Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM
PGS. TS. Lê Văn Dực

Chương 5: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞÛ
5.1 Khái niệm chung:
Dòng chảy trong kênh hở là dòng chảy có mặt thoáng và không áp (áp suất tại điểm cao nhất

D
AT

EC

H

EN

G

VN

của mặt cắt ướt là áp suất khí trời).

H.5.1a
+ Tính chất dòng chảy đều:
(i) Chiều sâu, diện tích ướt và biểu đồ phân bố vận tốc tại các mặt cắt dọc theo dòng
chảy không đổi.
(ii) Đường năng, mặt thoáng và đáy kênh song song với nhau.

122



tế. Tuy nhiên nó là khái niệm cơ bản được
dùng trong thiết kế kênh.

D
AT

- Chiều sâu:

h

B

h

1

m

ψ

m

b

H.5.2 Mặt
cắtMat
ứơtcatkênh
hình thang
H.1.2
uot kenh

V = C.Rx.iy

(5.1)
123


Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM
PGS. TS. Lê Văn Dực

Với

V: vận tốc trung bình mặt cắt
R: bán kính thủy lực
i : độ dốc đáy kênh
C: hệ số ma sát
x, y: hằng số

+ Công thức Chezy (1769):
- Xét đoạn dòng chảy có chiều dài L, góc nghiêng đáy kênh θ (rất nhỏ)
- Lực gây chuyển động:

VN

Fm = W.sin(θ) = γ.A.L.sin(θ)
Với:
: diện tích ướt

L

: chiều dài đoạn dòng chảy


Với k = const
⇒ lực cản:

FR = L.P.k.V2

(5.4)

r
r
- Chuyển động đều ⇒ ∑ F = 0

⇒

Fm - FR = 0 ⇒
γ.A.L.i - L.P.k.V2 = 0

(5.5)

γ.A.L.i = L.P.k.V2

(5.6)

⎛γ ⎞
V =⎜ ⎟
⎝k⎠

1/ 2

R.i

V = C R.i
+ Công thức Manning (1889):

C=

1 1/ 6
R
n

(5.10)

G

R2/3
i
n

(5.11)

EN

V=

VN

Manning dùng phương pháp thực nghiệm để tìm ra công thức sau:

n: hệ số nhám Manning.

1,49 2 / 3


τo = k.V2 =

γ

C

2

.V 2 = γRJ

(5.3a)

5.3 Xác đònh hệ số nhám:

+ Trong đường ống kín, hệ số nhám n phụ thuộc:

- Số Reynolds Re
- Độ nhám đường ống (ε)
- Hình dạng mặt cắt ướt (D).
Trong thực tế vì dòng chảy trong kênh có số Reynolds rất lớn ⇒ nên thuộc khu chảy rối
thành nhám hoàn toàn ⇒ hệ số nhám chỉ phụ thuộc vào hình đạng và bề mặt của kênh.
+ Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số nhám:
125


Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM
PGS. TS. Lê Văn Dực

- Độ nhám bề mặt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hệ số nhám. Vật liệu đáy kênh

vật liệu ⇒ n1 .

EC

- Ước đònh hệ số nhám n cơ bản cho kênh thẳng, mặt cắt lăng trụ, đáy trơn và chỉ có một

D
AT

- Cộng hoặc nhân với hệ số hiệu chỉnh tùy điều kiện thực tế.
Ví dụ:

n1 = 0,02

(kênh đất)

n2 = 0,005

(phủ cỏ)

n3 = 0,01

(kênh có tiết diện thay đổi không đều, loại nhỏ)

n = n1 + n2 + n3 = 0,035
+ Phương pháp dùng bảng:
Dựa vào thực nghiệm và kinh nghiệm, n được lập thành bảng. Khi sử dụng, n được tra dựa
vào bảng lập sẵn.
+ Phương pháp hình ảnh:
Đo đạc xác đònh n ⇒ chụp ảnh và xếp loại. Khi sử dụng, chọn n thông qua hình ảnh.

n = 0,047d 1 / 6

EN

Với d: đường kính cở hạt của lòng kênh (mm)

(5.15a)

G

a) Simon và Sentruk (1976):

b) Raudkivi (1976):

EC

c) Meyer and Peter (1948):

(5.15b)

H

1/ 6
n = 0,013d 65

p dụng đối với kênh có vật liệu đáy hỗn hợp, hạt có kích thước nhỏ:
(5.15c)

D
AT


n3

H.1.3
H.5.3

Pi : chu vi ướt của từng diện tích đơn giản
P : chu vi ướt của toàn bộ mặt cắt

127


Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM
PGS. TS. Lê Văn Dực

N : số lượng các mặt cắt đơn giản
(ii) Lực ma sát trên toàn mặt cắt bằng tổng lực ma sát trên từng mặt cắt:

⎡ N
2 ⎤
⎢ ∑ Pi .n i ⎥
⎥
n e = ⎢ i =1
⎢ P ⎥
⎢
⎥
⎣
⎦

1/ 2

i

A

(5.19)

H

ne =

G

Với Ri bán kính thủy lực của từng mặt cắt đơn giản; R bán kính thủy lực của mặt cắt

EC

Ai: diện tích mặt cắt ướt của từng mặt cắt đơn giản.
A : diện tích mặt cắt ướt tổng.

D
AT

5.4 Tính toán dòng đều:

Bài toán về dòng đều có liên quan đến năm yếu tố: Lưu lượng (Q), mặt cắt kênh (b, m), độ
nhám (n), độ dốc (i), độ sâu dòng đều (ho). Công thức sử dụng:

V=
hay Q =




Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM
PGS. TS. Lê Văn Dực

+ Phương pháp thử dần:
Thay đổi giá trò của h sao cho phương trình sau đây thỏa mãn:

A.R 2 / 3 =

n.Q
i

(5.23)

= f ( h)

+ Phương pháp đồ thò:

- Đặt y = A.R 2 / 3 = f (h) , vẽ hàm y = f(h).
- Tính

n.Q
i

và đặt lên trục y ⇒ ho.

VN

+ Phương pháp biểu đồ:

= f1 ( )
K ng
D

W
h
= f2 ( )
W ng
D

hay

Với

K=

Q
1
A.R 2 / 3 =
n
i

(5.24)

1
Ang .R ng2 / 3
n

(5.25)



D
AT

+ Phương pháp số:

⎛h⎞
⎛h⎞
⇒ ⎜ ⎟
⇒ h =⎜ ⎟
.D
⎝ D ⎠Trabang
⎝ D ⎠Trabang

EC

K
K ng

H

⇒ Nếu biết:

EN

D
D2
Ang = π
; Rng =
4


b
h

P = b + 2h. 1 + m 2 = h.( β + 2 1 + m 2 )

2h 2 .( β + m)

EC

thế vào (5.28) ⇒

(β + 2 1 + m 2 )

=0

D
AT

h2 -

(5.29)

H

dh
h
=dβ
(β + 2 1 + m 2 )


⇒

βln = 2 ( 1 + m 2 -m)

⇒

Rln =

⇒

Rln =

(5.30)

( β ln + m).h
A
=
P ( β ln + 2 1 + m 2 )
(2 1 + m 2 − m).h
2(2 1 + m 2 − m)

=

h
=>
2

(5.31)

Rln =

và

bln = βln.hln.

(5.32b)

b) Giữ Q = const:
⎛ 22 / 3.n.Q
hln = ⎜⎜
⎝ (β ln + m ).

⎞
⎟
i ⎟⎠

3/8

+ Mặt cắt lợi nhất về mặt thủy lực của hình chữ nhật:

b
=2
h

(5.33)

VN

Với m/c chữ nhật ⇒ m = 0 ⇒ β = 2 ⇒

⇒ chiều sâu bằng nửa chiều rộng ⇒ đào kênh quá sâu ⇒ không cho phép đối với kênh

Wmax: tốc độ lắng chìm của hạt có kích thước lớn nhất.
Vkx : vận tốc không xói, tra bảng lập sẵn.

Vkx = Kx.Q 0,1
Trong đó :

Kx : Hệ số phụ thuộc vào đất lòng kênh, xác định theo tài liệu;
Q : Lưu lượng của kênh, m3/s.

132


EN

G

VN

Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM
PGS. TS. Lê Văn Dực

D
AT

EC

H

H.5.5