Thủy văn công trình, thủy văn cơ sở tập 1

} TRẦN ĐÌNH NGHIÊN | NGUYEN DINH VINH - PHAM VAN VINH seks TRUGNG DA! HOC GIAO THONG VAN TALCO S02 THO VIIEN ` Ne 4618 _ : YL _ A - | NÓ TH [UY VAN CONG TRINEL _— TẬP I- THUỶ VĂNCƠSỞ © FD (TAI BAN CO SUA CHUA, BO SUNG) _ NHÀ XUẤT BẢN GIAO THÔNG VẬN TẢI: HÀ NỘI - 2003 | 41 cue 0À TAs LOI NOI DAU TTF MT, 77 _Giáo trình Thuỷ oăn Cổng trình~ Thuỷ uăn sở - tập I lan 'biên soạn nhằm đáp' ứng yêu cầu đào tạo mà nội dung đề cương áp dụng giang dạy trường Đại học Giao thơng: ¬ - Vận tai từ năm 1995 dén _ Trọng: giáo trình chúng tơi trình bày kiến thức - nhất, 'đồng thời đưa vào có chọn lọc kiến thức đại nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển thực tế sản xuất đặt với ngành công trinh giao thong -_ Nội phục vụ làm tài vận tai dung giáo trình cho sinh viên ngành liệu tham khảo cho da phương thức, xây biên xây, sinh dựng soạn theo để cượng môn học gồm 30 tiết dựng cầu đường Sách dùng viên kỹ sư ngành kinh tế xây dựng, thuỷ lợi.- _ Sách gồm chương, chương có cắcc phụ lục tài liệu tham khảo để bạn đọc tiện sử dung © “Tham g1a biên soạn giáo trình ¡này Nguyén Dinh Vinh: Phạm văn Vĩnh: chương chương "chương Trần Đình Nghiên: gồm tac gia: chương chương 3va chương - Chúng xin chân thành cảm ơn tác giả sách, báo Sử dụng làm tư liêu tham khảo cho giáo trình oy :Do trình độ thời: gian có “hạn nên giáo trình khơng tránh khỏi khiếm khuyết, Chúng: tơi xin chan tiép thu ý kiến đóng góp xây dựng bạn đọc | Ha N6i, 2003 Các tác giả ' lx | : Chương | | MO ĐẦU | 1 DOI TƯỢNG 1.1.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG CỦA MÔN THUỶ VĂN NGHIÊN CỨU: Thuy van la khoa học nước, nghiên cứu nước tự nhiên, nguồn nước dòng chảy; điều tra, đặc thu thập phân tích tài liệu nguồn ¬ nước — dịng chảy để phục vụ cơng tác thiết kế xây dựng quản lý khai thác cơng trình Giao thơng, Xây dựng Thuỷ điện, Thuỷ ]ợi; công _ trình chỉnh trị sơng, gia cổ bảo vệ bờ cơng trình cải tạo cảnh quan mơi trườn g -Nước tồn các.dạng nước mặt nướé lượng nước lượng 1,46ty km’, _ khác hành tỉnh chúng ta, † đất, biển, Ở sông suối, ao hồ, nước ngầm, băng tuyết, khơng khí dạng liên kết, khác Theo Verônatske khối vỏ trái đất, đến độ sâu 25km ước khoảng 1,3 ty km” gần ' nước có đại dương Lượng nước mặt, đất có khoảng nước biển chiếm khoảng 1,37 km” Nước nhiều lại phân bố không đểu theo không gian Các vùng mưa - nhiều giới có vùng núi Anpơ, Côcazơ, N auy châu Âu; Việt Nam (trừ vùng Lang Sơn, Cao Bằng, vùng châu thổ Cửu Long); Phi lip pin, Me Nhat Ban, Ma Lai, Cam pu chia châu A Như Việt Nam là.một _ vùng mưa nhiều % > 2000mm năm) có lượng dịng ` chay kha phong phú a _ D6 sau dong chay cua thong sông Hồng lớn, gấp khoảng 3,5 lan độ sâủ dịng chảy bình qn giới (khoảng 900mm năm), sơng Hồng thuộc loại sơng có nguồn nước phong phú giới Nước tài nguyên quý giá, nguồn nước coi vĩnh cửu, - : trữ lượng hàng năm vô tận không phụ thuộc vào mong muốn người Tài nguyên nước đánh giá ba đặc trưng Lượng l chat lượng động thái nước Địa hình phức tạp, cao độ mặt đất thay đổi nhiều, độ dốc lớn, -do ảnh hưởng thuỷ triéu VÌ mưa © | : thường gây, lũ đột ngột gây ngập lụt, ứ dềnh nhiều vùng lãnh thé " - nước ta Từ địi hỏi người kỹ sư cơng trình thiết kế xây dựng ˆ phải gắn với u cầu nước,.phịng lũ tác động ảnh hưởng môi trường để cong trinh bền vững phục vụ toàn, diện cho nén kinh tế dân sinh nước ta 1.2 NOI DUNG CUA MON HOC THUY VAN _ Do nhting ting dung réng rai ngành khoa học cơng trình kinh tế mà thuỷ văn chia làm nhiều lĩnh vực lớn - Khí lượng học: N ghiên cứu yếu tố khí tượng Thuy văn, cách thống kê sử dụng yếu tố khí tượng thuỷ văn đồ án thiết kế thi cong cơng trình cầu đường — Thuỷ lợi Xây dựng thuỷ điện; dự báo Khí tượng Thuỷ văn - cơng trình nước aN - Thuy van dét liên: Nghiên cứu tuần hoàn nước toàn cầu lưu vực, trình mưa trình hình thành đòng chảy ' lưu vực, chuyển qua mặt cắt tim cơng trình khu vực xây dựng Xác định thay đổi mực nước lưu tốc, lựu lượng dịng để tìm mực nước bình qn H, mực nước H„„„ H,, giá trỊ: Hyer s¿ lưu tốc bình quân V, phan phối lưu tốc mặt cắt ngang-tim cơng trình cầu đường để xác định độ tính xói cục trụ cầu, | đầu kè - Thuy van bién: N ghién cứu địa hình bờ, đáy biển, sóng, thuỷ triều tác động chúng tới môi trường cơng trình liên quan - Địa chất thuỷ van: Cung cấp 'những tài liệu để đánh ĐIÁ - nguồn nước ngầm — ‘kha nang khai thac nude ngam va ‘phuc vu viéc xây _ dựng cơng trình Để thuận tiện hệ thống kiến thức ứng dụng vào sản xuất nội dung mộn học được:chia thành hai phần: "+ Phần một: Thuỷ văn đại cương: Cung cấp kiến thức yếu tố khí tượng thuỷ văn, q trình mưa hình thành dịng chảy trên.lưu vực, tính quy luật dịng chảy sơng ngịi trình bày phương pháp tính toán xác định đặc trưng thuỷ văn thiết kế hai: Thuỷ văn cơng trình: Nhằm ứng dụng kiến thức Thuỷ văn đại cương để tính tốn thiết kế đường, cống, kè; đập, tràn, đường tràn, cống trình xây dựng - Thuỷ lợi - Thuỷ điện Như học Thuỷ văn gắn liền khăng khít khơng thể cơng trình giao thông, tràn liên hợp hai phần nội dùng tách rời nhằm cung cấp cho chủ nhiệm đổ án cơng trình cầu đường đặc trưng bản, định hình thức, quy mơ, kích thước cơng trình dẫn đến vốn đầu tư xây dựng, khẳng định tính hợp lý kỹ.thuật kinh tế cơng trình Có thể nêu Ta số nội dung sau: Xác định lưu lượng lũ thiết kế (Q;„y) mực nước lũ thiết kế tương ứng (Hạ) trường hợp có nhiều tài liệu khảo sát, điều tra đo đạc, có tài liệu, chỉ: có tài liệu mưa lưu vực trường hợp khơng có tài _ liệu Tv.6- eT - Phần ` vi ee cầu, công môn các: Phân bố vận tốc (ưu tốc) vị trí mặt cắt tim cơng trình Đề nghị độ cơng trình chiều thượng lưu có xét đến ảnh hưởng môi trường cao ứ, dễnh (dâng nước) Xác định trị số cao độ đáy sơng sau xói chung (Vsxcb) 'ð Xác định trị số cao độ đáy sơng sau xói cục (Vsxcb) trụ cầu, đầu kè Nếu sơng có thơng thuyển phục vụ cho giao thông thuỷ, phải kiến nghị mực nước thông thuyển Œ—1,): _', Cung cấp mực nước thiết kế đường đu Tính tốn dự báo mực cơng trình cầu đường nước thi cơng phục vụ cho việc xây dựng Do hạn chế số tiết đề cương môn học khuôn khổ giáo trình chủ yếu trình bày nội dung thuỷ văn đại cương: 1.3 DAC DIEM PHÁP CUA NGHIÊN HIEN TUQNG THUY VAN VÀ PHƯƠNG CỨU 3.1 Dac diém cua hién tượng thuỷ văn Hiện tượng thuỷ văn sản phẩm tác động nhiều nhân tế tự nhiên, ví dụ dịng chảy sinh mặt đất chuyển qua mặt cắt cơng trình tác động: vào cơng trình phụ thuộc vào mưa rơi xuống, điều kiện địa chất, thổ nhưỡng, thảm phú thực vật - độ nhám -Qua trình tự nhiên mang đầy đủ tính chất vật lý biểu phạm trù nguyên nhân hậu Vậy tượng thuỷ văn mang hai tính chất tất định tính ngẫu nhiên 1.3.1.1.Tĩính bhơng trùng lặp (ngẫu nhiên) Các tượng thuỷ văn không lặp lại y nguyên thời g1an độ lớn tượng thuỷ văn phụ thuộc vào yếu tố khí tượng, khí hậu, mưa, bốc hơi, độ ầm, gió địa lý 1.3.1.3 Tính chu kỳ Xét thời gian dài tượng thuỷ văn khơng lặp lại y ngun có tính chất chu kỳ Tính chu kỳ xu bình qn theo thời gian ví dụ chu kỳ nhiều năm (nhóm năm nước với nhóm năm nhiều nước); chu kỳ năm có mùa lũ, mùa kiệt 1.3.1.3 Tinh khu vie - Tình hình thuỷ văn thay đổi theo: tình hình địa lý khu khác \ vực \ 1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu - quan Trước phân tích tượng thuỷ văn khơng xuất phát từ điểm hệ thống, cịn quan điểm hệ thống phương pháp phân tích hệ thống áp dụng cách phổ biến Quá trình phát triển phương pháp tính tốn thuỷ văn gắn liền với tiến khoa học kỹ thuật, tốn ứng dụng kỹ thuật tính tốn đặc biệt phát triển máy tính điện tử Dựa vào đặc điểm tình hình thuỷ văn chia hai phương pháp nghiên cứu 1.3.2.1 Phuong phap théng bê xác suất Có thể coi đại lượng đặc trưng thuỷ văn đại lượng ngẫu nhiên tượng thuỷ văn mang tính chất ngẫu nhiên Cơng cụ tốn học để nghiên cứu tượng ngẫu nhiên lý thuyết thống kê xác suất 1.8.2.2 Phuong pháp phân tích ngun nhân hình thành (dùng trường hợp hhơng đủ tài liệu) Phương pháp chia làm ba loại dựa vào sở phương pháp tính tất định tượng thuỷ văn Phương phúp phơn tích ngun Người ta phân tích quan hệ đặc trưng thuy văn với thông số đặc trưng cho nhân tố ảnh hưởng Mối quan hệ biểu diễn bằnz quan hệ toán học đồ thị biểu thức lơgic mơ hình tốn mơ hình mơ hệ thống Khi thiết lập quan hệ toán học cho lưu vực bất kỳ, cần phải có số tài liệu quan trắc Điều _ khơng phải lúc thực phải kết hợp với phương pháp tổng hợp địa lý phương pháp lưu vực tương tự b Phương pháp tổng hợp địa lý Do tượng thuỷ văn mang tính địa đới, tính khu vực biến : đổi nhịp nhàng theo không gian cảnh quan địa lý Vì tiến hành nội suy, ngoại suy, phân vùng, phân khu tham số tổng hợp sử dụng tính tốn đặc trưng thuy văn c Phuong phap luu vue tuong tu Phương pháp sử dụng rộng rãi sở tham số đặc trưng thuỷ văn lưu vực khơng có tài liệu quan trắc suy từ lưu vực khác có tài liệu tình hình tốn dong chay tương tự lưu vực tính - Gọi y¡ y; đặc trưng loại lưu vực: Yi hee ¥» =f (X;;Za) 1-1 ú-Ð Hai lưu vực gọi tương tự phần tử tương ứng x, có giá trị xấp xi với x; với z¡ ø¿ Trong trường hợp y¡ suy từ y; biểu thức y¡ = y; y= sya với k số hệ số điều chỉnh 14 SƠ LƯỢC VE LICH SỬ, PHAT TRIEN CUA THUY VAN HOC - 1.4.1 Qua trinh phat trién cua thuy van trén thé§ giới _ 1, Từ trước kỷ XVII "của Khoảng 4000 năm trước nhân dân Trung Quốc lãnh đạo Đại Vũ bền bỉ đấu tranh với nước lũ sơng: Hồng, cịn Ai Cập người ta tiến hành quan trắc mực nước sông Nin để phòng chống lũ Trong giai đoạn việc quan trắc tài liệu chủ yếu mực nước viée - phân tích cịn mang tính chất định tính, chưa có tính hệ thống Đến cuối giai đoạn người Ý chế tạo máy đo lưu tốc ứng dụng để đo lưu tốc xác định lưu lượng sông suối Giai đoạn từ kỷ XVIII đến năm 1960 Là thời kỳ phát triển mạnh mẽ quan trọng ngành thuỷ văn nhằm đáp ứng phát triển công trình giao thơng thuỷ lợi -O Phap Bengrango có cơng trình nghiên cứu quan hệ mưa rào dịng chảy sơng Xen - Ổ Mỹ Humprây Abớt quan trắc phân tích chế độ thuỷ văn sơng MixIxIpI - Ở Ý Mơntarini có kết nghiên cứu chế độ thuỷ văn sông Tibro : -O Áo, vào cuối kỷ XIX có cơng trình nghiên can “bằng nước chế độ dịng chảy sơng Đanuyp cứu Penk - Ổ Nga, vào năm 1865 - 1870 có hàng loạt trắc thuỷ văn để nghiên cứu diễn biến sơng ngịi, phục vụ cho van tai Các cơng trình quan trọng “vấn đề chuyển động sơng hình thành dịng chảy sơng ngịi” J.S.Léliapski cấu dịng sơng” V.M.Lơchm (1897) | trạm quan giao thông nước (1893); “Co Trén cd sd tài liệu thu thập được, cuối ky XIX A.J Vaidykép da nêu nhận xét tiếng “Sơng ngịi sản phẩm quan hệ dịng chảy sơng ngịi khí hậu ' c khí hậu” để nêu mối Đầu ky XX chau Au công bố công thức kinh nghiệm Sraibo, Penk, Kenlơ; Nga có công thức N.Dôngốp, I.Langơ; Kôsêrin, Mỹ Niuel lập đường đẳng trị dòng chảy thuộc thổ Hoa Kỳ Giai đoạn chủ yếu dùng phương pháp nghiên cứu hợp địa lý D.J lã nh’ tổng Tv.9 ‘ - Đến năm từ 1930 - 1960 thuỷ văn học phát triển thành môn khoa: học độc lập Nhiều nhà khoa học nước Nga, Mỹ, nước châu Âu, Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản đề xuất phương pháp tính tốn hợp lý đặc trưng thuỷ văn để dùng quy hoạch, thiết kế xây dựng cơng trình giao thông, thuỷ lợi, phương pháp thống kê xác suất thống kê ứng dụng thuỷ văn D.L.Xơkơlơpski đề nghị sau nhà khoa học N.S.Eritski M.F.Menken; G.N.Brocôvic; G.A.Alêcxâyep; G.G.Svarite phát triển Các mơ hình tính tốn thiết lập ứng dụng tính tốn thuỷ văn, phân tích diễn biến lịng sông công tác dự báo Những kết nghiên cứu thuỷ văn học ứng dụng để tính tốn thiết kế cơng trình giao thơng cầu đường Từ xưa loài người biết làm cầu phổ biến loại cầu đá, chưa có tài liệu hướng dẫn phương pháp tính xói độ cầu Thường năm có lũ lớn kéo theo số cầu bị trôi hư hỏng Mãi tới cuối kỷ XVIII, Kỹ sư cầu đường người Pháp E.M Gôtây đề nghị phương pháp xác định độ cầu sở điều kiện tốc độ nước chảy v nước dâng AZ sông sau làm cầu không lớn Tổn phương pháp không xác định diện tích nước địng chảy cầu sau xói Sau giao thơng đường đường sắt phát triển mạnh cần có nhiều cầu vượt qua sơng lớn Sơng trung bình, việc xây dựng phương pháp xác định độ cầu xói trở nên cần thiết "Năm nhiệm 1875 H.B.Belleliutsky, Giáo sư người Nga vụ trên, thiết kế cầu Xư-zơ-răng qua giải sông Vônga xây dựng giả định tiếng tốc độ nước chảy sau xói cầu Lúc đầu gai định H.B.Belleliutsky không ý, Mãi đến năm 1897 giả định ơng thức cơng nhận làm sở cho việc tính tốn khâu độ cầu xói cầu qua sơng thiền nhiên Dựa vào A.A.Kasin (1944) đề nghị cách xác định độ cầu cân - biết mực nước lũ tính tốn mà thuỷ lực Phương pháp giáo sư O V Angdrêep (1955) theo phương trình cân phù sa có sở khoa học thiên an tồn Sau nhà khoa học có giáo sư - TS Nguyễn Xuân Trục đề nghị xét ảnh _hưởng hệ số tăng cường lưu lượng dịng sơng ảnh hưởng địa chất nhiều lớp tính xói pháp Phương pháp L.Llitstvan I.I.Kherkheulit (1947) theo kích thước hạt, dựa vào tài liệu hình thái đoạn thực tế ứng dụng cách tính xói chung [ätsvan dịng sơng nước sâu vận tốc động Tv.10 lực hay phương sông Trong tương đối phù hợp với dịng sơng vận tốc tự nhiên địng sơng _- Dự báo mực nước đắp đê quai: Sau đắp song đê quai lịng sơng thu hẹp lại, việc dẫn nước qua cống ngầm khiến lưu lượng chảy xuống hạ lưu bé nhiều so với trước Cần phải sửa lại đường cong trữ: nước đoạn sông từ trạm cửa vào kho nước đến đê quai Quan hệ H~ Q mặt cắt đê quai cần xác định lại, vào tình hình để tiến hành dự báo - Thời kỳ chặn dòng thường báo kiệt Lưu lượng mùa kiệt không lớn, ảnh hưởng khu dùng phương án dự báo cũ mặt làm mùa kiệt, cần dự tương đối nhỏ ảnh hưởng nước vật cơng khơng cần xét đến, cắt chan dong - Đối với thời kỳ trữ nước cần dự báo nước vào kho nước mực nước kho nước, phương pháp dự báo giếng phương pháp bình thường khơng có thay đối Song cần ý thời kỳ kho nước bắt đầu trữ nước có tượng bồi lắng, xói lở mà dẫn đến thay đổi đường đáng cong dung tích kho nước, nên cần sửa chữa đường cho thoả Đối với trạm ngồi khu vực thi cơng (khu chịu ảnh hưởng nước vật thi cơng tạo nên) phía thượng lưu dùng phương pháp dự báo bình thường trình bày 6.7.3 Dự báo lũ ngắn hạn Trong dự báo lũ ngắn hạn, người ta thường dùng phương pháp cd ban sau day: - Phuong phap xu thé muc nudc (hoặc lưu lượng) - Phuong pháp mực nước (lưu lượng) tương ứng - Phương pháp mưa rào đòng chảy | Dưới chủ yếu nghiên cứu phương pháp lưu lượng tương ứng mực nước Phương pháp mực nước (hoặc lưu lượng) tương ứng a) Nguyên lý Nước lũ sau suất trạm truyền xuống trạm Khoảng thời xuống trạm gọi thời gian truyền xuất trạm sau thời gian gian lũ r t qua thời gian chảy để lũ truyển từ trạm Mực nước (hoặc lưu lượng) phản ánh trạm gọi mực nước lưu vực tương ứng Trên hình vẽ cặp điểm (1-1) (2-2) cặp mực nước trương ng Từ cho thấy rằng: Mực nước (hoặc lưu lượng) trạm trạm trận lũ có quan hệ định với Lợi dụng quan hệ vào mực nước (hoặc lưu lượng) trạm để dự báo mực nước (hoặc lưu vực) cho trạm Phương pháp dự báo gọi phương pháp mực nước (hoặc lưu lượng) tương ứng Thời gian dự kiến + Quan hệ mực nước (hoặc lưu lượng) trạm trạm chặt chẽ hai trạm khơng có sơng nhánh, không phát sinh nước dâng, nước vật, khúc sông đặt trạm ổn định khơng phát sinh bồi xói v.v -_ Trong phương án dự báo cần xuất phát từ thực tế, quan hệ chưa chặt chẽ nên đưa thêm tham số ảnh hưởng vào Phương pháp mực nước (hoặc lưu lượng) tưởng ứng áp dụng để dự báo mực nước (hoặc lưu lượng) đỉnh lũ dự báo đường trình lũ Ở §ơng suối nhỏ miền núi, mực nước lên xuống nhanh đỉnh lũ xuất rõ rệt thường dự báo đỉnh lũ, sông lớn vùng đồng mực nước lên xuống chậm, thời gian lũ dài, hay có lũ kép cần dự báo đường (H ~ tụ Ngồi việc dự báo nói ta cịn dùng: a) Phương pháp đỉnh lũ đơn tương quan Lập quan hệ mực nước (hoặc lưu lượng) đỉnh lũ trạm trạm nhiều lũ trận khác nhau, thích thời gian truyền lũ ` aA , 7A ~ A vào bên cạnh điểm, vẽ đường cong (hoặc thắng) trơn nhẫn qua trung tâm giải điểm, sau dựa vào thời gian truyền lũ ghi điểm định phạm vi thời gian truyền lũ cho cấp mực nước khác Căn vào hình vẽ xuất trạm tìm trạm sau thời truyền lũ) vào thời đường quan hệ mà nội suy dòng mực gian gian Mực nước H(m) Dự báo đỉnh lũ TỦ OL Thời giant Hình 6.22 Đường trình mực nước (hoặc lu lượng) guảa trợm trén va tram dui mực nước (hoặc lưu lượng) nước (hoặc lưu lượng) đỉnh dự kiến Còn thời gian dự truyền lũ hai điểm gần đỉnh lũ kiến lũ xuất (hay Phương pháp đơn giản áp dụng khi: Tv.255 - Nước lũ chủ yếu từ thượng lưu chảy (khơng có nước giaa nhập giữa, có nhỏ)- - ˆ Lưu lượng trước có lũ bé, lớn thay đổi - - Séng it bi béi, xói , - Mat cat ngang biến đổi Hmam) | Việt trì Hay Hà nội Hình 6-23 Quan hệ mực nước (hoặc lưu lượng) đỉnh lũ trạm trạm b) Ngồi phương pháp dùng - Phương pháp làm tham số tương quan đỉnh lũ lấy mực nước đồng thời trạm - Phương pháp tương quan đỉnh lũ lấy mực nước (hay lưu lượng) sông nhánh làm tham số Nội dung chúng đơn giản tiến hành trình bày chi tiết dễ dàng không cần 6.7.3 Dự báo kiệt | Dự báo dòng chây mùa kiệt cần thiết cho việc đạo sản xuất, quản lý thi cơng cơng trình giao thơng thuỷ lợi sơng Về mùa kiệt dòng chảy mặt tương đối nhỏ; chủ yếu dòng chảy ngầm trữ lại lưu vực cung cấp Vì dịng chảy mùa kiệt tương đối ổn định tiến hành dự báo dài hạn Nội dung chủ yếu dự báo kiệt dự báo mực nước uu lugng) binh lượng r nước mùa kiệt quân hàng tháng dự báo tổng mực Dự nước báo lưu lượng bình quân hàng mùa biệt tháng = Phương pháp thường dùng lập tương quan lưu lượng " L 400 m 37° ấp | (hoặc mực nước) thời kỳ trước sau Có nhiều cách lập tương quan khác nhau, tháng khơng có "—- S 34 00 NHAN TS” 100 đất nhỏ khơng có, lưu 200 L_—: tháng 400 Quan hệ lưu lượng bình quân cuối tháng - cuối tháng trước) với lưu lượng nước Hình 6.24 trữ sơng lập quan hệ -giữa lưu lượng (hoặc mực nước) bình quân tháng trước (hoặc ngày mực 300 Q tháng XI lượng bình quân tháng định lượng nước ngầm lượng nước ; "3 33 454 - 48.2.7 200 mưa mưa ít, dịng chảy mặt 30 trước uớt liêu lượng bình tháng sau sau ý dùng tài liệu đo đạc quân nhiều năm để xây dựng quan hệ Luong mua thang | 010 20_30 40 / sở l H ob Š lạo i 5.7 s 18 js ¡CS 30 : (12 /, fo 12 Dã Z if gf / ug / I ol | 174 ⁄ Bes £309 pay Ụ of Z 20 - \ 40 Q tháng | Ị 80 "Hình 6-25 Quan hệ dự bao kiệt lấy lượng m ua hang thang làm tham số ` Trong trường hợp tháng cần dự báo có mưa nhiều dùng thâm tài liệu mưa tháng làm tham số Có thể tham khảo thêm tình hình dự báo thời tiết để so sánh hiệu chỉnh kết Tv.257 Du báo tổng lượng dòng chủy mùa biệt Lượng dòng chảy mùa kiệt định lượng nước ngầm trữ lưu vực mà lại có quan hệ mật thiết với lượng mưa thấm vào đất mùa lũ Nói chung quan hệ đồng biến lập quan hệ lượng nước mưa thấm vào đất mùa lũ (tính gần cách lấy lượng mưa mùa lũ trừ lượng dòng chảy mùa lũ) với lưu lượng bình quân mùa kiệt Đối với lưu vực có điện tích lớn, điều kiện: thổ nhưỡng thực vật tương đối tốt tác dụng điều - tiết nước ngầm lớn, lượng nước mùa kiệt có quan hệ với lượng nước mưa thấm vào đất mùa lũ năm mà cịn có quan hệ với lượng nước mưa thấm vào đất năm trước vài năm trước Trong trường hợp cần xét thêm yếu tố để xác định tham số 6.7.4 Dw bao dai han Đây vấn đề cần thiết lại khó khăn “phối hợp với quan dự báo chuyên nghiệp phức tạp cần phải Đại thể phân dự báo dài hạn làm loại sau đây: Lợi dụng điều kiện thuỷ văn khí tượng thời kỳ trước lưu vực để dự báo dòng chảy Lợi dụng tiêu hình thời tiết tiến hành dự bao dai han Lợi dụng đặc tính định lượng hình tiến hành dự báo dài hạn hồn lưu khí Lợi dụng tính chu kỳ qui luật hồn lưu khí để dự báo dài hạn 6.8 NHỮNG CÁCH TÍNH TỐN VÀ CHUYỂN ĐỔI MỰC NƯỚC THIẾT KẾ TỪ HỆ CAO ĐỘ DÙNG RIÊNG ĐỂ ĐO MỰC NƯỚC VỀ HỆ CAO ĐỘ TÍNH TỐN CÁC CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG VẬN TẢI Trong tính tốn đường tần suất lý luận cho dãy số liệu lưu lượng thực đo theo phương pháp thống kê xác suất hầu hết tỷ số C *=n=1+6 ta dùng phân bế KrítSkiMenKEen hợp với xu chung (tất nhiên dùng chuẩn mà không mắc sai phạm) phân bố nhị thức, Trong tính tốn đường tần suất cho mực nước H max ? III, logrit H,,, H Việt, - ~*=n=li+z7/0hoặc lớn nên nhiều trường C , Vv Ty.258 pearson ⁄ La ^ ` hợp không thểể dùng phân bố KritSkiMenKen mà phải dùng phân bố nhị thức pearson II, logarIt chuẩn Sở đĩ sảy điều nói việc lựa chọn mặt chuẩn - hệ cao độ đo mực nước xa so với đáy sông nơi sâu nhất; làm cho trị số mực nước trở thành to lớn nhiều so với khoảng cách từ mặt nước ` xuống đáy sơng Cũng K, = sở i điều lam cho nhỏ chọn mặt chuẩn xa đáy sông dẫn đến C, nhỏ C, không thay đổi Thí dụ: Tại mặt cắt sơng dùng mặt chuẩn A- A: qua đáy sông nơi sâu để tính mực nước lần đo At gt ow Ls ta có H, = 1Ơm so với trị số bình qn a Hạ =ðm H ; Kạ =a Néu khong lấy mặt chuẩn qua đáy sông cách đáy sống 200m mà A =2 lấy mặt chuẩn B- B Hạ = 210; Hp = 205m; Hy Hp mà: ni ` lều tổ rõ C vụ SS Cy, Trong tính tốn xác định mực nước thiết kế phục vụ việc tính tốn cơng trình giao thơng vận tải hầu hết gặp trường hợp cao độ dùng để đo đạc tính tốn mực nước khác hẳn hệ cao độ đo đạc tính tốn cơng trình giao thơng vận tai Vì ngồi việc tính tốn mực nước thiết kế theo hệ đo đạc mực nước cịn phải tính tốn chuyển tốn cầu đường đổi sang hệ tính Để giải vấn đề có cach sau day: 1) Néu muén st dung phan bé KritSkiMenKen trước tính tốn tham số kinh nghiệm ta đem tất.ca dãy số hiệu mực nước thực đo trừ ' cao độ đáy sông nơi sâu (hoặc trừ H,„„), tính tốn tham số kinh nghiệm Lúc tính tốn đường tần suất lý luận theo phân bố KritSkiMenKen phù hợp Từ đường tần suất tra trị số mực nước thiết kế Nhưng mực nước thiết kế phải cộng trả lại với cao độ đáy sông nơi sâu (hoặc H,„„„) Đến ta chênh lệch độ cao với mặt chuẩn hệ cao độ tính tốn cơng trình giao thơng vận tải _Tv.259 mà cộng trừ chênh lệch để đưa mực nước thiết kế sang hệc cao độ tính tốn cơng trình giao thơng vận tải 2) Nếu để nguyên số liệu mực nước thu thập khơng xử lý ta buộc phải dùng phân số nhị thức Pearson III Logarit chuẩn để tính tốn đường tần suất lý luận hàm cho —Š-=n - V với n thay đổi linh động Từ đường tần suất lý luận ta tra mực nước thiết kế theo hệ cao độ đo đạc tính tốn mực nước Sau vào chênh lệch độ 8) Nếu muốn chuyển đổi tham số thống kê kinh nghiệm từ hệ cao' — -_-—— độ đo mực nước: X›,C;,, Cy, tá sử dụng công thức sau: €_ cao mặt chuẩn hệ cao độ đo mực nước với mặt chuẩn hệ hệ cao độ tính tốn cơng trình giao thơng vận tải mà cộng trừ chênh lệch để đưa mực nước thiết kế hệ cao độ tính tốn cơng trinh giao thông vận tải Xu= Xita _ Xi V2 Cg, Xụ = Cy, +a Cs, _ a: chênh lệch mặt chuẩn 0- O hệ cao độ đo mực nước va hệ cao độ dùng để tính tốn cơng trình giao thơng vận tải Dấu + dùng hệ cao độ tính tốn cơng trình giao thơng vận tải Z x ˆ x a A ‘ A có mặt chuân cao mặt chuân hệ cao độ đo mực nước Dấu - dùng hệ cao độ tính tốn cơng trình giao thơng vận tải có mặt chuẩn thấp hệ cao độ đo mực nước Dùng X› ,Cy,, Cg, ta 06 thé tinh toán đường tần suất lý luận trị số mực nước thiết kế theo hệ cao độ tính tốn cơng trình giao thơng vận tải phải dùng phân số có a =n linh động phân số v` nhị thức, Pearson III, Logarit chuẩn Trong trường hợp muốn dụng công thức sau: dùng Kum -Xi-bta: Cy - phân bố KrítSkiMenKen s» fe, By bjJra ta phải sử đó: Xi, Cy,,Cs,, nói trên, b cao độ đáy sông nơi sâu H„„,, X2K-M, CVsk_M› Ös xu tham số chuyển đổi để tính: đường tần suất lý luận mà mực nước thiết kế theo hàm KritSkiManKen Nhưng trị số phải cộng thêm b để lại mực nước thiết kế dùng theo hệ cao độ tính tốn cơng trình giao thơng vận tải 6.9 MỘT SỐ QUI ƯỚC QUY ĐỊNH CHUNG VỀ LOẠI LƯU VỰC, CAU VA TAN SUAT THIET KE CAU CONG Qui ước uề loại lưu uực uà cầu Lưu vực có điện tích F 1000 +3000km”là lưu ac lớn Ứng với loại lưu vực có cơng thức tính lưu lượng lớn thiết kế từ mưa rào khác Cầu có độ 30m cầu nhỏ Cầu có độ 30m +100m cầu trung: Cầu có độ lớn 100m chiều dài nhịp cầu lớn 30m cầu lớn Quy định uề tần suất thiết bế cầu cống Cầu cống cơng trình xây dựng để khai thác sử dụng lâu đài từ vài ba chục năm, năm chục năm, trăm năm đến vài ba trăm năm Ngoại trừ chiến tranh động đất +à sác ngun nhân chấn động có tính chất tồn cầu địng lũ có sức mạnh to lớn có.thể phá hỏng cầu nhanh chóng Chính tính tốn cầu cống phải tính đến tần suất lũ lon gây nguy cho cầu cống Những tần suất dưø.: thống kê ghi thành bang sau: Tần suất lũ thiếi kế dùng cho đường Liên Xơ cũ oo Cấp đường Tên cơng trình Nền đường kè Cầu lớn trung Céng Cầu nhỏ I / 1:100 1:100 -1: 100 1:100 - _ ƑH,HI, đường đôthi | | Theo cầu cống 1:100 _, — 1:50 1:50 "IV, V, VI Theo cầu cống 1:50 1:80 1: 50 Tv.261 Tần suất lũ thiết kế dùng cho đường sắt Liên Xô cũ - Tên so ch công trình sa Cấp đường ¬ \ Nền đường I II I1 0,33%: 0,33% 1% 1 0,33 0,33 5 _10 10 : 10 Cầu cống Cơng trình điều tiết Cầu gỗ đường xí nghiệp Cống gỗ xí nghiệp Ghỉ chú: Nếu khảo sát điều tra mực nước lịch sử cao mực nước thiết kế theo tần suất dùng mực nước lịch sử để tính tốn Tần suất lũ thiết kế dùng cho đường ô tô đường sắt Việt Nam œ) Tần suất lũ tính tốn dùng cho đường tơ (TCVN 4054- 98) Cấp đường Tên cơng trình Cao tốc cấp > 100km/h Cấp 100 ˆ 80km/h Cap < 60km/h Theo tần suất cầu, cống Nền đường, kè 1: 100 Cầu lớn trung 1: 100 Cầu nhỏ, cống 1: 100 1:50 1:25 Rãnh 1:25 1:25 1:25 1: 100 b) Tan suất lũ tính tốn dùng cho đường sắt (Quy phạm thiết kế kỹ thuật đường sắt khổ 1000 mm - Bộ GTVT - 76) Tên công trình Cấp đường -Đường sắt chủ yếu Đường sắt thứ yếu Nền đường : 100 1:50 Cầu cống : 100 1:50 Cầu lớn 1: 300 (kiểm tra) 1: 100 (kiểm tra) Tv.362 oa Ghi chu: 1) Nếu khảo sát điều tra mực nước lịch sử cao mực nước thiết kế theo tần suất quy định đường sắt bảng dùng mực nước lũ lịch sử đề tính tốn ‹ 2) Đối với đường ô tô đường sắt nâng cấp, cải tạo nói chung phải tuân theo quy định tần suất đường Trường hợp khó khăn kỹ thuật phát sinh khối lượng lớn cho phép hạ tiêu chuẩn tần suất tính tốn ghi bảng 2- 3a, b, phải cấp có thẩm quyền phê duyệt 3) Nếu cầu đường gần cơng trình thuỷ lợi, thuy điện quy hoạch khác phải liên hệ để định tần suất thiết kế cầu cống cho hợp lý Tần suất ghi bảng mang tính chu kỳ Thí dụ cầu lớn đường cấp I tần suất thiết kế 1% nghĩa ta phải tìm Q„„„„ bao nhiêu? Chẳng hạn sau tính tốn ta tìm Q.„„„,„= ð000m/s nghĩa 100 năm xuất năm có trị số lũ > 5000m”/s Cịn lại 99 năm lũ bé 5000m”/s Nhưng phép tính tốn thống kê xác suất chưa năm có lũ lớn năm Vì phải phối hợp việc phân tích chu kỳ xuất lũ nhiều năm cách khác môn thuỷ văn có liên quan nhằm phán đốn khả xảy lũ thiết kế vào năm thời gian để dự báo cho việc khai thác vận hành bảo vệ cầu sau Tv.263 TAI LIEU THAM KHAO CHUONG | HỊ NGUYEN SINH HUY; NGUYEN LAI, PHAM PHO _Giao trinh thuy van céng trinh - Nxb Nông nghiệp, Hà Nội, 1974 ĐỖ CAO ĐÀM, HÀ VĂN KHỐI tác giả khác s | [3] Giáo trình thuỷ.văn cơng trình- Nxb Nơng nghiệp, Hà Nội, 1973 NGUN XN TRỤC Cơng trình vượt sơng - - Nxb Xây dựng, Hà Nội, 1984 [4] Bộ Giao thông Vận tải, 1995 Tính tốn đặc trưng dịng chây lũ 22 TƠN 320 - 95 [5] TRẤN ĐÌNH NGHIÊN Giáo trình thuy văn cầu đường "Trường đại học [6] Giao thông Vận tải, Hà Nội, 1993 PHAM VAN TOAN Gido tinh Thuy van cầu đường Trường đại học Giao thông vận tải, Hà N6i, 1970 [7] _ Giáo sư tiến sĩ G.V.ZELEZNHIAKÔYV nhiều tác giả Thuy van, đo đạc thuỷ văn chỉnh trị dòng chây' Nxb Klox Mátxcơva 1984 (tiếng Nga) [8] Qui trình khảo sát thiết kế cơng trình vượt sơng đường ơtơ đường sắt Nxb Vận tải, 1972 [9] Tiến sỹ A.LTREBƠTAREP phó tiến sĩ PH.B.ZALECKI Hướng dẫn tính tốn xác định đặc trưng thuỷ văn Nxb Lêningrát, 1973 [10] NGO DINH TUAN, DANG VAN BANG, NGUYEN VĂN THẮNG Khôi phục số liệu phân tích tính tốn thuỷ văn lưu vực Rào Qn theo mơ hình Tank (Nhật) - Đại học Thuy lợi, 1985 [11] NGUYÊN VĂN ĐỖ TẤT TÚC CUNG, VÕ PHÁN, LƯU CƠNG ĐÀO, QUAN NGOC AN, Giáo trình động lực học sơng ngịi - Nxb Nơng nghiệp, Hà Nội, 1981 [12] NGUYÊN ĐÌNH VĨNH' Báo cáo thực tập đại học thuỷ loi Matxcova, Ty.264 1990 _ MUC LUC _ Trang Lời nói đầu ChươngL: Mở đầu 1.1 1.2 1.3 Đối tượng nghiên cứu Nội dung môn học Đặc điểm tượng thuỷ văn phương pháp nghiên cứu 1.4 Sơ lược lịch sử phát triển thuỷ văn học 1.5 Các yếu tố khí tượng, khí hậu 11 1.6 Phương trình cân nước 19 1:7 - Lưu vực dịng sơng 20 Chương 2: Thu thập số liệu xác định yếu tố thuỷ văn 29 2.1 Mực nước 2.2 Lưu tốc 2.3 Lưu lượng 2.4 Điều tra H,„., V„„ Q„„„ theo phương pháp điều tra hình thái 43 2.5 Lưu lượng bùn cát thực đo 44 2.6 Lưu hướng 48 x 36 ⁄ 40 Chương 3: Phân tích số liệu thuỷ văn băng phương pháp xác suất thống kê 52 3.1 Các đại lượng thống kê 3.2 Xác suất tượng thuỷ 3.3 Tần số lũ- Xác suất phương pháp ngẫu nhiên 72 34 Phương pháp phân tích đồ thị xác định thơng số thống kê 81 3.5 Đường cong bảo đảm thực nghiệm 84 3.6 Đường cong bảo đảm giải thích 92 3.7 Đánh giá thống kê thông số phân phối trị số ngẫu nhiên 3.8 Tính lưu lượng Q p% _ | trường hợp đặc biệt 58 100 108 Phần phụ lục chương Tv.265 c——8:1— Bảng tra-độ lệch Tũng độ ó x =1, C„ = 111 phan phéi Person III C, > t 3.2 Bang tra léch KP% theo P% va tỷ số = | ứng với X = cho phân phối Krítsrimenken 116 - v Chương 4: Tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Q,„„„P% từ mưa rào 4.1 Dùng các:biểu thức toán học, để thị để biểu thị ảnh hưởng 4.2 - Một số nét việc sử dụng mơ hình tốnn dịng chay Phần phụ lục chương 4.1 42 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 121 lưu vực, mưa lưu lượng đỉnh lũ Q„„„P% 1382 140 Bảng hệ số dòng chây thiết kế ọ Bảng phân phối cấp đất theo cường độ thấm lượng hàm cát Bảng thời gian nước chảy sườn đốc tra theo hệ địa mạo r thuỷ văn sườn dốc vùng mưa 142 „ Bảng mô đuyn tương đối A„„, $;, vùng mưa thời gian nước chảy sườn dốc © 143 Bản đồ phân khu mưa rào Việt Nam 147 Thông số tập trung nước sườn dốc m, 148 "Thông số tập trung nước lịng sơng m, Bang số triết giảm dòng chảy 8, Bảng hệ số chuyển tần suất À„#trị số Qiọo ` - số mũ n công thức triết giảm mưa quan trắc sông suối Việt, Nam vị trí trạm 149 4.10 Lượng mưa ngày lớn theo tần suất thiết kế 4.11 Toạ độ đường cong mưa phân vùng mưa rào Việt Nam: 151 170 - 4.12 Bài 172 cho tồn quốc theo số liệu tính tốn đến năm 1987 tập chương Chuong 5: Héi qui va tudng quan Bổ sung kéo dài số liệu thuỷ văn 5.1 Hồi qui tuyến tính _ ð.2_ Hồi qui phi tuyến 174 189 - 8.3 ` Hổi qui biểu đồ 197 Tv.266 _— ——————ở J_— - Chương 6: Một số vấn để cần giải thuỷ văn giao thơng vận tải 6.1 Tính tốn sóng 6.2_ Hiện tượng xói mịn bồi diễn biến tự nhiên dịng sơng 215 © 6.38 Tính tốn biến hình lịng sơng - 218 ~ 6.4 Tính tốn biến hình lịng sơng 296° 6.5 Méts6 van dé thuyvan ciia séng 6.6 Một số vấn đề thuỷ triều 6.7 Dự báo mực nước thi công 6.8 Những cách ính tốn chuyển đổi mực nước thiết kế từ hệ cao độ đo mực nứcc hệ cao đệ tính tốn cơng trình giao thơng vận tải _ 6.9 c 218 ¬ - 280: 285 - : Một số quy ước quy định chung lưu vực, cầu - tần' suất thiết kế cầu cống 247 | _258 261 Chịu trách nhiệm xuất NGUYÊN XUÂN THUỶ: Biên tập có KS NGUYEN MINH NHAT - | NHA XUAT BAN GIAO THONG VAN TAI © 80B Trần Hưng Đạo — Hà Nội _ ĐT: 9423345 — Fax: 8924784 MS 6x1(6Ƒ) 131/06 - 03 GTVT —03 ‘In 1020c, khé 19x27cm; tai Xưởng In Trường Đại học GTVT In xong nộp lưu chiểu tháng 7/2003 Giấy phép xuất số: 131/XB-QLXB, ngày -29/1/2003 _ SỐ _ cóc |