Kiểm tra thủy lực với phương pháp thích hợp (Rational)

Ngô Quốc Việt July 23, 2012 0

Sơ lược về tính thủy lực:

Nhiệm vụ của hệ thống thoát nước mưa là vận chuyển lượng nước bề mặt từ các lưu vực tới cửa xả. Như vậy một hệ thống thoát nước mưa hoạt động bình thường khi lưu lượng nước bề mặt lớn nhất từ các lưu vực phải nhỏ hơn hoặc bằng lưu lượng thiết kế và vận tốc dòng chảy phải không nhỏ hơn vận tốc nhỏ nhất Vmin để đảm bảo không lắng cặn và phải nhỏ hơn vận tốc chảy không xói Vmax để đảm bảo chống xói hay Qbmmax < =Qtk(1) và Vmin<V<Vmax(2). Nhiệm vụ của công việc tính thủy lực là kiểm tra xem hệ thống thoát nước có đảm bảo hai điểu kiện (1) và (2) không.

Phương pháp thích hợp (Rational)

Để tính lưu lượng nước  bề mặt lớn nhất của lưu vực có nhiều phương pháp tính khác nhau. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm khác nhau. Một phương pháp tương đối phổ biến là phương pháp thích hợp hay Rational Method. Đặc điểm nổi bật của phương pháp này là cách tính theo phương pháp thích hợp đơn giản và nhanh chóng nhưng hạn chế là để đảm bảo độ chính xác thì phương pháp này chỉ áp dụng phù hợp với các lưu vực có điều kiện sau:

+ Lưu vực có bề mặt phủ đồng đều. Nghĩa là nếu trên một lưu vực có nhiều loại bề mặt phủ khác nhau như bê tông asphan, lớp cỏ, … thì nên lựa chọn phương pháp khác

+ Về điều kiện diện tích lưu vực, theo một tài liệu tham khảo thì  phương pháp thích hợp phù hợp các lưu vực có diện tích <200 acres hoặc 80 ha.

Trong TCVN: 7957:2008 có đưa phương pháp thích hợp để tính toán thủy lực như sau:

Lưu lượng tính toán thoát nước mưa của tuyến cống (l/s) được xác định theo công thức tổng quát sau:

Q= q.C.F         (1)

Trong đó:

q – Cường độ mưa tính toán (l/s.ha )

C – Hệ số dòng chảy

F – Diện tích lưu vực mà tuyến cống phục vụ (ha)

Hệ số dòng chảy C phụ thuộc vào loại mặt phủ và chu kỳ lặp lại trận mưa tính toán P, xác định theo Bảng 5.

Hệ số dòng chảy C xác định bằng mô hình tính toán quá trình thấm. Trong trường hợp không có điều kiện xác định theo mô hình toán thì đại lượng C, phụ thuộc tính chất mặt phủ của lưu vực và chu kỳ lặp lại trận mưa tính toán P, được chọn theo Bảng 5.

Bảng 5. Hệ số dòng chảy C

Tính chất bề mặt thoát nước

Chu kỳ lặp lại  trận mưa tính toán P (năm)

2

5

10

25

50

Mặt đường atphanMái nhà, mặt phủ bêtôngMặt cỏ, vườn, công viên (cỏ chiếm dưới50%)- Độ dốc nhỏ 1-2%- Độ dốc trung bình 2-7%

– Độ dốc lớn

0,73

0,75

0,32

0,37

0,40

0,77

0,80

0,34

0,40

0,43

0,81

0,81

0,37

0,43

0,45

0,86

0,88

0,40

0,46

0,49

0,90

0,92

0,44

0,49

0,52

Chú thích:Khi diện tích bề mặt có nhiều loại mặt phủ khác nhau thì hệ số C trung bình xác định bằng phương pháp bình quân theo diện tích.

Để xác định cường độ mưa tính toán q cần tính thời gian tập trung nước Tc rồi tra đường cong IDF (Mời các bạn xem lại cách lập đường cong IDF trong bài viết trên Blog)

Có nhiều phương pháp xác định thời gian tập trung nước Tc, nhưng Civil 3D hỗ trợ trực tiếp một số phương pháp tính sau đây:

  1. Kirpich Equation

Tc = (0.01947 * ((L^0.77) * (S^-0.385)))

Trong đó:

Tc = Thời gian tập trung nước (phút)

L  = Chiều dài dòng chảy (m)

S  = Độ dốc (m/m)

  1. Carter Equation

Tc = (0.775656 * ((L^0.6) * (S^-0.3)))

Trong đó:

Tc = Thời gian tập trung nước (hrs)

L  = Chiều dài dòng chảy (km)

S  = Độ dốc(m/km)

  1. FAA (Federal Aviation Agency) Equation

Tc = ((3.260334 * (1.1 – C)) * ((L^0.5) * (S^-0.333)))

Trong đó:

Tc = Thời gian tập trung nước(phút)

C  = Hệ số dòng chảy

L  = Chiều dài dòng chảy (m)

S  = Độ dốc(%)

  1. Harris County, TX Equation

Tc = (10 * (A^0.1761) + 15)

Trong đó:

Tc = Thời gian tập trung nước(phút)

A  = Diện tích lưu vực (acres)

  1. SCS TR55:

Trong đó : L = Chiều dài dòng chảy (ft);

n = Hệ số Manning;

P2 = Lượng mưa 24 giờ với chu kì tính toán 2 năm cho vùng khí hậu đặt hệ thống thoát nước (inch);

R = Bán kính thủy lực (ft) of bank full open channel or culvert flowing full;

S = Độ dốc trung bình (ft vertical/ft horizontal).

Tc = Thời gian tập trung nước (hr);

Tt = Thời gian chảy (hr) với  dòng chảy hẹp hoặc dòng chảy trong cống, mương.

V = Tốc độ chảy trung bình (ft/s).

Ngoài ra, các bạn tham khảo thêm một số phương pháp khác tính thời gian tập trung nước khác như :

Kerbys equation

  tc = c (Ln/i1/2)0.467

Kinematic equation

L0.6 n0.6

tc = 0.0078 

S0.385

Bransby Williams equation

L

tc = 21.3 

5280 A0.1 S0.2

Lựa chọn phương pháp thích hợp trong phần mềm Storm and Sanitary Analysis 2013

Để chọn phương pháp tính thủy lực là Rational, bạn vào menu Input>Project Options… như hình dưới

Tiếp theo, trong hộp thoại hiện ra các bạn chú ý các nội dung sau:

Trong tab “General” :

–       Mục “Unit & element specifications”:

+ Unit system: Hệ thống đơn vị

+ Flow units: Đơn vị cho dòng chảy

+ Elevation type: kiểu xác định độ cao theo cao độ hoặc độ sâu

–       Mục “Hydrology runoff specifications”:

+ Hydrology method: Phương pháp tính thủy lực

+ Time of concentration (TOC) method: phương pháp tính thời gian tập trung nước

+ Rational method ascending limb multiplier: Hệ số để giá trị mặc định

+ Rational method recending limb multiplier: Hệ số để giá trị mặc định

Sau khi đã vạch xong mạng lưới thoát nước, bạn hiệu chỉnh lưu vực bằng cách nhấn chuột vào biểu tượng lưu vực rồi nhấn chuột phảI và chọn Properties… như hình dưới

Tiếp theo, trong hộp thoại hiện ra chúng ta cùng đi xem xét từng mục cụ thể

+ Trong tab “Physical  properties”

–       Area: Diện tích lưu vực. Phần mềm tự động tính giá trị này sau khi bạn vạch xong lưu vực

–       Flow length: Chiều dài dòng chảy, bạn có thể nhập trực tiếp hoặc nhấn vào … để đo trực tiếp trên mặt bằng

–       Average slope: Độ dốc trung bình của lưu vực. Bạn nhập trực tiếp vào.

–       Time of concentration: Dựa vào các thông số trên, phần mềm sẽ tự động tính đại lượng này theo công thức khai báo như đã trình bày ở trên. Ban có thể nhập trực tiếp vào bằng cách tích chọn vào. Bạn nhấn vào … để xem diễn giải công thức tính toán.

–       Weighted runoff coeff: Hệ số dòng chảy. Bạn nhấn vào … để xem bảng diễn giải về cách tính toán đại lượng này.

+ Trong tab “Runoff Coefficient”:

–       Runoff Coefficient: Hệ số dòng chảy tương đương với hệ số C ở trên. Bạn có thể  nhập trực tiếp vào hoặc nhấn vào … để chọn từ bảng.

Chú ý: Nếu lưu vực gồm nhiều lưu vực có hệ số C khác nhau thì bạn cần nhập diện tích các lưu vực với hệ số C tương ứng. Hệ số C của cả lưu vực sẽ được tính trung bình theo các lưu vực nhỏ.

Sau khi kết thúc, bạn hiệu chỉnh tương tự cho tất cả các lưu vực khác.

Chúc bạn thành công.

Leave A Response »

You must be logged in to post a comment.