Xác định thông số đường đơn vị không thứ nguyên từ tài liệu lũ thực đo

Bài viết Xác định thông số đường đơn vị không thứ nguyên từ tài liệu lũ thực đo nghiên cứu này tập trung vào khai thác dữ liệu đo lũ để xây dựng mô hình lũ không thứ nguyên. Từ đó, có thể kết hợp với các đặc trưng lưu lượng đỉnh lũ, thời gian lũ lên, lưu lượng dòng chảy ngầm để tính toán quá trình lũ thiết kế cho các lưu vực không có tài liệu.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐƯỜNG ĐƠN VỊ KHÔNG THỨ NGUYÊN TỪ TÀI LIỆU LŨ THỰC ĐO Nguyễn Thị Thu Nga Trường Đại học Thủy lợi, email: ngatvct@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Đường trình lũ phân chia thành bốn loại sau: (1) đường trình tự nhiên, xác định từ tài liệu thực đo; (2) đường trình tổng hợp xác định từ đặc trưng hình thái lưu vực trình mưa; (3) đường q trình đơn vị đường q trình dịng chảy sinh từ đơn vị lượng mưa hiệu rơi toàn lưu vực; (4) đường đơn vị khơng thứ ngun đường q trình sử dụng tỉ lệ thời gian đạt đỉnh tỉ lệ lưu lượng so với đỉnh lũ, gọi đường trình số [1] Ở nước ta, tính tốn q trình lũ thiết kế cho trường hợp có nhiều tài liệu, ưu tiên sử dụng trình lũ thực đo Khi lưu vực khơng có tài liệu đo lũ, đơn vị tư vấn mượn mơ hình lũ thực đo lưu vực tương tự lựa chọn ba loại lại Tuy nhiên, để lựa chọn lưu vực tương tự khó khăn, tính tốn cho lưu vực vừa nhỏ Thơng thường, mơ hình lũ dạng hình học đơn giản sử dụng dạng tam giác, dạng hình thang, dạng parabol (Sokolovskii) Trên giới, người ta hay sử dụng dạng đường đơn vị để mơ q trình lũ từ mưa, bao gồm đường đơn vị Clark, Snyder, SCS, đường đơn vị tổng hợp Các dạng đường đơn vị tích hợp sẵn mơ hình mưa dịng chảy mơ hình HEC-HMS Tuy nhiên, để áp dụng mơ hình việc cần hiệu chỉnh, kiểm định thơng số Để làm việc này, ngồi số liệu trích lũ cịn u cầu liệu mưa thời đoạn ngắn Thế điểm khó Việt Nam mạng lưới trạm đo mưa thưa tài liệu mưa thời đoạn ngắn Trong năm gần đây, tài liệu mưa thời đoạn ngắn đo đạc dày hơn, chi tiết tài liệu trích lũ lại bị ảnh hưởng khai thác cơng trình sơng Chính vậy, khó để tìm lưu vực vừa có tài liệu đo mưa giờ, vừa có tài liệu đo lũ đầy đủ Nghiên cứu tập trung vào khai thác liệu đo lũ để xây dựng mơ hình lũ khơng thứ ngun Từ đó, kết hợp với đặc trưng lưu lượng đỉnh lũ, thời gian lũ lên, lưu lượng dịng chảy ngầm để tính tốn q trình lũ thiết kế cho lưu vực khơng có tài liệu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đường đơn vị không thứ nguyên SCS Victor Mockus [1] xây dựng từ nhiều đường đơn vị tự nhiên nhiều lưu vực khác kích thước vị trí địa lý Các đường đơn vị trung bình hóa chuyển dạng khơng thứ ngun, với trục hồnh tỉ lệ t/tlên trục tung tỉ lệ Q/Qmax Đường có đặc điểm thời gian đạt đỉnh xấp xỉ 20% thời gian kéo dài trận lũ điểm gãy đường nước rút thời gian xấp xỉ 1,7 lần thời gian đạt đỉnh Trong Sổ tay kỹ thuật quốc gia Cơ quan bảo vệ tài nguyên Mỹ biên soạn [1], đường đơn vị không thứ nguyên mơ tả gần hàm gamma có dạng sau: (1) y  x me m (1 x ) Tọa độ đường SCS với hệ số đỉnh lũ từ 100-600, tương ứng với m khoảng từ 0,26 đến xây dựng sẵn Sổ tay tích hợp mơ hình HEC-HMS 555 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Trong Quy phạm C6-77 [2], dạng hàm mũ (hàm Gudrich) sau đề xuất để xác định trình lũ thiết kế cho lưu vực khơng có tài liệu: a Ở số trận lũ kép, sử dụng phương pháp đồ giải để tách sóng lũ (Hình 2) 1 x 2 x (2) y  10 Trong hai cơng thức (1) (2) y tung độ đường q trình lũ tính tốn biểu thị tỷ số so với lưu lượng đỉnh lũ, x hồnh độ đường q trình lũ tính tốn biểu thị tỷ số so với thời gian nước lên, a m hệ số hình dạng Phụ lục Quy phạm C6-77 có bảng tra tọa độ đường q trình khơng thứ ngun tương ứng với a khoảng từ 0,21 đến 9,4 Nghiên cứu dựa trình lũ thực đo trạm thủy văn nhiều năm để xác định thông số a, m nhận xét phù hợp dạng đường không thứ nguyên Các trạm thủy văn lựa chọn trạm An Khê Sông Hinh thuộc lưu vực sơng Ba Hai trạm có diện tích lưu vực 1440km2 752km2 Với trạm, lựa chọn số trận lũ lớn thực đo tiến hành bước sau: Bước 1: Tách dòng chảy ngầm Phương pháp đơn giản lựa chọn giá trị dòng chảy ngầm số, lấy giá trị lưu lượng lũ bắt đầu lên Ở số trận lũ có đường nước rút kéo dài (Hình 1), sử dụng phương pháp thời gian đáy không đổi [3] Gọi N số ngày kể từ đỉnh lũ đến kết thúc dịng chảy trực tiếp, tính theo công thức sau: N = 0,827F0,2 (3) F diện tích lưu vực (km ) Hình Tách sóng lũ trận lũ 1983 Bước 2: Xác định q trình lưu lượng dịng chảy trực tiếp chênh lệch dòng chảy thực đo dòng chảy ngầm Bước 3: Xác định thời gian lũ lên lưu lượng đỉnh lũ Bước 4: Chuyển đổi tung độ, hồnh độ đường q trình dịng chảy trực tiếp dạng khơng thứ ngun Bước 5: Dị tìm thông số a m để hàm Gudrich SCS phù hợp với giá trị thực đo Hàm coi phù hợp hình dạng tương đối bám sát q trình thực đo tổng lượng dịng chảy mơ hình lũ đơn vị xấp xỉ với tổng lượng dịng chảy mơ hình lũ thực đo Bước 6: Đánh giá phù hợp q trình lũ khơng thứ nguyên mô thực đo KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Trạm Sơng Hinh có số liệu đo lũ từ 1980 đến 1991 Trạm An Khê có số liệu đo dài ảnh hưởng hồ Ka Nak nên lấy số liệu đến 2009 Tổng hợp số trận lũ chọn hai trạm thống kê Bảng Bảng Thống kê trận lũ lớn thực đo Trận lũ Hình Tách nước ngầm trận lũ 2001 XI/1981 X/1983 XI/1984 XI/1985 X/1988 X/2009 556 Trạm An Khê Qmax Tlên (m3/s) (giờ) 2440 18 1300 29 1790 21 747 20 1680 16 1410 26 Tlũ (giờ) 124 78 252 120 84 468 Trạm Sông Hinh Qmax Tlên Tlũ Trận lũ (m3/s) (giờ) (giờ) XI/1980 2640 22 168 X/1983 1210 42 90 XI/1985 2620 25 105 XI/1987 1550 12 27 XI/1988 3410 27 52 XI/1990 2660 34 77 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Với trận lũ, xác định đường SCS Gudrich không thứ nguyên phù hợp với lũ thực đo (Hình 3) Nghiên cứu sử dụng công cụ Solver Excel với hàm mục tiêu tổng lượng dịng chảy mơ hình lũ mơ xấp xỉ tổng lượng dịng chảy mơ hình lũ thực đo Hình Mơ hình lũ trạm An Khê Hình Mơ hình lũ 1988 Kết tính tốn cho thấy mơ hình lũ SCS có nhánh lũ lên thoải lũ xuống lại dốc so với mơ hình lũ Gudrich Tập hợp kết xác định hệ số hình dạng lũ m, a cho trận lũ trình bày Bảng Bảng Các hệ số hình dạng lũ Trạm An Khê Trạm Sông Hinh Lũ m a Lũ m a 1981 3,78 0,92 1980 7,50 1,74 1983 7,69 1,75 1983 16,15 3,61 1984 5,51 1,30 1985 7,56 1,75 1985 3,16 0,78 1987 11,46 2,59 1988 4,98 1,16 1988 13,20 2,94 2009 4,26 1,02 1990 12,65 2,85 TB 4,90 1,15 11,42 2,58 Mặc dù hai trạm Sông Hinh An Khê thuộc lưu vực sơng Ba lại có điều kiện hình thành lũ khác nhau, hình dạng đường trình lũ khác biệt Với giá trị trung bình m a, so sánh đồ thị đường đơn vị SCS Gudrich với đường trình lũ không thứ nguyên thực đo thể Hình Hình Hình Mơ hình lũ trạm Sơng Hinh Nhìn chung, mơ hình lũ khơng thứ nguyên SCS Gudrich bám sát nhánh lũ lên Ở nhánh lũ xuống, hai đường cong có xu hướng rút nhanh so với thực tế Và mơ hình lũ Gudrich có nhánh lũ lên dốc nên có hình dạng bất lợi tốn thiết kế cơng trình Phương pháp thực đơn giản xác định thông số a, m mơ hình lũ đơn vị SCS Gudrich thay lựa chọn theo kinh nghiệm trước Việc lựa chọn giá trị trung bình từ trận lũ lớn tránh tính chủ quan chọn mơ hình lũ điển hình TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Natural Resources Conservation Service 2007 Part 630 Hydrology - National Engineering Handbook [2] Bộ Thủy lợi 1979 Quy phạm Tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế C6-77 [3] R.K.Linsley, M.A.Kohler, and J.L.H.Paulhus, Applied Hydrology, NewYork:McGraw-Hill, 1949 557 ... không thứ nguyên mô thực đo KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Trạm Sơng Hinh có số liệu đo lũ từ 1980 đến 1991 Trạm An Khê có số liệu đo dài ảnh hưởng hồ Ka Nak nên lấy số liệu đến 2009 Tổng hợp số trận lũ chọn... độ đường q trình khơng thứ ngun tương ứng với a khoảng từ 0,21 đến 9,4 Nghiên cứu dựa trình lũ thực đo trạm thủy văn nhiều năm để xác định thông số a, m nhận xét phù hợp dạng đường không thứ nguyên. .. thực đo Hàm coi phù hợp hình dạng tương đối bám sát trình thực đo tổng lượng dịng chảy mơ hình lũ đơn vị xấp xỉ với tổng lượng dịng chảy mơ hình lũ thực đo Bước 6: Đánh giá phù hợp trình lũ không