TIEU CHUN QUC GIA

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9845:2013 TÍNH TỐN CÁC ĐẶC TRƯNG DÒNG CHẢY LŨ Calculation of flood flow characteristics Lời nói đầu TCVN 9845:2013 xây dựng sở tham khảo 22TCN220-95: Tính tốn đặc trưng dịng chảy lũ TCVN 9845:2013 Tổng cục Đường Việt Nam biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học Cơng nghệ cơng bố TÍNH TỐN CÁC ĐẶC TRƯNG DÒNG CHẢY LŨ Calculation of flood flow characteristics Phạm vi áp dụng 1.1 Tiêu chuẩn qui định cách xác định đặc trưng dòng chảy lũ mưa rào phục vụ thiết kế cơng trình nước nhỏ sơng, ven sơng ngành giao thông vận tải thuộc vùng sông không chịu ảnh hưởng thủy triều khơng có lũ bùn đá 1.2 Tiêu chuẩn tài liệu tham khảo cho ngành khác cần tính tốn đặc trưng dịng chảy lũ phục vụ thiết kế cơng trình liên quan đến dịng chảy sơng, ven sơng Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn Đối với tài liệu viện dẫn ghi năm cơng bố áp dụng nêu Đối với tài liệu viện dẫn khơng ghi năm cơng bố áp dụng phiên nhất, bao gồm sửa đổi, bổ sung (nếu có) TCVN 4054:2005 Đường tơ - Yêu cầu thiết kế TCVN 5729:2012 Đường ô tô cao tốc - Yêu cầu thiết kế Thuật ngữ định nghĩa Trong tiêu chuẩn áp dụng thuật ngữ sau: 3.1 Lũ (Flood) Hiện tượng nước sông dâng cao khoảng thời gian định sau giảm dần 3.2 Đặc trưng dịng chảy lũ (Characteristics of Flood Flow) Các thơng số thể dịng chảy lũ lưu lượng đỉnh lũ, tổng lượng dòng chảy trận lũ, mô đun đỉnh lũ, mực nước đỉnh lũ, đường trình lũ, thời gian lũ (thời gian lũ lên thời gian lũ xuống), hệ số dòng chảy 3.3 Mực nước đỉnh lũ (flood water level) Cao độ mặt nước lớn trận lũ sông so với cao độ thủy chuẩn quốc gia 3.4 Thời gian lũ (time of the flood) Khoảng thời gian từ lũ bắt đầu lên đến kết thúc 3.5 Thời gian lũ lên (rising limb) Khoảng thời gian từ lũ bắt đầu lên đến đạt giá trị lớn 3.6 Thời gian lũ xuống (falling limb) Khoảng thời gian từ lũ giá trị lớn đến lũ kết thúc 3.7 Lưu lượng (Flow discharge) Thể tích nước qua mặt cắt ướt đơn vị thời gian 3.8 Tổng lượng dòng chảy (flood total volume) Tổng thể tích nước qua mặt cắt cơng trình thời gian lũ 3.9 Lưu vực (watershed) Diện tích lưu vực mà nước mưa tập trung chảy vào sơng nhánh sơng 3.10 Lượng mưa (Rainfall) Chiều dày lớp nước mưa rơi xuống (tại vị trí khơng gian đó) khoảng thời gian, thường có đơn vị mm 3.11 Lớp dòng chảy (Depth of runoff) Chiều dày lớp nước mưa hiệu phủ tồn diện tích lưu vực để tạo thành tổng lượng dòng chảy 3.12 Hệ số dòng chảy (Runoff coeficient) Tỷ số lớp dòng chảy lượng mưa 3.13 Tần suất lũ (Flood Frequency) Số lần lũ có độ lớn cho xuất trở lại thời gian dài trăm năm 3.14 Tần suất lũ thiết kế (Design flood frequency) Tần suất lũ chọn để xác định kích thước cần thiết cơng trình nước 3.15 Khẩu độ cầu nhỏ (Small bridge waterway opening) Chiều dài mặt nước sơng, suối cần thiết cầu để lưu lượng thiết kế Quy định chung 4.1 Nhiệm vụ nội dung tính tốn: a) Tính lưu lượng, mực nước thiết kế trường hợp mối quan hệ lưu lượng với mực nước b) Xác định phân bố lưu lượng lưu tốc phận sơng, suối c) Xác định kích thước cơng trình cầu nhỏ, cống trường hợp 4.2 Các tài liệu tính tốn, cần sử dụng nguồn tài liệu: a) Tài liệu điều tra khảo sát thủy văn vùng cơng trình b) Tài liệu tổng hợp đặc điểm thủy văn địa phương để lựa chọn phương pháp tính tốn thích hợp c) Tài liệu lượng mưa trạm mưa, trạm khí tượng thủy văn khu vực Tài liệu lấy liên tục từ trạm đo bắt đầu hoạt động thời điểm tính tốn d) Tài liệu thủy văn, thủy lực cơng trình khác khu vực có liên quan 4.3 Trong trường hợp khơng có trạm quan trắc thủy văn gần tuyến thiết kế cơng trình, sử dụng tài liệu tương tự trạm thủy văn gần sông tương tự Khi sử dụng tài liệu lưu vực tương tự, cần hiệu chỉnh chênh lệch lượng mưa, diện tích lưu vực tương tự lưu vực nghiên cứu Có thể sử dụng mơ hình tính tốn thủy văn để tính đặc trưng dịng chảy lưu vực có đầy đủ sở khoa học tin cậy 4.4 Khi lựa chọn lưu vực tương tự, cần bảo đảm điều kiện sau đây: - Sự tương tự điều kiện khí hậu - Tính đồng dao động dịng chảy theo thời gian (có quan hệ tương quan thời kỳ đo đạc) - Tính tương tự địa chất, thổ nhưỡng, địa chất thủy văn, tỷ lệ diện tích rừng, đầm lầy, diện tích canh tác lưu vực - Khơng có yếu tố làm thay đổi điều kiện tự nhiên dòng chảy - Tỷ số diện tích khơng vượt q lần, chênh lệch cao trình bình qn lưu vực khơng vượt q 300 m 4.5 Khi tính tốn theo Phương pháp Tiêu chuẩn này, cần thu nhập đặc trưng địa lý thủy văn lưu vực nghiên cứu tính đến tuyến xây dựng cơng trình lưu vực tương tự Các đặc trưng tính tốn bao gồm: Diện tích lưu vực F (km2) xác định đồ có tỷ lệ 1/10.000, 1/25.000, 1/50.000 1/100.000 phù hợp với diện tích lưu vực, phải thỏa mãn: km2 ngồi thực địa diện tích đo đồ lớn cm2 bước lập dự án hay thiết kế sở, thiết kế kỹ thuật lớn cm2 Trường hợp thiết kế hai bước, diện tích phải lớn cm2 Khi tính diện tích lưu vực, cần bỏ bớt phần diện tích khơng tham gia hình thành dịng chảy lũ Ví dụ vùng hang động đá vơi v.v… Chiều dài lịng L (km) từ chỗ bắt đầu hình thành lịng đến vị trí cơng trình Khi lưu vực khơng có lịng chính, dịng chảy phải tính theo kiểu chảy sườn dốc Khi chiều dài lịng lấy theo khoảng cách từ đường phân chia lưu vực (đường phân thủy) đến vị trí cơng trình Chiều dài bình qn sườn dốc lưu vực Lsd (m) tính theo cơng thức Lsd = 1000F 1,8 ( L + (m) ål ) (1) Trong đó: L - chiều dài lịng chính, km; ål - tổng chiều dài lòng nhánh, km Trong số này, tính lịng nhánh có độ dài lớn 0,75 lần chiều rộng bình quân B lưu vực Chiều rộng bình qn B tính theo cơng thức: - Đối với lưu vực có hai sườn dốc: B= F 2L - Đối với lưu vực sườn dốc: B= F L ( km ) (2) ( km ) (3) Đối với lưu vực sườn, áp dụng công thức (1) hệ số 1,8 phải thay 0,90 Độ dốc trung bình lịng Jls (‰) độ dốc đường thẳng kẻ dọc sông cho phần diện tích thừa, thiếu đường thẳng đường đáy sông tạo nhau, xác định công thức: J ls = Trong đó: h1I1 + ( h1 + h2 )I + + ( hn -1 + hn ) I n L2 (4) h1, h2, … hn - hiệu độ cao điểm g•y trắc dọc đáy so với cao độ điểm cuối đoạn tính độ dốc; I1, I2, … In - cự ly điểm gãy, L = ål i Độ dốc trung bình sườn dốc Jsd (‰) tính theo trị số trung bình đến điểm xác định độ dốc sườn dốc, theo hướng dốc lớn Tỷ lệ rừng: Frừng fr = F 100% Tỷ lệ hồ ao: Fao fao = F 100 (%) Tỷ Lệ Đầm Lầy: fđl = (5) Fđầm lấy 100 % F Trong đó: Frừng, Fao, Fđầm lầy - diện tích rừng, ao hồ, đầm lầy lưu vực Mức độ điều tiết hồ chứa nước nhân tạo: số lượng, vị trí, dung tích, … Các đặc trưng địa lý thủy văn sơng ngịi lưu vực nêu trên, xác định theo đồ hay đo đạc chỗ Xác Định Lưu lượng đỉnh lũ, tổng lượng lũ q trình lũ thiết kế 5.1 Việc tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế, tùy theo diện tích lưu vực, sử dụng cơng thức đây: - Đối với lưu vực có diện tích nhỏ 100 km2, tính theo cơng thức cường độ giới hạn, quy định 5.2 - Đối với lưu vực có diện tích lớn 100 km2, tính theo cơng thức triết giảm, quy định 5.3 Ngồi việc tính tốn theo cơng thức trên, lưu vực vừa lớn, cần đối chiếu kết tính tốn với phương pháp hình thái đoạn sơng (lũ lịch sử) phương pháp khác để định số liệu thiết kế 5.2 Công thức cường độ giới hạn 5.2.1 Cơng thức tính lưu lượng: QP % = AP % j H P % F d (8) Trong đó: P% - tần suất thiết kế, lấy theo điều 10 TCVN 4054:2005 điều TCVN 5729:2012 HP% - lượng mưa ngày lớn tương ứng với tần suất thiết kế P% trạm đại diện cho lưu vực tính tốn, mm Trong tính tốn cần cập nhật chuỗi số liệu mưa trạm đại diện đến thời điểm tính Danh sách trạm đại diện xem Phụ lục B; QP% - lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế, m3/s; F - diện tích lưu vực, km2; φ - Hệ số dòng chảy lũ lấy bảng A.1 phụ lục A, tùy thuộc vào loại đất cấu tạo lưu vực, lượng mưa ngày thiết kế (HP%) diện tích lưu vực (F); Hệ số dịng chảy φ cơng thức (8) xác định theo lượng mưa ngày, diện tích lưu vực cấp đất, vị trí điển hình lấy mẫu đất chiều sâu: 0,20 m đến 0,30 m Mỗi mẫu nặng khoảng 400g, xác định thành phần hạt mẫu đất tính hàm lượng cát mẫu đất (kích thước cát 0,05 mm đến 2mm) Dựa vào hàm lượng cát chứa đất, xác định cấp đất theo bảng AP% - Mô đun tương đối đỉnh lũ tương ứng với tần suất thiết kế; AP% lấy Bảng A.3 phụ lục A tùy thuộc vào vùng mưa, đặc trưng địa mạo thủy văn lịng sơng fls (xác định theo công thức 10), thời gian tập trung dòng chảy sườn dốc tsd (tsd theo 5.2.2.1) d - Hệ số xét tới mức độ làm giảm nhỏ lưu lượng đỉnh lũ ao, hồ, đầm lầy lưu vực, xác định theo bảng 5.2.2 Trình tự xác định QP theo công thức (8) sau: 5.2.2.1 Xác định thời gian tập trung nước mưa sườn dốc tsd Thời gian tập trung nước mưa sườn dốc tsd, xác định theo Bảng A.2 phụ lục A tùy thuộc vào hệ số địa mạo thủy văn sườn dốc (fsd) vùng mưa (Bảng 3) Hệ số fsd xác định theo công thức: f sd = Lsd ,6 ,3 msd J sd ( jH p )0,4 (9) Trong đó: Lsd - chiều dài bình qn sườn dốc lưu vực, m; msd - thông số đặc trưng nhám sườn dốc, phụ thuộc vào tình trạng bề mặt sườn lưu vực, lấy theo bảng 5.2.2.2 Tính thơng số địa mạo thủy văn lịng sông fls theo công thức f ls = 1000L mls J ls1 / F / ( jH p )1 / (10) Trong đó: mls - thơng số đặc trưng nhám lịng sơng, phụ thuộc vào tình trạng bề mặt lịng sơng, suối lưu vực, lấy theo bảng 5.2.2.3 Xác định trị số AP% theo Bảng A.3 phụ lục A 5.2.2.4 Tính lưu lượng đỉnh lũ theo công thức (8) 5.2.3 Đối với lưu vực nhỏ, lịng sơng khơng rõ ràng, mơ đun tương đối đỉnh lũ AP% lấy theo Bảng A.3 phụ lục A ứng với fls = 5.2.4 Khi chọn lưu vực tương tự, có nhiều tài liệu quan trắc, vận dụng cơng thức (8) để tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế cho lưu vực nghiên cứu sau: Công thức (8) viết lại dạng: QP % = AP % ( jH P % )a Fd Trong đó: (11) (j H P % ) a - Xác định dựa vào tài liệu lưu vực tương tự, tính tốn (12): (jH P % ) a = q pa 16,67y tad a (12) Trị số 16,67y ta - tung độ đường cong triết giảm mưa, tương ứng với thời gian tập trung dòng chảy lưu vực tương tự, lấy bảng A.4 phụ lục A Thời gian tập trung dòng chảy lưu vực tương tự Tính theo cơng thức: t a = t la + t sa (13) Trong đó: t la - thời gian tập trung nước lịng sơng lưu vực tương tự, tính theo (14): t la = 1000.La 1/ 1/ ma J a Fa ( jH P % AP % )a1 / = 1000.La Va ( jH P % AP % )a1 / Trong đó: La, ma, Ja, Fa - chiều dài sơng chính, hệ số nhám lịng sơng, độ dốc trung bình lịng sơng diện tích lưu vực sơng tương tự; Va - lưu tốc dịng chảy sơng lưu vực tương tự (m/s); t sa - thời gian tập trung nước sườn dốc lưu vực tương tự, xác định theo 5.2.2.1 Trị số AP% công thức (11) xác định theo Bảng A.3 phụ lục A quy định trên, tùy thuộc vào vùng mưa, t sa fls lưu vực nghiên cứu với giả thiết (jH P % ) = (jH P % ) a Đặc trưng địa mạo thủy văn lịng sơng fls lưu vực nghiên cứu, xác định theo (10) Bảng Bảng phân cấp đất theo hàm lượng cát Hàm lượng cát (%) Cấp đất Hàm lượng cát (%) Cấp đất 0,0 ¸ I 31-62 IV 2,1 ¸ 12 II 63-83 V 12,1 ¸ 30 III 84-100 VI Bảng 2: Bảng phân cấp đất, đá theo cường độ thấm hàm lượng cát Tên đất TT Cường độ thấm (mm/min) Cấp đất ¸ 0,1 I 0,1 I 10 0,3 II Hàm lượng cát (%) Nhựa đường, đất không thấm, loại đá Đất sét, sét màu, đất muối, đất sét cát (khi ẩm vê thành sợi, uốn cong khơng đứt) Đất hóa tro, hóa tro mạnh 10 0,3 II Đất tro chất sét (khi ẩm vê thành sợi, uốn cong có vết rạn) 14 0,50 III 15 0,60 III Sét cát đất đen, đất rừng màu tro nguyên thổ rừng có cỏ, đất hóa tro vừa (khi ẩm vê thành sợi, uốn cong có vết rạn) 12 0,40 II 15 0,60 III 30 0,85 III 14 0,50 III 30 0,85 III 15 0,60 III 30 0,85 III 17 0,70 III 30 0,90 III 17 0,70 III 40 0,90 IV 60 1,20 IV Đất đen màu mỡ tầng dầy Đất đen thường Đất màu lê, màu lê nhạt Đất canxium đen cánh đồng có màu tro đen chứa nhiều chất mục thực vật Nếu lớp thực vật mặt mỏng liệt vào loại IV, dày thuộc loại III Đất cát sét, đất đen cát sét, đất rừng, đất đồng cỏ (khi ướt vê thành sợi) 45 1,00 IV 60 1,25 IV 70 1,50 V Đất cát không bay (không vê thành sợi 11 được) 80 2,00 V 90 2,50 VI Cát thô cát bay (khi sờ tay vào có 12 cảm giác nhắm mắt phân biệt hạt cát, không vê thành sợi được) 95 3,00 VI 100 5,00 VI 10 Chú thích: 1) Khi đất phủ nhiều cỏ, nghĩa chiều dày lớp thực vật (lớp thổ nhưỡng có rong rêu) lớn 20 cm cấp đất I III tăng bậc V VI giảm bậc 2) Nếu lưu vực có nhiều loại đất, cần phải tính riêng cho loại đất 3) Lưu lượng lấy theo trị số bình quân tỷ lệ phần trăm diện tích loại đất có lưu vực Bảng 3: Bảng phân vùng mưa rào Việt Nam Vùng mưa Ranh giới phân vùng mưa rào I Lưu vực thượng nguồn sông Mã, sông Chu, sông Cả II Vùng thượng nguồn sông Đà từ biên giới đến Nghĩa Lộ III Tâm mưa Hoàng Liên Sơn hữu ngạn sơng Thao, từ biên giới đến Ngịi Bút IV Vùng lưu vực sông Kỳ Cùng, sông Bằng Giang, thượng nguồn sông Hồng V Lưu vực sông Gâm, tả ngạn sông Lô VI Thung lũng sông Thao, sông Chảy, hạ lưu sông Lô Gâm VII Các lưu vực bắt nguồn từ dãy Yên Tử đổ biển VIII Vùng biển từ Hải Phịng đến Thanh Hóa IX Các lưu vực phần trung du sông Mã, sông Chu đến biển X Vùng ven biển từ Thanh Hóa đến Đồng Hới XI Vùng ven biển từ Đồng Hới đến Đà Nẵng XII Vùng ven biển từ Đà Nẵng đến Quảng Ngãi XIII Vùng ven biển từ Quảng Ngãi đến Phan Rang XIV Các lưu vực sơng phía bắc Tây Ngun XV Các lưu vực sơng phía nam Tây Ngun XVI Các lưu vực sông từ Ban Mê Thuột tới Bảo Lộc XVII Vùng ven biển từ Phan Rang đến Vũng Tàu XVIII Vùng đồng Nam Bộ Bảng 4: Thơng số đặc trưng nhám sườn dốc msd Tình hình sườn dốc lưu vực Hệ số msd trường hợp Cỏ thưa Trung bình Cỏ dày - Bề mặt nhẵn (át phan, bê tông, …) 0,50 - Đất đồng loại hay nứt nẻ, đất san phẳng đầm chặt 0,40 0,30 0,25 - Mặt đất thu dọn sạch, gốc cây, khơng bị cày xới, vùng dân cư nhà cửa không 20%, mặt đá xếp 0,30 0,25 0,20 - Mặt đất bị cày xới, nhiều gốc bụi, vùng dân cư có nhà cửa 20% 0,20 0,15 0,10 Bảng 5: Thơng số đặc trưng nhám lịng sơng mls Tình hình lịng sơng từ thượng nguồn tới mặt cắt tính tốn Hệ số mls - Sơng đồng ổn định, lịng sơng sạch, suối khơng có nước thường xuyên chảy điều kiện tương đối thuận lợi 11 - Sơng lớn trung bình, quanh co, bị tắc nghẽn, lịng sơng có cỏ mọc, có đá, chảy khơng lặng, suối khơng có nước thường xun, mùa lũ dòng nước theo nhiều sỏi cuội, bùn cát - Sơng vùng núi, lịng sơng nhiều đá, mặt nước khơng phẳng, suối chảy khơng thường xun, quanh co, lịng sông tắc nghẽn Bảng 6: Bảng hệ số triết giảm dịng chảy d Vị trí hồ ao, đầm lầy Diện tích hồ đầm lầy (%) 10 15 20 30 40 50 Ở hạ lưu 0,85 0,75 0,65 0,55 0,50 0,40 0,35 0,20 0,15 0,10 Ở thượng lưu 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 5.3 Công thức triết giảm Theo qui định 5.1 lưu vực lớn 100 km2, để tính lưu lượng đỉnh lũ ta dùng cơng thức triệt giảm Cơng thức có dạng: n ổ 100 Q p = q100 ỗ ữ l p F d è F ø ( m3 / s ) (15) Trong đó: q100 - Mơ đun đỉnh lũ tương ứng với tần suất 10% qui diện tích lưu vực thống 100km2 lấy Bảng A.5 phụ lục A theo trạm quan trắc gần khu vc cụng trỡnh, m3/s/km2 n ổ 100 ỗ ữ - Hệ số triết giảm mô đun đỉnh lũ theo diện tích, n lấy Bảng A.5 phụ lục A è F ø F - Diện tích lưu vực tính toán, km2; lp - Hệ số chuyển tần suất lấy Bảng A.5 phụ lục A; d - Hệ số xét tới ảnh hưởng điều tiết hồ, ao, đầm lầy Chú thích: Cơng thức (16) khơng phù hợp với trường hợp 0,75 < n < 1,25, có nghĩa phù hợp với n ³ 1,25 n £ 0,75 Trong trường hợp chọn lưu vực tương tự có nhiều tài liệu quan trắc, để tính lưu lượng đỉnh lũ cho lưu vực cần nghiên cứu, sử dụng cơng thức (17) đây: n ỉF d Q p = q ptt ỗ a ữ F è F ø da (16) Trong đó: qPtt - mơ đun đỉnh lũ lưu vực tương tự tính theo tài liệu thực đo, m3/s/km2; Fa, da - diện tích hệ số điều tiết lưu vực tương tự Lưu vực tương tự ngồi u cầu nói trên, cần có lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế không khác xa với lượng mưa tương ứng lưu vực nghiên cứu TÍNH TỔNG LƯỢNG LŨ TIHẾT KẾ 5.4 Lượng lũ xác định cho trận lũ đơn, đợt lũ liên tục, thời đoạn cố định tùy thuộc theo yêu cầu thiết kế Khi tính lượng lũ khơng cần tách riêng nước mặt nước ngầm Đối với trận lũ dài ngày, tổng lượng lũ xác định theo lưu lượng bình quân ngày sau: W = 86400 t2 åQ i (m3) (17) t1 Trong đó: Qi - Lưu lượng bình quân ngày đợt lũ kéo dài từ t1 đến t2, m3/s Đối với trận lũ ngắn, tổng lượng lũ xác định theo đường q trình lũ trích sổ đặc trưng lũ 5.5 Trường hợp có nhiều tài liệu quan trắc, việc tính lượng lũ thiết kế tiến hành theo Phương pháp thống kê đỉnh lũ 5.6 Trường hợp khơng có tài liệu quan trắc, xác định tổng lượng lũ từ mưa rào Đối với lưu vực nhỏ có diện tích từ 1km2 đến 50km2 Có thể dùng lượng mưa ngày để tính tổng lượng lũ W p =10 H p j.F (m3) (18) Đối với lưu vực có diện tích nhỏ 1km2, tổng lượng lũ tính theo mưa rơi thời gian 150min W p = 10 y ( 150 ) H p j.F (m3) (19) y (150 ) - lấy theo Bảng A.4 phụ lục A với thời gian 150 Hệ số dòng chảy φ trường hợp lấy theo φ ổn định tương ứng với F > 100 km2 bảng A.1 phụ lục A 5.7 Trường hợp có lưu vực tương tự, xây dựng quan hệ tương quan đỉnh lượng lũ, sau xác định lượng lũ thiết kế đường quan hệ ứng với lưu lượng QP% xác định XÂY DỰNG ĐƯỜNG Q TRÌNH LŨ THIẾT KẾ 5.8 Đường q trình lũ thiết kế xây dựng theo lưu lượng đỉnh lũ tổng lượng lũ tần suất Đối với sông lớn, lũ kéo dài, đặc trưng trên, cần khống chế lượng nước đợt lũ tần suất thiết kế Đợt lũ đợt lũ có đỉnh lũ lớn lượng lũ thời gian chiếm tỷ lệ lớn so với tồn trận lũ Lượng lũ đợt lũ tính theo lưỡng lũ đến ngày lớn trận lũ 5.9 Khi tuyến sơng tính tốn sơng tương tự có tài liệu quan trắc 10 năm có tài liệu đo đạc trận lũ lớn đột xuất, chọn số trận lũ xảy làm mơ hình Mơ hình chọn theo tiêu chuẩn bất lợi cho cơng trình thiết kế Cần phân tích kỹ quan hệ đỉnh lũ lượng lũ chọn mơ hình Nếu quan hệ chặt chẽ, mơ hình chọn với điều kiện đỉnh lũ cao nhất, lượng lũ lớn Nếu quan hệ không chặt chẽ, chọn mơ hình: ứng với đỉnh lũ lớn mơ hình thứ hai ứng với lượng lũ lớn Sau đó, thơng qua tính tốn điều tiết, chọn lấy mơ hình bất lợi cho cơng trình 5.10 Các đặc trưng hình dạng đường trình sau: q max T 0,0116 h (20) q max t1 t = g 0,0116 h T (21) Q max Hệ số đầy (g): g= Hệ số hình dạng (l*): g*= Hệ số không cân đối (Ks): h1 Ks = h Q = (22) Trong đó: Q max , q max - Lưu lượng, Mơ đun dịng chảy bình qn ngày lớn nhất; Q - Lưu lượng bình quân trận lũ; t1, T - Thời gian lũ lên thời gian trận lũ, ngày; hl, h - Lớp nước thời gian lũ lên thời gian trận lũ, mm Sau thu phóng đường q trình mơ hình lũ điển hình thành mơ hình lũ thiết kế, đặc trưng hình dạng khơng biến đổi q lớn 5.11 Để chuyển đường trình điển hình thành đường q trình lũ thiết kế, dùng Phương pháp sau: Khi đường trình đặn có đỉnh, sử dụng hệ số thu phóng lưu lượng (kQ) hệ số thu phóng thời gian (kT) kQ = kT = Q max P Q max m q m hp hm q p (23) (24) Tọa độ đường q trình thiết kế (Qip, Tip) tính sau: Q ip =Q im k Q (25) Tip = Tim.kT (26) Đường trình thiết kế xây dựng theo Phương pháp giữ nguyên hệ số đầy (g), hệ số không cân đối Ks đường điển hình Khi đường q trình lũ có dạng phức tạp, nhiều đỉnh mơ hình, tách phần có lưu lượng lớn * (sóng lũ chính) xác định lớp dịng chảy đợt lũ hm Để thu phóng đường q trình lũ, cần sử dụng hệ số: - Hệ số thu phóng đỉnh k1: Tài liệu: Harrison (1972) Đồ thị thiết kế D.13: Đường vào vuốt: Kiểm soát phần cổ - Cống tròn Tài liệu: Harrison (1972) Đồ thị thiết kế D.14: Đầu thu vuốt cạnh - Khống chế mặt trước - Cống hộp/tròn Tài liệu: Harrison (1972) Đồ thị thiết kế D.15: Đầu thu vuốt cạnh: Kiểm soát mặt trước - Cống trịn khơng phải hình chữ nhật Ghi chú: Đối với trường hợp nhiều ống cống, thiết kế cạnh vuốt giống kết cấu độc lập Tài liệu: Harrison (1972) Đồ thị thiết kế D.16: Cửa vào vuốt dốc hình chữ nhật: Kiểm sốt mặt trước - Cống hộp/trịn Tài liệu: Harrison (1972) Trình tự thiết kế thủy lực cống Từ lưu lượng biết, tùy thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất cụ thể, sơ lựa chọn loại cống, kích thước cống, cấu tạo cửa vào, cửa cống a) Chế độ kiểm soát thượng lưu - Từ kích thước cống chọn lưu lượng qua cống xác định tỷ số HW/D (xem Hình D-1) - Nhân chiều cao cống D với tỷ số HW/D nước dâng trước cống HW - Tính cao độ mực nước thượng lưu: ELhd = ELsf + HW ELhd - mực nước thiết kế thượng lưu ELsf - cao độ đáy lòng dẫn cửa vào b) Chế độ kiểm sốt hạ lưu - Tính chiều sâu hạ lưu TW đáy cống theo lưu lượng thiết kế - Tính chiều sâu phân giới dc theo lưu lượng kích thước, hình dạng cống - Tính chiều sâu cửa cống d0 trị số lớn hai trị số TW (D + dc)/2 - Tính tổn thất qua cống H (Hf) theo biểu đồ (1) Nếu hệ số nhám cống thiết kế khác hệ số nhám biểu đồ điều chỉnh chiều dài cống ỉn L1 = L ỗ ữ ốnứ theo cụng thc: L - chiều dài thực tế cống; L1 - chiều dài cống điều chỉnh; n - hệ số nhám biểu đồ; n1 - hệ số nhám thực tế cống thiết kế Sau sử dụng L1 chiều dài thực tế cống sử dụng biểu đồ thiết kế (1) Kẻ đường thẳng nối kích thước cống (điểm 1) với chiều dài cống theo hệ số ke (điểm 2) điểm đổi hướng (điểm 3) Tiếp tục kẻ đường thẳng nối từ lưu lượng (điểm 4) với điểm đổi hướng (điểm 3) tổn thất cột nước H (xem Hình D-2) - Tính cao độ mực nước cửa ra: ELho = ELo + ELho - cao độ đáy cửa - Tính cột nước dâng thượng lưu: HW = H + - L.S Và cao độ mực nước thượng lưu: ELhd = ELsf + HW - Nếu cao độ mực nước cửa lớn cao độ mực nước thượng lưu (ELho > ELhd) tiến hành thiết kế lại (chọn lại cống khác kết cấu cống khác kể hình dạng cửa vào) c) Đánh giá kết * So sánh cao độ mực nước thượng lưu hai chế độ kiểm soát, chế độ có cao độ lớn chế độ kiểm sốt cống * Tính lưu tốc cửa ra: Từ chế độ kiểm sốt cống, tính chiều sâu dòng chảy cửa (do) Từ chiều sâu cửa (do) hình dạng kích thước cống tính lưu tốc cửa Đối với chế độ kiểm soát thượng lưu: chiều sâu cửa xấp xỉ chiều sâu chảy cống (xem Hình D-3-a): d0 = dn D : = D + Khi D> TW > dc : = TW + Khi TW =dc : = dc Khi có lưu tốc cửa ra: Vo = Q/Ap Ap - diện tích dịng chảy cửa ra; - chiều sâu cửa cống; Vo - lưu tốc cửa ra; dc - chiều sâu phân giới; dn - chiều sâu dòng chảy đều; TW - chiều sâu dòng chảy hạ lưu; D - chiều cao cống Khi tính thủy lực cống trường hợp thơng thường sử dụng phần mềm HY8 Hội Cầu đường Liên bang Hoa Kỳ (FHWA) Hình D-1: Ví dụ đồ thị thiết kế cống với chế độ kiểm soát thượng lưu Hình D-2: Ví dụ đồ thị thiết kế cống với chế độ kiểm soát hạ lưu Hình D-3-a: Độ sâu cửa chế độ kiểm sốt thượng lưu Hình D-3-b: Độ sâu cửa chế độ kiểm soát hạ lưu PHỤ LỤC E: ĐỒ THỊ THIẾT KẾ THỦY LỰC CẦU NHỎ, CỐNG CÓ XÉT ĐẾN TÍCH NƯỚC Hình E.1: Đồ thị khả nước cầu nhỏ Hình E.2: Đồ thị khả thoát nước cống chữ nhật độ 2m đến 6m Hình E.3: Đồ thị khả nước cống chữ nhật độ 1m đến 2m phần cửa vào tơn cao Hình E.4: Đồ thị khả nước cống đơi hình chữ nhật độ từ 2x1 m dến 2x2 m phần cửa vào tơn cao Hình E.5: Đồ thị khả nước cống ba hình chữ nhật phần cửa vào tơn cao độ từ 3x1m đến 3x2m Hình E.6: Đồ thị khả nước cống trịn đường kính d = 1,25 m Hình E.7: Đồ thị khả nước cống trịn đơi đường kính d từ 2x1m tới 2x2 m Hình E.8: Đồ thị khả nước cống trịn ba đường kính d từ 3x1 m tới 3x2,5m Hình E.9: Đồ thị xây dựng tính độ có xét tích nước theo Phương pháp giản hóa Hình E.10: Đồ thị quan hệ thể tích trữ nước trước cống Hình E.11: Đồ thị xây dựng hiệu chỉnh tính độ có xét tích nước MỤC LỤC Phạm vi áp dụng Tài liệu viện dẫn Thuật ngữ định nghĩa Quy định chung Xác định lưu lượng đỉnh lũ, tổng lượng lũ trình lũ thiết kế Xác định độ cầu nhỏ cống điều kiện bình thường Xác định độ cống có xét đến tích nước trước cơng trình Phụ lục Phụ lục A Tính lưu lượng đỉnh lũ từ mưa rào Phụ lục B Danh sách trạm khí tượng, mưa, thủy văn thủy văn vùng triều Phụ lục C: Các toán cầu nhỏ Phụ lục D: Đồ thị thiết kế thủy lực cống trình tự tính thủy lực cống Phụ lục E: Đồ thị thiết kế thủy lực cầu nhỏ, cống có xét đến tích nước