ĐO ĐẠC VÀ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU THỦY VĂN Nguyễn Thanh Sơn phần 9 pot

Có nhiều phương pháp kiểm tra khơng có phương pháp đồng thời thoả mãn hai mục đích : Kiểm tra tính chất tương ứng Q H biểu đồ để so sánh Vẽ đường trình H, Q Kiểm tra Qvào Qra đoạn sông tương ứng (với điều kiện khơng có dịng gia nhập khu giữa, có nhỏ so với Qvào ) - Lũ lên: Qvào > Qra - Lũ xuống Qvào < Qra Q(m3/s) H(cm) H=f(t) Q=f(t) t, Hình 9.6 Quan hệ Q=f(t) H=f(t) 9.1.8 Kiểm tra cân nước ∑W vao ∑W vao ∑W + ∑ Wd = ∑ Wra + ∑ Wc - Tổng thể nước chảy vào sông nguồn - Tổng thể nước chảy sông nguồn ¦ ∑W ,∑W d (9.5) c - Tổng thể tích nước chứa sơng thời điểm đầu cuối Trong thực tế phương trình khơng thoả mãn tuyệt đối mà có sai số ± 2% Có trường hợp thoả mãn phương trình cân tài liệu có sai số lớn 128 Q, m3/s Q=f(t)trên Q=f(t)dưới t, Hình 9.7 Đường trình lưu lượng tuyến tuyến -Vùng ảnh hưởng triều Triều mạnh: khoảng thời gian hai điểm ngưng triều lên hai điểm ngưng triều xuống khoảng 25 - 26 ngày - Qngược, m3/s 25-26 t, ngày + Qxi, , m3/s 25-26 Hình 9.8 Đối với vùng ảnh hưởng triều mạnh 2.Triều yếu: Khoảng thời gian hai lưu lượng nhỏ 25-26 ngy Q(m3/s) 25ữ26ặ t(ngy) Hỡnh 9.9 i vi vựng nh hưởng triều yếu 129 9.1.9 Kiểm tra tính chất lệch pha Triều mạnh Qmaxngược xuất trước đỉnh triều, Qmaxxuôi xuất trước chân triều 9.1.10 Tổng hợp thuyết minh Điều dựa nguyên tắc có tập số liệu khơng nhiều tính đại biểu cao Cần phải đánh giá làm rõ chất lượng tài liệu để sử dụng vào cơng việc tính tốn sau này: 9.2 QUAN HỆ LƯU LƯỢNG MỰC NƯỚC 9.2.1 Cơ sở khoa học hữu ích kinh tế Trong dịng ổn định khơng đều, chỉnh lí số liệu lưu lượng cơng thức : ⎛ ΔΗ α + ϕ (v d2 − v t2 ) ⎞ ⎟ Q = ωCR ⎜ + gΔL ⎝ ΔL ⎠ −1 (9.6) Trong đó: ω -Diện tích mặt cắt C -Hệ số Sê zi R -Bán kính thuỷ lực -ϕ -Hệ số tổn thất cục -α -Hệ số cột nước lưu tốc -vt,vdLưu tốc trung bình mặt cắt mặt cắt đoạn sông ΔL ΔH -Chênh lệch mực nước hai tuyến Như Q hàm phụ thuộc nhiều yếu tố W,C,R,I,H Q=f(W,C,R,I,H ) 130 Khi yếu tố thay đổi Q thay đổi Bản thân yếu tố thay đổi phức tạp, Q thay đổi phức tạp Nhưng yếu tố thay đổi sở H biến đổi ta có quan hệ Q=f(H) Hiệu kinh tế quan hệ Q=f(H) -Lưu lượng Q khó đo, tốn nhân lực -Mực nước H dễ đo đo liên tục nên dựa vào quan hệ Q=f(H) xác định Qtừ tài liệu thực đo H 9.2.2 Tính chất quan hệ Q=f(H) , ω=f(H) I=f(H) thay đổi, ∇ B quan hệ Q=f(H) biến đổi Vì xét quan hệ Q=f(H), cần xét mối quan hệ riêng h Tính chất quan hệ ω=f(H) α Các mặt cắt sông phức tạp để xét quan hệ W=f(H) ta phải tạm coi mặt Hình 9.10 Mặt cắt ngang quan trắc hình cắt hình thang cân Đáy sơng với chiều thang cân rộng mặt nước Ta có : W= B+b (b + hm) + b h (9.7) h= 2 W = bh + mh ∂W = b + mh > ∂h (10.7) (9.8) ∂W tăng dần theo mực nước, hàm W =f(H) hàm thuận biến ∂h 131 ∂ 2W = 2W > 0, hàm W=f(H) có dạng lõm ∂h 2 Tính chất quan hệ I =f(H) ΔH ΔL = H ΔL = const ⇒ H = f (ΔH) a, Quan hệ I =f(H) vùng sơng khơng có ảnh hưởng triều H(cm) H,cm ΔH2 ΔH1' ΔH1 ΔH2' t1 t2 t'1 t'2 t(giờ) ΔH,cm Hình 9.11 Quan hệ H=f(ΔH) vùng không ảnh hưởng triều với đoạn sông mở rộng dần Sông mở rộng dần: Lũ lên: Htr1 - Hd1 < Htr2 - Hd2; ΔH1ΔH2 H(cm) ΔH'2>ΔH'1 H,cm Trạm Trạm t(giờ) ΔH,cm Hình 9.13 H=f(ΔH) vùng khơng ảnh hưởng triều với đoạn sơng thay đổi b, Quan hệ I =f(ΔH) vùng sơng có ảnh hưởng triều Chảy xuôi: -Triều lên: ΔH < ΔH1 133 Triều xuống: ΔH > ΔH1 Do quan hệ H =f(ΔH) chu kỳ hình thành vòng dây độ dốc triều lên nhỏ độ dốc triều xuống H,cm H(cm) ΔH2 ΔH'1 ΔH1 ΔH'2 t1 t2 t'1 t'2 t(giờ) ΔH,m Hình 9.14 Quan hệ H=f(ΔH) vùng sông ảnh hưởng triều Dạng quan hệ Q=f(H) Trong dịng khơng ổn định ta biết biểu thức tính Q: ⎡ ΔH (α + ϕ )(v d2 − v t2 ) ⎤ Q = WCR ⎢ + ⎥ L Δ 2g ⎣ ⎦ −1 (9.9) Đặt: m ⎡ ΔH α + ϕ ⎡ ΔH ⎤ ⎤ ⎢ ΔL ⎥ = ⎢ ΔL − g ( v d − v t ) ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ −1 (9.10) m hệ số hiệu chỉnh cho hệ thức cân ⎡ ΔH ⎤ Q = WCR ⎢ ⎣ ΔL ⎥⎦ m m ⎛ ΔH ⎞ ∂Q ∂W ⎛ ΔH ⎞ = CR ⎜ − WCR m⎜ ⎟ ⎟ ⎝ ΔL ⎠ ⎝ ΔL ⎠ ∂H ∂H (9.11) m−1 ∂ (ΔH ) ∂H (9.12) a, Vùng sơng khơng ảnh hưởng triều có độ rộng sơng mở rộng dần 134 Q,m3/s P P ∂W > 0; ∂H ∂Q ∂ΔH > 0⇒ >0 ∂H ∂H Q=f(H) đơn trị H,cm Khi độ rộng sông thu hẹp dần: ∂W < 0; ∂H ∂Q ∂ΔH < 0⇒ >0 ∂H ∂H Hình 9.15 Quan hệ Q=f(H) vùng sơng khơng ảnh hưởng triều, đoạn sông mở rộng dần Q=f(H) hàm thuận H,cm Hình 9.16 Quan hệ Q=f(H) vùng sơng khơng ảnh hưởng triều, đoạn sông thu hẹp dần b, Vùng ảnh hưởng triều ∂W > 0; ∂H ∂Q ∂ΔH < 0⇒ 0; ∂H ∂Q ∂ΔH > 0⇒ > 0⇒ ∂H ∂H Trong thực tế xxx xx ∂W ∂ΔH thay đổi không ∂H ∂H xxx xx xx x xx đồng nên Q=f(H) không đồng H,cm 9.2.3 Các phương pháp tính lưu lượng tức H×nh 9.18 Quan hƯ Q=f(H) thùc thời theo mực nước ®o Sơ đồ chung: Phương pháp tính Q nước tức thời Nguyên lý Điều kiện giả thiết Cơ sở lập luận Cách làm phương pháp vẽ phương pháp tính Điều kiện áp dụng Thuỷ lực Địa hình Số liệu đo ưu nhược điểm Kỹ thuật Kinh tế Phương pháp tính Q nước tức thời quan hệ Q=f(H) tương đối ổn định: -Chú ý tiêu Q=f(H) tương đối ổn định -Phương pháp đường trung bình: * Ngun lý: Phương trình dịng khơng ổn định không đều: ⎡ ΔH (α + ξ g ) (v d2 − v t2 ) ⎤ ⎛ ΔH i ⎞ Q= k⎢ − ⎟ ⎥ = ki ⎜ ΔL ⎝ ΔLi ⎠ ⎣ ΔL ⎦ m (9.13) k = C R W số mơ đun lượng trung bình đoạn sơng ΔH độ dốc mặt nước trung bình đoạn sông ΔL 136 ΔH i độ dốc mặt nước trung bình đoạn sơng ΔLi mà ΔLi ∈ ΔL ΔLi m: số mức hiệu chỉnh Vậy Q=f(W,I,H )=f(W,I) Khi W,I,H khơng đổi Q=f(H) đơn trị Khi H khơng đổi W,I thay đổi bù trừ Q=f(H)đơn trị Trong thực tế khơng có Q=f(H) đơn trị tuyệt đối nên Q=f(H) dao động sai số cho phép coi Q=f(H) đơn trị * Cách làm : a, Vẽ biểu đồ vào số liệu Q thực đo H tương ứng xây dựng biểu đồ Q=f(H) Nguyên tắc Đơn trị thuận biến đổi dần Sai số nhỏ ∑ (Q − Q ) = (9.14) Dễ đọc đảm bảo mĩ thuật xác đường quan hệ nghiêng khoảng 400600.Độ xác: để đảm bảo độ xác mực nước tới cm tỷ lệ nhỏ trục H là: 1:20 Q (∗ ) = 0,5mm X (*) (9.15) Q(*) - Sai số tương đối, đọc X(*)- Khoảng đọc kể từ gốc Q (∗ ) = 0,5mm ≤ S (%) X (*) (9.16) S(%) - Sai số cho phép 137 Vậy x ≥ 0,5mm với x độ dài giới hạn S (%) (9.17) Ví dụ sai số cho phép 5% khoảng đọc x=0,5/0,05 = 10 mm tức với sai số cho phép 5% với khoảng đọc x10 mm sai số đọc nhỏ sai số cho phép -Xét sai số tương quan: σ= ⎛Q −Q ⎞ ∑ ⎜⎝ doQ tinh ⎟⎠ tinh (9.18) n −1 Q đặt S = ta có σ = Qtinh ∑ (S − 1) n−1 (9.19) Qđo từ thực tế, Qtính tra quan hệ Q=f(H) n: số lần đo để xây dựng quan hệ Với σ ≤ 5% quan hệ tốt; 5% ≤ σ ≤ 10% quan hệ khá; σ ≥ 10% quan hệ ý nghĩa σ : -Phản ánh qui luật tương quan Q H trạm đo -Phản ánh sai số đo đạc -Phản ánh sai số trực quan người vẽ a, Đặc trưng σ: dễ dao động số lần đo có sai số lớn , phụ thuộc vào kỹ thuật vẽ đường trung bình xét khơng xét đơn σ mà xét thêm dạng phân bố qui luật phân bố b, Tính lưu lượng tức thời: Từ H tức thời tra biểu đồ có Qtt c, Điều kiện ứng dụng; -Điều kiện thuỷ lực: 138 + Ứng dụng trạng thái chảy không ổn định thay đổi chậm + Tỉ lệ thay đổi độ dốc nhỏ -Điều kiện địa hình: + Mặt cắt thay đổi bù trừ khơng đổi + Hình dạng mặt cắt ngang, dọc thay đổi -Số liệu: + Có số liệu đo nhánh nước lên nước xuống + Phân khoảng 20-30cm có lần đo ưu nhược điểm: + Kỹ thuật : phương pháp thể rõ , sai số chủ quan dễ so sánh nhiều năm, dễ kéo dài + Kinh tế: tính đơn giản thể sử dụng cơng cụ tính đại Số lần đo khơng cần nhiều nên khối lượng đo đạc + Nhược điểm: coi Q=f(H)đơn trị điều chưa hoàn toàn phù hợp với thực tế Tính Q tức thời Q=f(H) thay đổi theo diện tích: a Phương pháp trung bình thời đoạn: Nguyên lý : giống phương pháp đường trung bình Cách làm : nguyên tắc giống phương pháp đường trung bình - Nguyên tắc vẽ: tính Q ứng với mực nước chuyển tiếp khơng gây nên bước nhảy kết tính Điều kiện ứng dụng nhược điểm: - Điều kiện thuỷ lực : phương pháp đường trung bình 139 - Điều kiện địa hình: ứng dụng trạm đo có W thay đổi khơng liên tục(do điều kiện đó, mặt cắt biến đổi biến đổi thời đoạn ngắn ) H(cm) H(cm) 8 1x2 x T2 CT 1x 4x T1 2x x 3x x3 Q(m3/s) T(giờ) Hình 9.19 Phương pháp trung bình thời đoạn - Điều kiện số liệu: phương pháp đường trung bình - Ưu nhược điểm: giống phương pháp đường trung bình dễ gây sai số chuyển tiếp b Phương pháp tỷ số diện tích: Nguyên lý: Qx = wx v x H(cm) H(cm) Qc Qx m3/s H(cm) ωc ωx m3 vc vx Hình 9.20 Quan hệ Q=f(H), ω=f(H), v=f(H) 140 m/s Qc = w c v c Qx, wx - lưu lượng diện tích xuất v x - lưu tốc bình quân mặt cắt xuất Đại lượng có số c: chọn làm chuẩn tính tương ứng với Hx Chú ý: ứng với mực nước Hx chọn trị số với Hx Qx v x w x = Qc v c w c (9.20) vx thay đổi nên dạng quan hệ tỉ số lưu lượng tỉ số diện tích họ vc đường thẳng có hệ số góc thay đổi - Giả thiết vx w thay đổi thuận nghịch tuý với x khái vc wc qt gần biểu thức (10.20) trở dạng đơn trị: ⎛w ⎞ Qx = a ⎜ x ⎟ Qc ⎝ wc ⎠ ni (9.21) a - hệ số đường cong ni - số mức đường cong, thay đổi -Đặc biệt : v x thay đổi thuận nghịch với wx theo qui luậtcó thể viết: v x = ϕ (wx ) Qx = ϕ ( w x ) w x = f ( w x ) Dựng quan hệ Qx =f(Wx) thay cho quan hệ (9.22) Qx w = f ( x ) để tính Qtt Qc wc 2, Cách làm: muốn có Qx phải xác định thành phần (9.21) -Tính Wx: vẽ Wx = f(H) theo thời gian (vẽ theo số liệu mực nước thực đo ứng với lần đo lưu lượng số liệu đo sâu) 141 Giả thiết hai lần đo sâu W thay đổi - Tính Wc: chọn tuỳ ý để dễ tính tốn tránh sai số chủ quan người ta chọn theo nguyên tắc: đơn trị, đổi dần gần toạ độ điểm thực đo vx >1 vc vx =1 vc Qx Qc vx