Luận văn Tốt nghiệp Thuỷ văn công trình

lớn Q CVN CSN ở đây ta giả thiết theo đ−ờng K – M Trị số bình quân của trận lũ th−ờng trong thời kì đo đạc bằng trị số bình quân của những trận lũ th−ờng trong thời kì xuất hiện lại của nó : )( baNan QQ +−− = ( 1 ) Tổng bình ph−ơng độ lệch của trận lũ th−ờng trong thời kì đo đạc giả thiết : )( baNan +−=− σσ ( 2 ) Từ giả thiết (1) ta có : trị số bình quân l−u l−ợng có kể đến lũ đặc biệt lớn : ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − +−+= ∑ ∑+ −− ba an ijan Qan baNQNQ 1 1 )(1 Từ giả thiết (2) ta tính đ−ợc hệ số phân tán có kể đến lũ đặc biệt lớn : ( ) ( ) ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −− +−+−−= ∑ ∑ −an jVN kan baNK N C 1 22 11 1 1 tổng số giá trị đỉnh lũ Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 66 \ Từ đó ta có hệ số thiên lệch có kể đến lũ đặc biệt lớn : CSN = m . CVN m đ−ợc chọn sao cho có đ−ờng tần suất lý luận trùng với đ−ờng tần suất đã chọn Trong tr−ờng hợp một số công trình quan trọng l−u l−ợng đỉnh lũ th−ờng đ−ợc cộng thêm một số gia an toàn : QMax = Q*MaxP + Δ QMaxP hệ số an toàn phụ thuộc số năm có tài liệu mức độ nghiên cứu thuỷ văn của vùng tính toán đ−ợc xác định theo sai số quân ph−ơng của đ−ờng tần suất l−u l−ợng đỉnh lũ ý nghĩa L−u l−ợng đỉnh lũ thiết kế là một đại l−ợng quan trọng để biểu thị dòng chảy lũ thiết kế 21. Xác định l−u l−ợng đỉnh lũ thiết kế khi có đủ tμi liệu. Các vấn đề cần chú ý giải quyết. Nội dung qiải quyết từng vấn đề vμ ý nghĩa của chúng. Xác định l−u l−ợng đỉnh lũ thiết kế khi có đủ tài liệu. ƒ Chọn mẫu thống kê đỉnh lũ ƒ Xác định các thông số thống kê mx Cv Cs ƒ Xây dựng đ−ờng tần suất ƒ Xác định trị số thiết kế QMaxP Các vấn đề cần chú ý giải quyết ƒ Chọn mẫu thống kê đỉnh lũ đảm bảo các tính đại biểu, độc lập, đồng nhất ƒ Xử lý các trận lũ đặc biệt lớn ƒ Chọn mẫu thống kê đỉnh lũ • chọn mỗi năm một trị số lớn nhất • chọn mỗi năm nhiều trị số n hàng năm chọn một số trị số cố định o chọn theo ph−ơng pháp giới hạn d−ới p chọn theo ph−ơng pháp xếp thứ tự ƒ Xử lý lũ đặc biệt lớn • Xác định lại thời kì xuất hiện lại của lũ đặc biệt lớn • Tính các tham số thống kê có kể đến lũ đặc biệt lớn Q CVN CSN Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 67 \ 22. Khái niệm tổng l−ợng lũ vμ tổng l−ợng lũ thiết kế. Tính tổng l−ợng lũ thiết kế khi có nhiều tμi liệu quan trắc. Khái niệm tổng l−ợng lũ và tổng l−ợng lũ thiết kế ƒ Tổng l−ợng lũ thiết kế WMax ( m3 ) là tổng l−ợng n−ớc của toàn bộ quá trình trận lũ có hai khái niệm về tổng l−ợng lũ • tổng l−ợng lũ toàn bộ trận lũ • tổng l−ợng lũ thời đoạn ƒ Tổng l−ợng lũ thiết kế là tổng l−ợng n−ớc của toàn bộ quá trình trận lũ thiết kế Tính tổng l−ợng lũ thiết kế khi có nhiều tài liệu quan trắc. khi tại l−u vực tính toán đã đo đạc đ−ợc rất nhiều giá trị đỉnh lũ ⇒ xác định tổng l−ợng lũ thiết kế khi có nhiều tài liệu trong tr−ờng hợp này chính là giải quyết bài toán cơ bản của thống kê đối với đại l−ợng ngẫu nhiên tổng l−ợng lũ. Tr−ờng hợp này tổng l−ợng lũ thiết kế đ−ợc xác định t−ơng tự nh− tính l−u l−ợng đỉnh lũ thiết kế, gồm các b−ớc sau : ƒ Chọn mẫu thống kê tổng l−ợng lũ ƒ Xác định các thông số thống kê mx Cv Cs ƒ Xây dựng đ−ờng tần suất ƒ Xác định trị số tổng l−ợng lũ thiết kế WMaxP tổng l−ợng lũ toàn bộ trận lũ Q t WMaxP Q t WMax t tổng l−ợng lũ thời đoạn ( th−ờng xét với sông dài, l−u vực lớn ) Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 68 \ 23. Các ph−ơng pháp xây dựng đ−ờng quá trình lũ thiết kế từ trận lũ điển hình. Tại l−u vực cần tính toán đã đo đạc đ−ợc rất nhiều đ−ờng quá trình lũ. Ta cần xây dựng đ−ờng quá trình lũ thiết kế : ( Q ∼ t ) Max P : ( Q ∼ t ) Max có các ph−ơng : ƒ Chọn quá trình lũ điển hình ( Q ∼ t )lũ đh • Trong tất cả các trận lũ đã đo đạc đ−ợc chọn một quá trình làm quá trình lũ điển hình, khi nó thoã mãn đồng thời các điều kiện sau đây : Q Max đh ≈ Q Max P l−u l−ợng đỉnh lũ điển hình xấp xỉ l−u l−ợng đỉnh lũ thiết kế WMax đh ≈ WMax P tổng l−ợng lũ điển hình xấp xỉ tổng l−ợng lũ thiết kế • Khi có nhiều đ−ờng quá trình đồng thời đ−ợc chọn thì cần cân nhắc đến điều kiện thứ ba : chọn dạng bất lợi nhất đối với công trình ƒ Ph−ơng pháp thu phóng ( Q ∼ t )lũ đh Tuỳ theo các dạng lũ điển hình đ−ợc chọn mà có thể có cách thu phóng khác nhau Đối với quá trình lũ đơn ta có thể có các ph−ơng pháp : • Thu phóng cùng một hệ số dh P Q Q QK max max= dh P W W WK max max= Theo cách này quá trình lũ thiết kế đ−ợc thu phóng bằng cách nhân tất cả các tung độ của quá trình lũ điển hình với hệ số KQ hoặc KW để cho ta quá trình lũ thiết kế Tuy nhiên việc thu phóng theo một hệ số có nhiều nh−ợc điểm vì vậy cần phải nghiên cứu ph−ơng pháp khác đ−ờng quá trình lũ điển hình Q t Q t QMax P Qi QiP=KQ.Qiđh QMax đh đ−ờng quá trình lũ thiết kế với hệ số thu phóng KQ ⇒ KQ Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 69 \ • Thu phóng hai hệ số ( ph−ơng pháp Oghiepski ) Tất cả các tung độ của quá trình lũ thiết kế đ−ợc thu phóng theo hệ số KQ, hoành độ t−ơng ứng của chúng đ−ợc thu phóng theo hệ số KT Q W T K KK = Ph−ơng pháp thu phóng theo hai sẽ cho dạng đ−ờng quá trình lũ thiết kế theo đ−ợc quá trình lũ điển hình ít bị biến đổi, nên đ−ợc dùng để thu phóng các trận lũ đơn. Đối với quá trình lũ kép ta có thể sử dụng ph−ơng pháp : thu phóng phân ra lũ chính phụ 23. Các ph−ơng pháp xây dựng đ−ờng quá trình lũ thiết kế từ trận lũ điển hình. ƒ Chọn quá trình lũ điển hình ( Q ∼ t )lũ đh ƒ Ph−ơng pháp thu phóng ( Q ∼ t )lũ đh • Thu phóng cùng một hệ số • Thu phóng hai hệ số ( ph−ơng pháp Oghiepski ) đ−ờng quá trình lũ điển hình Q t Q t QMax P Qi QiP=KQ.Qiđh QMax đh đ−ờng quá trình lũ thiết kế với hai hệ số thu phóng KQ, KT KT ti tiP = ti.KT KQ Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 70 \ 24. Khái niệm các loại c−ờng độ m−a. Cách tính c−ờng độ m−a thiết kế vμ l−ợng m−a thiết kế. Khái niệm các loại c−ờng độ m−a ƒ M−a M−a là hiện t−ợng n−ớc ở thể lỏng hoặc thể rắn trong khí quyển rơi xuống bề mặt trái đất M−a đ−ợc biểu thị bằng hai đại l−ợng • l−ợng m−a X mm là lớp n−ớc m−a rơi xuống mặt đất trong khoảng thời gian nào đó ( th−ờng đ−ợc tính bằng đơn vị mm ) • c−ờng độ m−a a , i mm/ph mm/h là l−ợng m−a rơi xuống trong một đơn vị thời gian ƒ Các loại c−ờng độ m−a • c−ờng độ m−a tức thời at mm/ph mm/h là l−ợng m−a đo đ−ợc trong một đơn vị thời gian tại một thời điểm bất kì ở vị trí quan trắc • c−ờng độ m−a bình quân lớn nhất thời đoạn aT mm/ph mm/h gọi tắt là c−ờng độ m−a bình quân lớn nhất là c−ờng độ m−a bình quân trong thời đoạn T cho tr−ớc đ−ợc chọn trên đ−ờng quá trình m−a at ∼ t sao cho c−ờng độ m−a bình quân trong thời đoạn đó là lớn nhất. T H a TT = HT : l−ợng m−a lớn nhất thời đoạn T • c−ờng độ m−a thiết kế aTP mm/ph mm/h c−ờng độ m−a thiết kế là c−ờng độ m−a bình quân lớn nhất thời đoạn tính toán T ứng với tần suất thiết kế p Cách tính c−ờng độ m−a thiết kế và l−ợng m−a thiết kế. ƒ C−ờng độ m−a thiết kế aTP mm/ph mm/h • Theo định nghĩa : T H a TT = HT : l−ợng m−a lớn nhất thời đoạn T ứng với tần suất p để tính lũ thiết kế thì : p chính là tần suất lũ thiết kế T chính là thời gian tập trung dòng chảy trên l−u vực • Ph−ơng pháp xác định aTP Trong thực tế có nhiều cách tính m−a lũ thiết kế khác nhau, nh−ng có thể phân thành 2 loại : o Ph−ơng pháp giải tích tiến hành tổng hợp tài liệu m−a để xây dựng công thức kinh nghiệm o Ph−ơng pháp đồ giải phân tích quan hệ giữa m−a thời đoạn ngắn với m−a ngày để xây dựng các đ−ờng cong triết giảm m−a Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 71 \ Trong đó: HT : l−ợng m−a lớn nhất rơi trong thời đoạn T đ−ợc xác định từ tài liệu đo m−a tự ghi với T = 5 phút, 10 phút, . . . , 1440 phút, 2280 phút Hng l−ợng m−a ngày lớn nhất xác định từ tài liệu đo m−a bằng thùng P để phục vụ tính lũ P = 1%, 2%, 5%, 10%, 20% Ph−ơng pháp xác định aTP theo đ−ờng cong triết giảm gồm các b−ớc sau n Xây dựng đ−ờng Ψ ( T,P ) ∼ P - Tính HTP đầu tiên, tính các tỉ số : ngP TP PT H H=Ψ ),( lấy P làm tham số, sẽ vẽ đ−ợc quan hệ Ψ ( T,P ) ∼ t Quan hệ này có tính chất : o có tính phân vùng rõ rệt, các l−u vực có hình thái m−a lũ giống nhau thì toạ độ của chúng trùng nhau ⇒ toàn bộ lãnh thổ Việt Nam đ−ợc chia thành 15 vùng ứng với 15 cụm đ−ờng o trong một vùng m−a thì các đ−ờng trên rất xít vào nhau, nghĩa là nó ít phụ thuộc vào P ⇒ vẽ một đ−ờng bình quân để sử dụng Do đó có : )(T ngP TP H H Ψ= ⇒ công thức tính l−ợng m−a lũ thiết kế : HTP = Ψ ( T ) . Hng P o Xây dựng đ−ờng )(TΨ ∼ T - Tính aTP tính tỉ số : ( ) )(T T T Ψ=Ψ ứmg với một đ−ờng Ψ ( T,P ) ∼ t thì sẽ có một đ−ờng )(TΨ ∼ T khi T tăng lên thì )(TΨ sẽ giảm nên gọi là đ−ờng cong triết giảm m−a 1 2 20 . . . Vùng A 1 2 20 . . . Vùng B Ψ( T,P ) t Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 72 \ Ta có : Png TP ngP TP T H a HT H ==Ψ .)( ⇒ công thức tính c−ờng độ m−a thiết kế : a TP = )(TΨ . Hng P 24. Khái niệm các loại c−ờng độ m−a. Cách tính c−ờng độ m−a thiết kế vμ l−ợng m−a thiết kế. Khái niệm các loại c−ờng độ m−a M−a là hiện t−ợng n−ớc ở thể lỏng hoặc thể rắn trong khí quyển rơi xuống bề mặt trái đất M−a đ−ợc biểu thị bằng hai đại l−ợng • l−ợng m−a X mm • c−ờng độ m−a a , i mm/ph mm/h ƒ Các loại c−ờng độ m−a • c−ờng độ m−a tức thời at mm/ph mm/h • c−ờng độ m−a bình quân lớn nhất thời đoạn aT mm/ph mm/h • c−ờng độ m−a thiết kế aTP mm/ph mm/h • Ph−ơng pháp xác định aTP o Ph−ơng pháp giải tích o Ph−ơng pháp đồ giải Ph−ơng pháp xác định aTP theo đ−ờng cong triết giảm n Xây dựng đ−ờng Ψ ( T,P ) ∼ P - Tính HTP o Xây dựng đ−ờng )(TΨ ∼ T - Tính aTP Vùng B t Vùng A )(TΨ Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 73 \ 25. Sự hình thμnh dòng chảy lũ trên l−u vực. Thiết lập công thức căn nguyên của dòng chảy. Lập luận để dẫn đến công thức Q Max P = k . α . a T P. F Sự hình thành dòng chảy lũ trên l−u vực Quá trình hình thành dòng chảy lũ trên l−u vực trải qua 4 giai đoạn : n Quá trình m−a o Quá trình tổn thất p Quá trình chảy tràn trên s−ờn dốc q Quá trình tập trung dòng chảy trong sông Khi quá trình m−a xảy ra, n−ớc m−a rơi xuống mặt đất, ban đầu đọng trên các lá cây, điền vào các chỗ trũng, thấm xuống đất và không sinh dòng chảy trên mặt đất, giai đoạn này là giai đoạn tổn thất hoàn toàn. Nếu quá trình m−a vẫn tiếp tục, khi tại một thời điểm c−ờng độ m−a v−ợt quá c−ờng độ tổn thất, lúc này bắt đầu hình thành dòng chảy trên mặt đất, do tác động của trọng lực, n−ớc sẽ theo s−ờn dốc, đây là quá trình chảy tràn trên s−ờn dốc. Nếu c−ờng độ m−a tiếp tục tăng, c−ờng độ cấp n−ớc sẽ tăng l−ợng n−ớc tập trung thành dòng trong các lòng rãnh khe suối và dồn vào lòng sông tạo thành chảy dòng chảy mặt chảy qua mặt cắt cửa ra. Đây là quá trình tập trung dòng chảy trong sông. Trong quá trình tập trung dòng chảy vẫn tiếp tục bị tổn thất. Một l−ợng dòng chảy ngấm xuống tầng đất sát mặt tạo thành dòng chảy ngầm tập trung vào lòng sông ngay khi lũ xuống và bổ xung vào phần sau của quá trình lũ. Trong 4 giai đoạn này thì quá trình m−a đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành dòng chảy. Khi xảy ra quá trình m−a, lúc đầu ch−a tạo thành dòng chảy chảy do có quá trình tổn thất, n−ớc m−a bị mất đi bằng các con đ−ờng thấm, bốc hơi, tích đọng trên các bề mặt của l−u vực ( điền trũng ), các thảm phủ thực vật . . . Nếu quá trình m−a kết thúc khi c−ờng độ m−a không lớn hơn c−ờng độ tổn thất thì không sinh dòng chảy lũ trên l−u vực. Nếu quá trình m−a tiếp tục và v−ợt quá c−ờng độ tổn thất thì quá trình chảy tràn trên s−ờn dốc và quá trình tập trung dòng chảy trong sông mới diễn ra. Khi quá trình m−a kết thúc thì hai quá trình này cũng sẽ kết thúc theo. Và l−ợng m−a là yếu tố quyết định ảnh h−ởng đến độ lớn của dòng chảy lũ. Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 74 \ f1 đ−ờng đẳng thời f2 f3 f4 f5 thời đoạn T0 Thiết lập công thức căn nguyên của dòng chảy Công thức căn nguyên dòng chảy do các nhà bác học Nga tìm ra ( Đônggốp, Velikanốp, Protôđiakônốp ). Công thức căn nguyên dòng chảy là công thức đ−ợc thiết lập nhằm khái quát hoá và tính toán quá trình l−u l−ợng ở tuyến cửa ra của l−u vực. ƒ Đ−ờng đẳng thời là đ−ờng ( tập hợp các điểm ) trên l−u vực mà giọt n−ớc ( dòng chảy ) chảy ra đến mặt cắt cửa ra mất thời gian nh− nhau. t quá trình dòng chảy lũ ở mặt cắt cửa ra Q ∼ t t quá trình tổn thất quá trình m−a τ tB thời gian sinh dòng chảy thời gian lũ a k Q ht c−ờng độ cấp n−ớc t c−ờng độ m−a nhỏ hơn c−ờng độ tổn thất ⇒ ch−a sinh dòng chảy H0 : tổn thất ban đầu thời gian chảy truyền của l−u vực là khoảng thời gian để giọt n−ớc ở nơi xa nhất của l−u vực chảy đến mặt cắt cửa ra giai đoạn cấp n−ớc giai đoạn có c−ờng độ m−a v−ợt quá c−ờng độ tổn thất Quá trình hình thμnh dòng chảy lũ trên l−u vực Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 75 \ ƒ Bài toán có l−u vực : o có quá trình m−a ⇒ cho biết quá trình cấp n−ớc h ∼ t với 5 thời đoạn khác nhau t = 5 T0 ứng với l−ợng l−ợng m−a h1 h2 h3 h4 h5 ( ở đây ta chỉ tính với tr−ờng hợp thời gian tập trung dòng chảy bằng với thời gian cấp n−ớc ) o xác định l−u l−ợng Q ƒ Công thức căn nguyên dòng chảy Cuối thời đoạn thứ nhất, l−ợng m−a quá thấm trên phần diện tích f1 đã tập trung về tuyến cửa ra. L−u l−ợng ở tuyến cửa ra : Q1 = h1 . f1 Cuối thời đoạn thứ hai, l−ợng m−a h1 trên phần diện tích f2 đã kịp chảy về tuyến cửa ra hợp với l−ợng n−ớc m−a trong thời đoạn thứ hai trên phần diện tích f1. L−u l−ợng ở tuyến cửa ra : Q2 = h2 . f1 + h1 . f2 Tiếp tục lập luận nh− trên ta có : Q3 = h3 . f1 + h2 . f2 + h1 . f3 Q4 = h4 . f1 + h3 . f2 + h2 . f3 + h1 . f4 Q5 = h5 . f1 + h4 . f2 + h3 . f3 + h2 . f4 + h1 . f5 Q6 = h5 . f2 + h4 . f3 + h3 . f4 + h2 . f5 Q7 = h5 . f3 + h4 . f4 + h3 . f5 Q8 = h5 . f4 + h4 . f5 Q9 = h5 . f5 Q10 = 0 Nh− vậy : Tlũ = 10 . T0 = tB + τ nh−ng chỉ có một thời đoạn diện tích l−u vực tham gia hoàn toàn vào quá trình hình thành l−u l−ợng ở tuyến ra ( Q5 ) f km2 f1 f2 f3 f4 f5 tf1 f2 f3 f4 f5 h mm/ph h1 h2 h3 h4 h5 t Quá trình m−a hiệu quả Phân bố giữa diện tích các đ−ờng đẳng thời theo thời gian tập trung dòng chảy Sơ đồ đ−ờng đẳng thời Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 76 \ Ta có công thức tính l−u l−ợng tại thời điểm i bất kì d−ới dạng tổng quát : ∑= = +−= ik k kiki fhQ 1 1. ( 1 ) Trong đó : k ≤ m : số thời đoạn m−a hiệu quả i – k ≤ n : số mảnh diện tích đ−ợc phân chia bởi các đ−ờng đẳng thời Nếu thời đoạn thật nhỏ và tiến tới 0 thì công thức có dạng tích phân : ( ) ττττ τ dFhQt ∫ −= 0 . ( 2 ) trong đó : Qt là l−u l−ợng n−ớc tại thời điểm t bất kì F(τ) là hàm tập trung n−ớc phụ thuộc vào thời gian tập trung n−ớc τ Công thức ( 1 ) và ( 2 ) đ−ợc gọi là công thức căn nguyên dòng chảy Lập luận để dẫn đến công thức Q Max P = K . α . a T . F L−u l−ợng đỉnh lũ là giá trị lớn nhất trong các trị số l−u l−ợng đ−ợc xác định theo công thức căn nguyên dòng chảy : ∑= = +−= ik k kikMax fhQ 1 1.max Có thể thấy chỉ có một thời đoạn diện tích l−u vực tham gia hoàn toàn vào quá trình hình thành, và l−u l−ợng chỉ đạt giá trị lớn nhất trị số : QMax = Q5 L−u l−ợng lớn nhất có thể viết d−ới dạng : QMax = hτ . F hτ : là c−ờng độ m−a v−ợt thấm bình quân lớn nhất trong thời gian bằng thời gian tập trung dòng chảy τ Vì rằng, QMax , hτ , F không cùng hệ thống đơn vị, nên ta phải đ−a thêm vào hệ số chuyển đổi dòng chảy K. Đồng thời nếu tính c−ờng độ cấp n−ớc hτ theo c−ờng độ m−a bình quân lớn nhất aτ qua hệ số tổn thất dòng chảy, tức là : hτ = ατ . aτ Ta có công thức : Q Max P = K . α . a TP . F Trong đó : Q Max P : l−u l−ợng đỉnh lũ ứng với tần suất P m3 / s α : hệ số tổn thất dòng chảy lũ a TP : c−ờng độ m−a thiết kế ứng với tần suất P mm/ph, mm/giờ F : diện tích l−u vực km2 K : hệ số đổi thứ nguyên với Q m3 / s F km2 a TP mm/ph ⇒ K = 16,67 với a TP mm/giờ ⇒ K = 2,78 Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 77 \ 25. Sự hình thμnh dòng chảy lũ trên l−u vực. Thiết lập công thức căn nguyên của dòng chảy. Lập luận để dẫn đến công thức Q Max P = k . α . a T P. F Quá trình hình thành dòng chảy lũ trên l−u vực trải qua 4 giai đoạn : n Quá trình m−a o Quá trình tổn thất p Quá trình chảy tràn trên s−ờn dốc q Quá trình tập trung dòng chảy trong sông Thiết lập công thức căn nguyên của dòng chảy ƒ Bài toán ƒ Công thức căn nguyên dòng chảy ∑= = +−= ik k kiki fhQ 1 1. ( 1 ) ( ) ττττ τ dFhQt ∫ −= 0 . ( 2 ) Công thức ( 1 ) và ( 2 ) đ−ợc gọi là công thức căn nguyên dòng chảy Lập luận để dẫn đến công thức Q Max P = K . α . a T . F QMax = hτ . F Q Max P = K . α . a TP . F Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 78 \ 26. Tổn thất dòng chảy lũ. Các loại tổn thất dòng chảy lũ, cách biểu thị. Các loại hệ số tổn thất dòng chảy dòng chảy lũ vμ cách xác định trong tính toán lũ thiết kế. Tổn thất dòng chảy lũ Tổn thất dòng chảy lũ là quá trình n−ớc m−a bị mất đi bằng các con đ−ờng: • tổn thất do thấm xuống lòng đất • tổn thất do bốc hơi trong không khí • tổn thất tích đọng trên các bề mặt của l−u vực ( điền trũng ) • tổn thất do các thảm phủ thực vật trên l−u vực giữ lại Trong đó, tổn thất do thấm là chủ yếu và xảy ra trong toàn bộ thời gian lũ. Các loại tổn thất dòng chảy lũ, cách biểu thị có nhiều ph−ơng thức biểu thị và tính toán, d−ới đây là 2 đặc tr−ng : ƒ Tổn thất theo c−ờng độ thấm Nhiều quan điểm cho rằng, tổn thất thấm là đáng kể trong quá trình hình thành lũ, bởi vậy tổn thất dòng chảy lũ đ−ợc tính toán thông qua hệ số thấm ( c−ờng độ thấm ) Các công thức biểu thị hệ số thấm: • công thức của Alếchxâyép t AKK t += 0 • công thức của Phe-đô-rốp ( ) ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−−+= d taKaKK ttt .exp00 Trong đó : Kt : hệ số thấm tại thời điểm bắt đầu m−a ( mm/ph ) A : thông số loại đất và đặc điểm bề mặt l−u vực t : thời gian kể từ khi bắt đầu m−a tính bằng phút d : hệ số độ thiếu hụt bão hoà của độ ẩm đất Cách biểu thị Các công thức này có nh−ợc điểm là chỉ kể đến tổn thất do thấm, nên trong thực tế hay sử dụng hệ số dòng chảy lũ K t tính thấm lớn giai đoạn đầu trận m−a giảm dần do bão hoà n−ớc giai đoạn cuối trận m−a c−ờng độ tổn thất l−ợng tổn thất biểu thị mức độ tổn thất của l−u vực mm/ph , mm/h Kt Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 79 \ Yτ : lớp dòng chảy lớn nhất sinh ra trong thời gian τ đ−ợc lựa chọn trên đ−ờng quá trình cấp n−ớc hτ Hτ : l−ợng m−a t−ơng ứng trong thời gian τ ƒ Hệ số dòng chảy lũ hệ số dòng chảy lũ là hệ số dùng để đánh giá tổn thất của dòng chảy lũ. hệ số này đã khắc phục đ−ợc những nh−ợc điểm của c−ờng độ thấm, nó kể đến tất cả các loại tổn thất trong quá trình hình thành lũ. có 2 loại hệ số dòng chảy lũ : • hệ số dòng chảy đỉnh lũ • hệ số dòng chảy trận lũ Các loại hệ số tổn thất dòng chảy dòng chảy lũ và cách xác định chúng trong tính toán lũ thiết kế • hệ số dòng chảy đỉnh lũ hệ số dòng chảy đỉnh lũ bằng tỷ số giữa l−ợng dòng chảy và l−ợng m−a sinh ra nó trong thời gian tập trung dòng chảy τ τ τα H Y= Ta lại có : Hτ = aτ . τ Yτ = Hτ - Kτ nên : .1 . .. τ τ τ τ τ ττ τ τ ττα a h a K a Ka =−=−= trong đó : aτ : c−ờng độ m−a bình quân lớn nhất trong thời đoạn tính toán τ Th−ờng thì hệ số dòng chảy lũ có giá trị bằng hệ số dòng chảy trong thời gian cấp n−ớc TCN , tức là : Tcn Tcn Tcn a Ka −== 1τα trong đó : KTcn và aTcn : c−ờng độ thấm và c−ờng độ m−a bình quân trong thời gian cấp n−ớc Tcn Trong thực tế, xây dựng bảng quan hệ : ατ phụ thuộc : o l−ợng m−a ngày o diện tích l−u vực o loại đất . . . vì không phụ thuộc vào thời gian nên α τ ⇒ α Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 80 \ • hệ số dòng chảy trận lũ hệ số dòng chảy trận lũ là tỷ số giữa lớp dòng chảy lũ Y với l−ợng m−a sinh lũ t−ơng ứng X X Y=α vì rằng hệ số trận lũ có kể đến tổn thất ban đầu nên giá trị của nó nhỏ hơn hệ số dòng chảy đỉnh lũ ( α ≤ ατ ), tuy nhiên đối với các vùng ẩm −ớt, m−a nhiều những trận m−a lớn xảy ra khi đất đã bão hoà về độ ẩm, khi đó hệ số dòng chảy đỉnh lũ xấp xỉ với hệ số dòng chảy trận lũ ( α ≈ ατ ) 26. Tổn thất dòng chảy lũ. Các loại tổn thất dòng chảy lũ, cách biểu thị. Các loại hệ số tổn thất dòng chảy dòng chảy lũ vμ cách xác định trong tính toán lũ thiết kế. Tổn thất dòng chảy lũ Tổn thất dòng chảy lũ là quá trình n−ớc m−a bị mất đi bằng các con đ−ờng: Các loại tổn thất dòng chảy lũ, cách biểu thị ƒ Tổn thất theo c−ờng độ thấm • công thức của Alếchxâyép t AKK t += 0 • công thức của Phe-đô-rốp ( ) ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−−+= d taKaKK ttt .exp00 Cách biểu thị ƒ Hệ số dòng chảy lũ Các loại hệ số tổn thất dòng chảy dòng chảy lũ và cách xác định chúng trong tính toán lũ thiết kế • hệ số dòng chảy đỉnh lũ • hệ số dòng chảy trận lũ Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 81 \ 27. Khái niệm thời gian tập trung dòng chảy trên l−u vực τ. Cách xác định các đặc tr−ng τd , τs vμ τ trong tính toán lũ thiết kế. Khái niệm thời gian tập trung dòng chảy trên l−u vực τ Thời gian tập trung n−ớc trên l−u vực là thời gian để cho một giọt n−ớc ở một điểm nào đó trên l−u vực di chuyển về tuyến cửa ra. Thực ra, đây chỉ là khái niệm, thực tế khi tính toán ng−ời ta coi thời gian tập trung n−ớc là thời gian di chuyển của các dòng chảy từ s−ờn dốc và sự lan truyền sóng lũ trong l−ới sông. Quá trình tập trung dòng chảy gồm 2 giai đoạn : • giai đoạn chảy trên s−ờn dốc • giai đoạn chảy tập trung trong sông Hai quá trình này thực ra không thể phân tách đ−ợc, vì rằng trong quá trình tập trung n−ớc trong sông, luôn nhận đ−ợc l−ợng n−ớc bổ xung từ s−ờn dốc. Vì vậy, tốc độ di chuyển của sóng lũ rất phức tạp. S−ờn dốc của l−u vực cũng có những đặc điểm bề mặt không đồng nhất, bởi vậy việc tính toán chính xác thời gian tập trung n−ớc tại một điểm nào đó về tuyến cửa ra là không thực hiện đ−ợc. Trong thực tế, thời gian tập trung n−ớc trên s−ờn dốc và lòng sông đ−ợc tính bằng trị số bình quân, đặc tr−ng cho chuyển động của hai quá trình này. • thời gian tập trung n−ớc trên s−ờn dốc thời gian tập trung n−ớc lớn nhất trên s−ờn dốc là khoảng thời gian để cho một giọt n−ớc từ điểm xa nhất trên s−ờn dốc kịp chảy về lòng sông • thời gian chảy tập trung trong sông thời gian tập trung n−ớc lớn nhất trong lòng sông là khoảng thời gian để cho một giọt n−ớc từ điểm xa nhất trong lòng sông kịp chảy về tuyến cửa ra. Cách xác định các đặc tr−ng τd , τs và τ trong tính toán lũ thiết kế theo định nghĩa, thời gian tập trung n−ớc lớn nhất l−u vực đ−ợc tính theo công thức sau : τ = τd + τs = Vs Ls Vd Ld + Trong đó : Ld : chiều dài bình quân s−ờn dốc Ls : chiều dài lòng sông Vd, Vs : tốc độ tập trung dòng chảy trên s−ờn dốc và lòng sông ( có ý nghĩa nh− tốc độ di chuyển của sóng lũ trên s−ờn dốc và trong lòng sông ) Tuy nhiên, đây cũng chỉ là công thức định nghĩa, vấn đề tập trung dòng chảy rất phức tạp vì chuyển động của n−ớc phụ thuộc vào l−ợng m−a, địa hình địa mạo của bề mặt l−u vực và mạng l−ới sông ngòi, nên không thể xác định trực tiếp từ định nghĩa. Trong thực tế, sử dụng các công thức sau : Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 82 \ ƒ Xác định τ có nhiều ý kiến đ−ợc đ−a ra, nh−ng có thể tóm tắt thành 3 ý kiến sau đây: n τ = τs cách này bỏ qua τd ⇒ chỉ thích hợp với l−u vực lớn o τ = K.τs với K > 1 ⇒ cách này cần phải địa ph−ơng hoá hệ số K ở Việt Nam có ý kiến đề nghị lấy K = 1,2 p τ = τd + m . τdn với m, n là các hệ số hằng số chỉ biến đổi theo vùng thủy văn khác nhau. ⇒ xác định τ theo cách thứ p với m = 1,15 và n = 1,2 ⇒ τ = τd + 1,15 . τd1,2 ƒ Xác định τd Từ việc giải các ph−ơng trình và và sử dụng các tài liệu đo đạc Thuỷ Văn ở n−ớc ta để xác định các thông số và đã đề nghị công thức cụ thể sau : ( ) 4,03,0 6,0 .. .1000 d hJm L dd d d τ τ = trong đó : Ld: chiều dài bình quân s−ờn dốc l−u vực ∑+= )(8,1 lL FLd L : tổng chiều dài sông chính Σl : tổng chiều dài sông nhánh nếu l−u vực chỉ có một s−ờn thì : ∑+= )(.9,0 lL FLd Jd : độ đốc s−ờn dốc, tính theo 000 ( m / km ) md : thông số tập trung dòng chảy trên s−ờn dốc, phụ thuộc vào tình hình l−u vực hτd = α . aτd = ( ) nPHa d .τΨ với l−u vực cụ thể thì có α và HnP xác định ⇒ xác định các thông số tra bảng toạ độ vùng thuỷ văn . . . ⇒ xác định đ−ợc τd Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 83 \ ƒ Xác định τs Giải ph−ơng trình với chuyển động n−ớc trong sông ( với giả thiết là đều ) đã đề nghị công thức sau : 4 1 3 1 .. .1000 mss s QJm Ls=τ trong đó : Ls : chiều dài sông Js : độ đốc lòng sông, tính theo 000 ( m / km ) ms : thông số tập trung dòng chảy trong sông phụ thuộc vào tình hình sông suối, tra bảng Qm : l−u l−ợng đỉnh lũ Q m = K . α . a τ P . F a τ P mm/ph K = 16,67 Ta có : ( )( ) 4131 ....67,16.. .1000 mnPsss FHJm Lsτατ Ψ= để tính toán τs cần phải biết ( )τΨ để có ( )τΨ lại cần có τ : là trị số đang cần tìm từ τs và τs ⇒ phải tính lặp để tránh lặp ⇒ xây dựng bảng tra ⇒ xác định các thông số ⇒ xác định đ−ợc τd 27. Khái niệm thời gian tập trung dòng chảy trên l−u vực τ. Cách xác định các đặc tr−ng τd , τs vμ τ trong tính toán lũ thiết kế. Thời gian tập trung n−ớc trên l−u vực là thời gian để cho một giọt n−ớc ở một điểm nào đó trên l−u vực di chuyển về tuyến cửa ra. Quá trình tập trung dòng chảy gồm 2 giai đoạn : • giai đoạn chảy trên s−ờn dốc • giai đoạn chảy tập trung trong sông • thời gian tập trung n−ớc trên s−ờn dốc thời gian tập trung n−ớc lớn nhất trên s−ờn dốc là khoảng thời gian để cho một giọt n−ớc từ điểm xa nhất trên s−ờn dốc kịp chảy về lòng sông • thời gian chảy tập trung trong sông thời gian tập trung n−ớc lớn nhất trong lòng sông là khoảng thời gian để cho một giọt n−ớc từ điểm xa nhất trong lòng sông kịp chảy về tuyến cửa ra. Cách xác định các đặc tr−ng τd , τs và τ trong tính toán lũ thiết kế τ = τd + τs = Vs Ls Vd Ld + Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 84 \ ƒ Xác định τ n τ = τs o τ = K.τs p τ = τd + m . τdn ⇒ τ = τd + 1,15 . τd1,2 ƒ Xác định τd ( ) 4,03,0 6,0 .. .1000 d hJm L dd d d τ τ = ƒ Xác định τs 4131 .. .1000 mss s QJm Ls=τ Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 85 \ 28. Công thức tính l−u l−ợng đỉnh lũ thiết kế Q Max . Cơ sở xây dựng, dạng công thức, trình tự tính toán, phạm vi ứng dụng của nó. Tại sao ? Công thức tính l−u l−ợng đỉnh lũ thiết kế Q Max Hiện nay có rất nhiều công thức tính l−u l−ợng lũ, bao gồm các loại : ƒ Công thức lý luận để xây dựng công thức cần nghiên cứu toàn bộ quá trình hình thành dòng chảy lũ, bao gồm các quá trình m−a, tổn thất và tập trung dòng chảy cấu trúc của công thức lý lận đ−ợc rút ra từ công thức căn nguyên dòng chảy trong tr−ờng hợp sinh dòng chảy hoàn toàn. để có cấu trúc này cần một số giả thiết : • coi sự hình thành dòng chảy lũ là đồng nhất trên toàn l−u vực, cụ thể coi m−a và thấm chỉ là hàm số của thời gian • coi tần suất dòng chảy lũ bằng tần suất m−a sinh lũ các thông số của công thức đ−ợc tìm từ tài liệu đo đạc hoặc thực nghiệm, cho nên thực chất đây là công thức kinh nghiệm và loại công thức này chỉ thích hợp với các l−u vực nhỏ vì các l−u vực nhỏ mới thoã mãn đ−ợc các điều kiện trên. ƒ Công thức kinh nghiệm • đây là công thức đã hoàn toàn dựa trên cơ sở tài liệu thực đo về lũ nhằm xác định mối quan hệ giữa đỉnh lũ với các nhân tố ảnh h−ởng và biểu diễn nó d−ới dạng một biểu thức toán học • Phạm vi ứng dụng của công thức hoàn toàn phụ thuộc vào mức độ chi tiết của tài liệu sử dụng để xây dựng công thức mà suy ng−ợc trở lại và nói chung công thức này chỉ thích hợp cho các l−u vực vừa và lớn mới có tài liệu lũ để tổng hợp ƒ Công thức thể tích • đây là loại công thức trung gian giữa hai loại trên, nó xét cả quá trình m−a, tổn thất và tổng hợp tài liệu lũ. • Phạm vi ứng dụng của công thức t−ơng tự nh− công thức kinh nghiệm Cơ sở xây dựng, dạng công thức, trình tự tính toán, phạm vi ứng dụng của nó 3 công thức Q mP điển hình cho ba loại công thức nêu trên : ƒ Công thức c−ờng độ giới hạn • Cấu trúc của công thức hoàn toàn giống với công thức lý luận, đó là công thức căn nguyên dòng chảy trong tr−ờng hợp sinh dòng chảy hoàn toàn : Q Max P = K . α . a τ P . F • Trình tự tính toán để tính đĩnh lũ thiết kế theo công thức này ta cần giải quyết 3 vấn đề theo trình tự : o Xác định c−ờng độ m−a thiết kế và và l−ợng m−a lũ thiết kế o Xác định hệ số dòng chảy lũ o Xác định τ và vấn đề tập trung dòng chảy • Ngoài ra còn có công thức Alecxâyép là một dạng khác của công thức c−ờng độ giới hạn Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 86 \ ƒ Công thức triết giảm Đây là dạng công thức thuộc nhóm công thức kinh nghiệm • Dạng công thức Qua tổng hợp tài liệu lũ ở các l−u vực, nhận thấy rằng môduyn đỉnh lũ qm giảm khi diện tích l−u vực tăng lên : F Q q mm = ( m3 / s.km2 ) • Trình tự tính toán o Xác định q100 của l−u vực nghiên cứu từ bản đồ đẳng trị q100 o Xác định n từ bản đồ phân vùng thuỷ văn o Xác định λP o Xác định δ ⇒ QmP = qmP . F • Phạm vi áp dụng o ở Việt Nam, công thức triết giảm đ−ợc quy định dùng cho các l−u vực vừa và lớn ( có diện tích F > 100 km2 ) ƒ Công thức Xô-kô-lốp-sky Đây là dạng công thức thuộc nhóm công thức thể tích ( thể tích của toàn bộ n−ớc lũ ) • Dạng công thức Để xây dựng công thức tác giả khái quát đ−ờng quá trình lũ là hai nhánh parabol cắt nhau ở đỉnh và từ đó tìm ra mối quan hệ giữa đỉnh lũ với l−ợng lũ : m l Maxt t tQQ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= n x x Maxt t ttQQ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= '' Ta thiết lập đ−ợc công thức : f T WQ l Max Max .= với : ( ) ( ) ( ) ( )1.1 1.1 +++ ++= mn nmf γ m : độ cong của nhánh lũ lên n : độ cong của nhánh lũ xuống ƒ Từ các công thức này tác giả Xô-kô-lốp-sky, đã đ−a ra công thức : ( ) ng l P PMax QFft HHQ +−= .....278,0 0 δα τ α : hệ số dòng chảy lũ trận HτP : l−ợng m−a trong thời đoạn τ ứng với tần suất P H0 : l−ợng tổn thất ban đầu F : diện tích l−u vực δ : hệ số xét đến ảnh h−ởng của ao, hồ, đầm lầy, rừng rú trên l−u vực Qng : l−u l−ợng dòng chảy trong sông tr−ớc khi có lũ Qmax Qt Q t thời gian lũ xuống ( lũ rút ) : tx thời gian lũ lên: tl Tlũ = Tlũ lên + Tlũ rút Qt n m t t’ Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 87 \ • Trình tự tính toán o Xác định vị trí l−u vực và đo đạc các đặc tr−ng hình thái của l−u vực : F, LS . . . o Xác định nhóm thông số : α.( HτP - H0 ) o Xác định thời gian lũ lên : tl o Xác định hệ số hình dạng của quá trình lũ : f o Xác đinh hệ số ảnh h−ởng : δ o Xác định Q ng • Phạm vi áp dụng o Công thức này chỉ đ−ợc áp dụng cho các l−u vực vừa và lớn ( có diện tích F > 100 km2 ) 28. Công thức tính l−u l−ợng đỉnh lũ thiết kế Q Max . Cơ sở xây dựng, dạng công thức, trình tự tính toán, phạm vi ứng dụng của nó. Tại sao ? Công thức tính l−u l−ợng đỉnh lũ thiết kế Q Max ƒ Công thức lý luận ƒ Công thức kinh nghiệm ƒ Công thức thể tích Cơ sở xây dựng, dạng công thức, trình tự tính toán, phạm vi ứng dụng của nó 3 công thức Q mP điển hình cho ba loại công thức nêu trên : ƒ Công thức c−ờng độ giới hạn Q Max P = K . α . a τ P . F ƒ Công thức triết giảm F Q q mm = ( m3 / s.km2 ) ƒ Công thức Xô-kô-lốp-sky ( ) ng l P PMax QFft HHQ +−= .....278,0 0 δα τ Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 88 \ 29. Cách tính tổng l−ợng lũ thiết kế vμ xây dựng đ−ờng quá trình lũ thiết kế khi không có tμi liệu thực đo về dòng chảy lũ. Cách tính tổng l−ợng lũ thiết kế trong tr−ờng hợp không có tài liệu Th−ờng xác định WMax P theo công thức kinh nghiệm : WMax P = 10 3 . α . Hτ P . F với F : 50 ữ 100 km2 thì T = 24 h F : < 10 km2 thì T = 150’ α : hệ số dòng chảy lũ trận HτP : l−ợng m−a trong thời đoạn τ ứng với tần suất P F : diện tích l−u vực Hoặc cũng có thể chọn l−u vực t−ơng tự nếu l−u vực t−ơng tự có tài liệu đo đạc t−ơng quan : QMax ∼ WMax là t−ơng quan chặt. Tuy nhiên cách này ít dùng. Xây dựng đ−ờng quá trình lũ thiết kế khi không có tài liệu thực đo về dòng chảy lũ. Tuỳ theo điều kiện m−a, hình dạng, kích th−ớc và các điều kiện thuỷ lực khác của l−u vực, đ−ờng quá trình lũ của l−u vực có dạng đơn giản hoặc phức tạp và hầu hết các ph−ơng pháp hiện nay mới chỉ xét đến hình dạng lũ đơn. Khi phân tích các trận lũ thực tế, th−ờng nhận thấy đ−ờng quá trình lũ có một số điểm chung nh− sau : Nhánh lên th−ờng dốc và đối với các trận lũ lớn th−ờng có dạng cong lên Nhánh lũ xuống th−ờng kéo dài hơn sơ với nhánh lũ lên do tác dụng điều tiết của l−u vực và trong tất cả các tr−ờng hợp đều có dạng cong xuống trừ tr−ờng hợp lũ bị điều tiết mạnh bởi ao, hồ Trong tr−ờng hợp không có tài liệu đ−ờng quá trình lũ thiết kế th−ờng đ−ợc xây dựng theo một trong các cách sau ( m−ợn một số mô hình toán học nào đó để mô tả đ−ờng quá trình lũ ) : • dạng đ−ờng tam giác Δ : cần biết 3 thông số : QMax P , WMax P , tl ( l x t t ) đã có QMax P , WMax P dễ dàng tính đ−ợc thời gian lũ lên : PMax PMax Q W T .2= và ta cần biết thêm tỉ số giữa thời gian lũ xuống và thời gian lũ lên : l x t t=γ đối với l−u vực nhỏ : γ = 1,5 ữ 2 đối với l−u vực lớn : γ = 2,5 ữ 3,5 • dạng đ−ờng hình thang : cần biết 4 thông số QMax P , WMax P , tl , tđ ( thời gian duy trì đỉnh lũ ) • dạng đ−ờng cong : dạng của Xôkôlốpsky dạng của Alếchxâyép ( Gudrich ) Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 89 \ Câu hỏi chung : Trình bμy ph−ơng pháp xác định một đặc tr−ng Thuỷ Văn thiết kế Trong tr−ờng hợp có nhiều tài liệu Khi tại khu vực nghiên cứu đo đạc đ−ợc từ 15 – 20 năm thì đ−ợc coi là tính toán đặc tr−ng thiết kế trong tr−ờng hợp có nhiều tài liệu Cách xác định các đặc tr−ng thiết kế gồm : Giải quyết bài toán cơ bản của thống kê đối với đại l−ợng ngẫu nhiên X ƒ Chọn mẫu • Mẫu phải đảm bảo tính đồng nhất • Mẫu phải mang ngẫu nhiên độc lập • Mẫu phải mang tính đại biểu ƒ Chọn thời đoạn tính toán Thời đoạn tính toán ( tính theo số năm ) là khoảng thời gian nào đó th−ờng đ−ợc chọn theo đ−ờng luỹ tích sai chuẩn: ( ) Cv ki∑ −1 ∼ t ki : hệ số biến suất của năm thứ i Thời đoạn tính toán bao gồm một số năm nhiều n−ớc, ít n−ớc, n−ớc trung bình và đ−ợc chọn là những năm có hai đỉnh hoặc hai chân xấp xỉ nhau trên đ−ờng luỹ tích sai chuẩn. ƒ Xác định trị số bình quân • Dùng nhóm năm tính toán để tính các đặc tr−ng trị số bình quân : ∑ = = n i ixn X 1 1 n : số năm của thời đoạn tính toán X0 = XX Δ± ΔX : sai số tính toán, có thể tính: n X Xσ=Δ hoặc %100.%100.% n Cv nX X X ==Δ σ σX : khoảng lệch quân ph−ơng sai số tuyệt đối sai số t−ơng đối • đồng thời phải đảm bảo : n ≥ [ ] ( )2 42 % 10. X Cvn Δ= đây là số năm cần thiết để xác định trị đảm bảo sai số cho phép t T T Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 90 \ ƒ Xác định hệ số phân tán Cv CV = ∑= − −n i i n K 1 2 1 )1( 21. 2 Cv n Cv Cv +=σ sai số tính toán ƒ Xác định hệ số thiên lệch CS Cs = 3 3 )3( )1( Cvn k i − −∑ ( )42 5616 CvCv nCv ++=σ sai số tính toán ⇒ hoàn thành bài toán cơ bản của thống kê đối với đại l−ợng dòng chảy năm. Xây dựng đ−ờng tần suất xây dựng đ−ờng tần suất với các thông số thống kê đã tìm đ−ợc theo một trong hai ph−ơng pháp : Ph−ơng pháp Thích hợp dần Thực hiện qua 4 b−ớc : ƒ B−ớc 1 : Xây dựng đ−ờng tần suất kinh nghiệm ƒ B−ớc 2 : Tính các đặc tr−ng thống kê theo ph−ơng pháp mô men ƒ B−ớc 3 : Xây dựng đ−ờng tần lý luận ƒ B−ớc 4 : Kiểm tra sự phù hợp giữa đ−ờng tần suất lý luận và đ−ờng tần suất kinh nghiệm Ph−ơng pháp 3 điểm - Alecxayep Thực hiện qua 4 b−ớc : ƒ B−ớc 1 : Xây dựng đ−ờng tần suất kinh nghiệm ƒ B−ớc 2 : Xác định các thông số thống kê theo bộ 3 điểm đ−ợc chọn ƒ B−ớc 3 : Xây dựng đ−ờng tần lý luận ƒ B−ớc 4 : Kiểm tra sự phù hợp giữa đ−ờng tần suất lý luận và đ−ờng tần suất kinh nghiệm Xác định trị số đặc tr−ng thiết kế xác định các đại l−ợng thiết kế Xp = X0 . KP KP = φP . Cv + 1 đ−ờng PIII KP đ−ờng K - M Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 91 \ Trong tr−ờng hợp có ít tài liệu Khi tại khu vực nghiên cứu có số năm quan trắc không thoã mãn điều kiện ≤ 15 – 20 năm hoặc điều kiện n ≤ [ n ] thì đ−ợc coi là tính toán dòng chảy năm thiết kế trong tr−ờng hợp có ít tài liệu. Về nguyên tắc khi tính toán trong tr−ờng hợp này phải tìm cách bổ sung, kéo dài tài liệu sau đó tính toán nh− tr−ờng hợp có nhiều tài liệu. Th−ờng dùng t−ơng quan để bổ sung tài liệu, gồm có : • t−ơng quan giữa các l−u vực • t−ơng quan giữa các đại l−ợng ƒ T−ơng quan giữa các l−u vực l−u vực tính toán l−u vực có điều kiện t−ơng tự ( nhiều tài liệu ) n ≤ 15 – 20 năm ⇒ có điều kiện hình thành t−ơng tự l−u vực cần n ≤ [ n ] nghiên cứu : ƒ khí hậu : m−a, bốc hơi, nhiệt độ, độ ẩm . . . ƒ mặt đệm : địa hình, thỗ nh−ỡng, độ dốc, thảm phủ thực vật . . . ⇒ xác định nh− trong tr−ờng hợp có nhiều tài liệu ⇒ xây dựng t−ơng quan ƒ ph−ơng trình t−ơng quan ƒ hệ số t−ơng quan nếu | γ | > 0,8 : t−ơng quan tốt ⇒ có thể bổ sung, kéo dài tài liệu ƒ T−ơng quan giữa các đại l−ợng • Xây dựng t−ơng quan giữa các đại l−ợng nếu | γ | > 0,8 : t−ơng quan tốt ⇒ có thể bổ sung, kéo dài tài liệu Chú ý : Sau khi đã bổ xung tài liệu thì tính toán t−ơng tự nh− trong tr−ờng hợp có nhiều tài liệu Để xây dựng đ−ợc t−ơng quan các l−u vực chọn làm l−u vực t−ơng tự phải thoã mãn các điều kiện và các đại l−ợng dùng để kéo dài phải có t−ơng quan với nhau cũng nh− có cùng nguyên nhân hình thành. L−u vực A L−u vực B γ > 0,8 mb ma M0 M0a A B x x x x x ... x x x ... x x x x x ... x x Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 92 \ Cách xác định dòng chảy năm thiết kế tr−ờng hợp không có tài liệu Khi tại khu vực nghiên cứu không có số liệu thì đ−ợc coi là tính toán dòng chảy năm thiết kế trong tr−ờng hợp không có tài liệu. Để tính toán trong tr−ờng hợp này các đặc tr−ng thống kê th−ờng đ−ợc xác định theo ph−ơng pháp phân tích nguyên nhân hình thành. ƒ Xác định trị số bình quân Trị số bình quân th−ờng đ−ợc xác định theo một trong các cách sau : • Ph−ơng pháp l−u vực t−ơng tự Ta phải chọn l−u vực t−ơng tự : o càng gần càng tốt ( để cùng nằm trong một vùng khí hậu ) o diện tích xấp xỉ nh− nhau ( chênh lệch diện tích từ 1 ữ 10 lần ) o nhiều tài liệu ( để tính toán đ−ợc ) Sau đó có thể m−ợn các đại l−ợng của l−u vực t−ơng tự sau khi đã hiệu chỉnh : MX = K . Ma K : hệ số hiệu chỉnh theo diện tích giữa hai l−u vực hoặc theo các điều kiện khí hậu • Dùng bản đồ đẳng trị dòng chảy chuẩn Với l−u vực nghiên cứu đã đ−ợc xác định bản đồ đẳng trị. Ta có thể tính đ−ợc trị số bình quân của l−u vực nghiên cứu. i n i ii f XX F X . 2 1 1 100 0 ∑ = ++= Trong đó : fi : phần diện tích kẹp giữa hai đ−ờng đẳng trị X0i : giá trị của đ−ờng đẳng trị thứ i F : diện tích toàn l−u vực n : số mảnh diện tích của l−u vực ƒ Xác định hệ số phân tán Cv Cv th−ờng đ−ợc tính theo 1 trong 3 công thức kinh nghiệm sau đây : • Cv phụ thuộc vào diện tích l−u vực Cv = f (F) diện tích l−u vực càng lớn, Cv càng nhỏ Cv = a – 0,063 . lg ( F + 1 ) công thức của Xôvôlôpski • Cv phụ thuộc vào các nhân tố diện tích và khí hậu của l−u vực Cv = f ( F, M0 ) ( ) 08,04,00 1. += FM ACv A, a là các thông số địa lý • Cv đ−ợc xác định từ hệ số phân tán của l−ợng m−a năm m xCvCv 0α = Cvx : hệ số phân tán của m−a năm α0 : hệ số dòng chảy chuẩn m : tham số ( một số tài liệu lấy m = 0,5 ) Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 93 \ ƒ Xác định hệ số thiên lệch Cs Cs đ−ợc tính theo công thức : Cs = m . Cv m : đ−ợc tính dựa vào : l−u vực t−ơng tự : m = ma đ−ợc tính theo bản đồ phân vùng có thể lấy : m = 2 ƒ Xác định trị số thiết kế MnP = KP . M0 KP = f ( Cs, Cv , p ) Câu hỏi chung : Trình bμy ph−ơng pháp xác định một đặc tr−ng Thuỷ Văn thiết kế Trong tr−ờng hợp có nhiều tài liệu Giải quyết bài toán cơ bản của thống kê ƒ Chọn mẫu • Mẫu phải đảm bảo tính đồng nhất • Mẫu phải mang ngẫu nhiên độc lập • Mẫu phải mang tính đại biểu ƒ Chọn thời đoạn tính toán Thời đoạn tính toán bao gồm một số năm nhiều n−ớc, ít n−ớc, n−ớc trung bình và đ−ợc chọn là những năm có hai đỉnh hoặc hai chân xấp xỉ nhau trên đ−ờng luỹ tích sai chuẩn. ƒ Xác định trị số bình quân ∑ = = n i ixn X 1 1 n : số năm của thời đoạn tính toán ƒ Xác định hệ số phân tán Cv CV = ∑= − −n i i n K 1 2 1 )1( ƒ Xác định hệ số thiên lệch CS Cs = 3 3 )3( )1( Cvn k i − −∑ ⇒ hoàn thành bài toán cơ bản của thống kê đối với đại l−ợng dòng chảy năm. Xây dựng đ−ờng tần suất Ph−ơng pháp Thích hợp dần Thực hiện qua 4 b−ớc : ƒ B−ớc 1 : Xây dựng đ−ờng tần suất kinh nghiệm ƒ B−ớc 2 : Tính các đặc tr−ng thống kê theo ph−ơng pháp mô men ƒ B−ớc 3 : Xây dựng đ−ờng tần lý luận ƒ B−ớc 4 : Kiểm tra sự phù hợp giữa đ−ờng tần suất lý luận và đ−ờng tần suất kinh nghiệm Ph−ơng pháp 3 điểm - Alecxayep Thực hiện qua 4 b−ớc : ƒ B−ớc 1 : Xây dựng đ−ờng tần suất kinh nghiệm ƒ B−ớc 2 : Xác định các thông số thống kê theo bộ 3 điểm đ−ợc chọn ƒ B−ớc 3 : Xây dựng đ−ờng tần lý luận ƒ B−ớc 4 : Kiểm tra sự phù hợp giữa đ−ờng tần suất lý luận và đ−ờng tần suất kinh nghiệm Xác định trị số đặc tr−ng thiết kế Xp = X0 . KP Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 94 \ Trong tr−ờng hợp có ít tài liệu ƒ T−ơng quan giữa các l−u vực Th−ờng dùng t−ơng quan để bổ sung tài liệu, gồm có : ƒ T−ơng quan giữa các đại l−ợng Sau khi đã bổ xung tài liệu thì tính toán t−ơng tự nh− trong tr−ờng hợp có nhiều tài liệu Cách xác định dòng chảy năm thiết kế tr−ờng hợp không có tài liệu Để tính toán trong tr−ờng hợp này các đặc tr−ng thống kê th−ờng đ−ợc xác định theo ph−ơng pháp phân tích nguyên nhân hình thành. ƒ Xác định trị số bình quân • Ph−ơng pháp l−u vực t−ơng tự • Dùng bản đồ đẳng trị dòng chảy chuẩn ƒ Xác định hệ số phân tán Cv • Cv phụ thuộc vào diện tích l−u vực Cv = f (F) • Cv phụ thuộc vào các nhân tố diện tích và khí hậu của l−u vực Cv = f ( F, M0 ) • Cv đ−ợc xác định từ hệ số phân tán của l−ợng m−a năm ƒ Xác định hệ số thiên lệch Cs Cs = m . Cv ƒ Xác định trị số thiết kế MnP = KP . M0 de sig n by ry p Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 95 \ 1. Đặc điểm của hiện t−ợng THủy văn vμ Ph−ơng pháp nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu của môn học Thuỷ Văn Công Trình......................................................................................................................... 1 2. Hệ thống sông ngòi vμ l−u vực sông. Các đặc tr−ng hình thái của sông ngòi vμ l−u vực. ý nghĩa nghiên cứu chúng...................................................................................................................................... 7 3. Các đại l−ợng biểu thị dòng chảy sông ngòi. Công thức liên hệ giữa các đại l−ợng. ý nghĩa nghiên cứu chúng...................................................................................................................................... 8 4. Nguyên lý cân bằng n−ớc. Ph−ơng trình cân bằng n−ớc tổng quát cho một khu vực bất kì; cho l−u vực hở, l−u vực kín trong thời đoạn bất kì vμ thời kì nhiều năm. Các xác định các thμnh phần của chúng....................................................................................................................................... 10 5. M−a. Cách đo m−a vμ đại l−ợng biểu thị m−a. Các ph−ơng pháp tính l−ợng m−a bình quân l−u vực. Phân tích ảnh h−ởng của m−a tới dòng chảy. ..............................................................................13 6. Các loại Bốc hơi. Cách biểu thị vμ ph−ơng pháp đo, xác định chúng. ...........................................16 7. Biến cố ngẫu nhiên. Xác suất của biến cố. Các định nghĩa về tính xác suất. ................................18 8. Biến ngẫu nhiên ( Đại l−ợng ngẫu nhiên ). Luật phân bố xác suất vμ Các cách biểu thị luật phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên.......................................................................................................... 21 9. Hμm phân bố luỹ tích, hμm mật độ phân bố xác suất của đại l−ợng ngẫu nhiên. Tính chất, đặc điểm vμ đồ thị của chúng...................................................................................................................... 23 10. Các đặc tr−ng thống kê của đại l−ợng ngẫu nhiên. ảnh h−ởng của các đặc tr−ng thống kê ( các thông số mx, Cv, Cs ) tới hμm mật độ xác suất vμ đ−ờng tần suất. ý nghĩa của việc phân tích ảnh h−ởng nμy......................................................................................................................................... 28 11. Luật phân bố xác suất PIII , K-m. Tính chất, đặc điểm của chúng. Cách ứng dụng chúng trong tính toán thực hμnh. ....................................................................................................................................... 33 12. Mẫu vμ tổng thể. Phân tích các yêu cầu chọn mẫu thống kê. Công thức tính các đặc tr−ng thống kê của mẫu. ............................................................................................................................................. 35 13. Công Thức tính tần suất kinh nghiệm. Đ−ờng tần suất kinh nghiệm. Đ−ờng tần suất lý luận. Các ph−ơng pháp xây dựng đ−ờng tần suất lý luận tổng thể từ tμi liệu thực đo. Ph−ơng pháp Thích hợp dần vμ ph−ơng pháp 3 điểm........................................................................................................ 40 14. Khái niệm t−ơng quan. Cách xây dựng ph−ơng trình hồi quy vμ xác định hệ số t−ơng quan dạng đ−ờng thẳng bằng ph−ơng pháp giải tích vμ đồ giải. ý nghĩa nghiên cứu chúng. .......................... Mục lục Đề c−ơng Thuỷ Văn Công Trình Nguyễn Văn Lực a 45 TH [ 96 \ 15. Phân biệt các kháI niệm: dòng chảy năm, dòng chảy chuẩn, dòng chảy năm thiết kế. ý nghĩa nghiên cứu chúng.................................................................................................................................... 46 16. Cách xác định dòng chảy năm thiết kế cho 3 tr−ờng hợp : có nhiều, ít vμ không có tμi liệu đo đạc về dòng chảy năm trên l−u vực. ................................................................................................... 53 17. Khái niệm về phân phối dòng chảy trong năm vμ phân phối dòng chảy năm thiết kế. Cách biểu thị, ý nghĩa nghiên cứu chúng.................................................................................................................55 18. Ph−ơng pháp năm điển hình vμ ph−ơng pháp Anđrêanôp tính phân phối dòng chảy năm thiết kế. Cách tính dòng chảy năm thiết kế cho tr−ờng hợp ít vμ không có tμi liệu thực đo..................... 59 19. Xác định dòng chảy kiệt thiết kế trong các tr−ờng hợp ...................................................................61 20. Khái niệm Dòng chảy lũ vμ dòng chảy lũ thiết kế. Các đặc tr−ng của một trận lũ thiết kế. ........ 62 21. Xác định l−u l−ợng đỉnh lũ thiết kế khi có đủ tμi liệu. Các vấn đề cần chú ý giải quyết. Nội dung qiải quyết từng vấn đề vμ ý nghĩa của chúng..................................................................................... 66 22. Khái niệm tổng l−ợng lũ vμ tổng l−ợng lũ thiết kế. Tính tổng l−ợng lũ thiết kế khi có nhiều tμi liệu quan trắc. ................................................................................................................................................ 67 23. Các ph−ơng pháp xây dựng đ−ờng quá trình lũ thiết kế từ trận lũ điển hình................................ 69 24. Khái niệm các loại c−ờng độ m−a. Cách tính c−ờng độ m−a thiết kế vμ l−ợng m−a thiết kế. ........72 25. Sự hình thμnh dòng chảy lũ trên l−u vực. Thiết lập công thức căn nguyên của dòng chảy. Lập luận để dẫn đến công thức Q Max P = k . α . a T P. F ....................................................................... 73 26. Tổn thất dòng chảy lũ. Các loại tổn thất dòng chảy lũ, cách biểu thị. Các loại hệ số tổn thất dòng chảy dòng chảy lũ vμ cách xác định trong tính toán lũ thiết kế........................................... 78 26. Tổn thất dòng chảy lũ. Các loại tổn thất dòng chảy lũ, cách biểu thị. Các loại hệ số tổn thất dòng chảy dòng chảy lũ vμ cách xác định trong tính toán lũ thiết kế.......................................... 80 27. Khái niệm thời gian tập trung dòng chảy trên l−u vực τ. Cách xác định các đặc tr−ng τd , τs vμ τ trong tính toán lũ thiết kế......................................................................................................... 83 28. Công thức tính l−u l−ợng đỉnh lũ thiết kế Q Max . Cơ sở xây dựng, dạng công thức, trình tự tính toán, phạm vi ứng dụng của nó. Tại sao ?........................................................................................... 87 29. Cách tính tổng l−ợng lũ thiết kế vμ xây dựng đ−ờng quá trình lũ thiết kế khi không có tμi liệu thực đo về dòng chảy lũ. .....................................................................................................................88 Câu hỏi chung : Trình bμy ph−ơng pháp xác định một đặc tr−ng Thuỷ Văn thiết kế ..............................89 de sig n by ry p