›
›

Bài giảng Thủy văn công trình - Chương 4: Tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế

pdf 99 trang ngocly 3540
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thủy văn công trình - Chương 4: Tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_thuy_van_cong_trinh_chuong_4_tinh_toan_cac_dac_tru.pdf

Nội dung text: Bài giảng Thủy văn công trình - Chương 4: Tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế

  1. Khoa Thuỷ văn – Tài nguyên nước Bộ môn Thuỷ văn – Tài nguyên nước THUỶ VĂN CÔNG TRÌNH Chương 4: Tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế 1
  2. 4.1 Nhiệm vụ và nội dung Nhiệm vụ: Khi thiết kế các công trình thuỷ lợi cần đảm bảo yêu cầu ở một mức độ nhất định về quy mô kích thước công trình, mức bảo đảm cấp nước. Trong khi các đặc trưng thủy văn thay đổi liên tục theo thời gian(ngày, tháng, năm) ngẫu nhiên. Do vậy phải tính toán xác định, lựa chọn đặc trưng đại biểu làm tài liệu thiết kế.  Mức độ đảm bảo thường được biểu thị qua tần suất đảm bảo Pđb = P(qcấp ≥ q) trong đó q là yêu cầu cấp nước, qcấp là lượng nước mà công trình cấp được. 2
  3. • Tần suất bảo đảm một số ngành - Cấp nước tưới: 75% 85% - Thuỷ điện: 85% 95% - Cấp nước cho nhà máy nhiệt điện: 85% 95% - Cấp nước cho các ngành luyện kim: 90% 95% 3
  4. 4.1 Nhiệm vụ và nội dung 4500 /s 3 m Dòng chảy tháng trạm Tạ Bú 4000 3500 3000 2500 Các đặc trưng thuỷ văn biến đổi theo thời 1961 1962 2000 gian và mang tính ngẫu nhiên. 1963 1500 1000 500 0 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
  5. 4.1 Nhiệm vụ và nội dung Nội dung tính toán: • Dòng chảy năm thiết kế (cấp nước ) • Dòng chảy lũ thiết kế (chống lũ ) • Dòng chảy kiệt thiết kế (cấp nước ) • Mực nước thiết kế • Dòng chảy bùn cát 5
  6. 4.2 Tài liệu phục vụ tính toán 1. Quy phạm, quy định, tiêu chuẩn tính toán (QPTL C6-77) 2. Các nguồn tài liệu sẵn có: Tài liệu đặc trưng thủy văn do Tổng cục khí tượng thủy văn chỉnh biên và đã xuất bản dưới hình thức niên giám và sổ đặc trưng; Tuy nhiên tại các vị trí công trình không phải lúc cũng có đầy đủ số liệu. Do vậy trong khi tính toán chia ra 3 trường hợp (trường hợp có đủ số liệu, có ít số liệu, không có số liệu). Khi đó phải thu thập thêm : - Tài liệu thủy văn ở các trạm dùng riêng; - Tài liệu điều tra khảo sát thủy văn vùng công trình; 6
  7. 4.2 Tài liệu phục vụ tính toán - Tài liệu tổng hợp tình hình thủy văn từng địa phương, đặc điểm thủy văn các tỉnh. - Tài liệu điều tra khảo sát thủy văn vùng công trình; - Tài liệu tổng hợp tình hình thủy văn từng địa phương, đặc điểm thủy văn các tỉnh. 3. Thiết lập hệ thống các trạm đo (trạm quan trắc) để thu thập thông tin khí tượng thuỷ văn + Trạm KT: trạm chỉ đo một số yếu tố khí tượng: mưa, gió, bốc hơi + Trạm KH: đo tương đối đầy đủ các yếu tố KTvà mức độ chi tiết + Trạm thuỷ văn: phân cấp (Giáo trình TVCT – Tr. 76) 7
  8. L•u Vùc S«ng §µ 4.2 Tài liệu phục vụ tính toán Th•îng Du S«ng Th¸i B×nh CÈm Khª L÷ V©n Phó Thä T©n Yªn Yªn LËp L•¬ng Lç V¨n TËp Vïng Trung Du S«ng Th¸i B×nh L©m Thao Tø HiÖp Vïng Trung Du S«ng Hång VÜnh Yªn Thanh Lanh Phó C•êng B¾c Giang ViÖt Tr× §a Phóc ViÖt Yªn VÜnh T•êng Th¸i Hoµ Yªn L¹c Phóc Yªn Phóc Léc Ph•¬ng Thanh S¬n B»ng Lu©n Yªn Phong B¾c Ninh L•u Vùc S«ng M· Thanh S¬n Phó C•êng §µi Dinh Thanh Thuû Yªn L·ng Vâ MiÕu S¬n T©y §«ng Anh QuÕ Vâ Th¾ng C•¬ng S¬n T©y Tõ S¬n Ph¶ L¹i Ph¶ L¹i Ba V× Ba V× Liªn M¹c Yªn Viªn Ch©u CÇu Th•îng C¸t BÕn Hå Nh©n Th¾ng BÕn BÝnh Minh Quang Th¹ch ThÊt Trung H•ng ThuËn Thµnh ViÖt TiÕn L¸ng Gia L•¬ng Yªn L•¬ng Quèc Oai Phï C¸t Hµ §«ng CÈm Giµng V¨n Giang BÇn Yªn Nh©n H¶i D•¬ng Vïng H¹ Du S«ng Th¸i B×nh D©n Hoµ Chóc S¬n KÎ SÆt Tu Lý Xu©n Mai L•¬ng S¬n Thanh Oai Kho¸i Ch©u Cao S¬n Th•êng TÝn Gia Léc Hoµ B×nh Ba Th¸ ¢n Thi Ba Th¸ Yªn Th•êng B¾c S¬n §ång Quan Thanh MiÖn Phó Xuyªn Ninh Giang Chî Bê Mạng lưới quan trắc khí tượng thuỷ văn ở miền Bắc Vïng T¶ S«ng Hång 8 Vïng H÷u Ng¹n S«ng Hång
  9. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế I. Các khái niệm a. Dòng chảy năm: là lượng dòng chảy sinh ra của lưu vực trong thời đoạn bằng một năm cùng với sự thay đổi của nó trong năm. Các đại lượng biểu thị: 3 3 2 Wn (m ), Qn (m /s), Mn (l/s.km ), Yn (mm),  n 6 3 3 Wn = 31,5.10 .Qn = 31,5.10 .M.F = Yn.F.10 b. Chuẩn dòng chảy năm: là trị số trung bình đặc trưng dòng chảy năm trong thời kỳ nhiều năm đã tiến tới ổn định, với điều kiện cảnh quan địa lý, địa chất không thay đổi 9
  10. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế I. Các khái niệm Các đại lượng biểu thị chuẩn dòng chảy năm: 3 3 2 W0 (m ), Q0 (m /s), M0 (l/s.km ), Y0 (mm),  0 1 n Khi n đủ lớn thì Q tính theo công thức: Q Q . 0 o  i n i 1 Tính ổn định nhận biết khi ta thêm vào chuỗi số liệu m năm thì giá trị Q0 thay đổi rất ít. 1 n 1 n m Q n Q Q n m Q 0  i 0  i n i 1 n m i 1 10
  11. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế Khái niệm c. Dòng chảy năm thiết kế: là dòng chảy năm được tính ứng với một tần suất thiết kế nào đó. Các đặc trưng biểu thị: 3 3 Wnp(m ), Qnp(m /s), Mnp(l/s.km2), Ynp(mm) d. Mùa dòng chảy. Trong năm dòng chảy thường chia thành 2 mùa có tính chất khác nhau giữa mùa lũ và mùa kiệt. Do vậy việc NC cũng tiến hành cho các mùa. Có 2 khái niệm năm: năm lịch và năm thuỷ văn (bắt đầu vào mùa lũ và kết thúc vào mùa kiệt kế tiếp). 11
  12. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế I. Các khái niệm Tiêu chuẩn phân mùa: lũ và kiệt Các tháng mùa lũ là tháng có lưu lượng dòng chảy bình quân tháng lớn hơn lưu lượng dòng chảy bình quân năm với một tần suất xuất hiện lớn hơn 50%: 12
  13. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế 11000 Năm 1981 Năm 1982 9000 7000 5000 3000 L•u l•îng L•u ngµy qu©n b×nh Q(m3/s) 1000 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII -1000 Năm thuỷ văn t (ngµy) Từ tháng VI đến tháng V năm sau Mïa kiÖt Mïa lò Mïa kiÖt Mïa lò 13
  14. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế Năm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 1962 5.7 1.82 1.38 3.82 25.3 99.4 84.7 51.4 20.9 13.3 7.85 4.85 26.7 1963 2.66 2.48 2.37 2.79 5.27 5.5 33.9 73 45.9 15 11 6.09 17.2 1964 4.36 2.6 2.42 18.2 12.2 29.6 75.4 28.8 96.2 30.4 12.1 7.92 26.7 1965 4.19 3.62 3.5 30.2 19.4 127 98.2 28.7 21.3 18.5 12 9.18 31.3 1966 4.59 4.2 3.63 8.02 3.79 70.4 40.1 33.1 18.8 6.14 5.12 4.31 16.9 1967 2.28 2.66 2.94 11.6 19.4 18.1 12.7 27.4 51.6 7.38 5.21 3.52 13.7 1968 2.7 2.7 4.42 22 9.86 65.9 60.8 131 56.4 20.2 8.44 6.66 32.6 1969 3.77 3.69 2.97 6.74 30.2 16.4 9.81 95.1 28.4 10.1 9.03 4.24 18.4 1970 2.57 2.24 2.2 5.6 14.4 56.3 83 54 27 8.65 4.91 3.6 22.0 1971 2.24 1.65 2.16 2.34 43.4 33.4 157 164 40.1 13.6 6.12 3.62 39.1 14
  15. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế Năm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 1962 5.7 1.82 1.38 3.82 25.3 99.4 84.7 51.4 20.9 13.3 7.85 4.85 26.7 1963 2.66 2.48 2.37 2.79 5.27 5.5 33.9 73 45.9 15 11 6.09 17.2 1964 4.36 2.6 2.42 18.2 12.2 29.6 75.4 28.8 96.2 30.4 12.1 7.92 26.7 1965 4.19 3.62 3.5 30.2 19.4 127 98.2 28.7 21.3 18.5 12 9.18 31.3 1966 4.59 4.2 3.63 8.02 3.79 70.4 40.1 33.1 18.8 6.14 5.12 4.31 16.9 1967 2.28 2.66 2.94 11.6 19.4 18.1 12.7 27.4 51.6 7.38 5.21 3.52 13.7 1968 2.7 2.7 4.42 22 9.86 65.9 60.8 131 56.4 20.2 8.44 6.66 32.6 1969 3.77 3.69 2.97 6.74 30.2 16.4 9.81 95.1 28.4 10.1 9.03 4.24 18.4 1970 2.57 2.24 2.2 5.6 14.4 56.3 83 54 27 8.65 4.91 3.6 22.0 1971 2.24 1.65 2.16 2.34 43.4 33.4 157 164 40.1 13.6 6.12 3.62 39.1 15
  16. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế Năm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 1962 5.7 1.82 1.38 3.82 25.3 99.4 84.7 51.4 20.9 13.3 7.85 4.85 26.7 1963 2.66 2.48 2.37 2.79 5.27 5.5 33.9 73 45.9 15 11 6.09 17.2 1964 4.36 2.6 2.42 18.2 12.2 29.6 75.4 28.8 96.2 30.4 12.1 7.92 26.7 1965 4.19 3.62 3.5 30.2 19.4 127 98.2 28.7 21.3 18.5 12 9.18 31.3 1966 4.59 4.2 3.63 8.02 3.79 70.4 40.1 33.1 18.8 6.14 5.12 4.31 16.9 1967 2.28 2.66 2.94 11.6 19.4 18.1 12.7 27.4 51.6 7.38 5.21 3.52 13.7 1968 2.7 2.7 4.42 22 9.86 65.9 60.8 131 56.4 20.2 8.44 6.66 32.6 1969 3.77 3.69 2.97 6.74 30.2 16.4 9.81 95.1 28.4 10.1 9.03 4.24 18.4 1970 2.57 2.24 2.2 5.6 14.4 56.3 83 54 27 8.65 4.91 3.6 22.0 1971 2.24 1.65 2.16 2.34 43.4 33.4 157 164 40.1 13.6 6.12 3.62 39.1 16
  17. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế Năm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 1962 5.7 1.82 1.38 3.82 25.3 99.4 84.7 51.4 20.9 13.3 7.85 4.85 26.7 1963 2.66 2.48 2.37 2.79 5.27 5.5 33.9 73 45.9 15 11 6.09 17.2 1964 4.36 2.6 2.42 18.2 12.2 29.6 75.4 28.8 96.2 30.4 12.1 7.92 26.7 1965 4.19 3.62 3.5 30.2 19.4 127 98.2 28.7 21.3 18.5 12 9.18 31.3 1966 4.59 4.2 3.63 8.02 3.79 70.4 40.1 33.1 18.8 6.14 5.12 4.31 16.9 1967 2.28 2.66 2.94 11.6 19.4 18.1 12.7 27.4 51.6 7.38 5.21 3.52 13.7 1968 2.7 2.7 4.42 22 9.86 65.9 60.8 131 56.4 20.2 8.44 6.66 32.6 1969 3.77 3.69 2.97 6.74 30.2 16.4 9.81 95.1 28.4 10.1 9.03 4.24 18.4 1970 2.57 2.24 2.2 5.6 14.4 56.3 83 54 27 8.65 4.91 3.6 22.0 1971 2.24 1.65 2.16 2.34 43.4 33.4 157 164 40.1 13.6 6.12 3.62 39.1 17 P 30% 70% 80% 90% 80% 10%
  18. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế Khái niệm e. Phân phối dòng chảy năm. Sự thay đổi dòng chảy theo thời đoạn thời gian (∆t = ngày, tuần, tháng hoặc mùa) trong một năm là phân phối dòng chảy năm. Để mô tả phân phối dòng chảy năm có hai cách: •Dạng quá trình thời gian. Biểu thị sự thay đổi dòng chảy (lưu lượng hoặc tổng lượng dòng chảy) theo với thời đoạn tuần, tháng hoặc mùa) 18
  19. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế Lưu 45 lượng 40 38.5 trung 35 bình 31.5 tháng 30 Q(m3/s) 25 22.8 20.6 20 15 9.7 10 5.4 5 3.7 3.5 3.4 0.8 0.5 0.4 0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII (tháng) Biểu đồ phân phối dòng chảy năm: Quá trình lưu lượng trung bình tháng trong năm tại trạm thuỷ văn Phú ninh, sông Tam kỳ-Quảng nam 19
  20. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế I. Các khái niệm •Đường duy trì lưu lượng bình quân ngày Đường duy trì lưu lượng là đường cong quan hệ giữa hai đại lượng Ti và Qi . Trong đó: Qi là lưu lượng bình quân ngày tương ứng với cấp i nào đó; Ti là thời gian duy trì một lưu lượng lớn hơn hoặc bằng giá trị Qi của cấp đó, Ti =T(Q Qi). • Thống kê lưu lượng bình quân ngày xác định giá trị Qmin, Qmax • Chọn số cấp lưu lượng trong khoảng từ Qmin đến Qmax (n cấp) • Đếm số ngày có lưu lượng lớn hơn hoặc bằng các giá trị của mỗi cấp lưu lượng (Ti) • Tính tỉ lệ % của Ti so với tổng số ngày của chuỗi tài liệu thống kê 20
  21. Đường duy trì lưu lượng bình quân ngày 21
  22. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế I. Các khái niệm f. Đường luỹ tích sai chuẩn Gọi Ki=Qi/Q0 là hệ số mô đun (hoặc còn gọi là hệ số biến suất). Khi đó, đường quan hệ giữa giá trị với thời gian t được gọi là đường luỹ tích sai chuẩn. Đường lũy tích sai chuẩn cho ta thấy được các pha dòng chảy(nước lớn, nước nước trung bình), tính chu kỳ của dòng chảy trong thời kỳ nhiều năm 22
  23. Đường lũy tích sai chuẩn 23
  24. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế II. Xác định dòng chảy năm thiết kế: 1.Xác định các đặc trưng thống kê dòng chảy năm: -Lưu lượng bình quân nhiều năm(Chuẩn dòng chảy năm) n 1 Q Q bq  i n n i 1 ( k 1) 2  i Q -Hệ số phân tán: i 1 i C v ( Q ) ; k i n 1 Q bq n ( k 1) 3  i Q -Hệ số thiên lệch: i 1 i C s ; k i ( n 3).C 3 Q v bq 24
  25. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế II. Xác định dòng chảy năm thiết kế: 2. Xác định các đặc trưng dòng chảy năm thiết kế: Lưu lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế Qp = Kp.Q0 trong đó Kp hệ sô biến xuất dòng chảy năm thiết kế: - Với phân phối tần suất P-III Kp = ((Cs, P).Cv + 1) (Cs, P) tra bảng Foxtơ – Rưpkin - Với phân phối tần suất K-M tra phụ lục 4 trang 573gt 25
  26. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế II. Xác định dòng chảy năm thiết kế: 3. Xác định phân phối dòng chảy năm thiết kế: Khi có nhiều tài liệu thực đo dòng chảy để xác định ppdc năm thiết kế ta tiến hành: + Chọn ra ppdc của một năm cụ thể và giả thiết ppdc năm thiết kế tương tự với năm đó. Năm chọn gọi là năm điển(đh) có các điều kiện: -là năm có tài liệu tin cậy, có Qđh ≈ Qp -Là năm có ppdc bất lợi (mùa kiệt kéo dài, tỷ lệ dc mùa kiệt so với cả năm nhỏ) -+ Thu phóng biến đổi ppdc năm điển hình thành ppdc năm thiết kế theo một trong 2 cách: 26
  27. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế II. Xác định dòng chảy năm thiết kế: 3. Xác định phân phối dòng chảy năm thiết kế: a.Phương pháp thu phóng cùng tỷ số: -Tính tỷ số -Xác định ppdc năm thiết kế: Qip = kp.Qiđh và Wip = kp.Widdh 27
  28. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế Thu phóng theo phương pháp cùng tỷ số Qip=Qiđb.Kp 28 Trong đó Qip là Q thiết kế tháng i, Qiđb là Q đại biểu tháng i
  29. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế II. Xác định dòng chảy năm thiết kế: 3. Xác định phân phối dòng chảy năm thiết kế: b. Phương pháp thu phóng hai tỷ số (kiệt, lũ): - Phân mùa dc(mùa lũ, mùa kiệt), vẽ đường tần suất Wk _ P, xác định Wkp - Chọn năm điển hình là năm có tài liệu tin cậy, có tổng lượng dc mùa kiệt xấp xỉ dc mùa kiệt thiết kế -Tính , - Thu phóng mùa kiệt theo K1, mùa lũ theo K2 29
  30. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế II. Xác định dòng chảy năm thiết kế: 4. Trình bày kết quả: -Các đặc trưng thống kê dòng chảy năm thiết kế Tên Diện tích Các đặ trưng thống kê dc năm Tần suất TK Ghi lưu LV Qo Wo Mo Yo chú 3 6 3 75 85 vực F(km2) m /s 10 m (l/s.km2) (mm) A 250 40.3 15 48 420 26,3 22.6 -Phân phối dòng chảy năm thiết kế Tháng VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII Năm Q(m3/s) 38,5 24,8 31,5 20,6 9,70 3,70 0,80 0,50 0,40 3,50 3,40 5,40 11,7 W(106m3) 103 59,2 84,4 53,0 26,0 10,0 4,0 1,3 1,0 9,4 8,8 14,5 372,6 Tỷ lệ % 27,6 15,9 24,6 14,3 6,97 4,7 0,54 0,35 0,26 4,52 4,38 3,38 100 30
  31. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 1. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có nhiều tài liệu đo đạc Tiến hành thu thập chọn mẫu đảm bảo tính đồng nhất, đại biểu và độc lập. (1) Kiểm tra các tính chất của mẫu: a. Kiểm tra tính độc lập? Đảm bảo các trị số của mẫu xuất hiện không phụ thuộc nhau. Để xác định thường xây dựng tương quan dòng chảy 2 năm kề nhau. Nếu được hệ số tưng quan r <0,3 có coi mối liên hệ nhưng tương quan giữa chúng không lớn nên có thể coi lượng dòng chảy năm giữa các năm độc lập 31
  32. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 1. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có nhiều tài liệu đo đạc b: Kiểm tra tính đồng nhất? Dòng chảy năm phải có cùng nguyên nhân hình thành thể hiện. 1. Đo liên tục: không được gián đoạn (thiếu tài liệu đo). 2. Phải cùng loại và cùng nguyên nhân hình thành. 32
  33. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 1. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có nhiều tài liệu đo đạc c: Kiểm tra tính đại biểu của mẫu -Kiểm tra sai số lấy mẫu bằng cách xác định số năm cần thiết để đảm bảo sai số cho phép: -Theo sai số lấy mẫu cho phép của trị bình quân: - Theo sai số của hệ số phân tán: 33
  34. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế 1. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có nhiều tài liệu đo đạc c: Kiểm tra tính đại biểu của mẫu -Kiểm tra tính đại biểu của thời kỳ quan trắc bằng đường lũy tích sai chuẩn. Bằng cách so sánh dường ltsc của trạm tính toán với đường ltsc của trạm gốc(trạm tương tự thủy văn có nhiều tài liệu) về dao động đồng bộ, tính hệ số Kcp = 1+∆cp với S c s đ cp m trong đó Sđ và Sc là giá trị độ lệch tích lũy từ năm đầu đên năm cuối Khi Kcp = 1 Thời kỳ đo đạc đại biểu Khi Kcp > 1 Thời kỳ đo đạc dòng chảy thiên lớn Khi Kcp < 1 Thời kỳ đo đạc dòng chảy thiên nhỏ 34
  35. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế 2.90 2.40 1.90 Tõ 1956-1966 1967-1975 1.40 Tõ n¨m 1903-1932 Tõ n¨m 1933-1955 Tõ 1956 - 1994 0.90 0.40 -0.10 1903 1906 1909 1912 1915 1918 1921 1924 1927 1930 1933 1936 1939 1942 1945 1948 1951 1954 1957 1960 1963 1966 1969 1972 1975 1978 1981 1984 1987 1990 1993 -0.60 Đường luỹ tích sai chuẩn Sm=f(t) của đặc trưng lưu lượng dòng chảy năm tại một trạm thuỷ văn thời kỳ 1903 - 1994 35
  36. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 1. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có nhiều tài liệu đo đạc (2) Tính toán các đặc trưng dòng chảy năm thiết kế: Qbq, Cv, Cs; Tính và vẽ đường tần suất kinh nghiệm, đường tần suất lý luận; Tính giá trị dòng chảy năm thiết kế Qnp=? (3) Tính phân phối dòng chảy năm thiết kế 36
  37. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 2. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có ít tài liệu đo đạc + Khi có ít tài liệu cần kéo dài (bổ sung) tài liệu rồi tính toán như trường hợp có đủ tài liệu. Việc kéo dài chủ yếu thực hiện chủ yếu là dòng chảy năm bằng cách thiết lập các phương trình tương quan: (1) thiết lập tương quan dòng chảy năm lưu vực tính toán (Qtt) và dòng chảy năm lưu vực tương tự (Qa) (2) Thiết lập quan hệ tương quan lớp dòng chảy (Ytt) và mưa năm của lưu vực tính toán (3) Tính toán dòng chảy năm bằng mô hình toán 37
  38. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 2. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có ít tài liệu đo đạc + Lưu vực tương tự? - Là lưu vực có nhiều tài liệu đo đạc và có điều kiện hình thành dòng chảy tương tự lưu vực tính toán - Là lưu vực có cùng điều kiện khí hậu của lưu vực tính toán và có : •Điều kiện địa hình, địa chất và thổ nhưỡng, mức độ che phủ của rừng tương tự như lưu vực nghiên cứu. •Diện tích lưu vực tương tự không chênh quá nhiều so với lưu vực nghiên cứu. Trong thực tế tính toán nên chọn lưu vực tương tự có diện tích chênh lệch không quá 10 lần so với lưu vực nghiên cứu. •Chất liệu tài liệu tốt và có tài liệu dài, đủ để xác định chính xác các tham số thống kê của đường tần suất dòng chảy năm. •Có tài liệu quan trắc cùng thời gian với lưu vực nghiên cứu, quan hệ tương quan tuyến tính giữa lượng dòng chảy năm hai lưu vực chặt chẽ. 38
  39. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 2. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có ít tài liệu đo đạc + Phương pháp kéo dài a)Phương pháp trực tiếp: Sử dụng phương trình tương quan hoặc mô hình toán kéo dài trực tiếp (bổ sung số liệu những năm thiếu) số liệu cho lưu vực tính toán sau đó thực hiện tính toán dòng chảy năm thiết kế như trường hợp đủ số liệu để tính (Qo, Cv, Cs). Phương pháp này ít nhiều làm mất đi tính ngẫu nhiên của ĐLNN do vậy số số liệu kéo dài thường không quá 1/3 số năm cần tính toán(N). Nếu số liệu bổ sung nhiều hơn 1/3 (N) thì sử dụng phương pháp gián tiếp để tính do vậy 39
  40. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 2. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có ít tài liệu đo đạc + Phương pháp kéo dài b. Phương pháp gián tiếp: (1) Xác định dòng chảy chuẩn: Sử dụng quan hệ tương quan để xác định các tham số thống kê dòng chảy năm thiết kế Qo hoặc (Wo, Mo, Yo) mà không phải vẽ đường tần suất. Lưu vực tương tự có nhiều tài liệu nên đã xác định được các tham số thống kê Qoa, Moa, Cva, Csa nên tính được các đặc trưng của lưu vực tính toán theo công thức: Qo = k.Qoa + b trong đó Qo, Qoa là chuẩn dòng chảy năm của lưu vực tính toán và lưu vực tương tự, k, b hằng số Mo = km.Moa +bm trong đó Mo, Moa là chuẩn mô đun dòng chảy năm lưu vực tính toán và lưu vực tương tự , km, bm là hằng số 40
  41. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 2. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có ít tài liệu đo đạc + Phương pháp kéo dài (2)Xác định hệ số phân tán Cv, hệ số thiên lệch Cs : Phương pháp của Viện Thuỷ năng Matxcơva: M -Hệ số phân tán: 0a Cv Cv a tg M 0 Trong đó; Moa và Cva là mô đun dòng chảy chuẩn và hệ số phân tán của lưu vực tương tự; M0 và Cv là mô đun dòng chảy chuẩn và hệ số phân tán của lưu vực tính toán, - Hệ số thiên lệch: Cs = mCv; m = CSa/CVa 41
  42. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 3. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi không có tài liệu đo đạc a. Xác định chuẩn dòng chảy: (1) Phương pháp lưu vực tương tự: + Tính theo lượng mưa năm: Y0 = 0.X0 trong đó 0 = 0a; Y oa 0a hệ số dòng chảy chuẩn của lưu vực tương tự: oa X oa + Tính theo mô đun dòng chảy chuẩn: M0 = KM0a Trong đó: Fa, F: diện tích lưu vực tương tự và lưu vực tính toán. n F K hệ số hiệu chỉnh , n =0,2 – 0,25. K F a 42
  43. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 3. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi không có tài liệu đo đạc a. Xác định chuẩn dòng chảy: (2) Phương pháp tổng hợp địa lý M01 M02 M03 f01 f2 M04 f Khi Flv < 100 km2 thì 3 f4 n M oi M oi 1 M05  n 2 F  i 1 M 0 .  F 100 với (0,2< n<0,25) 43
  44. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 3. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi không có tài liệu đo đạc a. Xác định chuẩn dòng chảy: y 0 a X 0 b (3) Công thức kinh nghiệm:  X : lượng mưa bình quân 0 1 y 1 X Z0: Khả năng bốc hơi lớn nhất 0 1 / n  0 n X của lưu vực 1 0 Z a,b,n: Thông số phản ánh đặc điểm địa hình 0  44
  45. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 3. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi không có tài liệu đo đạc b. Xác định hệ số phân tán: Công thức Xô-kô-lốp-sky Cv a 0,063lg(F 1) Trong đó: F là diện tích lưu vực (km2); a là thông số đặc trưng cho ảnh hưởng của điều kiện địa lý khí hậu. Trong tính toán thực tế a được lấy theo lưu vực tương tự và công thức tính Cv sẽ là: F 1 Cv Cv 0 ,063 lg a F 1 a 45
  46. 4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế III. Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp 3. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi không có tài liệu đo đạc c. Xác định hệ số thiên lệch: Hệ số thiên lệch Cs được xác định theo công thức Cs = mCv, trong đó m được lấy theo lưu vực tương tự. Trong trường không chọn được lưu vực tương tự có thể lấy Cs = 2Cv. 46
  47. 4.4 Tính toán lũ thiết kế 1. Khái niệm - Lũ là sự gia tăng dòng chảy đột biến so với bình thường. Khoảng thời gian từ bắt đầu đến kết thúc(trở về bình thường) gọi là thời gian của trận lũ. Tx - Các đặc trưng trận lũ: T Đường quá trình lũ Q~t, Lưu lượng đỉnh lũ Qmax, tổng lượng lũ Wmax, Thời gian lũ T, lũ lên TL, lũ xuống Tx 47
  48. 4.4 Tính toán lũ thiết kế 1. Khái niệm t 2 Tổng lượng lũ: W Qdt t 1 Cường suất lũ: dQ ; Cường suất mực nước lũ: dH dt dt T Tỷ số   x đối với lưu vực vừa và nhỏ  = 2 ~ 3 T  48
  49. 4.4 Tính toán lũ thiết kế 2. Sự hình thành dòng chảy lũ H0 Kt ~ t Ycn at ~ t Q (m3/s) Q~t 49 t0 t1 t2 t3
  50. 4.4 Tính toán lũ thiết kế 2. Sự hình thành dòng chảy lũ  Tại t0: thời điểm bắt đầu mưa  Từ t0  t1: at Kt thời kỳ cấp nước ht=at – Kt gọi là cường độ cấp nước (hoặc cường độ mưa hiệu quả)  Tại t2: at = Kt kết thúc thời kỳ cấp nước t 2 t 2 Y h dt a K dt cn t t t t t 1 1 Trong đó Ycn: Lớp cấp nước (lượng mưa hiệu quả)  Từ t2 t3: at<Kt  Tại t3: kết thúc quá trình dòng chảy lũ 50
  51. 4.4 Tính toán lũ thiết kế 2. Sự hình thành dòng chảy lũ Quá trình hình thành dòng chảy lũ phụ thuộc vào: •Quá trình mưa •Quá trình tổn thất (chủ yếu do thấm) •Quá trình tập trung nước về tuyến cửa ra 51
  52. Phân tách nước ngầm trong dòng chảy lũ Phương pháp Cắt ngang
  53. Phân tách nước ngầm trong dòng chảy lũ Phương pháp Cắt chéo
  54. Phân tách nước ngầm trong dòng chảy lũ Phương pháp Cắt lõm
  55. 4.4 Tính toán lũ thiết kế 3. Các đặc trưng lượng mưa và cường độ mưa (1)Lượng mưa. a. Lượng mưa trận mưa. Là độ cao cột nước đo được của một trận mưa. Lượng mưa thường ký hiệu H(mm), dụng cụ đo mưa gọi là vũ lượng kế(máy đo mưa) hoặc máy đo mưa tự ghi. b. Lượng mưa lớn nhất. Là lượng mưa lớn nhất trong khoảng thời gian T ký hiệu HT . HT được xác định từ biểu đồ tích lũy lượng mưa (2)Các đặc trưng cường độ mưa. a. Cường độ mưa tức thời: at (mm/giờ; mm/phút) Lượng mưa trong một đơn vị thời gian tại một thời điểm bất kỳ ký hiệu là at gọi là cường độ mưa tức thời. Sự thay đổi của cường độ mưa theo thời gian trong một trận mưa gọi là quá trình mưa ký hiệu (at ~ t) 55
  56. 4.4 Tính toán lũ thiết kế 3. Các đặc trưng lượng mưa và cường độ mưa b. Cường độ mưa bình quân thời đoạn: Là cường độ mưa tính bình quân trong khoảng thời gian t, được tính theo công thức t trong đó 2 H t t a t dt 1 2 t1 c. Cường độ mưa bình quân lớn nhất thời đoạn aT: Là cường độ mưa trong khoảng thời gian T được chọn trên đường quá trình mưa at ~t sao cho cường độ mưa trong thời đoạn đó là lớn nhất Nhận xét: Khi T tăng aT giảm còn HT tăng. Đường quan hệ aT~T luân giảm, đường quan hệ HT~T luân tăng 56
  57. 4.4 Tính toán lũ thiết kế 3. Các đặc trưng lượng mưa và cường độ mưa at (mm/ph) at max aT Ht1-t2 t1 t2 t T 57
  58. 4.4 Tính toán lũ thiết kế 3. Các đặc trưng lượng mưa và cường độ mưa d. Đường cong triết giảm mưa - Dựa vào tài liệu mưa tự ghi và tài liệu mưa ngày lớn nhất trên toàn lãnh thổ Việt nam: Tính lượng mưa lớn nhất thời đoạn T ứng với tần suất thiết kế P (HTp) đts (HTp ~ P); Tính lượng mưa ngày H lớn nhất ứng với tần suất Tpthiết kế P (Hnp) từ đts (Hnp ~ P).  TP H - Lập tỷ số : np . T và P là các giá trị thay đổi nên tp =f(T,P). - Vẽ quan hệ (tp ~ T) thấy rằng khi T tăng thì tp giảm do vậy gọi đường quan hệ (tp ~ T) là Đường cong triết giảm mưa 58
  59. 4.4 Tính toán lũ thiết kế 3. Các đặc trưng lượng mưa và cường độ mưa d. Đường cong triết giảm mưa - Hàm tp có tính chất: (1) Tính vùng rõ rệt (Việt Nam được chia thành 15 vùng mưa); (2) Trong cùng 1 vùng mưa, với tần suất nhỏ P=(1-20%) thì các đường (tp ~ T) rất xít nhau không phụ thuộc vào P tức là tp =f(T). Do các đường xít nhau nên có thể lấy đường trung bình (t ~ T ) thay cho cụm đường (tp ~ T ) với các P nhỏ.  - Đặt T . Ứng với 1 đường ( ~ T ) ta thu được 1 đường  T t T cong và cũng gọi là đường cong triết giảm mưa .  T ~ T Trong Quy phạm QP-TC-C6-77 của Việt nam đã xây dựng 2 quan hệ ( ) và ( ) cho 15 vùng lãnh thổ VN   . ~  16 ,67   ~  59 (hình 6-9 tr 249 gt) và bảng (6-4) trang 250, 251 giáo trình.
  60. 4.4 Tính toán lũ thiết kế 3. Các đặc trưng lượng mưa và cường độ mưa e. Cường độ mưa bình quân lớn nhất và lượng mưa lớn nhất thời đoạn thiết kế. Theo đường cong triết giảm mưa có công thức: - Cường độ mưa bình quân lớn nhất thời đoạn thiết kế a Tp  .H np - Lượng mưa lớn nhất thời đoạn thiết kế H Tp  T .H np Liên hệ aTp và HTp: 60
  61. 4.4 Tính toán lũ thiết kế 4. Tổn thất dòng chảy lũ Các loại tổn thất: Thấm (chủ yếu) Điền trũng (ao, hồ) Bốc hơi (bao gồm bốc thoát hơi thực vật) Giữ lại ở lớp thảm thực vật 61
  62. 4.4 Tính toán lũ thiết kế Hệ số dòng chảy lũ (đặc trưng biểu thị tổn thất dòng chảy lũ Hệ số dòng chảy lũ phụ thuộc vào lượng mưa, cường độ mưa, và các yếu tố mặt đệm như loại đất trên lưu vực, mật độ che phủ của rừng Hai loại hệ số dòng chảy lũ thường sử dụng: (1) Hệ số dòng chảy đỉnh lũ ( T) là tỷ số giữa lớp nước lũ trong khoảng thời gian cấp nước Tcn với lượng mưa lớn nhất trong khoảng thời gian đó (HTcn). Thường chọn T=(thời gian tập trung dòng chảy) Y   H  62
  63. 4.4 Tính toán lũ thiết kế Hệ số dòng chảy lũ (đặc trưng biểu thị tổn thất dòng chảy lũ Hệ số dòng chảy lũ phụ thuộc vào lượng mưa, cường độ mưa, và các yếu tố mặt đệm như loại đất trên lưu vực, mật độ che phủ của rừng Hai loại hệ số dòng chảy lũ thường sử dụng: (2) Hệ số dòng chảy trận lũ (j): là tỷ số giữa lớp dòng chảy lũ của toàn trận lũ với lượng mưa tương ứng sinh ra trận lũ đó (H). 63
  64. 4.5 Thời gian tập trung dòng chảy 1. Khái niệm: a. Thời gian tập trung dòng chảy là khoảng thời gian để một chất điểm nước tại vị trí xa nhất trên lưu vực chuyển động tới tuyến cửa ra. Ký hiệu:  . Quá trình chuyển động của nước tới tuyến cửa ra gọi là quá trình tập trung nươc, quá trình gồm hai giai đoạn: L  Tập trung dòng chảy trên sườn dốc ( ) d d  d , v d L s  Tập trung dòng chảy trong sông (s)  s v s Hai quá trình này thực chất không thể phân tách ra được b. Đường đẳng thời là đường cong nối tất cả các điểm trên lưu vực có cùng thời gian tập trung dòng chảy về tuyến cửa ra. 64
  65. 4.5 Thời gian tập trung dòng chảy 2. Công thức tính thời gian tập trung dòng chảy: 1,1 (1) Alexayep =d+1,15s (2) Kirpich 0 .06628 L0 .77 t c S 0 .385 0 .467 (3) Hathaway 0 .606 Ln t c S 0 .234 65
  66. 4.6 Công thức căn nguyên dòng chảy 1. Trường hợp 1:  < Tcn Ví dụ 1:  Giả sử có một trận mưa với thời gian mưa hiệu quả là 5 giờ với lượng mưa tương ứng là h1, h2, h3, h4, h5. Tcn=5 (giờ)  Giả sử lưu vực A được phân chia bởi các đường đẳng thời thành các diện tích bộ phận f1, f2, f3.  = 3 (giờ) Như vậy  < Tcn
  67. 4.6 Công thức căn nguyên dòng chảy f2 f1 i f3 f f3  f2 h3 h2 i f1 h h4 h1 h5
  68. 4.6 Công thức căn nguyên dòng chảy Xác định quá trình lưu lượng  Tại thời điểm ban đầu, lưu lượng đo tại tuyến cửa ra của lưu vực là: Tại t0: Q0 = 0  Sau 1h: Q1= h1f1  Sau 2h: Q2= h1f2 + h2f1  Sau 3h: Q3= h1f3+h2f2+h3f1  Sau 4h: Q4= h2f3 +h3f2 +h4f1  Sau 5h: Q5= h3f3+ h4f2+h5f1  Sau 6h: Q6= h4f3+h5f2  Sau 7h: Q7= h5f3  Sau 8h: Q8=0
  69. 4.6 Công thức căn nguyên dòng chảy Quá trình lưu lượng 4500 4000 3500 3000 2500 2000 Q(m3/s) 1500 1000 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t (giờ)
  70. 4.6 Công thức căn nguyên dòng chảy 2.Trường hợp 2:  = Tcn Ví dụ 2:  Giả sử có một trận mưa với thời gian mưa hiệu quả là 3 giờ với lượng mưa tương ứng là h1, h2, h3. Tcn=3 (giờ)  Giả sử lưu vực A được phân chia bởi các đường đẳng thời thành các diện tích bộ phận f1, f2, f3.  = 3 (giờ) Như vậy  = Tcn
  71. 4.6 Công thức căn nguyên dòng chảy f2 f1 i f3 f f3  f2 f1 h1 h2 h3
  72. Công thức căn nguyên dòng chảy Xác định quá trình lưu lượng  Tại thời điểm ban đầu, lưu lượng đo tại tuyến cửa ra của lưu vực là: Tại t0: Q0 = 0  Sau 1h: Q1= h1f1  Sau 2h: Q2= h1f2 + h2f1  Sau 3h: Q3= h1f3+h2f2+h3f1  Sau 4h: Q4= h2f3 +h3f2  Sau 5h: Q5= h3f3  Sau 6h: Q6=0
  73. Công thức căn nguyên dòng chảy Quá trình lưu lượng 4000 3500 3000 2500 2000 Q(m3/s) 1500 1000 500 0 1 2 3 4 5 6 t (giờ)
  74. 4.6 Công thức căn nguyên dòng chảy 3. Trường hợp 3:  > Tcn Ví dụ 3:  Giả sử có một trận mưa với thời gian mưa hiệu quả là 2 giờ với lượng mưa tương ứng là h1, h2. Tcn=2 (giờ)  Giả sử lưu vực A được phân chia bởi các đường đẳng thời thành các diện tích bộ phận f1, f2, f3.  = 3 (giờ) Như vậy  > Tcn
  75. 4.6 Công thức căn nguyên dòng chảy f2 f1 i f3 f f3  f2 f1 h1 h2
  76. Công thức căn nguyên dòng chảy Xác định quá trình lưu lượng  Tại thời điểm ban đầu, lưu lượng đo tại tuyến cửa ra của lưu vực là: Tại t0: Q0 = 0  Sau 1h: Q1= h1f1  Sau 2h: Q2= h1f2 + h2f1  Sau 3h: Q3= h1f3+h2f2  Sau 4h: Q4= h2f3  Sau 5h: Q5= 0
  77. 4.6 Công thức căn nguyên dòng chảy 4. Công thức căn nguyên dòng chảy Công thức căn nguyên dòng chảy là công thức khái quát hóa và tính toán quá trình lưu lượng ở tuyến cửa ra của lưu vực trên cơ sở lý thuyết đường đẳng thời k i Q h f i  k i k 1 k 1 Trong đó:  i: thời điểm tính toán  k m, với m là số thời đoạn mưa hiệu quả  i-k <n, với n là số mảnh diện tích được phân chia bởi các đường đẳng thời
  78. 4.7 Nội dung tính toán lũ thiết kế 1. Khái niệm: (1) Trận lũ được sử dụng để xác định dung tích chống lũ và các thông số thiết kế của công trình tháo lũ được gọi là lũ thiết kế. (2) Lũ thiết kế được đánh giá bằng 3 đặc trưng: lưu lượng đỉnh lũ thiết kế (Qmax), tổng lượng lũ thiết kế (Wmax) và đường quá trình lũ thiết kế (Q~t). (3) Tiêu chuẩn chọn lũ thiết kế: - Theo tần suất, - Theo lũ lớn nhất khả năng (PMF), - Theo lũ trận thực đo. 78
  79. 4.7 Nội dung tính toán lũ thiết kế (4) Tiêu chuẩn chống lũ theo tần suất: Cấp QPVN 08-75 TCVN 5060-90 TCXDVN 285:2002 công Loại công trình Loại công trình Loại công trình trình Lâu Tạm Dẫn Lâu Tạm Dẫn Thiết Kiểm Tạm Dẫn dài thời dòng dài thời dòng kế tra thời dòng I 0.1 10.0 5.0 0.1 5.0 5.0 0.1 0.02 5.0 5.0 II 0.5 10.0 5.0 0.5 5.0 5.0 0.5 0.1 5.0 5.0 III 1.0 10.0 10.0 1.0 10.0 10.0 1.0 0.2 10.0 10.0 IV 1.5 10.0 10.0 1.5 10.0 10.0 1.5 0.5 10.0 10.0 V 2.0 10.0 10.0 2.0 10.0 10.0 2.0 10.0 10.0 79
  80. 4.7 Nội dung tính toán lũ thiết kế 1. Xác định lũ thiết kế khi có nhiều tài liệu thực đo (1) Chọn mẫu mẫu thông kê Qmax: có hai cách chọn • Cách 1. Mỗi năm chọn 1 đỉnh lũ lớn nhất trong năm và công thức tính tần suất kinh nghiệm m • Cách 2 Mỗi năm chọn nhiều đỉnh lũ: p n 1  Mỗi năm chọn một số trị số Qmax cố định  Mỗi năm chọn một số trị số Qmax>= Qgh nào đó Theo cách này tần suất kinh nghiệm tính theo công thức m s p .100 % p 1 ( 1 p L ) trong đó: L và N T 1 N T trong đó: NT là tổng số trận lũ chọn, s n n số năm có tài liệu 80
  81. 6. Tính toán lũ thiết kế * Xác định tổng lượng lũ thiết kế: Đối với trường hợp nhiều tài liệu thì làm tương tự như là xác định đỉnh lũ thiết kế. Lưu ý: đặc trưng đỉnh lũ và tổng lượng lũ được chọn trong cùng một trận lũ. * Xác định quá trình lũ thiết kế: chọn một trận lũ điển hình, sau đó thu phóng để có quá trình lũ thiết kế. Yêu cầu của một trận lũ điển hình o Phải là một trận lũ thực đo o Đỉnh lũ (hoặc lượng lũ) của trận lũ điển hình xấp xỉ với đỉnh lũ (hoặc lượng lũ) thiết kế o Có hình dạng bất lợi đối với công trình 81
  82. 6. Tính toán lũ thiết kế Thu phóng cùng tỷ số: Nhân tung độ của đường quá trình lũ điển hình với cùng một tỷ số KQ hoặc KW thời gian giữ nguyên không đổi được đường quá trình lũ W thiết kế. Q mp mp K Q K Q W mdh hoặc W mdh Trong đó: Qmp, Qmđh: Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế và lũ điển hình Wmp, Wmđh: Tổng lượng lũ thiết kế và lũ điển hình Khi đó: Qip = Qiđh. KQ hoặc Qip = Qiđh. KW Trong đó Qip, Qiđh là tung độ của đường quá trình lũ thiết kế và lũ điển hình 82
  83. 6. Tính toán lũ thiết kế Thu phóng theo 2 tỷ số: * Các tung độ của đường quá trình lũ điển hình được nhân với tỉ số KQ để có tung độ của đường quá trình lũ thiết kế Q mp K Q Q mdh Sau khi thu phóng, tổng lũ thiết kế là Wp, thời gian kéo dài trận lũ thiết kế là Tp 2W p T p Q f mp Với f: hệ số hình dạng của đường quá trình lũ. Với lũ tam giác f =1. Tương tự với trận lũ điển hình: 2W dh T dh Q mdh f 83
  84. 6. Tính toán lũ thiết kế Thu phóng theo 2 tỷ số: * Các hoành độ của đường quá trình lũ điển hình được nhân với tỉ số KT để có hoành độ của đường quá trình lũ thiết kế T p W p Q K K mdh W T T dh W dh Q mp K Q Như vậy quá trình lũ thiết kế sẽ có đỉnh lũ bằng Qmaxp và tổng lượng lũ đúng bằng Wmaxp. 84
  85. 6. Tính toán lũ thiết kế b. Xác định lũ thiết kế khi không có tài liệu thực đo * Phân loại các phương pháp: Công thức lý luận: là loại công thức được xây dựng trên cơ sở công thức căn nguyên dòng chảy, từ đó xây dựng mối liên hệ giữa đỉnh lũ với các đặc trưng mưa gây lũ và các yếu tố ảnh hưởng của mặt đệm. Điển hình: công thức cường độ giới hạn Công thức kinh nghiệm: là loại công thức đã hoàn toàn dựa trên cơ sở tổng hợp tài liệu thực đo về lũ nhằm xác định mối quan hệ giữa lưu lượng đỉnh lũ với các nhân tố ảnh hưởng, từ đó dùng một công thức toán học để thể hiện mối quan hệ đó. Điển hình: công thức triết giảm mô đun đỉnh lũ theo diện tích lưu vực sông. Công thức bán kinh nghiệm: là loại công thức trung gian của 2 loại trên, nghĩa là vừa dựa vào phân tích căn nguyên của sự hình thành dòng chảy lũ vừa tổng hợp theo tài liệu thực đo để tham số hóa các công thức tính toán. Điển hình: công thức Xôkôlôpxki 85
  86. 6. Tính toán lũ thiết kế b. Xác định lũ thiết kế khi không có tài liệu thực đo •Quy định của Quy phạm Thuỷ lợi C6-77 oKhi diện tích lưu vực nhỏ hơn 100km2 thì đỉnh lũ được tính bằng công thức Cường độ giới hạn. oKhi diện tích lưu vực lớn hơn 100km2 thì dùng công thức triết giảm hoặc công thức Xô-kô-lôp-sky. 86
  87. 6. Tính toán lũ thiết kế 1) Công thức Cường độ giới hạn Q maxP K. α τ .a τP .F F: Diện tích lưu vực aP: cường độ mưa bình quân lớn nhất thời đoạn ứng với tần suất P với thời đoạn tính toán là thời gian tập trung dòng chảy . Được xác định theo công thức kinh nghiệm hoặc đường cong triết giảm : Hệ số dòng chảy lũ phụ thuộc (loại đất, F, Hnp) (tra bảng 6- 7 tr 270)) K: Hệ số chuyển đổi với K = 16,67 nếu aP tính bằng (mm/phút) và K = 0,278 nếu aP tính bằng (mm/giờ). 87
  88. 6. Tính toán lũ thiết kế 1) Công thức Cường độ giới hạn Đặt a tP  ( ) H nP HnP: lượng mưa ngày lớn nhất ứng với tần suất P Đặt A P 16 ,67  ( ) Ta có: Q max P A P . .H nP .F AP tra bảng theo vùng và (s,td) 0 , 6 1000 L d tra bảng quan hệ ra t ;  d d 0 , 4 m J 0 , 3 H d d np 1000 L  s s 1 / 3 1 / 4 m s J s H np F 88
  89. 6. Tính toán lũ thiết kế 2) Công thức triết giảm A P 3 2 q max P m / s.km F n Trong đó: n là hệ số triết giảm. Xác định bằng cách tra bảng (phụ lục 4-7 QPTL C6-77) AP: Thông số địa lý khí hậu có thể xác định bằng tra bảng hoặc từ lưu vực tương tự. tt n A p A p q max p Ftt 1 n F Q Q tt max p max p F tt 89
  90. 6. Tính toán lũ thiết kế 3) Công thức Xô-kô-lôp-sky H T H 0 Q max 0 ,278 F . f T l Trong đó: là hệ số dòng chảy (tra bảng theo vùng) HT: lượng mưa thiết kế trong thời gian tính toán T H0: lớp tổn thất ban đầu (tra bảng theo vùng) f: hệ số hình dạng lũ 90
  91. 6. Tính toán lũ thiết kế c. Tính toán tổng lượng lũ •Mượn quan hệ Qmaxp ~ Wmaxp của lưu vực tương tự •Sử dụng công thức kinh nghiệm: Với lưu vực nhỏ F<1km2 thì tính theo lượng mưa lớn 3 nhất trong thời đoạn 150 phút: Wmp = 10 (150).Hnp.F 2 3 Với lưu vực có F =1 50km : Wmp =10 .Hnp.F Trong đó: Hnp – lượng mưa ngày thiết kế và tính theo lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn 1 ngày. 91
  92. 6. Tính toán lũ thiết kế d. Đường quá trình lũ thiết kế Q(t) ~ t •Sử dụng mô hình toán thuỷ văn •Khái quát hoá theo dạng toán học nào đó + Dạng tam giác + Dạng hình thang + Dạng Xô-kô-lôp-sky 92
  93. 6. Tính toán lũ thiết kế d. Đường quá trình lũ thiết kế Q(t) ~ t •Dạng tam giác 2W mp Thời gian kéo dài trận lũ: T lu Q mp Tlũ = Tl + Tx T Ta có  x T l Đối với lưu vực nhỏ ít điều tiết  =1,52 Đối với lưu vực điều tiết nhiều  =2,53,5 hoặc lấy theo lưu vực tương tự 93
  94. 6. Tính toán lũ thiết kế Dạng tam giác 1200 Qmaxp 1000 800 600 400 Wmaxp 200 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 94 Tlũ
  95. 6. Tính toán lũ thiết kế d. Đường quá trình lũ thiết kế Q(t) ~ t *Dạng hình thang 2W mp T  Thời gian kéo dài trận lũ lu 1,1Q mp 1200 Tđ 1000 Qmaxp 800 600 400 Wmaxp 200 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 Tl Tx 95 Tlũ
  96. 6. Tính toán lũ thiết kế d. Đường quá trình lũ thiết kế Q(t) ~ t *Dạng Xô-kô-lôp-sky 1200.00 Qmaxp m 1000.00 t Q Q t m 800.00 t l 600.00 n m n t t Q Q x t m 400.00 t x 200.00 Lũ do mưa rào thường lấy 0.00 m = 2, n = 3 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 tl tx 96
  97. Bài tập chương 4 Câu 1: Một lưu vực có: thời gian chảy truyền  =4h; diện tích 2 2 2 2 các mảnh là: f1 =10km ; f2=12km ; f3=16 km ; f4=15km ; và lượng mưa hiệu quả là h1=3cm; h2=4cm; h3=6cm; h4=11cm; h5=8cm; f4 f3 Áp dụng CT căn nguyên dòng chảy xác định Q~t. Qmax=? f2 f1 97
  98. Bài tập chương 4 Câu 2: Một công trình dự kiến xây dựng trên lưu vực có các 2 đặc trưng như sau: FA = 50 km ;Ls = 14.3 km; Js = 5.0 %o Ld = 3.10 km; Jd = 30 %o Đây là một lưu vực bộ phận của lưu vực sông Thao; Đặc điểm sườn dốc bằng phẳng Đặc điểm lòng sông: sông vùng núi, lòng sông nhiều đá Đặc điểm đất: cấp IV Lượng mưa ngày thiết kế: 215mm Hãy tính: 1. Thời gian tập trung dòng chảy 2. Q đỉnh lũ theo công thức Cường độ giới hạn 3. Xây dựng đường quá trình lũ tam giác 98
  99. Câu 3:  Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tần suất P=1% cho lưu vực A không có tài liệu đo đạc dòng chảy. Trong vùng nghiên cứu có lưu vực B là lưu vực tương tự có nhiều tài liệu đo đạc và tính được các tham số thống kê của đặc trưng lưu lượng đỉnh lũ như sau: =3500 m3/s. 2 Lưu vực A có diện tích lưu vực Fa = 1500 km , Lưu 2 vực B có diện tích lưu vực Fb = 1800 km , hệ số triết giảm môdun đỉnh lũ theo diện tích lưu vực là n =0,25. 99