Đang tải... (xem toàn văn)
Chöông 2 Quaù trình thuûy vaên Chöông2 QUAÙ TRÌNH THUÛY VAÊN Caùc quaù trình thuûy vaên laøm bieán ñoåi phaân boá khoâng gian vaø thôøi gian cuûa nöôùc trong moïi khaâu cuûa voøng tuaàn hoaøn thuûy va[.]
Chương2: QUÁ TRÌNH THỦY VĂN Các trình thủy văn làm biến đổi phân bố không gian thời gian nước khâu vòng tuần hoàn thủy văn Sự vận động nước hệ thống thủy văn chịu ảnh hưởng chi phối tính chất vật lý hệ thống hình dạng, kích thước dòng chảy tác động qua lại nước với đối tượng trung gian khác có không khí nhiệt Rất nhiều định luật khác điều khiển hoạt động hệ thống thủy văn 2.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG THỦY VĂN: Hệ thống tập họp thành phần có quan hệ liên thông với tạo thành tổng thể Ví dụ: tuần hoàn thủy văn hệ thống thủy văn với thành phần là:nước rơi, bốc hơi, dòng chảy với pha khác chu trình Các thành phần tập họp thành hệ thống chu trình lớn Có ba hệ thống tuần hoàn thủy văn: Hệ thống nước khí quyển, bao gồm trình nước rơi, bốc hơi, ngăn giữ nước cối, bốc thoát từ sinh vật Hệ thống nước mặt, bao gồm trình chảy sườn dốc, chảy mặt, xuất lộ dòng sát mặt, dòng ngầm, trình dòng chảy đổ vào sông ngòi, đại dương Hệ thống nước mặt đất, bao gồm trình thấm, bổ sung nước cho kho nước ngầm, dòng sát mặt đất dòng ngầm sâu lòng đất Trong việc phát triển mô hình thủy văn, định lý vận tải Reynolds (hay gọi phương pháp thể tích kiểm tra cho ta lý thuyết tảng sở Định lý sử dụng để thiết lập phương trình liên tục, phương trình động lượng, phương trình lượng… nhiều trình thủy văn 2.2 ĐỊNH LÝ VẬN TẢI REYNOLDS Trong định lý này, người ta áp dụng định luật vật lý cho dòng chất lỏng chuyển động liên tục qua thể tích kiểm tra cố định không gian, tích W, bao quanh diện tích A: W A2 A1 B C D Gọi X đại lượng dòng lưu chất qua W, k giá trị X đơn vị khối lượng, ta có Bằng phương pháp thể tích kiểm soát, ta tìm đạo hàm toàn phần X theo thời gian sau: (2.1) Nếu dòng lưu chất chuyển động ổn định ( dòng ổn định dòng mà đặc trưng thủy lực dòng (vận tốc, diện tích mặt cắt ướt, lưu lượng, ) không thay đổi theo thời gian), thành phần ; ta suy ra: (2.2) 2.3 PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC Trong trường hợp X khối lượng, ta có k=1, theo định luật bảo toàn khối lượng, dX/dt=0, suy ra: (2.3) dA2 u2ø dA1 u1 1u1ndA1 = 2u2ndA2 Đối với dòng nguyên tố, lưu chất vào đầu (diện tích dA1), đầu (dA 2), nên ta có: (2.4) Phương trình (2.4) phương trình liên tục cho dòng nguyên tố Đối với toàn dòng chảy, ta phải lấy tích phân phương trình cho toàn dòng, lúc ấy: (2.5) Nếu lưu chất không nén được, =conts, ta suy ra: Q1= Q2 hay Q=const dọc theo dòng chảy (2.6) Đối với hệ thống thủy văn, tổng lượng dòng vào tổng lượng dòng hệ thống gọi kín Ví dụ vòng tuần hoàn thủy văn hệ thống kín Ngược lại, hệ thống xem hở Ví dụ : trình Mưa rào-dòng chảy mặt hệ thống hở mưa xuống, không tất trở thành dòng chảy mà phần bay ngượclại khí bốc Các phương trình liên tục thiết lập cho chất lỏng pha (hoặc dòng khí, dòng nước Đố với dòng nhiều pha (ví dụ khí nước), cần viết phương trình liên tục cho pha riêng biệt, đại lượng dX/dt pha lượng biến đổi X đơn vị thời gian dòng lưu chất thêm vào lấy khỏi pha xét 2.4 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LƯNG Khi X động lượng, k= , ta có: Theo định luật Newton, biến thiên động lượng đơn vị thời gian tổng ngoại lực tác dụng lên khối chất lỏng (có thể tích w trên) Đối với dòng ổn định, từ phương trình (2.2), ta có: (2.7) Đối với toàn dòng chảy từ mặt cắt 1-1 đến 2-2, phương trình (2.7) trở thành phương trình động lượng chiếu phương s bất kỳ: (2.8) với 0 hệ số hiệu chỉnh động lượng 2.5 CÂN BẰNG NĂNG LƯNG Trong trường hợp X lượng dòng chảy có khối lượng m (ký hiệu E, bao gồm nội năng, động năng), ta có: X = E = Eu+1/2mu2+mgZ (2.9) Vậy k bằng: (2.10) eu nội đơn vị khối lượng Theo định luật I Nhiệt động lực học, số gia lượng (dE/dt) truyền vào chất lỏng đơn vị thời gian, suất biến đổi đơn vị thời gian nhiệt lượng (dH/dt) truyền vào khối chất lỏng xét, trừ suất biến đổi công (dW/dt) đơn vị thời gian khối chất lỏng thực hiên môi trường (ví dụ trình chuyển động công ma sát): (2.11) Từ phương trình (2.1), ta có: (2.12) (2.12) phương trình cân lượng cho dòng chất lỏng không ổn định có khối lượng riêng thay đổi Đối với dòng ổn định, trao đổi nhiệt với bên ngoài: (2.14) hay: Nhận xét thấy (2.15) phần biến đổi lượng chuyển động phần tử bên khối lưu chất ma sát khối lưu chất với bên Đại lượng khó xác định lý thuyết, thông thường, tính từ thực nghiệm, tuỳ trường hợp cụ thể Ta đặt: (2.16) với hf trung bình đơn vị trọng lượng lưu chất Xét cho đoạn dòng chảy từ mặt cắt 1-1 đến 2-2, mà mặt cắt bao quanh đường dòng Dòng lưu chất vào mặt cắt 1-1 mặt cắt 2-2 Như từ (2.16) (2.15) ta có: (2.17) Nếu lưu chất không nén được, ta có: (2.18) hay: (2.19) đó: Z (bao gồm vị lẫn áp năng) đơn vị trọng lượng lưu chất, động đơn vị trọng lượng lưu chất, hệ số hiệu chỉnh động Phương trình (2.19) phương trình lượng viết cho dòng lưu chất trọng lực không nén chuyển động ổn định 2.6 QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN Sự dẫn tải nhiệt diễn theo ba cách: dẫn truyền, đối lưu, xạ Dẫn truyền xảy phân tử lưu chất chuyển động hỗn loạn khối, chúng tiếp xúc trao đổi nhiệt với Đối lưu phương thức vận chuyển nhiệt lưu chất chuyển động Phương thức dẫn tải nhiệt phạm vi rộng lớn Bức xạ phương thức truyền nhiệt sóng điện từ diễn chân không Trong vận tải nhiệt hai phương thức đầu, đồng thời dẫn tải khối lượng, động lượng hay lượng