Chương 9. Những vấn đề thiết kế trong thuỷ văn học

Những lượng mưa thiết kế đã được mô tả đầu tiên và chi tiết trong phần 5.6 và phần 6.3, cùng với việc đề cập tới nguồn dữ liệu và sự lựa chọn một lượng mưa thiết kế đặc trưng. Các đường cong IDF quan hệ với cường độ lượngmưa, thời gian mưa và một chuỗi các chu kỳ khác nhau. Các ví dụ đặc trưng về đường cong IDF đối với các chu kỳ từ 2 đến 100 năm được thể hiện trong hình 1.8 cho thành phố Houston,bang Texas, và hình 6.5 cho thành phố Tallahassee, bang Florida.

pdf37 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 2140 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Chương 9. Những vấn đề thiết kế trong thuỷ văn học, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Ch−ơng 9. Những vấn đề thiết kế trong thuỷ văn học ảnh: Trạm bơm n−ớc m−a đô thị 9.1 Giới thiệu Trong ch−ơng này, các ph−ơng pháp tính toán l−ợng m−a và l−ợng dòng chảy thiết kế đ−ợc nhấn mạnh đối với những l−u vực đô thị hoá nhỏ và rộng lớn. Cả các đ−ờng cong c−ờng độ - thời gian- tần suất (IDF) và các biểu đồ m−a thiết kế đã đ−ợc giới thiệu sẽ đ−ợc đề cập khá chi tiết. Trong phần 9.3 thiết kế trên l−u vực nhỏ gồm cả việc nghiên cứu phát triển ph−ơng pháp phần tử hữu hạn áp dụng đối với loại hệ thống cống tròn trên một phân khu (Ví dụ 9.2). Các ph−ơng pháp thiết kế kích th−ớc của các cống tròn và kênh dẫn sử dụng đ−ờng l−u l−ợng đơn vị gần nh− đ−ợc thiết kế theo những giới hạn tiêu chuẩn đối với các khu vực đô thị. Ví dụ 9.3 mô tả một cách chi tiết việc thiết kế kiểm soát lũ đối với một phân khu sử dụng mô hình HEC-1 với l−ợng trữ khống chế và trữ l−ợng tràn (Ví dụ 9.4). Kết thúc ch−ơng bằng một tr−ờng hợp nghiên cứu duy nhất trên đồng bằng ngập lũ sử dụng mô hình HEC-1 và HEC-2 phân tích và thiết kế tại các vùng rừng, gần thành phố Houston, bang Texas. 545 9.2. L−ợng m−a thiết kế Các đ−ờng cong IDF Những l−ợng m−a thiết kế đã đ−ợc mô tả đầu tiên và chi tiết trong phần 5.6 và phần 6.3, cùng với việc đề cập tới nguồn dữ liệu và sự lựa chọn một l−ợng m−a thiết kế đặc tr−ng. Các đ−ờng cong IDF quan hệ với c−ờng độ l−ợng m−a, thời gian m−a và một chuỗi các chu kỳ khác nhau. Các ví dụ đặc tr−ng về đ−ờng cong IDF đối với các chu kỳ từ 2 đến 100 năm đ−ợc thể hiện trong hình 1.8 cho thành phố Houston, bang Texas, và hình 6.5 cho thành phố Tallahassee, bang Florida. Các đ−ờng cong IDF cũng đ−ợc sử dụng để xác lập biểu đồ m−a lũ thiết kế tổng hợp khi cho thời gian và tần suất m−a, nh− đ−ợc mô tả trong ví dụ 6.4, hình E6.4 thể hiện kết quả trận m−a thiết kế với chu kỳ 5 năm thời gian m−a 24 giờ đối với vùng Tallahassee, bang Florida. Trận m−a thiết kế 24 giờ th−ờng đạt giá trị 1 giờ m−a lớn nhất tại giờ thứ 12. Giá trị m−a 2 giờ t−ơng ứng với tổng các giá trị tại giờ thứ 12 và 13, và giá trị m−a 3 giờ t−ơng ứng với tổng giá trị tại các giờ thứ 11, 12, 13, ... Đ−ờng cong thiết kế tổng hợp ở thành phố Houston, bang Texas, đối với các chu kỳ 10 năm và 100 năm, thời gian m−a 24 giờ là t−ơng tự và đ−ợc mô tả trong hình 5.11. Trận m−a thiết kế tổng hợp gặp phải điều kiện không thuận lợi đó là trạng thái và thời gian m−a có phần tuỳ ý (xem phần 6.3), nh−ng việc sử dụng các đ−ờng cong IDF để đ−a ra các trận m−a tổng hợp là t−ơng đối đơn giản và đ−ợc xác định tốt đối với nhiều vùng đô thị ở Mỹ. Bảng 9.1 Các hệ số của ph−ơng trình l−ợng m−a Khu vực c e f Atlanta 97,5 0,83 6,88 Chicago 94,9 0,88 9,04 Cleveland 73,7 0,86 8,25 Denver 96,6 0,97 13,90 Houston 97,4 0,77 4,80 Los Angeles 20,3 0,63 2,06 Miami 124,2 0,81 6,19 New York 78,1 0,82 6,57 Santa Fe 62,5 0,89 9,10 St. Louis 104,7 0,89 9,44 Các đ−ờng cong IDF cũng đ−ợc biểu diễn theo một dạng ph−ơng trình vì rằng không thể đọc trên đồ thị IDF để xác định đ−ợc c−ờng độ m−a. Wenzel (1982) cung cấp các hệ số từ một số thành phố của n−ớc Mỹ đối với ph−ơng trình có dạng fT c i e d + = (9.1) trong đó: i là c−ờng độ m−a thiết kế (in/giờ). Td là thời gian m−a (phút). 546 c, e, và f là những hằng số đ−ợc thể hiện trong bảng 9.1 với chu kỳ 10 năm đối với một vài thành phố n−ớc Mỹ. Vì vậy, trận m−a thiết kế có chu kỳ 10 năm, thời gian m−a 20 phút đối với khu vực Denver là 3,0 in/giờ. Tần suất m−a thiết kế cho l−u vực lớn Một vấn đề thiết thực trong thiết kế thuỷ văn là việc tính toán tần suất m−a thiết kế đối với một số các trạm đo m−a trên một l−u vực rộng lớn. Vào ngày 17-18 tháng 5 năm 1989 xảy ra một trận m−a lớn tập trung ở phần hạ l−u sông Cypress Creek gần thành phố Houston, bang Texas, kéo dài trên 24 giờ, nó đã gây ra một vùng ngập lụt rộng lớn ở hạ l−u l−u vực. Theo ghi chép của 9 trạm đo đạc dòng chảy nằm trên hoặc gần sông Cypress Creek hoạt động liên tục trong suất thời gian diễn ra sự kiện trên đã cung cấp những số liệu về l−ợng m−a và l−u l−ợng dòng chảy. Vị trí các trạm này đ−ợc thể hiện trên hình 9.1 cùng với bản đồ đ−ờng đẳng trị l−ợng m−a xây dựng từ số liệu l−ợng m−a của trận m−a tháng 5 năm 1989 (Harris County Flood Control District, 1991). Hình 9.1. Bản đồ đ−ờng đẳng trị l−ợng m−a xây dựng từ số liệu l−ợng m−a của trận m−a tháng 5 năm 1989 (Harris County Flood Control District, 1991). Điểm có tổng l−ợng m−a lớn nhất trong 9 trạm với thời gian m−a thay đổi từ 1 dến 24 giờ đ−ợc thể hiện trong bảng 9.2. Từ đó có thể thấy rằng tổng l−ợng m−a ở vùng th−ợng l−u ngã ba sông Little Cypress Creek không v−ợt quá chu kỳ 3 năm. Phía d−ới của l−u vực, quan trắc đ−ợc chu kỳ thay đổi từ 10 đến 80 năm đối với thời gian m−a 24 giờ. L−ợng m−a 24 giờ lớn nhất quan trắc đ−ợc tại trạm 1140 nằm ở trung tâm hạ l−u l−u vực, theo đó l−ợng m−a là 12,11 in trên 24 giờ, l−ợng m−a này có chu kỳ 80 năm. Điểm hoặc các trạm đo m−a phải đ−ợc đặt sao cho phù hợp với diện tích l−u vực để tính toán các chu kỳ trung bình l−u vực. Hình 9.2a thể hiện khái quát sự biến đổi của 547 đồ thị chiều sâu lớp n−ớc - diện tích trên n−ớc Mỹ đ−ợc công bố bởi Cục thời tiết Mỹ. Đối với vùng hạ l−u sông Little Cypress Creek, chu kỳ lặp trung bình l−u vực thay đổi từ 15 năm với l−ợng m−a 12 giờ đến trên 100 năm đối với thời gian m−a 30 phút và 1 giờ. Trong khu vực này, chu kỳ lặp đối với thời gian m−a 12 giờ đ−ợc xác định là 60 năm, so với chu kỳ lặp 80 năm tại trạm 1140. Số liệu m−a quá khứ này có thể đ−ợc sử dụng trong mô hình HEC- 1 (xem phần 5.4 và 5.6) để mô phỏng đỉnh lũ thiết kế trên l−u vực. Bảng 9.2. Số liệu trận m−a tháng 5 năm 1989 ở Cypress Creek Thời đoạn m−a 1 giờ 2 giờ 3 giờ 6 giờ 12 giờ 24 giờ 48 giờ Số trạm Tên trạm Độ sâu Chu kỳ Độ sâu Chu kỳ Độ sâu Chu kỳ Độ sâu Chu kỳ Độ sâu Chu kỳ Độ sâu Chu kỳ Độ sâu Chu kỳ 760 San Jacinto at US 59 2.55 2 3.7 5 5.21 20 6.14 15 8.92 40 12.59 100 12.59 50 1050 Spring at Riley-Fussel 3.88 27 4.72 20 5.12 18 5.74 10 5.84 5 8.06 10 8.06 7 1120 Cypress at I-45 2.39 1 3.56 4 4.67 10 5.84 11 6.14 6 11.49 60 11.49 40 1140 Cyypress at Stuebner Airline 3.93 30 5.3 45 5.97 45 7.09 30 7.69 20 12.11 80 12.11 50 1160 Cypress at Grant 2.86 4 4.13 10 4.45 8 4.94 5 5.29 4 9.62 25 9.62 15 1170 Cypress at Huffmeister 2.4 2 3.81 6 4.03 5 4.03 2 4.31 2 8.43 15 8.43 10 1180 Cypress at Katy-Hockley 1.72 1.8 1.85 2.24 2.58 3.77 3.77 1190 Little Mound at Betka 0.3 0.5 0.55 0.6 0.6 0.94 0.94 1220 L. Cypress at Cypress-Rosehill 2.24 1 2.24 1 2.52 3.58 1 3.81 2 5.57 3 5.57 2 m−a cực hạn (PMP) U.S. NWS công bố hai báo cáo quan trọng liên quan đến tần suất m−a và các trận m−a thiết kế. TP 40 từ Hershield (1961) thể hiện những bản đồ đối với thời gian m−a từ 30 phút tới 1 giờ và chu kỳ lặp từ 1 dến 100 năm (Hình 9.2b). Gần đây hơn, NWS đ−a ra HYDRO 35 (1977a) thể hiện chiều sâu lớp n−ớc đối với thời gian m−a 5, 15, và 60 phút với chu kỳ lặp từ 2 đến 100 năm, thay thế một phần TP 40. Những tài liệu này có thể sử dụng để xác định biểu đồ m−a thiết kế hoặc các đ−ờng cong IDF đối với các khu vực xác định của n−ớc Mỹ. Trong những dự án thiết kế lớn nh−: đập tràn, đập, hoặc các hồ chứa quan trọng, việc phân tích chiều sâu lớp n−ớc- thời gian m−a -tần suất m−a với chu kỳ lặp 100 năm thậm chí 500 năm cũng không thể loại trừ khả năng sự cố có thể xảy ra. Tại n−ớc Mỹ l−ợng m−a lớn nhất có thể xảy ra (PMP) là đ−ợc sử dụng, bằng việc phân tích đánh giá chiều sâu lớp n−ớc m−a lớn nhất đối với một thời gian m−a xác định đó là quy luật tự nhiên trên một vùng địa hình riêng biệt tại một thời gian xác định trong năm. Trận m−a lớn nhất có thể xảy ra (PMP) bao gồm sự phân bố l−ợng m−a theo thời gian. 548 Hình 9.2 (a). Tổng độ sâu - diện tích Hình 9.2(b) .Bản đồ m−a 24 giờ, 100 năm Những khái niệm và ph−ơng pháp luận liên quan đ−ợc mô tả trong các báo cáo của Trung tâm quản lý đại d−ơng và khí quyển quốc gia (NOAA) NWS, các báo cáo khí t−ợng thuỷ văn (HMR), đặc biệt là HMR 51 (1978) và HMR 52 (1982) đối với vùng phía Đông kinh tuyến 105. PMF hay lũ lớn nhất có thể xảy ra lũ cực hạn liên quan chặt chẽ với PMP. Đối với khu vực phía Tây kinh tuyến 105, một số bản báo cáo NWS khác có thể dùng đ−ợc và đ−ợc viết bởi Viện khoa học quốc gia (1983). Ví dụ nh−: California đ−ợc mô tả trong HMR 36 (Cục thời tiết quốc gia, 1969), vùng Tây Bắc trong HMR 43 (Cục thời tiết quốc gia, 1966), và vùng Tây Nam trong HMR 49 (Cục thời tiết quốc gia, 1977). Trung tâm thuỷ văn công trình của quân đội Mỹ (HEC) có một ch−ơng trình máy 549 tính gọi là HMR 52 để tính toán l−ợng m−a bình quân l−u vực đối với trận m−a lớn nhất có thể xảy ra (PMS) trên cơ sở PMP −ớc l−ợng từ HMR 51. Ch−ơng trình này có thể sử dụng với mô hình HEC-1 để xác định PMF đối với một hồ chứa hoặc l−u vực lớn. PMP xác định cho một l−u vực có các thành phần quan trọng bao gồm: (1) đ−ờng cong lớp n−ớc- diện tích- thời gian m−a, (2) kiểu đ−ờng đẳng trị l−ợng m−a chuẩn có dạng hình ellipse, (3) chiều h−ớng biến chuyển, (4) diện tích m−a giới hạn, (5) tham số biến chuyển đ−ờng đẳng trị l−ợng m−a tham số này chỉ rõ tỷ lệ phần trăm của độ sâu lớp n−ớc ứng với l−ợng m−a lớn nhất đối với mỗi dạng đ−ờng đẳng trị l−ợng m−a. 9.3. Thiết kế trên l−u vực nhỏ thiết kế lý t−ởng Thực tế cho thấy rằng trong khoảng thời gian dài ngay khi có sự phát triển đô thị trên một bồn thu n−ớc hay l−u vực tự nhiên kết quả sẽ th−ờng là làm tăng đỉnh dòng chảy ra và rút ngắn thời gian tập trung n−ớc (xem phần 2.4). Những thay đổi này là kết quả của sự thay đổi độ dốc trên những vùng đất trống và những đ−ờng phố, diện tích đất không thấm tăng, thêm vào đó sự tập trung dòng chảy xuống hạ l−u của các vùng bên cạnh. L−ợng trữ tự nhiên trên l−u vực th−ờng giảm cùng với sự phát triển đô thị hoá. Nhiều vấn đề trữ n−ớc lại phải đ−ợc thực hiện để xử lí tỉ lệ tăng dòng chảy, giảm l−ợng trữ tự nhiên cũng nh− tổn thất trong các cống, sự mở rộng lòng dẫn, hoặc trên hệ thống đ−ờng phố. Nếu đỉnh dòng chảy ra tăng mạnh là kết quả của sự phát triển trên một khu vực, khí đó nhiều khả năng xảy ra trữ l−ợng n−ớc khống chế trên các vị trí vào và ra có thể đ−ợc yêu cầu. Những thiết kế l−u vực nhỏ th−ờng bao gồm việc sử dụng ph−ơng pháp thích hợp (phần 6.4) hoặc một ph−ơng pháp biểu đồ thuỷ văn đơn vị (phần 2.4) để dự báo các l−u l−ợng cực đại tại những vị trí khác nhau đối với l−ợng m−a và thời gian m−a thiết kế đã cho. Sự lựa chọn chính xác ph−ơng pháp thiết kế thuỷ văn phụ thuộc lớn vào nhu cầu thiết kế riêng đối với từng thành phố hoặc thị xã và kích th−ớc của từng vùng phát triển. Các khu vực quan trọng nhất thuộc thủ đô hiện nay có các sách quy phạm thiết kế, các sách này chỉ rõ các nguyên tắc và quy phạm đối với l−ợng n−ớc m−a thiết kế. Những yêu cầu từ Quy phạm đối với thiết kế kiểm soát lũ và hệ thống thoát n−ớc thích ứng khá đặc tr−ng và sẽ đ−ợc sử dụng để làm sáng tỏ các ví dụ đ−a ra trong ch−ơng này. Các ph−ơng pháp m−a - dòng chảy đ−ợc áp dụng trên các l−u vực có diện tích xác định. Quy phạm có thể đ−ợc dùng đối với việc thiết kế các lòng dẫn hở, cầu, cống ngầm, máng n−ớc kín, các cửa cống thoát n−ớc lũ, các công trình điều tiết vận tốc dòng chảy, và các hồ trữ n−ớc nhỏ. Mỗi khu vực đô thị sẽ có những yêu cầu khác nhau nh−ng tổng quát lại thì mục đích là t−ơng tự nhau: xây dựng và duy trì tính phù hợp đã dự tính để giảm thiểu tối đa sự đe doạ của lũ đỗi với tất cả các thành phố, thị xã. Các vùng có độ 550 dốc lớn sẽ có các thiết kế và ch−ơng trình đặc biệt, nhất là các vấn đề liên quan tới tốc độ dòng chảy và tốc độ xói mòn đất. dòng chảy cực đại trong khu vực không phát triển Dòng chảy cực đại trong khu vực không phát triển đ−ợc sử dụng trong giai đoạn ban đầu để so sánh ảnh h−ởng của dự án phát triển đối với một l−u vực đã cho. Đỉnh lũ đối với vùng không phát triển có thể xác định đ−ợc bằng cách sử dụng một số các ph−ơng pháp bao gồm ph−ơng pháp thích hợp với các hệ số không phát triển, ph−ơng pháp diện tích - l−u l−ợng hoặc vị trí các đ−ờng cong dòng chảy mặt thu đ−ợc từ số liệu các trạm đo, hoặc các ph−ơng pháp biểu đồ thuỷ văn đơn vị với các hệ số không phát triển thích hợp. Các kết quả th−ờng sẽ khác nhau phụ thuộc vào sự lựa chọn các ph−ơng pháp, và một số ph−ơng pháp cho kết quả dự báo phía trên trong khi những ph−ơng pháp khác lại ở phía d−ới đỉnh lũ. Nh− vậy, ph−ơng pháp thích hợp không đ−ợc sử dụng để thiết kế trên những diện tích lớn hơn 1,0 mi2 (2,5 km2). Các ph−ơng pháp biểu đồ thủy văn đơn vị sẽ không đ−ợc sử dụng trên các l−u vực bộ phận lớn hơn khoảng 3-5 mi2. Các mô hình máy tính nh− mô hình HEC-1 hoặc SWMM th−ờng đ−ợc yêu cầu sử dụng cho các khu vực có diện tích lớn hơn khoảng 2000 mẫu (khoảng 3 mi2) bởi vì cần phải xét tới các l−u vực bộ phận và diễn toán lũ trong lòng dẫn, nh− đã thể hiện trong phần 5.6. Ví dụ 9.1 so sánh ba ph−ơng pháp trong việc tính toán tốc độ thay đổi dòng chảy cực đại từ các khu vực không phát triển. Ví dụ 9.1 Tính toán dòng chảy cực đại từ các l−u vực không phát triển Xác định tốc độ thay đổi dòng chảy cực đại khu vực không phát triển với chu kỳ 100 năm tính theo đơn vị ft3/s đối với diện tích l−u vực 403 mẫu gần thành phố Houston, bang Texas, nh− trong hình E9.1. Sử dụng ph−ơng pháp phần tử với Tc= 60 phút và các đ−ờng cong IDF (hình 1.8). Sử dụng ph−ơng pháp TC + R trong bảng 5.13 với tỉ lệ phát triển 0%. Sử dụng ph−ơng pháp SCS đối với biểu đồ thuỷ văn đơn vị (UH) và l−ợng m−a trong một giờ là 4,3 in với chu kỳ 100 năm. Ph−ơng pháp thích hợp tc = 60 phút QP = CiA C = 0.4 i = 4.3 in/giờ (từ đ−ờng cong IDF, hình 1.8) A = 403 ac QP = (0,4)(4,3)(hệ số biến đổi) Hệ số biến đổi = (43560/(12 ì3600)) 551 QP = 699 ft3/s Ph−ơng pháp TC + R Xem bảng 5.13. A = 0,63 mi2 L = 4400 ft = 0,78 mi ∆y= 22 ft/mi = 0,42 % tỉ lệ phát triển = 0 %: C = 7,25 706.0 0 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=+ S L CRTC = 706,0 22 78,025,7 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ = 2,04 06,1 0 ' ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= S L CTC ac = 06,1 22 39,079,3 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ = 0,27 R = (TC + R) – TC = 2,04 - 0,27 = 1,77 QP = 635 ft3/s (từ mô hình HEC-1) Hình E9.1 Diện tích l−u vực không phát triển 552 Ph−ơng pháp SCS Tham khảo ví dụ 2.8c. Giả thiết hệ số đ−ờng cong (CN) = 80. L = 4100 ft A = 0,63 mi2 SCS CN = 80 (bảng 2.1) S = (1000/CN) - 10 = 1000/80 - 10 = 2,5 ∆y = 0,42 % = 1,52 giờ TR = D/2 + tP = (1,0/2) + 1,52 ( ) ( ) 42,01900 5,34100 1900 1 7,08,07,08,0 =∆ += y SL tp = 2,02 giờ QP = (484)A/TR = (484)(0,63)/2,02 = 151 ft3/s(giờ/in) (trong biểu đồ thuỷ văn đơn vị) i.QP = 4,3 in /giờ.151ft3/s(giờ/in) = 649,3 ft3/s Ph−ơng pháp thích hợp thiết kế đối với một phân khu Ph−ơng pháp thích hợp đ−ợc mô tả chi tiết trong phần 6.4 và ví dụ 6.6 và các hệ số đặc tr−ng đối với hệ số dòng chảy mặt C trong công thức Q = CiA đ−ợc liệt kê trong bảng 6.6. C−ờng độ l−ợng m−a i th−ờng đ−ợc xác định từ đ−ờng cong IDF với thời gian m−a bằng thời gian tập trung n−ớc hoặc thời gian đạt tới sự cân bằng trên l−u vực. Mặc dù, ph−ơng pháp có một số hạn chế nh− đã đề cập trong phần 6.4, nh−ng nó th−ờng đ−ợc sử dụng trên khắp n−ớc Mỹ để thiết kế hệ thống thoát n−ớc m−a thích ứng. Ví dụ 9.2 thể hiện một thiết kế tiêu biểu đối với một phân khu nhỏ sử dụng ph−ơng pháp phần tử để xác định kích th−ớc hệ hệ thống cống tròn. C−ờng độ l−ợng m−a có thể xác định đ−ợc từ các đ−ờng cong IDF cho các thành phố hoặc khu vực. Th−ờng một chu kỳ lũ lụt từ 2 đến 5 năm sẽ đ−ợc sử dụng để lắp đặt đ−ờng ống tiêu thoát n−ớc lũ mặt do m−a, mặc dù trong một số tr−ờng hợp đặc biệt l−u l−ợng có chu kỳ 10 năm thậm chí 100 năm sẽ đ−ợc tính toán đến. Ví dụ, khu vực thành phố Houston yêu cầu một dòng chảy thiết kế với chu kỳ là 3 năm từ việc tính toán theo ph−ơng pháp phần tử bằng cách sử dụng một tập hợp các đ−ờng cong dòng chảy mặt từ thành phố Houston. Dung tích cống th−ờng đ−ợc xác định từ ph−ơng trình Manning’s đối với dòng chảy trong ống có áp, ở đây có thể thấy rằng đ−ờng kính ống cần thiết ứng với một tốc độ thay đổi l−u l−ợng xác định là: 553 ( ) 8/3 5,0 0 16,2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= S Qn D trong đó Q tính theo đơn vị ft3/s, n là hệ số Manning’s, S0 là độ dốc, và D là đ−ờng kính cống tính bằng ft. Ví dụ 9.2 Ph−ơng pháp thích hợp thiết kế trên một phân khu sử dụng bảng tính Việc đánh giá l−u vực không phát triển trong ví dụ 9.1 đ−ợc chia thành các phân khu phát triển, và hệ thống cống dẫn đ−ợc bố trí nh− trong hình E9.2. Các bản đồ địa hình đ−ợc sử dụng để xác định các diện tích khu vực kết hợp với mỗi điểm vào chính nh− thể hiện trên bản đồ. Ph−ơng pháp bảng tính là rất tiện ích trong việc tổ chức dữ liệu và sẽ đ−ợc sử dụng trong ví dụ này. Bảng E9.2 Thiết kế cống tròn bằng ph−ơng pháp t−ơng quan Những tính toán cho cống tròn khu vực phụ 2 Đ oạn cốn g C h iều dài cốn g L Đ ộ dốc bề m ặt S 0 (ft/ft) D iện tích l− u vự c th oát n − ớc tổn g A (m ẫu ) T h ời gian tập tru n g n − ớc ph ú t) T ổn g C .i (C = 0,3) C − ờn g độ m − a i (in /giờ)(3 n ăm ) L − u l− ợn g th iết kế Q (ft3/s) Đ − ờn g kín h cốn g tín h toán (ft) K ích th − ớc cốn g sử dụ n g (ft) T ốc độ dòn g ch ảyQ /A (ft/s) T h ời gian ch ảy (L /V )(ph ú t) VW 900 0.0018 40.63 15 1.29 4.30 52 3.99 4.0 4.2 3.6 WX 300 0.0026 50.79 19 1.22 4.00 62 3.96 4.0 5.0 1.0 XY 300 0.0021 62.98 20 1.20 3.90 76 4.45 4.5 4.9 1.0 YZ 400 0.0016 67.72 21 1.18 3.85 80 4.78 5.0 4.5 1.5 Những tính toán cho cống tròn khu vực phụ 3 Đ oạn cốn g C h iều dài cốn g L Đ ộ dốc bề m ặt S 0 (ft/ft) D iện tích l− u vự c th oát n − ớc tổn g A (m ẫu ) T h ời gian tập tru n g n − ớc (ph ú t) T ổn g C .i (C = 0,3) C − ờn g độ m − a i (in /giờ)(3 n ăm ) L − u l− ợn g th iết kế Q (ft3/s) Đ − ờn g kín h cốn g tín h toán (ft) K ích th − ớc cốn g sử dụ n g (ft) T ốc độ dòn g ch ảyQ /A (ft/s) T h ời gian ch ảy (L /V )(ph ú t) AB 185 0.0022 6.02 14.0 1.09 3.63 7 1.76 2.0 2.7 1.1 BC 310 0.0024 16.11 15.1 1.07 3.57 17 2.49 2.5 3.5 1.5 CD 279 0.0022 25.19 16.6 1.05 3.50 26 2.97 3.0 3.8 1.2 DE 272 0.0020 34.05 17.8 1.04 3.47 35 3.38 3.5 4.0 1.1 EF 582 0.0023 52.99 19.0 1.03 3.43 55 3.87 4.0 4.6 2.1 FG 520 0.0022 69.92 21.1 1.02 3.40 71 4.31 4.5 4.9 1.8 GH 716 0.0022 93.23 22.8 1.00 3.33 93 4.77 5.0 5.2 2.3 HI 282 0.0022 102.41 25.1 1.00 3.33 102 4.94 5.5 5.3 0.9 IJ 1150 0.0018 139.84 26.0 1.00 3.33 140 5.76 6.0 5.4 3.6 JK 1100 0.0022 149.20 29.6 1.00 3.33 147 5.66 6.0 5.9 3.1 554 Ph−ơng pháp thích hợp cần thiết để xác định giá trị của C trong thành phố Houston, trong tr−ờng hợp này C = 0,3 và i xác định từ một chuỗi các bảng với thời gian tập trung dòng chảy xác định. Mỗi diện tích tiêu thoát n−ớc bắt đầu luỹ tích với phần lớn các th−ợng l−u đ−ợc xác định theo chiều dài ống, độ dốc, thời gian tập trung n−ớc, c−ờng độ m−a, tham số C, l−u l−ợng thiết kế Q, đ−ờng kính tính toán, kích th−ớc cống đ−ợc sử dụng, vận tốc dòng chảy V, và thời gian chảy. Ví dụ, trong phân khu 3 cống AB trong hình E9.2 và bảng E9.2 có diện tích tiêu thoát n−ớc là 6,02 mẫu, chiều dài cống là 185 ft, và độ dốc của cống là 0,0022 ft/ft. Từ bảng IDF đối với thành phố Houston, giá trị của i là 3,63 in/giờ và thời gian ban đầu tc đ−ợc giả thiết bằng 14 phút đối với diện tích đầu tiên. L−u l−ợng trong cống tính đ−ợc là 6,56 ft3/s, từ ph−ơng trình Manning’s l−u l−ợng này cần một cống dẫn có đ−ờng kính tối thiểu là 1,76 ft hoặc một cống có đ−ờng kính hiệu dụng trên 2,0 ft (24 in). Chia l−u l−ợng Q cho diện tích mặt cắt ống th
Tài liệu liên quan