Đang tải... (xem toàn văn)
Phần 1 của giáo trình Thủy văn công trình trình bày những nội dung về: nhiệm vụ và nội dung của môn học thủy văn công trình; sông ngòi và sự hình thành dòng chảy sông ngòi; lý thuyết xác suất thống kê ứng dụng trong tính toán thủy văn; tính toán dòng chảy năm thiết kế; tính toán dòng chảy lũ thiết kế; tính toán dòng chảy kiệt thiết kế;... Mời các bạn cùng tham khảo!
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA XÂY DỰNG THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN GIÁO TRÌNH THỦY VĂN CƠNG TRÌNH ThS NGUYỄN BẢN KS PHẠM THÀNH HƯNG Đà Nẵng, 2010 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Tài nguyên nước vấn đề khai thác tài nguyên nước 1.2 Nhiệm vụ nội dung môn học thủy văn cơng trình 1.3 Đặc điểm tượng thủy văn phương pháp nghiên cứu 10 1.4 Vài nét lịch sử phát triển thủy văn học 12 CHƯƠNG II: SƠNG NGỊI VÀ SỰ HÌNH THÀNH DỊNG CHẢY SƠNG NGỊI 16 2.1 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực 16 2.2 Các nhân tố khí hậu, khí tượng ảnh hưởng đến hình thành dịng chảy sơng 23 2.3 Ảnh hưởng yếu tố mặt đệm đến hình thành dịng chảy sơng ngịi 32 2.4 Ảnh hưởng hoạt động dân sinh kinh tế đến chế độ dịng chảy sơng ngịi 33 2.5 Dịng chảy sơng ngịi 33 BÀI TẬP CHƯƠNG 44 CHƯƠNG III: LÝ THUYẾT XSTK ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TỐN THỦY VĂN 45 3.1 Một số kiến thức lý thuyết xác suất 45 3.2 Đại lượng ngẫu nhiên luật phân bố xác suất đại lượng ngẫu nhiên 47 3.3 Thống kê tốn học ứng dụng tính tốn thuỷ văn 52 3.4 Ứng dụng phương pháp thống kê tốn học tính tốn thuỷ văn 56 3.5 Phân tích tương quan 77 BÀI TẬP CHƯƠNG 90 CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN DỊNG CHẢY NĂM THIẾT KẾ 91 4.1 Khái niệm chung 91 4.2 Tính tốn đặc trưng dòng chảy năm thiết kế 100 4.3 Phân phối dòng chảy năm thiết kế 113 BÀI TẬP CHƯƠNG 120 CHƯƠNG V: TÍNH TỐN DỊNG CHẢY LŨ THIẾT KẾ 123 5.1 Khái niệm chung 123 5.2 Cơng thức ngun dịng chảy hình thành đỉnh lũ 134 5.3 Tính tốn cường độ mưa lượng mưa thiết kế 139 5.4 Tính tốn dịng chảy lũ thiết kế 143 5.5 Xác định dịng chảy lũ thiết kế khơng có tài liệu thực đo 161 BÀI TẬP CHƯƠNG 186 CHƯƠNG VI: TÍNH TỐN DÒNG CHẢY KIỆT THIẾT KẾ 188 6.1 Khái niệm dòng chảy kiệt 188 6.2 Nhân tố ảnh hưởng dòng chảy kiệt 188 6.3 Phương pháp xác định lưu lượng kiệt thiết kế 189 BÀI TẬP CHƯƠNG 193 CHƯƠNG VII: TÍNH TỐN THỦY VĂN VÙNG SƠNG ẢNH HƯỞNG THỦY TRIỀU 194 7.1 Một số kiến thức thuỷ triều 194 7.2 Chế độ thuỷ văn vùng sông ảnh hưởng triều 205 7.4 Tính tốn đặc trưng thuỷ văn thiết kế vùng cửa sông ven biển 214 CHƯƠNG VIII: HỒ CHỨA VÀ ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY BẰNG HỒ CHỨA 226 8.1 Khái niệm điều tiết dòng chảy phân loại 226 8.2 Hồ chứa cơng trình đầu mối 229 8.3 Các thành phần dung tích mực nước hồ chứa - Nguyên tắc lựa chọn 232 8.4 Bồi lắng hồ chứa tính tốn bồi lắng hồ chứa 238 8.5 Các yêu cầu nước phân loại 248 8.6 Tài liệu dùng tính toán hồ chứa 248 BÀI TẬP CHƯƠNG 252 CHƯƠNG IX: TÍNH TỐN ĐIỀU TIẾT CẤP NƯỚC 253 9.1 Khái niệm chung 253 9.2 Tính tốn điều tiết hồ chứa điều tiết năm 258 9.3 Tính tốn điều tiết hồ chứa điều tiết nhiều năm 279 BÀI TẬP CHƯƠNG 304 CHƯƠNG X: TÍNH TỐN ĐIỀU TIẾT LŨ 306 10.1 Tiêu chuẩn chống lũ cho cơng trình phịng lũ cho hạ du 306 10.2 Các biện pháp phòng chống lũ cho hạ du 309 10.3 Phương pháp tính tốn điều tiết lũ 311 BÀI TẬP CHƯƠNG 10 336 CHƯƠNG XI: ĐIỀU PHỐI HỒ CHỨA 338 11.1 Khái niệm chung 338 11.2 Xây dựng biểu đồ điều phối hồ chứa điều tiết năm 341 11.3 Xây dựng biểu đồ điều phối cho hồ chứa điều tiết nhiều năm 346 11.4 Vận hành hồ chứa theo biểu đồ điều phối hồ chứa 347 BÀI TẬP CHƯƠNG 11 348 CHƯƠNG XII: ĐO ĐẠC VÀ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU THỦY VĂN 349 12.1 Phân loại trạm quan trắc 349 12.2 Phương pháp đo tính số liệu mực nước 352 12.3 Phương pháp đo tính lưu lượng nước 358 12.4 Phương pháp đo tính lưu lượng bùn cát 371 12.5 Phương pháp đo tính độ mặn nước sơng vùng ven biển 380 PHỤ LỤC 383 TÀI LIỆU THAM KHẢO 410 LỜI MỞ ĐẦU Thuỷ văn cơng trình mơn học sở quan trọng sinh viên ngành Xây dựng Thuỷ lợi – Thủy điện, Xây dựng Cầu đường, Xây dựng Dân dụng – Công nghiệp Quản lý dự án Tuỳ theo yêu cầu ngành kỹ thuật mà nội dung giảng dạy có điểm khác biệt Mục tiêu Giáo trình Thuỷ văn cơng trình giới thiệu khái niệm dịng chảy sơng ngịi, cung cấp phương pháp tính tốn đặc trưng thuỷ văn thiết kế Giáo trình Thuỷ văn cơng trình Bộ mơn Cơ sở kỹ thuật thủy lợi – Khoa Xây dựng Thủy lợi- Thủy điện biên soạn có tham khảo tài liệu liên quan đến lĩnh vực thủy văn tài nguyên nước Bộ mơn Thủy văn cơng trình –Đại học Thủy lợi Hà Nội tiếp cận phương pháp tính tốn đại giới lĩnh vực tính tốn thuỷ văn Giáo trình gồm 12 chương chia làm phần: PHẦN 1: Tính tốn đặc trưng thuỷ văn thiết kế Chương 1: MỞ ĐẦU Chương 2: SƠNG NGỊI VÀ SỰ HÌNH THÀNH DỊNG CHẢY SƠNG NGỊI Chương 3: ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT XSTK TRONG TÍNH TỐN THỦY VĂN Chương 4: DÒNG CHẢY NĂM THIẾT KẾ Chương 5: DÒNG CHẢY LŨ THIẾT KẾ Chương 6: DÒNG CHẢY KIỆT THIẾT KẾ Chương : TÍNH TỐN THỦY VĂN CỦA VÙNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU PHẦN 2: Điều tiết dòng chảy Chương : KHO NƯỚC VÀ ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY Chương 9: TÍNH TỐN ĐIỀU TIẾT CẤP NƯỚC Chương 10: TÍNH TỐN ĐIỀU TIẾT LŨ Chương 11 : ĐIỀU PHỐI KHO NƯỚC Chương 12: ĐO ĐẠC VÀ DỰ BÁO THỦY VĂN Giáo trình biên soạn dùng làm tài liệu tham khảo nội cho sinh viên ngành xây dựng quản lý dự án Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Mặc dù có nhiều cố gắng chọn lọc nội dung kết hợp với phương pháp đại thực tế áp dụng tính tốn thiết kế, chắn khơng tránh khỏi sai sót khiếm khuyết, mong nhận góp ý để giáo trình hồn thiện CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Tài nguyên nước vấn đề khai thác tài nguyên nước I Tài nguyên nước Tầm quan trọng tài nguyên nước Nước yếu tố định đến tồn phát triển môi trường sống Nước loại tài nguyên thiên nhiên quý giá có hạn, động lực chủ yếu chi phối hoạt động dân sinh kinh tế người Nước sử dụng cho nông nghiệp, phát điện, giao thông vận tải, chăn nuôi, thuỷ sản, cấp nước sinh hoạt, cấp nước công nghiệp, cải tạo môi trường v v Các dạng tài nguyên nước Nước tồn dạng khác nhau: Nước trái đất, ngồi đại dương, sơng suối, hồ ao, hồ chứa nhân tạo, nước ngầm, khơng khí, băng tuyết dạng liên kết khác Bảng 1- 1: Ước lượng nước trái đất [8] Hạng mục Diện tích (106 Km2) Thể tích (Km3) Phần trăm tổng lượng nước Phần trăm nước 361,3 1.338.000.000 96,5 - Nuớc 134,8 10.530.000 0,76 - Nước nhiễm mặn 134,8 12.870.000 0,93 82,0 16.500 0,0012 0,05 1.7 68,6 Đại dương Nước ngầm - Lượng ẩm đất 30,1 Băng tuyết - Băng cực - Các loại băng tuyết khác 16,0 24.023.500 0,3 340.600 0,025 1,0 - Nước 1,2 91.000 0,007 0,26 - Nhiễm mặn 0,8 85.400 0,006 - Đầm lầy 2,7 11.470 0,0008 Hồ, đầm 0,03 Sơng ngịi 148,8 2.120 0,0002 0,006 Nước sinh học 510,0 1.120 0,0001 0,003 7.Nước khí 510,0 12.900 0,001 0,04 Tổng cộng 510,0 1.385.984.610 100 Nước 148,8 2,5 35.029.210 100 Nguồn nước giới lớn nước yêu cầu cho hoạt động dân sinh kinh tế người Nước chiếm tỉ lệ khoảng 3% tổng lượng nước trái đất Trong đó, – 2/3 số băng tuyết cực – Đại phận phần lại nước ngầm độ sâu từ 200 đến 600m, đa phần bị nhiễm mặn Nước khai thác chiếm khoảng 1% tổng lượng nước trái đất Nước phân bố không theo không gian thời gian Theo không gian: – Vùng nhiều nước: Châu Âu, Châu Á – Vùng nước: Châu Phi Theo thời gian: – Mùa mưa mùa khô – Mùa lũ mùa kiệt Đặc tính tài nguyên nước Gây lợi: Là động lực cho hoạt động dân sinh kinh tế người Gây hại: Lũ lớn, lũ quét, lụt lội gây thiệt hại người tài sản Tài nguyên nước đánh giá ba đặc trưng quan trọng: Lượng, chất lượng động thái nó: Lượng nước: tổng lượng nước sinh khoảng thời gian năm thời kỳ năm Nó biểu thị mức độ phong phú tài nguyên nước vùng lãnh thổ Chất lượng nước: đặc trưng hàm lượng chất hoà tan khơng hồ tan nước (có lợi có hại theo tiêu chuẩn sử dụng đối tượng sử dụng nước) Động thái nước đánh giá thay đổi đặc trưng dòng chảy theo thời gian, trao đổi nước khu vực chứa nước, vận chuyển quy luật chuyển động nước sông, chuyển động nước ngầm, q trình trao đổi chất hồ tan, truyền mặn v v II Vấn đề khai thác tài nguyên nước Khai thác nguồn nước theo mục đích khác nhau: cấp nước tưới, cấp nước cho cơng nghiệp, cấp nước cho sinh hoạt, phát điện, giao thông thủy, du lịch, cải tạo mơi trường, phịng chống lũ lụt, tiêu úng, lấn biển v v, gọi chung yêu cầu nước Yêu cầu sử dụng nước ngày tăng với phát triển biện pháp thủy lợi làm thay đổi mạnh mẽ chế độ tự nhiên dòng chảy sơng ngịi Chính vậy, theo quan điểm đại, coi Hệ thống tài nguyên nước hệ thống phức tạp bao gồm nguồn nước dạng tự nhiên dạng tái tạo, hệ thống u cầu nước, hệ thống cơng trình thủy lợi với tác động qua lại chúng tác động môi trường Nhiệm vụ quy hoạch sử dụng nước thiết lập cân hợp lý với hệ thống nguồn nước theo tiêu chuẩn quy định mục đích khai thác quản lý nguồn nước Đánh giá tài nguyên nước cần tiến hành với phân tích tác động qua lại thành phần cấu thành hệ thống nguồn nước Những nét phát triển nguồn nước tương lai Nhu cầu cấp nước Phát triển thuỷ điện Giao thông thủy Sản xuất cơng nghiệp Phịng chống lũ lụt Khai thác lợi dụng tổng hợp 1.2 Nhiệm vụ nội dung mơn học thủy văn cơng trình Thủy văn môn khoa học nghiên cứu nước trái đất, xuất hiện, chu kỳ phân bố nước, đặc tính hố học lý học nước phản ứng nước môi trường, bao gồm mối quan hệ nước với vật sống (HĐ Liên bang Mỹ Khoa học Công nghệ) Thủy văn ứng dụng trong: Thiết kế vận hành cơng trình thủy lợi Sản xuất lượng thủy điện Giao thông thủy Cấp nước thị Bố trí xử lý nguồn nước thải Phịng chống lũ lụt Phịng chống xói lở bồi lắng phù sa Ngăn mặn xâm nhập Giảm nhẹ ô nhiễm, sử dụng nước cho nhu cầu giải trí, bảo vệ nguồn cá động vật hoang dã Nhiệm vụ mơn học Thủy văn cơng trình là: - Cung cấp kiến thức hình thành dịng chảy sơng ngịi, lưu vực, q trình hình thành dịng chảy sơng ngịi - Cung cấp phương pháp tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ công tác quy hoạch, thiết kế thi cơng hệ thống cơng trình thủy lợi – thủy điện, giao thơng cơng trình xây dựng khác - Phương pháp tính tốn cân nước hệ thống, đặc biệt cân nước hệ thống hồ chứa nước 1.3 Đặc điểm tượng thủy văn phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Đặc điểm thủy văn Các tượng thủy văn kết tác động nhiều nhân tố tự nhiên Dòng chảy sinh mặt đất phụ thuộc yếu tố khí hậu, điều kiện địa hình địa chất, thảm thực vật, thổ nhưỡng v v Đó q trình tự nhiên với đầy đủ tính chất vật lý nó, biểu phạm trù nguyên nhân hậu Nếu biểu diễn cách hình thức quan hệ dịng chảy sơng ngịi với nhân tố tự nhiên tác động lên dạng: Y = f(X, Z) (1-1) đó: X tập hợp yếu tố khí tượng, khí hậu tham gia vào hình thành dịng chảy sơng ngịi, biểu thị dạng vectơ: X = ( x1, x2, , xi, .,xn), (1-2) với x1, x2, , xi, .,xn đặc trưng khí tượng, khí hậu: mưa, bốc hơi, gió Z tập hợp đặc trưng mặt đệm tác động lên hình thành dịng chảy sơng ngịi, biểu thị dạng vectơ: Z = ( z1, z2, , zi, .,zm), (1-3) với z1, z2, , zi, .,zm đặc trưng mặt đệm: diện tích lưu vực, độ dốc lưu vực, điều kiện địa hình, địa chất, lớp phủ thực vật Nhóm yếu tố khí tượng, khí hậu X biến động lớn theo thời gian, thường gọi nhóm biến đổi nhanh Sự biến đổi loại vừa mang tính chu kỳ, vừa mang tính ngẫu nhiên Tính chu kỳ phản ảnh quy luật thay đổi xu bình qn, tính ngẫu nhiên thể xuất giá trị cụ thể thời điểm chu kỳ lệch so với giá trị bình qn Nhóm nhân tố mặt đệm Z biến đổi chậm theo thời gian, thường gọi nhóm biến đổi chậm Tính quy luật thể qua biến đổi theo khơng gian tạo thành vùng, miền có điều kiện mặt đệm đồng Tổ hợp hai nhóm nhân tố, tham gia vào q trình dịng chảy theo quan hệ (1-1) định tính chất tượng thủy văn Hiện tượng thủy văn vừa mang tính tất định, vừa mang tính ngẫu nhiên 10 Hệ số n tham số Ap xác định theo tài liệu thực đo vùng lãnh thổ với lưu vực có diện tích khác Bằng cách lấy lơ ga rít vế cơng thức (5-93) ta có: lg qmax P= lgAp - nlgF (5-94) Trong n hệ số góc quan hệ lgqmaxP ~ lgF Hệ số triết giảm n tổng hợp từ tài liệu thực đo lũ phân vùng theo lãnh thổ b) Tính tốn xác định thông số công thức Để áp dụng công thức triết giảm mơ duyn đỉnh lũ tính tốn thực tế cần xác định hai trị số n Ap - Hệ số triết giảm n: dùng tài liệu phân vùng hệ số triết giảm n - Thông số địa lý khí hậu Ap: hệ số Ap xác định theo đồ phân vùng xác định theo lưu vực tương tự Nếu chọn lưu vực tương tự có điều kiện khí hậu mặt đệm tương tự lưu vực nghiên cứu coi tham số A hai lưu vực nhau, ta có: AP = APtt = qmaxtt Ftt (5-95) Thay AP tính theo công thức (5-95) vào công thức (5-93), sau biến đổi ta có cơng thức (5-96) cơng thức tính đỉnh lũ thiết kế theo phương pháp lưu vực tương tự Qmax P F Qmax Ptt tt F 1 n (5-96) Trong đó: APtt , qmaxtt, Ftt, QmaxPtt tương ứng tham số địa lý khí hậu, mơ đun đỉnh lũ, diện tích lưu vực lưu lượng đỉnh lũ thiết kế lưu vực tương tự 179 l g ( q m axp ) 3.5 2.5 1.5 0 1 lg ( F ) Hình 5-16: Biểu đồ quan hệ lgq maxp ~lgF vẽ cho vùng lãnh thổ có nhiều trạm đo thủy văn c Xác định lưu lượng đỉnh lũ theo trị số quy chuẩn mô đuyn đỉnh lũ Để chuẩn hố q trình tính tốn lũ thiết kế theo công thức triết giảm người ta xây dựng đồ trị số mô đuyn đỉnh lũ ứng với tần suất P định tương ứng với diện tích Fc gọi diện tích gốc Trong Quy phạm QPTL C6- 77 Việt nam lấy diện tích gốc Fc =100 km2 tần suất mơ đuyn đỉnh lũ ứng diện tích gốc chọn 10% Từ xây dựng đồ đẳng trị mô đuyn đỉnh lũ q100 Ta gọi q100 trị số quy chuẩn mô đuyn đỉnh lũ Theo công thức triết giảm, mô đuyn đỉnh lũ lưu vực chuẩn có dạng: q100 A10% 100 n (5-97) Chia hai vế công thức (5-93) công thức (5-97) cho rút gọn lại ta có: n q max P 100 AP q100 F A 10% (5-98) 180 Đặt AP = p đại lượng khu vực phụ thuộc vào tần suất gọi hệ A 10% số chuyển tần suất Khi cơng thức triết giảm mơ đuyn đỉnh lũ có dạng thức là: n 100 q max p q P 100 F (5-99) Trong đó: qmaxP mơ duyn đỉnh lũ ứng với tần suất P lưu vực tính tốn q 10% mơ duyn đỉnh lũ lưu vực có diện tích 100 km2, tần suất 10% F diện tích lưu vực tính tốn P hệ số chuyển đổi tần suất n hệ số triết giảm mô duyn đỉnh lũ theo diện tích Hệ số p phân vùng theo lãnh thổ Bảng (5-14) bảng phân vùng hệ số p tỉnh phía Bắc Việt Nam (trích Quy phạm QPTL – C6 -77) Bảng 5-14: Thông số chuyển đổi tần suất p (Trích Quy phạm QPTL - C6-77) Hệ số p ứng với tần suất Lưu vực 20% 10% 5% 2% 1% 0,5% Sông Đà 0.851 1.162 1.353 1.539 1.666 Sông Thao 0.851 1.210 1.428 1.636 1.840 Sông Lô Gâm, Cầu, Thương 0.810 1.210 1.428 1.636 1.840 Sơng vùng Quảng bình, Quảng Ninh 0.824 1.195 1.429 1.590 1.840 Sông Mã, sông Cả 0.828 1.171 1.391 1.590 1.750 Như vậy, muốn tính tốn đỉnh lũ thiết kế cho lưu vực theo trị số quy chuẩn mô đuyn đỉnh lũ ta cần thực theo trình tự sau: - Bước 1: Theo vị trí địa lý lưu vực tra ban đồ đẳng trị q100 giá trị quy chuẩn mô đuyn đỉnh lũ, theo đồ phân vùng xác định trị số n; - Bước 2: Theo tần suất thiết kế P tra bảng (dạng bảng 5-14) hệ số p; 181 - Bước 3: Tính trị số qmaxP theo cơng thức (5-99) tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế: QmaxP = qmaxP F 5.5.1.4 Quy định phạm vi ứng dụng cơng thức tính đỉnh lũ thiết kế Quy phạm QPTL – C6 – 77 Việt Nam Về phạm vi ứng dụng công thức tính đỉnh lũ thiết kế QmaxP Quy phạm QPTL C6–77 quy định sau: - Khi diện tích lưu vực nhỏ 100 km2 đỉnh lũ thiết kế tính theo cơng thức cường độ giới hạn - Khi diện tích lưu vực lớn 100 km2 đỉnh lũ thiết kế tính theo cơng thức triết giảm công thức Xô-kô-lôp-sky 5.5.2 Xác định lượng lũ thiết kế Wlũ P Trong trường hợp khơng có tài liệu quan trắc tổng lượng lũ xác định từ mưa lũ thiết kế Cơng thức tổng qt để tính Wm P là: Wm P =103hP.F (5-100) Trong hP lớp dòng chảy lũ thiết kế (mm), F diện tích lưu vực Nếu tính lũ theo cơng thức Xơ-kơ-lơp-sky tổng lượng lũ thiết kế tính theo phương pháp tác giả đề xuất (cơng thức 5-82) Nói chung, hP xác định theo cơng thức tổng quát (5-101) hP = HTP (5-101) Trong đó: HTP lượng mưa gây trận lũ thiết kế ứng với tần suất thiết P; hệ số dòng chảy lũ Ngoài cách lựa chọn T theo đề nghị phương pháp Xơ-kơ-lơp-sky trình bày mục lựa chọn thời đoạn T theo phân tích q trình mưa lũ lưu vực tương tự vùng mưa có diện tích lưu vực chênh khơng nhiều so với lưu vực nghiên cứu Trong quy phạm Việt nam QPTL C6 – 77 quy định tính tổng lượng lũ theo cơng thức (5-102) có dạng: 182 YP = .(T) HnP (5-102) Trong đó: hệ số dịng chảy trận lũ, HnP lượng mưa ngày thiết kế, T thời gian tính tốn quy định sau: - Đối với lưu vực nhỏ F < km2 tổng lượng lũ tính theo lượng mưa lớn thời đoạn 150 phút, ta có: Wm P = 103(150).HnP F Trong đó: 150) Toạ độ đường cong luỹ tích mưa ứng với t =150 phút; - Đối với lưu vực có diện tích từ km2 đến 50 km2 chọn thời gian T ngày nên tổng lượng lũ thiết kế là: Wm P = 103HnP F 5.5.3 Xác định trình lũ thiết kế QP(t) t Trong trường hợp khơng có tài liệu đo lũ, đường trình lũ thiết kế xác định theo hai phương pháp sau: - Phương pháp sử dụng mơ hình tốn thuỷ văn; - Phương pháp khái qt hóa đường q trình lũ theo dạng tốn học 5.5.3.1 Đường q trình lũ dạng tam giác Đối với lưu vực nhỏ, lũ lên nhanh xuống nhanh nên nhánh lên nhánh xuống đường trình lũ coi đoạn thẳng đường q trình lũ khái qt hóa theo dạng hình tam giác Từ QmaxP WmP biết dễ dàng tính thời gian trận lũ (cạnh đáy hình thang); Tlị 2.Wmp Q mp Vị trí đỉnh lũ xuất cuối thời gian lũ lên tương ứng với thời gian lũ lên Tl 183 QmaxP Q WlũP t Tl Tx Hình 5-18: Quá trình lũ dạng tam giác Ta cú thi gian l tớnh theo công thức: Tlũ = Tl + TX = Tl (1 Tx ) = Tl (1+); Trong đó: Tl Từ rút cơng thức tính Tl: Tl Tx Tl Tlu (1 ) Hệ số phụ thuộc vào diện tích lưu vực F nhân tố điều tiết lưu vực Đối với lưu vực nhỏ điều tiết = 1,5 2, lưu vực điều tiết nhiều = 2,5 3,5 lấy theo lưu vực tương tự 5.5.3.2 Dạng đường trình hình thang Đối với lưu vực nhỏ, trường hợp mưa lũ kéo dài cộng với điều tiết lưu vực dẫn đến thời gian trì đỉnh lũ kéo dài Do đó, dùng hình thang để biểu thị trình lũ thiết kế (xem hình 5-19) Tổng lượng lũ diện tích hình thang, tức là: Wm P = Tlò Td Qmax P (5-103) Trong tính tốn thiết kế thường chọn Td = 0,1 Tlũ, xuất phát từ công thức (5-103) rút công thức tính tốn thời gian lũ sau: Tlị 2WmP 1,1Qmax P Thời gian lũ lên xác định theo hệ sô (5-104) Tx tương tự trường hợp dạng tam giác Tl 184 QmaxP T® Q WmP t Tx Tl Tlũ Hình 5-19: Quá trình lũ dạng hình thang 5.5.3.3 Dạng đường q trình Xơ-kơ-lốp-ski Đường q trình nhánh pa-ra-bol cắt đỉnh, phương trình nhánh lên là: t Q t Q m Tl m (5-105) Phương trình nhánh lũ xuống (tính từ lúc xuất đỉnh lũ) là: T t' Q t Q m x Tx n (5-106) Trong đó: m n bậc đường Pa-ra-bol nhánh lên nhánh xuống Đối với lũ mưa rào đề nghị lấy m=2 n =3 Để xây dựng đường trình loại cần biết Qmp thời gian nước lên Tl thời gian nước xuống Tx Các đặc trưng xác định theo phương pháp trình bầy (Tl = s, Tx =Tl) 185 BÀI TẬP CHƯƠNG Hãy phân tích hình thành dịng chảy lũ? Nêu số đặc trưng mưa tổn thất? Một số vấn đề cần giải tính tốn dịng chảy lũ thiết kế trường hợp đủ tài liệu đo đạc? Phương pháp xác định đường trình lũ thiết kế (Q~t)P? Viết cơng thức ngun dịng chảy ứng với trường hợp sau: a Thời gian mưa hiệu T= 6h > thời gian tập trung nước dòng chảy =4h b Thời gian mưa hiệu T= 4h < thời gian tập trung nước dòng chảy =6h c Thời gian mưa hiệu thời gian tập trung nước dòng chảy T= =4h d Nhận xét kết trường hợp a, b, c nêu Một lưu vực A có thơng số sau a Diện tích lưu vực F =72 km2 b Chiều dài sơng LS = 10,5 km c Tổng chiều dài sông nhánh Ln =30km d Độ dốc sơng Js = 3,62 %o e Độ dốc bình quân sườn dốc Jd =263 %o f Lượng mưa ngày max ứng với tần suất thiết kế Hnp = 738mm g Hàm lượng cát: 15%, hệ số hút nước: 0,6(mm/phút) h Phân khu mưa rào: khu X i Vùng dân cư nhà cửa không 20%, mật độ cỏ trung bình j Lịng sơng nhiều cỏ mọc, có đá, mùa lũ theo nhiều bùn cát k Diện tích ao hồ Fa =5km2; Diện tích rừng Fr = 10km2 Yêu cầu: Tính lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế P=1% theo công thức cường độ giới hạn? Một lưu vực B có thơng số sau a Diện tích lưu vực F =235 km2 b Chiều dài sơng LS = 10,0 km c Thời gian mưa rào ngắn d Vận tốc trung bình lớn cửa Vtb max =2 m/s e Lượng mưa ngày max ứng với tần suất thiết kế Hnp = 600 mm f Lượng mưa ngày max ứng với tần suất kiểm tra Hnp kt =897 mm 186 g Phân khu mưa rào: khu IX h Lưu lượng trước có lũ Qng = 30 m3/s i Lưu vực sơng có nhiều bãi bồi j Diện tích ao hồ Fa =10km2; Diện tích đầm lầy Fl =4 km2; Diện tích rừng Fr =30km2 Yêu cầu: Tính lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế P=1% theo công thức Xokolopsky? Lưu vực Sơng Cái có diện tích lưu vực F=135km2 a Trạm đo Thành Mỹ b Hạ lưu có ao hồ với diện tích fa = 6% Yêu cầu: Tính lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế P=1% theo công thức triết giảm môdul đỉnh lũ? 187 CHƯƠNG VI: TÍNH TỐN DỊNG CHẢY KIỆT THIẾT KẾ 6.1 Khái niệm dòng chảy kiệt Dòng chảy kiệt dòng chảy nhỏ sông chủ yếu lượng nước ngầm lưu vực cung cấp lưu lượng kiệt thay đổi theo thời gian Khi cơng trình khai thác nước dựa vào dịng chảy sơng mà khơng có cơng trình điều tiết lưu lượng thiết kế định tiêu tối thiểu công trình sử dụng nước, cơng suất nhỏ trạm thủy điện đường dẫn chiều sâu vận tải thủy nhỏ dịng sơng từ dịng chảy kiệt cịn xác định xâm nhập mặn biển vào đất liền Như có dịng chảy kiệt thiết kế ta có sở xác định: - Công suất máy bơm nước tua-bin thuỷ điện làm sở cho việc xác định số tổ máy trạm bơm trạm thuỷ điện - Với lưu lượng kiệt ta xác định mực nước ứng với lưu lượng kiệt, từ xác định loại thuyền bè phù hợp sông thời gian mùa khô - Đối với vùng ven biển chịu ảnh hưởng thuỷ triều, sơng có lưu lượng kiệt lúc xuất triều cường làm cho mặn xâm nhập vào đất liền sâu hơn, ảnh hưởng đến cơng trình lấy nước tưới cung cấp nước cho sinh hoạt Trong trường hợp ta phải có giải pháp cơng trình thích hợp, ngăn mặn cửa sông xây dựng hồ chứa thượng nguồn tăng lưu lượng cho sông vào thời kỳ kiệt nước nhằm đẩy mặn xa, ví dụ cơng trình hồ chứa Tả Trạch lưu vực sơng Hương - Thừa thiên Huế Dịng chảy kiệt đặc trưng quan trọng cần xác định tính toán thủy văn Các đặc trưng kiệt cần xác định là: Lưu lượng kiệt ngày thiết kế (Qnkp), Lưu lượng kiệt tháng thiết kế (Qtkp) 6.2 Nhân tố ảnh hưởng dịng chảy kiệt 6.2.1 Nhân tố khí hậu Khí hậu vùng định chế độ ẩm vùng Ở vùng có lượng mưa lớn mưa phân phối điều hồ bị kiệt so với vùng lượng mưa hàng năm nhỏ mà phân bố năm khơng điều hồ 188 Ở vùng nhiệt độ khơ hanh, lượng bốc lớn làm cho dịng sông cạn kiệt nhanh 6.2.2 Nhân tố mặt đệm Ở vùng có lớp cỏ rừng che phủ mặt đất tốt có tác dụng giữ nước điều tiết dòng chảy tốt so với vùng rừng bị phá hoại, lớp phủ mặt đất bị trơ sỏi đá Thổ nhưỡng khu vực có ảnh hưởng lớn đến dòng chảy kiệt, lưu vực vùng đất có tính thấm nước giữ nước tốt làm cho dịng chảy mùa kiệt điều hồ Ngồi tỷ lệ diện tích ao hồ so với diện tích lưu vực lớn khả giữ nước tốt ao hồ có khả giữ nước điều tiết dịng chảy Ngồi ra, độ dốc địa hình, cấu tạo mạng lưới sơng, độ sâu sơng suối, hình dạng mạng lưới sơng.v.v ảnh hưởng đến dòng chảy kiệt 6.2.3 Hoạt động kinh tế người - Hoạt động tích cực: Các biện pháp thủy lợi, lâm nghiệp, nông nghiệp v.v làm tăng độ ẩm lưu vực, giảm lượng bốc v.v làm tăng lưu lượng dòng chảy kiệt - Hoạt động tiêu cực : Khai thác lâm nghiệp bừa bãi, canh tác du canh du cư lạc hậu, khai thác khống sản, đât đá tự khơng quy hoạch gây tượng xói lỡ mùa lũ, tăng lượng bốc mùa kiệt, làm tăng tượng sa mạc hóa lưu vực làm lượng nước cạn kiệt Chính mùa lũ xảy phức tạp, dịng chảy tập trung nhanh, mùa kiệt kéo dài gây khô hạn khốc liệt thiếu nước nghiêm trọng 6.3 Phương pháp xác định lưu lượng kiệt thiết kế Trong tính tốn thiết kế người ta thường xác định lưu lượng kiệt ngày (Qnkp ) lưu lượng kiệt tháng (Qtkp) ứng tần suất thiết kế tùy theo yêu cầu toán cụ thể 6.3.1 Trong trường hợp có nhiều số liệu quan trắc thủy văn Kiểm tra chuỗi tài liệu thu thập cách xây dựng quan hệ tương quan đường thẳng Qnkp Qtkp (thường quan hệ tương quan chặt chẽ), dựa quan hệ loại trừ sai sót thu thập số liệu gây nên để sửa chữa chỉnh biên Dựa vào chuỗi số liệu (đã chỉnh biên) , tính tốn xác định Qnkp, Qtkp Tài liệu xem đủ dùng cho tính tốn cần phải có số năm để đảm bảo sai số tương đối Qkiệt