Lý thuyết thủy văn phòng chống thiên tai

Bài giảng thuộc bộ môn Thủy Lực Thủy Văn ,trường Đại học xây dựng Hà Nội . Đc số 55 đường giải phóng, phường đồng tâm,quận hai bà trưng, thành phố hà nội.

LÝ THUYẾT Câu : Có dạng phân bố sơng lưu vực? Đặc điểm dạng đó? Các đặc điểm ảnh hưởng đến hình thành dịng chảy lũ sơng? Có dạng phân bố sông lưu vực :   Dạng lông chim : nhánh sông điểm nhập lưu phân bố đồng phía tả ngạn hữu ngạn sơng > lượng nước tập trung lớn, tốc độ dòng nước cao làm lũ dâng nhanh hạ lưu Dạng nan quạt : nhánh sông phân bố gần hợp vs sông góc > 90 độ > tốc độ dòng chảy tập trung lớn làm cho Dạng cành : nhánh sông phân bố gần hợp vs sơng góc = 90 độ, nhánh sông gần song song vs > lượng nước tập trung lớn ,tốc độ không cao làm cho dòng lũ lên chậm hơn, nhiên dễ xảy tượng sạt lở bên bờ an N U C E  Câu : Nêu bước vẽ đường tần suất kinh nghiệm số cơng thức thường dùng để tính tần suất kinh nghiệm Nhược điểm đường tần suất kinh nghiệm sử dụng trực tiếp vào tính tốn thủy văn, phương hướng khắc phục nhược điểm đó? o o o o o ut n_ D Các bước vẽ đường tần suất kinh nghiệm : B1 : thu thập xử lý số liệu B2 : tính giá trị trung bình xếp lại theo dãy giảm dần B3 : sử dụng cơng thức phù hợp để tính TSKN B4 : chấm điểm kinh nghiệm lên giấy vẽ xác suất B5 : vẽ đường trung bình qua điểm kinh nghiệm ta đường TSKN Một số công thức tính TSKN : , *100% , cơng thức dịng chảy năm thiết kế cho giá trị Q trung bình ht T o P= o 𝑃= , o 𝑃= ∗ 100% *100% cơng thức dịng chảy kiệt thiết kế cơng thức dòng chảy lũ thiết kế Đường TSKN cho giá trị từ khoảng 3-97% tần suất khơng cho kết > mượn đường TSLL kéo dài để lấy khoảng tần suất cịn lại Đường TSKN vẽ giấy li có đầu dốc, tra kết dễ gặp sai số chủ quan > sử dụng giấy vẽ tần suất Hazen Đường TSKN xây dựng từ số liệu thực đo nên chứa nhiều sai số > mượn đường TSLL mô hàm số tốn học để cố gắng mơ tả gần xác đường TSKN op y R  ig Các nhược điểm đường TSKN hướng khắc phục :  C  câu : Nêu khái niệm lòng sơng bãi sơng (có hình vẽ minh hoạ) Theo anh (chị) việc lấn chiếm bãi sông xây dựng khai thác bừa bãi bãi sông phát sinh hậu tiềm tàng ? Lịng sơng phần sơng nước chảy quanh năm Mùa kiệt, nước ít,sơng chảy phần thấp ta gọi lịng sông Bãi sông phần đất đai bị ngập vào mùa lũ, bãi sơng có tác dụng điều tiết lũ, giảm tốc độ dòng chảy lũ xuống hạ lưu Phần lại tự chém dựa vào chức bãi sông Câu : Nguyên lý cân nước Phương trình cân nước tổng quát Phương trình cân nước viết cho lưu vực sơng (kín, hở) thời đoạn thời kỳ nhiều năm Nguyên lý cân nước : "Lượng nước đến = lượn nước ± lượng nước trữ lưu vực Phương trình cân tổng quát : (X + y1 + Z1 + W1) - (y2 + Z2 + W2) = U2 – U1 = ΔU X : lượng mưa an N U C E Y1 : lượng nước mặt đến W1 : lượng nước ngầm đến Z1 : lượng nước tích đọng Y2 : lượng nước mặt W2 : lượng nước ngầm Z2 : lượng nước bốc ut n_ D U1 : lượng nước ban đầu thời đoạn tính tốn U2 : lượng nước sau thời đoạn tính tốn ΔU : lượng nước tích đọng Phương trình cân cho thời đoạn :  Lưu vực kín : y1,w1 = Y = y2+w2 Z = Z1-Z2 Lưu vực hở : y1 = 0, w1 ≠ ig  X : lượng nước mưa ht T ±ΔU = X - (Y + Z) X : lượng mưa op y R ±ΔU = X + w1 - (Y + Z) W1 : nước ngầm đến Y = y2 + w2 Z =Z1-Z2 C Phương trình cân cho thời đoạn nhiều năm (iΣ±ΔU = 0)   Lưu vực kín : Xtb - (Ytb + Ztb) = Lưu vực hở : Xtb - Wtb - (ytb +Ztb) = Xtb = ΣXi/n : mưa TB nhiều năm Ytb = ΣYi/n : nước chảy TB nhiều năm Wtb = ΣWi/n : chảy ngầm TB nhiều năm Ztb = ΣZi/n : bốc TB nhiều năm Câu : Mẫu thống kê gì? Nêu tiêu chuẩn chọn mẫu thống kê tính tốn thuỷ văn Mẫu thống kê phần nhỏ tổng thế, có đo đạc quan trắc thời kỳ nhiều năm Yêu cầu chọn mẫu thống kê :    Đảm bảo tính đồng : số liệu phải lấy từ tổng thể : tính tốn chảy lỹ phải lấy giá trị lớn nhất, tính toán chảy kiệt phải lấy giá trị nhỏ Đảm bảo tính ngẫu nhiên độc lập : chọn mẫu phải lấy ngẫu nhiên, mẫu khơng có ảnh hưởng hay liên hệ lẫn Đảm bảo tính đại biểu : chọn mẫu vs dung lượng đủ lớn, chưa đủ nhóm năm nhiều nước, tb nước nước an N U C E Câu : Một sông thông thường phân làm đoạn? Nêu đặc tính lịng dẫn dịng chảy đoạn Một sông gồm đoạn     Nguồn sơng : nơi bắt nguồn dịng sơng, thường khu vực núi cao, rừng rậm, nơi có nhiều nguồn khe suối nước chảy quanh năm, có bắt nguồn từ nguồn nướ ngầm lớn hồ chứa Thượng lưu : đoạn đầu sơng, có độ dơc lớn, lịng hẹp, chảy xiết, nhiều thác ghềnh, xói lở mạnh theo chiều sâu, thường nằm thung lũng đá Trung lưu : tiếp sau đoạn thượng lưu, có độ dốc nhỏ, lịng rộng phát triển bên bờ, thác ghềnh, sơng quanh co, uốn khúc Hạ lưu : đoạn cuối cùng,độ dốc nhỏ, lịng sơng rộng, nước chảy chậm, bồi nhiều xói, xuất hiền nhiều bãi cát ; sông đổ biển đoạn chịu ảnh hưởng thủy triều Cửa song : nơi song đổ biển, hồ nhập lưu vs dòng song khác Trường hợp song đổ biển đoạn chịu chi phối mạnh thủy triều nước biển ut n_ D  ht T Câu : Trình bày phương pháp (các bước tiến hành) xác định đỉnh lũ thiết kế cho sông tuyến đo phương pháp thống kê trường hợp số liệu đủ dài B1 : thu thập xử lý số liệu B2 : tính giá trị trung bình xếp theo dãy giảm dần Qi -> Qisx B3 : tính hệ số Ki = Qisx/Qn ; Ki-1 ; (Ki-1)^2 ; (Ki-1)^3 B4 : tính TSKN theo cơng thức thích hợp 𝑃 = ∗ 100%  B5 : chấm điểm TSKN lên giấy vẽ xác suất kinh nghiệm  B6 : tính đặc trưng thống kê op y R ig     Lưu lượng TB nhiều năm 𝑄𝑛 C hệ số phân tán 𝐶𝑣 Hệ số thiên lệch = 𝐶𝑠 =  B7 : lập tỉ số Cs/Cv Cs/Cv >  dung hàm PIII Cs/Cv <  dung hàm K-M    B8 : giả sử m € [1;6]  Cs = m.Cv B9 : tra tung độ đường TSLL Kp tương ứng vs Cs = m.Cv B10 : tính Qp = Kp.Qn ( = )^ ( ( )^ )∗   B11 : chấm điểm TSLL lên giấy vẽ xác suất tương ứng vs cặp điểm (Qp;P%) B12 : nối điểm TSLL đường cong trơn ta đường TSLL Câu : Nêu khái niệm sông phân cấp sơng Mơ tả hình thành dịng chảy sông mưa an N U C E Song sản phẩm bào mòn dòng chảy thời kỳ nhiều năm cung cấp dòng chảy mặt dòng chảy ngầm Hệ thống song bao gồm số có quan hệ trao đổi lượng nước vs chảy vị trí mặt cắt cửa Phân cấp song : o Song : song trực tiếp đưa nước biển o Song nhánh : song đưa nước vào song :  Song cấp : song có cửa đổ vào song  Song cấp : song có đổ vào song cấp  Song cấp : tồn song suối phía thượng lưu, tập trung dòng chảy vào song cấp Sự hình thành dịng chảy song ngịi mưa : nước mưa rơi xuống đất, phần bốc hơi, phần ngấm vào đất tạo thành dòng chảy ngầm, phần lại chảy sườn dốc tập trung vào rãnh nước sau tạo thành khe suối chảy vè hạ lưu tạo thành hệ thống song Câu : Có cách chọn mẫu thống kê tính tốn dịng chảy lũ? phân tích ưu nhược điểm cách  phương pháp năm chọn trị số : o chọn giá trị lưu lượng lớn năm, có n năm chọn n giá trị o đặc điểm :  đảm bảo tính độc lập, tính đồng tính đại biểu không cao  tổng số mẫu lấy S = tổng số năm n  tần suất tính tốn lũ tần suất năm Phương pháp chọn năm nhiều trị số o Cách : chọn năm số mẫu cố định (2-4 trị số lớn nhất) o Cách : thống kê tất giá trị lớn Qgh Qgh lưu lượng giới hạn Qgh = (3-5).Qo giá trị lớn năm có lũ nhỏ o Đặc điểm :  Bảo đảm tính đại biểu tính đồng tính độc lập khơng cao  Tổng số mẫu lấy S ≠ tổng số năm n  Tần suất tính tốn lũ tần suất lần Ps Trong phải chuyển tần suất năm  𝑃 = − (1 − 𝑃 )^3 𝑚  𝑃 = ∗ 100% op y R ig ht T  ut n_ D Có phương pháp chọn mẫu thống kê tính tốn dịng chay lũ : 𝑁𝑇 +1  𝑠= C Câu 10 : Khái niệm tuần hoàn nước tự nhiên? Phân biệt vịng tuần hồn lớn, vịng tuần hồn bé vịng tuần hồn nội địa? Trong vịng tuần hồn lớn có xuất vịng tuần hồn bé hay khơng? Câu 11 : Nêu bước tiến hành để xác định lượng dòng chảy năm thiết kế trường hợp đủ số liệu quan trắc Nêu điều kiện cần có sử dụng đường tần suất Peason III tính tốn dịng chảy năm thiết kế     B1 : thu thập xử lý số liệu B2 : tính giá trị trung bình xếp theo dãy giảm dần Qi -> Qisx B3 : tính hệ số Ki = Qisx/Qn ; Ki-1 ; (Ki-1)^2 ; (Ki-1)^3 , B4 : tính TSKN theo cơng thức thích hợp 𝑃 = ∗ 100%  B5 : chấm điểm TSKN lên giấy vẽ xác suất kinh nghiệm ,  Lưu lượng TB nhiều năm 𝑄𝑛 B6 : tính đặc trưng thống kê hệ số phân tán 𝐶𝑣 Hệ số thiên lệch = 𝐶𝑠 = ( = )^ ( ( )^ )∗ Cs/Cv >  dung hàm PIII Cs/Cv <  dung hàm K-M      an N U C E  B7 : lập tỉ số Cs/Cv B8 : giả sử m € [1;6]  Cs = m.Cv B9 : tra tung độ đường TSLL Kp tương ứng vs Cs = m.Cv B10 : tính Qp = Kp.Qn B11 : chấm điểm TSLL lên giấy vẽ xác suất tương ứng vs cặp điểm (Qp;P%) B12 : nối điểm TSLL đường cong trơn ta đường TSLL ut n_ D Câu 12 : Lưu vực ? Nêu ảnh hưởng đặc trưng lưu vực: diện tích, chiều dài, chiều rộng, độ cao bình quân, độ dốc tới dòng chảy cửa lưu vực Lưu vực phần diện tích mặt đất mà trước chaỷ song, diện tích tập trung nước song Ảnh hưởng đặc trưng lưu vực tới dòng chảy mặt cắt cửa lưu vực :    Diện tích lưu vực F (Km2) diện tích khống chế đường phân thủy lưu vực  định lưu lượng nước lưu vực … Chiều dài lưu vực L1 (Km) đường gấp khúc nối trung điểm mặt cắt ngang lưu vực từ nguồn cửa sông  định quãng đường di chuyển cuả dòng chảy lưu vực … Chiều rộng lưu vực B (Km) tỉ số diện tích lưu vực chiều dài lưu vực  định độ rộng mặt cắt lưu vực song Độ cao bình quân Hbq + độ dốc lư vực Ibq  ảnh hưởng đến độ dốc song từ ảnh hưởng đến vận tốc dịng chảy lưu vực ht T  ig Câu 13 : Trong tính toán lũ thiết kế cần ý vấn đề gì? Nêu ý nghĩa vấn đề đến tính tốn dịng chảy lũ Chọn mẫu thống kê  đưa số liệu đảm bảo yêu cầu tính đồng nhất, ngẫu nhiên, độc lập đại biểu mẫu thống kê Xử lý lũ đặc biệt lớn  trận lũ có trị số lớn tổ hợp điều kiện thời tiết bất lợi việc xử lý lũ đặc biệt lớn cho phép xác định chu kỳ xuất lũ từ đưa biện pháp phòng chống cho phù hợp vs cơng trình xây dựng Lựa chọn dạng phân phối ( vẽ đường tần suất )  dự báo thời gian mức độ trận lũ từ số liệu thống kê Tính tốn hệ số an tồn  đảm bảo cơng trình vận hành tốt điều kiện khắc nghiệt đồng thời tiết kiệm tối đa chi phí xây dựng op y  R Trong tính toán lũ thiết kế cần ý vấn đề : C    Câu 14 Phân tích ảnh hưởng nhóm yếu tố khí hậu-khí tượng lưu vực tới dịng chảy sơng ngịi Trong yếu tố đó, quan trọng dịng chảy sơng ngịi nước ta ? Tại ? Các yếu tố ảnh hưởng đến lưu vực song ngòi :  Mưa : tượng nước thể lỏng rắn từ tầng khí rơi xuống bề mặt đất mưa nhân tố định đến hình thành dịng chảy song ngịi Phân loại mưa : Mưa đối lưu : mưa xảy vào mùa hè xạ mặt trời lớn làm bốc lượng lớn nước đặc điểm : cường độ lớn, thời gian mưa ngắn, mưa kèm theo sấm chớp o Mưa địa hình : hình thành núi cao khối khơng khí di chuyển qua mang ẩm bị giữ lại sườn đón gió gây mưa o Mưa gió xốy : tạo nên gặp luông không khí nóng lạnh , khối khí khơng thể hịa hợp vs nên tạo mặt khơng liên tục chỗ tiếp xúc gọi mặt Front Đặc điểm lượng mưa lớn, kéo dài, phạm vi rộng thườn sinh lụt lội Bốc Z : lượng nước thoát khỏi mặt đất, Bốc ảnh hưởng đến dòng chảy : giảm lưu lượng dòng chảy Gió bão : gió bão vận chuyển nước làm tang khả bố hơi, làm nhiễu động không khí gây mưa Độ ẩm khơng khí ảnh hưởng đến mưa Độ ẩm khơng khí mật độ nước có khơng khí o    an N U C E Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến song ngòi nước ta Mưa mưa nguồn gốc sinh dịng chảy từ sinh song Ở nước ta nước khu vực nhiệt đới lại gần biển nên lượng bốc lớn lượng mưa lớn Câu 15 Nêu khái niệm mặt cắt dọc mặt cắt ngang sông Thành lập công thức xác định độ chênh mực nước hai mép bờ mặt cắt ngang sông đoạn sông cong Khái niệm :  Mặt cắt dọc mặt cắt theo chiều dòng chảy qua trục long song Biểu đồ mặt cắt dọc cho ta biết hình thành phân bố độ dốc song Mặt cắt ngang mặt cắt vuông góc vs hướng dịng chảy vị trí Mặt cắt ngang song cho ta biết phần long song bãi song ut n_ D  Công thức xác định độ chênh mực nước mép bờ mặt cắt ngang song  tanα = ∆H/B  ∆H = B tanα Song thẳng : Mặt khác tanα = Fc/G Fc = 2.m.v.ω sinφ G = m.g ht T M : khối lượng phân tử chất long V : vận tốc dòng chảy φ : vĩ độ điểm xét g : gia tốc trọng trường op y R ig ω : vận tốc quay TĐ Song cong : C  Tanα = (2.v.ω.sinφ)/g Δ𝐻 = 𝐵 𝑣 𝜔 𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑔 tanα = ∆H/B  ∆H = B tanα tanα = FL/G FL = m.v2/r G = m.g M : khối lượng phân tử nước r : bán kính cong đoạn song g : gia tốc trọng trường Tanα = v2/(r.g) 𝐵 𝑣 Δ𝐻 = 𝑟 𝑔 Mặt khác Câu 16 : Nêu nguyên tắc chọn đưịng q trình lũ điển hình trình bày việc xác định đường trình lũ thiết kế từ đường q trình lũ điển hình? Câu 17 Lượng dịng chảy năm thiết kế ? Nêu bước tiến hành để xác định lượng dòng chảy năm thiết kế vị trí sơng trường hợp đủ số liệu quan trắc Hệ số dòng chảy năm tính tốn cho lưu vực nói lên điều Câu 18 Định nghĩa chuẩn dòng chảy năm Nêu ý nghĩa chuẩn dịng chảy năm sơng vị trí định Chuẩn dịng chảy năm biểu diễn đại lượng ? Viết cơng thức tính tốn đại lượng đó? an N U C E Câu 19 Khái niệm lũ thiết kế? Nêu đặc trưng lũ thiết kế Việc xác định xác sai lũ thiết kế có ảnh hưởng tới cơng trình (cả khía cạnh kỹ thuật khía cạnh kinh tế)? Khái niệm : dòng chảy lũ thiết kế dòng chảy tính ứng vs tần suất thiết kế Tần suất lũ thiết kế tần suất nhằm đảm bảo chống trận lũ theo yêu cầu KH P% tần suất chọn tùy theo quy mô cơng trình Các đặc trưng lũ thiết kế :    Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Qmax(m3/s) Tổng lượng dòng chảy lũ thiết kế Wmaxp (m3) Quá trình lũ thiết kế (Q~t)p ut n_ D Cịn lại tự chém :v :v :v Câu 20 Khái niệm tần suất, đường tần suất lý luận, đường tần suất kinh nghiệm Phân tích ảnh hưởng tham số thống kê đến đường tần suất lý luận Tần suất tỉ số số lần xuất biến cố A thí nghiệm tổng số lần thí nghiệm P =m/n Đường tần suất kinh nghiệm đường tần suất tính từ tài liệu thủy văn thu thập m : số thứ tự 𝑃= ht T n : dung lượng mẫu a,b: hệ số điều chỉnh Đường tần suất lý luận mơ hình phân phối xác suất sử dụng tính tốn thủy văn tương đối phù hợp vs tính chất vật lý tượng thủy văn vs mơ hình phân phối xác suất tốn học Cv,Cs khơng đổi Qn thay đổi : Q1>Q2>Q3 Khi giá trị trung bình thay đổi đường TSLL di chuyển lên xuống song song vs theo xu điểm kinh nghiệm op y R  ig Hình dạng đường TSLL hồn tồn phụ thuộc vịa tham số thống kê Cv thay đổi; Cs,Qn không đổi : hệ số phân tán Cv làm thay đổi độ dốc đường TSLL Cv =  đường TSLL nằm ngang Cv lớn  độ dốc đg TSLL lớn ngược lại (Cv1 > Cv2) C   Cs thay đổi; Cv,Qn không đổi : hệ số thiên lệch làm thay đổi độ cong đường TSLL Cs =  đường TSLL thẳng Cs >  đường TSLL lồi lên Cs <  đường TSLL lõm xuống Câu 21 : Nêu khái niệm năm thuỷ văn Tóm lược cách xác định năm thuỷ văn lưu vực có chuỗi số liệu dịng chảy trung bình tháng năm n năm quan trắc? Năm thủy văn năm mùa lũ năm đến kết thúc mùa kiệt năm sau Mùa lũ bao gồm tháng có lưu lượng trung bình tháng nhỏ lưu lượng trung bình năm Mùa kiệt bao gồm tháng có lưu lượng trung bình tháng lớn lưu lượng trung bình năm Cách xác định năm thủy văn : C op y R ig ht T ut n_ D  Tính lưu lượng trung bình tháng dựa vào số liệu quan trắc có Tính lưu lượng trung bình năm theo công thức Qn = ΣQi/12 So sánh lưu lượng TB tháng vs lương lượng TB năm , mùa lũ bao gồm tháng có Qi < Qn , mùa kiệt bao gồm tháng có Qi > Qn Lập lại số liệu năm cách lấy tháng năm thủy văn tháng mùa lũ năm nối vs tháng mùa kiệt năm sau ta năm thủy văn an N U C E   