Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7921-2-2:2009 Phân loại điều kiện môi trường - Giáng thủy và gió

• Số hiệu: TCVN7921-2-2:2009
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2009

Kiểu mưa	Giới hạn trên của cường độ mưa	Đường kính giọt điển hình	Vận tốc rơi
	mm/h	mm	m/s
Mưa rất nhỏ	Vệt ^2	0,01 – 0,1	< 0,25
Mưa nhẹ	1,0	0,1 – 0,5	0,25 – 1
Mưa vừa	4,0	0,5 – 1,0	1 – 2
Mưa to	15	1,0 – 2,0	2 – 4
Mưa rất to	40	2,0 – 5,0	4 – 7
Mưa giông	> 100	> 3,0	> 6
^1 Cường độ mưa trong IEC 60721-3 có các giá trị cường độ đỉnh trong thời gian ngắn ^2 “Vệt” là thuật ngữ đo lường đối với cường độ mưa nhỏ hơn 1 mm/h.

Nhiệt độ giọt mưa thường giống với nhiệt độ bầu ướt của máy đo độ ẩm, nhưng có thể có sai lệch, ví dụ mưa được tạo ra từ các hạt tinh thể băng hoặc khi bắt đầu mưa.

4.2. Mưa đá

Mưa đá được đặc trưng bởi các tham số vật lý của hạt mưa đá như sau:

- đường kính,

- mật độ,

- vận tốc rơi,

- năng lượng va đập.

Ở đây chỉ xét các hạt mưa đá có đường kính lớn do ảnh hưởng có hại của chúng nhưng các hạt mưa đá có đường kính nhỏ lại có tần suất phổ biến hơn. Mật độ của hạt mưa đá xấp xỉ 900 kg/m3. Vận tốc rơi được xác định bằng công thức:

...

...

...

v là vận tốc rơi, tính bằng mét trên giây;

d là đường kính hạt mưa đá, tính bằng milimét.

Từ đó, năng lượng va đập được tính từ khối lượng (đường kính, mật độ) và vận tốc rơi. Bảng 2 đưa ra các đặc trưng của hạt mưa đá có đường kính từ 20 mm trở lên.

Bảng 2 – Đặc trưng của mưa đá

Đường kính

mm

Khối lượng

g

Vận tốc rơi

...

...

...

Năng lượng va đập

J

20

50

60

70

80

90

100

...

...

...

59

102

162

241

344

471

23

36

40

...

...

...

46

49

52

1

39

81

151

257

411

...

...

...

CHÚ THÍCH: Các giá trị này đều đã được làm tròn

4.3. Tuyết

Tuyết được sinh ra dưới dạng các bông tuyết có đường kính vài milimet và mật độ thấp. Tuy nhiên, nếu bị thổi trong luồng gió mạnh thì các tinh thể tuyết bị vỡ ra thành các hạt nhỏ có đường kính chỉ còn 20 mm và trung bình là 80 mm. Mật độ tuyết rơi khi trên mặt đất khác nhau rất nhiều. Tuyết vừa rơi xuống có mật độ trong phạm vi từ 70 kg/m^2 đến 150 kg/m^3 trong khi đó mật độ tuyết đã rơi từ lâu là 200 kg/m^3 đến 400kg/m^3.

4.4. Gió

Tốc độ gió bị ảnh hưởng đáng kể bởi các đặc điểm của phong cảnh địa phương và độ cao so với mặt đất. Mặt đất càng gồ ghề thì tốc độ gió gần mặt đất càng giảm; do đó có thể có sự khác nhau đáng kể giữa tốc độ gió gần mặt đất và tốc độ gió ở các độ cao trên mặt đất. Bảng 3 dưới đây là minh họa của ảnh hưởng này.

Bảng 3 - Ảnh hưởng của độ cao và bề mặt đến tốc độ gió

Độ cao so với mặt đất

mm

Tốc độ gió tương đối trên các bề mặt khác nhau tính bằng phần trăm của tốc độ gió ở độ cao 500 m, %

...

...

...

Các quận ngoại thành, khu vực rừng

Vùng đất bằng phẳng, biển

500

300

100

30

10

3

100

...

...

...

53

32

21

13

100

92

68

48

36

...

...

...

100

100

86

71

60

49

5. Phân loại

Mưa, mưa đá, tuyết và gió có ảnh hưởng khác nhau đến sản phẩm, có ảnh hưởng riêng của từng loại, có ảnh hưởng kết hợp lẫn nhau hoặc ảnh hưởng do kết hợp với các tham số môi trường khác.

Một số ví dụ về các tham số đơn lẻ và tham số kết hợp được cho dưới đây.

...

...

...

Mưa có cường độ rất khác nhau và biến đổi đáng kể theo vĩ độ, khí hậu và mùa. Nhìn chung, cường độ được xem xét là cao nhất xuất hiện trong những cơn bão nhiệt đới và vòi rồng.

Cường độ mưa được ghi lại trên thế giới vào khoảng 300 mm trong 1 min. Các trận mưa này thường ngắn, ví dụ mưa trong cơn bão nhiệt đới hiếm khi kéo dài quá 30 min.

Mưa bình thường gồm các giọt có kích cỡ và vận tốc khác nhau. Các đặc trưng của các giọt này phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và hàm lượng ẩm trong khí quyển. Các tính chất này của khí quyển sẽ tạo ra sự bay hơi từng phần hoặc hoàn toàn các giọt nước rơi xuống. Nhìn chung, nhiệt độ mặt đất càng cao và độ ẩm trung bình càng cao thì kích cỡ hạt trung bình càng lớn. Do đó, mưa ở vùng nhiệt đới thường gồm các giọt lớn hơn các giọt mưa, ví dụ, ở vùng Bắc Âu (xem Hình 2).

5.2. Mưa tạt

Mưa tạt là sự kết hợp của mưa và gió. Gió bổ sung thành phần vận tốc theo phương nằm ngang vào vận tốc rơi, và có thể tạo thêm áp suất dưới mức trong tổng thể. Bản thân mưa cũng có thể tạo ra áp suất dưới nước như vậy vì bị làm lạnh do nhiệt độ mưa thấp. Trong vùng nhiệt đới, cường độ mưa 130 mm/h kết hợp với tốc độ gió 30 m/s là giá trị lớn nhất lấy trung bình trong một giờ. Các giá trị đỉnh một phút của cường độ mưa có thể cao hơn đáng kể so với giá trị lớn nhất trong 1 h đề cập ở trên đạt đến 20 mm ở vùng nhiệt đới và đến 10 mm đối với các vùng còn lại trên trái đất.

5.3. Hình thành băng

Việc hình thành băng xuất hiện khi có sự kết hợp của mưa rơi trên mặt phẳng lạnh dưới 0 ^oC (ví dụ do bức xạ đối với bầu trời đêm), hoặc do các hạt mưa siêu lạnh đóng băng ngay khi va đập. Chiều dày của lớp băng đến 75 mm có thể xuất hiện trên tháp anten và những kết cấu cao tương tự.

5.3.1. Hơi sương

Hơi sương được hình thành khi không khí ẩm tiếp xúc với bề mặt lạnh dưới 0 ^oC và bay lên. Hơi sương thường được hình thành khi có gió nhẹ. Nó là các tinh thể hình kim và tính bám dính vào các bề mặt kém.

...

...

...

Sương muối được hình thành do sự va chạm nhiều lần rồi đóng băng của các giọt nước siêu lạnh được mang theo gió đập vào đối tượng. Nó có hình dạng đặc trưng là “đuôi tôm” bởi vì các điểm mà sương muối chạm vào vật là nhỏ và lớn lên theo chiều gió. Sương muối có màu trắng và có kết cấu dạng hạt. Ở vùng có nhiều núi, sương muối có thể xuất hiện trên một đối tượng ở tốc độ 30 mm/h hoặc 30 cm trong một đêm. Sương muối cũng có thể xuất hiện cùng với tuyết tạo ra một vỏ bọc tuyết lớn lên đối tượng. Có thể có các lớp lớn nhất bằng 150 mm gần mặt đất và tăng tuyến tính đến 500 mm ở độ cao 100 m so với mặt đất. Mật độ các lớp này xấp xỉ 200 kg/m^3.

5.3.3. Băng trong

Băng trong được hình thành khi các giọt nước siêu lạnh đóng băng trên một bề mặt. Băng cứng và trong suốt hoặc mờ đục. Băng trong có thể hình thành kết cấu dạng lớp của các lớp trong suốt hoặc mờ đục với các bọt không khí nhỏ bên trong kết cấu đó. Băng trong không có kết cấu đặc biệt. Nó rắn chắc, khối lượng riêng lớn và lực bám dính lớn. Băng trong được hình thành khi nhiệt độ thấp và vận tốc gió cao.

5.3.4. Lớp băng

Lớp băng được hình thành khi các hạt siêu lạnh trên một bề mặt và hình thành màng nước trước khi đóng băng. Khối lượng riêng và độ bám dính của lớp băng cao và không có bọt không khí bên trong.

5.3.5. Quá trình hình thành băng

Kiểu hình thành băng phụ thuộc vào:

- nhiệt độ không khí,

- vận tốc gió,

...

...

...

- hàm lượng nước ở thể lỏng.

Hình 3 và Hình 4 thể hiện mối quan hệ giữa các kiểu hình thành băng, và đường kính giọt nước, vận tốc gió và nhiệt độ không khí.

- Dạng băng trên bề mặt trụ phụ thuộc vào:

- bán kính hình trụ,

- vận tốc gió,

- kích cỡ giọt nước.

Có thể tìm được bán kính giới hạn ứng với vận tốc gió và kích cỡ giọt nước mà lớn hơn giá trị đó thì không có hoặc có rất ít băng được hình thành (xem Hình 5).

5.4. Mưa đá

Ở hầu hết các phần trên trái đất, các cục mưa đá có đường kính đến 20 mm đều có thể xảy ra, nhưng đường kính lớn hơn 50 mm có xác suất xuất hiện thấp.

...

...

...

Trọng tải lớn nhất của tuyết thường thấy ở những phần phía nam của vùng có mùa đông lạnh giá (đối với bán cầu bắc, và ngược lại đối với bán cầu nam), và đặc biệt ở các phần của vùng này bị chi phối bởi khí hậu biển. Ở các vùng này, trọng tải của tuyết vào khoảng 2 kPa tương ứng với độ sâu 2 m đối với tuyết mới và 0,7 m đối với tuyết cũ. Ở các vùng có nhiều núi, trọng tải này có thể lớn hơn đến mười lần.

5.6. Tuyết rơi tạt

Tuyết rơi tạt là sự kết hợp của tuyết gió. Trong các điều kiện này, tuyết có thể chứa các hạt rất nhỏ có thể lùa qua các khe nhỏ và khớp nối trong sản phẩm. Khối lượng lùa theo chiều ngang giảm nhanh theo khoảng cách so với mặt đất. Các giá trị lớn nhất dự kiến là các giá trị cho trong Bảng 4 dưới đây.

Bảng 4 – Khối lượng lùa lớn nhất theo chiều ngang của tuyết

Độ cao so với mặt đất

m

Khối lượng lùa theo chiều ngang

g/(m^2s)

10

...

...

...

0,5

0,1

310

560

800

3 000

5.7. Lực của gió

Gió gây ra trên các kết cấu một lực là hàm của tốc độ gió trung bình và kích cỡ và hình dạng của vật thể. Đối với một tấm phẳng đặt vuông góc với hướng gió, lực lượng cho bởi công thức:

F = 0,65v^2A

...

...

...

F là lực tính bằng niuton

v là vận tốc trung bình của gió tính bằng mét trên giây

A là diện tích tấm phẳng tính bằng mét vuông.

Các cơn gió mạnh có thể gây ra những xung lực ngắn mà trong một số trường hợp có thể theo chu kỳ và tạo ra biên độ rung lớn nếu cộng hưởng với tần số đáp ứng tự nhiên của kết cấu. Tần số của các cơn gió mạnh này thường dưới 1 Hz.

Một hiện tượng đặc biệt là sự thoát ra của hai luồng xoáy xuống từ một hình trụ nằm vuông góc với hướng gió. Sự thoát ra này tác động trở lại một lực theo chu kỳ lên hình trụ vuông góc với hướng gió. Tần số của lực này được cho bởi công thức

f là tần số tính bằng hec

v là vận tốc trung bình của gió tính bằng mét trên giây

...

...

...

Hình 1 – Vận tốc giới hạn của các giọt nước mưa trong không khí không có gió ở điều kiện khí quyển: 101,3 kPa, +20 ^oC

Hình 2 – Sự biến đổi kích cỡ giọt nước theo độ cao so với mực nước biển do bay hơi ở các giá trị độ ẩm tương đối khác nhau (R.H)

Hình 3 – Ba kiểu hình thành băng là hàm của nhiệt độ và đường kính giọt nhỏ

Hình 4 – Ba kiểu hình thành băng là hàm của nhiệt độ và vận tốc gió

Hình 5 -  Bán kính giới hạn (R_L) của hình trụ mà lớn hơn giá trị đó không hình thành hoặc rất hiếm khi hình thành băng

...

...

...

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Lời giới thiệu

1. Phạm vi áp dụng

2. Mục đích

3. Quy định chung

3.1. Giáng thủy

3.2. Gió

4. Đặc trưng

...

...

...

4.2. Mưa đá

4.3. Tuyết

4.4. Gió

5. Phân loại

5.1. Mưa bình thường

5.2. Mưa tạt

5.3. Hình thành băng

5.4. Mưa đá

5.5. Trọng tải của tuyết

...

...

...

5.7. Lực của gió