A- Nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu công trình
2. Xác định vị trí nước nhảy xa
Khi h”c > hh, ta có hình thức nối tiếp bằng nước nhảy xa. Việc xác định vị trí nước nhảy, tính chiều dài đoạn dòng chảy xiết trước nước nhảy có ý nghĩa thực tiễn quan trọng.
Ta đã biết, trong hình thức nối tiếp bằng nước nhảy xa, độ sâu sau nước nhảy chính là
độ sâu dòng chảy bình thường ở hạ lưu h (1). Từ phương trình nước nhảy (15-6) hoặc (15-8), ta có thể tính được độ sâu trước nước nhảy h’h.
Như trên đã nói: h’h > hc.
Đoạn dòng chảy xiết trước nước nhảy, có độ sâu ở mặt cắt trên là hc và độ sâu mặt cắt dưới là h’h. Biết hai độ sâu đó, ta dùng phương pháp tính dòng không đều (chương IX) se xác định được chiều dài lp (hình 15-10).
(1) Với dòng chảy ở hạ lưu là dòng chảy không đều thì độ sâu hh ngay sau nước nhảy lại phụ thuộc vào vị trí nước nhảy nên việc tính toán phiền phức hơn (xem Đ16-4).
ThÝ dô 15-1:
Xác định hình thức nối tiếp ở hạ lưu đập tràn có mặt cắt thực dông, cao P = 7 m (h×nh 15-11), chiều rộng của kênh dẫn bằng chiều dài đập (bài toán phẳng).
Kênh dẫn ở sau đập có độ dốc
đáy i = 0,0002, lát bằng đá xây (n = 0,017). Lưu lượng riêng tràn qua công trình q = 8 m3/s.m. Độ sâu bình thường ở hạ lu hh = 3,60 m.
p=7m Vo
H
hc
hh=3,6m
N
H×nh 15-11
Giải:
Lưu lượng qua đập tràn tính bằng công thức:
q = m 2g H30/2
Từ đó cột nước trên đỉnh đập tràn là:
H0 =
3 / 2
g 2 m
q
Với đập tràn có mặt cắt thực dụng có thể lấy m = 0,49, ta có:
H0 =
3 / 2
62 , 19 49 , 0
8
= 2,38 m
§é s©u ph©n giíi hk = 3
2
g αq
= 1,868 m; vì hk < hh nên ở hạ lưu có dòng chảy êm và hình thức nối tiếp hạ lưu là nước nhảy.
Năng lượng đơn vị của dòng chảy trước đập tràn (đối với mặt chuẩn là đáy hạ lưu) là:
E0 = H0 + P = 2,38 + 7 = 9,38 m
Để xác định nối tiếp ở hạ lưu, ta tính hc và h”c theo phụ lục (15-1):
F(τc) = 3/2
E0
. q
ϕ = 2
9,38 . 90 , 0
8 = 0,308
(với điều kiện bài toán đã cho, theo bảng (15-1) có thể lấy ϕ = 0,90).
Tra phụ lục (15-1) ta được các trị số tương ứng: τc = 0,072 và τ”c = 0,432.
Từ đó: hc = τc . E0 = 0,072 . 9,38 = 0,68 m.
h”c = τ”c . E0 = 0,432 . 9,38 = 4,05 m.
Dạng nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu công trình là dạng nước nhảy xa, vì:
h”c = 4,05 m > hh = 3,60 m
Bây giờ tiếp tục xác định chiều dài đoạn chảy xiết phóng xa trước nước nhảy.
Biết độ sâu sau nước nhảy bằng h” = hh = 3,60 m ta tính độ sâu trước nước nhảy bằng công thức (15-8):
h’ =
2
"
h
+ −1
"
h g
q 1 8 3
2
= 2 6 , 3
+ −1
3,6 . 81 , 9
8 .
1 8 3
2
= 0,83 m
Đoạn chảy xiết trước nước nhảy có độ sâu ở hai đầu là h1 = 0,68 m và h2 = 0,83 m. Ta tính chiều dài bằng phương pháp cộng trực tiếp:
∆l =
J i−
∋
∆
Kết quả tính được ghi ở bảng dưới đây:
H (m)
V
(m/s) 2g v2
(m) ∋ (m)
C R
(m/s) J=
R C
v
2 2
J I − J
∆∋
(m)
∆l (m)
0,68 11,8 7,08 7,76 46,1 0,0655
0,0496 −0,0494 −2,16 43,7 0,83 9,64 4,77 5,60 52,3 0,0337
Vậy chiều dài đoạn chảy xiết trước nước nhảy là lp = 44 m.
Đ15.3 Nối tiếp chảy mặt
Để ngắn gọn, ta gọi hình thức nối tiếp ở trạng thái chảy mặt là nối tiếp chảy mặt.
Nối tiếp chảy mặt thường gặp trong điều kiện công trình có bậc thẳng đứng ở hạ lưu (h×nh 15-12).
hh E
H×nh 15-12
hh
hh a)
b)
c) hh
H×nh 15-13
Trong trường hợp này, hiện tượng thủy lực ở hạ lưu công trình rất phức tạp. tuỳ thuộc vào độ sâu bình thường của dòng chảy trong kênh dẫn, ở hạ lưu có thể xuất hiện nhiều dạng nối tiếp khác nhau.
Với độ sâu ở hạ lưu không lớn lắm, dòng chảy ra khỏi bậc với độ cong uốn lên rồi đổ xuống đáy công trình. Lúc đó trạng thái dòng chảy vẫn là trạng thái chảy đáy, ở hạ lưu công trình có thể là dạng nối tiếp bằng nước nhảy xa, nước nhảy tại chỗ hay nước nhảy ngập. Trong trường hợp nước nhảy ngập, ở ngay chân bậc xuất hiện khu nước cuộn có kích thước đáng kể (hình 15-13).
Lúc ở hạ lưu công trình đã có dạng nước nhảy ngập mà độ sâu vẫn tăng lên thì dòng chảy ra khỏi bậc với độ cong lớn hơn, khu nước cuộn ở đây to lên. Dòng chảy không đi xuống đáy nữa mà sẽ phóng ra xa, hướng lên trên mặt thoáng và hình thành dòng chảy mặt dạng sóng, khu nước cuộn trên mặt biến mất (hình 15-14). Lưu tốc đáy giảm, lưu tốc mặt tăng và trị số lớn nhất ở gần mặt thoáng. Trong đoạn nối tiếp từ chân bậc đến chỗ dòng chảy có các điều kiện gần với dòng chảy bình thường của kênh hạ lưu đều có lưu tốc lớn ở trên mặt.
hh H×nh 15-14
hh
H×nh 15-15
Dạng nối tiếp này gọi là dạng nối tiếp chảy mặt không ngập. Sự chuyển tiếp từ nối tiếp chảy đáy ngập (hình 15-13c) sang nối tiếp chảy mặt không ngập (hình 15-14) gọi là trạng thái phân giới thứ nhất. Độ sâu hạ lưu tương ứng gọi là độ sâu phân giới thứ nhất, ký hiệu hh1.
Dạng nối tiếp chảy mặt không ngập tồn tại trong phạm vi thay đổi độ sâu hạ lưu tương đối lớn. Khi độ sâu ở hạ lưu tăng lên đến một trị số nào đó thì ngay sau nước nhảy sóng dòng chảy không đi lên mặt, mà lại đi xuống đáy hạ lưu, ở trên mặt thoáng cách công trình một đoạn xuất hiện khu nước cuộn (hình 15-15). Trong trường hợp này, ở khu vực đầu là trạng thái chảy mặt, ở khu vực sau đó là chảy đáy. Dạng nối tiếp này gọi là nối tiếp mặt đáy không ngập.
Dạng nối tiếp này là dạng nối tiếp trung gian, không ổn định, chỉ tồn tại trong phạm
hh
H×nh 15-16
vi thay đổi rất nhỏ của độ sâu hạ lưu, rồi có thể diễn biến theo hai cách:
1. Khu nước chảy cuộn trên mặt bị đẩy về phía trên bậc và dòng chảy trở lại trạng thái chảy mặt hoàn toàn (hình 15-16). Dạng nối tiếp này gọi là chảy mặt ngập.
Sự chuyển tiếp từ nối tiếp chảy mặt không ngập sang nối tiếp chảy mặt ngập gọi là trạng thái phân giới thứ hai. Độ sâu hạ lưu tương ứng gọi là độ sâu phân giới thứ hai, ký hiệu hh2.
Dạng nối tiếp chảy mặt ngập này có lưu tốc lớn ở trên mặt trên cả đoạn nối tiếp.
Dạng nối tiếp này là dạng nối tiếp ổn định và tồn tại trong phạm vi thay đổi độ sâu hạ lưu khá lớn.
2. Có thể khu nước chảy cuộn trên mặt thoáng vẫn tồn tại và đồng thời xuất hiện khu nước chảy cuộn mặt thứ hai ngay trên bậc công trình (hình 15-17).
Dạng nối tiếp này gọi là dạng nối tiếp mặt - đáy ngập. Dạng nối tiếp này có thể xem là dạng nối tiếp cuối cùng ở trạng thái chảy mặt.
Khi độ sâu hạ lưu lại tiếp tục tăng lên nữa thì dòng chảy có thể chuyển thành trạng thái chảy đáy. Dạng nối tiếp này gọi là dạng nối tiếp chảy đáy hồi phục. Đặc điểm của dạng này là khu nước cuộn mặt rất lớn và khu nước cuộn đáy lại rất bé (hình 15-18).
hh
H×nh 15-17
hh
H×nh 15-18
Với độ sâu hạ lưu rất lớn thì bậc công trình không còn đặc điểm riêng của nó nữa, vì
trong trường hợp này bậc không có ảnh hưởng gì đến sự nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu. Lúc
đó dòng chảy qua công trình là dòng chảy ngập hoàn toàn và do tác dụng của đỉnh đập mà hình thành dòng chảy mặt ở hạ lưu (hình 15-19).
Cũng cần chú ý thêm rằng, với những điều kiện cho trước (lưu lượng, chiều cao công trình v.v…) ở hạ lưu công trình chỉ có thể nối tiếp chảy mặt lúc chiều cao bậc phải lớn hơn chiều cao tối thiểu nào đó.
Việc xác định các dạng nối tiếp chảy mặt rất phức tạp, vì lúc tăng độ sâu hạ lưu thì
thấy xảy ra một dạng nối tiếp ở một trị số độ sâu nào đó, mà lúc giảm độ sâu qua trị số trên thì lại không thấy xảy ra dạng nối tiếp tương tự.
Trạng thái chảy mặt không những chỉ xảy ra ở hạ lưu những công trình có bậc, mà theo Rakhơmanốp cũng có thể xảy ra với dòng chảy ngập sau cửa van (hình 15-20).
Trong trường hợp này. trạng thái chảy mặt phụ thuộc vào mức độ ngập của dòng chảy và thông số động học của mặt cắt co hẹp.
p hh
H Z
H×nh 15-19
E hh
hc c c
H×nh 15-20
Nói chung, nối tiếp chảy mặt có khả năng tiêu hao năng lượng lớn qua khu nước chảy cuộn ở đáy cũng như khu chảy cuộn ở mătj. Lưu tốc ở đáy bé không gây ra xói lở nghiêm trọng nên giảm bớt yêu cầu gia cố hạ lưu. Do đó, nên ở các công trình lớn, có cột nước cao, có nhiều vật trôi trong nước (cây, củi, băng…) người ta thường cố gắng tạo nên nối tiếp chảy mặt.
Trong các dạng nối tiếp chảy mặt nói trên, tốt nhất là nối tiếp chảy mặt không ngập;
còn chế độ chảy mặt ngập cũng tốt cho việc chống xói lở ở hạ lưu nhưng có nhược điểm là có khu nước cuộn trên mũi bậc, làm cho các vật rắn lẫn trong nước không thoát ngay được xuống hạ lưu mà bị cuộn trong khu nước cuộn và đập vào công trình.
Vì các hình thức nối tiếp diễn biến phức tạp khi mực nước hạ lưu thay đổi rất dễ dàng từ hình thức có lợi chuyển sang hình thức bất lợi, nên nối tiếp chảy mặt chỉ thích hợp với các công trình có mực nước hạ lưu thay đổi ít.
Đ15.4 Hệ thức tính toán cơ bản của nối tiếp chảy mặt
Như trên ta đã biết, ở hạ lưu công trình có bậc thẳng đứng có thể hình thành các dạng nối tiếp chảy mặt hay chảy mặt - đáy. Khi lưu lượng và độ cao của bậc đã biết trước, ta cần xác định các khu trong đó tồn tại các dạng nối tiếp ở hạ lưu, tức là cần tính các độ sâu phân giới của các khu vực.
Dòng chảy đi ra khỏi bậc công trình có thể hướng lên (hình 15-
p'>γ.h p'=γ.h p'<γ.h a
a a h
a)
h h
H×nh 15-21
21a), nằm ngang (hình 15-21b), hay cong thÊp xuèng (h×nh 15-21c), do đó áp suất dưới dòng chảy ở mũi bậc sẽ khác với áp suất thủy tĩnh.
Trong trường hợp dòng chảy ra khỏi bậc đi thẳng, tức là độ cong của dòng chảy bằng không thì áp suất ở mũi bậc phân bố theo quy luật thủy tĩnh. Ngoài ra, áp suất ở mũi bậc sẽ lớn hơn hay bé hơn áp suất thủy tĩnh là do chiều cong lõm của dòng chảy hướng lên hay hướng xuống. Còn áp suất dưới dòng chảy dọc theo chiều cao của bậc công trình thì các tài liệu thí nghiệm cho thấy rằng nó được phân boó theo quy luật đường thẳng.
Để đơn giản, ta xét vấn đề này trong điều kiện bài toán phẳng.
Giả thiết rằng, bậc của công trình có mũi cong lên, tiếp tuyến của đường cong tại chỗ dòng chảy đi ra khỏi mũi lập thành với mặt phẳng ngang một góc θ (hình 15-22).
α 2
hh 0
Eo
0
p
θ V1
0 2
V 2 0
H×nh 15-22
Viết phương trình B…cnuly cho hai mặt cắt: (0-0) ở trước công trình, mặt cắt (1-1) ở ngay chỗ mũi bậc công trình và lấy đáy hạ lưu công trình làm mặt chuẩn, ta có:
E0 − a = h . cosθ + 2 1ha +
g 2
v12
α + hw (15-15)
Trong đó:
h: độ sâu của dòng trên mũi bậc;
a: chiều cao của bậc;
ha: cột nước áp suất dưới dòng chảy, do áp suất dòng chảy cong gây ra;
hw: tổn thất cột nước từ (0-0) đến (1-1), có thể viết:
hw = ∑ξ
g 2
v1
Phương trình (15-15) có thể viết thành:
E0 − a = h . cosθ + 2 1ha +
g 2
v12 (α + ∑ξ) Hay là:
E0 − a = h . cosθ +
2 1ha +
ϕ . g 2
v12
(15-16)
Thay: v1 =
h q Ta cã:
E0 − a = h . cosθ +
2
1ha + 2 2
2
h . . g 2
q
ϕ (15-17)
Viết phương trình động lượng cho đoạn dòng chảy giữa hai mặt cắt (1-1) và (2-2), trong đó mặt cắt (2-2) ứng với trạng thái dòng chảy bình thường của kênh dẫn.
Phương trình động lượng viết với các điều kiện:
1. áp suất ở mặt cắt (1-1) và (2-2) và dọc theo chiều cao của bậc công trình phân bố theo quy luật đường thẳng.
2. Bỏ qua lực ma sát trên đoạn kênh dẫn giữa các mặt cắt đã chọn.
3. Đoanh kênh dẫn được giới hạn giữa hai mặt cắt đã chọn, có độ dốc đáy rất bé, có thể coi bằng không.
Phương trình động lượng viết theo phương nằm ngang ( phương dòng chảy tại mặt cắt (2-2) sẽ là:
α0 . m . v2 − α0 . m . v1 . cosθ = (P1 + Pb – P2)∆t (15-18) Ta lần lượt tính từng số hạng:
1. Độ tăng động lượng của đoạn dòng chảy đang xét trong thời gian ∆t:
α0 . m . v2 − α0 . m . v1 . cosθ = α0 . g
γ . Q . ∆t
− .cosθ h q h
q
h
2. Hình chiếu của áp lực ở mặt cắt (1-1):
P1 = 2
1. γ (h . cosθ + ha) h . cosθ 3. Hình chiếu của áp lực ở mặt cắt (2-2):
P2 =
2 1. γ h2h
4. Hình chiếu của phản lực tại bậc công trình:
Pb = γ . a
θ+
2 cos a . h Thay vào phương trình động lượng ta được:
hh
. gh
q . . 2α0 2
(h – hh.cosθ) = ha(h.cosθ + 2a) + (h.cosθ + a2) − h2h (15-19)
Hai phương trình (15-17), (15-19) chỉ áp dụng cho các trường hợp nối tiếp mà dòng chảy ở trên bậc công trình là tự do, tức là khi nó không bị bao phủ bởi khu nước vật ở mặt.
Hai phương trình này cho phép ta tìm được trị số độ sâu bình thường ứng với trạng thái phân giới này hay trạng thái phân giới khác. Vì rằng trong hai phương trình trên có 3 đại lượng chưa biết là: h, ha và hh, do đó cần cho trước một trong ba đại lượng trên hoặc cho thêm một phương trình bổ sung thưa ba. Phương trình thứ ba này thường cho sự phân bố áp suất tại mũi bậc trong mỗi trạng thái, tức cũng là cho trước ha.
Đối với trạng thái phân giới thứ nhất, A.A. Xabanhêép cho rằng áp suất của dòng chảy tại mũi bậc công trình phân bố theo quy luật thủy tĩnh, như vậy:
ha = 0
Giả thiết của A.A. Xabanhêép không phù hợp với thí nghiệm của T.N. Axtaphitreva.
Các kết quả thí nghiệm chứng tỏ rằng áp suất dưới dòng chảy ở mũi bậc khác với áp suất thủy tĩnh.
Theo tài liệu thí nghiệm này, khi chiều cao đập bé:
P
a < 0,2 (trong đó P là chiều cao của đập) áp suất dưới dòng chảy ở mũi bậc luôn luôn lớn hơn áp suất thủy tĩnh, ngược lại khi độ cao đập lớn:
P
a ≥ (0,2 ữ 0,4) áp suất đó phụ thuộc vào lưu lượng. Với lưu lượng bé,
áp suất ở mũi bậc bé hơn áp suất thủy tĩnh, với lưu lượng lớn thì lớn hơn.
T.N. Axtaphitreva đưa ra biểu thức thực nghiệm tìm đại lượng ha như sau:
- Đối với trạng thái phân giới thứ nhất thì:
(ha)1 = 0,31hh1 – 0,5a (15-20)
- Đối với trạng thái phân giới thứ hai, áp suất dưới dòng chảy ở mũi bậc luôn luôn lớn hơn áp suất thủy tĩnh và tính theo biểu thức:
(ha)2 = 0,59(hh2 – a) (15-21)
Trong đó: (ha)1 và (ha)2 là độ sâu bình thường của kênh dẫn ứng với trạng thái phân giới thứ nhất và thứ hai.
Như vậy, để xác định trạng thái phân giới thứ nhất và thứ hai ta giải hệ thống ba phương trình (15-17), (15-19) và (15-20). Từ đó thấy rằng việc tính toán nối tiếp chảy mặt theo cách này cần dùng các công thức lý thuyết kết hợp với các công thức thực nghiệm.
Ngoài ra, nhiều tác giả khác còn đưa ra các hệ thức thực nghiệm, bảng tính hay biểu đồ để tính các độ sâu phân giới mà ở đây không giới thiệu.
Cuối cùng, cần nhắc lại rằng ở hạ lưu công trình chỉ có thể nối tiếp chảy mặt lúc độ cao của bậc lớn hơn độ cao tối thiểu. Trị số độ cao đó có thể tính theo hệ thức thực nghiệm của Scơlátnhép:
amin = 0,4hk 1,5
h E
k
0 − (15-22)
Hệ thức này chỉ đúng với điều kiện hk
E0 ≥ 2,5 và chiều dài của bậc δ = (2 ữ 5,5) h.
Đ15.5 Nối tiếp dòng chảy trong điều kiện không gian
Nhiều nhà thủy lực (Linhxépski, Ph.I. Picalốp, C.K. Abơramốp, Ph.T. Guncô, Etscăngđơ, Camisen v.v…) đã đưa ra nhận xét rằng, trong trường hợp lòng dẫn mở rộng với góc θ > 13o hoặc mở rộng đột ngột, dòng chảy xiết nối tiếp với dòng chảy êm dưới dạng dòng xiên.
Ta có thể gọi dòng xiên là dòng chảy ở sau phần mở rộng đột ngột của lòng dẫn trên mặt bằng, giới hạn bở các khu nước xoáy hướng về một trong các bờ hoặc di động từ bờ nọ sang bờ kia. Đoạn dòng có hiện tượng chảy xiên gọi là đoạn chảy xiên, ở sau đoạn này không còn có khu xoáy nữa.
Tổng kết các dạng dòng xiên đã được nghiên cứu, trân cơ sở những thí nghiệm trong phạm vi Frc =
c c
gh c2
= 15 ữ 60 và bề rộng tương đối β = h
B= 2 ữ 10 (với: B là bề rộng hạ lưu, b, hc, vc là bề rộng, độ sâu, lưu tốc tại mặt cắt ban đầu của luồng chảy).
Vũ Văn Tảo (Trường Đại học Xây dựng Hà Nội) đề ra tiêu chuẩn thực nghiệm phân loại dòng xiên trong trường hợp dòng chảy dưới cửa van. Theo đề nghị này, dòng xiên gọi là không ổn định nếu dòng chảy lúc ở bờ này, lúc ở bờ kia, luôn luôn di động; dòng xiên gọi là ổn định nếu dòng chảy luôn luôn ở một bên bờ và ổn định; dòng xiên gọi là ngập nếu
mặt cắt ban đầu của luồng chính bị ngập và xuất hiện khu nước xoáy mặt ở trên luồng chÝnh.
Tác giả theo dõi sự diễn biến của hình thức nối tiếp khi cho tăng dần ds hạ lưu, thấy tr×nh tù diÔn biÕn nh sau:
Khi mực nước ở hạ lưu rất thấp, dòng chảy xiết từ cửa cống ra sẽ mở rộng, hai bên luồng chính trên mặt bằng đều bằng không có khu nước xoáy. Dạng chảy này gọi là dòng mở rộng xiết. Cho mực nước hạ lưu dâng lên từ từ, tới một độ sâu nhất định, luồng chảy sẽ lệch về một bên và bắt đầu hình thành dòng xiên. Dộ sâu ứng với lúc quá độ này, có thể tính theo công thức B.A. Matsman:
S =
β 5 ,
0 ( 1+8βFrc −1) (15-23)
Trong đó:
S =
c k
h
h β =
b
B Frc =
c c
h g
v2
Dòng xiên bắt đầu hình thành khi hình thành khu nước xoáy bên (trên mặt bằng), tưvs là khi có xuất hiện độ chênh áp lực ở hai bên luồng chính.
Theo sự tăng dần độ sâu hh, ở hạ lưu xuất hiện bốn dạng dòng xiên sau đây (hình 15- 23):
khu xoáy vòng Xuất hiện một
1.Dòng xiên ổn định không ngập 3.Dòng xiên ổn định ngập Qúa độ từ dạng mở rộng xiết
sang dòng xiên xiết 2.Dòng xiên không ổn
định không ngập
Mặt cắt ban đầu ngập hoàn toàn Xuất hiện hai khu xoáy bên
4.Dòng xiên không ổn định ngập
H×nh 15-23
Dòng xiên ổn định - không ngập: Ban đầu thường chỉ có một khu nước xoáy bên; dần dần mực nước ở khu xoáy đó lên cao rồi không những đổ vào luồng chính mà còn đổ qua luồng chính sang phía bên kia của luồng chính, do đó hình thành khu nước xoáy bên thứ hai. Khu nước xoáy bên thứ hai càng phát triển khi mực nước hạ lưu càng tăng; mực nước ở hai khu nước xoáy dần dần cân bằng nhau, làm cho luồng chính chuyển ra giữa.
Hai khu nước xoáy có mực nước luôn luôn chênh lệch nhau một cách tuần hoàn làm cho luồng chính di động từ bờ nọ sang bờ kia; khi đó dòng xiên gọi là không ổn định - không ngập.
Mực nước hạ lưu tăng thêm, làm xuất hiện khu nước xoáy mặt trên luồng chính đồng thời làm cho mối liên hệ trực tiếp giữa hai khu nước xoáy bên tạm thời bị gián đoạn, dòng chảy lệch hẳn về một phía; khi đó ta có dòng xiên ổn định – ngập. Dạng chảy này – như
đã nói ở chương XIII – có thể gọi là nước nhảy ngập không không gian.
Nếu tiếp tục tăng độ sâu ở hạ lưu thì tới một lúc nhất định, mực nước ở hai khu nước xoáy bên lại trực tiếp liên hệ với nhau và bắt đầu quá trình cân bằng, mất cân bằng rồi lại cân bằng mực nước ở hai khu nước xoáy đó; do đó luồng chảy luôn luôn di động giữa hai bờ. Dạng chảy này gọi là dòng xiên không ổn định – ngập.
Có thể xác định sự quá độ giữa những dạng dòng xiên đó bằng những công thức kinh nghiệm sau đây, trong trường hợp cửa giữa và β = 2 ữ 5.
1. Từ dạng ổn định - không ngập sang dạng không ổn định - không ngập:
víi β = 2 S =
+ 120 5 Fr ,
1 c 3 Frc (15-24)
víi β = 3 ÷ 5 S =
+ 120 3 Fr ,
1 c 3 Frc (15-25)
2. Từ dạng không ổn định - không ngập sang dạng ổn định - ngập:
víi β = 2 ÷ 4 S =
+
60 25 Fr ,
1 c 3 Frc (15-26)