơng , điều tra lũ hoặc trực tiếp đo đạc một số yếu tố cần thiết. 11
b. Khảo sát kỹ thuật bao gồm • Xây dựng các mốc cao độ : Cao độ đ−ợc dẫn từ mốc chuẩn có hệ tuyệt đối hoặc cao độ giả định. (Nếu ch−a có điều kiện dẫn cao độ tuyệt đối) • Lập bình đồ đoạn sông đặt trạm : Đoạn sông đ−ợc lập bình đồ phải dài hơn đoạn sông định chọn để đặt trạm. Việc đo đạc địa hình bao gồm : Đo đạc địa hình của lòng sông phần ngập n−ớc và phần không ngập n−ớc (tính từ mép n−ớc trong thời gian khảo sát tới đ−ờng đồng mức cao hơn mực n−ớc lớn nhất khoảng 1m). Nội dung công tác này xem thêm h−ớng dẫn đo đạc phổ thông. Hình 1-3. Bình đồ đoạn sông đặt trạm Căn cứ vào tài liệu địa hình lập bình đồ đoạn sông (hình 1-3) và vẽ một số mặt cắt ngang, mặt cắt dọc sông, để phân tích chọn tuyến đo (hình 1-4 a,b). Tỉ lệ của bình đồ và các bản vẽ cần đủ lớn để dễ phân tích chọn tuyến đo. + Đo đạc, điều tra các yếu tố thuỷ văn nh− mực n−ớc lớn nhất (Hmax), nhỏ nhất (Hmin), phân bố l−u tốc trên các mặt cắt định đặt tuyến đo, xác định h−ớng chảy bình quân, điều tra sự diễn biến lòng sông v.v. Sau khi đã có đủ các loại tài liệu tiến hành phân tích các điều kiện cụ thể của đoạn sông, căn cứ vào các yêu cầu của đoạn sông đặt trạm và nhiệm vụ của trạm đo để chọn các tuyến đo đạc. + Khảo sát khu vực dự kiến xây dựng các công trình đo đạc nh− : Xây dựng công trình đo mực n−ớc, xây dựng công trình cáp treo thuyền, nôi, xe, nhà trạm .v. v. 12
3. Chọn các tuyến đo Trạm thuỷ văn cấp I bao gồm các tuyến đo l−u l−ợng, mực n−ớc, bùn cát, độ dốc mặt n−ớc, đo phao, đo độ mặn ( nếu trạm đo có ảnh h−ởng của thuỷ triều). a) b) Hình 1-4. a) Mặt cắt ngang tại tuyến chính (Tuyến cơ bản) b) Mặt cắt dọc đoạn sông đặt trạm (Mặt cắt này không cùng tài liệu ở bình đồ) 13
a. Tuyến đo l−u l−ợng : Ph−ơng pháp xác định l−u l−ợng n−ớc phổ biến ở các trạm thuỷ văn hiện nay là ph−ơng pháp “l−u tốc - diện tích”. Theo ph−ơng pháp này cần phải đo đạc các yếu tố thành phần nh− l−u tốc, diện tích (đo sâu và đo khoảng cách giữa các thuỷ trực đo sâu). Các yếu tố này đ−ợc xác định trên một mặt cắt ngang gọi là tuyến đo l−u l−ợng. Để đảm bảo thu thập tài liệu đ−ợc chính xác, mặt cắt đo l−u l−ợng phải đảm bảo các yêu cầu sau : - Mặt cắt phải vuông góc với h−ớng chảy bình quân . - Hình dạng mặt cắt tốt nhất là dạng parabôn (lòng chảo) hoặc chữ V, không có bãi tràn, không có khu vực n−ớc tù, n−ớc vật . - Sự phân bố l−u tốc trên mặt cắt tuân theo những quy luật chung, đảm bảo đo đạc thuận tiện trong các mùa . - Sự diễn biến lòng sông ít, nghĩa là mặt cắt không có hiện t−ợng bồi, xói nghiêm trọng. b. Tuyến đo độ dốc mặt n−ớc : Độ đốc mặt n−ớc là độ hạ thấp bình quân của mặt n−ớc trên một đơn vị chiều dài dòng chảy . Độ dốc mặt n−ớc đ−ợc tính theo công thức sau : HH1− 2 ΔH1− 2 J = = %00 LJ LJ Trong đó : J - độ dốc mặt n−ớc, th−ờng tính bằng phần vạn (%00) H1 - mực n−ớc tại tuyến độ dốc trên H2 - mực n−ớc tại tuyến đo độ dốc d−ới LJ - chiều dài dòng chảy giữa hai tuyến độ dốc (cùng đơn vị với mực n−ớc). Tuyến đo độ dốc thực chất là hai tuyến đo mực n−ớc cố định đ−ợc đặt về hai phía của tuyến đo l−u l−ợng (xem hình 1-5 và 1-6) Để đảm bảo đ−ợc sai số của tài liệu trong phạm vi cho phép, tuyến đo độ dốc mặt n−ớc cần phải đảm bảo các yêu cầu sau : • Tuyến đo độ dốc trên (I1) và tuyến đo độ dốc d−ới (I2) tốt nhất là cách đều tuyến đo l−u l−ợng. • Tại tuyến đo, mực n−ớc thay đổi phản ánh đúng quy luật thay đổi của mực n−ớc sông, đảm bảo xây dựng đ−ợc công trình đo mực n−ớc ổn định và đo đạc thuận tiện. 14
• Khoảng cách giữa hai tuyến đo độ dốc LJ cần đủ dài để đảm bảo có chênh lệch mực n−ớc giữa chúng nh− sau : + Đối với sông miền núi ΔH1-2 = 25 4 50cm + Đối với sông đồng bằng ΔH1-2 = 104 20cm Hình 1-5. Sơ đồ các tuyến đo ở đoạn sông đặt trạm Nếu trong thực tế không cho phép chọn đ−ợc đoạn sông có độ dài đảm bảo tiêu chuẩn trên thì có thể chọn đoạn sông ngắn với chênh lệch mực n−ớc nhỏ hơn song phải cố gắng nâng cao độ chính xác đo mực n−ớc, để giảm sai số cho kết quả đo đạc . Hình 1-6. Tuyến đo độ dốc c. Tuyến đo phao : Trong những tr−ờng hợp không cho phép đo l−u tốc bằng máy hoặc yêu cầu tài liệu có độ chính xác không cao lắm thì có thể dùng phao để đo l−u tốc. Để đo l−u tốc bằng phao, trên đoạn sông đặt trạm ta chọn các tuyến đo phao và tuyến thả phao. Tuyến ở phía th−ợng l−u tuyến đo l−u l−ợng gọi là tuyến trên (P1) một tuyến phía hạ l−u gọi là tuyến d−ới (P2). Tuyến thả phao cách tuyến trên về phía th−ợng l−u khoảng 30450 m (hình1-5) Để tài liệu thu thập đ−ợc đảm bảo sai số cho phép thì khoảng cách giữa hai tuyến đo phao LP sao cho thời gian chảy truyền với l−u tốc trung bình mặt ngang lớn nhất tối thiểu từ 50 ữ 80 giây 15
Nếu không chọn đ−ợc đoạn sông đo phao có chiều dài đảm bảo điều kiện trên thì có thể chọn đoạn sông ngắn hơn, nh−ng LP phải đủ dài sao cho thời gian chảy truyền t−ơng ứng không nhỏ hơn 20 giây. ở các trạm thuỷ văn cấp I các tuyến đo mực n−ớc, đo bùn cát, đo mặn, (nếu có), đo hoá n−ớc, đo nhiệt độ n−ớc, tốt nhất là trùng với tuyến đo l−u l−ợng. Tại những đoạn sông đặc biệt có thể phải chọn tuyến đo l−u l−ợng về mùa lũ và mùa kiệt tại hai vị trí khác nhau nh−ng phải xác lập đ−ợc mối quan hệ giữa các yếu tố thuỷ văn tại các vị trí đó. II. Vị trí trạm đo mực n−ớc (trạm cấp III) Đoạn sông đ−ợc chọn để đo mực n−ớc không yêu cầu chặt chẽ nh− đoạn sông đặt trạm đo l−u l−ợng, nh−ng có những yêu cầu riêng thích hợp với việc thu thập tài liệu mực n−ớc : - Đoạn sông t−ơng đối thẳng có chiều dài L = (3-5)B - Trên đoạn sông không có n−ớc vật, n−ớc tù. - Cao trình hai bờ sông khống chế đ−ợc mực n−ớc cao nhất, không mất n−ớc mặt và n−ớc ngầm. - Không chịu ảnh h−ởng của thác, ghềnh, cồn bãi và các hoạt động khác của các công trình làm thay đổi quy luật tự nhiên của dòng chảy. - Vị trí tuyến đo có điều kiện địa chất bảo đảm xây dựng đ−ợc các công trình đo mực n−ớc nh− : Cọc, thuỷ chí, giếng tự ghi mực n−ớc. Ngoài những điều kiện trên còn căn cứ vào yêu cầu phục vụ mà chọn đoạn sông đặt trạm cho thích hợp. Tuyến đo mực n−ớc đ−ợc đặt thẳng góc với h−ớng chảy bình quân. Nếu trạm còn đo đạc thêm các yếu tố nh− nhiệt độ n−ớc, độ mặn .thì vị trí đo đạc tốt nhất là trùng với tuyến đo mực n−ớc. Việc khảo sát vị trí đặt trạm đo mực n−ớc cũng tiến hành t−ơng tự nh− khảo sát vị trí đặt trạm đo l−u l−ợng, nh−ng các yếu tố thu thập, điều tra phải phù hợp với yêu cầu của đoạn sông đặt trạm đo mực n−ớc nh− đã trình bày. III. Vị trí trạm đo mặn Tuỳ theo yêu cầu phục vụ mà trạm đo mặn cần đ−ợc đặt ở vị trí thích hợp . Ví dụ cần nghiên cứu sự thay đổi độ mặn theo thời gian để lấy n−ớc t−ới ruộng thì trạm đo mặn cần đặt gần công trình lấy n−ớc; Cần nghiên cứu quy luật thay đổi của độ mặn dọc theo một con sông nào đó thì cần đặt các trạm đo dọc sông Trạm đo mặn th−ờng đặt kết hợp với trạm đo các yếu tố thuỷ văn khác. Khi cần thiết đặt riêng trạm đo mặn thì công tác khảo sát đ−ợc tiến hành nh− đối với trạm đo mực n−ớc. 16
Ch−ơng II Đo mực n−ớc vμ nhiệt độ n−ớc Mực n−ớc là độ cao mặt thoáng của dòng n−ớc so với một mặt chuẩn cao độ nào đó. Hệ cao độ đang đ−ợc sử dụng rộng rãi ở ngành thuỷ văn là hệ cao độ Quốc gia. Mực n−ớc kí hiệu là H (hoặc Z) đơn vị dùng là cm (hoặc m) Đ2-1 Công trình đo mực n−ớc vμ máy đo mực n−ớc Công trình đo mực n−ớc và máy móc đo mực n−ớc bao gồm các loại công trình đo mực n−ớc không liên tục nh− cọc, thuỷ chí và máy tự ghi mực n−ớc liên tục hoặc theo chế độ tự chọn. Sau đây sẽ giới thiệu một số loại công trình, máy móc đo mực n−ớc đang đ−ợc dùng rộng rãi ở n−ớc ta. I. Cọc đo mực n−ớc: Cọc đo mực n−ớc th−ờng ký hiệu là C Cọc đ−ợc dùng ở các trạm có lòng sông thoải (sông đồng bằng) có nhiều thuyền bè qua lại hoặc dùng ở sông miền núi nơi có nhiều vật trôi trên sông khi có lũ, biên độ mực n−ớc lớn và l−u tốc lớn . Cọc có thể làm bằng gỗ tốt, bê tông, sắt Tiết diện ngang có thể là hình vuông, (cạnh từ 10 -15 cm) hoặc hình tròn (đ−ờng kính từ 10-15 cm), và cọc sắt chữ L, I (từ 6- 8 cm). Chiều dài của cọc phải đảm bảo đóng ngập vào lớp đất cứng ít nhất là 50 cm, phần cọc nhô ra khỏi mặt đất khoảng 10 cm. Nếu là cọc gỗ hoặc cọc bê tông thì trên đầu cọc phải có lõi sắt φ = 10412 mm nhô khỏi mặt cọc 10 mm để làm chuẩn khi đo . Hình 2-1. Mực n−ớc tại vị trí A Số l−ợng cọc trên mỗi tuyến đo tuỳ thuộc vào địa hình bờ sông và biên độ dao động mực n−ớc. Sau đây là những điều kiện cần đảm bảo khi xây dựng hệ thống cọc đo mực n−ớc. • Chênh lệch cao độ giữa hai đầu cọc kề nhau trong khoảng 30450 cm và không đ−ợc v−ợt quá 60 cm, các cọc không nên cách nhau quá xa. Đầu cọc trên cùng phải cao hơn mực n−ớc lớn nhất từ 40450 cm, đầu cọc cuối cùng phải thấp hơn mực n−ớc thấp nhất từ 40450 cm. • Thứ tự các cọc đ−ợc ghi từ cọc cao nhất đến cọc thấp nhất. Tr−ờng hợp phải xây dựng 17
thêm cọc giữa hai cọc đã có thì tên cọc mới mang số hiệu cọc trên và chữ a. Ví dụ giữa cọc 3 và 4 thêm cọc 3a (Xem hình 2-2) Hình 2-2. Hệ thống cọc đo mực n−ớc II. Thuỷ chí đ−ợc ký hiệu là P Hình 2-3. Thuỷ trí đo mực n−ớc 18
Thuỷ chí th−ờng đ−ợc dùng ở nơi lòng sông dốc, ít thuyền bè qua lại, ít vật nổi trên sông, biên độ mực n−ớc nhỏ, n−ớc không chảy xiết. hoặc nơi có công trình với t−ờng vách thẳng đứng (cống, mố cầu, cầu cảng) Có thể làm thuỷ chí bằng gỗ tốt, sắt tráng men, sắt sơn hoặc bê tông. Thuỷ chí bằng gỗ th−ờng có kích th−ớc nh− sau : Dài 243 m, rộng 10420 cm, dày 344 cm, trên bề mặt có khắc độ dài 1cm, 2cm hoặc 5cm một. Khi độ chính xác của mực n−ớc yêu cầu 1 cm thì vạch khắc 0,5 hay 1 cm, khi yêu cầu độ chính xác 2 cm hoặc 5 cm thì vạch khắc là 1 cm hoặc 2 cm. Nếu làm bằng gỗ cần phải sử lý để chống mối mục . Nếu làm bằng sắt tráng men thì làm thành nhiều đoạn nối, mỗi đoạn dài 50 cm, rộng 10 cm dày 1- 2 mm . Nếu khắc trên t−ờng bê tông, đá thì phải có chiều rộng từ 10-20 cm. ở tuyến đo, thuỷ chí có thể đ−ợc gắn vào cọc gỗ, cọc bê tông, cọc sắt, hoặc vào t−ờng cống, mố cầu Điểm 0 ở mỗi thuỷ chí phải đ−ợc xác định so với mặt chuẩn cao độ tuyệt đối. Khi xây dựng hệ thống thuỷ chí cần chú ý mấy điểm sau: • Đỉnh thuỷ chí trên cùng cao hơn Hmax ít nhất 50cm, gốc thuỷ chí d−ới cùng thấp hơn Hmin ít nhất 50cm 130mm • Cao trình điểm “ 0 “ của thuỷ chí trên phải thấp hơn điểm trên cùng của thuỷ chí kế tiếp phía d−ới ít nhất là 20 cm Khi lắp đặt cần h−ớng chiều dẹt của thuỷ chí theo h−ớng chảy để giảm ảnh h−ởng của n−ớc dềnh . • Có thể xây dựng cọc xen kẽ với thuỷ chí trên cùng một 86mm tuyến đo . Hình 2-4. Thuỷ chí III. Máy tự ghi mực n−ớc 1. Phân loại máy tự ghi mực n−ớc a) Căn cứ vào ph−ơng đặt trục trống quấn giấy tự ghi, có thể phân thành hai loại chính: - Loại trục ngang : Khi máy hoạt động trục trống quấn giấy đặt nằm ngang. - Loại trục đứng : Khi máy hoạt động, trục trống quấn giấy đặt thẳng đứng. b) Căn cứ vào ph−ơng thức truyền dao động của mực n−ớc tới máy, có thể chia máy tự ghi mực n−ớc ra các loại sau : Loại 1 : Truyền sự dao động của mực n−ớc bằng phao nổi nh− máy “ Van Đai “ ( Liên Xô cũ sản xuất) máy steven A68-A71 ( Mỹ ); SW-40( Trung Quốc) 19
Loại 2 : Truyền dao động của mực n−ớc bằng áp lực khí và điện áp . + áp lực khí nh− máy LPN 8/2 (Pháp) + Điện áp nh− máy TĐN-324-M1 (Việt Nam) Loại 3 : Dao động của mực n−ớc đ−ợc truyền bằng siêu âm nh− WLR7 , WLR8( Nhật) 2. Giới thiệu một số loại máy đo mực n−ớc đang dùng ở n−ớc ta Máy tự ghi mực n−ớc "Van đai” : Loại máy này do Liên Xô (cũ) sản xuất (sau đó Trung Quốc sản xuất dạng t−ơng tự). Máy Van đai có giá thành thấp, bền, dễ sử dụng nên đ−ợc dùng nhiều ở n−ớc ta . a) Các bộ phận chính của máy Van đai Hình 2-5. Sơ đồ cấu tạo máy tự ghi Van Đai 1. Trống quấn giấy tự ghi : Trục của trống quấn giấy gắn với các pu-ly, giấy tự ghi là loại giấy chuyên dùng, tỷ lệ biểu đồ tuỳ thuộc vào cấu tạo của từng loại máy. 2. Kim tự ghi : Kim tự ghi cấu tạo t−ơng tự nh− một ngòi bút, đầu kim có chỗ chứa mực, kim đ−ợc tr−ợt trên một trục song song với trục trống quấn giấy và liên hệ với sự chuyển động của đồng hồ . 3. Phao : Phao có dạng hình trụ rỗng làm bằng tôn hoặc bằng đồng có tác dụng truyền sự dao động của mực n−ớc tới pu-ly. 4. Pu-ly : Các pu-ly đ−ợc gắn vào các trục, các trục này liên hệ với trục trống quấn giấy, nhờ các pu-ly này mà sự dao động của phao đ−ợc truyền tới và làm quay trục quấn giấy. Máy có thể có từ 1 đến 2 pu-ly với đ−ờng kính khác nhau để ghi biểu đồ mực n−ớc với các tỷ lệ khác nhau. 5. Đồng hồ dùng để chỉ thời gian, nó có liên hệ với kim tự ghi . Loại máy này có đồng hồ đ−ợc lên giây cót 24 giờ 1 lần. 20
Ngoài các bộ phận chính đã nêu còn các bộ phận khác nh− trục (6,7) để lắp các pu-ly, đối trọng của phao (8), đối trọng của đồng hồ (9), dây treo phao nối liền giữa phao và pu-ly, thân máy (10). b) Nguyên lý hoạt động của máy Van đai Do phao đ−ợc thả nổi trên mặt n−ớc, nên dao động mực n−ớc sẽ đ−ợc truyền tới các pu- ly và truyền tới trống quấn giấy làm trống quấn giấy quay xung quanh trục của nó. Mặt khác kim tự ghi dịch chuyển theo thời gian có ph−ơng song song với trục quấn giấy. Nh− vậy kim tự ghi và trống quần giấy dịch chuyển theo 2 ph−ơng vuông góc với nhau, kết quả cho ta biểu đồ tự ghi của quá trình thay đổi mực n−ớc trên trục vuông góc(H~t). Tỉ lệ của mực n−ớc tuỳ thuộc vào biên độ dao động của mực n−ớc mà sử dụng các tỷ lệ nh− sau: 1/1 và 1/2 khi gắn 2 pu-ly vào chốt 6; tỷ lệ 1/5 và 1/10 khi gắn 2 pu-ly vào chốt 7 (xem hình 2-5). Máy tự ghi mực n−ớc TĐN-324-M1 : Máy TĐN-324-M1 do Viện kỹ thuật quân sự (Việt Nam) sản suất . a) Các bộ phận chính : Máy có các bộ phận chính sau đây Đầu đo, khối điều khiển xử lý số liệu, nguồn điện (xem sơ đồ 2-6 ) TĐN-324-M1.03 TĐN-324-M1.02 TĐN-324-M1.01 TĐN-324-M1.04 (Nguồn) Hình 2-6. Sơ đồ cấu tạo máy đo mực n−ớc TĐN-324-M1 b) Nguyên lý hoạt động của máy Đầu đo hoạt động theo các chế độ đo trực tiếp hoặc đo theo chế độ định tr−ớc (theo chu kỳ đ−ợc cài đặt sẵn) Đầu đo gồm quả dọi có gắn đầu nhận n−ớc treo trên một sợi dây (th−ớc chuẩn). Khi cần đo đầu đo, nhận lệnh từ khối 02, quả dọi sẽ đ−ợc thả xuống từ vị trí đặt đầu đo (có cao trình xác định) xuống mặt n−ớc trong giếng. Khi đầu nhận n−ớc vừa chạm mặt n−ớc thì đầu đo sẽ truyền giá trị đọc trên th−ớc chuẩn về khối 02, đồng thời kéo quả dọi và đầu nhận n−ớc về vị trí ban đầu, kết thúc 1 lần đo. Việc điều khiển khối 02 có thể đ−ợc thực hiện trực tiếp từ ng−ời đo hoặc theo trình tự đã cài đặt từ khối 03. Khối 02 có chức năng xử lý số liệu và hiện số lên màn hình đồng thời truyền số liệu đã xử lý sang khối 03. Khối 03 l−u trữ tài liệu và chuẩn bị trạng thái cho chu kỳ đo tiếp theo. Toàn bộ hệ thống đ−ợc cung cấp nguồn điện từ khối 04. 21
Nh− vậy máy tự ghi mực n−ớc TĐN-324-M1, có thể tự động đo, l−u trữ số liệu hoặc có thể đo mực n−ớc từ xa tại từng thời điểm . c) Công trình lắp đặt máy tự ghi mực n−ớc Máy TĐN-324-M1 có thể dùng loại công trình giới thiệu trên hình 2-8 để lắp đặt. Máy tự ghi mực n−ớc LPN 8/2 a) Nguyên lý làm việc của máy : Máy làm việc dựa vào sự biến đổi của áp lực khí. Sự dao động của mực n−ớc làm biến thiên áp lực khí của bộ phận khí, sự biến thiên này đ−ợc truyền tới bộ phận nhận, xử lý thông tin và cho kết quả . Sự biến thiên của áp lực khí nhờ hệ thống nén khí, ống dẫn khí tiếp xúc với nguồn n−ớc cần đo . b) Các bộ phận chủ yếu của máy : • Hệ thống khí gồm bình nén khí, ống dẫn khí đuợc nối từ máy tới nguồn n−ớc. • Bộ phận nhận và xử lý số liệu là bộ phận chính của máy, nó có tác dụng biến đổi sự dao động của mực n−ớc thông qua sự biến thiên của áp thành giá trị mực n−ớc. Kết quả này do máy tính toán, l−u trữ và hiển thị trên màn hình khi cần thiết. Việc điều khiển máy vận hành thông qua bàn phím và màn hình hiển thị. Chế độ đo đạc, yếu tố cần đo đạc đ−ợc cài đặt theo yêu cầu của ng−ời sử dụng và sau đó máy sẽ thực hiện hoàn toàn tự động trong một khoảng thời gian nhất định . - Nguồn năng l−ợng : Có thể dùng ắc quy 11 ữ14V DC hoặc nguồn điện l−ới 220V AC 610 % c) Tính năng và phạm vi ứng dụng của máy : • Các yếu tố đo đạc : - Đo mực n−ớc: Tuỳ theo các loại máy thiết kế khác nhau mà biên độ mực n−ớc có thể đo đ−ợc khác nhau nh− sau: 0-5, 0-10, 0-20 và 0-60m với độ chính xác 60,1% Độ phân giải : Phạm vi đo < 10 m : 1mm Phạm vi đo /10 m : 1 cm Ngoài mực n−ớc ra máy còn xác định đ−ợc các đặc tr−ng mực n−ớc khác nh−: c−ờng suất mực n−ớc, mực n−ớc cao nhất, thấp nhất cảnh báo (tuỳ chọn) - Đo nhiệt độ: + Phạm vi ứng dụng : Từ -20oC 4 +60oC + Độ chính xác 60,3oC + Độ phân giải 0,1oC • Chức năng vận hành của máy: 22
+ Thời gian, chế độ tự ghi, ngày, giờ hệ thống, thời gian lấy mẫu ( 1 lần đo ), chế độ tự động kiểm tra sự hoạt động của máy, chế độ hoạt động tiết kiệm năng l−ợng, chế độ hoạt động th−ờng xuyên. + Đo đạc, l−u trữ, truyền số liệu Phân tích kết quả, l−u trữ số liệu với một khối l−ợng nhất định, hiển thị số liệu trên màn hình khi cần; có thể “đổ” số liệu đã đo đạc vào máy tính (PC), có thể huỷ số liệu khi không cần thiết l−u trữ; số liệu có thể truyền qua mạng điện thoại từ xa tới một nơi nào đó. Một số chức năng tự động, bảo d−ỡng máy theo định kỳ và thông báo một số yếu tố có liên quan đến quá trình hoạt động và hiện trạng của máy Hình 2-7. Một hình thức lắp đặt máy tự ghi mực n−ớc LPN 8/2 IV. Công trình đặt máy tự ghi mực n−ớc ở đây giới thiệu 2 loại công trình đ−ợc dùng phổ biến ở n−ớc ta : 1. Giếng tự ghi kiểu đảo (Hình 2-8a). Loại giếng này đuợc xây trên lòng sông, ngay tại tuyến đo đạc. Giếng có dạng hình trụ, có thể làm bằng ống bê tông, gỗ .v.v. Trên giếng là sàn đặt máy có mái che. Cao trình sàn máy phải cao hơn mực n−ớc lớn nhất. Từ sàn máy có cầu công tác nối với bờ. Lỗ thông n−ớc từ giếng với n−ớc sông nằm ở vị trí thấp hơn mực n−ớc thấp nhất. Loại giếng này dễ thi công, vốn xây dựng không nhiều lắm song có nh−ợc điểm là chịu ảnh h−ởng trực tiếp của sóng, gió do đó tài liệu thu đ−ợc hạn chế về độ chính xác. 2. Giếng kiểu bờ ( hình 2 -8b) : Công trình đặt máy tự ghi loại này đ−ợc xây dựng trên bờ sông, có các bộ phận chính: Giếng, ống dẫn n−ớc hoặc xi phông và sàn máy. 23
Loại giếng này có −u điểm là khắc phục đ−ợc các nh−ợc điểm của loại giếng kiểu đảo, nh−ng khó thi công nên giá thành công trình th−ờng cao hơn. Đối với các loại máy nh− LPN 8/2, WLR7 , WLR8 sẽ có loại công trình lắp đặt máy thích hợp cho mỗi loại cụ thể. Hình 2-8. Công trình đặt máy tự ghi mực n−ớc a- kiểu đảo; b- kiểu bờ Đ2-2 Chế độ đo mực n−ớc Chế độ đo mực n−ớc phải đảm bảo thu thập đ−ợc quá trình diễn biến của mực n−ớc một cách hoàn chỉnh. Do đó tuỳ theo chế độ dòng chảy tại trạm (ảnh h−ởng lũ hay ảnh h−ởng triều), tuỳ theo sự thay đổi mực n−ớc các thời kỳ trong năm ( mùa lũ, mùa cạn) mà có chế độ đo đạc cho phù hợp . Nói chung chế dộ đo mực n−ớc bằng công trình cọc , thuỷ chí quy định nh− sau : • Đo 1 lần trong mỗi ngày đêm vào lúc 7h • Đo 2 lần trong mỗi ngày đêm vào các giờ 7h và 19h • Đo 4 lần trong mỗi ngày đêm vào các giờ 1, 7, 13, 19h • Đo 8 lần trong mỗi ngày đêm vào các giờ 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22h • Đo 12 lần trong mỗi ngày đêm vào các giờ lẻ: 1, 3, , 21, 23h • Đo 24 lần trong mỗi ngày đêm vào các giờ : 1, 2, 3, , 23, 24h 24
Đối với các trạm không chịu ảnh h−ởng triều về mùa cạn th−ờng áp dụng các chế độ đo 1 lần, 2 lần hoặc 4 lần trong 1 ngày. Về mùa lũ tuỳ theo c−ờng suất thay đổi của mực n−ớc mà thay đổi chế độ đo cho phù hợp . Đối với các trạm chịu ảnh h−ởng của thuỷ triều th−ờng áp dụng chế độ ngày đo 12 lần hoặc 24 lần. Ngoài các chế độ trên khi cần xác định đ−ợc mực n−ớc chân, đỉnh (lũ, triều) hoặc các trạm có mục đích phục vụ riêng tuỳ theo yêu cầu còn có thể bố trí đo thêm 5ph, 10ph, 20ph, 30ph đo 1 lần. Nếu chế độ đo đạc này cần kéo dài và th−ờng xuyên thì tốt nhất là sử dụng máy tự ghi mực n−ớc. Qua kết quả nghiên cứu có thể tinh giảm chế đo bằng cách giảm lần đo trong ngày và giảm thời kỳ đo trong năm. Chẳng hạn ở các trạm ảnh h−ởng của triều, chỉ đo một số lần gần trị số đỉnh triều, chân triều hoặc trong mỗi năm chỉ đo một số kỳ triều đặc tr−ng nh− triều c−ờng, triều mãn, triều trung bình trong các tháng kiệt nhất. Đối với các trạm đo bằng máy tự ghi cần có chế độ đo kiểm tra để hiệu chỉnh số liệu. Các chế độ đo kiểm tra có thể ngày đo 1 lần, 2 lần hoặc 4 lần tuỳ theo chất l−ợng tài liệu thu đ−ợc của máy tự ghi. Đ2-3 Đo vμ tính toán mực n−ớc I. Đo mực n−ớc bằng cọc và thuỷ chí Nguyên tắc chung của đo mực nuớc bằng các loại công trình cọc, thuỷ chí là xác định khoảng cách từ mực n−ớc tới đầu cọc hoăc điểm “0” của thủy chí; khi đó mực n−ớc đ−ợc tính nh− sau: H = ∇ + a Trong đó : H- Mực n−ớc ( cm , m ) ∇- Cao độ đầu cọc hoặc cao độ điểm “0” của thuỷ chí so với một mặt chuẩn a- Số đọc trên th−ớc cầm tay hoặc số đọc trên thuỷ chí. Th−ớc cầm tay đ−ợc làm bằng gỗ rộng 5-8 cm, dày 1,5-3 cm dài 80-120 cm, hoặc làm bằng nhôm φ = 2,5-3 cm dài 80-120 cm, trên th−ớc có khắc vạch nhỏ nhất tới 0,5 hoặc 1,0cm. Nếu là th−ớc gỗ thì đầu d−ới có bọc kim loại để tránh bị mòn trong quá trình sử dụng. Để nâng cao độ chính xác mực n−ớc khi đo bằng cọc và thuỷ chí cần chú ý mấy điểm sau đây: • Khi đo cần đặt chiều dẹt của n−ớc theo dòng chảy; để mắt gần mặt n−ớc khi đọc. Tr−ờng hợp có sóng to hoặc n−ớc dềnh cần tranh thủ đo khi mặt n−ớc t−ơng đối ổn định và cần đo 2 lần rồi lầy số trung bình cộng của 2 lần đọc làm số đo chính thức. • Thời gian trung bình của các lần đo phải trùng với thời điểm quy định đo đạc. 25
• Khi đo cần chọn cọc sao cho số đọc không nhỏ hơn 5 cm mà cũng không lớn quá 60-70 cm, vì nh− vậy sẽ gây khó khăn cho đo đạc và hạn chế độ chính xác của kết quả. II. Đo mực n−ớc bằng máy tự ghi Đối với trạm có máy tự ghi mực n−ớc thì ngoài việc thay giấy tự ghi, lên giây cót cho đồng hồ, kiểm tra nguồn điện .v.v cần đo mực n−ớc kiểm tra ở cọc hoặc thuỷ chí theo chế độ quy định. Sau khi đo kiểm tra ngoài việc ghi số liệu vào sổ, cần đánh dấu toạ độ điểm kiểm tra trên biểu đồ tự ghi, hiệu chỉnh lại vị trí kim tự ghi nếu máy có sai số. Nếu dùng máy hiện số thì cần ghi cả số liệu đo kiểm tra và số liệu đọc trên máy vào thời điểm kiểm tra. Số đọc và số hiệu cọc (thuỷ chí) đ−ợc ghi ngay vào sổ sau khi đo xong. Một trong các loại sổ ghi mực n−ớc có dạng nh− sau : Cao độ Mực Quan sát, ghi chép Mực n−ớc Số hiệu đầu cọc Số n−ớc trên các yếu tố phụ : bình quân Tháng Ngày Giờ cọc hay hay số đọc a mặt quy sóng, gió, m−a và các ngày thuỷ chí “0” thuỷ (cm) chiếu hiện t−ợng đặc biệt (cm) chí (cm) (cm) khác 1 2 3 4 5 6 7 8 9 VII 15 7 3 1086 16 1102 → 1 o o Đ2-4 Đo nhiệt độ n−ớc T n vμ nhiệt độ không khí T k I. Nhiệt kế đo nhiệt độ n−ớc và nhiệt độ không khí 1. Nhiệt kế đo nhiệt độ n−ớc: th−ờng là nhiệt kế thủy ngân đ−ợc bọc trong vỏ kim loại không rỉ. Phía d−ới nhiệt kế có bầu chứa n−ớc nhằm giữ nguyên nhiệt độ n−ớc khi đ−a nhiệt kế ra khỏi mặt n−ớc để đọc nhiệt độ. Thang độ của nhiệt kế đ−ợc khắc vạch nhỏ nhất không quá 0,2oC. Nếu ở trạm dùng máy đo mực n−ớc có tính năng đo đ−ợc nhiệt độ n−ớc thì sử dụng loại máy này thay cho nhiệt kế. Độ chính xác của nhiệt kế hoặc máy đo cần đ−ợc kiểm định tr−ớc. Nếu có sai số cần phải hiệu chỉnh cho kết quả. 2. Nhiệt kế đo nhiệt độ không khí: th−ờng là nhiệt kế thủy ngân chuyên dùng. Vị trí đo đ−ợc đặt trong lều khí t−ợng hoặc treo trong nhà trạm cách mặt đất khoảng 1,5m. Nếu việc qui định đo nhiệt độ không khí cùng với đo nhiệt độ n−ớc thì chế độ đo nhiệt độ không khí nh− chế độ đo nhiệt độ n−ớc. Nếu việc đo nhiệt độ không khí yêu cầu nh− ở một trạm khí t−ợng thì cần theo qui định của “Tài liệu h−ớng dẫn đo các yếu tố khí t−ợng”. II. Vị trí đo nhiệt độ n−ớc Vị trí đo nhiệt độ n−ớc nằm trên tuyến đo mực n−ớc, có thể ở giữa dòng hoặc gần bờ nh−ng phải có độ sâu dòng chảy từ 0,5m trở lên, phải ở nơi n−ớc chảy, không đo ở nơi có cỏ 26
hoặc rong rêu, gần nguồn n−ớc ngầm, n−ớc bẩn hay n−ớc nóng lạnh do khu công nghiệp thải ra. Để thuận tiện cho đo đạc, vị trí đo nhiệt độ n−ớc cần đặt gần vị trí công trình đo mực n−ớc. III. Đo nhiệt độ n−ớc 1. Cách đo đạc Tr−ớc giờ đo qui định khoảng 5 phút nhiệt kế phải đ−ợc ngâm thẳng đứng xuống d−ới mặt n−ớc ít nhất 0,5m, không để nhiệt kế chạm đáy sông hoặc các vật khác. Sau khi ngâm nhiệt kế khoảng 5 phút thì đ−a nhiệt kế lên và đọc ngay nhiệt độ với độ chính xác tới 0,1oC (đọc số lẻ tr−ớc, đọc số độ sau). Khi ch−a đọc xong nhiệt độ không đ−ợc đổ n−ớc ra khỏi bầu của nhiệt kế. Trong thời gian chờ ngâm nhiệt kế có thể quan sát các yếu tố khác nh− sóng, gió, trạng thái mặt sông 2. Chế độ đo nhiệt độ n−ớc • Chế độ 1 : mỗi ngày đo hai lần vào 7, 19h • Chế độ 2 : mỗi ngày đo bốn lần vào 1, 7, 13, 19h IV. Tính trị số đặc tr−ng ngày của nhiệt độ n−ớc và nhiệt độ không khí 1. Nhiệt độ bình quân ngày i= n o 1 o T n = ∑ Tni n i= 1 Trong đó : o o T n - Nhiệt độ n−ớc bình quân ngày ( C) o o Tni - Nhiệt độ n−ớc đo tại lần thứ i đã hiệu chỉnh (nếu có) - C n - Số lần đo trong ngày 2. Nhiệt độ lớn nhất, nhỏ nhất ngày : Nhiệt độ lớn nhất, nhỏ nhất ngày đ−ợc trích từ tài liệu thực đo tại các lần đo trong ngày sau khi đã hiệu chỉnh (nếu có). Đối với các đặc tr−ng ngày của nhiệt độ không khí cũng tính toán t−ơng tự. Đ2-5 Quan sát, đo đạc các yếu tố khác I. Quan sát sóng, gió ở trạm đo mực n−ớc nói chung không có dụng cụ đo sóng, gió do đó các yếu tố này th−ờng đo bằng cách −ớc l−ợng. Tuy vậy số liệu về sóng và gió có tác dụng đáng kể trong việc chỉnh lý tài liệu mực n−ớc do đó cần quan sát ghi chép t−ơng đối chính xác các yếu tố trên. Sức gió và h−ớng gió so với dòng chảy tại trạm đ−ơc ghi bằng các mũi tên nh− sau: - Không có gió ghi là 0 27
- Gió yếu thổi ng−ợc dòng ↑ - Gió vừa thổi xuôi dòng ↓ - Gió thổi mạnh từ trái sang phải ghi ⎯⎯→\\ Cấp sóng th−ờng t−ơng ứng với cấp gió, cụ thể : - Gió lặng t−ơng ứng khi không có sóng, ghi 0 - Gió yếu t−ơng ứng sóng lăn tăn, ghi I - Gió vừa t−ơng ứng sóng bạc đầu, ghi II - Gió mạnh thuyền nhỏ không đi đ−ợc, thuyền lớn tròng trành, ghi III II. Đo l−ợng m−a Việc đo l−ợng m−a ở trạm thuỷ văn cũng đ−ợc coi trọng nh− ở trạm khí t−ợng. Chế độ đo m−a th−ờng do cơ quan quản lý quy định, nói chung có thể đo m−a theo thời đoạn cố định, đo m−a theo ngày hoặc đo m−a theo trận m−a . Dụng cụ đo m−a thông th−ờng là thùng đo m−a, máy tự ghi l−ợng m−a (tham khảo tài liệu h−ớng dẫn đo các yếu tố khí t−ợng) III. Quan sát các yếu tố khác Việc quan sát, ghi chép đo đạc các hiện t−ợng khác có liên quan tới chế độ dòng chảy nh− hiện t−ợng n−ớc dâng do bão, vỡ đê, phân lũ, đóng mở các cống lớn gần trạm vận hành nhà máy thuỷ điện, sự xói lở bãi, bờ sông, hoạt động của các công trình khác trên sông cũng là công việc cần làm th−ờng xuyên ở một trạm thuỷ văn. Đ2-6 Tính toán, thống kê các đặc tr−ng mực n−ớc . I. Tính mực n−ớc bình quân ngày : 1. Ph−ơng pháp số học : Ph−ơng pháp này đ−ợc áp dụng để tính mực n−ớc khi các lần đo trong ngày cách đều nhau. Khi trong ngày có một số lần đo thiếu hoặc đo không đều giờ thì có thể bổ sung số liệu bằng ph−ơng pháp nội suy để có mực n−ớc cách đều giờ rồi áp dụng ph−ơng pháp số học để tính toán theo công thức (2-1). n ∑ Hi H = i=1 (2-1) ng n Trong đó :Hng - Mực n−ớc bình quân ngày Hi - Mực n−ớc ở lần đo thứ i n - số lần có mực n−ớc trong ngày ( kể cả mực n−ớc đ−ợc bổ sung ) 28
2. Ph−ơng pháp hình học : Tr−ờng hợp mực n−ớc đo không cách đều nhau về thời gian thì áp dụng ph−ơng pháp hình học để tính mực n−ớc bình quân ngày theo công thức. F H= (2-2) ng T Trong đó : F - diện tích biểu đồ giới hạn bởi đ−ờng quá trình H~t và trục thời gian (phần gạch chéo ở hình 2-9) T- số giờ trong ngày (24giờ) Hình 2-9. Đ−ờng quá trình mực n−ớc thực đo trong 1 ngày Chú ý : Nếu gốc của trục tung (trục H) tại mực n−ớc H1 thì mực n−ớc bình quân ngày đ−ợc tính theo công thức d−ới đây F H = H + (2-3) ng 1 T II. Tính mực n−ớc bình quân tháng n ∑Hngi Công thức tính toán : H = i=1 thg n Trong đó: Hthg - mực n−ớc bình quân tháng Hngi - mực n−ớc bình quân ngày thứ i n - số ngày trong tháng Chú ý : Nếu trong tháng dù chỉ 1 ngày không có mực n−ớc bình quân ngày và nếu không bổ sung đ−ợc thì tháng đó không tính mực n−ớc bình quân tháng . III. Tính mực n−ớc bình quân năm N 12 ∑ Hngi ∑HThgi i=1 i=1 Hn = hoặc H = (2-5) N n 12 Trong đó : N - số ngày trong năm 29
Hn - mực n−ớc bình quân năm Nếu trong năm có ít nhất 1 tháng không có mực n−ớc bình quân tháng thì năm đó không tính mực n−ớc bình quân năm . IV. Trích mực n−ớc cao nhất, thấp nhất thời đoạn Mực n−ớc cao nhất, thấp nhất thời đoạn ( ngày, tháng, mùa, năm, trận lũ )nói chung đ−ợc chọn từ mực n−ớc tức thời đo đ−ợc hoặc trích từ máy tự ghi. Tr−ờng hợp đặc biệt không đo đ−ợc các mực n−ớc đặc tr−ng trên thì có thể ngoại suy hoặc dùng các ph−ơng pháp khác bổ sung các đặc tr−ng đó. Khi thống kê mực n−ớc đặc tr−ng cần ghi cả thời điểm xuất hiện của chúng . V. Chênh lệch mực n−ớc ( biên độ mực n−ớc ) Ta có thể tính chênh lệch mực n−ớc trong năm, trong 1 trận lũ, hay trong 1 con triều 1. Chênh lệch mực n−ớc trong năm: Chênh lệch mực n−ớc trong năm bằng hiệu số giữa mực n−ớc cao nhất với mực n−ớc thấp nhất trong năm đó : ΔH = HMax - HMin 2. Chênh lệch mực n−ớc trong một con lũ : + Chênh lệch lũ lên là hiệu số giữa mực n−ớc đỉnh lũ với mực n−ớc chân lũ lên, t−ơng ứng có thời gian lũ lên. + Chênh lệch lũ xuống là hiệu số giữa mực n−ớc đỉnh lũ với mực n−ớc chân lũ xuống, t−ơng ứng có thời gian lũ xuống. 3. Các đặc tr−ng mực n−ớc triều + Chênh lệch triều lên bằng hiệu số giữa mực n−ớc đỉnh triều với mực n−ớc chân triều kề tr−ớc đỉnh đó (ΔHL) + Chênh lệch triều xuống bằng hiệu số giữa mực n−ớc đỉnh triều với mực n−ớc chân triều kề sau đỉnh đó (ΔHX) T−ơng ứng với chênh lệch triều lên, chênh lệch triều xuống là thời gian triều lên (TL), thời gian triều xuống (TX ) (xem sơ đồ tính toán ở hình 2-10) Tr−ờng hợp trạm dùng máy tự ghi để thu thập tài liệu mực n−ớc thì cần hiệu chỉnh sai số Hình 2-10. Sơ đồ tính đặc tr−ng mực (nếu có) tr−ớc khi tính mực n−ớc giờ và tính n−ớc triều các đặc tr−ng. Công thức hiệu chỉnh sai số nh− sau : 30
- Khi mực n−ớc đọc kiểm tra và mực n−ớc ghi trên máy sai khác nhau lớn hơn sai số cho phép thì mực n−ớc đúng Ho đ−ợc tính: t− t1 Ho = Ht + ΔH = Ht + (H2 - H2’) (2-6) t2− t 1 - Khi thời điểm đọc kiểm tra và thời điểm ghi trên máy sai khác nhau lớn hơn sai số cho phép , thì thời điểm đúng ( to) lúc xuất hiện Ho đ−ợc tính : t− t1 to = t + Δt = t + ( t 2 - t 2’ ) (2-7) t2− t 1 Trong đó : Ht - mực n−ớc tự ghi tại thời điểm t H2 - mực n−ớc đọc trên th−ớc n−ớc kiểm tra tại thời điểm t 2 H2’ - mực n−ớc tự ghi tại thời điểm t 2 t 1 - thời điểm kiểm tra lần thứ nhất ( thời điểm đúng ) t - thời điểm suất hiện H t ( thời điểm sai ) t 2 - thời điểm kiểm tra lần thứ hai ( thời điểm đúng ) t 2’ - thời điểm ghi trên máy tại lần kiểm tra lần thứ 2 ( thời điểm sai ) 31
Ch−ơng III Đo độ sâu dòng n−ớc Đ 3-1 Độ sâu dòng n−ớc vμ ứng dụng I- Khái niệm: Độ sâu dòng n−ớc tại một điểm nào đó là khoảng cách theo ph−ơng thẳng đứng từ mặt n−ớc tới đáy sông tại điểm đó (1). Theo ý nghĩa vật lý thì độ sâu là khoảng cách theo ph−ơng vuông góc với h−ớng chảy bình quân từ mặt n−ớc tới đáy sông (2), nh−ng trong thực tế độ sâu đ−ợc xác định theo khái niệm (1). Độ sâu ký hiệu là h đơn vị hay dùng là m. II- ứng dụng: Trong đo đạc thuỷ văn độ sâu dùng để tính diện tích mặt cắt −ớt, từ đó tính l−u l−ợng n−ớc, l−u l−ợng bùn cát và các đặc tr−ng khác có liên quan tới chiều sâu dòng chảy. Từ độ sâu ứng với mực n−ớc tính toán có thể xác định đ−ợc cao trình đáy sông tại các điểm đo sâu, từ đó có thể có đ−ợc mặt cắt ngang, mặt cắt dọc, lập bình đồ đoạn sông. Việc đo địa hình lòng sông phần d−ới n−ớc đ−ợc gắn với phần đo đạc trên cạn bằng các tuyến dẫn hoặc toạ độ các tiêu hoặc tọa độ điểm đặt máy đo góc Để hiểu rõ hơn về việc đo địa hình lòng sông xin xem thêm “giáo trình đo đạc phổ thông”. Nội dung chủ yếu của ch−ơng trình này chỉ đề cập tới các ph−ơng pháp đo sâu để phục vụ cho việc khảo sát chọn vị trí đặt trạm, cung cấp độ sâu cho đo đạc và tính toán số liệu ở các trạm thuỷ văn. Đ 3-2. Dụng cụ vμ máy móc đo sâu I- Dụng cụ đo sâu từng điểm 1. Th−ớc sắt và sào Th−ớc làm bằng nhôm hoặc bằng hợp kim nhẹ không gỉ có dạng hình trụ rỗng, dài 2ữ2.5 m, đ−ờng kính 2ữ2.5 cm đ−ợc khắc vạch cm. Chân th−ớc có đế để khi đo th−ớc không ngập sâu trong bùn. Th−ớc sắt có −u điểm là đo nhanh, độ chính xác cao, nh−ng nó chỉ đ−ợc dùng để đo ở nơi có độ sâu nhỏ hơn 2m, l−u tốc nhỏ hơn 1,5 m/s. Đối với nơi có độ sâu từ 3ữ5 m và l−u tốc nhỏ hơn 1.5 m/s thì dùng sào đo sâu. Sào có thể làm bằng tre, nứa, gỗ thẳng, đ−ờng kính từ 4ữ5 cm, dài 6ữ7 m.Trên thân sào có khắc khoảng cách 5 cm, 10 cm một, chân sào có lắp đế sắt nặng từ 0.5ữ1.5 kg để dễ dìm sào xuống n−ớc. Dùng sào để đo sâu cho độ chính xác khá cao, nh−ng chỉ dùng đ−ợc ở nơi có độ sâu và l−u tốc nhỏ. 2. Tời và tải trọng Tải trọng đo sâu có tác dụng giữ căng dây cáp và đo đúng vị trí điểm cần đo. Tải trọng đ−ợc làm bằng các vật liệu có trọng l−ợng riêng lớn (sắt, gang, chì ), tải trọng phải có dạng 32
sao cho khi làm việc trong n−ớc ổn định nhất. Trong đo đạc thuỷ văn tải trọng th−ờng có hình dạng con cá và đ−ợc gọi là “cá sắt”. Tuỳ theo điều kiện dòng chảy tại vị trí đo mà lựa chọn cá sắt có tải trọng cho thích hợp. Cá sắt có các loại: 25kg, 35kg, 50kg, 75kg, 100kg, 120kg Tời là ph−ơng tiện nâng tải trọng và treo các dụng cụ máy móc đo đạc. Các bộ phận chính của tời gồm có: bàn tời (1), cần tời (2), trục quấn cáp (3), tay quay (4), dây cáp (5), hộp số (7), ngoài ra còn các bộ phận phụ nh− ròng rọc (6), phanh v.v (Xem hình 3-1). Hình 3-1. Tời Nêva Hình 3-2. a) Tr−ờng hợp a ≤1m; b) tr−ờng hợp a>1m Tời và tải trọng có thể đo sâu cho mọi tr−ờng hợp, thích hợp nhất là khi độ sâu và l−u tốc lớn. Khi lực tác dụng của dòng n−ớc vào cá sắt và cáp lớn sẽ làm cho dây cáp lệch khỏi ph−ơng thẳng đứng một góc α. Khi α ≥100 thì phải hiệu chỉnh độ sâu đo đ−ợc. Tr−ờng hợp α > 300 thì phải thay cá sắt có trọng l−ợng lớn hơn và đo lại. Có thể chia ra hai tr−ờng hợp sau đây khi cần phải hiệu chỉnh độ sâu: + Tr−ờng hợp a ≤ 1m (hình 3-2a). Tr−ờng hợp này độ sâu hiệu chỉnh đ−ợc tính theo công thức sau: h = 1- a - Δ2 (3-1) Trong đó: h- độ sâu đã hiệu chỉnh l- chiều dài của dây cáp kể từ ròng rọc đỡ cáp đầu cần tới bụng cá sắt đặt trên đáy sông. a- khoảng cách từ ròng rọc tới mặt n−ớc. 33
Δ2- số hiệu chỉnh phụ thuộc vào góc lệch α và chiều dài dây cáp ngập trong n−ớc, nh− trong bảng 3-1. Bảng 3 - 1. Trị số hiệu chỉnh độ sâu Δ2 (m) Chiều Góc lệch của dây cáp (độ) dài cáp 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 ngập l1 (m) 1. 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,12 2. 0,02 0,03 0,01 0,06 0,06 0,07 0,08 0,09 0,11 0,12 0,14 0,16 0,18 3. 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,09 0,11 0,13 0,15 0,18 0,19 0,23 0,26 4. 0,03 0,01 0,03 0,08 0,10 0,12 0,14 0,17 0,19 0,22 0,24 0,28 0,32 5. 0,01 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,17 0,20 0,21 0,27 0,29 0,35 0,40 6. 0,05 0,05 0,10 0,10 0,15 0,15 0,20 0,25 0,25 0,30 0,35 0,10 0,45 7. 0,05 0,05 0,10 0,10 0,15 0,18 0,25 0,25 0,30 0,35 0,40 0,50 0,55 8. 0,05 0,10 0,10 0,15 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,55 0,60 9. 0,05 0,10 0,10 0,15 0,20 0,23 0,30 0,35 0,10 0,45 0,50 0,60 0,70 10. 0,5 0,10 0,15 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,45 0,50 0,56 0,65 0,75 11. 0,10 0,10 0,20 0,20 0,20 0,27 0,30 0,40 0,50 0,60 0,61 0,70 0,80 12. 0,10 0,10 0,20 0,20 0,30 0,29 0,40 0,40 0,50 0,60 0,66 0,80 0,90 13. 0,10 0,10 0,20 0,20 0,30 0,32 0,40 0,50 0,60 0,70 0,71 0,90 1,00 14. 0,10 0,10 0,20 0,20 0,30 0,34 0,40 0,50 0,60 0,70 0,77 0,90 1,00 15. 0,10 0,10 0,20 0,20 0,30 0,36 0,50 0,50 0,60 0,70 0,82 1,00 1,10 16. 0,10 0,10 0,20 0,30 0,30 0,39 0,50 0,60 0,70 0,80 0,87 1,10 1,20 17. 0,10 0,20 0,20 0,30 0,30 0,41 0,50 0,60 0,70 0,80 0,92 1,10 1,20 18. 0,11 0,20 0,20 0,30 0,40 0,43 0,60 0,70 0,80 0,90 0,97 1,250 1,30 19. 0,11 0,20 0,20 0,30 0,40 0,45 0,60 0,70 0,80 0,90 1,03 1,20 1,40 20. 0,12 0,20 0,20 0,30 0,40 0,47 0,60 0,70 0,80 1,00 1,08 1,30 1,50 + Tr−ờng hợp a>1m (hình 3-2b) tr−ờng hợp này độ sâu hiệu chỉnh đ−ợc xác định theo công thức : h = l2 - Δ2 = l1 - Δ1 - Δ2 (3-2) Trong đó: l1- chiều dài của dây cáp ngập trong n−ớc không thực tế (độ sâu giả). l2- chiều dài của dây cáp ngập trong n−ớc thực tế. l2 = l 1 - Δ1 Δ1- Hệ số hiệu chỉnh đ−ợc tính theo công thức. ⎛ 1 ⎞ Δ1 = a⎜ −1⎟ (3-3) ⎝ cosα ⎠ Với α là góc lệch của dây cáp so với ph−ơng thẳng đứng. Để hiệu chỉnh độ sâu ta tiến hành nh− sau: 34
- Xác định khoảng cách a. - Thả cá sát chạm mặt n−ớc, sau đó thả cá sắt chạm đáy sông, xác định chiều dài cáp ngập trong n−ớc l1. - Đo góc lệch α - Tính Δ1 theo (3-3) - Độ sâu hiệu chỉnh đ−ợc tính theo (3-2) II- Máy hồi âm đo sâu Máy hồi âm đo sâu là dụng cụ có thể đo đ−ợc độ sâu từng điểm hoặc đo độ sâu liên tục trên tuyến đo. 1. Nguyên lý chung của máy hồi âm đo sâu: Dựa vào thời gian truyền âm trong n−ớc kể từ lúc phát sóng âm tới lúc sóng âm gặp đáy sông và phản hồi trở lại mà máy tính đ−ợc độ sâu. Theo nguyên lý đó độ sâu đ−ợc tính nh− sau (công thức lý thuyết). 2 2 ⎛ Δt ⎞ ⎛ L ⎞ h = ⎜ .C⎟ − ⎜ ⎟ + d (3-4) ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠ Trong đó: h - Độ sâu tại điểm đo. Δt - Thời gian từ khi phát sóng âm tới khi thu đ−ợc sóng âm phản hồi. C - Tốc độ truyền âm trong n−ớc. C phụ thuộc vào nhiệt độ và độ mặn của n−ớc. Khi nhiệt độ n−ớc từ 0 ữ30°C và độ mặn từ 0 ữ35%o thì C=1400-1550 m/s L - Khoảng cách giữa bộ phận thu và phát sóng ở đầu dò. d - Khoảng cách từ mặt n−ớc xuống tới đầu dò. Độ sâu này tuỳ thuộc trạng thái mặt n−ớc lúc đo mà đặt. Tr−ờng hợp mặt n−ớc t−ơng đối yên lặng có thể chọn d từ 20ữ30 cm, khi có sóng to, thuyền chòng chành mạnh có thể đặt độ sâu d lớn hơn. 2. Các bộ phận cơ bản của máy hồi âm. a. Máy chủ có các chức năng sau: - Tạo ra siêu âm với tần số nhất định (50, 150, 200 HZ) khuyếch đại và truyền tới đầu dò khi vận hành. - Nhận năng l−ợng âm phản xạ từ đầu dò. - Xác định thời gian từ lúc phát tới lúc thu sóng âm. - Tự động xác định độ sâu và truyền kết quả tới bộ phận tự ghi hoặc màn hình hiển thị. b. Đầu dò (transducer) có chức năng: Sau khi sóng siêu âm đ−ợc khuếch đại truyền tới bộ phận phát của đầu dò. ở đây năng l−ợng sóng siêu âm đ−ợc phát vào n−ớc d−ới dạng chùm tia hình nón. Khi sóng âm gặp đáy sông (hoặc vật rắn trong dòng chảy) sẽ phản hồi trở lại bộ phận thu của đầu dò, năng l−ợng sóng phản hồi sẽ đ−ợc truyền tới máy chủ. 35
Bộ phận thu, phát sóng của đầu dò đ−ợc lắp đặt gần nhau trên cùng 1 giá khi vận hành đầu dò đ−ợc đặt ở độ sâu ngập hoàn toàn trong n−ớc. c. Bộ phận tự ghi và hiển thị: Độ sâu đo liên tục trên tuyến đo hoặc từng điểm sẽ đ−ợc máy chủ tính toán và truyền tới bộ phận tự ghi d−ới dạng điện. Kim tự ghi sẽ ghi độ sâu đã đo lên băng giấy chuyên dùng theo tỷ lệ nhất định. Riêng loại máy thế hệ giữa và sau còn có màn hình (L- CD Window) để hiển thị độ sâu và các thông số khác khi cần thiết. Loại máy hiện đại hơn có thể kết nối với máy tính và định vị đ−ợc điểm đo. Việc vận hành máy nhờ các phím điều khiển lắp đặt trên mặt máy. (Hình 3-3) d. Nguồn điện: Máy đ−ợc cung cấp bởi nguồn điện 11-15V DC khi vận hành. 3. Một số loại máy hồi âm đo sâu: Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học, máy hồi âm đo sâu ngày nay đã có nhiều cải tiến quan trọng nh− kết cấu gọn nhẹ, tiêu thụ ít năng l−ợng, đo đạc thuận lợi và có độ chính xác ngày càng cao. Máy có thể đo đ−ợc độ sâu liên tục trên tuyến đo. Số liệu có thể đ−ợc ghi vào băng, l−u giữ vào đĩa từ hoặc kết nối với máy tính. Sau đây sẽ giới thiệu một số loại máy FURUNO do Nhật Bản sản xuất đang đ−ợc dùng rộng rãi ở n−ớc ta và máy Bathy-1500 của Tổ hợp sản xuất thiết bị khảo sát đại d−ơng, Mỹ. Bảng 3-2. Giới thiệu một số loại máy hồi âm đo sâu TT Loại máy Độ rộng Độ sâu đo đ−ợc (m) Màn hình Số liệu ra Thế hệ máy băng ghi CD. Window đĩa từ, băng (inches) Hmax hmin 1 FE 400A 4 180 1.8 Không Băng giấy Đầu 2 FE 600A 6 320 1.8 Không nt Đầu 3 FE 4300 4 640 0.7 Có nt Trung 4 FE 6300 6 640 0.7 Có nt Trung 5 Bathy-1500 8,5 5000 <5,0 Có Băng, đĩa từ Sau (a) (b) Hình 3-3. a) Máy hồi âm đo sâu (FURUNO FE 6300) b) Băng tự ghi của máy hồi âm 36
Đ 3-3 Chế độ đo sâu Việc quy định chế độ đo sâu tuỳ thuộc vào tình hình thay đổi của lòng sông, yêu cầu phục vụ của tài liệu và sai số cho phép trong đo đạc. Nói chung đo càng dày thì càng phản ánh chính xác sự thay đổi của lòng sông nh−ng tốn kém. Do vậy cần căn cứ vào yêu cầu và mục đích sử dụng mà quy định chế độ đo sâu sao cho đảm bảo yêu cầu với số lần đo đạc ít nhất. - Đo sâu để phục vụ cho công tác lập bình đồ đoạn sông, nghiên cứu sự diễn biến dòng sông thì trong một năm có thể chỉ đo đạc một số lần vào những thời kỳ lòng sông có bồi, xói lớn (tr−ớc và sau mùa lũ). - Khi đo sâu phục vụ cho việc lập qui hoạch hoặc thiết kế công trình trên sông thì chế độ đo tuỳ thuộc yêu cầu mà định cho phù hợp. - Việc đo sâu để tính l−u l−ợng n−ớc và l−u l−ợng bùn cát tại các trạm thuỷ văn thì yêu cầu số lần đo nhiều hơn. Số lần đo trong từng thời kỳ tuỳ thuộc vào hình thức và mức độ bồi xói của mặt cắt ngang tại tuyến đo mà định. • ở các trạm thuỷ văn thuộc vùng không ảnh h−ởng triều chế độ đo sâu khái quát nh− sau: Đối với thời kỳ lòng sông ổn định thì cứ 5 ữ 10 lần đo l−u l−ợng đo độ sâu 1 lần. Về mùa kiệt khoảng 2-3 tháng đo sâu một lần. • ở các trạm thuộc sông ảnh h−ởng triều : Thời kỳ lũ, khi diện tích thay đổi v−ợt quá 5% (cùng cấp mực n−ớc) thì cần bố trí đo sâu. Về mùa kiệt cứ 2-3 tháng đo sâu 1 lần. Riêng khi đo chi tiết thì mỗi lần đo l−u l−ợng đều đồng thời đo sâu. Đ 3-4 Các ph−ơng pháp đo sâu I- Đo sâu theo mặt cắt ngang Số liệu đo sâu theo mặt cắt ngang đ−ợc sử dụng để tính các yếu tố l−u l−ợng, bùn cát, lập bình đồ đoạn sông 1. Chọn vị trí mặt cắt ngang Số l−ợng mặt cắt và số điểm đo trên mỗi mặt cắt quyết định bởi yêu cầu về độ chính xác của tài liệu. Càng nhiều mặt cắt và điểm đo thì địa hình đáy sông sẽ đ−ợc phản ánh càng chính xác. Vị trí mặt cắt và điểm đo đ−ợc chọn ở những chỗ địa hình có sự thay đổi đột biến. Khoảng cách giữa 2 mặt cắt ngang liên tiếp có thể căn cứ vào chỉ tiêu sau: Khi độ rộng sông B ≈ 100m, khoảng cách giữa 2 mặt cắt ngang chọn trong khoảng ⎛ 1 1 ⎞ ⎛ 1 1 ⎞ ⎜ ữ ⎟ B, khi B ≈ 1000m, thì khoảng cách đó bằng ⎜ ữ ⎟ B. ⎝ 2 3⎠ ⎝ 3 4 ⎠ 2. Xác định điểm đo trên mặt cắt ngang (đo địa hình) Số điểm đo sâu trên mỗi mặt cắt ngang phụ thuộc vào chiều rộng sông và địa hình của đáy sông mà bố trí. Nói chung chỗ ít thay đổi thì bố trí th−a điểm đo, chỗ địa hình đáy sông 37
thay đổi lớn thì bố trí dày, những chỗ địa hình đáy sông có thay đổi đột ngột cần có điểm đo, số điểm đo trên mặt cắt có thể tham khảo bảng (3-3). Bảng 3-3. Khoảng cách giữa các điểm đo sâu trên mặt cắt Chiều rộng sông <100 100 ữ 200 200 ữ 500 500 ữ 1000 (m) Khoảng cách giữa 5 5 ữ10 10 ữ 20 20 ữ 50 các điểm đo (m) 3. Đo sâu mặt cắt ngang ở trạm thuỷ văn Độ sâu trên tuyến đo (mặt cắt ngang) dùng để tính l−u l−ợng n−ớc, l−u l−ợng bùn cát và các yếu tố thuỷ văn khác có liên quan tới độ sâu. a. Thuỷ trực∗ đo sâu ở trạm mới thành lập Vị trí thuỷ trực đo sâu quyết định phần lớn độ chính xác của tài liệu. Vị trí đ−ờng thủy trực ngoài việc phản ánh đ−ợc địa hình đáy sông còn cần chú ý tới việc thuận lợi trong đo đạc và tính toán. Do đó khoảng cách giữa các thuỷ trực nên chọn là bội số 2, 5, 10 đối với sông có độ rộng lớn và bội số của 0,2; 0,5 khi chiều rộng sông nhỏ (B <10m). Đối với trạm mới thành lập số đ−ờng thuỷ trực đ−ợc bố trí nh− bảng (3-4). Bảng 3-4. Bố trí thuỷ trực đo sâu đối với trạm mới Độ rộng mặt n−ớc < 50 50-100 100-300 300-1000 1000-3000 B (m) Số đ−ờng thuỷ trực 20 20-30 30-40 40-50 50-60 đo sâu b. Thuỷ trực đo sâu ở trạm đ∙ qua trên 3 năm đo đạc Đối với trạm đã hoạt động trên 3 năm thì nghiên cứu và có thể giảm số đ−ờng thuỷ trực, nh−ng không đ−ợc giảm d−ới một nửa số đ−ờng thuỷ trực quy định ở bảng (3-4). Số đ−ờng thuỷ trực còn lại tr−ớc hết cần −u tiên cho các vị trí có địa hình đáy sông thay đổi đột biến 4. Xác định vị trí điểm đo trên mặt cắt ngang a. Ph−ơng pháp căng dây: Khi sông có chiều rộng không lớn (B<200m) ít tàu thuyền qua lại, l−u tốc nhỏ thì có thể dùng dây (cáp, điện, ni lông ) có đánh dấu khoảng cách căng qua sông để xác định vị trí điểm đo. (Hình 3-5) ở các trạm thuỷ văn việc xác định vị trí của thuỷ trực th−ờng dựa vào công trình cáp định vị hoặc hệ thống tiêu cố định. ∗ Thuỷ trực là đ−ờng thẳng đứng t−ởng t−ợng thuộc mặt cắt ngang sông, trên đó đ−ợc bố trí các điểm đo đạc các yếu tố thuỷ văn 38
b. Dùng mia và máy kinh vĩ: Trong điều kiện không áp dụng đ−ợc ph−ơng pháp căng dây thì có thể dùng máy kinh vĩ để xác định vị trí điểm đo. Theo ph−ơng pháp này trên tuyến ngang dựng 4 sào tiêu R1, R2,R3,R4. (Hình 3-6), đặt máy kinh vĩ ở điểm A (gần mép sông), cố định h−ớng ngắm về sào tiêu R3. Mia đ−ợc dựng trên thuyền và đọc khoảng cách trực tiếp. Ph−ơng pháp này có thể áp dụng tốt khi mặt sông lặng sóng, và l−u tốc nhỏ. Hình 3-5. Xác định điểm đo bằng ph−ơng pháp căng dây ngang sông c. Dùng máy kinh vĩ và sào tiêu đo góc: Theo ph−ơng pháp này trên mặt cắt ngang dựng 4 sào tiêu R1, R2, R3, R4. Từ điểm A ở trên bờ (nằm trên mặt cắt ngang) lấy một đoạn AC vuông góc với R1, R2, AC lấy gần bằng chiều rộng sông. Đặt máy kinh vĩ ở C (Hình 3-7). Khi đo sâu tại điểm nào đó ta đọc góc β (hợp bởi h−ớng CA và sào tiêu trên thuyền). Khoảng cách từ thuyền (điểm M) tới điểm A sẽ là: AM = AC. tgβ Hình 3-6. Xác định điểm đo bằng Hình 3-7. Xác định khoảng cách bằng máy kinh vĩ kinh vĩ và sào tiêu d. 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 với mặt cắt ngang). Ph−ơng pháp này đ−ợc áp dụng cả khi không đo sâu theo mặt cắt ngang; thuận lợi khi lập bình đồ đáy sông. 39
Ngoài các ph−ơng pháp đã nêu ở trên còn có thể dùng tời (hình 3-8) hoặc cọc tiêu (hình 3-9) để xác định vị trí điểm đo. Hình 3-8 Hình 3-9 a) Hệ thống tiêu ngoài; b) Hệ thống tiêu trong Ph−ơng pháp này đ−ợc áp dụng đo sâu ở mặt cắt và điểm đo cố định nh− ở các trạm thuỷ văn. e. Dùng máy Xếch tăng (Sextant) đặt trên thuyền: Cấu tạo của máy Xêch tăng dựa trên nguyên lý quang học sau đây: Một tia sáng sau khi phản xạ 2 lần qua 2 g−ơng phẳng sẽ tạo với tia tới đầu tiên một góc bằng hai lần trị số góc hợp bởi hai g−ơng phẳng đó. a 2 δ δ g−ơng 3 1 3 ε sáo B β b ε P ảnh sáo A α Hình 3-10. Sơ đồ làm việc của máy Xếchtăng Theo nguyên lý đó thì góc hợp bởi tia phản xạ lần thứ 2 ở g−ơng (3) và tia tới đầu tiên (h−ớng AP) là bằng 2 lần góc hợp bởi hai g−ơng (2) và (3) - γ. Vậy β = 2γ 40
Các bộ phận chính của máy xêchtăng gồm: ống kính ngắm (1), g−ơng phẳng di động (2), g−ơng phẳng cố định(3), g−ơng (3) gồm nửa trên là kính trong suốt, nửa d−ới là g−ơng phẳng; vành độ và du tiêu để xác định góc β kẹp bởi hai h−ớng cần đo. (Hình 3-10) Dùng máy xêchtăng có thể đo đ−ợc những góc d−ới 1250. Độ chính xác của máy là 1 phút, nếu −ớc l−ợng bằng mắt th−ờng thì độ chính xác có thể đạt 1/10phút. Muốn đo góc kẹp giữa hai sào tiêu A-B nào đó (Hình 3-11) thì ngắm qua ống kính h−ớng về sào tiêu B và đo góc β1. Sau đó quay du tiêu cho g−ơng phẳng (2) di động đến A, khi thấy ảnh của sào tiêu A trùng với sào B trên g−ơng 3 thì đọc góc β2. Trị số góc kẹp giữa 2 h−ớng A và B là: β = β2 - β1 Và khoảng cách BM sẽ đ−ợc tính: Hình 3-11. Xác định vị trí điểm đo BM = AB.Cotg β bằng máy Xếchtăng II- Đo sâu theo h−ớng dọc sông Khi cần khảo sát địa hình đáy sông ở nơi sông rộng, l−u tốc lớn thì có thể đo sâu theo h−ớng dọc sông. 1. Đo theo h−ớng dòng chảy: Trên bờ đoạn sông cần đo bố trí những điểm khống chế các tuyến dẫn T1, T2, T3 (hình 3-12). Tại các điểm khống chế đó đặt các máy kinh vĩ; dùng ph−ơng pháp giao hội để xác định vị trí từng điểm đo sâu trên các tuyến theo h−ớng dòng chảy. Khoảng cách giữa các điểm đo trên mỗi tuyến tuỳ theo yêu cầu của tài liệu mà quy định, thông th−ờng khoảng cách đó từ 1 1 Hình 3-12 ữ độ rộng sông. 20 10 2. Đo sâu theo h−ớng chéo dòng chảy: Để đo theo ph−ơng pháp này trên bờ sông cũng đ−ợc bố trí tuyến dẫn và đặt máy kinh vĩ nh− ph−ơng pháp 1. Khi đo cho thuyền di chuyển trên các tuyến hợp với h−ớng chảy một góc từ 15-300. Các tuyến đo chọn cách nhau từ 1/4 ữ 1/2 chiều rộng sông. Vị trí điểm đo trên mỗi tuyến đ−ợc xác định bằng ph−ơng pháp giao hội (hình 3-13). Khi đo có thể cho thuyền di chuyển theo các tuyến ABCD (theo mũi tên) 41
Hình 3-13 III- Đo sâu theo ô vuông Ph−ơng pháp này đ−ợc dùng để đo sâu ở lòng hồ, kho n−ớc, bãi chìm Dựa vào bản đồ địa hình chia mặt hồ hoặc bãi cần đo thành các ô (hình 3-14). Khoảng cách giữa các tuyến dày hay th−a là tuỳ thuộc vào yêu cầu độ chính xác của tài liệu và địa hình đáy hồ, sông. Thông th−ờng 2 điểm đo kề nhau trên mỗi tuyến cách nhau 5ữ10m. Vị trí các điểm đo có thể đ−ợc đánh dấu bằng phao nổi, tiêu trên bờ hoặc ph−ơng pháp giao hội nh− đã trình bày. Ngoài Hình 3-14 các ph−ơng pháp định vị điểm đo đã nêu khi đo sâu lòng hồ rộng, hoặc biển có thể sử dụng máy định vị qua vệ tinh. Ph−ơng pháp này khá thuận lợi khi đ−ợc trang bị máy định vị bảo đảm độ chính xác cần thiết. Đ 3-5. Chỉnh lý vμ tính toán tμi liệu đo sâu Công tác chỉnh lý và tính toán tài liệu đo sâu nhằm phát hiện những sai sót trong đo đạc, ghi chép, tính toán ban đầu để nâng cao độ chính xác của tài liệu và hệ thống tài liệu d−ới dạng gọn nhất giúp cho việc sử dụng và l−u trữ tài liệu thuận lợi. I- Nội dung chỉnh lý số liệu đo sâu Tr−ớc khi chỉnh lý tài liệu cần thu thập các loại tài liệu nh− mực n−ớc, độ sâu, góc lệch dây cáp, tọa độ điểm đo, l−u tốc dòng n−ớc (nếu có) và các loại tài liệu khác có liên quan tới tài liệu đo sâu nh− sóng, gió, tình hình thời tiết và tài liệu đo sâu của các lần đo tr−ớc đó. Nội dung công tác chỉnh lý, kiểm tra số liệu bao gồm: • Kiểm tra sự hợp lý của việc bố trí tuyến đo và điểm đo. Nếu thấy cần thiết thì có thể tổ chức đo bổ sung. • Kiểm tra việc ghi chép độ sâu và tài liệu xác định vị trí điểm đo. • Dựa vào tài liệu đã đo tính độ sâu đã hiệu chỉnh. 42
• Tr−ờng hợp có tài liệu đo sâu cũ, cần tiến hành so sánh độ sâu của các lần đo để phát hiện những sai sót trong đo đạc, ghi chép. • Dựa vào các kết quả đo đạc, thiết lập mặt cắt dọc, mặt cắt ngang sông, lập bình đồ, tính toán các đặc tr−ng của mặt cắt. • Thống kê tài liệu d−ới dạng bảng biểu và bản vẽ Cuối cùng là đánh gía mức độ tin cậy của tài liệu, những kiến nghị khi sử dụng tài liệu. II- Tính toán tài liệu độ sâu và các đặc tr−ng mặt cắt 1. Độ sâu của điểm đo Độ sâu của điểm đo là độ sâu đo tại các điểm bằng các ph−ơng tiện và máy móc đã nêu, sau khi đã hiệu chỉnh (nếu có) 2. Mực n−ớc tính toán Để sử dụng đ−ợc tài liệu độ sâu trong tính toán thuỷ văn, trong việc lập bình đồ đoạn sông độ sâu của một lần đo tại mỗi vị trí cần đ−ợc gắn liền với một mực n−ớc nhất định. Mực n−ớc đó gọi là mực n−ớc tính toán (HTT) hoặc mực n−ớc t−ơng ứng (HT.−). Mực n−ớc tính toán đ−ợc xác định theo 2 tr−ờng hợp sau đây: • Khi mực n−ớc trong thời gian đo sâu thay đổi ít (Hđ - Hc ≤ 10 cm) thì mực n−ớc tính toán sẽ là: HH+ H = d c (3-5) TT 2 • Tr−ờng hợp mực n−ớc trong quá trình đo sâu thay đổi nhanh (Hđ - Hc>10cm) thì mực n−ớc tính toán sẽ là: H b+ H b+ + H b H = 1 1 2 2 n n (3-6) TT B Trong đó: Hd, Hc - mực n−ớc lúc bắt đầu đo và khi kết thúc đo. b1, bn - khoảng cách từ mép n−ớc tới điểm giữa 2 thủy trực đo sâu sát bờ. b2, b3 là khoảng cách điểm giữa hai thuỷ trực đo sâu kề nhau. B - chiều rộng mặt cắt ngang. H1, H2 là mực n−ớc khi đo sâu tại thuỷ trực 1,2 (Xem hình 3-15) Từ mực n−ớc tính toán HTT và độ sâu tại điểm đo (h) có thể tính đ−ợc cao trình đáy sông (Z) nh− sau: Z= HTT - h (3-7) 43
Hình 3-15. Sơ đồ biến thiên mực n−ớc trong thời gian đo 3. Tính các đặc tr−ng của mặt cắt ngang a. Diện tích mặt cắt −ớt: Diện tích mặt cắt −ớt là diện tích mặt cắt ngang lòng sông vuông góc với h−ớng chảy bình quân giới hạn bởi đ−ờng đáy sông và mực n−ớc tính toán. Diện tích mặt cắt −ớt th−ờng ký hiệu là ω (hoặc F, A) đơn vị là m2. Diện tích mặt cắt −ớt có thể gồm có một bộ phận n−ớc không chảy. Diện tích phần n−ớc chảy gọi là “diện tích chảy”; diện tích phần n−ớc không chảy gọi là “diện tích tù”. Tính diện tích mặt cắt −ớt có thể dùng máy đo trực tiếp trên hình vẽ mặt cắt ngang hoặc tính bằng ph−ơng pháp gần đúng. Theo ph−ơng pháp gần đúng thì mặt cắt ngang đ−ợc chia thành các tam giác và hình thang nhỏ giới hạn bởi các đ−ờng thuỷ trực đo sâu (hình 3-16) và khi đó diện tích mặt cắt sẽ bằng: ω = ω0+ω1+ω2+ +ωn-1+ωn 1 h+ h h+ h h+ h 1 ω = h b + 1 2 b + 2 3 b + + n−1 n b+ h b (3-8) 2 1 0 2 1 2 2 2 n−1 2 n n Trong đó: ωi- diện tích bộ phận thứ i (i=0 ữ n) hj - độ sâu tại thuỷ trực thứ j (j=1 ữ n). bi- khoảng cách giữa hai thuỷ trực đo sâu kề nhau ở bộ phận thứ i b. Độ rộng mặt n−ớc: Độ rộng mặt n−ớc là khoảng cách giữa hai mép n−ớc tại mặt cắt ngang. Độ rộng đ−ợc ký hiệu là B(m). c. Độ sâu bình quân mặt cắt h(m) đ−ợc tính: ω h = (3-9) B 44
Trong đó: h - Độ sâu bình quân mặt cắt. ω - Diện tích mặt cắt ứng với mực n−ớc tính toán. B - Chiều rộng mặt n−ớc ứng với mực n−ớc tính toán Hình 3-16. Sơ đồ tính diện tích mặt cắt ngang 1, 2, 3: Số hiệu thuỷ trực đo sâu. I, II: Số hiệu thuỷ trực đo l−u tốc d. Chu vi v−ớt χ là chiều dài đáy sông giới hạn bởi hai mép n−ớc đ−ợc tính: 2 2 2 2 2 2 χ = b0 + h1 + b1 + (h2 − h 1 ) + + bn + h n (3-10) e. Bán kính thủy lực R đ−ợc tính: ω R = (3-11) χ Tr−ờng hợp sông rộng thì χ ≈B, khi đó có thể thay bán kính thuỷ lực bằng độ sâu bình quân trong tính toán. 45
Ch−ơng IV Đo l−u l−ợng n−ớc (*) L−u l−ợng n−ớc là l−ợng n−ớc chảy qua mặt cắt ngang vuông góc với h−ớng chảy bình quân trong thời gian 1 giây, ký hiệu là Q (m3/s). Các ph−ơng pháp xác định l−u l−ợng n−ớc bao gồm : + Ph−ơng pháp “l−u tốc - diện tích” + Ph−ơng pháp thể tích + Ph−ơng pháp dùng các công trình đập tràn + Ph−ơng pháp ứng dụng các công nghệ hiện đại nh− siêu âm , phóng xạ .v.v Trong đó ph−ơng pháp “l−u tốc - diện tích” đ−ợc sử dụng rộng rãi ở các trạm thuỷ văn. Dùng ph−ơng pháp “l−u tốc - diện tích”để xác định l−u l−ợng n−ớc thực chất là xác định 2 yếu tố thành phần : Tốc độ dòng chảy và diện tích mặt cắt (∗) . Còn các ph−ơng pháp xác định l−u l−ợng khác hoặc là không thích hợp đối với việc đo đạc ngoài sông hoặc ở n−ớc ta ch−a có điều kiện để phổ cập dụng cụ đo đạc . Do đó nội dung chủ yếu của ch−ơng này sẽ trình bày kỹ việc xác định l−u l−ợng bằng ph−ơng pháp “l−u tốc - diện tích”. Đ 4-1. Công trình vμ máy móc đo l−u l−ợng n−ớc I- Máy đo l−u tốc ( máy l−u tốc ) 1. Nguyên lý chung của máy l−u tốc : Máy l−u tốc làm việc dựa vào nguyên lý chung sau đây: D−ới tác dụng của dòng n−ớc, bộ phận cảm ứng của máy quay, l−u tốc càng lớn thì máy quay càng nhanh. Nhờ cơ cấu báo vòng quay và bộ phận tín hiệu ta biết đ−ợc tổng vòng quay N của bộ phận cảm ứng trong thời gian đo T. Từ đó tính đ−ợc tốc độ vòng quay trung bình n của bộ phận phản ứng. Từ quan hệ (n ~ v) của mỗi máy ta sẽ có l−u tốc v từ giá trị n. 2. Cấu tạo của một số loại máy đo l−u tốc : Máy đo l−u tốc có nhiều loại khác nhau có thể phân làm 2 loại chủ yếu : Loại trục đứng và loại trục ngang . Loại trục đứng nh− máy cốc quay LS68 Loại trục ngang nh− máy cánh quạt : Ж-3, ΓP-21, ΓP-99, LS25-1A, LS25-3A Sau đây sẽ chỉ giới thiệu các bộ phận chính của 2 loại máy điển hình : Máy cánh quạt Ж-3, và máy cốc quay LS68. (∗) Trong thực tế việc xác định l−u l−ợng n−ớc là “ Đo l−u tốc, đo diện tích mặt cắt ngang, tính l−u l−ợng n−ớc” (1). Do đó thuật ngữ “Đo l−u l−ợng n−ớc” (2) là ch−a thật chính xác, ta có thể coi thuật ngữ (2) là thuật ngữ quy −ớc, gọi tắt cho thuật ngữ (1) 46
a) 2 4 23 3 5 6 1 22 17 10 7 9 8 16 11 8 21 15 12 13 14 b) 19 20 18 Hình 4-1. Máy đo l−u tốc Ж-3 a) Cấu tạo chung; b) bộ phận báo vòng quay 1. cánh quạt; 2. vỏ ổ trục; 3. khớp nối; 4. đầu dây không cách điện; 5. đầu dây cách điện với thân máy; 6. thân máy; 7. ổ chứa đầu cắm điện; 8. đầu cắm điện; 9. ốc hãm; 10. trục máy; 11,16. thanh kẹp đứng; 12,15. băng kẹp ngoài ổ bi; 13. ổ trục bên trong; 14. ổ trục ngoài; 17. ốc hãm bi; 18. bánh xe răng; 19. chốt công tắc; 20. công tắc lò xo; 21. ốc giữ lò xo; 22. trục dẫn điện; 23. đuôi máy a. Bộ phận cảm ứng của máy Ж-3 là cánh quạt, của máy LS68 gồm một hệ thống “phễu” ghép lại gọi là cốc quay. b. Cơ cấu báo vòng quay còn gọi là cơ cấu tính toán số vòng quay bao gồm một bánh xe răng th−ờng có 20 răng. Trên bánh xe có một số điểm tiếp điện, còn gọi là chốt công tắc (xem hình 4-1) a) b) 2 3 1 7 6 9 4 5 10 8 Hình 4-2. a) Máy cốc quay; b) Bộ phận báo vòng quay 1. Cốc quay, 2. Bộ phận báo vòng quay; 3. Đuôi máy; 4. ốc cân đuôi máy; 5. Cá sắt; 6. Trục máy; 7. Bánh xe răng; 8. Chốt công tắc; 9. Công tắc lò xo; 10. Chốt cách điện với thân máy Công tắc cùng với trục dẫn điện sẽ nối liền mạch điện khi tiếp điểm điện tiếp xúc với công tắc. Khi làm việc trục máy quay theo bộ phận cảm ứng. Bộ phận cảm ứng quay đ−ợc một vòng thì bánh xe dịch chuyển 1 răng. Số điểm tiếp điện của máy Ж-3 là một, của máy 47
LS68 là bốn do đó cánh quạt quay đ−ợc 20 vòng hoặc cốc quay quay đ−ợc 5 vòng thì có 1 lần mạch điện đ−ợc đóng kín, t−ơng ứng ta sẽ nhận đ−ợc một tín hiệu (Hình 4-2). c. Bộ phận tín hiệu 1 2 Bộ phận tín hiệu gồm một nguồn điện pin 3Vữ4,5V, khi mạch điện đ−ợc đóng kín thì chuông kêu hoặc đèn sáng. Đối với một số loại máy sản xuất 3 sau này thì tiếp điểm điện bằng công tắc đ−ợc thay bằng tiếp điểm từ. Bộ phận báo vòng quay đ−ợc thay bằng thiết bị hiện số. Còn về nguyên lý hoạt động chung của máy không có gì thay đổi so với các loại máy đã giới thiệu (xem hình 4-3). 3. Các thông số của máy l−u tốc : Qua thực nghiệm ng−ời ta đã xác lập đ−ợc quan Hình 4-3. Sơ đồ bộ phận tín hiệu hệ giữa số vòng quay của cánh quạt (hoặc cốc quay) 1. Nguồn điện; 2, Đèn hoặc chuông; và l−u tốc có dạng : 3. Dây dẫn điện 2 2 v= an + bn + vo (4-1) Trong đó : a,b - Các thông số vo - L−u tốc ban đầu - độ nhạy của máy n - Số vòng quay của cánh quạt trong một đơn vị thời gian . Trong thực tế quan hệ (4-1) đ−ợc biểu diễn nh− hình (4-4) Có thể chia quan hệ ( 4-4) ra làm 3 đoạn : - Đoạn từ vo đến điểm K : quan hệ có dạng đ−ờng cong theo (4-1) . Điểm K là điểm giới hạn d−ới , ứng với điểm K có l−u tốc giới hạn d−ới vK và số vòng quay giới hạn d−ới nK - Từ điểm K đến KB khi đó tốc độ ban đầu vo so với V(m/s) l−u tốc là nhỏ đo đó trong quan hệ (4-1) có thể bỏ qua vo KB và viết : VkB 2 v= an + bn =() a + b n = Kn (4-2) Vậy quan hệ v ~ n là đ−ờng thẳng. Điển KB B gọi là K Vk điểm giới hạn trên, ứng với KB B là l−u tốc cực đại mà mỗi Vo máy có thể đo đ−ợc. 0 n k n kB - Giai đoạn ngoài K B quan hệ v ~ n trở nên phức tạp. B Hình 4-4. Quan hệ giữa l−u tốc Trong thực tế không cho phép máy đo với l−u tốc v−ợt và vòng quay của bộ phận cảm quá điểm giới hạn trên của mỗi máy. ứng (v~n) Trong quan hệ v ~ n tốc độ ban đầu vo đặc tr−ng cho tính năng của từng máy, đó là tốc độ tối thiểu của dòng n−ớc vừa đủ làm cho bộ phận cảm ứng bắt đầu quay. Thông số vo đ−ợc xác định qua thực nghiệm khi sản xuất máy. 48
Tốc độ giới hạn d−ới vK đ−ợc tính theo công thức : vo vK = 1,7 (4-3) β Trong đó thông số β đ−ợc tính : 2 β = 6,9 vo - 0,06 + (2,3vo − 0,055) + 0,00058 (4-4) Thông số a,b đ−ợc xác định nh− sau : a = K( 0,99 - β) (4-5) b =(K β)2 (4-6) Hệ số K trong các công thức (4-2), (4-5), (4-6) gọi là b−ớc thuỷ lực của bộ phận cảm ứng. Trị số K đ−ợc xác định bằng thực nghiệm. Nếu gọi vi là l−u tốc của tuyến kiểm định thứ i, ni là tốc độ vòng quay của bộ phận cảm ứng t−ơng ứng ở tuyến kiểm định thứ i thì K đ−ợc xác định nh− sau: N ∑vi i=1 K = N (4-7) ∑ ni i=1 Bảng 4-1. Đặc điểm cấu tạo và tính năng của một số loại máy l−u tốc Đ−ờng kính B−ớc hình Tốc độ ban Tốc độ lớn Bộ phận Bộ phận N−ớc sản nhất cảm ứng Loại máy cánh quạt học đầu V0 tín hiệu xuất (mm) Kr(mm) (m/s) Vkβ(m/s) N-o 1 120 250 0,04 5,0 Cánh Chuông Liên Xô Ж-3 N-o 2 120 500 0,06 5,0 quạt (đèn) cũ N-o 1 120 200 0,04 5,0 Cánh Chuông Liên Xô BЖM-3 N-o 2 120 500 0,06 5,0 quạt (đèn) cũ N-o 1 120 0,04 8,0 Cánh Chuông Liên Xô Γ o 200 P-21 N- 2 120 0,06 5,0 quạt (đèn) cũ N-o 1 120 200 0,04 8,0 Cánh Chuông Liên Xô Γ o P- M21 N- 2 120 500 0,06 5,0 quạt (đèn) cũ N-o 1 120 110 0,05 5,0 Cánh Chuông Liên Xô ΓP- 55 o N- 2 120 200 0,06 5,0 quạt (đèn) cũ N-o 1 120 110 0,06 5,0 Cánh Tổng vòng Liên Xô Γ o P-11 N- 2 120 200 0,10 5,0 quạt quay cũ N-o 1 120 110 0,05 5,0 Cánh Tổng vòng Liên Xô Γ o P-11M N- 2 120 200 0,08 5,0 quạt quay cũ N-o 1 120 Chuông Trung LS 68 0,04 2,5 Cốc quay N-o 2 120 (đèn) Quốc Cánh Trung TS25-1A N-o 1 120 250 0,05 5,0 Hiện số quạt Quốc Cánh Liên Xô 3T2 N-o 1 120 180 0,06 5,0 Hiện số quạt cũ 49
Bảng 4-2. Quan hệ giữa vK , vo , β vo(m/s) β vK(m/s) vo(m/s) β vK(m/s) vo(m/s) β vK(m/s) 0,015 0,057 0,371 0,045 0,305 0,571 0,075 0,577 0,695 0,020 0,105 0,427 0,050 0,350 0,594 0,080 0,623 0,714 0,025 0,136 0,470 0,055 0,395 0,615 0,085 0,669 0,732 0,030 0,175 0,500 0,060 0,440 0,636 0,090 0,715 0,750 0,035 0,216 0,527 0,065 0,486 0,656 0,095 0,761 0,768 0,040 0,260 0,549 0,070 0,532 0,676 0,096 0,807 0,785 4. Kiểm định máy l−u tốc Kiểm định máy l−u tốc nhằm xác định các thông số của máy. Công tác kiểm định đ−ợc tiến hành sau khi sản xuất máy xong hoặc sau thời gian sử dụng quy định, hoặc khi thay thế các chi tiết của máy Việc kiểm định máy th−ờng do cơ quan chuyên ngành có t− cách pháp nhân tiến hành với đầy đủ trang thiết bị, đảm bảo độ chính xác cần thiết. Trong thực tế sản xuất, khi cần kiểm định máy thì có thể tiến hành kiểm định máy ở thực địa. Hình 4-5. Quan hệ v~n kiểm định ở thực địa a. Kiểm định máy l−u tốc bằng máng kiểm định. Máng kiểm định có nhiều loại: Máng dài, máng tròn, máng hộp, loại thứ nhất và thứ hai có thiết bị gắn máy l−u tốc cần kiểm định và di chuyển trong n−ớc đứng yên theo các tuyến có tốc độ khác nhau đ−ợc xác định. Loại thứ 3 là một hộp kín có thiết bị bơm n−ớc 50
chảy vòng tuần hoàn với l−u tốc thay đổi đ−ợc xác định, trong khi đó máy l−u tốc đ−ợc gắn cố định trong dòng chảy. Loại máng dài, máng tròn yêu cầu có mặt bằng xây dựng rộng, loại “hộp” nhỏ gọn thích hợp cho việc kiểm định trong phòng. Ngoài ra máng kiểm định còn có bộ phận ghi nhận tín hiệu của máy l−u tốc và thời gian mỗi tuyến kiểm định. Nguyên tắc làm việc của máng kiểm định : Khi máng kiểm định làm việc ở mỗi tuyến hoặc mỗi cấp kiểm định ta thu đ−ợc tốc độ chuyển động của thiết bị kéo máy hoặc tốc độ dòng chảy và xem đó là l−u tốc (vi). Đồng thời ta ghi đ−ợc tổng số vòng quay Ni của bộ phận cảm ứng trong thời gian ti. Từ đó tính đ−ợc số vòng quay ni trong 1 giây. Với nhiều tuyến kiểm định ta có v1 , v2 , . vn ; n1, n2, . nn, từ chuỗi số liệu đó ta sẽ xây dựng đ−ợc quan hệ v ~n cho máy l−u tốc. Ngày nay nhờ sự hỗ trợ của các thiết bị kỹ thuật tiên tiến nên việc ghi nhận các kết quả đo đạc và xây dựng quan hệ v ~n có thể đ−ợc tự động hoá và cho kết quả có độ chính xác cao hơn. Kết quả kiểm định cho mỗi máy l−u tốc đ−ợc thể hiện trên hình vẽ (4-6). Hình 4-6. Quan hệ v~n kiểm định ở máng b. Kiểm định máy l−u tốc ở thực địa: Nơi kiểm định là một đoạn sông thẳng hay hồ có chiều dài từ 50ữ80m có chiều sâu h≥2m, l−u tốc v≈0 (sông chết), không có rong, rêu hay cỏ mọc. Chiều dài L của đoạn sông đ−ợc xác định với sai số cho phép ≤ ±0,1 m . Khi kiểm định ng−ời ta gắn máy l−u tốc vào mạn thuyền (gần mũi), máy ngập trong n−ớc từ 0,6 ữ1 m. Cho thuyền chuyển động đều trên đoạn sông kiểm định theo các tuyến thẳng. Tốc độ di chuyển của thuyền trên các tuyến thay đổi nằm trong phạm vi sử dụng của máy. Sau mỗi tuyến di chuyển của thuyền ng−ời ta thu đ−ợc các tài liệu sau: - Thời gian máy l−u tốc (thuyền) chuyển động trên mỗi tuyến có chiều dài L (m) 51
- Thời gian đo của một số tín hiệu hoặc một số nhóm tín hiệu khi máy l−u tốc làm việc trên mỗi tuyến t2 - Tỷ số vòng quay của bộ phận cảm ứng trên mỗi tuyến N với các số liệu trên sẽ xác định đ−ợc l−u tốc bình quân v và tốc độ vòng quay t−ơng ứng n trên mỗi tuyến: L v = (m/s) t1 N n = (vòng/s) t 2 Từ nhiều tuyến kiểm định ta sẽ thu đ−ợc nhiều cặp vi ~ ni (số cặp trong mỗi lần kiểm định từ 20-30), ta sẽ xác định đ−ợc quan hệ v ~ n cụ thể cho từng máy. Để nâng cao độ chính xác khi xác định đ−ờng quan hệ v ~ n cần chia số liệu ra từng nhóm. Trong mỗi nhóm cố gắng chọn các tuyến kiểm định có vi, ni xấp xỉ bằng nhau. Quan hệ v ~n sẽ đi qua điểm trung bình của mỗi nhóm. Để tiện cho việc sử dụng ng−ời ta lập bảng tính sẵn quan hệ v ~ n xem bảng (4-5) Bảng 4-3. Quan hệ v ~n của máy Ж-3 số 1825 cánh quạt số 1 (kiểm định trong máng) V(m/s) n(v/s) 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 n (v/s) 0,5 0.130 0,132 0,134 0,136 0,138 0.140 0,142 0,144 0,146 0,149 0,6 0.151 0,154 0,156 0,158 0,161 0,163 0,166 0,168 0,170 0,173 0,7 0,175 0,178 0,180 0,182 0,185 0,188 0,190 0,192 0,194 0,197 5. Kiểm tra, bảo d−ỡng và sửa chữa thông th−ờng máy l−u tốc : Để nâng cao độ chính xác của tài liệu và tăng tuổi thọ của máy l−u tốc cần phải kiểm tra tr−ớc khi sử dụng và bảo d−ỡng th−ờng xuyên. Tr−ớc mỗi lần dùng máy đo l−u tốc nên tiến hành kiểm tra chung các bộ phận của máy nh−: - Thử độ nhạy của bộ phận cảm ứng; - Sự tiếp xúc giữa các điểm tiếp điện; - Sự hoạt động của bộ phận tín hiệu hoặc bộ phận hiện số 52
Khi hoạt động của toàn bộ thiết bị bình th−ờng thì mới đ−ợc sử dụng. Sau mỗi lần sử dụng máy xong, dùng vải sạch lau khô máy và đ−a máy về nhà tiến hành tháo máy rửa bằng xăng rồi mới tra dầu vào các bộ phận cần thiết . Việc tháo lắp máy phải do ng−ời nắm đ−ợc cấu tạo, đặc điểm của máy tiến hành theo bản “h−ớng dẫn sử dụng và bảo quản máy l−u tốc” Chế độ bảo d−ỡng máy tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc của máy: Khi đo vùng n−ớc bẩn, n−ớc mặn thì sau mỗi lần đo phải lau chùi ngay; khi đo ở vùng n−ớc sạch thì có thể sau 2-3 lần đo mới lau kỹ 1 lần. Tr−ờng hợp máy l−u tốc đã làm việc hết thời hạn quy định thì phải kiểm định lại. Nếu trong khi sử dụng máy có xảy ra h− hỏng hoặc có nghi vấn về chất l−ợng máy thì phải kiểm tra ngay. Công tác kiểm tra tiến hành nh− sau: Đ−a máy cần kiểm tra và máy dự trữ (làm chuẩn) treo vào 1 cái giá nằm ngang, 2 máy cách nhau 30ữ40cm. Đồng thời đo l−u tốc tại các điểm khác nhau trên một số thuỷ trực. Số điểm đo kiểm tra bằng 15-20 điểm. So sánh tài liệu l−u tốc giữa 2 máy, nếu sai số quân ph−ơng t−ơng đối của l−u tốc giữa 2 máy không v−ợt quá ± 3 % thì máy kiểm tra vẫn sử dụng đ−ợc, nếu sai số trên lớn hơn ± 3 % thì phải ngừng sử dụng và đ−a máy đi kiểm định lại. Sai số quân ph−ơng t−ơng đối tính theo công thức : n 2 ⎛ v′i ⎞ ∑⎜ −1⎟ ⎝ v i ⎠ m%= ± 100 i= 1 (4-8) n− 1 Trong đó : m% - độ lệch quân ph−ơng t−ơng đối vi - l−u tốc đo bằng máy dự trữ v’i - l−u tốc đo bằng máy đang dùng n - số điểm đo kiểm tra II. Các loại phao đo l−u tốc b) 1. Phao nổi a) Phao nổi đ−ợc làm bằng các loại vật liệu có tỉ trọng nhỏ hơn n−ớc nh− tre, gỗ, chất dẻo. Hình dạng phao có thể là hình trụ, hộp chữ nhật Kích th−ớc vừa đủ nhìn thấy phao khi đo trên sông, cố gắng làm càng cm nhỏ càng tốt. 60 Mặt ngoài của phao (phần chìm) không nên trơn quá sẽ làm ảnh h−ởng tới đ−ờng phao trôi và tốc độ Hình 4-7. Một số loại phao nổi phao. Tại một trạm ta nên dùng thống nhất một loại 53
phao về cả hình dạng lẫn kích th−ớc. Tr−ờng hợp đo đêm thì trên phao cần có bộ phận phát sáng. 2. Phao chìm ở những nơi có l−u tốc nhỏ d−ới phạm vi sử dụng của máy l−u tốc (v 0,5m thì có thể dùng phao chìm để đo l−u tốc. Nếu trên mặt cắt có khu vực có l−u h1 h tốc nhỏ, có khu vực có l−u tốc đủ lớn để dùng máy đo thì có thể kết hợp cả máy và phao chìm để đo l−u tốc. Về hình dạng phao chìm có những loại nh− hình (4-8). Phao chìm đ−ợc làm bằng các loại vật liệu nhẹ, ít thấm Hình 4-8. Một số loại phao chìm n−ớc nh− sáp, chất dẻo, nứa, gỗ trát sáp ở mặt ngoài Hiện nay phao chìm hay đ−ợc sử dụng là loại phao có dạng hình viên cầu, đ−ờng kính 2ữ3 cm; đ−ợc làm bằng gỗ cứng, sáp, chất dẻo. 3. Hệ số hiệu chỉnh l−u tốc khi đo phao : Khi phao trôi do nhiều nhân tố ảnh h−ởng nên tốc độ của phao không phản ánh đ−ợc l−u tốc bình quân của thuỷ trực mà phao trôi qua . Do vậy sau khi tính l−u l−ợng n−ớc cần có hệ số hiệu chỉnh. Hệ số đó kí hiệu là P. a. Công thức kinh nghiệm xác định hệ số phao : • Công thức dựa vào số Frút : Số Frút (Fr) là thông số động năng của dòng chảy, nó tỷ lệ thuận với bình ph−ơng l−u tốc và có giá trị lớn nhất tại trên mặt n−ớc ở giữa dòng và giảm dần tới hai bờ. Do đó hệ số phao dùng để chuyển đổi từ l−u tốc lớn nhất giữa dòng và l−u tốc bình quân trên mặt n−ớc về l−u tốc bình quân mặt cắt ngang có liên quan tới hệ số Fr. Từ đó ng−ời ta đã đ−a ra công thức kinh nghiệm để tính hệ số phao P1; P2 nh− sau: + Khi phao trôi rải trên mặt ngang : P1 = 1 − 1,85 J / Fr1 (4-9) + Khi phao trôi tập trung giữa dòng : P2 = 1 − 5,60 J / Fr2 (4-10) Trong đó : J : độ dốc mặt n−ớc của đoạn sông đo phao 54
Fr1, Fr2 - Hệ số Frút đ−ợc tính nh− sau : 2 2 V mc V max Fr = ; Fr = 1 gh 2 gh Với : Qp ω V mc = ; h = g - Gia tốc trọng tr−ờng ω B 1 i= n V max = ∑Vmax i n là số phao trôi giữa dòng n i= 1 • Công thức dựa vào hệ số Cedi: C P = (4-11) 1 C+ 6,0 C P = (4-12) 2 1,34C+ 6,0 Trong đó C - là hệ số Cedi C = 1/n hy n - hệ số nhám y - hệ số, theo Pavơlôpski thì : y = 2,5 n− 0,13 − 0,75 h( n− 0,1) Khi h < 1m, y ≈ 1,5 n b. Xác định hệ số hiệu chỉnh bằng thực nghiệm : Đây là ph−ơng pháp đáng tin cậy nhất vì xuất phát từ tài liệu thực đo l−u tốc bằng phao và bằng máy Qm Qm P1 = P2 = (4-13) Qp Qp max Trong đó Qm - là l−u l−ợng tính từ tài liệu l−u tốc đo bằng máy Qp - là l−u l−ợng tính từ tài liệu l−u tốc đo bằng phao P1 - là hệ số khi phao trôi rải trên mặt ngang P2 - là hệ số khi phao trôi giữa dòng c. Xác định hệ số phao bằng kinh nghiệm : Qua thực tế đo đạc và tính l−u l−ợng n−ớc ng−ời ta đã đ−a ra bảng hệ số để hiệu chỉnh l−u l−ợng khi phao trôi rải trên mặt ngang bảng (4-4) và bảng (4-5) 55
Bảng 4-4. Hệ số phao toàn mặt ngang theo kinh nghiệm dựa vào điều kiện dòng chảy Tình hình dòng sông Độ sâu (m) và điều kiện chảy 5,0 Sông đồng bằng điều kiện chảy tốt 0.78-0.86 0.87-0.88 0.89-0.90 (sông vừa và lớn) Sông vừa và lớn, điều kiện chảy 0.70-0.77 0.78-0.85 0.86-0.87 kém (có rong rêu, sông cong, chảy xiết) Sông miền núi chảy xiết, có bãi - 0.70-0.79 0.80-0.84 tràn điều kiện chảy xấu Bảng 4-5. Hệ số phao kinh nghiệm dựa vào chiều gió Chiều gió thổi Hệ số phao P1 Tr−ờng hợp lặng gió 0,85 - 0,90 Tr−ờng hợp gió thổi ng−ợc dòng 0,90 - 0,95 Tr−ờng hợp gió thổi xuôi dòng 0,80 - 0,85 e. Kiểm định phao chìm viên cầu Khi đo l−u tốc bằng phao chìm ta dùng gậy đ−a phao xuống độ sâu h sau đó thả phao. Dùng đồng hồ ghi lại thời gian t mà phao đã trôi đ−ợc trên quãng đ−ờng L, l−u tốc bình quân đ−ợc tính : L v = t Nếu chỉ đo đ−ợc độ sâu thuỷ trực h và quãng đ−ờng phao trôi L, mà không đo đ−ợc thời gian phao trôi thì cần kiểm định tr−ớc : Công tác kiểm định nh− sau : - Đo độ nổi của phao trong n−ớc tĩnh, gọi t là thời gian phao nổi lên từ độ sâu h thì tốc độ nổi bình quân của phao là: h v’ = t Khi kiểm định nên chọn h có giá trị khác nhau và mỗi giá trị h làm 2-3 lần, rồi lấy v’ bình quân cho các cấp độ sâu. Trị số v’ tốt nhất là 0,1-0,2 m/s. Tr−ờng hợp khi kiểm định ch−a phù hợp thì điều chỉnh trọng l−ợng và kích th−ớc phao . Nếu gọi L là quãng đ−ờng phao trôi khi đo, vTT là l−u tốc bình quân thuỷ trực, h là độ sâu, khi đó : L h v = thay t = vào ta có : TT t v′ 56
L v′ v = = L TT h h v′ v′ gọi =C là hệ số hiệu chỉnh của phao chìm h Trong thực tế khi đo đạc, l−u tốc đ−ợc tính vTT = CL Có thể xây dựng quan hệ C ~ h (với mỗi cấp h = 0,1-0,2 m). Công tác kiểm định cần đ−ợc làm th−ờng xuyên vì tính chất của phao có sự thay đổi qua sử dụng . III. Máy đo h−ớng chảy 6 Máy đo h−ớng chảy còn gọi là máy hải l−u, nh− sơ đồ hình (4-9). Sau đây giới thiệu một số 1 bộ phận chính : 5 2 1. Bộ phận ghi vòng quay của cánh quạt 3 Bộ phận này bao gồm một số bánh răng. 4 Bánh răng sơ cấp liên hệ với trục của cánh quạt và một số bánh răng thứ cấp liên hệ với nhau. Trên bộ phận ghi vòng quay có các đĩa số ghi Hình 4-9. Sơ đồ máy hải l−u 0-100, 100-1.000, 1.000-10.000 (vòng). 1. Thân máy; 2.Vòng bảo vệ cánh quạt và cánh quạt; 3.Bộ phận tự ghi vòng 2. Hộp la bàn quay của cánh quạt; 4. Hộp la bàn; 5. Đuôi máy; 6.Tải trọng điều khiển máy lúc đo Hộp la bàn là bộ phận chủ yếu g ó c xác định h−ớng dòng chảy. Thân l ệ c 4 h hộp la bàn đ−ợc gắn với thân máy. α c ủ = 1 a 1 0 h o Nhờ đuôi máy mà trục cánh quạt − ớ 1 n g luôn luôn h−ớng theo chiều dòng 3 c h ả chảy, còn kim la bàn là bộ phận di y động luôn chỉ h−ớng Bắc-Nam. 2 5 Trên kim la bàn có rãnh (ở nửa kim 5 chỉ ph−ơng Bắc) để cho bi rơi khi đo đạc. Mặt hộp la bàn đ−ợc chia làm 36 khoảng có số thứ tự từ 0- 35, mỗi khoảng ứng với một góc bằng 10o. Rãnh có thứ tự 0 đặt ở đuôi máy (xem hình 4-10) Hình 4-10. Sơ đồ hộp la bàn của máy hải l−u 1. Vành độ la bàn; 2. Kim la bàn; 3. bi (rơi khi đo); 4. Máy hải l−u vừa xác định l−u Cánh quạt máy; 5. Đuôi máy tốc thông qua quan hệ v~n nh− 57
máy l−u tốc, vừa có thể xác định đ−ợc h−ớng chảy nhờ bộ phận la bàn. Do cấu tạo mà khi cánh quạt quay đ−ợc 33 - 34 vòng thì có 1 viên bi rơi vào rãnh nào đó trên mặt la bàn. Góc bi rơi là góc hợp bởi giữa ph−ơng bắc và ph−ơng của trục máy. Đó là góc lệch của h−ớng chảy hay còn gọi là góc ph−ơng vị của h−ớng chảy. Ngoài các loại máy đo l−u tốc, đo h−ớng chảy thông dụng đã giới thiệu còn có các thiết bị khác để xác định l−u l−ợng hoặc gián tiếp nh− tàu di động hoặc đo trực tiếp l−u l−ợng bằng máy ADCP. Máy đo l−u l−ợng ADCP sử dụng khoa học công nghệ hiện đại nên việc đo đạc nhanh chóng, thu thập đ−ợc nhiều yếu tố của dòng chảy nh−ng giá máy cao nên ch−a có điều kiện để trang bị cho các trạm thuỷ văn ở n−ớc ta . IV. Công trình và thiết bị phục vụ đo đạc 1. Công trình định vị và cố định thuyền đo Vấn đề xác định đúng vị trí đo đạc trên tuyến đo là một trong những yêu cầu cần thiết để nâng cao độ chính xác của tài liệu. Việc định vị thuyền đo trên mặt cắt có thể dùng các ph−ơng tiện đã nêu ở ch−ơng III. Trong đó dùng cáp định vị và hệ thống tiêu là phổ biến hơn cả. Khi đo đạc tại mỗi thuỷ trực, thuyền đo cần đ−ợc cố định trong thời gian đo. Thuyền đo đ−ợc cố định bằng cáp treo thuyền cho ta độ chính xác cao nhất. Những trạm ch−a có công trình cáp treo thuyền thì có thể cố định thuyền bằng sức đẩy của động cơ tàu (ca nô) hoặc dùng neo. Tại trạm đo có l−u tốc không lớn, độ sâu nhỏ (vùng sông ảnh h−ởng triều) có thể cố định thuyền bằng sào cắm xuống đáy sông. 2. Thiết bị di chuyển và cố định máy đo Để đ−a các máy móc (máy đo l−u tốc, máy hải l−u, máy lấy mẫu bùn cát ) tới các điểm đo và cố định chúng, ta dùng tời, cáp và cá sắt. Đối với tuyến đo có độ rộng nhỏ và nông (suối, kênh) ta có thể lội đo trực tiếp với thiết bị treo máy là gậy. Khi tuyến đo ở gần các công trình qua sông nh− cầu, cầu máng thì có thể lợi dụng chúng làm công trình đo đạc. Đ 4-2 Đo l−u l−ợng tại vùng sông không ảnh h−ởng triều I. Đo l−u tốc 1. Thuỷ trực đo l−u tốc Số l−ợng thuỷ trực đo l−u tốc trên mặt cắt ngang phụ thuộc vào độ rộng sông, sự phân bố l−u tốc trên mặt cắt ngang, yêu cầu của số liệu, trạm mới xây dựng hay đã qua hoạt động một thời gian mà bố trí. Đối với trạm mới xây dựng cần bố trí số đ−ờng thuỷ trực nhiều hơn. Số đ−ờng thuỷ trực này gọi là đ−ờng thuỷ trực đầy đủ (bảng 4-6) 58
Bảng 4-6. Số đ−ờng thuỷ trực đo l−u tốc đầy đủ. Độ rộng B(m) 1000 Số đ−ờng thuỷ trực 6-10 10-15 15-20 20-25 25-30 Những trạm đã hoạt động một thời gian và từ kết quả nghiên cứu, có thể giảm bớt số đ−ờng thuỷ trực. Số đ−ờng thuỷ trực còn lại gọi là đ−ờng thuỷ trực cơ bản. Vị trí của thuỷ trực cơ bản cần đảm bảo các yêu cầu sau: ở chủ l−u bố trí thuỷ trực dày hơn bãi và hai bờ; Nếu bờ sông dốc đứng thì cách bờ 30-50 cm cần có một đ−ờng thuỷ trực; Chỗ địa hình thay đổi đột biến, chỗ ranh giới n−ớc tù và n−ớc chảy cần bố trí đ−ờng thuỷ trực. Trong thực tế ta cố gắng bố trí các đ−ờng thuỷ trực cách đều nhau để tiện cho việc đo đạc và tính toán. Khi xét thấy không cần thiết thay đổi thì vị trí đ−ờng thuỷ trực cơ bản cần đ−ợc bố trí cố định trong suốt quá trình hoạt động của trạm (trừ thuỷ trực sát bờ và thuỷ trực ở ranh giới n−ớc tù di động hoặc địa hình đáy sông có thay đổi lớn). Số đ−ờng thuỷ trực cơ bản nh− bảng (4-7) d−ới đây: Bảng 4-7. Số đ−ờng thuỷ trực cơ bản đo l−u tốc. Độ rộng mặt n−ớc (m) 1000 Số đ−ờng TT đo l−u tốc 3 - 5 5 - 7 7 - 8 8 - 10 10 - 12 12 - 15 Trong một số tr−ờng hợp sau đây cần thay đổi vị trí đ−ờng thuỷ trực cơ bản : lòng sông thay đổi khi mực n−ớc thay đổi làm cho khoảng cách của thuỷ trực sát bờ v−ợt quá giới hạn quy định. Khi đo l−u tốc trên toàn mặt cắt ngang, không đ−ợc đo với số đ−ờng thuỷ trực ít hơn số đ−ờng thuỷ trực cơ bản. Nh−ng trong một số tr−ờng hợp đặc biệt không đo đạc đ−ợc trên các đ−ờng thuỷ trực cơ bản thì có thể đo trên 1 - 2 đ−ờng thuỷ trực cơ bản. Số đ−ờng thuỷ trực đó gọi là đ−ờng thuỷ trực đại biểu. Việc chọn vị trí đ−ờng thuỷ trực đại biểu và xây dựng quan hệ giữa Vđb ~ Vmc đ−ợc trình bày ở Đ 4-4. 2. Số điểm đo trên thuỷ trực. Số điểm đo trên thuỷ trực phụ thuộc vào độ sâu, vào sự phân bố l−u tốc theo chiều sâu, vào yêu cầu của tài liệu Sau đây chỉ nêu những nét chung về số điểm đo để làm cơ sở vận dụng vào thực tế. - Khi độ sâu h < 1m thì có thể đo một điểm tại độ sâu t−ơng đối là 0,2h hoặc 0,6h. Nếu phân bố l−u tốc phức tạp thì đo 2 điểm hoặc 3 điểm. 59
- Khi độ sâu h = 1 ữ 3m, có thể đo 2 hoặc 3 diểm tại các độ sâu t−ơng ứng là 0,2h; 0,6h; 0,8h. Khi phân bố l−u tốc phức tạp thì đo 5 diểm tại các độ sâu: mặt; 0,2h; 0,6h; 0,8h và đáy. - Khi độ sâu h > 3m thì có thể đo 3 diểm hoặc 5 điểm. - Khi có yêu cầu đặc biệt thì có thể đo 11 điểm tại: mặt; 0,1h; 0,2h; 0,3h; 0,9h và đáy. 3. Thời gian đo l−u tốc tại một điểm. Thời gian đo l−u tốc tại một điểm (T) là thời gian ngắn nhất vừa đủ để đo đ−ợc l−u tốc h−ớng dọc bình quân (Vx) bằng hoặc gần bằng giá trị Vx thực tế. Thời gian đo phụ thuộc vào đặc tính của dòng chảy nh− c−ờng suất l−u tốc (Δv/Δt); c−ờng độ mạch động a. L−u tốc mạch động: Để hiểu rõ hơn về cơ sở xác định thời gian đo l−u tốc tại một điểm, trong phần này sẽ trình bày một đặc tính quan trọng của dòng chảy rối đó là: l−u tốc mạch động Xét một điểm bất kỳ trong dòng chảy rối ở sông thiên nhiên (hình 4-11) thì l−u tốc tại điểm đó luôn thay đổi cả về h−ớng và giá trị. Hình 4-11: L−u tốc theo các h−ớng tại điểm M Nếu lấy M làm gốc và đặt một hệ toạ độ vuông góc Ox, Oy, Oz thì l−u tốc tốc tại điểm M có thể đ−ợc phân làm 3 h−ớng t−ơng ứng là Vx, Vy, Vz, trong đó Vx là l−u tốc theo h−ớng dọc sông. Dùng máy l−u tốc có thể đo đ−ợc quá trình l−u tốc h−ớng dọc (Vx ~ t) nh− hình 4-12 Xét sự thay đổi của l−u tốc theo thời gian ta thấy giá trị của l−u tốc tức thời Vx giao động quanh giá tri l−u tốc trung bình ( Vx ) và có thể viết: Vx = Vx +V’ (4-14) V’ là l−u tốc mạch động. L−u tốc mạch động có thể có giá trị d−ơng, âm hoặc bằng 0. (Xét l−u tốccủa các h−ớng Oy, Oz cũng cho kết quả t−ơng tự). 60
Hình 4-12. Quá trình l−u tốc h−ớng dọc sông. b. Thời gian đo l−u tốc tại một điểm: Từ đ−ờng quá trình l−u tốc tức thời (Hình 4-12) nếu ta thấy đo l−u tốc trong thời gian T1 (giai đoạn này V’ Vthực. Nếu thời gian đo đạc đủ dài thì sẽ cho kết quả tốt hơn, vì ΣV’≈0 do đó Vđo≈Vthực. Vậy T là thời gian thích hợp để đo l−u tốc tại một điểm trong dòng chảy. Thời gian T phụ thuộc vào chế độ của dòng chảy ở tuyến đo.Vùng có chế độ dòng chảy không ổn định biến đổi nhanh (vùng ảnh h−ởng triều) thì chu kỳ của l−u tốc mạch động V’ ngắn do đó thời gian đo ngắn; tại vùng có dòng chảy không ổn định biến đổi chậm (vùng không ảnh h−ởng triều) thì chu kỳ thay đổi của l−u tốc mạch động dài do đó thời gian đo dài hơn. Ngay tại một thuỷ trực thời gian đo ở các điểm khác nhau cũng khác nhau. Nh−ng để tiện cho đo đạc và sử dụng máy móc ng−ời ta đã nghiên cứu và đ−a ra thời gian đo một điểm tại vùng sông không ảnh h−ởng triều không đ−ợc nhỏ hơn 100s; thời gian đo một điểm tại vùng sông ảnh h−ởng triều T≤100s ( Xem Đ4-4) - Khi l−u tốc tốc quá nhỏ, thời gian đo đã đủ 100s mà ch−a thu đ−ợc tín hiệu nào thì kéo dài thời gian đo cho tới khi thu đ−ợc tín hiệu đầu tiên. Khi thời gian đo đã tới 5 phút mà không thu đ−ợc tín hiệu nào thì xem l−u tốc điểm đo đó bằng 0. Tr−ờng hợp khi đo nhìn thấy bộ phận cảm ứng quay thì trực tiếp đếm vòng quay trong thời gian từ 4-5 phút. c. Kiểm tra tính hợp lý của số đọc thời gian: Nếu gọi thời gian đọc đồng hồ nhóm giữa là tg, thời gian đọc đồng hồ nhóm cuối là tc thì thời gian đo đạc hợp lý sẽ là 1,9tg ≤ tc ≤ 2,1 tg (4-15)a. Hoặc ⏐2tg - tc ⏐ < 10% tg (4-15)b. 4. Tính l−u tốc điểm đo và l−u tốc bình quân thuỷ trực a. L−u tốc tại điểm đo: đ−ợc tính từ công thức (4-1) hoặc (4-2) hoặc tra từ bảng (4-3) 61
b. Tính l−u tốc bình quân thuỷ trực: L−u tốc trên thuỷ trực thay đổi theo độ sâu (hình 4-13) do đó l−u tốc bình quân thuỷ trực sẽ bằng tích phân của hàm phân bố l−u tốc v~h chia cho chiều sâu h. Vậy cơ sở của ph−ơng pháp tính toán là công thức ( 4-16)a h 1 V tt = V .dh (4-16)a h ∫ i 0 Trong đó: Vtt - L−u tốc bình quân thuỷ trực (m/s). h - độ sâu dòng chảy (m). Vi - L−u tốc tại điểm đo ( m/s). L−u tốc bình quân của thuỷ trực tính bằng ph−ơng pháp đồ giải chỉ đ−ợc dùng khi có yêu cầu của nghiên cứu hoặc khi tính l−u l−ợng n−ớc bằng ph−ơng pháp đồ giải, còn ph−ơng pháp phân tích để tính l−u tốc bình quân thuỷ trực đang đ−ợc áp dụng rộng rãi tại các trạm thuỷ văn ở n−ớc ta. • Tính l−u tốc bình quân thuỷ trực bằng ph−ơng pháp đồ giải: Công thức (4-16)a có thể tính d−ới dạng: F Vtt = (4-16)b h Trong đó F là diện tích của quan hệ l−u tốc theo độ sâu V~hi giới hạn bởi đáy sông và mặt n−ớc (Hình 4-13) Hình 4-13. Phân bố l−u tốc theo độ sâu (Sơ đồ tính l−u tốc bình quân thuỷ trực theo ph−ơng pháp đồ giải) Để xác định diện tích F có thể dùng các ph−ơng pháp sau đây: Dùng máy đo diện tích, dùng máy vi tính hoặc tính gần đúng bằng cách chia nhỏ diện tích F thành các băng nhỏ song song với mặt n−ớc. 62
Đây là ph−ơng pháp cho kết quả có độ chính xác cao nhất, vì diện tích giới hạn bởi sự phân bố phức tạp của l−u tốc theo chiều sâu đã đ−ợc thể hiện bằng phép tích phân (4-16)a. Ph−ơng pháp này có thể làm cơ sở cho việc giảm bớt điểm đo l−u tốc trên thủy trực và phục vụ cho công tác nghiên cứu. Cũng từ sự phân bố l−u tốc trên thủy trực ng−ời ta đã nghiệm chứng thấy rằng l−u tốc tại điểm 0,6h xấp xỉ l−u tốc bình quân thủy trực. • Tính l−u tốc bình quân thủy trực bằng ph−ơng pháp phân tích: Cơ sở của ph−ơng pháp này cũng dựa vào công thức (4-16)a hoặc (4-16)b, nh−ng diện tích F đ−ợc tính d−ới dạng gần đúng. Độ chính xác của kết quả càng cao khi số điểm đo trên thủy trực càng nhiều. Chẳng hạn lấy ph−ơng pháp đo 5 điểm trên thủy trực để chứng minh điều đó, đồng thời giải thích hệ số tỷ lệ gia quyền đối với l−u tốc các điểm trên thủy trực. L−u tốc bình quân thủy trực đ−ợc tính theo (4-16)b : F V tt = h 1 ⎛ VVm+ 02 VV02 + 06 VV06 + 08 VV08+ d ⎞ V tt = ⎜ .0,2h + .0,4h + .0,2h + .02h⎟ h ⎝ 2 2 2 2 ⎠ 1 hay = []10() 0,1V+ 0,1V + 0,2V + 0,2V + 0,1V + 0,1V + 0,1V + 0,1V 10 m 02 02 06 06 08 08 d 1 =()V + 3V + 3V + 2V + V 10 m 02 06 08 d Việc giảm điểm đo trên thủy trực và l−u tốc bình quân thủy trực tính bằng ph−ơng pháp phân tích (1) phải dựa trên cơ sở của tài liệu đo nhiều điểm và l−u tốc bình quân thủy trực tính bằng ph−ơng pháp đồ giải (2). Nếu sai số kết quả của hai ph−ơng pháp nằm trong sai số qui định thì có thể đo và tính toán theo ph−ơng pháp (1). L−u tốc bình quân thuỷ trực tính bằng ph−ơng pháp phân tích nh− các công thức sau: + Ph−ơng pháp đo 11 điểm: 1 Vtt = (1 Vm+ V + + V + 1 V ) (4-17) 10 2 01 09 2 d + Ph−ơng pháp đo 5 điểm: 1 Vtt = ()V+ 3V + 3V + 2V + V (4-18) 10 m 0,2 0,6 0,8 d + Ph−ơng pháp đo 3 điểm: 1 V tt = ()V+ 2 V + V (4-19)a 4 0 ,2 0 ,6 0 ,8 1 Hoặc V tt = (VVV)+ + (4-19)b 3 0 ,2 0 ,6 0 ,8 + Ph−ơng pháp đo 2 điểm: 63
1 V tt = (VV+ ) (4-20) 2 0 ,2 0 ,8 + Ph−ơng pháp đo 1 điểm Vtt= V0, 6 (4-21) Hoặc Vtt= K1 .V 0,0 (4-22)a Vtt= K2 .V 0,2 (4-22)b Trong đó Vm, V0,1, V0,2 V0,9, Vđ là l−u tốc tại điểm mặt; 0,1h ; 0,2h; 0,9h và đáy. K1, K2 là hệ số hiệu chỉnh giữa ph−ơng pháp đo nhiều điểm và ph−ơng pháp đo một điểm. Khi ch−a có tài liệu thực đo thì có thể dùng K1 = 0,84 - 0,87; K2 = 0,78 - 0,84. 5. Ph−ơng pháp đo l−u tốc. a. Đo l−u tốc tại một điểm và trên thuỷ trực: Tr−ớc tiên ta xác định độ sâu tại thuỷ trực. Để xác định độ sâu ta có thể đo trực tiếp (nh− đã giới thiệu ở ch−ơng III) hoặc xác định bằng ph−ơng pháp gián tiếp theo công thức sau đây: hQ = hh + ΔH (4-23) Trong đó : hQ - Độ sâu thuỷ trực khi đo l−u tốc để tính l−u l−ợng. hh - Độ sâu thuỷ trực của lần đo sâu gần nhất. ΔH = HQ - Hh (4-24) Với HQ là mực n−ớc tính toán lúc đo l−u l−ợng; Hh là mực n−ớc tính toán lúc đo sâu. Căn cứ vào độ sâu thuỷ trực hQ, điều kiện đo đạc và yêu cầu tài liệu, định số điểm đo trên thuỷ trực. Đ−a máy l−u tốc xuống điểm đo và cố định máy, khi máy làm việc ổn định (sau một vài tín hiệu) mới bắt đầu đo đạc. Việc ghi chép tín hiệu và thời gian (đọc theo đồng hồ bấm giây) phải đảm bảo các yêu cầu sau đây: + Tổng thời gian đo đạc tại mỗi điểm đủ thời gian quy định. + Chia thời gian đo đạc nói trên ra thành một số nhóm chẵn (2,4,6,8,10) để tiện cho việc kiểm tra (theo 4 - 15). + Số tín hiệu trong mỗi nhóm nhiều hay ít là tuỳ thuộc vào l−u tốc lớn hay nhỏ. Thông th−ờng thời gian trong mỗi nhóm từ 15 - 20s đối với máy cánh quạt và từ 10 - 15s đối với máy cốc quay. Số tín hiệu trong các nhóm của một điểm đo phải bằng nhau. Tr−ờng hợp sử dụng máy l−u tốc hiện số thì l−u tốc điểm đo đ−ợc đọc trực tiếp. Việc tính toán l−u tốc bình quân thuỷ trực cũng đ−ợc áp dụng các công thức (4-17) đến (4-22). 64
b. Ph−ơng pháp đo l−u tốc trên mặt cắt ngang. Khi đo l−u tốc trên mặt cắt ngang thực hiện tuần tự nh− sau: - Đo sâu tại các đ−ờng thuỷ trực: Nếu lần đo l−u l−ợng đó cần đo sâu toàn mặt ngang thì đo độ sâu tại tất cả các thuỷ trực. Riêng 2 thuỷ trực sát bờ cần xác định khoảng cách tới mép n−ớc. - Lần l−ợt đo l−u tốc các điểm trên thuỷ trực đo l−u tốc. - Đọc mực n−ớc khi bắt đầu đo và khi kết thúc. Nếu mực n−ớc lên xuống nhanh thì khi đo tại điểm 0,6h ở mỗi thuỷ trực cần đọc mực n−ớc t−ơng ứng. -Đo mực n−ớc ở tuyến độ dốc vào lúc bắt đầu và kết thúc đo. -Theo dõi, ghi chép các hiện t−ợng thời tiết và các hoạt động trên sông ảnh h−ởng tới tài liệu. c. Đo l−u tốc trên đ−ờng thuỷ trực đại biểu. Trong tr−ờng hợp phải đo l−u tốc trên đ−ờng thuỷ trực đại biểu thì tuần tự đo đạc cũng tiến hành nh− đo l−u tốc ở các thuỷ trực khác. II. Đo l−u tốc bằng phao Thiết bị phổ biến dùng để xác định l−u tốc là máy đo l−u tốc. Nh−ng trong một số tr−ờng hợp sau đây có thể dùng phao để đo l−u tốc: Lũ quá to không thể ra sông đ−ợc, khi máy đo l−u tốc hoặc công trình đo đạc bị hỏng đột xuất, đo l−u tốc để xác địng h−ớng chảy, thu thập tài liệu khảo sát, điều tra thuỷ văn Để đo l−u tốc bằng phao ta chọn các tuyến đo phao và tuyến thả phao nh− đã giới thiệu ở phần đầu ch−ơng I. Việc thả phao tại tuyến thả phao có thể dùng thiết bị thả phao, thả phao bằng thuyền hoặc ném phao từ bờ (nếu sông hẹp). Khi đo đạc cần ghi thời gian phao trôi giữa hai tuyến của mỗi phao. L−u tốc trung bình của từng phao đ−ợc tính: L V = P p t Để có cơ sở tính toán l−u l−ợng n−ớc cần phải xác định vị trí của các phao trôi qua tuyến đo l−u l−ợng. III. Xác định hệ số Kbờ 1. Khái niệm : Kbờ (Kb) là hệ số hiệu chỉnh l−u tốc bình quân của thuỷ trực sát bờ về l−u tốc bình quân của bộ phận sát bờ. Theo khái niệm đó thì Kb đ−ợc xác địng theo công thức sau: Vbpb K b = (4-26) VTTb Trong đó: Vbpb - l−u tốc bình quân của bộ phận diện tích sát bờ. 65
VTTb - l−u tốc bình quân của thuỷ trực sát bờ. 2. Xác định Kb bằng thực nghiệm. Trên diện tích bộ phận sát bờ (từ thuỷ trực đo l−u tốc gần bờ tới mép n−ớc) bố trí thêm một số đ−ờng thuỷ trực đo l−u tốc (hình 4 - 14). Số l−ợng đ−ờng thuỷ trực phụ thuộc vào địa hình đáy sông, độ rộng của bộ phận sát bờ, sự phân bố của l−u tốc theo chiều rộng và yêu cầu độ chính xác của tài liệu. Tiến hành đo l−u tốc trên các thuỷ trực đó (kể cả thuỷ trực cơ bản sát bờ). Hình 4-14. Bố trí thuỷ trực đo l−u tốc để xác định hệ số Kb Tính l−u l−ợng bộ phận sát bờ theo ph−ơng pháp phân tích bằng công thức: v+ v v+ v QKV= ω + 1 2 ω + + n TTb ω bp b 1 1 2 2 2 n+ 1 Trong đó:Kb - hệ số đ−ợc chọn sơ bộ theo mục 3 sau đây. ωi - diện tích bộ phận thứ i bao gồm giữa hai thuỷ trực (bố trí thêm) kề nhau. Vi - l−u tốc bình quân của thuỷ trực thứ i thuộc bộ phận sát bờ. i=1,2 n VTTb- L−u tốc bình quân của thuỷ trực cơ bản sát bờ L−u tốc bình quân của bộ phận sát bờ sẽ là: Qbp Vbpb = ωbp Trong đó : ωbp - diện tích bộ phận sát bờ : ωbp = ω1 + ω2 + + ωn+1 Hệ số Kb đ−ợc tính theo công thức (4 - 26). Trong thực tế ng−ời ta xác định hệ số Kb ở một tuyến đo nào đó cho các cấp mực n−ớc khác nhau để sử dụng khi tính l−u l−ợng. 66
3. Xác định hệ số Kb bằng kinh nghiệm : Khi điều kiện ch−a cho phép xác định hệ số Kb bằng ph−ơng pháp thực nghiệm hoặc lý luận thì có thể căn cứ vào điều kiện địa hình và dòng chảy tại bộ phận sát bờ để định giá trị hệ sô Kb nh− sau: a) Nếu khúc sông thẳng đều, mặt cắt ngang sông có hình lòng chảo hoặc chữ nhật, không có bãi chìm, bãi nổi thì Kb=0,8 - 0,9. b) Nếu khúc sông thẳng bộ phận gần bờ có lạch sâu và l−u tốc lớn hơn ngoài thì Kb=0,9 - 1,0. c) Nếu khúc sông cong, l−u tốc bộ phận gần bờ tăng lên rõ rệt, thì Kb=0,9 - 1,0; nếu l−u tốc bộ phận gần bờ giảm đi rõ rệt thì Kb=0,6 - 0,8. d) Nếu bộ phận sát bờ có n−ớc tù thì bộ phận n−ớc chảy sát bờ lấy Kb= 0,5. e) Có thể căn cứ vào hình dạng đáy sông và phân bố l−u tốc theo chiều rộng để xác định hệ số Kb: Đ−ờng đáy sông và đ−ờng phân bố l−u tốc theo chiều rộng đều là đ−ờng thẳng (hình 4- 15)a : Kb = 2/3. Đ−ờng đáy sông là đ−ờng thẳng, đ−ờng phân bố l−u tốc là đ−ờng cong (hình 4-15)b thì Kb = 3/4. Đ−ờng đáy sông và đ−ờng phân bố l−u tốc đều là đ−ờng cong (hình 4-15)c, d, e thì Kb = 0,8 - 1,0 (Kbe > Kbd > Kbc). Hình 4-15. Xác định kb dựa theo hình dạng đáy sông và phân bố l−u tốc. 67
Đ4 - 3. Tính l−u l−ợng bằng ph−ơng pháp ″l−u tốc - diện tích″ I. Cơ sở của ph−ơng pháp L−u l−ợng n−ớc (Q) là tổng l−ợng n−ớc qua một mặt cắt nào đó vuông góc với h−ớng chảy bình quân trong một đơn vị thời gian. Nếu trên mặt cắt xét một vi phân diện tích dω (hình 4 -16) thì vi phân l−u l−ợng dQ qua diện tích đó sẽ là : dQ= Vcosα .dω= Vcosα .dydz Trong đó: V - l−u tốc thực đo trung bình trên diện tích dω . α - góc hợp bởi ph−ơng pháp tuyến của mặt cắt và ph−ơng dòng chảy. Hình 4-16. Vi phân l−u l−ợng n−ớc dQ trên mặt cắt ngang. Vậy l−u l−ợng Q qua toàn bộ mặt cắt ngang ω sẽ là: bh Q=∫∫ Vcos α .dydz = ∫ Vcos α .d ω (4-27) 00 ω Trong thực tế l−u l−ợng n−ớc tính từ (4-27) đ−ợc viết d−ới dạng sai phân nh− sau: n Q=∑ ωi v i cos α i (4-28) i=1 Trong đó : ωi - diện tích bộ phận thứ i. Vi - l−u tốc bình quân của bộ phận thứ i. Nếu h−ớng chảy vuông góc với mặt cắt thì cosα = 1,0 II. Tính l−u l−ợng n−ớc trong tr−ờng hợp đo l−u tốc bằng máy l−u tốc. 1. Ph−ơng pháp phân tích a. Công thức tính toán: Công thức (4 - 28) khi α = 0, có thể viết: v+ v v+ v QKV= ω + 1 2 ω + + n− 1 n ω +KV ω (4-29) b1 1 0 2 1 2 n− 1 b2 n n 68
Trong đó : Kb1, Kb2 là hệ số K bờ ở hai bộ phận sát bờ V1, V2, Vn là l−u tốc bình quân tại thuỷ trực đo l−u tốc thứ 1, 2, n ω1, ω2, ωn-1, là diện tích bộ phận giữa hai đ−ờng thuỷ trực IữII,IIữIII, , n-1ữn. ωo, ωn là diện tích bộ phận giữa thuỷ trực sát bờ tới mép n−ớc gần thuỷ trực đó. n là số đ−ờng thuỷ trực đo l−u tốc trên mặt cắt ngang. b. Xác định mực n−ớc tính toán Tr−ờng hợp mực n−ớc ít thay đổi trong thời gian đo đạc (Hđ - Hc 10 cm) thì: b1 V1 H 1+ b 2 V 2 H 2 + + bn V n H n H TT = (4-31) b1 V 1+ b 2 V2 + bn V n Trong đó: Vi l−u tốc bình quân tại thuỷ trực thứ i. Hi mực n−ớc t−ơng ứng khi đo l−u tốc tại điểm 0,6h tại thuỷ trực thứ i. bi khoảng cách giữa hai thuỷ trực đo l−u tốc kề nhau. Riêng b1 và bn là khoảng cách giữa hai thuỷ trực gần bờ tới mép n−ớc. c. Xác định độ sâu tính toán và diện tích bộ phận Tr−ờng hợp khi đo l−u tốc không đồng thời đo sâu thì độ sâu tính toán có thể suy ra từ độ sâu của lần đo sâu gần nhất theo công thức (4-23). Tr−ờng hợp trong lần đo l−u tốc đó có đo độ sâu thuỷ trực thì dùng độ sâu đó để tính toán. Hình 4-17. Sơ đồ xác định diện tích bộ phận Diện tích bộ phận là diện tích giới hạn giữa hai đ−ờng thuỷ trực đo l−u tốc kề nhau, và giới hạn bởi hai thuỷ trực đo l−u tốc gần bờ tới mép n−ớc, đ−ợc tính bằng công thức (4-32). 69