Giáo trình Mạng lưới cấp thoát nước - Chương 8: Thoát nước vùng triều - Nguyễn Thống

Quy hoạch hệ thống thóat nước. Chương 7. Mô hình hoá & thiết kế ht. thoát nước. Chương 8. Thoát nước vùng triều. Chương 9. Quản lý vận hành ht. cấp và thoát nước. Phần mềm SWMM & EPANET MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT NƯƠÙC 10/14/2010 3 NỘI DUNG Thực hành 1: Mô hình dự báo nhu cầu nước dùng với p/p Hồi quy tuyến tính Thực hành 2: Mô phỏng mạng lưới cấp nước với EPANET. Thực hành 3: Mô phỏng mạng lưới thoát nước với SWMM. Thực hành 4: Mô phỏng thủy lực với HEC- RAS MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chöông 1: Chaát löôïng, heä thoáng phaân phoái & thieát bò PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/14/2010 4 GIÔÙI THIEÄU • Khi thieát keá heä thoáng thoaùt nöôùc trong nhöõng vuøng gaàn bieån soâng suoái nhaän nöôùc thoaùt coù theå bò aûnh höôûng cuûa thuûy trieàu.
Trong tröôøng hôïp naøy, vaán ñeà ñaùnh giaù khaû naêng thaùo nöôùc cuûa heä thoáng coáng thoaùt seõ phuï thuoäc vaøo möïc nöôùc thay ñoåi theo thôøi gian taïi caùc vò trí soâng raïch tieáp nhaän nöôùc thoaùt. MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. PGS. Dr. Nguyễn Thống 10/14/2010 5 GIÔÙI THIEÄU
Lyù thuyeát doøng chaûy khoâng oån ñònh trong tính toaùn thuûy löïc.
Phương trình dạng sóng khuyếch tán.
Phương trình Saint Venant. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 6 PHƯƠNG TRÌNH ðỘNG LỰC PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 210/14/2010 7 Phöông trình doøng chaûy hôû 1D trong loøng daãn thay ñoåi daàn ñöôïc trình baøy moät caùch toång quaùt bôûi phöông trình sau: PGS. Dr. Nguyễn Thống 2 0( ) 0f Q Q hgA gA S S t x A x  ∂ ∂ ∂ + + + − = ∂ ∂ ∂  Moâ hình soùng ñoäng hoïc Moâ hình soùng khuyeách taùn Moâ hình doøng khoâng oån ñònh MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 8 Phöông trình treân coøn coù theå vieát döôùi daïng: h: chieàu saâu nöôùc taïi maët caét x Z=h+a: cao ñoä möïc nöôùc taïi maët caét x a: cao ñoä ñaùy maët caét A : dieän tích öùôt Q : löu löôïng qua dieän tích A Sf: ñoä doác thuûy löïc S0: ñoä doác ñaùy (-dE/dl; E naêng löôïng, dl chieàu daøi)PGS. Dr. Nguyễn Thống 0 2 =      + ∂ ∂ +      ∂ ∂ + ∂ ∂ fS x ZgA A Q xt Q MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 9 PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 10 Phöông trình lieân tuïc: q : löu löôïng ñôn vò boå sung doïc tuyeán b : chieàu roäng maët thoaùng Z : cao trình möïc nöôùc PGS. Dr. Nguyễn Thống Q A q x t ∂ ∂ + = ∂ ∂ Q Zb q x t ∂ ∂ + = ∂ ∂ hay MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 11 MÔ HÌNH SÓNG KHUYẾCH TÁN PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 12 • Trong tröôøng hôïp doøng chaûy bieán ñoåi chaäm cho caùc vuøng chòu aûnh höôûng trieàu nhö Tp. Hoà Chí Minh vaø caùc vuøng laân caän, moâ hình toaùn daïng soùng khuyeách taùn coù theå öùng duïng. • Ngoaøi ra, vôùi daïng moâ hình naøy, phöông trình toaùn vaø phöông phaùp giaûi seõ töông ñoái ñôn giaûn. Heä phöông trình ñoäng löïc vaø lieân tuïc cho moâ hình naøy nhö sau : PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 310/14/2010 13 Ngoaøi ra, ñeå giaûi ñöôïc heä phöông trình treân chuùng ta coøn phaûi boå sung quy luaät toån thaát naêng löôïng doøng chaûy. Moät trong nhöõng quy luaät söû duïng phoå bieán nhaát theo Strickler coù daïng sau : PGS. Dr. Nguyễn Thống 0f Z S x ∂ + = ∂ Q Zb q x t ∂ ∂ + = ∂ ∂ vaø MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 14 PHƯÔNG TRÌNH STRICKLER kstr : heä soá Strickler d : ñöôøng kính haït caùt taïo loøng soâng (m) a =(21-24), heä soá phuï thuoäc vaøo d PGS. Dr. Nguyễn Thống 2f Q Q S D = 5/ 3 strD k h b= 1/ 6str ak d = MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 15 PHƯÔNG PHAÙP GIA I (sơ ñô2 ẩn) Sô ñoà maïng löôùi sai phaân • Maïng löôùi söû duïng daïng so le. Vò trí xaùc ñònh cao trình möïc nöôùc (Z) taïo thaønh moät löôùi, vò trí ôû ñoù löu löôïng (Q), ñaëc tröng maët caét (b,ω) ñöôïc tính taïo thaønh moät maïng löôùi rieâng, seõ boá trí so le vôùi löôùi tính Z. PGS. Dr. Nguyễn Thống Zi Zj Zk Qi Qj Qk MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 16 SÔ ðOÀ SAI PHAÂN PREISSMANN PGS. Dr. Nguyễn Thống         ∆ − + ∆ − = ∂ ∂ ++++ t ff t ff t f titititi 1111 2 1 x ff x ff x f titititi ∆ − −+ ∆ − = ∂ ∂ ++++ 1111 )1( θθ ( ) ( )titititi fffftxf +−++= ++++ 1111 2 1 2 ),( θθ 15.0 ≤≤θ vôùi MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 17 PHöÔNG TRÌNH SAI PHAÂN SOÙNG KHUYEÁCH TAÙN PGS. Dr. Nguyễn Thống 1 1 1 1 1 1 1 . . . . . . . . . t t t t t t t m k i i n m i n jt Z x t t Z t Zθ α σ θ α θ α θ α+ + + + + + + −∆ + ∆ + ∆ + ∆ − ∆ =  . . *(1 )* ( ) ( ) . .t t t t t t ti i i n i j m k i i ix Z t Z Z Z Z q t xσ θ α α ∆ − ∆ − − − − + ∆ ∆  1 1 1( , , ) 0t t tk i jF Z Z Z+ + + =hay 0.5 n n n i j D x Z Z α =  ∆ −  5/ 3 1/ 6 (21 24) n n nD h bd ÷ = 1 * (1 )*t ti i ib bσ θ θ+= + − vôùi MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 18 ÑIEÀU KIEÄN TAïI NUÙT MAïNG LƯÔÙI, ðIEÀU KIEÄN BIEÂN Ñieàu kieän lieân tuïc taïi nuùt maïng löôùi : Taïi vò trí hoäi tuï cuûa caùc nhaùnh (>2 nhaùnh), phöông trình lieân tuïc coù daïng sau ñaây seõ ñöôïc thay theá cho phöông trình ñoäng löïc : PGS. Dr. Nguyễn Thống 1 0 N i i Q = =∑ Nuùt hoäi tuï maïng löôùi ( ) ( ) ( )1 1 1( ) 1 ( )t t t t t tk i k ip Z Z p Z Zθ α θ α+ + +− = − − −∑ ∑ Toång caùc nhaùnh hoäi tuï MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 410/14/2010 19 ðIỀU KIỆN ðẶC BIỆT Trong tröôøng hôïp doøng chaûy ñi qua caùc daïng coâng trình : coáng laøm vieäc theo 1 hoaëc 2 chieàu, ñaäp traøn, ñaäp ngaên
phöông trình ñoäng löïc Saint Venant seõ ñöôïc thay theá bôûi phöông trình bieåu dieãn quy luaät thuûy löïc thích hôïp töông öùng. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 20 ðIỀU KIỆN BIÊN Moâ hình ñöôïc thieát laäp cho pheùp moâ taû caùc ñieàu kieän bieân :
Loaïi möïc nöôùc (Z)
Loaïi löu löôïng (Q) deå daøng. PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 21 DÒNG KHÔNG ỔN ðỊNH VỚI PHƯƠNG TRÌNH ðẤY ðỦ SAINT VENANT PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 22 Phöông trình lieân tuïc : Phöông trình ñoäng löïc: PGS. Dr. Nguyễn Thống Z QB q t x ∂ ∂ + = ∂ ∂ 2 2 2 2 . . 0 Q QQ Q Q Q A ZgA g t x A x A x x C AR  ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + − + + = ∂ ∂ ∂ ∂ ∂  1/ 6 /C R n= MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 23 MAÏNG LÖÔÙI KHOÂNG GIAN 1D PGS. Dr. Nguyễn Thống dxi Chuù yù coù söï khaùc nhau veà sô ñoà sai phaân khoâng gian so vôùi t/h tröôùc. (Qi,Zi) Vò trí xaùc ñònh aån soá baøi toaùn (Qbien) (Hbien) (Hbien) MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 24 Phöông trình lieân tuïc daïng sai phaân: Vôùi: PGS. Dr. Nguyễn Thống + + + + + +∆ − ∆ + ∆ + ∆ = t 1 t 1 t 1 t 1 1 i 2 i 1 i 1 2 i 1 3a Z a Q a Z a Q a ψ ++ +  ∆ = + + ∆ + ∆    t t t t t ti 1 i 1 i 1 i B i 1 i x dB dB a B B ( Z Z ) 4 dZ dZ θ= ∆2 Qa t ψ ψ++  = −∆ − + ∆ ∆ + −  t t t 1 t 3 i 1 i q qa t(Q Q ) x. t q (1 )q MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 510/14/2010 25 Phöông trình ñoäng löïc daïng sai phaân: Vôùi: PGS. Dr. Nguyễn Thống + + + + + +∆ + ∆ + ∆ + ∆ = t 1 t 1 t 1 t 1 1 i 2 i 3 i 1 4 i 1 5b Z b Q b Z b Q b θ θ= ∆ − ∆21 Z Zb t.U B. gA. t. θ ψ∆= − ∆ + ∆ ∆2 Q Q x b 2 t.U. g. t. x.D 2 θ θ= −∆ + ∆23 Z Zb t.U B. gA. t. MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 26 PGS. Dr. Nguyễn Thống θ ψ∆= + ∆ + ∆ ∆4 Q Q x b 2 t.U. g. t. x.D 2 χ χ+ + +  +  = +  +  2 t t 4 / 3 i 1 i t t i 1 it t 7 / 3 i 1 i n 0.5( ) D . Q Q 4 0.5(A A ) )ZZ(BU.t)QQ(U.t2b tit 1i2tit 1i5 −∆+−∆−= ++ )QQ(Dx.tg)ZZ(A.tg tit 1itit 1i −∆∆−−∆− ++ MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 27 Ñieàu kieän taïi nuùt hoäi tuï nhieàu nhaùnh (N>2) cuûa maïng löôùi Cao trình möïc nöôùc taïi caùc maët caét hoäi tuï veà nuùt laø baèng nhau. Toång löu löôïng nöôùc hoäi tuï veà nuùt : Chuù yù: Taïi nuùt hoäi tuï N nhaùnh seõ thieát laäp ñöôïc N phöông trình. PGS. Dr. Nguyễn Thống 1 1t t k pZ Z + +∆ = ∆ 1 1 0 N t k k Q + = ∆ =∑ MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 28 BAØI TAÄP Thieát laäp sô ñoà khoái ñeå giaûi baøi toaùn 1D (soùng khuyeách taùn & Saint Venant). PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D. 10/14/2010 29 PGS. Dr. Nguyễn Thống MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC Chương 8 : Dòng không ổn ñịnh 1D.