Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương mở đầu pdf

Philip B Bedient Wayne C Huber Hydrology and Floodplain Analysis Second Edition Đại học Quốc gia Hà Nội Trờng Đại häc Khoa häc Tù nhiªn Philip B Bedient Wayne C Huber Thuỷ văn học Phân tích vùng ngập lụt Biên dịch: Nguyễn Thanh Sơn Hà nội - 2003 Lời ngời dịch Cuốn sách Thuỷ văn học Phân tích vïng ngËp lơt cđa c¸c gi¸o s− Philip B Bedient, trờng đại học Tổng hợp Rice Wayne C Huber, trờng đại học Tổng hợp bang Oregon Addison - Wesley Publising Company xuất đà tổng kết kinh nghiệm giảng dạy gần 45 năm tác giả lĩnh vực Đây sách trình bày chi tiết cô đọng giảng thuỷ văn học nói chung vùng thuỷ văn vùng ngập lụt, nói riêng Cuốn sách gồm hai phần nh tên sách đà nêu Điều hấp dẫn cách trình bày từ lý thuyết, ví dụ, tập cách mạch lạc, rõ ràng, giáo trình kiểu mẫu giúp ngời đọc nắm vững vấn đề cách khoa học có khả tiệm cận với toán thực tiễn Sách có chơng, chơng dành để truyền đạt, phân tích vấn đề thuỷ văn học Ba chơng dành để phân tích thuỷ văn vùng đặc thù (vùng đồng ngập lụt) thuỷ văn nớc ngầm Chơng cuối bàn vấn đề kỹ thuật thờng gặp thiết kế thuỷ văn Bạn đọc tìm hiểu kỹ thêm phần sách tác giả Các ví dụ, tập đợc chọn lọc, phù hợp với lý thuyết kinh nghiệm giảng dạy thực tiễn nghiên cứu tác giả Các mô hình sử dụng máy tính đà đợc cập nhật giáo trình mang màu sắc thuỷ văn đại Với 80 ví dụ lời giải nhiều tập nhà để rèn luyện với chuẩn bị công phu sở liệu, sách có ích không sinh viên mà cẩm nang dẫn nhà nghiên cứu, lĩnh vực mô hình toán thuỷ văn thuỷ lực Khi dịch sách này, ngời dịch cố ý không chuyển đổi đơn vị Anh, Mỹ dùng cn s¸ch bëi c¸c sè liƯu tÝnh to¸n bảng biểu, ví dụ hình vẽ dùng đơn vị Anh làm lại Hơn nữa, phần phụ lục giả đà đa đầy đủ bảng biểu chuyển đổi đơn vị, thuật giải, mô tả chơng trình máy tính ký hiệu đầy đủ giúp ngời đọc chuyển đổi dễ dàng, có nhu cầu Tuy cố gắng chuyển tải trung thành nội dung sách, hạn chế thuật ngữ nên có khiếm khuyết định Rất mong góp ý bạn đọc để lần xuất sau đợc tốt Xin chân thành cảm ơn PGS TS Nguyễn Văn Tuần đà đọc kỹ dịch hiệu đính để thảo đợc hoàn thiện với chất lợng cao Xin cảm ơn sinh viên Lê Thị Huệ, Trần Nam Bình, Cao Phong NhÃ, Cấn Thu Văn Phạm Quang Huy lớp K45 TV đà đóng góp nhiều công việc dịch thuật, chế để sách sớm hoàn thành Đây sách hay, hữu dụng cho sinh viên học viên sau đại học nh nhà nghiên cứu, thực hành Xin trân trọng giới thiệu độc giả 11 Mở đầu Hiện tợng lũ lụt, khô hạn, vấn đề điều khiển hệ thống thoát lũ cung cấp nớc, vấn đề chất lợng nớc môi trờng vấn đề có ý nghĩa quan trọng thuỷ văn học đại đợc quan tâm nhà thuỷ văn công trình, địa chất thuỷ văn, nhà khoa học lĩnh vực Khoa học Trái Đất Cuốn sách nhấn mạnh vấn đề tính toán thuỷ văn, hớng tới đối tợng sinh viên năm cuối nhằm cung cấp kiến thức cách tiếp cận ®Õn vÊn ®Ị øng dơng quan träng viƯc ph©n tÝch l−u vùc, tÝnh to¸n ngËp lơt, kiĨm so¸t lị, thuỷ văn đô thị, thiết kế ma thuỷ lực dòng chảy mô hình hoá máy tính Phiên thứ hai sách đợc giới hạn mở rộng chơng 1, Những quan điểm đo đạc thuỷ văn, trình thấm, mô hình HEC-1 HEC-2 đà đợc trình bày Chơng nhấn mạnh tầm quan trọng thiết kế thuỷ văn với ví dụ chi tiết cách giải hợp lý cho kênh dẫn, lu vùc nhá, hå chøa vµ vïng ngËp lơt Ngoµi ra, biểu bảng tính toán thuỷ văn đợc xếp rõ ràng, trích dẫn 80 ví dụ, 192 tập minh hoạ hớng nghiên cứu phát triển thuỷ văn học Trong hai mơi năm qua, thủy văn học môn học đợc trởng thành nh− mét khoa häc kü tht H−íng theo sù ph¸t triển lý thuyết thủy văn học truyền thống trớc 1960, tăng đột biến số lợng phức tạp nghiên cứu thủy văn học từ hai lực phát động vào cuối năm 1960: Việc phát triển, mở rộng thành thị Hoa Kỳ quan tâm đến môi trờng, kiểm tra chất lợng nớc mặt đợc nhấn mạnh Sự đời hàng loạt công trình ma, dòng chảy chất lợng nớc nh phát triển kỹ thuật máy tính tạo sở tốt cho việc phân tích liệu xây dựng mô hình lu vực Vào năm 1970 thủy văn học bớc vào kỷ nguyên Trong thập niên số lớn mô hình tính toán máy tính phức tạp đợc tạo quan thuộc Chính phủ trờng đại học định hớng vào dự đoán nạn lụt, điều khiển nạn lụt, kỹ thuật tài nguyên nớc, thủy lực thiết kế, vấn đề tới nớc, kiểm tra độ nhiễm bẩn, quản lý chất lợng vấn đề cung cấp nớc Trong năm 1980, mô hình tính toán máy tính đợc cập nhật tài liệu đà trở thành thờng lệ vận hành thủ tục phân tích thủy văn chi tiết ltree vực Bổ sung tính sử dụng máy tính cá nhân vào năm 1980 đà cách mạng hóa tính thực hành thủy văn học Hàng trăm chơng trình lớn, nhỏ đà đợc viết để làm đơn giản hoá công việc tính toán kỹ s nhà thủy văn Nhiều máy tính lớn sớm đà tích hợp để có phiên đợc chuyển đổi chạy máy tính cá nhân mạnh Sự hữu dụng mô hình tính toán máy tính đà đợc khai triển cho lớp học cho thực tế thiết kế cách đáng kể Phát triển lý luận ý tởng cho sách bắt nguồn từ kinh nghiệm tác giả việc dạy phân tích thủy văn học lu vực từ 1976 trờng đại học Rice Phiên sách (1988) đợc viết thời gian năm năm cung cấp phơng pháp tính gần đại bao gồm liệt kê chi tiết phơng pháp số mô hình tính toán máy tính thờng đợc sử dụng thủy văn học Phiên hai, sau bốn năm, đà bổ sung đáng kể kiến thức mới, ví dụ, bảng biểu chơng vấn đề dự án thủy văn học Tác giả đà lựa chọn mô hình tính đơn giản để sinh viên học nhiệt tình hiệu họ tiệm cận vấn đề thủy văn học đại Với khả thời máy tính cá nhân, hoạt động nh trở thành quy tắc cho rèn luyện kỹ s nhà thủy văn học Văn cung cấp số chơng trình bảng biểu FORTRAN đơn giản đợc sử dụng thủy văn học thủy lực học, sẵn sàng đĩa cho hệ máy PC máy tính Macintosh Bốn chơng ( 5, 6, 7, 9) cống hiÕn cho lý thut vµ øng dơng chi tiÕt ba mô hình đợc sử dụng rộng rÃi để làm mÉu: HEC - 1, HEC - vµ SWMM Víi trờng hợp chi tiết, học lu vực lập kế hoạch thủy văn thực Điều cải tiến đặc biệt khác trớc, cộng thêm chơng trình bày vấn đề dự án, phiên hai tham khảo có ích cho sinh viên lẫn ngời chuyên nghiệp thủy văn Tổ chức sách Cuốn sách đợc chia hai phần chủ yếu: Phần đầu tiên, gồm có bốn chơng bao trùm chủ đề thuỷ văn truyền thống nh thấm, ma, bốc hơi, đo đạc phân tích lu lợng trận ma, xác suất ngập lụt phơng pháp khảo sát nạn lụt Những chủ đề cung cấp cho sinh viên hiểu biết toàn diện chu trình thủy văn học tự nhiên nh toán xây dựng thiết kế bên giới hạn định nạn lụt Nhiều ví dụ thực tế đợc sử dụng để minh hoạ lý thuyết định nghĩa Những phơng pháp thực nghiệm tính toán gần bảng biểu đợc sử dụng khắp nơi Chơng 3, Sự phân tích tần số, giới thiệu phân phối chuẩn để phân tích liệu có liên quan nạn lụt nhấn mạnh phân phối đặc thù đợc chọn nh bàn đến phù hợp liệu đo đợc Chơng 4, Diễn toán lũ, bao gồm ví dụ chi tiết động lực học dòng sông bể chứa đồng thời liên hệ với phơng pháp số trị Những phơng trình diễn toán lũ đợc dẫn xuất chi tiết, đợc phân tích cung cấp kèm theo chơng trình máy tính Một thảo luận đầy đủ phơng pháp diễn toán thủy lực tiên tiến mô hình sẵn có đà đợc trình bày Các chơng - đợc thiết kế để áp dụng kỹ thuật máy tính lý thuyết mô hình thủy văn học cho số vùng đặc thù việc thiết kế thủy văn thiết kế phân tích lu vực, mô tả phác họa vùng ngập lụt thuỷ văn đô thị Những phơng pháp mô hình máy tính đại để dự đoán nạn lụt, tính toán vùng ngập lụt, thiết kế thuỷ văn đô thị đợc nhấn mạnh chi tiết đáp ứng cho sử dụng thực tiễn cung cấp nghiên cứu chi tiết qua trờng hợp ví dụ Chơng giới thiệu mô hình mô thủy văn, phơng pháp mô điều khiển dự đoán nạn lụt, đờng trình lũ lu vực Giới thiệu phơng pháp luận toàn diện tổ chức liệu đầu vào mô hình ngập lụt Chơng bàn ứng dụng HEC-1, đờng trình lu lợng đơn vị, phơng pháp sóng động học hiệu ứng lu vực từ trình đô thị hoá, việc phân chia kênh bể chứa, đánh giá tính hiệu dụng điều kiện mặt đệm phức tạp lu vực cho thấy khó khăn ứng dụng mô hình hệ thống Chơng 6, Thủy văn đô thị, tổng quan phơng pháp chuẩn mô hình máy tính cho cống kênh mở hệ thống cống rÃnh Những phát triển gần thiết kế hệ thống thoát hồ chứa, kể phần quản lý nớc (SWMM), đợc trình bày với nghiên cứu lu lợng đô thị toàn diện Nhấn mạnh khía cạnh phân tích thống kê liệu lý thuyết đờng cong IDF đợc sử dụng hệ thống thiết kế thoát nớc thành thị so sánh tạo phơng pháp hợp lý làm chuẩn thiÕt kÕ Ch−¬ng 7, Thđy lùc häc vïng ngËp lơt cho tổng quan đầu tiên, khái niệm từ dòng chảy kênh hở, yêu cầu để vận hành theo trắc diện tính toán Tiếp theo, HEC - Trung tâm kỹ thuật thủy văn đợc mô tả chi tiết tính phổ biến yêu cầu sử dụng kỹ s thực hành Đờng cong nớc mặt mặt nghiêng đợc yêu cầu đa số vùng ngập lụt kênh thiết kế dự án, thiết diện ngà t có cầu bắc qua đòi hỏi xác định vị trí hệ số Một nghiên cứu trờng hợp chi tiết đợc giới thiệu minh hoạ cho mô hình Sự dự đoán nạn lụt gồm đỉnh cho trận ma lịch sử dự báo, sử dụng phơng pháp hợp lý mô hình tính đà kéo theo biến đổi đỉnh điều chỉnh vùng ngập lụt Đây toán khó việc lập quy hoạch thủy văn Chơng hớng vào vài vấn đề thực tiễn liên quan đến trận ma thiết kế, lu vc nhỏ thiết kế, hồ chứa thiết kế, rộng lu vực ngập lụt thiết kế Các chơng 5, 6,7, trình bày tổ hợp đơn phơng pháp thờng sử dụng kỹ s thực hành nhà thủy văn học nhng trớc cha đề tài kết hợp sách giáo khoa phổ thông Chơng trình bày thủy văn học nớc dới đất nh chơng độc lập, bao gồm dòng môi trờng xốp, thuộc tính tầng chứa nớc, giếng ứng dụng máy tính Đa phơng trình dòng ứng dụng vào số toán nớc ngầm, bao gồm phân tích trạng thái dừng lẫn trạng thái động Sự phân chia phơng pháp sè giíi thiƯu kü tht thùc nghiƯm n−íc ngÇm ví dụ sử dụng chơng trình máy tính đơn giản để mô tả Phiên sách cung cấp kỹ thuật cho sinh viên cho nhà khoa học với tất lý thuyết thích hợp để hiểu thủy văn học phân tích vùng ngập lụt Kỹ s thực hành tìm thấy sách tham khảo đại cho nguyên lý thủy văn học, phân tích tần số nạn lụt, phân tích vùng ngập lụt, mô máy tính nớc ma thiết kế lời cảm ơn Cuốn sách phân tích thuỷ văn lu vực đà đợc tích luỹ số năm giảng dạy Trong trình trao đổi với đồng nghiệp sinh viên đà dần hoàn thiện ý tởng nhấn mạnh phơng pháp đại Tác giả cảm thấy mắc nợ nhiều nhóm nghiên cứu, tổ chức cá nhân đóng góp đáng kể họ để cấu trúc nội dung sách đợc hoàn thiện chất lợng cao Sự đóng góp nhà biên tập việc rà soát thảo cẩn thận góp ý quý báu của: Robert Johanson, trờng đại học Pacific; Richard H McCuen, trờng đại học Maryland; Ed Schroeder, trờng đại học California, Davis; Stuart G Walesh, trởng khoa, trờng đại học Valparaiso; Ralph A Wurbs, trờng đại học Texas A& M Tom Robbins, biên tập viên nhà xuất Addison - Wesley, hai phiên Sự quản lý quan Flanagan Barbara việc quản lý toàn chi tiết kỹ thuật sống tới xuất phiên Helen Wythe đóng góp nhiều thay đổi cho phiên hai Những tác giả cám ơn tất đồng nghiệp Addison - Wesley nỗ lực họ Lời cảm ơn đặc biệt dành cho kỹ thuật viên tận tâm Pamela Ross trờng đại học Rice giúp đỡ cô ấy, kỹ xem lại văn bản, biên tập ví dụ, toán, tập nhà, chơng trình máy tính Tim Jenkin, Beth Erlanson, Carol Ellinger giúp đỡ nhiều bảng biểu, ví dụ, tập nhà toán cho phiên hai Chúng ta vô cảm ơn Kelsey - Bettschen Diana Freeman Marilyn đánh máy hầu hết phác thảo Cuối cùng, dành cảm ơn cho Kathy Moore, ngời tổ chức tất đánh máy, minh hoạ, thay đổi văn hình vẽ cho phiên thứ hai Philip B Bedient Wayne C Huber 10 VỊ cn s¸ch Thuỷ văn học Phân tích vùng ngập lụt, phiên thứ hai cung cấp đầy đủ khái niệm phơng pháp thiết kế thuỷ văn phân tích vùng ngập lụt Bốn chơng bao trùm chủ đề dòng chảy mặt nh giáng thuỷ, bốc thoát hơi, thấm phân tích ma - dòng chảy, tần suất lũ phơng pháp diễn toán lũ Chơng 5, đề cập tới lý thuyết kỹ thuật máy tính đại số lĩnh vực thuỷ văn công trình gồm phân tích lu vực, thuỷ văn đô thị thuỷ lực vùng ngập lụt Chơng bàn luận cách súc tích chủ đề nớc ngầm bao gồm nớc ngầm, dòng chảy ngầm, thuỷ lực giếng kỹ thuật mô hình hoá nớc dới đất Điểm phiên chơng với phơng pháp thiết kế ma - dòng chảy nhấn mạnh đến lu vực nhỏ lớn đô thị hoá Các phơng pháp thiết kế với qui mô kênh ống sử dụng phép xấp xỉ đờng trình đơn vị để mô tả tiêu thiết kế chuẩn cho vùng đô thị Chơng kết thúc với chuyên đề phân tích vùng ngập lụt thiết kế sử dụng HEC-1 HEC-2 Thêm vào chơng 9, phiên thứ hai này, đáng ý ví dụ tính dùng bảng số mở rộng phép đo thuỷ văn nh phơng pháp SCS, phân tích tốc độ tổn thất mà HEC -1 HEC -2 đà thảo luận Trình bày thêm 60 tập nhà để rèn luyện Phiên thích hợp khoá thuỷ văn dân sự, kỹ thuật môi trờng, địa chất học khoa học trái đất khác Lần xuất lợc duyệt tiếp tục vấn đề thuật toán dùng thuỷ văn đại đáp ứng đào tạo đại học sau đại học khía cạnh cân phân tích lu vực, diễn toán kiểm soát lũ, thuỷ văn đô thị, ma thiát kế mô hình máy tính Ngoài vấn đề chính, sách gắn kèm theo 80 ví dụ lời giải; cuối chơng tổng kết ý tởng chính, lợc duyệt xem xét 192 c¸c kiĨm nghiƯm lÜnh vùc thiÕt kÕ thùc tiễn Về tác giả Philip B Bedient Giáo s thuộc lĩnh vực kỹ thuật môi trờng Đại học Tổng hợp Rice, Houton, Texas Ông bảo vệ luận án Ph.D Kỹ thuật môi trờng Đại học Tổng hợp Florrida Các quan tâm nghiên cứu ông thuỷ văn nớc mặt lĩnh vực mô hình hoá lu vực, chất lợng nớc ma đô thị, hệ thống điền trũng phân tích vùng ngập lụt Gần nghiên cứu ông hớng tới mô hình thuỷ văn nớc ngầm vận tải công cộng nơi đổ rác thải nguy hiểm Ông nghiên cứu viên thuộc Cơ quan trung tâm quốc gia bảo hộ môi trờng nghiên cứu nớc ngầm Dr Bedient ngời điều tra 30 dự án tác giả 80 báo kỹ thuật Ông thích hợp vai trò cố vấn hai lĩnh vực công cộng t nhân kỹ s chuyên nghiệp có tiếng Dr Bedient đợc thừa nhận ngời lÃnh đạo u tú tầm quốc gia khoa học môi trờng từ 1988-1993 Wayne C Huber Giáo s trởng khoa Kỹ thuật dân trờng Đại học Tổng hợp Oregon Corvalis Ông bảo vệ Ph.D trờng đại học Kỹ thuật Massachusetts Ông thực luận án tiến sỹ thuộc lĩnh vực thống kê đợc biết đến qua 90 công trình báo kỹ thuật thống kê Ông nhà kỹ thuật cố vấn cho xởng hÃng phim Qua nhiều năm cơng vị Giáo s trờng Tổng hợp Florida Gainesville, Dr Huber nghiên cứu thuỷ văn lu vực sông, hồ, thống kê ma, mô hình thuỷ lực chất lợng nớc Ông góp phần vào xây dựng mô hình SWMM, nghiên cứu tổng lợng chất lợng nớc vùng đô thị Mục lục Chơng1 Các nguyên lý thuỷ văn học 21 1.1 Giới thiệu chung thuỷ văn học 21 Lịch sử thuỷ văn cổ đại 22 Lịch sử đại 23 Sự phát triển máy tính 24 1.2 Vòng tuần hoàn nớc 26 1.3 Giáng thuỷ 29 Độ ẩm không khí 30 Giai đoạn biến đổi 31 Nguyên nhân chế thành tạo 32 Điểm giáng thuỷ 33 Vùng giáng thuỷ 41 1.4 Bốc bốc thoát nớc 45 Xác định bốc phơng pháp cân nớc 46 Phơng pháp trao đổi khối lợng 47 Phơng pháp cân lợng 48 Thùng bốc 49 Bốc thoát nớc 52 1.5 Thấm 55 Phơng trình cờng độ thấm 55 Các phơng pháp thấm lỹ thuyết 63 1.6 Dòng chảy sông ngòi 70 Các thành phần biểu đồ thuỷ văn 71 1.7 Đo đạc thuỷ văn 72 Độ ẩm không khí 72 Ma 72 Bốc 73 Thấm nớc ngầm 73 Đo đạc dòng chảy sông ngòi 73 12 Hệ thống trạm thuỷ văn đô thị 77 Hệ thống kiểm soát thuỷ văn đô thị 77 Hệ thống phòng lũ 79 Các đặc trng địa lý 80 Kết luận 81 Bài tập 82 Tài liệu tham khảo 91 Chơng Phân tích quan hệ ma - dòng chảy 96 2.1 Các quan hệ ma dòng chảy 96 2.2 Phân tích đờng trình thuỷ văn 98 Hiện tợng dòng chảy mặt 98 Các thành phần đờng trình 100 Nhánh xuống phân chia dòng chảy 100 Ma hiệu đờng trình 101 2.3 Học thuyết đờng trình đơn vị 109 Nguồn gốc đờng trình đơn vị Trạm đo lu vực 109 Phơng pháp đờng cong - S 113 Tập hợp đờng cong đơn vị 117 2.4 Phát triển đờng đơn vị tổng hợp 124 Các giả thiết nhân tố biến đổi 125 Phơng pháp Sneyder 127 Phơng pháp SCS 129 Phơng pháp Espey 135 2.5 Các ứng dụng đờng trình thuỷ văn đơn vị 138 2.6 Mô hình nhận thức 142 Các đờng cong đơn vị tức thời (IUH) 142 Các mô hình tuyến tính 143 2.7 Các phơng pháp sóng động học dòng chảy tràn 145 2.8 Tuyết rơi tuyết tan 147 Đặc trng vật lý băng tuyết 148 Năng lợng dự trữ băng tuyết 150 Các phơng trình số tuyết tan - độ - ngày nhiệt độ 151 Tính toán dòng chảy từ tuyết tan 152 Kết luận 154 Bài tập 155 13 Tài liệu tham khảo 160 Chơng Phân tích tần suất 163 3.1 Lời giới thiệu 163 Phạm vi nghiên cứu 163 Các biến cố ngẫu nhiên 164 Biểu diễn số liệu 165 3.2 Các khái niệm xác suất 168 3.3 Các biến cố ngẫu nhiên luật phân bố xác suất 170 Các biến cố ngẫu nhiên biến cố rời rạc 170 Các moment phân bố 172 Ước lợng moment từ số liệu 174 Làm trơn phân bố chuỗi số liệu 178 3.4 Thời kỳ lặp lại thời khoảng tái diễn 178 3.5 Các mô hình phân bố xác suất 181 Chủ quan khách quan 181 Luật phân bố nhị thức 182 Quy luật phân bố mị 186 Lt ph©n bè chn 187 Lt ph©n bè Log chuÈn 189 LuËt ph©n bè Gamma (Pearson3) 191 LuËt phân bố Log Pearson3 193 Luật phân bố Gumbel (Giá trị cực trị loại I) 196 3.6 Miêu tả số liệu biểu đồ 198 Giới thiệu 198 Giấy xác suất 199 Trật tự vẽ 202 Giới hạn tin cậy, điều kiện biên trạng thái số không 202 So sánh điểm 208 Tổng kết 211 Bài tập 212 Tài liệu tham khảo 221 Chơng Diễn toán lũ 223 4.1 Diễn toán thuỷ văn thuỷ lực 223 Các phơng pháp diễn toán thuỷ văn 229 14 Các phơng pháp diễn toán thuỷ lực 229 4.2 Diễn toán thuỷ văn sông ngòi 230 Phơng pháp Muskingum 232 Xác định số lợng trữ 236 4.4 Phơng trình diễn toán thuỷ lực sông ngòi 248 4.5 Sù chun ®éng cđa sãng lị 251 4.6 DiƠn toán sóng động học 254 Phơng trình diễn toán sóng động học dòng chảy tràn 255 Diễn toán động học kênh 258 Các phơng pháp giải tích bề mặt không thấm 260 Xấp xỉ sai phân hữu hạn 264 Giải phơng trình sóng động học phơng pháp sai phân phần tử hữu hạn 267 4.7 Diễn toán thuỷ lực sông ngòi 268 Các phơng pháp đặc trng 268 Phơng pháp 269 Phơng pháp ẩn 270 Mô hình khuyếch tán 271 Phơng pháp Muskingum - Cunge 271 Mô hình sóng động lùc (DWOPER) 275 §−êng cong tû lƯ 276 KÕt ln 278 Bài tập 278 Tài liệu tham khảo 287 Chơng Các mô hình thuỷ văn mô 289 5.1 Giới thiệu mô hình mô 289 5.2 Tổ chức phân tích thuỷ văn lu vực 292 5.3 Mô tả mô hình mô thuỷ văn 293 5.4 mô hình HEC-1 296 Phác thảo lu vực 297 Giáng thuỷ 298 Tuyết rơi tuyết tan 298 Phân tích tỷ lệ tổn thất 298 Tính toán dòng chảy lu vực 300 Tính toán dòng 303 Diễn toán lũ 304 15 Các khả khác mô hình HEC-1 305 5.5 Số liệu đầu vào đầu HEC-1 306 Khái quát số liệu đầu vào 306 Khái quát liệu đầu 214 5.6 Phân tích lu vực HEC-1: Nghiên cứu điển hình 315 Miêu tả lu vực 315 Các thông số vật lý 316 Số liệu lợng ma 317 Số liệu đờng trình dòng chảy đơn vị 318 Số liệu diễn toán trình trữ nớc kênh 321 Đờng trình kết 327 Các phơng án phân lũ 329 Tổng kết 333 Bài tập 334 Tài liệu tham khảo 338 Chơng Thuỷ văn đô thị 341 6.1 Đặc điểm thuỷ văn đô thị 341 Phạm vi nghiên cứu chơng 341 Lời mở đầu 342 Vấn đề ứng dụng công nghệ kỹ thuật thuỷ văn đô thị 344 Đối tợng thiết kế 346 6.2 Tổng quan trình vật lý 347 Ma - Dòng chảy 347 Mô tả lu vực 347 Tính toán lợng tổn thất 348 Thời gian tập trung 351 Thời gian trễ 353 Dòng chảy 354 6.3 Phân tích lợng ma 354 Nguồn số liệu 354 Đo lợng ma 356 Đờng cong cờng độ - thời gian - tần suất sử dụng không sử dụng 357 Xác định biÕn cè trËn lị 358 Lùa chän l−ỵng m−a thiÕt kế 361 Thiết kế tổng hợp trận lũ 361 16 Lùa chän trËn lị thiÕt kÕ tỉng hỵp 363 6.4.Các phơng pháp phân tích lợng nớc 365 Dòng chảy cực đại, tổng lợng lũ đờng trình lũ? 365 Phân tích dòng chảy cực đại phơng pháp thích hợp 365 Hệ số phơng pháp khử đuổi 370 Các phơng pháp tần suất - khử đuổi lũ 371 Các đờng trình thuỷ văn đơn vị 373 Các phơng pháp thời gian - diện tích 373 Phơng pháp sóng động học 373 Các bể chứa tuyến tính phi tuyến 374 6.5 Hệ thống cống ngầm thuỷ lực 377 Diễn toán dòng chảy 377 Hệ phơng trình Saint -Venant 378 Sự tải 379 Diễn toán cấu trúc thuỷ lực bên 380 6.6 Các điểm kiểm soát 381 Sự giam giữ/duy trì 381 Sự gia tăng lợng thấm 386 Các phơng pháp khác 387 6.7 Các mô hình thao tác máy tính 388 Khái niệm 388 Bảo vệ đất 389 Mô hình ILUDAS 389 Mô hình dòng chảy đô thị bang PENN 390 Mô hình HSPF 390 Mô hình STORM 390 Mô hình tổng hợp SWMM 392 Mô hình Cục nghiên cứu địa chất Mỹ (USGS) 393 Sự lựa chọn mô hình 393 6.8 Phạm vi nghiên cứu 394 Giới thiệu 394 Lu vực 394 Số liệu đầu vào việc đánh giá mô hình SWMM 394 Phân tích tần suất xuất kết liên tục 397 Các trận ma thiết kế tổng hợp 400 Các kỹ thuật thiết kế khác 400 17 Kết 401 Tóm tắt phạm vi nghiên cứu 403 Tóm tắt 404 Bài tập 404 Tài liệu tham khảo 412 Chơng Thuỷ lực vùng ngập lụt 421 7.1 Dòng chảy 421 7.2 tính toán dòng chảy 423 7.3 Năng lợng riêng dòng chảy giới hạn 430 7.4 Trạng thái độ sâu giới hạn 434 7.5 Dòng không hay dòng chảy biến đổi chậm 435 7.6 Phơng trình dòng biến đổi chậm 436 7.7 Phân loại đờng bề mặt nớc 440 Các trờng hợp độ dốc thoải 442 Trờng hợp độ dốc đứng 444 Trờng hợp độ dốc nghịch nằm ngang 444 7.8 B−íc nh¶y thủ lùc 444 7.9 Giíi thiƯu mô hình HEC-2 446 7.10 Cơ sở lý thuyết mô hình HEC-2 447 7.11 Yêu cầu sở liệu 449 7.12 Các khả tuỳ chọn HEC-2 452 7.13 Nhập xuất đặc trng 453 Cấu trúc liệu tài liệu 453 Các tuyến thay đổi điều khiển công việc 453 Các tuyến mặt cắt ngang 455 Các tuyến phân dòng chảy 455 7.14 Về phơng pháp liên kết chuẩn đặc biệt 455 Biện pháp liên kết chuẩn 455 Phơng pháp liên kết đặc biệt 456 Lựa chọn phơng pháp liên kết HEC-2 457 Cách bố trí mặt cắt ngang đối víi kiĨu liªn kÕt 457 Lùa chän diƯn tÝch hiƯu 459 7.15 Ví dụ chơng trình tính HEC-2 460 Tóm tắt 475 Bài tập 476 18 Tài liệu tham khảo 480 Chơng Thuỷ văn nớc ngầm 481 8.1 Mở đầu 481 8.2 Những tài nguyên nớc ngầm 483 Sự phân bố theo chiều thẳng đứng nớc ngầm 483 Tầng chứa nớc 485 8.3 Sự chuyển động nớc ngầm 488 Định luật Darcy 488 Hệ số thấm thuỷ lực 489 Xác định hệ số thấm thuỷ lực 490 Các tầng chứa nớc dị hớng 491 Mạng lới dòng chảy 492 8.4 Các phơng trình dòng chảy tổng quát 495 Trạng thái ổn định dòng chảy đới bÃo hoà 495 Dòng chảy tức thời đới bÃo hoà 496 Giả thiết Dupuit 497 Dòng chảy đờng đẳng 502 8.5 Thuỷ lực giếng trạng thái ổn định 504 Dòng chảy ổn định 504 Bán kính dòng chảy ổn định tới giếng khoan có áp 505 Bán kính dòng chảy ổn định từ giếng khoan không áp 506 Giếng trờng dòng chảy đồng 508 Hệ thống giếng phức tạp 509 8.6 Thuỷ lực giếng không ổn định 511 Giải phơng pháp Theis 511 Phơng pháp giải Coooper - Jacob 515 ép nớc thí nghiệm 517 Bán kính dòng chảy tÇng chøa n−íc khe nøt 521 8.7 GiÕng n−íc 523 Cấu trúc giếng nông 523 Cấu trúc giếng sâu 524 Giếng hoàn chỉnh giếng phát triển 525 8.8 Kỹ thuật mô hình nớc ngầm 526 Các loại mô hình nớc ngầm 526 Các phơng pháp sai phân hữu hạn 527 19 Phơng pháp sai phân hữu hạn cho dòng chảy tạm thời 534 Phát triển phơng pháp nớc ngầm 536 Tổng kết 538 Bài tập 539 Tài liệu tham khảo 543 Chơng Những vấn đề thiết kế thuỷ văn học 545 9.1 Giới thiệu 545 9.2 Lợng ma thiết kế 546 Các đờng cong ìD 546 TÇn st m−a thiÕt kÕ cho l−u vùc lín 547 9.3 ThiÕt kÕ trªn l−u vùc nhá 550 ThiÕt kế lý tởng 550 Dòng chảy cực đại khu vực không phát triển 551 Phơng pháp thích hợp thiết kế phân khu 553 9.4 Thiết kế biểu đồ thuỷ văn cho dòng chảy cống tròn, dòng 555 chảy tràn dòng chảy lòng dẫn hở Thiết kế cửa sông lu vực nhỏ 555 Phân khu thiết kế sử dụng mô hình HEC-1 557 Các phơng pháp kiểm soát lũ lụt 562 9.5 ThiÕt kÕ ao khèng chÕ viƯc kiĨm so¸t lũ lụt 562 9.6 Thiết kế phân tích đồng ngập lụt vùng rừng trờng 568 hợp nghiên cứu điển hình Giới thiệu 568 Hệ thống thuỷ văn vùng rừng 568 Những ứng dụng mô hình HEC-1 HEC-2 571 Các mối quan hệ lu lợng - trữ lợng 572 ảnh hởng trữ lợng nớc hồ chứa vào mục đích sử dụng đất khác 574 Các phân tích thuỷ văn việc thay đổi kế hoạch phát triển 574 Tóm tắt trờng hợp nghiên cứu 575 Tổng kết 576 Bài tập 576 Tài liệu tham khảo 580 Phụ lục 581 20 ... cho nhà khoa học với tất lý thuyết thích hợp để hiểu thủy văn học phân tích vùng ngập lụt Kỹ s thực hành tìm thấy sách tham khảo đại cho nguyên lý thủy văn học, phân tích tần số nạn lụt, phân tích. .. học Quốc gia Hà Nội Trờng Đại học Khoa häc Tù nhiªn Philip B Bedient Wayne C Huber Thủ văn học Phân tích vùng ngập lụt Biên dịch: Nguyễn Thanh Sơn Hà nội - 2003 Lời ngời dịch Cuốn sách Thuỷ văn. .. khoa học có khả tiệm cận với toán thực tiễn Sách có chơng, chơng dành để truyền đạt, phân tích vấn đề thuỷ văn học Ba chơng dành để phân tích thuỷ văn vùng đặc thù (vùng đồng ngập lụt) thuỷ văn