ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC VIỆT NAM Nguyễn Thanh Sơn phần 5 ppsx

Từ Nghệ Tĩnh trở vào khơng khí lạnh qua biển nhận thêm ẩm nhiệt vào tới đất liền gập dẫy Trường Sơn nên mưa frơnt vùng có mạnh hơn, làm cho lượng dòng chảy đầu tháng mùa cạn (tháng XIII) vùng khu IV cũ xấp xỉ 8% dịng chảy năm, vùng Đơng Bắc tháng X vùng sơng Hồng vào tháng XI lượng dịng chảy tháng cịn từ ÷ 8% lượng dịng chảy năm, vùng khác lượng nước thấp Giai đoạn ổn định mùa cạn thường kéo dài khoảng tháng, lượng dòng chảy nhỏ hẳn so với tháng năm, lượng nước tháng chiếm ÷ 8%, vùng nước tỷ lệ cịn thấp ÷4% Giai đoạn cuối mùa cạn hoạt động gió mùa phát triển, vào thời gian thường xun xuất dịng chảy nhỏ nhất, lúc nước ngầm cung cấp cho sông đạt giá trị nhỏ có mưa dịng chảy sơng ngịi chưa bổ sung Phương pháp phân phối dòng chảy năm theo trình ngẫu nhiên Sự phân phối dịng chảy năm theo q trình ngẫu nhiên ta dùng chuỗi Máccốp đơn để mơ tả phân phối dòng chảy năm Phương pháp coi trị số lưu lượng tháng thứ i đó: Q1 cấu tạo hai thành phần: Phần lưu lượng xuất theo quy luật phụ thuộc vào lưu lượng xuất tháng trước Qi -1, biểu thị trị số trung bình điều kiện: Q'i = Qi + γ i ,i −1 σi (Qi −1 − Qi −1 ) σ i −1 (3.48) đó: Qi , Qi −1 Lưu lượng trung bình nhiều năm tháng thứ i i -1; σi, σi-1 Khoảng chênh lệch quân phương lưu lượng tháng thứ i i- 1; γi,i-1 - hệ số tương quan lưu lượng tháng thứ i i- Phần lưu lượng xuất theo qui luật ngẫu nhiên phụ thuộc vào xác suất điều kiện, biểu thị F = f(Pi,Csi) Fi - khoảng chênh lệch tiêu chuẩn Pi - xác suất điều kiện giá trị ngẫu nhiên tháng thứ i Csi - hệ số không đối xứng phân phối xác suất điều kiện Theo lý thuyết xác suất ta có: Φi = Qi − Q'i σ Q 'i = Qi − Q' i σ i γ i ,i −1 (3.49) σQ'i khoảng lệch quân phương phân phối xác suất điều kiện Thay giá trị Q'i vào ta có: Qi = Qi + γ i ,i −1 σi (Qi −1 − Qi −1 ) + Φ iσ i − γ i2,i −1 σ i −1 (3.50) Các thông số thống kê Qi , Qi −1 , γ i ,i −1 xác định theo tài liệu thực đo phương pháp tạo số ngẫu nhiên ta xác định xác suất điều kiện Pi lưu lượng thứ i hồn tồn xác biết lưu lượng tháng thứ i -1, biết lưu lượng tháng thứ i ta lại tính tiếp cho tháng sau ta trình lưu lượng trung bình tháng Do việc sử dụng máy tính phổ biến nên ứng dụng lý thuyết q trình ngẫu nhiên vào tính toán thuỷ văn ngày mở rộng song số liệu thuỷ văn cịn q ít, việc xác định thông số thống kê chưa bảo đảm, giả thiết trình lưu lượng trung bình tháng tuân theo 65 trình Markov đơn chưa có sức thuyết phục nên cịn hạn chế định Phương pháp xác định mơ hình phân phối dịng chảy năm có tài liệu quan trắc Mơ hình phân phối dịng chảy năm sử dụng rộng rãi có hai hướng: - Phương pháp Anđrâyanôp phương pháp tổ hợp thời khoảng với số liệu khơng 10-15 năm - Phương pháp năm điển hình Phương pháp V.G Anđrâyanơp Theo phương pháp này, dòng chảy năm, thời kỳ giới hạn mùa giới hạn tần suất Phương pháp lập mơ hình phân phối cho năm thuỷ văn (từ đầu mùa lũ năm trước đến cuối mùa kiệt năm tiếp theo) Thông thường năm thuỷ văn không trùng với năm lịch đại Trị số dòng chảy năm thời điểm khoảng biểu thị tổng lưu lượng bình quân Đường tần suất kinh nghiệm xây dựng theo trị số dòng chảy năm, dòng chảy thời kỳ giới hạn Trị số dòng chảy mùa cịn lại (khơng phải mùa giới hạn) xác định hiệu dòng chảy năm với dòng chảy giới hạn Sự phân phối dòng chảy theo tháng mùa lấy bình qn nhóm năm mùa tính tốn (nhóm năm nhiều nước bao gồm năm với tần suất dòng chảy mùa cạn P%66%) Đối với mùa nhóm nước tương ứng, lưu lượng bình quân tháng xếp hàng theo thứ tự giảm dần ghi rõ tên theo tháng lịch Đối với tất năm nhóm nước tiến hành cộng lưu lượng trung bình tháng cột tính tổng lưu lượng bình qn tháng mùa ( lấy tổng theo hàng sau lấy tổng theo cột) Dựa vào kết tính tổng lưu lượng cột định phân phối dòng chảy theo tháng mùa theo tỷ lệ phần trăm so với lượng dòng chảy mùa Các tỷ số phần trăm tháng theo số thứ tự gán cho tháng có tần số suất nhiều (trong cột) Nhân tỷ số phần trăm (hệ số phân phối) tháng mùa với tỷ lệ phần trăm lượng nước mùa ghép mùa lại theo trình tự thời gian, mùa nhiều nước, ta phân phối dịng chảy năm Với nhóm có tỷ số phân phối dịng chảy năm tương ứng (nhóm năm nhiều nước, nhóm năm nước trung bình nhóm năm nước) Theo ý kiến nhiều người nghiên cứu thuỷ văn phương pháp có nhiều ưu điểm sử dụng lượng thông tin chứa chuỗi quan trắc dòng chảy nhiều (so với phương pháp khác), với tần suất năm đo đạc 12 - 15 năm, cho ta kết khả quan xác Phương pháp năm điển hình Ta tiến hành phân phối dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế theo mơ hình phân phối năm xảy ra, chọn làm năm điển hình Tuỳ theo yêu cầu tính tốn chọn năm điển hình nhiều nước, trung bình nước năm nước Năm nhiều nước, năm nước chọn trực tiếp năm có giá trị lưu lượng trung bình năm chuỗi có giá trị cực đại cực tiểu tương ứng Năm nước trung bình chọn năm cụ thể có giá trị lưu lượng trung bình năm gần với giá trị lưu lượng trung bình nhiều năm theo tiêu ưu tiên chọn sau: giá trị lưu lượng trung bình năm, 66 dạng đồ thị phân phối… Theo quy phạm tạm thời tính tốn thuỷ văn, dạng phân phối dịng chảy năm năm thực đo dùng làm điển hình tần suất dịng chảy năm, dịng chảy thời kỳ giới hạn, dòng chảy mùa giới hạn gần tần suất đồng thời trị số phù hợp với yêu cầu sử dụng nguồn nước, sai lệch khoảng 10 - 15% Nếu chênh lệch phải hiệu chỉnh lại giá trị dịng chảy tháng mùa giới hạn tháng lại năm Trong trường hợp khơng chọn năm điển hình ta phải dùng phương pháp khác tính phân phối dịng chảy năm thiết kế 3.3.4 Các cơng thức tính tốn dịng chảy lũ Lũ pha chế độ dòng chảy sơng ngịi có lượng cấp nước lớn năm Ở vùng nhiệt đới nguồn cấp nước chủ yếu sơng pha nước mưa Dịng chảy lớn trị số lưu lượng tức thời trị số bình quân ngày đêm lớn năm Lũ mưa tạo thành sông đóng góp thể tích nước sở khu vực khác lưu vực với tỷ lệ khác qua trình chảy truyền qua trạm khống chế Lũ tạo thành chịu nhiều chi phối điều kiện địa lý tự nhiên phức tạp, nên nghiên cứu lũ bỏ qua việc nghiên cứu thành tố tạo lũ, đặc trưng cho trình hình thành lũ Ý nghĩa nghiên cứu đặc trưng biểu thị dòng chảy lớn Nghiên cứu tính tốn dịng chảy lũ dịng chảy lớn có tầm quan trọng thực tế mà ý nghĩa khoa học Ý nghĩa khoa học việc nghiên cứu dòng chảy lũ dòng chảy lớn chỗ dòng chảy lũ dòng chảy lớn xác định đặc điểm chung chế độ dịng chảy sơng ngịi vùng Các đặc điểm dòng chảy lũ thời gian trì lũ, cường độ lên xuống, mơđuyn đỉnh lũ thường có quan hệ chặt chẽ với điều kiện khí tượng địa lý tự nhiên lưu vực, phản ánh thay đổi theo khơng gian nhân tố Ý nghĩa thực tế việc nghiên cứu dịng chảy lũ chỗ số liệu quan trọng cho thiết kế công trình Thiết kế với trị số nước lũ thiên nhỏ dẫn đến cơng trình bị phá hoại Thiết kế với trị số nước lũ thiên lớn, kích thước cơng trình chứa lũ, xả lũ lớn gây lãng phí làm cho hiệu ích cơng trình giảm thấp Các nhân tố ảnh hưởng tới dòng chảy lớn Các nhân tố ảnh hưởng tới dịng chảy lũ phân thành hai loại chính: nhân tố khí tượng nhân tố mặt đệm Trong nhân tố khí tượng mưa rào có tác dụng định, cung cấp nguồn dòng chảy Nhân tố mặt đệm ảnh hưởng tới trình tổn thất trình tập trung dịng chảy Nói đến nhân tố khí hậu trước hết nói đến mưa Mưa tác động đến dòng chảy cực đại tổng lượng mưa, cường độ mưa tính chất mưa Chế độ mưa nước ta phong phú, có tới 80% lượng mưa năm tập trung vào mừa mưa, số ngày mưa đạt 80 ÷ 120 ngày Mưa mùa hạ thường có độ nước lớn, lượng mưa lớn, đặc biệt mưa dông, mưa dông thường diễn diện tích khơng lớn thời gian ngắn, thường có ảnh hưởng tới hình thành dịng chảy lũ lưu vực nhỏ Đối với lưu vực lũ lớn thường tổ hợp nhiều hình thái thời tiết dơng, bão, đường đứt, hội tụ nhiệt đới, rãnh thấp hình thái thời tiết thường diễn liên tục bao trùm diện tích lớn, làm cho mực nước sơng cao trì thời gian dài dễ dàng sinh lũ lớn Ví dụ: trận lũ lớn sơng Hồng tháng VIII năm 1971 xoáy thấp dải hội tụ kết hợp 67 với bão gây nên, lượng mưa phân bố diện tích rộng lượng mưa tư 100 ÷ 200 mm trở lên chiếm 85% diện tích lưu lưọng mưa từ 200 ÷ 300 mm trở lên chiếm 85% diện tích lưu vực, nơi có lượng mưa từ 400 ÷ 500mm khơng nhỏ Xét trận mưa cường độ mưa tức thời ln ln thay đổi, thời gian trì cường độ mưa lớn khơng dài có tác dụng định hình thành lưu lượng đỉnh lũ Ở nước ta trận mưa dài với lượng mưa lớn thường có nhiều đỉnh, tương ứng đỉnh thời gian có cường độ mưa lớn, tương ứng với trình mưa q trình lũ có nhiều đỉnh Về yếu tố mặt đệm độ đốc sườn, hướng sườn, độ ẩm đất, thảm thực vật, điền trũng v.v có ảnh hưởng lớn đến tốc độ tập trung nước độ lớn lũ Vai trị địa hình, hướng núi phân bố lũ rõ nét, dãy núi cao, đón gió thường hình thành tâm mưa lớn như: Đông Triều, Bắc Quang, Tam Đảo nơi nơi có mô duyn đỉnh lũ lớn Những trận mưa dông kết hợp với địa hình thường gây nên trận lũ lớn lưu vực nhỏ, Nhân tố mặt đệm có tác dụng định tới hai khâu q trình hình thành dịng chaỷ lũ: q trình tổn thất trình tập trung nước sườn dốc sông Một phần lượng mưa giữ lại cây, tán rừng khơng sinh dịng chảy, lượng nước phụ thuộc vào mật độ cối loại hình thực vật lưu vực Tán rừng tán rừng nhiều tầng có khả giữ lại lượng nước mưa lớn, đánh giá mức ảnh hưởng đến dịng chảy lũ khó khăn Rừng có tác dụng làm giảm dịng chảy mặt, tăng dòng chảy dòng chảy ngầm, làm giảm đỉnh lũ kéo dài thời gian lũ Vào đầu mùa lũ tác dụng mạnh, cuối mùa lũ lưu vực bảo hồ nước tác dụng giảm Khi mưa kéo daì nhiều giờ, lớp nước tổn thất ngưng đọng cây, tán rừng bỏ qua song tác dụng điều tiết rừng cần xét đến Ngồi lượng tổn thất tán rừng giữ lại, phần lượng nước mưa khác ngưng đọng lại hang hốc trũng, ao hồ, đầm lầy Khi tính tốn lũ trận lũ lớn, tổn thất thường khơng đáng kể, song tác dụng điều tiết ao hồ đầm lầy bỏ qua Khi bắt đầu mưa hai trình ảnh hưởng đáng kể, mưa kéo dài ảnh hưởng hai trình giảm dần cịn q trình thấm tiếp tục suốt trận mưa trình tập trung nước lưu vực, lượng nước thấm thường coi tổn thất xây dựng cơng thức tính tốn dịng chảy lũ Khi mưa rơi xuống cường độ thấm lúc đầu lớn, sau giảm dần tới lúc đạt tới trị số ổn định Cường độ thấm vừa thay đổi theo thời gian thay đổi theo khơng gian phụ thuộc chặt chẽ vào tính chất lý đất, mà tính chất lại phụ thuộc vào loại đất biến động phức tạp theo không gian Hiện nay, tính tốn người ta thường lấy trị số cường độ thấm ổn định bình qn cho tồn lưu vực Sự hình thành dịng chảy lũ Khi nơi lưu vực bắt đầu mưa, nước mưa đọng lại cây, lấp khe rỗng mặt đất thấm ướt lớp đất mặt, lớp nước mưa ban đầu bị tổn thất hoàn toàn Nếu mưa tiếp tục với cường độ mưa tăng dần lớn cường độ thấm mặt đất bắt đầu hình thành dịng chảy mặt Do mưa thay đổi theo khơng gian thời gian nên có tồn lưu vực phần diện tích lưu vực sinh dòng chảy Dòng chảy sinh phần lưu vực tác dụng trọng lực chảy theo sườn dốc, phần tích lại chỗ trũng, hang hốc, phần tiếp tục chảy từ nơi cao tới nơi thấp Khi dịng chảy đổ vào sơng, mực nước sơng bắt đầu dâng cao, q trình chảy 68 sơng không ngừng bổ sung thêm nước hai bên sườn dốc dọc sơng đổ vào Q trình chảy tụ từ điểm sinh dòng chảy tới mặt cắt q trình vơ phức tạp Trong q trình sinh dịng chảy q trình chảy tụ mặt cắt cửa dịng nước khơng ngừng bị tổn thất Trên thực tế q trình xảy đồng thời lẫn lộn với tách biệt được, tính tốn lại phải chia để dễ dàng xử lý Hình 3.9 sơ đồ khái quát trình mưa, trình thấm (lượng tổn thất dịng chảy lũ) q trình hình thành dịng chảy Lúc bắt đầu mưa cường độ mưa nhỏ cường độ thấm (at t2 cường độ mưa nhỏ cường độ thấm (at < Kt), q trình cấp nước kết thúc dịng chảy sườn dốc lưu vực giảm dần cung cấp nước cho sơng tới hết, q trình lũ trì thời gian thời gian chảy tụ lưu vực τ Vì giai đoạn nước rút tổn thất nên lớp cấp nước thường lớn dòng chảy trận lũ (YTcn > y), tính tốn để đơn giản người ta n cho chúng Cơng thức tính Q max sơ đồ phương pháp tính Q max từ tài liệu mưa rào Từ cơng thức ngun dịng chảy ta xét trường hợp thay đổi quan hệ thời gian mưa thời gian chảy truyền τ Qt = ∫ ht −τ f τ dτ (3.52) Dưới trường hợp cụ thể công thức (3.52) hình thành dịng chảy lớn 69 Trường hợp Tcn > τ Trong công thức (3.52) ta dễ dàng nhận thấy dịng chảy lớn hình thành thời khoảng thứ thứ Q4= h1f4 + h3f3 +h3f2 +h4f1 (3.53)1 Q5 = h2f4 +h3f3 +h4f2 +h5f1 (3.53)2 Để so sánh xem (3.53)1 (3.53)2 giá trị lớn ta tiến hành: Vẽ giấy kẻ ly (Hình 3.9) diện tích phận f1h4, f2h3, công thức (3.53)1 f1h5, f2h4, công thức (3.53)2 h h b) a) h3 h3 h4 h4 h2 h2 h5 h1 F F f1 f2 f3 f4 f1 f2 f3 f4 Hình 3.9 Cường độ cấp nước bình quân lớn Nếu ta thay giá trị h1, h2, h3, h4 hình vẽ (3.9) trị số bình quân hτ1 thay h2, h3, h4, h5 hình (3.9) trị số bình quân h τ2 ta diện tích tương đương (3.53)1 (3.53)2 Như viết lại biểu thức Q4 Q5 sau: Q4= hτ1 F Q5 = h τ2 F So sánh ta thấy hτ1 > hτ2 nên Q5 > Q4 lưu lượng đỉnh lũ Qmax = AQ5 Từ ta rút cơng thức tổng qt Qmax = hτ F (3.54) đó: F- diện tích lưu vực; hτ - cường độ cấp nước bình quân lớn thời gian chảy tụ τ Để công thức tổng quát hơn, dùng với đơn vị khác người ta đưa vào hệ số đổi đơn vị K Qmax = Khτ F = K Yτ τ F (3.55) Trong Yτ -lớp cấp nước lớn khoảng chảy tụ τ Từ (3.49) ta thấy toàn diện tích lưu vực F tham gia hình thành đỉnh lũ, lại có phần lượng mưa tham gia vào hình thành đỉnh lũ mà thơi, phần lượng mưa lượng mưa lớn rơi xuống lưu vực thời gian chảy tụ τ Dòng chảy lớn trường hợp gọi dòng chảy hồn tồn ( với ý nghĩa tồn diện tích lưu vực tham gia vào việc hình thành đỉnh lũ) Trường hợp Tcn = τ khơng tồn diện tich mà cịn tồn lượng mưa tham gia hình thành dịng chảy đỉnh lũ, điều kiện để phát sinh dịng chảy hồn tồn Trường hợp Tcn τ 70 ta có dịng chảy sau: Q3 = h1f3 + h2f2 +h3f1 (3.56)1 Q4 = h1f4 + h2f3 + h3f2 (3.56)2 Lưu lượng lớn trường hợp xảy cuối thời khoảng thứ ba thứ tư Cũng giống trường hợp trước, biểu thị lượng mưa trung bình cho thời đoạn hTcn ta có ⎛ Tcn ⎞ Qmax = hTcn ⎜ ∑ f i ⎟ ⎝ i =1 ⎠ max ⎛ Tcn ∑f ⎝ Ở ⎜ i =1 i (3.57) ⎞ f2 + f3 + f4 phần diện tích lớn phần diện tích tương ứng ⎟ ⎠ max với thời gian cấp nước Tcn Tcn Đặt FTcn= ⎛⎜ ∑ fi ⎞⎟ ⎝ i=1 ⎠ max ta có: Qmax = hTcn FTcn = YTcn Tcn FTcn (3.58) Ta thấy Qmax lưu lượng lớn mặt cắt cửa FTcn mặt cắt khơng thiết phải mặt cắt cửa lưu vực Vì lưu lượng lớn mặt cắt cửa phải nhỏ lưu lượng tính từ cơng thức (3.58) với lý chảy truyền tới mặt cắt cửa sóng lũ bị biến dạng Cơng thức (3.52) dùng thực tế khó khăn Để tiện tính toán giả thiết FTcn Tcn = F τ Thực chất giả thiết lưu vực có dạng hình chữ nhật, cơng thức (3.58) có dạng (3.53),(3.56) Trong nhiều trường hợp, lớp cấp nước lớn Yτ, biểu thị dạng hệ số dịng chảy, (3.56) viết thành: Qmax = Kϕτ Hτ τ F (3.59) ϕτ gọi hệ số dòng chảy đỉnh lũ ϕτ = Yτ Hτ (3.60) Hτ - lớp mưa lớn thời khoảng τ Yτ - lớp dòng chảy lớn khoảng τ đặt aτ = Hτ τ cường độ mưa lớn thời khoảng τ ta có: Qmax = K ϕaτ F (3.61) Công thức (3.54) (3.55) dạng công thức “lý luận” tính dịng chảy lớn từ mưa rào Hiện có tới hàng trăm cơng thức tính Qmax khác nhau, cơng thức có tham số chí kết cấu bề ngồi khác suy từ công thức Sự khác chủ yếu cách xử lý cách tính phần cơng thức Hτ, ατ,aτ τ trình bày sau Các cơng thức tính dịng chảy lớn dựa cơng thức bản, đưa dạng cơng 71 thức (3.59), (3.61) gọi công thức “ lý luận’’ công thức tác giả khác nhau, chủ yếu đường lối giải cụ thể thành phần đó: ϕ, aττ Hiện nước ta bên cạnh công thức nước ngồi ứng dụng cơng thức Bơnđakốp, Alecxâyev, Xôkôlốpki (Liên Xô), công thức Viện nghiên cứu thuỷ lợi Bắc Kinh (Trung Quốc) Bảng 3.1 Hệ số dòng chảy ϕ Loại I II III ngày Hnp Nhựa đường bê tông đá không nứt Đất sét, đất sét nặng Đất thịt, đất pôdôn đất thịt màu xám rừng, đất vùng đầm lầy Đất cacbônit, đất đồi đỏ IV đất rừng màu gụ đất sỏi bồi V VI Hệ số ϕ dùng cho diện tích F(km2) Lượng mưa Loại đất Đất cát dính, đất có cỏ mọc Cát thô, đất đá xếp 100 1 1 200 0,95 0,95 0,95 0,90 0,90 0,75 0,65 0,65 0,80 070 0,70 0,80 0,75 0,75 0,80 200 0,90 200 0,80 0,75 0,70 0,65 0,85 0,90 0,30 0,40 0,50 < 150 0,45 0,35 0,25 0,25 0,20 150- 200 0,55 0,45 0,40 0,35 0,30 >200 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,25 0,20 0,15 0,10 0,1 Bảng3.2 Thông số tập trung nước sườn dốc md Tình hình sườn dốc lưu vực Hệ số md trường hợp Trung bình Cỏ dày 0,30 0,25 0,30 0,25 0,20 0,20 0,15 0,10 Cỏ thưa 0,5 0,40 - Sườn dốc phẳng(bê tông, nhựa đường) - Đất đồng loại ta cưa (hay nứt nẻ ) mặt đất san phẳng đầm chặt - Mặt đất thu dọn gốc cây, khơng bị cày xới, vùng dân cư nhà cửa không 20%, mặt đá xếp - Mặt đất bị cày xới, nhiếu gốc bụi, vùng dân cư có nhà 20% Một số tác giả nước đưa cơng thức tính tốn dựa theo cơng thức nước ngồi thơng số xác định theo tài liệu nước như: Viện thiết kế giao thông, Cục Thuỷ văn trường Đại học Thuỷ lợi Việc lựa chọn công thức, xử lý thơng số năm đầu hồn tồn chủ quan người thiết kế Năm 1974 sở tổng hợp số liệu đo miền Bắc, Cục Thuỷ văn soạn thảo ’’Hướng dẫn tính lưu lượng lớn ‘’ Bảng 3.3 Thời gian chảy tụ sườn dốc τd (phút) φd Phân khu mưa rào 72 0,5 1,1 2,5 10 12 15 17 5,0 9,0 15,0 19,0 23,5 33,0 42,0 52,0 62,0 72,0 82,0 94,0 115,0 158,0 186,0 6,0 9,0 12,0 16,0 20,6 27,0 34,0 43,0 52,0 62,0 73,0 83,0 144,0 141,0 155,0 4,0 7,0 10,0 13,0 16,5 22,5 30,0 38,0 46,0 64,0 53,0 72,0 90,0 125,0 146,0 6,0 9,0 12,5 15,5 19,0 26,5 34,2 44,0 55,0 64,0 73,0 84,0 110,0 142,0 156,0 4,0 7,0 9,0 12,0 14,0 21,0 30,0 37.0 45,0 53,0 62,0 71,0 88,0 122,0 144,0 6,0 8,0 13,0 17,5 22,5 32,0 42,0 52,0 63,0 75,0 86,0 93,0 116,0 158,0 186,0 6,0 9,0 12,0 15,0 18,5 26,0 34,2 44,0 53,0 63,0 74,0 83,0 105,0 142,0 155,0 4, 7,0 10,0 12,0 15,0 22,0 29,0 37,0 45,0 53,0 62,0 71,0 880,0 122,0 1440 5,0 10,0 13,0 16,0 22,0 32 40,0 50,0 60 71,0 80,0 93,0 116,0 154,0 180,0 Năm 1979 Bộ Thuỷ lợi cho xuất quy phạm tính tốn đặc trưng thuỷ văn thiết kế QP.TL-C-6-77 quy định thống việc sử dụng cơng thức tính dịng chảy lớn Cơng thức cường độ giới hạn Năm 1970 Alecxâyev đưa công thức cường độ giới hạn, năm 1970 quy phạm QP.TL.C-6-77 sử dụng cơng thức cường độ giới hạn để tính lưu lượng lớn cho lưu vực có diện tích nhỏ 100 km2 với thông số xây dựng sở tài liệu nước ta, công thức có dạng: Qmp = Ap ϕ Hnp F δ1 (3.62) đó: Hnp - Lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế p (mm) ϕ- hệ số dòng chảy lũ lấy bảng (3.1) tuỳ thuộc vào loại đất cấu tạo nên lưu vực, lượng mưa ngày thiết kế Hnp diện tích lưu vực (F); Ap - tỷ số môdun đỉnh lũ ứng với tần xuất thiết kế p với ϕ Hnp Khi δ = 1; Ap lấy bảng (3.4) tuỳ thuộc vào đặc trưng thuỷ địa mạo lịng sơng Φs cơng thức (3.62) τd thời gian chảy tụ sườn dốc (bảng 3.3); Bảng 3.4 Thông số tập trung nước sông m Tình hình lịng sơng từ thượng nguồn đến cửu Hệ số m - Sơng đồng ổn định, lịng sơng sạch, suối khơng 11 có nước thường xun, chảy điều kiện tương đối thuận lợi - Sông lớn trung bình quanh co, bị tắc nghẽn lịng sơng mọc cỏ, có đá chảy khơng lặng suối khơng có nước thường xun, mùa lũ dịng nước theo nhiều sỏi cuộn, bùn cát, lịng sơng mọc cỏ - Sơng vùng núi, lịng sơng nhiều đá, mặt nước khơng phẳng, suối chảy khơng thường xun quanh co, lịng sông tắc nghẽn δ1 - hệ số giảm nhỏ đỉnh lũ ao hồ, xác định theo công thức: δ1 = 1 + cf a (3.63) fa- Tỷ lệ diện tích ao hồ % c - Hệ số phụ thuộc vào lớp dòng chảy lũ, vùbg mưa lx kéo dài C = 0,10 trường hợp thời gian mưa lũ ngắn C = 0.20 τd- - xác định theo hệ số thuỷ địa mạo sườn dốc φd vùng mưa (bảng 3.3) đó: Φd = ( 1000bc ) ,6 m d J d0 ,3 ( ϕH np ) ,4 (3.64) 73 bc - độ dài bình quân sườn dốc lưu vực bc = F 1,8( L + ∑ l ) (3.65) 1,8 ρ (3.66) bc = đó: L + ∑l- độ dài sơng sơng nhánh lưu vực (km); δ - mật độ lưới sông (km/mm2); md - Lấy theo bảng (3.2); Jd - độ dốc sườn dốc tính theo % 1000 L (3.67) Φs = 1/ 1/ mJ F ( ϕH np )1/ m- lấy theo bảng (3.3);J - độ dốc lịng sơng chính, tính theo %o Cơng thức cuờng độ giới hạn mang cấu trúc công thức xây dựng lý thuyết nguyên dòng chảy dựa giả thiết sau: Sự hình thành dịng chảy đồng tồn lưu vực (cường độ cấp nước đồng ), dòng chảy lớn xẩy trường hợp dịng chảy hồn toàn Tcn > τ Tần suất lưu lượng lớn lấy tần suất mưa Các tham số aτ, τ không cho dạng tường minh, song giải thủ thuật đơn giản nhờ đường cong triết giảm mưa tham số trung gian Φd Φs bảng tra cứu sử dụng thuận tiện Cơng thức thích hợp cho việc tính tốn dịng chảy lớn lưu vực nhỏ, không yêu cầu độ xác cao Cơng thức thể tích Năm 1943 Xơkơlơpski đưa cơng thức tính tốn lưu lượng lớn ứng dụng rộng rãi, công thức xây dựng sở sau: Công thức xét nhân tố chủ đạo ảnh hưởng chủ yếu đến dòng chảy lũ phạm vi độ xác thực dụng nhân tố xác định cách dễ dàng Coi tần suất mưa tần suất lũ Không xét lưu lượng đỉnh lũ mà phải xét trình lũ, lượng lũ thời gian lũ, thời gian nước dâng Tổn thất tính hệ số dòng chảy tổng lượng Theo tài liệu thực nghiệm, đơn giản hố đường q trình nước lũ thành hai đường cong parabol gặp đỉnh (H 7.7) Trên sở ta có phương trình nhánh nước lên: ⎛ ⎞ m Qt = Qm ⎜⎜ tt ⎟⎟ với ≤ t ≤ tl; ⎝ l ⎠ (3.68) nhánh nước xuống: n ⎛t −t ⎞ ⎟⎟ với ≤ t ≤ tx Qt = Qm ⎜⎜ x ⎝ tx ⎠ (3.69) 74 Q t Q m t tl t H ×n h 1 M ô h ìn h h o q u ¸ tr×n h lị p arab o l đó: tl, tx hình vẽ; m, n số luỹ thừa nhánh lên, nhánh xuống phản ánh độ sai khác đường cong mô tả đường thẳng định lý Ta Lét áp dụng cho tam giác Tổng lượng lũ bao gồm diện tích nhánh nước lên nhánh nước xuống: tl ⎛t W = ∫ Qm ⎜⎜ ⎝ tl m t n x ⎞ ⎛t −t ⎞ ⎟⎟ dt + ∫ Qm ⎜⎜ x ⎟⎟ dt ⎠ ⎝ tx ⎠ (3.70) đặt tx=γ tl (trong tx > tl → γ > 1)ta γ ⎞ ⎛ W = Qm t l ⎜ + ⎟ ⎝ m +1 n + 1⎠ ⎡ W ( m +1 )( n +1 ) ⎤ ⎥ Qm = ⎢ ⎢⎣ tl ( n +1 ) + γ ( m +1 ) ⎥⎦ Cho f = (m + 1)(n + 1) (n + 1) + γ (m + 1) Ta có Qm = W f tl (3.71) f gọi hệ số hình dạng lũ Thay:W = y.F = α (HT- Ho) F đó: α - hệ số dòng chảy trận lũ; Ht - Lượng mưa thiết kế (mm) thời khoảng T (giờ) Ho- Lớp nước tổn thất ban đầu F- Diện tích lưu vực (km2) vào (7.61) ta có: Qm = 0,276α ( H T − H ) fF (m / s ) tl Nếu xét tới triết giảm đỉnh lũ hồ ao, đầm lầy vàc rừng (δ) với ảnh hưởng nước ngầm (Qng) ta có: 75 Qm = 0,278α ( H T − H ) fFδ + Qng (m / s ) tl (3.72) Vận dụng điều kiện nước ta, thông số công thức (3.66) xác định sau: f- hệ số hình dạng lũ xác định theo sơ đồ phân khu lấy theo lưu vực tương tự fa = 3600Qma t la Wa (3.73) Qma, Wa, t1a- đặc trưng đỉnh lũ, tổng lượng lũ thời gian lũ lên lưu vực tương tự; t1- thời gian lũ lên, theo Xôkôlôpxki lấy thời gian chảy tụ sông tl = t s = L (giờ) 3,6Vτ (3.74) L - chiều dài sơng (km) (3,6 hệ số đổi đơn vị) Vτ = 0,7 Vm (3.75) Vm - Tốc độ trung bình lớn mặt cắt cửa HT - lượng mưa thiết kế tính theo thời gian chảy tụ Ht = Hτ = Ψ (τ).Hnp (3.76) Xác định theo phương pháp trình bày Quan hệ α (HT- Ho) thể quan hệ mưa rào - dịng chảy Qng- lưu lượng nước sơng trước có lũ, lấy lưu lượng bình quân nhiều năm lưu vực lớn, bỏ qua lưu vực nhỏ δ = δ1 δ2 δ1 = - K1lg (1- fr) Với K1- phụ thuộc vào tính chất rừng rú, điều kiện đất đai thay đổi từ 0,1÷ 0,2 vùng rừng Viễn Đơng Liên Xơ 0,2÷ 0,3 rừng đất thịt; 0,3÷ 0,4 rừng đất pha cát fr - Tỷ lệ rừng δ2 = 1- βlg ( 1+ fo + 0,2 fd) Với f0, fđ - tỷ lệ diện tích ao hồ, đầm lầy p- hệ số thay đổi từ 0,6 ÷0,8 Cơng thức Xơkơlơpxki diễn tốn sở lý luận chặt chẽ rõ ràng, xét tổng lượng lũ qúa trình lũ, xét đến yếu tố ảnh hưởng điều tiết lưu vực qua hệ số triết giảm Các tham số công thức xác định nên có ý nghĩa thực tiễn lớn, công thức tồn số vấn đề: coi đường trình lũ giao hai nhánh parabôn phù hợp với lũ đơn, với dạng dịng chảy khơng hồn tồn (Tcn qmax3 thể quy luật giảm nhỏ mơdun lưu lượng đỉnh lũ diện tích tăng Khi lưu vực nhỏ lưu vực tới hạn (lưu vực tới hạn lưu vực có thời gian chảy tụ thời gian cấp nước τ = Tcn ) triết giảm qmax tính giảm cường độ mưa trung bình lớn thời khoảng τ gây ra, ta thấy qmax tăng dần đến giới hạn cường độ cấp nước lớn hmax τ→ hmax gọi mơđun dịng chảy lớn tức môđun đỉnh lũ lưu vực vơ bé F → 0, A Khi lưu vực lớn lưu vực tới hạn (τ >Tcn) triết giảm mơđun dỉnh lũ triết giảm tỷ số FTcn F 200 0,80 0, 75 0,70 0, 65 0, 85 0,90 0,30 0,40 0 ,50 < 150 0, 45 0, 35 0, 25 0, 25 0,20 150 - 200 0 ,55 0, 45 0,40 0, 35 0,30 >200 0,60 0 ,55 0 ,50 0, 45 0,40 0, 25 0,20... 1 < 150 0, 95 0, 85 0,80 0,80 0,80 150 - 200 0, 95 0,90 0,90 090 0,90 >200 0, 95 0, 95 0, 95 0,90 0,90 0, 75 0, 65 0, 65 0,80 070 0,70 0,80 0, 75 0, 75 0,80 < 150 0, 85 150 - 200 0, 85 >200 0,90 < 150 0, 65 0,63... 13,0 17 ,5 22 ,5 32,0 42,0 52 ,0 63,0 75, 0 86,0 93,0 116,0 158 ,0 186,0 6,0 9,0 12,0 15, 0 18 ,5 26,0 34,2 44,0 53 ,0 63,0 74,0 83,0 1 05, 0 142,0 155 ,0 4, 7,0 10,0 12,0 15, 0 22,0 29,0 37,0 45, 0 53 ,0 62,0