NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 2003 Từ khoá: Sai số, đỉnh lũ, ngắn hạn, hạn dài, trung hạn, mực nước, lưu lượng, mưa - dòng chảy, mô hình toán, tất định, ngẫu nhiên, kinh nghiệm Tài liệu trong Thư viện điện tử Đại học Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho mục đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in ấn phục vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tác giả. DỰ BÁO THỦY VĂN Nguyễn Văn Tuần - Đoàn Quyết Trung - Bùi Văn Đức 1 Nguyễn Văn Tuần - Đoàn Quyết Trung - Bùi Văn Đức GIÁO TRÌNH DỰ BÁO THUỶ VĂN NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 6 Chương 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ DỰ BÁO THUỶ VĂN. 7 1.1. Dự báo thủy văn - Một phần của thuỷ văn học 7 1.2. Sơ lược lịch sử phát triển của dự báo thuỷ văn 9 1.2.1. Sơ lược lịch sử phát triển dự báo thuỷ văn ở ngoài nước. 9 1.2.2 .Sơ lược lịch sử phát triển dự báo thuỷ văn ở Việt Nam. 12 1.3. Vai trò của dự báo thủy văn trong khai thác và quản lý nguồn nước. 19 1.3.1. Phục vụ thi công và khai thác công trình thuỷ điện với mục tiêu an toàn, vận hành tối ưu, hiệu ích kinh tế cao. 20 1.3.2- Phục vụ tưới tiêu: đáp ứng các yêu cầu tưới nước phòng hạn, tiêu nước chống úng, tham gia điều tiết các hồ chứa và đảm bảo an toàn cho các công trình thuỷ lợi trên toàn quốc 21 1,3,3, Dự báo thuỷ văn phục vụ giao thông đường thuỷ 21 1.3.4. Dự báo thủy văn phục vụ các hệ thống thuỷ nông 22 1.4. Dự báo thuỷ văn phục vụ chống thiên tai, lũ lụt 22 1.5. Phân loại dự báo thuỷ văn 23 1.5.1- Phân loại dự báo thuỷ văn theo hiện tượng 23 1.5.2- Phân loại theo quy luật chuyển động nước 23 1.5.3- Phân loại theo thời gian dự kiến 24 1.6. Một vài khái niệm quan trọng 24 1.6.1 Phương pháp và phương án: 24 1.6.2- Các bước tiến hành xây phương án dự báo 25 1.7. Đánh giá độ chính xác và độ bảo đảm dự báo thuỷ văn 26 1.8 Đánh giá phương án dự báo 27 Chương 2. HỆ PHƯƠNG TRÌNH DÒNG KHÔNG ỔN ĐỊNH SAINT VENANT 31 2.1. Các dạng chuyển động của chất lỏng trong kênh hở 31 2.1.1. Dòng ổn định 31 2.1.2. Chuyển động không ổn định 32 2.2. Phương trình vi phân cơ bản của dòng không ổn định thay đổi chậm 32 2.2.1. Phương trình liên tục 32 2.2.2. Phương trình cân bằng động lực của dòng không ổn định 33 2.2.3. Phân loại mô hình diện toán phân phối 35 2.2.4. Năm giả thiết của phương trình 37 2.3 Xấp xỉ của sai phân (Sai phân hóa) 37 2.3.1. Khái niệm chung 37 2.3.2- Phương pháp sai phân 38 2.3.3 Hệ số trọng lượng của sơ đồ ẩn 44 3 2.3.4 Phương trình cơ bản viết với hàm số ẩn Q,Z trong trường hợp tổng quát 44 2.3.5 Sơ đồ sai phân ẩn 48 2.3.6 Cách giải bằng khử đuổi 57 2.4. Sơ lược về hội tụ và sự ổn định của nghiệm 61 2.5 Sơ đồ sai phân hiện tính toán cho kênh hở 63 2.5.1. Sơ đồ và công thức cơ bản. 63 2.5.3 Vấn đề xác định điều kiện ban đầu . 71 Chương 3. DỰ BÁO CHUYỂN ĐỘNG SÓNG LŨ VÀ PHƯƠNG PHÁP MỰC NƯỚC TƯƠNG ỨNG 76 3.1 Khái niệm về phương pháp mực nước tương ứng. 76 3.2 . Lý thuyết chuyển động sóng lũ và phương pháp mực nước tương ứng 76 3.3. Xác định thời gian chảy truyền 79 3.3.1 Thời gian chảy truyền là thời gian chảy từ mặt cắt thượng lưu (H b ) tới mặt cắt cần xác định ở hạ lưu (H H ) 79 3.3.2. Tìm τ 1 có thể từ công thức (3.13), có thể xây dựng bảng sau: 79 3.3.3- Tìm τ từ công thức tốc độ mặt cắt ngang V Q 80 3.4- Dự báo mực nước trên sông không hoặc ít sông nhánh 81 3.5 Dự báo mực nước trên sông có sông nhánh 83 Chương 4. DỰ BÁO LƯU LƯỢNG GẦN ĐÚNG BẰNG CHUYỂN ĐỘNG SÓNG LŨ 88 4.1. Phương pháp dòng không ổn định của Kalinin - Miliukop 88 4.2 Phương pháp biến dạng lũ - Phương pháp Muskingum 94 4.3 Phương pháp diễn toán lũ- Mô hình SSARR. 96 Chương 5. DỰ BÁO MƯA DÒNG CHẢY TRÊN HỆ THỐNG SÔNG. 99 5.1 Công thức căn nguyên dòng chảy 99 5.2. Những yếu tố hình thành dòng chảy. 102 5.3. Các phương pháp dự báo dòng chảy từ mưa 104 5.3.1.Phương pháp quan hệ mưa- đỉnh lũ : 104 5.3.2 Xây dựng quan hệ tương quan hợp trục 105 5.3.3 Kỹ thuật mô hình 105 5.3.4 Mô hình mưa - dòng chảy ba tầng 108 5.4 Bài tập 112 Chương 6. DỰ BÁO DÒNG CHẢY PHỤC VỤ HỒ CHỨA CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN 114 6.1 Hình ảnh chung của công trình thuỷ điện và tài liệu khí tượng thuỷ văn có liên quan 114 6.1.1 Loại tài liệu địa lý tự nhiên của lưu vực và hồ chứa 114 6.1.2 Loại tài liệu khí tượng thuỷ văn 116 6.1.3 Tiến độ thi công 116 6.1.4. Công tác vận hành hồ chứa 117 4 6.2 Những yêu cầu của hồ chứa, nhà máy thuỷ điện đối với dự báo thuỷ văn 117 6.2.1. Giai đoạn dẫn dòng thi côngbước một 117 6.2.2. Giai đoạn ngăn dòng (hạp long) (đợt hai) 118 6.2.3 Giai đoạn vận hành công trình thuỷ điện 122 6.3 . Cơ sở và phương pháp dự báo thuỷ văn cho hồ chứa 125 6.3.1.Cơ sở của phương pháp 126 6.3.2. Các phương pháp dự báo hồ chứa 127 6.3.3 Phương pháp dự báo sóng trên hồ 133 6.3.4 Phương pháp phục hồi dòng chảy đến hồ 134 Chương 7. DỰ BÁO TRUNG VÀ DÀI HẠN 139 7.1 Khái niệm chung về dự báo trung và dài hạn 139 7.1.1. Khái niệm chung 139 7.1.2. Hình thức phát báo của dự báo trung dài hạn. 139 7.2. Phương pháp dự báo trung và dài hạn 140 7.2.1 Phương trình căn nguyên 140 7.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng 141 7.3 Các phương pháp dự báo truyền thống 145 7.3.1 Dự báo dòng chảy tháng theo chỉ số lượng trữ 145 7.3.2 Dự báo dòng chảy tháng theo chỉ số lượng trữ ban đầu và mưa trong tháng 146 7.3.3 Dự báo dòng chảy tháng theo các thành phần căn nguyên 147 7.4 Một số phương pháp thống kê trong dự báo khí tượng thuỷ văn 150 7.4.1 Phân tích chuỗi thời gian 150 7.4.2 Các phương pháp vật lý thống kê 155 7.4.3. Một số nhận xét và định hướng ứng dụng 169 7.5 Công nghệ dự báo 170 7.5.1 Khái niệm chung. 170 7.5.2 Cơ sở dữ liệu 171 7.5.3 Mô tả công nghệ 173 7.5.4 Hướng dẫn sử dụng 176 7.5.5 Một số nhận xét và kết luận 177 Chương 8. ỨNG DỤNG VIỄN THÁM DỰ BÁO LŨ. 178 8.1 Giới thiệu chung và cấu trúc mô hình dự báo lũ bằng viễn thám.178 8.2. Hệ thống máy đo mưa truyền thống quan trắc dòng chảy. 178 8.3. Vai trò của viễn thám trong hệ thống dự báo lũ. 182 8.4. Sử dụng vệ tinh rađa để dự báo lũ. 185 8.5. Nguyên lý đo lượng mưa bằng ra đa 186 8.5.1. Những sai số xuất hiện khi dùng rađa, đặc điểm và vị trí đặt rađa. 188 8.5.2. Những sai số xuất hiện từ sự sử dụng rađa. 190 5 8.5.3- Sử dụng rađa để theo dõi đường đi của bão. 191 8.5.4- Mức độ sai số khi dùng số liệu rađa. 191 8.5.5- Sự cần thiết việc sử dụng rađa kết hợp với các số liệu quan trắc ở các trạm đo. 192 8.6- Hệ thống truyền phát tín hiệu từ xa dùng cho dự báo dòng chảy. 193 8.6.1- Giới thiệu. 193 8.6.2- Hệ thống đường dây điện thọai 193 8.6.3- Sóng radio (sóng vô tuyến điện) 194 8.6.4- Hệ thống thu phát Meteor Burst. 194 8.6.5 Truyền phát thông tin bằng vệ tinh 195 8.7- Khí tượng và dự báo hình thế Sy nốp 199 8.7.1- Giới thiệu. 199 8.7.2- Kỹ thuật dự báo thời tiết. 199 8.7.3- Sử dụng vệ tinh trong dự báo hình thế Sy nốp 200 Chương 9. DỰ BÁO MỰC NƯỚC NGẦM VÀ DÒNG CHẢY NGẦM.202 9.1 Cơ sở chung của dự báo 202 9.2- Dự báo bằng phương pháp cân bằng nước 208 9.3 Dự báo bằng phương pháp động lực học nước ngầm 210 9.4 Các phương pháp dự báo thống kê. 216 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 218 PREPACE 220 6 LỜI NÓI ĐẦU Để đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng đào tạo sinh viên ở trường Đại học Quốc gia việc viết giáo trình Dự báo thuỷ văn là một nhu cầu bức thiết. Giáo trình Dự báo thuỷ văn ra đời nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản và các khái niệm, yêu cầu thực tế đối với dự báo thuỷ văn, các cơ sở lý thuyết của các phương pháp dự báo thuỷ văn trong đó có hệ thống phương trình Saint- Venant, các phương pháp cơ bản, cổ truyền và cập nhật các phương pháp hiện đại- thuỷ văn toán dùng trong dự báo thuỷ văn. Để học tốt môn này sinh viên cần nắm các kiến thức cơ bản về thuỷ lực học, khí tượng học, một số kiến thức về toán cần thiết như lý thuyết xác suất thống kê, phương trình vi phân, phương pháp tính và kỹ thuật lập trình. Giáo trình này dùng cho sinh viên chuyên ngành thuỷ văn lục địa, các kỹ sư thuỷ văn làm việc ở các trung tâm dự báo và các uỷ ban phòng chống lũ lụt khai thác tài nguyên nước. Ngoài ra còn có thể dùng cho sinh viên cao học. Giáo trình này được hoàn thành do các thầy giáo, các nhà khoa học đã làm việc nhiều năm trong dự báo tác nghiệp ở trung tâm dự báo khí tượng thuỷ văn quốc gia. PGS- PTS Nguyễn Văn Tuần viết chương I, VI, VIII, IX và là người chủ biên giáo trình này. PGS- PTS Đoàn Quyết Trung viết chương II, III, IV, V. PTS Bùi Văn Đức viết chương VII. Đây là giáo trình lần đầu tiên được biên soạn và xuất bản do đó không tránh khỏi sai sót, khiếm khuyết. Rất mong nhận được sự đóng góp của độc giả. Xin chân thành cảm ơn! Các tác giả. . DỰ BÁO THỦY VĂN Nguyễn Văn Tuần - Đoàn Quyết Trung - Bùi Văn Đức 1 Nguyễn Văn Tuần - Đoàn Quyết Trung - Bùi Văn Đức GIÁO TRÌNH DỰ BÁO THUỶ VĂN . trong dự báo tác nghiệp ở trung tâm dự báo khí tượng thuỷ văn quốc gia. PGS- PTS Nguyễn Văn Tuần viết chương I, VI, VIII, IX và là người chủ biên giáo trình này. PGS- PTS Đoàn Quyết Trung. DỰ BÁO TRUNG VÀ DÀI HẠN 139 7.1 Khái niệm chung về dự báo trung và dài hạn 139 7.1.1. Khái niệm chung 139 7.1.2. Hình thức phát báo của dự báo trung dài hạn. 139 7.2. Phương pháp dự báo trung