Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10720:2015 về Đo dòng chất lỏng trong kênh hở - Máng Parshall và Saniiri

• Số hiệu: TCVN10720:2015
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2015

Qmax	là lưu lượng tối đa;
A	là diện tích mặt cắt ngang của kênh;
hmax	là độ sâu nước cao nhất.

5.2.2.2. Các điều kiện dòng và tính đối xứng của sự phân bổ vận tốc trong kênh vào phải được kiểm tra bằng việc kiểm tra và đo đạc sử dụng các đồng hồ đo dòng, phao, thanh đo vận tốc hoặc chất nhuộm.

CHÚ THÍCH 1: Việc đánh giá hoàn chỉnh sự phân bố vận tốc được thực hiện bằng một đồng hồ đo dòng.

5.2.3. Cấu trúc máng

5.2.3.1. Máng phải bền vững, không thấm nước và có khả năng chịu được các điều kiện dòng lũ mà không bị phá hủy bởi sự xói mòn từ bên cạnh sườn hoặc từ phía dòng ra. Trục của máng phải cùng hướng với chiều dòng chảy trong kênh phía dòng vào, và hình dạng của máng phải thỏa mãn các kích thước tương ứng nêu trong Điều 8 hoặc Điều 9.

5.2.3.2. Các bề mặt của máng, đặc biệt là lối vào và phần cổ phải nhẵn. Máng có thể được xây dựng bằng bê tông với bề mặt được phủ xi măng hoặc có thể trát bằng vật liệu chống ăn mòn. Đối với các máng được đặt tại phòng thí nghiệm, lớp mặt phải tương đương với tấm kim loại được cán mỏng hoặc ván, phủ cát và gỗ xẻ được sơn phủ. Lớp phủ bề mặt là phần đặc biệt quan trọng trong phần trụ của phần cổ nhưng các yêu cầu có thể được nới lỏng ở ngoài khoảng cách dọc theo biên dạng 0,5 h_max phía dòng vào và dòng ra của phần cổ.

5.2.3.3. Để làm giảm thiểu độ không đảm bảo đo của phép đo lưu lượng, máng phải thỏa mãn các sai lệch dưới đây:

a) trên chiều rộng đáy b của phần cổ: 0,2 % của b với sai lệch lớn nhất tuyệt đối 0,01 m;

b) trên các độ lệch điểm từ một mặt phẳng trong phần cổ: 0,1 % l;

c) trên chiều rộng giữa các bề mặt thẳng đứng trong phần cổ: 0,2 % chiều rộng với sai lệch lớn nhất 0,01 m;

...

...

...

e) trên đường dốc của các bề mặt nghiêng trong phần cổ: 0,1 %;

f) trên chiều dài của cổ: 1 % l;

g) trên các độ lệch điểm từ mặt phẳng trong phần chuyển tiếp đầu vào tới cổ: 0,1 % l;

h) trên các độ lệch điểm từ một bề mặt phẳng trong phần chuyển tiếp đầu ra từ phần cổ: 0,3 % l;

i) trên các độ lệch từ một mặt phẳng hoặc đường cong trên các bề mặt thẳng đứng hoặc nghiêng khác: 1 %;

j) trên độ lệch từ mặt phẳng đáy của kênh vào đã được trát: 0,1 % l.

Toàn bộ cấu trúc của công trình phải được đo đạc, các giá trị trung bình của các kích thước liên quan và các độ lệch chuẩn của chúng ứng với độ tin cậy 95 % đều phải được tính toán. Các giá trị trung bình của các kích thước phải được sử dụng để tính lưu lượng và các độ lệch chuẩn của chúng phải được sử dụng để xác định độ không đảm bảo đo tổng cộng trong việc xác định lưu lượng.

5.2.4. Phía dòng ra của máng

Các điều kiện dòng phía dòng ra của máng là quan trọng việc kiểm soát mức nước cuối vì có thể làm ảnh hưởng đến vận hành của máng. Vì thế máng phải được thiết kế sao cho không bị tràn trong các điều kiện vận hành bình thường ngoại trừ bị tràn một khoảng thời gian giới hạn ví dụ trong thời điểm lũ lụt. Cấu trúc của máng trên sông hoặc suối có thể làm thay đổi các điều kiện dòng chảy phía dòng vào và dòng ra của công trình. Việc này có thể gây ra sự tích tụ vật chất nhiều hơn trong lòng sông phía dòng ra, dẫn đến có thể làm cho mực nước trung bình tăng lên đủ lớn để làm tràn máng, đặc biệt tại dòng chảy có lưu lượng thấp. Phải loại bỏ mọi chất tích tụ.

...

...

...

6.1. Bảo trì công trình đo và kênh vào đóng vai trò quan trọng để bảo đảm cho các phép đo chính xác.

Kênh vào đến các máng phải được giữ sạch ở mức có thể và ở cách xa bùn đất và cây cối với các khoảng cách nhỏ nhất được qui định trong 5.2.2.1.

6.2. Giếng nổi, ống nối và lối vào từ kênh vào phải được giữ sạch và tránh để lắng cặn. Phần cổ và đường cong vào máng phải được giữ sạch và tránh sự phát triển của tảo.

7. Đo cột áp

Các phương pháp và thiết bị thường dùng để đo cột áp, chi tiết của thiết kế và các yêu cầu chức năng của các giếng tiêu năng và chi tiết đặt điểm “không” của thiết bị đo mức nước được qui định trong ISO 4373. Các yêu cầu về đo cột áp đối với các kiểu máng cụ thể liên quan đến Điều 8 và 9.

8. Máng Parshall

8.1. Mô tả

Máng Parshall có mặt cắt ngang hình chữ nhật bao gồm phần đầu vào hội tụ, phần cổ và phần đầu ra phân kỳ (xem Hình 1).

Đáy của lối vào phải thực sự phẳng theo cả chiều dọc và chiều ngang. Các vách bên phải thẳng đứng và tạo thành một góc hội tụ không đổi 11° 19' hoặc phải thu hẹp tỉ lệ 1:5 trên mặt bằng so với trục của máng.

...

...

...

Các vách bên của phần lối ra phải thẳng đứng và tạo thành một góc phân kì không đổi bằng 9° 28' hoặc phải có tỉ lệ phóng đại 1:6 trên mặt phẳng so với trục của máng. Đáy phải được nghiêng về phía dòng vào với gradient nghịch đảo 1:6; điều này được áp dụng đối với mọi cỡ máng.

Để đảm bảo dòng vào máng bằng phẳng để tránh rối bề mặt tại đầu ra của máng, mặt cắt ngang của lối vào và ra phải được nối với các bờ kênh tự nhiên hoặc các đường dốc cạnh của kênh nhân tạo bằng các vách ngăn phụ thẳng đứng tạo góc 45° với trục của máng hoặc được uốn cong với bán kính R ≥ 2h_max (xem Hình 1). Đối với các máng có kích cỡ nhỏ hơn, có chiều rộng phần cổ nhỏ hơn 0,5 m, các vách ngăn phải được đặt vuông góc với trục của máng.

Máng Parshall có thể được làm bằng gỗ, đá, bê tông, bê tông cốt thép hoặc bất kì loại vật liệu khác tùy thuộc vào các điều kiện đang có. Các máng Parshall nhỏ có thể được chế tạo bằng các tấm kim loại và được sử dụng làm các máng di động. Các máng được tạo bằng bê tông cốt thép có thể phải được đúc sẵn thành một tổ hợp tại hiện trường.

a) Hình chiếu ngang

b) Mặt cắt

Hình 1 - Máng Parshall

Bảng 1 - Các kích thước đối với các máng Parshall tiêu chuẩn

...

...

...

Máng Parshall số

Phần cổ

Lối vào

Lối ra

Chiều cao của vách bên

b

l

X

Y

...

...

...

b₁

l₁

l_e

l_a

b₂

l₂

h_p2

h_c

1

...

...

...

3

4

5

6

7

8

9

10

11

...

...

...

13

14

1

0,152

0,305

0,05

0,075

0,115

0,40

...

...

...

0,622

0,415

0,39

0,61

0,012

0,60

2

0,250

0,600

...

...

...

0,075

0,230

0,78

1,325

1,325

0,900

0,55

0,92

0,072

...

...

...

3

0,300

0,600

0,05

0,075

0,230

0,84

1,350

1,377

...

...

...

0,60

0,92

0,072

0,95

4

0,450

0,600

0,05

0,075

...

...

...

1,02

1,425

1,454

0,967

0,75

0,92

0,072

0,95

5

...

...

...

0,600

0,05

0,075

0,230

1,20

1,500

1,530

1,020

0,90

...

...

...

0,072

0,95

6

0,750

0,600

0,05

0,075

0,230

1,38

...

...

...

1,607

1,074

1,05

0,92

0,072

0,95

7

0,900

0,600

...

...

...

0,075

0,230

1,56

1,650

1,683

1,121

1,20

0,92

0,072

...

...

...

8

1,000

0,600

0,05

0,075

0,230

1,68

1,700

1,734

...

...

...

1,30

0,92

0,072

1,00

9

1,200

0,600

0,05

0,075

...

...

...

1,92

1,800

1,836

1,227

1,50

0,92

0,072

1,00

10

...

...

...

0,600

0,05

0,075

0,230

2,28

1,950

1,989

1,329

1,80

...

...

...

0,072

1,00

11

1,800

0,600

0,05

0,075

0,230

2,64

...

...

...

2,142

1,427

2,10

0,92

0,072

1,00

12

2,100

0,600

...

...

...

0,075

0,230

3,00

2,250

2,295

1,534

2,40

0,92

0,072

...

...

...

13

2,400

0,600

0,05

0,075

0,230

3,36

2,400

2,448

...

...

...

2,70

0,92

0,072

1,00

8.2. Kích thước

Máng Parshall có một tính chất đặc biệt đó là các máng không có mô hình hình học giống nhau. Chiều dài phần cổ, chiều cao đỉnh và chiều dài lối ra là hằng số đối với một loạt các máng trong khi các kích thước khác thay đổi theo hàm số của chiều rộng phần cổ; các kích thước khác này có thể được xác định bằng cách phân tích.

Vì thế cần phải sử dụng các máng đã được hiệu chuẩn được xây dựng theo các kích thước được qui định lần lượt trong Bảng 1 và Bảng 2 đối với các máng Parshall tiêu chuẩn và cỡ lớn.

8.2.1. Máng Parshall tiêu chuẩn

Kích thước của một máng Parshall tiêu chuẩn cụ thể được kí hiệu bằng chiều rộng phần cổ b (xem Bảng 1, cột 2).

...

...

...

Các kích thước khác của các máng này (số 2 đến 13) được tính bằng cách sử dụng các phương trình sau:

a) Chiều rộng của mặt cắt ngang lối vào của máng, tính bằng mét

b₁ = 1,2b +0,48

(1)

b) Chiều dài trục của lối vào, tính bằng mét

l₁ = 0,5b + 1,2

(2)

c) Chiều dài vách phân kì, tính bằng mét

l_e = 1,02 l₁

...

...

...

d) Chiều dài vách giữa đỉnh và phần đo cột áp h_a

 

(4)

e) Chiều rộng mặt cắt ngang lối ra, tính bằng mét

b₂ = b + 0,30

(5)

f) Chiều cao vách bên lối đầu vào, tính bằng mét

h_c = h_a,max + (0,15 hoặc 0,20)

(6)

...

...

...

Các chiều dài l₃ và l₄ của các vách ngăn thay đổi theo chiều rộng của các kênh tự nhiên hoặc nhân tạo (xem Hình 1). Để đảm bảo các đầu nối đúng qui cách với các bờ kênh hoặc các đường dốc bên của kênh tự nhiên, các vách ngăn phải được mở rộng ra ít nhất một một khoảng bằng 0,4 m đến 0,5 m vào sâu trong các bờ kênh.

8.2.2. Máng Parshall cỡ lớn

Ngược lại với các máng Parshall tiêu chuẩn, kích thước của các máng Parshall cỡ lớn phải được xác định độc lập đối với từng thiết kế cụ thể là một hàm của chiều rộng phần cổ. Không có phương trình phân tích nào sẵn có dùng để xác định các kích thước của các máng Parshall cỡ lớn; áp dụng các giá trị được qui định trong Bảng 2. Các giá trị này không được thay đổi hay làm tròn mà không đi kèm với việc hiệu chuẩn máng.

Bảng 2 đưa ra các kích thước quan trọng của các máng Parshall cỡ lớn có chiều rộng phần cổ trong phạm vi 3,05 m và 15,24 m dùng để đo lưu lượng trong phạm vi từ 0,16 m^3/s đến 93 m^3/s. Có thể thấy l, X, Y, h_p1 và h_p2 trong Bảng 2 là hằng số đối với một loạt các máng. Ngoài ra, các độ dốc của đáy phần cổ và đáy phần đầu ra lần lượt là 3:8 và 1:6, các góc hội tụ (11° 19') và phân kì (9° 28') của các vách bên của phần lối vào và lối ra cũng được giữ không đổi đối với tất cả các máng Parshall. Kích thước duy nhất được xác định bằng cách phân tích là chiều dài của vách nắm giữa đỉnh và của đường ống giếng tiêu năng được sử dụng để đo h_a.

Chiều dài này được tính bằng mét, theo phương trình sau

 

(7)

Chiều rộng phần cổ b được khuyến nghị bằng từ 1/3 đến 1/2 lần chiều rộng đáy b_c của kênh tự nhiên hoặc nhân tạo (xem Hình 1).

Bảng 2 - Các kích thước đối với các máng Parshall cỡ lớn

...

...

...

Máng Parshall số

Phần cổ

Lối vào

Lối ra

Chiều cao của vách bên

b

l

X

Y

...

...

...

b₁

l₁

l_e

l_a

b₂

l₂

h_p2

1

2

...

...

...

4

5

6

7

8

9

10

11

12

...

...

...

14

3,05

0,91

0,305

0,23

0,343

4,76

4,27

1,83

...

...

...

1,83

0,152

1,22

15

3,66

0,91

0,305

0,23

0,343

...

...

...

4,88

2,03

4,47

2,44

0,152

1,52

16

4,57

1,22

...

...

...

0,23

0,457

7,62

7,62

2,34

5,59

3,05

0,203

1,83

...

...

...

6,10

1,83

0,305

0,23

0,686

9,14

7,62

2,84

7,32

...

...

...

0,305

2,13

18

7,62

1,83

0,305

0,23

0,686

10,67

...

...

...

3,35

8,94

3,96

0,305

2,13

19

9,14

1,83

0,305

...

...

...

0,686

12,31

7,93

3,86

10,57

4,27

0,305

2,13

20

...

...

...

1,83

0,305

0,23

0,686

15,48

8,23

4,88

13,82

4,88

...

...

...

2,13

21

15,24

1,83

0,305

0,23

0,686

18,53

8,23

...

...

...

17,27

6,10

0,305

2,13

8.3. Phép đo cột áp và các giới hạn áp dụng

Lưu lượng qua máng Parshall được xác định bằng cách đo các giá trị cột áp ở phần đầu vào (cột áp phía dòng vào, h_a) và tại phần cổ (cột áp phía dòng ra, h_b). Phải đo một hay hai cột áp tùy thuộc vào các điều kiện dòng trong máng.

Đối với các điều kiện dòng chảy tự do, chỉ cần đo cột áp h_a. Vị trí đo cột áp h_a phải được đặt tại khoảng cách l_a đo dọc theo vách nghiêng phía dòng vào từ đỉnh máng [l_a có thể được tính bằng cách sử dụng công thức (4) và công thức (7)]. Phạm vi khuyến nghị của các cột áp h_a được qui định trong Bảng 3 và 4.

Trường hợp không cần độ chính xác cao, có thể sử dụng dụng cụ đo mức nước để xác định cột áp h_a bằng cách đặt thẳng đứng chúng tại vị trí thực hiện phép đo áp trên mặt trong của vách đầu vào hội tụ. Dụng cụ đo mức nước chắc chắn phải được đưa về “không” so với độ cao của đỉnh máng, tức là chiều cao của đáy máng nằm ngang tại điểm cuối của lối vào.

Bảng 3 - Các đặc trưng lưu lượng của các máng Parshall tiêu chuẩn

...

...

...

Chiều dài phần cổ
b

Phương trình tính lưu lượng^1)

m^3/s

Phạm vi cột áp

h_a

m

Phạm vi lưu lượng^2^)

Q

...

...

...

Giới hạn mô đun

σ_c

(thực nghiệm)

Tỉ số số tràn

σ

(khuyến nghị)

min

max

min

...

...

...

1

2

3

4

5

6

7

8

9

...

...

...

0,152

0,381

0,03

0,45

1,5

100

0,55

0,6

2

...

...

...

0,561

0,03

0,60

3,0

250

-

0,6

3

0,30

...

...

...

0,03

0,75

3,5

400

0,62

0,6

4

0,45

1,038

...

...

...

0,75

4,5

630

0,64

0,6

5

0,60

1,403

0,05

...

...

...

12,5

850

0,66

0,6

6

0,75

1,772

0,06

0,75

...

...

...

1100

0,67

0,6

7

0,90

2,147

0,06

0,75

30,0

...

...

...

0,68

0,6

8

1,00

2,397

0,06

0,80

30,0

1500

...

...

...

0,7

9

1,20

2,904

0,06

0,80

35,0

2000

-0,70

...

...

...

10

1,50

3,668

0,06

0,80

45,0

2500

0,72

0,7

...

...

...

1,80

4,440

0,08

0,80

80,0

3000

0,74

0,7

12

...

...

...

5,222

0,08

0,80

95,0

3600

0,76

0,7

13

2,40

...

...

...

0,08

0,80

100,0

4000

0,78

0,7

^1^) C = C_Db x 3,279^n

trong đó:

C_D là hệ số lưu lượng;

...

...

...

^2) Được phép làm tròn đến giá trị gần nhất.

Bảng 4 - Các đặc trưng lưu lượng của các máng Parshall cỡ lớn

Máng Parshall số

Chiều cao phần cổ
b

Phương trình^1) tính lưu lượng

Phạm vi cột áp

h_a

m

...

...

...

Q

m^3/s

Hệ số tràn

σ_c

(khuyến nghị)

Hệ số tràn (hệ số điều chỉnh)

C_a

m^3/s

min

...

...

...

min

max

1

2

3

4

5

6

7

...

...

...

9

14

3,05

7,463

0,09

1,07

0,16

8,28

0,80

...

...

...

15

3,66

8,859

0,09

1,37

0,19

14,68

0,80

1,2

...

...

...

4,57

10,96

0,09

1,67

0,23

25,04

0,80

1,5

17

...

...

...

14,45

0,09

1,83

0,31

37,97

0,80

2,0

18

7,62

...

...

...

0,09

1,83

0,38

47,16

0,80

2,5

19

9,14

21,44

...

...

...

1,83

0,46

56,33

0,80

3,0

20

12,19

28,43

0,09

...

...

...

0,60

74,70

0,80

4,0

21

15,24

35,41

0,09

1,83

...

...

...

93,04

0,80

5,0

^1^) C₁ = C_Db, trong đó C_D là hệ số lưu lượng.

Trường hợp yêu cầu độ chính xác cao hơn hoặc trường hợp các thiết bị đo ghi liên tục hoặc sử dụng cơ cấu nhận biết hành trình, thì phải cung cấp một giếng tiêu năng. Để kết nối giếng tiêu năng với dòng chảy trong máng, sử dụng một đoạn ống có đầu vào được đặt tại vị trí được khuyến nghị đối với phép đo cột áp ở gần với đáy phần lối vào (xem Hình 1).

Máng Parshall phải được làm việc dưới điều kiện dòng tràn nên phải đo cả cột áp h_a và h_b. Vị trí để đo cột áp h_b phải được đặt trong phần cổ, cách đáy võng một khoảng X. Khi dòng trong phần cổ tương đối rối, nó sẽ làm cho mặt nước rung động đáng kể, không thích hợp cho việc dùng dụng cụ đo mức nước để đo h_b. Vì vậy cần phải có một giếng tiêu năng.

Bảng 1 và Bảng 2 đưa ra giá trị X và Y là các vị trí tọa độ của mặt cắt ngang lối vào của đoạn ống nối với các kích cỡ máng khác nhau. Giếng tiêu năng thích hợp đối với dụng cụ đo mức, cơ cấu nhận biết hành trình hoặc thiết bị ghi liên tục đều phải được đưa về “không” so với chiều cao đỉnh máng một cách chính xác.

Thiết kế của các giếng tiêu năng và các đoạn ống nối phải phù hợp với các yêu cầu được qui định trong Điều 7.

Các giếng tiêu năng dùng cho phép đo cột áp h_a và h_b phải đặt kề nhau vì thế việc lắp đặt hoàn thiện được đặt trên một mặt phẳng (trong nhà hoặc ngoài trời).

...

...

...

8.4. Các điều kiện dòng tự do và dòng tràn

Lưu lượng đi qua máng Parshall được coi là dòng tự do khi nó độc lập với sự thay đổi mức nước hạ lưu. Khi máng Parshall hoạt động dưới các điều kiện dòng tự do, dòng tại phần đầu vào dưới giới hạn, với các chiều sâu giảm dần theo hướng dòng chảy cho đến khi chiều sâu tới hạn đạt được ở gần đỉnh máng. Ngoài đỉnh, trong phần cổ, các chiều sâu dưới giới hạn (xem Hình 1). Các điều kiện dòng tự do sẽ tồn tại cho đến khi cột áp phía dòng ra tăng đến điểm mà ở đó hệ số tràn () bằng với giới hạn module σ_c, nghĩa là

 

(8)

Khi điều này xảy ra dòng chảy trong phần đầu ra và phần cổ lớn hơn sẽ bị tràn (xem Hình 1).

Khi cột áp phía dòng ra lớn hơn, các điều kiện dòng tràn sẽ được mở rộng ra ngoài phía dòng vào đến phần đầu vào và vì thế sẽ làm giảm lưu lượng qua máng. Khi máng hoạt động dưới các điều kiện dòng tràn, lưu lượng được đo phụ thuộc vào hệ số tràn σ.

Các phép hiệu chuẩn chỉ ra giới hạn module đối với các máng Parshall tiêu chuẩn trong khoảng từ 0,55 đến 0,78 (xem Bảng 3, cột 8). Giá trị trung bình khuyến nghị của hệ số tràn là 0,6 đến 0,7 đối với các máng Parshall tiêu chuẩn (xem Bảng 3, cột 9) và 0,8 đối với máng Parshall cỡ lớn là 8 (xem Bảng 4, cột 8).

Việc xác định lưu lượng dưới điều kiện dòng tràn có thể thực hiện được miễn là hệ số tràn không vượt quá 0,95.

Khi các hệ số tràn cao hơn thì máng không còn hoạt động như một cấu trúc đo lưu lượng.

...

...

...

8.5. Xác định lưu lượng

8.5.1. Xác định lưu lượng trong điều kiện dòng tự do

Lưu lượng qua máng Parshall hoạt động trong điều kiện dòng tự do (nghĩa là σ < σ_c) được tính theo phương trình sau:

 

(9)

trong đó

Q là lưu lượng, tính bằng mét khối trên giây;

b là chiều rộng của cổ máng, tính bằng mét;

h_a là cột áp ở phần đầu vào, tính bằng mét;

...

...

...

n là số mũ phụ thuộc thuộc vào b.

Lưu lượng qua máng Parshall tiêu chuẩn số 2 đến 13, hoạt động dưới các điều kiện dòng tự do được tính theo phương trình sau:

(10)

(nghĩa là C_D = 0,372 và n = 1,569b^0^,^026 đối với máng Parshall tiêu chuẩn số 1, C_D = 0,384 và n có cùng giá trị như trên).

Các phương trình tính lưu lượng đối với từng máng Parshall tiêu chuẩn được qui định trong Bảng 3, cột 3, trong đó C = C_Db (3,279)^n.

Lưu lượng qua các máng Parshall cỡ lớn (xem Bảng 4, cột 1, số 14 đến 21) hoạt động dưới các điều kiện dòng tự do (nghĩa là σ < σ_c) được tính theo phương trình sau:

Q

...

...

...

(nghĩa là  và n = 1,6)

Các phương trình tính lưu lượng đối với từng máng Parshall cỡ lớn được qui định trong Bảng 4, cột 3, với C₁ = C_D b.

Bảng 3 và 4 cũng đưa ra các giá trị phạm vi của lưu lượng tự do [được tính từ công thức (10) và (11)] có thể áp dụng đối với tất cả các cỡ máng.

8.5.2. Xác định lưu lượng trong điều kiện dòng tràn

Lưu lượng đi qua máng Parshall hoạt động trong điều kiện dòng tràn bị ảnh hưởng bởi cột áp phía dòng ra và được tính bằng cách điều chỉnh lưu lượng tự do:

Q_dr = Q

 Q_E       (12)

trong đó

Q_dr là lưu lượng dòng tràn;

...

...

...

Q_E là sự sụt giảm lưu lượng do hiện tượng tràn gây ra.

Để đánh giá Q_E cho các máng Parshall tiêu chuẩn (nghĩa là số 1 đến 13), sử dụng phương trình thực nghiệm sau:

 

(13)

Đối với các máng Parshall cỡ lớn, qui trình xác định Q_E như sau:

Từ Hình 2, lựa chọn giá trị Q_E,3 (đối với chiều rộng phần cổ b = 3,05 m) tương ứng với hệ số tràn σ và cột áp phía dòng vào h_a của máng.

Đối với các độ rộng phần cổ b lớn hơn 3,05 m, nhân giá trị của Q_E,3 thu được từ Hình 3 với hệ số tràn C_s tương ứng với chiều rộng cổ thực tế (xem Bảng 4, cột 9), nghĩa là

Q_E = Q_E,3C_s

(14)

...

...

...

9. Máng SANIIRI

9.1. Mô tả

Máng SANIIRI có tiết diện hình chữ nhật và gồm có phần đầu vào hội tụ với đáy ngang, dốc tại đầu phía dòng vào. Sau đó có phần mở rộng đột ngột tiết diện của máng (trong mặt phẳng) để kết nối với kênh phía dòng ra (xem Hình 3).

Do cổ và phần đầu ra không phân kỳ nên các máng SANIIRI có thiết kế đơn giản hơn các máng Parshall.

Các vách bên thẳng đứng và hội tụ (trong mặt phẳng) với góc hội tụ 11°; điều này được áp dụng đối với tất cả các cỡ máng.

Dốc, nghĩa là cao trình của đáy máng cao hơn đáy của kênh phía dòng ra được gọi là ngưỡng máng h_p. Khi máng có ngưỡng được dựng trong kênh tự nhiên thì đáy và bờ phía dòng ra của ngưỡng cần phải được cách nhau một khoảng l₅.

Trong trường hợp mong muốn hoặc cần thiết, đáy của máng có thể được nâng lên so với đáy của phía dòng vào vì thế tạo ra ngưỡng chiều cao h_pl.

Đầu vào đến đầu ra máng phải được nối với các bờ kênh bằng các vách thẳng đứng tạo thành (trong mặt phẳng) các góc vuông với trục của máng (xem Hình 3).

Các máng SANIIRI có thể được xây dựng bằng bê tông, bê tông cốt thép hoặc khối bê tông hoặc bằng cấu trúc rỗng được làm bằng tấm kim loại có các góc được gia cố và được trát bằng vữa xi măng.

...

...

...

Các thiết kế của máng SANIIRI có các mô hình hình học giống nhau, kích thước của chúng là hàm của chiều rộng b của tiết diện đầu ra của máng. Các kích thước khác của máng được tính toán bằng cách sử dụng các phương trình sau

a) Chiều rộng của tiết diện đầu vào, tính bằng mét

b₁ = 1,7b

(15)

b) Chiều dài của máng, tính bằng mét

l₀ = l₁ = 2b

(16)

c) Chiều cao của ngưỡng, tính bằng mét

h_p ≥ 0,5 h_a,max

...

...

...

d) Chiều dài của kênh phía dòng ra, tính bằng mét

l₅ ≈ 3h_a,max

(18)

e) Chiều cao của các vách bên, tính bằng mét

h_c = h_a,max + (0,15 hoặc 0,20)

(19)

f) Phạm vi chiều rộng của tiết diện đầu ra, tính bằng mét

0,2 ≤ b ≤ 1,0

(20)

...

...

...

Chiều rộng trung bình  của kênh tự nhiên hoặc nhân tạo phải lớn hơn hoặc bằng 1,4 b₁, nghĩa là

 

(21)

Điều này phải được xem xét khi lựa chọn kích cỡ của máng để sử dụng, trong kênh cụ thể.

Hình 2 - Biểu đồ để xác định số hiệu chính lưu lượng đối với các máng Parshall cỡ lớn

a) Hình chiếu mặt

...

...

...

CHÚ DẪN

1  Dụng cụ đo mức nước

2  Đầu vào của đường ống đến giếng tiêu năng 3

3  Giếng tiêu năng dùng để đo h_a

4  Thiết bị đo cột áp

5  Thiết bị đo cột áp

6  Giếng tiêu năng dùng để đo h_b

7  Đầu vào của đường ống đến giếng tiêu năng 6

8  Thiết bị đo mức nước

...

...

...

Bảng 5 - Các kích thước và dung tích của các máng SANIIRI tiêu chuẩn

Máng SANIIRI số

b

l₀ = l₁

b₁

h_p

h_c

l₅

Phạm vi cột áp

...

...

...

m

m

m

m

m

m

m

m^3/s

min.

...

...

...

min.

max.

1

2

3

4

5

6

7

...

...

...

9

10

11

1

0,3

0,6

0,51

0,40

0,7

...

...

...

0,14

0,55

0,03

0,25

2

0,4

0,8

0,68

0,50

...

...

...

1,8

0,14

0,60

0,04

0,40

3

0,5

1,0

0,85

...

...

...

0,9

2,0

0,15

0,70

0,06

0,63

4

0,60

1,2

...

...

...

0,80

1,0

2,5

0,20

0,85

0,10

1,00

5

0,75

...

...

...

1,275

1,00

1,2

3,0

0,22

1,0

0,16

1,60

6

...

...

...

2,0

1,70

1,20

1,3

3,0

0,24

1,1

0,25

2,50

...

...

...

Lưu lượng qua máng SANIIRI được xác định bằng cách đo cột áp (chiều sâu của nước) trong phần đầu vào (cột áp phía dòng vào, h_a) và phần đầu ra (cột áp phía dòng ra, h_b) (xem Hình 3).

Phải đo một hay hai cột áp tùy thuộc vào các điều kiện dòng trong máng.

Đối với các điều kiện dòng tự do, chỉ cần đo cột áp h_a. Vị trí thực hiện phép đo h_a đặt tại đầu vào (vị trí 2 trong Hình 3) của đường ống nối đến giếng tiêu năng (vị trí 3 trong Hình 3) nằm trên mặt cắt ngang đầu vào của máng.

Trường hợp giếng tiêu năng không được cung cấp, dụng cụ đo mức nước phải được đặt gần đầu vào của máng (vị trí 1 trong Hình 3) chắc chắn phải được đưa về “không” so với chiều cao của đáy máng.

Đối với dòng tràn cần phải đo của cột áp h_a và h_b.

VỊ trí thực hiện phép đo h_b được bố trí ở đầu vào (vị trí 7 trong Hình 3) của ống nối đến giếng tiêu năng (vị trí 6 trong Hình 3) nằm trên mặt cắt ngang đầu ra của máng. Đầu vào của ống nối phải được đặt tại chiều cao của đáy máng. Nếu không có giếng tiêu năng, sẽ phải sử dụng cụ đo mức nước (vị trí 8 trong Hình 3) được đặt thẳng đứng trên vách đầu ra.

Thiết kế đối với các giếng tiêu năng và các ống nối phải phù hợp với các yêu cầu được qui định trong Điều 7.

Phạm vi cột áp có thể đo được bằng các cỡ máng SANIIRI khác nhau là từ 0,1 m và 1,1 m (xem Bảng 5).

9.4. Các điều kiện dòng tự do và dòng tràn

...

...

...

Việc xác định lưu lượng dưới các điều kiện dòng tràn có thể thực hiện được miễn là tỉ số dòng tràn không vượt quá 0,9.

9.5. Xác định lưu lượng

9.5.1. Xác định lưu lượng dưới các điều kiện dòng tự do

Lưu lượng qua máng SANIIRI hoạt động dưới các điều kiện dòng tự do (nghĩa là σ ≤ 0,2) được tính theo các phương trình sau:

 

(22)

trong đó C_D là hệ số lưu lượng thu được từ

 

(23)

...

...

...

Lưu lượng qua máng SANIIRI hoạt động dưới điều kiện dòng tràn (nghĩa là σ > σ_c = 0,2) tính được từ phương trình thực nghiệm

Q_dr = Q C_s

(24)

trong đó

Q_dr là lưu lượng tràn;

C_s là hệ số tràn hoặc hệ số hiệu chính thu được từ.

 

(25)

Các giá trị C_s tương ứng với phạm vi hệ số tràn σ từ 0,20 đến 0,90 được xác định trong Bảng 6.

...

...

...

σ

C_s

σ

C_s

σ

C_s

σ

C_s

0,20

...

...

...

0,50

0,92

0,72

0,83

0,81

0,75

0,26

0,97

0,55

...

...

...

0,74

0,82

0,82

0,73

0,32

0,96

0,58

0,90

0,75

...

...

...

0,83

0,71

0,60

0,89

0,76

0,80

0,85

...

...

...

0,38

0,95

0,62

0,88

0,77

0,79

0,86

0,67

...

...

...

0,78

0,78

0,87

0,65

0,42

0,94

0,65

...

...

...

0,79

0,77

0,88

0,63

0,67

0,86

0,80

...

...

...

0,89

0,61

0,47

0,93

0,70

0,84

0,90

...

...

...

10. Độ không đảm bảo đo trong phép đo dòng

10.1. Quy định chung

10.1.1. Thông thường, độ không đảm bảo đo thành phần xuất hiện từ các nguồn sai số có thể đánh giá được (xem 10.4 và 10.5) và tổng hợp lại (xem 10.6) để thu được một ước lượng độ không đảm bảo tổng hợp trong phép đo lưu lượng. Độ không đảm bảo tổng hợp này cho phép đánh giá lưu lượng có thể đo được với độ chính xác đủ để sử dụng hay không. Điều 10 cung cấp các thông tin cần thiết cho người sử dụng tiêu chuẩn này để ước lượng độ không đảm bảo trong phép đo lưu lượng (xem TCVN 8114 (ISO 5168) Đo dòng lưu chất- Ước lượng độ không đảm bảo đo của phép đo lưu lượng

10.1.2. Độ không đảm bảo tổng hợp có thể được xác định bằng chênh lệch giữa lưu lượng thực và lưu lượng tính được theo các phương trình hiệu chuẩn được thừa nhận để xây dựng và lắp đặt máng theo tiêu chuẩn này.

Thuật ngữ “độ không đảm bảo” được sử dụng để chỉ ra khoảng giá trị, xung quanh giá trị đo được, mà lưu lượng thực được kì vọng trong đó tới 19 phần 20 (nghĩa là với giới hạn độ tin cậy 95 %).

10.2. Các nguồn sai số

10.2.1. Các nguồn sai số trong phép đo lưu lượng có thể được xác định bằng cách xem xét dạng tổng quát của phương trình tính lưu lượng dùng cho máng:

(26)

...

...

...

C₀ là hằng số không có sai số;

g là gia tốc trọng trường, thay đổi theo vị trí nhưng sự thay đổi có thể bỏ qua trong phép đo lưu lượng.

10.2.2. Các nguồn sai số dưới đây cần phải được xem xét:

a) hệ số lưu lượng C_D;

b) các phép đo kích thước máng, ví dụ chiều rộng phần cổ, b của máng;

c) phép đo cột áp, h.

10.3. Các loại sai số

10.3.1. Các sai số được phân loại thành ngẫu nhiên hoặc hệ thống, ban đầu nó làm ảnh hưởng đến độ tái lập (độ chụm) của phép đo và sau đó làm ảnh hưởng đến độ chính xác thực của phép đo.

10.3.2. Độ lệch chuẩn của tập hợp n phép đo đại lượng y trong điều kiện ổn định có thể được ước lượng từ phương trình:

...

...

...

(27)

trong đó

 là giá trị trung bình số học của n phép đo;

y_i là kết quả của một phép đo đơn lẻ.

Độ lệch chuẩn của giá trị trung bình được tính bằng công thức

 

(28)

và độ không đảm bảo của giá trị trung bình[1] là 2 (với độ tin cậy 95 %). Độ không đảm bảo này là đóng góp của độ không đảm bảo trong các quan trắc của y vào độ không đảm bảo thành phần.

10.3.3  Phép đo có thể gây ra sai số hệ thống; vì thế giá trị trung bình của rất nhiều giá trị đo được sẽ khác với giá trị thực của đại lượng được đo. Ví dụ, sai số đặt điểm “không” của dụng cụ đo mức nước so với chiều cao của đáy đầu vào gây ra một chênh lệch hệ thống giữa giá trị trung bình thực của cột áp được đo và giá trị thực tế. Vì việc lặp lại phép đo không loại bỏ được sai số hệ thống nên giá trị thực tế chỉ có thể được xác định bằng phép đo độc lập đã biết có độ chính xác cao hơn.

...

...

...

10.4.1. Các giá trị được nêu trong tiêu chuẩn này cho các hệ số khác nhau của các phương trình tính lưu lượng dùng cho máng Parshall và SANIIRI có được dựa trên thực nghiệm thực hiện một cách cẩn thận với độ lặp lại của các giá trị số đọc đủ để đảm bảo độ chụm cần thiết. Tuy nhiên, khi các phép đo được thực hiện tại các công trình tương tự khác, sai lệch hệ thống giữa các hệ số lưu lượng có thể xảy ra do sự khác nhau trên lớp trát bề mặt của thiết bị, việc lắp đặt, điều kiện dòng vào, ảnh hưởng của thang đo giữa mô hình và công trình tại hiện trường, v.v...

10.4.2. Độ không đảm bảo của các hệ số lưu lượng nêu trong tiêu chuẩn này được tính dựa vào độ lệch của dữ liệu thực nghiệm (từ các nguồn khác nhau) so với các phương trình lí thuyết đã nêu và trên toàn bộ hệ thống. Độ không đảm bảo hệ thống theo phần trăm, C của máng Parshall  trong khoảng 2 % đến 4 % và của máng SANIIRI  = 3%.

10.5. Độ không đảm bảo trong các phép đo do người sử dụng thực hiện

10.5.1. Trong các phép đo do người sử dụng thực hiện, cả sai số ngẫu nhiên và hệ thống sẽ xuất hiện

10.5.2. Vì phương pháp cũng như cách thực hiện không được qui định nên không thể đưa ra bất kì trị số nào cho các độ không đảm bảo của nhóm này; người sử dụng phải ước lượng chúng. Ví dụ, việc xem xét phương pháp đo chiều rộng của máng cho phép người sử dụng xác định độ không đảm bảo của đại lượng này.

10.5.3. Phải xác định độ không đảm bảo của giá trị cột áp được đo từ việc đánh giá các nguồn sai số cụ thể, ví dụ độ không đảm bảo của việc xác định điểm “không”, bậc tự do từ độ chệch và độ lặp lại của thiết bị đo (trong đó khe hở cơ học của thiết bị là một phần tử quan trọng), độ dao động của mực nước được đo.v.v... Độ không đảm bảo của cột áp được đo là căn bậc hai của tổng bình phương các độ không đảm bảo đo riêng lẻ. Độ không đảm bảo này có thể là nhỏ nếu sử dụng phương tiện trắc vi với việc xác định điểm không có độ chính xác so sánh được.

10.5.4. Độ không đảm bảo trong phép đo kích thước của máng (chủ yếu là chiều rộng b) sẽ phụ thuộc vào độ chính xác của thiết bị được sử dụng để đo. Trên thực tế, độ không đảm bảo này thường có thể chứng minh là đáng kể so với các độ không đảm bảo khác.

10.6. Tổng hợp các độ không đảm bảo

10.6.1. Độ không đảm bảo tổng hợp hệ thống hay ngẫu nhiên là tổng một số độ không đảm bảo thành phần, bản thân chúng có thể là các độ không đảm bảo kết hợp với điều kiện các độ không đảm bảo thành phần là độc lập, nhỏ và nhiều, chúng có thể được tổng hợp lại với nhau để cho độ không đảm bảo ngẫu nhiên (hoặc hệ thống) ở mức tin cậy 95 %.

...

...

...

10.6.3. Do bản chất của độ không đảm bảo hệ thống và ngẫu nhiên khác nhau nên chúng thường không được kết hợp với nhau. Tuy nhiên nếu điều 10.6.1 được thỏa mãn, độ không đảm bảo ngẫu nhiên từ các nguồn khác nhau có thể được kết hợp với nhau bằng định luật căn bậc hai tổng bình phương và độ không đảm bảo hệ thống từ các nguồn khác nhau cũng có thể được kết hợp với nhau tương tự.

10.6.4. Độ không đảm bảo đo ngẫu nhiên theo phần trăm  của lưu lượng có thể được tính từ phương trình sau:

 

(29)

trong đó

 là độ không đảm bảo ngẫu nhiên theo phần trăm của C,

 là độ không đảm bảo ngẫu nhiên theo phần trăm của b;

 là độ không đảm bảo ngẫu nhiên theo phần trăm của h_a,

y và n lần lượt là số mũ của b và h và phụ thuộc vào loại, kích thước của máng.

...

...

...

 

(30)

 là độ không đảm bảo hệ thống theo phần trăm của C,

 là độ không đảm bảo hệ thống theo phần trăm của b;

 là độ không đảm bảo hệ thống theo phần trăm của h_a,

10.7. Trình bày kết quả

Mặc dù mong muốn và thường là cần thiết liệt kê độ không đảm bảo tổng hợp ngẫu nhiên và hệ thống một cách riêng biệt, nhưng việc trình bày kết quả đơn giản hơn có thể được yêu cầu. Vì mục đích này độ không đảm bảo hệ thống và ngẫu nhiên có thể được kết hợp với nhau như mô tả trong TCVN 8114 (ISO 5168) bằng cách sử dụng phương trình sau:

 

(31)

...

...

...

11.1. Dưới đây là một ví dụ về việc tính lưu lượng và độ không đảm bảo kèm theo trong phép đo dòng đơn lẻ sử dụng máng Parshall hoạt động trong điều kiện dòng tự do. Chiều rộng của cổ b = 1,0 m và cột áp đo được h_a = 0,6 m. Các kích thước khác của máng Parshall được xác định theo Bảng 1 cho máng Số 8 (No 8).

11.2. Tính lưu lượng bằng phương trình đưa ra trong Bảng 3 đối với máng Số 8.

 m^3/s

11.3. Vì độ không đảm bảo ngẫu nhiên có thể bỏ qua, độ không đảm bảo trong giá trị này của Q chỉ phụ thuộc vào độ không đảm bảo hệ thống:

Giả sử rằng

(xem 10.4.2).

11.4. Giả sử nếu một vài phép đo chiều rộng được thực hiện, thành phần độ không đảm bảo đo ngẫu nhiên trong phép đo chiều rộng coi như có thể bỏ qua. Độ không đảm bảo hệ thống trong phép đo chiều rộng được giả thiết trong trường hợp này là 0,01 m.

Theo đó

...

...

...

  

11.5. Độ lớn của độ không đảm bảo gắn với thiết bị đo cột áp liên quan đến thiết bị cụ thể được sử dụng. Đã chứng minh việc điều chỉnh điểm “không” của máy ghi mức nước có thể đạt được độ chính xác ± 0,003 m. Đây là sai số hệ thống. Không có sai số ngẫu nhiên gắn với việc đặt điểm “không” vì cho đến khi điểm “không” được cài đặt lại, điểm “không” thực sẽ có cùng độ lớn và dấu.

Vì thế

...

...

...

11.6. Có thể xác định độ không đảm bảo gắn với các loại thiết bị quan sát mức nước khác nhau bằng cách sử dụng các phép thử được thực hiện một cách cẩn thận trong điều kiện được kiểm soát. Thành phần độ không đảm bảo ngẫu nhiên có thể được xác định bằng cách đọc một loạt các số chỉ tại mức nước đã cho. Tuy nhiên, để phân biệt độ không đảm bảo này với các nguồn độ không đảm bảo khác, giá trị đọc này phải được thực hiện với mức nước luôn luôn tăng dần (hoặc giảm). Với các thiết bị được sử dụng trong ví dụ này, giả sử độ lệch chuẩn của giá trị trung bình là  = 0,003 m. Độ không đảm bảo hệ thống trong phép đo mức nước xuất hiện do khe hở hoặc độ dãn nở của thước. Khi đó có thể cần áp dụng việc hiệu chính nhưng phép thử kiểm tra đối với các kiểu thiết bị được sử dụng sẽ chỉ ra độ lớn của độ không đảm bảo hệ thống còn dư. Trong trường hợp này, khi thiết bị ghi mức nước được sử dụng, có giá trị xấp xỉ bằng ± 0,002 5 m.

Theo đó,

 m

 m

...

...

...

= ± 1 %

= ± 0,42 %

11.7. Việc kết hợp các độ không đảm bảo thành phần để thu được độ không đảm bảo tổng hợp của cột áp được thực hiện như sau:

Giả sử , có thể bỏ qua, độ không đảm bảo trong phép đo mức nước là:

...

...

...

= ± (0+1^2)

= ± 1 %

và

...

...

...

11.8. Việc tổng hợp các độ không đảm bảo thành phần để thu được độ không đảm bảo tổng hợp trong phép đo lưu lượng có thể được thực hiện như sau:

Độ không đảm bảo ngẫu nhiên tổng hợp theo phần trăm trong phép đo lưu lượng là

= (± 1^2 + 0 + 1,569^2 x 1^2)

= ± 1,86 %

Độ không đảm bảo hệ thống tổng hợp theo phần trăm trong phép đo lưu lượng là

...

...

...

= (± 3^2 + 1,05^2 x 1^2 + 1,569^2 x 0,65^2)

= ± 3,34 %

11.9. Để thuận tiện cho việc thể hiện kết quả đơn giản, các độ không đảm bảo hệ thống và ngẫu nhiên có thể được kết hợp bằng luật căn bậc hai của tổng bình phương như sau:

X_Q

...

...

...

= ± 3,82%

Vì thế lưu lượng Q bằng 1,075 m^3/s ± 3,82 % hoặc (1,034 ≤ Q ≤ 1,12) m^3/s.

Độ không đảm bảo ngẫu nhiên theo phần trăm là ± 1,86 %.

MỤC LỤC

1. Phạm vi áp dụng

2. Tài liệu viện dẫn

3. Định nghĩa và kí hiệu

...

...

...

5. Lắp đặt

5.1. Lựa chọn hiện trường

5.2. Điều kiện lắp đặt

6. Bảo trì - Các yêu cầu chung

7. Đo cột áp

8. Máng Parshall

8.1. Mô tả

8.2. Kích thước

8.2.1. Máng Parshall tiêu chuẩn

...

...

...

8.3. Phép đo cột áp và các giới hạn áp dụng

8.4. Các điều kiện dòng tự do và dòng tràn

8.5. Xác định lưu lượng

8.5.1. Xác định lưu lượng dưới các điều kiện dòng tự do

8.5.2. Xác định lưu lượng dưới các điều kiện dòng tràn

9. Máng SANIIRI

9.1. Mô tả

9.2. Kích thước

9.3. Đo cột áp và các giới hạn áp dụng

...

...

...

9.5. Xác định lưu lượng

10. Độ không đảm bảo đo trong phép đo dòng

10.1. Tổng quát

10.2. Các nguồn sai số

10.3. Các loại sai số

10.4. Các độ không đảm bảo đo trong các giá trị hệ số

10.5. Các độ không đảm bảo đo trong các phép đo được thực hiện bởi người sử dụng

10.6. Tổng hợp các độ không đảm bảo đo

10.7. Diễn đạt kết quả

...

...

...

[1] Hệ số này là 2 khi n lớn, khi n = 6 thì hệ số này là 2,6, khi n = 8 thì hệ số này là 2,4, khi n = 10 thì hệ số này là 2,3, khi n = 15 thì hệ số là 2,1