Culvert crossing bao gồm một tập hợp các cống. Một crossing có thể bao gồm một hoặc nhiều cống, và mỗi cống có thể được định nghĩa với multiple barrels. Một dự án có thể chứa nhiều crossing, như đã thấy trong Hình 1, và mỗi crossing có thể chứa một hoặc nhiều cống (Hình 2).
Hình 3.1: Mặt bằng vượt suối với một cống – Single Barrel Crossing và điểm vượt suối có nhiều ống cống – Multiple Barrel Crossing
Hình 3.2: Mặt đứng của nhiều ống cống – multiple culvert barrels trong một điểm vượt suối – culvert crossing
3.1 Discharge Data – Dữ liệu lưu lượng
HY-8 cung cấp ba tùy chọn để nhập dữ liệu lưu lượng: “Tối thiểu, Thiết kế và Tối đa”, “Tự xác định” và “Tái xuất hiện”. “Tối thiểu, Thiết kế và Tối đa” là tùy chọn mặc định và trong lịch sử cũng là tùy chọn duy nhất có sẵn.
3.1.1 Tối thiểu, Thiết kế và Tối đa
HY-8 sẽ thực hiện các phép tính thủy lực cho culvert crossing dựa trên giá trị lưu lượng tối thiểu, thiết kế và tối đa được nhập vào. Các phép tính tạo thành đường cong hiệu suất được thực hiện cho mười khoảng lưu lượng bằng nhau giữa giá trị tối thiểu và tối đa. Người dùng có thể nhập một phạm vi lưu lượng hẹp hơn để kiểm tra hiệu suất crossing cho một khoảng lưu lượng cụ thể.
3.1.1.1 Lưu lượng tối thiểu
Giới hạn dưới được sử dụng cho đường cong hiệu suất crossing. Có thể chỉnh sửa thành một số lớn hơn ‘0’.
3.1.1.2 Lưu lượng thiết kế
Tùy chọn này thiết kế lưu lượng cho crossing. Nó luôn được đưa vào như một trong các điểm trên đường cong hiệu suất.
3.1.1.3 Lưu lượng tối đa
Giới hạn trên được sử dụng cho đường cong hiệu suất
3.1.2 User-Defined – Người dùng tự xác định
Người dùng trước tiên xác định số lượng lưu lượng mà họ muốn nhập. Sau đó, người dùng nhập các lưu lượng theo thứ tự tăng dần (lưu lượng nhỏ nhất ở trên cùng, lớn nhất ở dưới cùng). Người dùng có thể gán tên cho lưu lượng nếu muốn. Nếu không đặt tên, cột tên sẽ không được hiển thị trong kết quả hoặc báo cáo.
3.1.3 Recurrence – Tái xuất hiện
Người dùng xác định lưu lượng tương ứng với năm tái xuất hiện. Người dùng không cần nhập tất cả các năm trong bảng và bất kỳ lưu lượng nào còn ở giá trị 0 sẽ không hiển thị trong kết quả hoặc báo cáo.
3.2 Tailwater Data – Dữ liệu kênh hạ lưu
3.2.1 Dữ liệu tailwater
HY-8 cung cấp các tùy chọn sau để tính đường cong đánh giá tailwater ở hạ lưu từ một culvert crossing:
- Hình dạng kênh
- Đường cong đánh giá
- Cao độ tailwater cố định
- Kênh bất quy tắc
HY-8 sử dụng độ sâu normal để biểu diễn cao độ tailwater cho cả trường hợp kênh xác định và kênh bất quy tắc. Mặt cắt ngang đại diện cho hai tùy chọn này nên được đặt ở hạ lưu của cống, nơi dòng chảy normal được giả định xảy ra (ví dụ tại điểm chuyển tiếp kênh). Các cao độ mặt nước tính toán được giả định áp dụng tại cửa ra của cống.
3.2.2 Channel Shape – Hình dạng kênh
Có ba hình dạng kênh có sẵn để xác định kênh tailwater hạ lưu: hình chữ nhật, hình thang và hình tam giác. Khi chọn hình dạng kênh, cửa sổ nhập liệu sẽ điều chỉnh để chỉ hiển thị các tham số cần thiết cho hình dạng đã chọn. Khi xác định một hình dạng kênh, phân tích yêu cầu các thuộc tính kênh sau:
- Chiều rộng đáy — Chiều rộng kênh tại mặt cắt hạ lưu, được thể hiện trong hình bên dưới.
- Độ dốc thành kênh (H:V) (_:1) — Mục này chỉ áp dụng cho các kênh hình thang và tam giác. Người dùng xác định tỷ lệ Ngang/Đứng bằng cách nhập số đơn vị ngang cho mỗi đơn vị thay đổi đứng.
- Độ dốc kênh — Độ dốc của kênh tính theo m/m hoặc ft/ft. Nếu nhập độ dốc bằng 0, sẽ xuất hiện thông báo lỗi khi thoát cửa sổ nhập liệu. Người dùng phải nhập độ dốc lớn hơn 0 trước khi phân tích crossing.
- Hệ số nhám Manning’s n — Người dùng xác định hệ số nhám MANNING cho kênh.
- Cao độ đáy kênh — Người dùng phải nhập cao độ. Chương trình sẽ hiển thị cao độ đáy cống số 1 thực tế.
3.2.3 Rating Curve
Tùy chọn rating curve thể hiện quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy và cao độ tailwater cho kênh hạ lưu. Khi chọn tùy chọn Enter Rating Curve, người dùng sẽ nhận được một lời nhắc để nhập 11 giá trị lưu lượng và cao độ tăng dần, như minh họa bên dưới. Tùy chọn này yêu cầu phải có cao độ invert – đáy của kênh (thường là cùng với invert hạ lưu của cống) để có thể tính được chiều sâu tailwater từ đường rating curve.
3.2.4 Constant Tailwater Elevation – Cao độ Tailwater cố định
Cao độ tailwater cố định nghĩa là cao độ được nhập sẽ giữ nguyên cho tất cả các lưu lượng. Tùy chọn này yêu cầu một cao độ đáy kênh (thường bằng với cao độ đáy cống ở hạ lưu) để có thể tính toán độ sâu tailwater. Một cao độ tailwater cố định có thể đại diện, ví dụ, cho cao độ thiết kế của một hồ, vịnh, hoặc cửa sông nơi các cống thoát nước đổ ra.
3.2.5 Irregular Channel – Kênh bất quy tắc
Tùy chọn mặt cắt kênh bất quy tắc cho phép định nghĩa kênh bằng cách sử dụng độ dốc kênh và các tọa độ gồm vị trí ngang (station), cao độ (elevation), và hệ số nhám Manning’s n tại mỗi điểm tọa độ đầu vào. Số lượng tọa độ cho phép là không giới hạn, tuy nhiên nếu dùng nhiều tọa độ sẽ mất nhiều thời gian hơn để tính toán kết quả. Tất cả các giá trị tọa độ và n có thể được sao chép từ Microsoft Excel và dán vào bảng nhập liệu. Sau khi nhập toàn bộ dữ liệu, người dùng có thể vẽ và xem mặt cắt ngang kênh nhìn về phía hạ lưu.
3.2.6 Irregular Channel Error – Kênh bất quy tắc bị lỗi
Khi khả năng của một kênh bất quy tắc không đủ để truyền tải phạm vi lưu lượng, phiên bản 6.1 của HY-8 “tràn” lượng nước dư vào một đồng bằng ngập lụt vô hạn (xem hình vẽ bên dưới). Đường cong rating thể hiện cao độ tailwater không đổi, vận tốc mặt cắt ngang và ứng suất cắt được tính toán cho tất cả các lưu lượng vượt quá khả năng của kênh.
HY-8 không sử dụng khái niệm “tràn”. Nếu mặt cắt ngang bất quy tắc không thể truyền tải phạm vi lưu lượng do người dùng nhập vào, ứng dụng sẽ hiển thị thông báo lỗi sau: “Irregular tailwater channel is not big enough to convey flow – Kênh taliwater không đủ lớn để truyền tải lưu lượng.”
Người dùng có hai lựa chọn để sửa lỗi này:
– Lựa chọn đầu tiên là nhập thêm các điểm dữ liệu nhằm mục đích mở rộng mặt cắt ngang theo phương ngang và phương thẳng đứng dựa trên khảo sát thực địa hoặc phán đoán tốt nhất. Lựa chọn này có thể được sử dụng để mô phỏng khái niệm “tràn” của HY-8 bằng cách mô phỏng một đồng bằng ngập lụt rất rộng với các điểm kênh mở rộng.
– Lựa chọn thứ hai là tạo các bức tường thẳng đứng để giữ dòng chảy nhằm làm tăng độ sâu dòng chảy.
3.3 Roadway Data – Dữ liệu Đường
3.3.1 Dữ liệu Đường
Khi định nghĩa dữ liệu đường bộ cho vị trí vượt, HY-8 yêu cầu các tham số sau:
- Roadway Profile – Trắc dọc Đường
- Roadway Station – Lý trình Đường
- Crest Length – Chiều dài dọc Đường
- Crest Elevation – Cao độ đỉnh Đường
- Roadway Surface – Loại bề mặt Đường
- Top With – Chiều rộng trên cùng của Đường
Cao độ đường có thể là một giá trị không đổi hoặc thay đổi theo Station. Người dùng có thể xác định một vị trí ban đầu cho Đường hoặc sử dụng mặc định là 0.0. Việc xác định vị trí này dùng để định vị các cống dọc theo chiều dài của mặt cắt đường bộ khi chọn tùy chọn Front View.
Bề mặt Đường có thể là mặt lát hoặc mặt đá dăm, hoặc người dùng có thể nhập hệ số lưu lượng tràn trong phương trình đập tràn. Người dùng có thể chọn bề mặt đường lát hoặc bề mặt đường đá dăm, từ đó chương trình sử dụng một giá trị hệ số đập tràn mặc định. Nếu chọn nhập hệ số lưu lượng, người dùng sẽ nhập hệ số trong khoảng từ 2.5 đến 3.095.
Các giá trị nhập cho chiều dài đỉnh và chiều rộng trên cùng của đường bộ sẽ không ảnh hưởng đến các phép tính thủy lực trừ khi xảy ra hiện tượng tràn.
3.3.2 Roadway Profile – Trắc dọc đường
Có hai tùy chọn khi định nghĩa roadway profile: cao độ không đổi và cao độ thay đổi. Với tùy chọn cao độ không đổi, người dùng sẽ được nhắc nhập các giá trị cho chiều dài đỉnh và cao độ đỉnh của đường bộ, như minh họa trong hình bên dưới. Mặc dù không cần thiết cho các phép tính thủy lực của cống, vị trí bắt đầu của đường bộ cũng được nhập vào (mặc định là 0.0 và không cần thay đổi nếu người dùng không biết vị trí hoặc không muốn nhập). Bằng cách xác định vị trí bắt đầu, các cống có thể được định vị theo chiều ngang và hiển thị đúng mối quan hệ với đường bộ trong chế độ xem Front View.
Khi chọn dạng profile thay đổi, người dùng sẽ được nhắc nhập từ 3 đến 15 điểm xác định vị trí và cao độ của từng điểm dọc theo roadway profile. Người dùng cũng sẽ được nhắc nhập một lý trình bắt đầu cho Đường khi xem front view cống bằng cách sử dụng thanh công cụ Views.
Chiều dài của một đoạn đường có phần tùy ý nhưng nên phản ánh bề rộng mặt nước phía trên tại cao trình mặt đường trong kênh ở thượng lưu cống. Bề rộng đường bao gồm cả lề đường, làn xe và dải phân cách.