CHƯƠNG II. ĐẶC TRƯNG DÒNG CHẢY
III. CÁC DẠNG QUAN HỆ MỰC NƯỚC (H) VÀ LƯU LƯỢNG (Q)
Chúng ta biết rằng lưu lượng là tích số giữa tốc độ và diện tích. Trên những dòng sông thiên nhiên ở miền núi, ít phát sinh bồi lắng và xói lở. Thông thường, quan hệ mực nước và lưu lượng là quan hệ đồng biến, có nghĩa mực nước tăng sẽ dẫn đến sự gia tăng về lưu lượng… Ngày nay, con người trong quá trình khai thác tài nguyên để phục vụ nhu cầu cuộc sống làm cho tài nguyên trên bề mặt lưu vực bị tàn phá dẫn đến lòng sông hạ du hiện tượng bồi lắng, xói lở diễn biến phức tạp.
Trên các dòng sông, nhiều công trình phục vụ kinh tế quốc dân được xây dựng như:
bến cảng, cầu cống, đập ngăn sông .. từ đó làm cho chế độ dòng chảy thay đổi, quan hệ mực nước và lưu lượng diễn biến phức tạp
H H H H
∆Z
Q Q Q Q
a) Ổn định b) Xói bồi c) Nước vật d) Lũ lên xuống Hình 3.6. Dạng đường quan hệ mực nước và lưu lượng
Dưới đây ta lần lượt xem xét các trường hợp quan hệ mực nước và lưu lượng trong sông ngòi như sau:
1. Quan heọ oồn ủũnh (hỡnh 3.6.a )
Trường hợp này ta có thể nói: ứng với một mực nước chỉ cho ta một giá trị lưu lượng nhất định (hoặc nhiều giá trị lưu lượng nhưng ở trong sai số cho phép).
2. Quan hệ mực nước và lưu lượng chịu ảnh hưởng bồi xói (hình 3.6.b) Chúng ta biết rằng trong điều kiện bùn cát và dòng chảy nhất định:
- Khi khả năng mang bùn cát lớn hơn lượng ngậm cát thực tế thì dòng sông phát sinh xói lở (Scp >ρ).
- Khi khả năng mang bùn cát nhỏ hơn lượng ngậm cát thực tế thì dòng sông phát sinh bồi lắng (Scp<ρ)
3
m cp
S K V gHw
=
(2.14)
Ở đây: Scp: khả năng mang bùn cát của dòng sông kg/m3 K, m: hệ số và chỉ số kinh nghiệm
V: tốc độ trung bình dòng chảy (m/s) H: độ sâu dòng chảy (m)
g: gia tốc trọng trường
w: tốc độ lắng chìm hay còn gọi là độ thô thủy lực (m/s) ρ : lượng ngậm cát thực tế
Khi dòng sông bị xói lở thì diện tích tăng lên. Ngược lại khi dòng sông phát sinh bồi đắp thì diện tích giảm nhỏ . Từ đó tại cùng một mực nước:
- Khi xói lở lưu lượng sẽ tăng lên so với lúc ổn định - Khi bồi đắp lưu lượng sẽ giảm xuống so với lúc ổn định 3. Quan hệ H~Q ảnh hưởng nước vật (hình 3.6.c)
Trên sông thiên nhiên, vì mục đích phục vụ giao thông, tưới, phát điện...
Người ta thường xây dựng các công trình như cầu cống, đập dâng, hồ chứa, bến cảng...
Từ đó dòng chảy tự nhiên bị công trình ngăn cản dẫn đến hiện tượng nước dâng lên, nước chảy vật lại cuối cùng dẫn đến hậu quả: tại cùng một mực nước như nhau nhưng lưu lượng nhỏ hơn khi ổn định.
4. Quan hệ H~Q ảnh hưởng lũ lên xuống (hình 3.6.d)
Trong trường hợp đoạn sông ở trung lưu và hạ lưu do độ dốc mặt nước luôn nhỏ hơn thượng lưu vì vậy quan hệ mực nước và lưu lượng luôn thể hiện hình vòng dây. Có khi chỉ một vòng dây, có khi liên tiếp xuất hiện hai hoặc ba vòng dây trong muứa luừ.
Khi lũ lên: Do thượng lưu - nước lũ lên trước, do đó độ dốc mặt nước lớn hơn khi ổn định. Tức là Im = (Ic + ∆I)
Khi lũ xuống: Do thượng lưu nước lũ rút xuống trước, hạ lưu rút xuống sau nên độ dốc nhỏ hơn khi ổn định Im = (Ic-∆I)
Vì vậy tuy cùng một mức nước nhưng do lũ lên và lũ xuống có sự chênh lệch và độ dốc so với độ dốc khi ổn định
Khi luõ leân: Im= Ic + ∆I Khi luõ xuoáng: Im= Ic - ∆I
Nếu đem so sánh lưu lượng khi lũ lên và lũ xuống tại cùng một mức nước như nhau, như Hc chẳng hạn, thì sự khác biệt giữa chúng sẽ là:
c c c
c c
m
I I I I I
I I Q
Q +∆
∆ =
−
∆
= + (2.15)
c c c
m
I I I Q
Q +∆
= (2.16)
mà
=
∆
= ∆
∆
= ∆
∆ dt
dh U L h L
I h 1 (2.17)
Đem (2.17) thay vào (2.16) và chỉnh lý ta có:
1 1
m
c c
Q dh
Q = +UI dt Bởi vì theo quy ước:
Cường suất mực nước dt
dh khi lũ lên là mang dấu (+) ngược lại là (-) Do đó ta viết:
dt dh UI Q
Q
C c
m 1
1±
= (2.18)
I (X)m I c I (L)m
∆I
∆I
H
L=Uxdt
Hình 2.7. Sự biến hóa độ dốc khi lũ lên xuống
* Những vấn đề cần nắm:
Vì đây là đoạn sông không phát sinh bồi xói, do đó tỷ số
c m
Q
Q không ảnh hưởng đến diện tích. Quyết định độ lớn nhỏ của vòng dây là giá trị Ic đóng vai trò quan trọng hơn cả.
Do đó:
- Ở đồng bằng vì độ dốc mặt nước nhỏ do đó 1 0
>
UIc nên đường vòng dây sẽ lớn.
Ngược lại, ở miền núi độ dốc Ic rất lớn nên 1 0
≅
UIc do đó tỷ số 1,0 Q Q
c
m ≅ , có nghĩa là không có vòng dây.