GIÁO TRÌNH đo đạc THỦY văn

Chơng I Khảo sát, chọn tuyến đo đạc yếu tố thuỷ văn Đ1-1 Phân cấp, phân loại trạm thuỷ văn Do yêu cầu phục vụ mà trạm thuỷ văn có quy mô khác nhau, yếu tố đo đạc thời gian hoạt động khác Các trạm thuỷ văn đợc phân loại phân cấp nh sau : I Phân loại trạm thuỷ văn Căn vào đối tợng phục vụ, trạm thuỷ văn chia làm loại : Trạm thuỷ văn : Là loại trạm nhằm mục đích thu thập số liệu phục vụ cho công tác điều tra nguồn nớc Trạm đặt vị trí phải có tính đại biểu tốt quy luật thay đổi hay nhiều yếu tố thuỷ văn khu vực định Thời gian hoạt động tơng đối dài quan quản lý thống nhất: Tổng cục khí tợng thuỷ văn Trạm thuỷ văn dùng riêng : Là loại trạm nhằm thu nhập số liệu phục vụ cho thiết kế, thi công, quản lý công trình phục vụ cho nghiên cứu đề tài mà tài liệu trạm thuỷ văn cha đáp ứng đợc yêu cầu riêng Hiện số trạm dùng riêng ngày tăng lên yêu cầu phục vụ ngành Chế độ đo, yếu tố đo thời gian hoạt động trạm thuỷ văn dùng riêng đợc quy định quan trực tiếp quản lý Trạm thuỷ văn thực nghiệm : Là loại trạm chuyên nghiên cứu phơng pháp đo đạc, áp dụng thiết bị đo đạc kiểm nghiệm phơng pháp tính toán thuỷ văn v.v Hiện loại trạm tạm ngừng hoạt động II Phân cấp trạm thuỷ văn Dựa vào yếu tố chế độ đo đạc, ngời ta chia trạm thuỷ văn làm ba cấp: Trạm thuỷ văn cấp I : Là trạm đợc quy định đo nhiều yếu tố thuỷ văn nh mực nớc, lu lợng, bùn cát Chế độ đo đạc đợc quy định cụ thể tuỳ thuộc vào thay đổi yếu tố thuỷ văn theo thời gian trạm Trạm thuỷ văn cấp II : Chủ yếu đo mực nớc yếu tố khác nh lu lợng, bùn cát đo số thời đoạn định năm Trạm thuỷ văn cấp III : yếu tố đo đạc chủ yếu đo mực nớc Ngoài yếu tố trạm đo đạc yếu tố khác nh nhiệt độ nớc, nhiệt độ không khí, ma v v http://www.ebook.edu.vn Đ1-2 Khảo sát chọn vị trí đặt trạm thuỷ văn I Vị trí trạm đo lu lợng nớc, đo bùn cát Tiêu chuẩn đoạn sông đặt trạm a Đoạn sông hẹp tơng đối thẳng, có chiều dài đoạn sông thẳng L cho xác định yếu tố liên quan tới chiều dài có sai số phạm vi cho phép, chẳng hạn trờng hợp tính độ dốc mặt nớc, tính lu tốc phao, xác định hớng chảy v.v chiều dài L đoạn sông thẳng phải đảm bảo tiêu chuẩn nh sau: L = (3,5)B (1-1) Hình 1-1 Chiều dài đoạn sông đặt trạm Công thức (1-1) đợc chứng minh nh sau (xem hình1-1) Giả sử khoảng cách vuông góc với mặt cắt L; Trong trờng hợp dòng chảy chảy xiên từ A đến B với chiều dài L chúng hợp với góc sai số tuyệt đối chiều dài lớn d tính công thức : d = L - L = L - L cos = L ( - cos) Sai số tơng đối : % = Mà cos L = L' L' (1 cos ) ì 100 d ì 100 = = (1 - cos)ì100 L' L' L L2 + B L = B ( B)2 1+ L L B Vậy % = ì 100 1+ L B ( ) (1-2) Với B chiều rộng trung bình đoạn sông đặt trạm (m) http://www.ebook.edu.vn Căn vào (1-2) ta tính đợc sai số % cho trờng hợp tỷ số L khác B nh bảng 1-1 Bảng 1-1 Sai số tơng đối chiều dài đoạn sông đặt trạm L B o cos 1- cos % 45,00 26,37 18,12 14,05 12,01 9,36 0,707 0,894 0,950 0,970 0,978 0,986 0,293 0,106 0,050 0,030 0,022 0,014 29,3 10,6 5,0 3,0 2,2 1,4 Ghi Trong sai số cho phép Từ bảng (1-1) L = (3-5)B sai số % = (2-5 )% nằm giới hạn sai số cho phép Trờng hợp không chọn đợc đoạn sông theo công thức (1-1) chọn đoạn sông ngắn song chiều dài đoạn sông không nhỏ lần chiều rộng (L 3B) Đối với đoạn sông có chiều rộng B > 300m L phải lớn khoảng cách hai tuyến đo độ dốc Riêng trạm đo vùng ảnh hởng triều, B > 300m chọn L1000m Trờng hợp trạm đo tàu di động chiều rộng sông B 300 m, độ sâu h m (với tất mực nớc) b) Đoạn sông đặt trạm phạm vi ảnh hởng nớc dâng, nớc vật công trình sông giao thoa sóng lũ sông nhánh gây ( xem hình 1.2 ) Chiều dài khu vực nớc dâng đợc tính theo công thức sau : Ld = a ho + Z J Trong : Hình 1-2 Sơ đồ tính chiều dài nớc dâng Ld : Chiều dài nớc dâng ( m) ho : Chiều sâu bình quân dòng chảy cha có nớc dâng (m) Z : Chiều cao nớc dâng lớn công trình ngăn sông ngã ba sông (m) J : Độ dốc mặt nớc cha có nớc dâng a : Hệ số phụ thuộc vào tỷ số 10 Z ho http://www.ebook.edu.vn Khi tính toán lấy J độ dốc bình quân đáy sông đoạn từ nơi phát sinh nớc dâng đến nơi đặt trạm ( theo tài liệu khảo sát địa hình) a đợc tính theo bảng sau : Z a ho 5,0 2,0 1,0 0,5 0,3 0,2 0,1 0,05 0,96 0,91 0,81 0,76 0,67 0,58 0,41 0,24 c) Trạm đo không chịu ảnh hởng thác ghềnh ảnh hởng hoạt động ngời làm thay đổi quy luật tự nhiên dòng chảy Không có vật kiến trúc lớn che khuất tầm nhìn d) Hai bờ sông cao, khống chế đợc mực nớc cao nhất, có điều kiện địa chất tốt đảm bảo xây dựng đợc công trình đo đạc, phân, nhập lu e) Bờ sông, lòng sông ổn định, mặt cắt dạng đơn, cân đối bãi tràn; không chọn đợc chọn nơi có bãi tràn nhỏ f) Không có cỏ nớc mọc gần bờ đáy sông, đá ngầm ngổn ngang lòng sông g) Mực nớc phải thay đổi đặn phản ánh quy luật thay đổi mực nớc sông h) Tại tuyến đo mực nớc độ dốc ngang, tợng chảy vòng i) Trạm đo cần gần khu dân c, thuận tiện sinh hoạt, giao thông thông tin liên lạc, nhng không nên đặt gần bến cảng, bến đò ngang có hoạt động nhộn nhịp, ảnh hởng tới công tác đo đạc Đối với loại trạm dùng riêng cần phải vào yêu cầu phục vụ riêng để chọn vị trí đo đạc cho thích hợp Các bớc khảo sát Công tác khảo sát trạm đo nói chung chia hai bớc : Khảo sát sơ khảo sát kỹ thuật a Khảo sát sơ : Căn vào yêu cầu phục vụ, tình hình lới trạm khu vực đặt trạm, sơ chọn đoạn sông đặt trạm đồ, (dùng đồ có tỉ lệ lớn tốt) Sau tiến hành khảo sát thực địa Đoạn sông khảo sát dài khoảng 5-10Km Những tài liệu cần thu thập khảo sát sơ bao gồm : Địa hình gần đoạn sông đặt trạm; địa chất bờ sông, lòng sông; điều kiện có ảnh hởng tới dòng chảy nh thác, ghềnh, phân lu, nhập lu Thu thập số liệu thuỷ văn, khí tợng đặc trng khu vực đặt trạm, tình hình dân sinh, kinh tế, trị khu vực đặt trạm, công trình sông quy họach ngành kinh tế tơng lai khu vực Tài liệu thu thập bớc khảo sát sơ cách điều tra, thu thập qua quan quản lý địa phơng , điều tra lũ trực tiếp đo đạc số yếu tố cần thiết http://www.ebook.edu.vn 11 b Khảo sát kỹ thuật bao gồm Xây dựng mốc cao độ : Cao độ đợc dẫn từ mốc chuẩn có hệ tuyệt đối cao độ giả định (Nếu cha có điều kiện dẫn cao độ tuyệt đối) Lập bình đồ đoạn sông đặt trạm : Đoạn sông đợc lập bình đồ phải dài đoạn sông định chọn để đặt trạm Việc đo đạc địa hình bao gồm : Đo đạc địa hình lòng sông phần ngập nớc phần không ngập nớc (tính từ mép nớc thời gian khảo sát tới đờng đồng mức cao mực nớc lớn khoảng 1m) Nội dung công tác xem thêm hớng dẫn đo đạc phổ thông Hình 1-3 Bình đồ đoạn sông đặt trạm Căn vào tài liệu địa hình lập bình đồ đoạn sông (hình 1-3) vẽ số mặt cắt ngang, mặt cắt dọc sông, để phân tích chọn tuyến đo (hình 1-4 a,b) Tỉ lệ bình đồ vẽ cần đủ lớn để dễ phân tích chọn tuyến đo + Đo đạc, điều tra yếu tố thuỷ văn nh mực nớc lớn (Hmax), nhỏ (Hmin), phân bố lu tốc mặt cắt định đặt tuyến đo, xác định hớng chảy bình quân, điều tra diễn biến lòng sông v.v Sau có đủ loại tài liệu tiến hành phân tích điều kiện cụ thể đoạn sông, vào yêu cầu đoạn sông đặt trạm nhiệm vụ trạm đo để chọn tuyến đo đạc + Khảo sát khu vực dự kiến xây dựng công trình đo đạc nh : Xây dựng công trình đo mực nớc, xây dựng công trình cáp treo thuyền, nôi, xe, nhà trạm v v 12 http://www.ebook.edu.vn Chọn tuyến đo Trạm thuỷ văn cấp I bao gồm tuyến đo lu lợng, mực nớc, bùn cát, độ dốc mặt nớc, đo phao, đo độ mặn ( trạm đo có ảnh hởng thuỷ triều) a) b) Hình 1-4 a) Mặt cắt ngang tuyến (Tuyến bản) b) Mặt cắt dọc đoạn sông đặt trạm (Mặt cắt không tài liệu bình đồ) http://www.ebook.edu.vn 13 a Tuyến đo lu lợng : Phơng pháp xác định lu lợng nớc phổ biến trạm thuỷ văn phơng pháp lu tốc - diện tích Theo phơng pháp cần phải đo đạc yếu tố thành phần nh lu tốc, diện tích (đo sâu đo khoảng cách thuỷ trực đo sâu) Các yếu tố đợc xác định mặt cắt ngang gọi tuyến đo lu lợng Để đảm bảo thu thập tài liệu đợc xác, mặt cắt đo lu lợng phải đảm bảo yêu cầu sau : - Mặt cắt phải vuông góc với hớng chảy bình quân - Hình dạng mặt cắt tốt dạng parabôn (lòng chảo) chữ V, bãi tràn, khu vực nớc tù, nớc vật - Sự phân bố lu tốc mặt cắt tuân theo quy luật chung, đảm bảo đo đạc thuận tiện mùa - Sự diễn biến lòng sông ít, nghĩa mặt cắt tợng bồi, xói nghiêm trọng b Tuyến đo độ dốc mặt nớc : Độ đốc mặt nớc độ hạ thấp bình quân mặt nớc đơn vị chiều dài dòng chảy Độ dốc mặt nớc đợc tính theo công thức sau : J= H H H %00 = LJ LJ Trong : J - độ dốc mặt nớc, thờng tính phần vạn (%00) H1 - mực nớc tuyến độ dốc H2 - mực nớc tuyến đo độ dốc dới LJ - chiều dài dòng chảy hai tuyến độ dốc (cùng đơn vị với mực nớc) Tuyến đo độ dốc thực chất hai tuyến đo mực nớc cố định đợc đặt hai phía tuyến đo lu lợng (xem hình 1-5 1-6) Để đảm bảo đợc sai số tài liệu phạm vi cho phép, tuyến đo độ dốc mặt nớc cần phải đảm bảo yêu cầu sau : Tuyến đo độ dốc (I1) tuyến đo độ dốc dới (I2) tốt cách tuyến đo lu lợng Tại tuyến đo, mực nớc thay đổi phản ánh quy luật thay đổi mực nớc sông, đảm bảo xây dựng đợc công trình đo mực nớc ổn định đo đạc thuận tiện 14 http://www.ebook.edu.vn Khoảng cách hai tuyến đo độ dốc LJ cần đủ dài để đảm bảo có chênh lệch mực nớc chúng nh sau : + Đối với sông miền núi H1-2 = 25 50cm + Đối với sông đồng H1-2 = 104 20cm Hình 1-5 Sơ đồ tuyến đo đoạn sông đặt trạm Nếu thực tế không cho phép chọn đợc đoạn sông có độ dài đảm bảo tiêu chuẩn chọn đoạn sông ngắn với chênh lệch mực nớc nhỏ song phải cố gắng nâng cao độ xác đo mực nớc, để giảm sai số cho kết đo đạc Hình 1-6 Tuyến đo độ dốc c Tuyến đo phao : Trong trờng hợp không cho phép đo lu tốc máy yêu cầu tài liệu có độ xác không cao dùng phao để đo lu tốc Để đo lu tốc phao, đoạn sông đặt trạm ta chọn tuyến đo phao tuyến thả phao Tuyến phía thợng lu tuyến đo lu lợng gọi tuyến (P1) tuyến phía hạ lu gọi tuyến dới (P2) Tuyến thả phao cách tuyến phía thợng lu khoảng 30450 m (hình1-5) Để tài liệu thu thập đợc đảm bảo sai số cho phép khoảng cách hai tuyến đo phao LP cho thời gian chảy truyền với lu tốc trung bình mặt ngang lớn tối thiểu từ 50 ữ 80 giây http://www.ebook.edu.vn 15 Nếu không chọn đợc đoạn sông đo phao có chiều dài đảm bảo điều kiện chọn đoạn sông ngắn hơn, nhng LP phải đủ dài cho thời gian chảy truyền tơng ứng không nhỏ 20 giây trạm thuỷ văn cấp I tuyến đo mực nớc, đo bùn cát, đo mặn, (nếu có), đo hoá nớc, đo nhiệt độ nớc, tốt trùng với tuyến đo lu lợng Tại đoạn sông đặc biệt phải chọn tuyến đo lu lợng mùa lũ mùa kiệt hai vị trí khác nhng phải xác lập đợc mối quan hệ yếu tố thuỷ văn vị trí II Vị trí trạm đo mực nớc (trạm cấp III) Đoạn sông đợc chọn để đo mực nớc không yêu cầu chặt chẽ nh đoạn sông đặt trạm đo lu lợng, nhng có yêu cầu riêng thích hợp với việc thu thập tài liệu mực nớc : - Đoạn sông tơng đối thẳng có chiều dài L = (3-5)B - Trên đoạn sông nớc vật, nớc tù - Cao trình hai bờ sông khống chế đợc mực nớc cao nhất, không nớc mặt nớc ngầm - Không chịu ảnh hởng thác, ghềnh, cồn bãi hoạt động khác công trình làm thay đổi quy luật tự nhiên dòng chảy - Vị trí tuyến đo có điều kiện địa chất bảo đảm xây dựng đợc công trình đo mực nớc nh : Cọc, thuỷ chí, giếng tự ghi mực nớc Ngoài điều kiện vào yêu cầu phục vụ mà chọn đoạn sông đặt trạm cho thích hợp Tuyến đo mực nớc đợc đặt thẳng góc với hớng chảy bình quân Nếu trạm đo đạc thêm yếu tố nh nhiệt độ nớc, độ mặn .thì vị trí đo đạc tốt trùng với tuyến đo mực nớc Việc khảo sát vị trí đặt trạm đo mực nớc tiến hành tơng tự nh khảo sát vị trí đặt trạm đo lu lợng, nhng yếu tố thu thập, điều tra phải phù hợp với yêu cầu đoạn sông đặt trạm đo mực nớc nh trình bày III Vị trí trạm đo mặn Tuỳ theo yêu cầu phục vụ mà trạm đo mặn cần đợc đặt vị trí thích hợp Ví dụ cần nghiên cứu thay đổi độ mặn theo thời gian để lấy nớc tới ruộng trạm đo mặn cần đặt gần công trình lấy nớc; Cần nghiên cứu quy luật thay đổi độ mặn dọc theo sông cần đặt trạm đo dọc sông Trạm đo mặn thờng đặt kết hợp với trạm đo yếu tố thuỷ văn khác Khi cần thiết đặt riêng trạm đo mặn công tác khảo sát đợc tiến hành nh trạm đo mực nớc 16 http://www.ebook.edu.vn Chơng II Đo mực nớc v nhiệt độ nớc Mực nớc độ cao mặt thoáng dòng nớc so với mặt chuẩn cao độ Hệ cao độ đợc sử dụng rộng rãi ngành thuỷ văn hệ cao độ Quốc gia Mực nớc kí hiệu H (hoặc Z) đơn vị dùng cm (hoặc m) Đ2-1 Công trình đo mực nớc v máy đo mực nớc Công trình đo mực nớc máy móc đo mực nớc bao gồm loại công trình đo mực nớc không liên tục nh cọc, thuỷ chí máy tự ghi mực nớc liên tục theo chế độ tự chọn Sau giới thiệu số loại công trình, máy móc đo mực nớc đợc dùng rộng rãi nớc ta I Cọc đo mực nớc: Cọc đo mực nớc thờng ký hiệu C Cọc đợc dùng trạm có lòng sông thoải (sông đồng bằng) có nhiều thuyền bè qua lại dùng sông miền núi nơi có nhiều vật trôi sông có lũ, biên độ mực nớc lớn lu tốc lớn Cọc làm gỗ tốt, bê tông, sắt Tiết diện ngang hình vuông, (cạnh từ 10 -15 cm) hình tròn (đờng kính từ 10-15 cm), cọc sắt chữ L, I (từ 68 cm) Chiều dài cọc phải đảm bảo đóng ngập vào lớp đất cứng 50 cm, phần cọc nhô khỏi mặt đất khoảng 10 cm Nếu cọc gỗ cọc bê tông đầu cọc phải có lõi sắt = 10412 mm nhô khỏi mặt cọc 10 mm để làm chuẩn đo Số lợng cọc tuyến đo tuỳ thuộc vào địa hình bờ sông biên độ dao động mực nớc Sau điều kiện cần đảm bảo xây dựng hệ thống cọc đo mực nớc Hình 2-1 Mực nớc vị trí A Chênh lệch cao độ hai đầu cọc kề khoảng 30450 cm không đợc vợt 60 cm, cọc không nên cách xa Đầu cọc phải cao mực nớc lớn từ 40450 cm, đầu cọc cuối phải thấp mực nớc thấp từ 40450 cm Thứ tự cọc đợc ghi từ cọc cao đến cọc thấp Trờng hợp phải xây dựng http://www.ebook.edu.vn 17 ũy thừa để đa vào hệ thống chơng trình chỉnh lý Độ xác kết lý phụ lũy thuộc vào phù hợp thuật toán hệ chơng trình cách lựa chọn tham số Sau nêu nét chung hệ chơng trình mà không sâu vào phần mềm ứng dụng II Sơ đồ chung sơ đồ cấu trúc hệ thống chơng trình : Sơ đồ hệ thống chơng trình chỉnh lý tài liệu thủy văn (Hệ CLTLTV) có nhiều dạng, tham khảo chơng trình Trung Tâm T liệu Khí tợng Thủy văn, Tổng Cục Khí tợng thủy văn Đây Trung tâm hoàn chỉnh sử dụng Hệ CLTLTV để tiến tới phổ biến áp dụng trạm thuỷ văn Sơ đồ hệ thống nh sau: Hệ thống chỉnh lý chỉnh lý yếu tố Mực nớc vùng Mực nớc vùng triều Lu lợng nớc nén, gin tài liệu Bùn cát lơ lửng Nhiệt độ nớc Nhiệt độ không khí Ma Hình - Sơ đồ hệ thống chỉnh lý tài liệu thuỷ văn Các th mục Hệ CLTLTV (Hình 9-5) bao gồm: Th mục chứa chơng trình điều hành hệ thống, chơng trình vào ra, Thuy van nén giãn tài liệu, chơng trình xem danh sách trạm, file sử dụng chung cho hệ thống BKEDIT PROC HGRAPH Th mục chứa chơng trình biên tập, thuyết minh tài liệu chỉnh lý Th mục chứa toàn chơng trình thực (.EXE) Th mục chứa chơng trình vẽ đồ thị (có thể vẽ đợc trình quan hệ có thuật toán chơng trình) DATA Th mục lu giữ toàn tài liệu gốc data1 Th mục lu giữ kết chỉnh lý temp Th mục lu giữ kết trung gian phục vụ trình chỉnh lý, không cần lu giữ lại intv Th mục chứa tệp kết để vẽ đờng trình, in biểu bảng sử dụng tiếng Việt (chỉ lu file trạm đợc chỉnh lý gần nhất) http://www.ebook.edu.vn 207 source Th mục chứa tất tệp chơng trình nguồn Trong th mục DATA DATA1 có th mục ARC để chứa file số liệu đợc nén lại nhằm tiết kiệm dung lợng đĩa lu giữ số liệu Các chữ cấu trúc th mục ký hiệu yếu tố chỉnh lý Cấu trúc th mục Hệ CLTLTV nh hình (9-5) III Trình tự chỉnh lý yếu tố thủy văn: Quá trình chỉnh lý yếu tố thủy văn đợc thực lần lợt theo bớc sau: Sai Nhập tài liệu thực đo Kiểm tra hợp lý tài liệu nhập Chỉnh lý Kiểm tra tài liệu chỉnh lý Đã hợp lý? Đúng In kết chỉnh lý Nhập tài liệu thực đo Kiểm tra tài liệu thực đo chơng trình kiểm tra, vẽ trình thực đo, phát số liệu không hợp lý, sửa chữa (bằng chơng trình nhập) 208 http://www.ebook.edu.vn http://www.ebook.edu.vn ThUy vAn Temp ARC BKEDIT N H Q DATA R T SOURCE X K HGRAPH ARC N Hình 9-5 Cấu trúc th mục Hệ CLTLTV http://www.ebook.edu.vn 208 PROC H DATA1 Q R INTV T X K Chỉnh lý: Xác định quan hệ (nếu có) Chỉnh lý, tính toán, lần lợt thử điểm chia đờng quan hệ cho sai số đờng quan hệ nhỏ Kiểm tra hợp lý tài liệu qua chỉnh lý, chủ yếu vẽ đờng trình trung bình ngày biểu đồ Nếu phát sai sót, cần phân tích, đánh giá, sửa chữa, đồng thời bổ sung chất lợng tài liệu vào tệp mã chất lợng tài liệu Chỉnh lý tài liệu lần thứ (nếu có sửa chữa) Biên tập kết dới dạng đồ thị biểu, bảng theo quy định chỉnh lý tài liệu hành Các bớc thực chơng trình lặp lặp lại nhiều lần chỉnh lý cho trạm thực nội dung tơng ứng cho nhiều trạm liên tục IV Ví dụ bớc chỉnh lý tài liệu lu lợng nớc (vùng sông không ảnh hởng triều) đợc tiến hành nh sau: a=0,04965325 n=1,61; H0=6725cm =2,39% r=0,9999 Hình 9-6 Quan hệ Q = f(H) ổn định, Trạm: Quỳ Châu, Sông: Hiếu, Năm:1999 1- Nhập số liệu thực đo 2- Kiểm tra lu lợng nớc thực đo http://www.ebook.edu.vn 209 3- Xấp xỉ đờng quan hệ Q = f (H) - Hình (9-6) 4- Lập bảng khai toán lu lợng nớc (tính lu lợng nớc tức thời) 5- Tính lu lợng nớc bình quân ngày lu lợng nớc (trích lũ) 6- Tính lu lợng nớc trung bình ngày trích lũ khai toán thủ công trạm ổn định nhiều thời kỳ, trạm có đờng quan hệ Q=f(H) không hệ số (a, n, H0) trạm có đờng quan hệ Q=f(H) theo dạng vòng dây 7- In vẽ kết tính lu lợng nớc biểu, vẽ qui định 210 http://www.ebook.edu.vn Chơng X Chỉnh lý số liệu lu lợng bùn cát lơ lửng Đ10-1 Thu thập ti liệu có liên quan Kết thúc năm đo đạc, số liệu bùn cát lơ lửng trạm đo gồm có : I Số liệu đo bùn cát toàn mặt cắt ngang Khoảng trên, dới 30 lần đo, số lần đo phân bố chủ yếu mùa lũ Kết chi tiết lần đo bùn cát toàn mặt cắt gồm có : lu lợng bùn cát (R); lu lợng nớc đo đồng thời (Q); lợng ngậm cát bình quân mặt ngang ( mn ); lợng ngậm cát bình quân thủy trực đại biểu ( db ) Số liệu thực đo đợc thống kê theo dạng bảng (10-1) dới Bảng 10-1 Số liệu đo bùn cát lơ lửng toàn mặt cắt - Năm 2000 Trạm Khả Lã Sông Lục Nam Thứ tự lần đo Tháng V Ngày Giờ đo Q m3/s R (kg/s) mn db (g/m ) (g/m3) 3,66 74,7 70,6 247 50,3 204 213 17.00 1240 951 767 727 07.18 09.20 159 14,5 91,2 99,6 11 08.47 10.00 120 13,1 109 98,0 18 12.00 13.15 17,1 17,1 39,8 47,3 Bắt đầu Kết thúc 10 14h35 15h37 48,9 - 14 12.00 13.40 - 14 15.33 23 IX 26 24 X 25 X II Số liệu bùn cát đo hàng ngày thủy trực đại biểu Công việc đo bùn cát thủy trực đại biểu đợc thực vào sáng hàng ngày mùa lũ, mùa kiệt khoảng 3-5 ngày đo lần Nh năm có khoảng dới 300 trị số lợng ngậm cát bình quân thủy trực đại biểu đo hàng ngày ( db ) ngày http://www.ebook.edu.vn 211 III Tài liệu mực nớc, lu lợng bình quân ngày chỉnh lý Tài liệu kết chỉnh lý mực nớc lu lợng nớc chơng VII, VIII, IX Đ10-2 Nội dung v phơng pháp chỉnh lý lu lợng bùn cát lơ lửng I Nội dung chỉnh lý bùn cát lơ lửng Chỉnh lý bùn cát lơ lửng bao gồm nội dung sau : 1) Tình lu lợng bùn cát bình quân ngày (365 - 366 trị số) 2) Tính đặc trng bùn cát năm nh : Khối lợng bùn cát qua trạm đo năm (Wrnăm); lợng ngậm cát bình quân năm ( năm); lợng ngậm cát bình quân tháng ( tháng); lợng ngậm cát lớn nhất, nhỏ năm 3) Kiểm tra sai số tính toán tính hợp lý đặc trng 4) Tổng hợp số liệu, thuyết minh đánh giá chất lợng tài liệu II Trình tự chỉnh lý số liệu lu lợng bùn cát lơ lửng Vẽ quan hệ tơng quan mn ~ db Căn số liệu khoảng dới 30 lần đo thống kê theo dạng bảng (10-1) lập quan hệ tơng quan lợng ngậm cát bình quân mặt cắt với lợng ngậm cát bình quân thủy trực đại biểu tơng ứng Quan hệ hai yếu tố thể qua công thức : m / n = 1Q1 + Q + n Q n Q (10-1) Trong mn : lợng ngậm cát bình quân mặt cắt ngang , n : lợng ngậm cát bình quân thủy trực (trong có thủy trực chọn làm đại biểu) Q1, Q2 Qn lu lợng nớc phận mặt cắt ngang Q : Lu lợng nớc toàn mặt cắt ngang Theo (10-1) cho thấy quan hệ mn ~ db đồng biến, tuyến tính Khi db = có nghĩa , đồng thời không xấp xỉ không dẫn tới mn = Do đồ thị tơng quan mn ~ db qua gốc tọa độ 212 http://www.ebook.edu.vn Chú ý vẽ đờng trung bình nên dựa theo quy luật số đông, phân tích nguyên nhân điểm tơng quan có xu thiên lớn, thiên nhỏ cá biệt (điểm đột xuất) để xử lý thích hợp Đánh giá sai số tơng quan theo tiêu chuẩn sau : Nếu có 4/5 tổng số điểm tơng quan phân bố phạm vi sai số 15% so với đờng trung bình sử dụng đợc Tính lu lợng bùn cát bình quân ngày Dựa theo số liệu lợng ngậm cát thực đo hàng ngày thủy trực đại biểu ( dbngày ), thông qua phơng trình tơng quan mn ~ db tính đợc lợng ngậm cát mặt ngang bình quân ngày ( mnngày ) Lu lợng bùn cát bình quân ngày tính nh sau : R ngày = mnngày x Q ngày Trong R ngày - Lu lợng bùn cát bình quân ngày mnngày - lợng ngậm cát bình quân mặt cắt ngang bình quân ngày Q ngày - Lu lợng nớc bình quân ngày (đã chỉnh lý) Hình 10-1 Quan hệ mn ~ db Trong mùa kiệt có ngày không đo lợng ngậm cát thuỷ trực đại biểu tính bổ sung cho đủ số ngày năm phơng pháp nội suy tuyến tính, số liệu ngày đo trớc ngày đo sau gần Tính lu lợng bùn cát bình quân tháng, bình quân năm Lu lợng bùn cát bình quân tháng, năm tính theo trung bình cộng lu lợng bùn cát bình quân ngày tháng, năm http://www.ebook.edu.vn 213 28 31 R ngày R tháng = (10-2) Số ngày tháng 365 366 R ngày R năm = (10-3) Số ngày năm Tính đặc trng bùn cát tháng, năm a Khối lợng bùn cát lơ lửng qua trạm đo năm Wrnăm = R năm x Tnăm (103 tấn) (10-4) R năm tính theo kg/s g/s Tnăm - số đo thời gian năm tính giây b Lợng ngậm cát bình quân năm mnn ă m = R nă m Q nă m (10-5) Trong : mnn ă m - lợng ngậm cát mặt cắt ngang bình quân năm (g/m3 Kg/m3) R năm - lu lợng bùn cát bình quân năm (g/s Kg/s) Q năm - lu lợng nớc bình quân năm (m3/s) c.Lợng ngậm cát bình quân tháng mnthá ng = R th ng Q th ng (10-6) Với mnthá ng - lợng ngậm cát mặt cắt ngang bình quân tháng (g/m3 ; kg/m3) R tháng - lu lợng bùn cát bình quân tháng (g/s kg/s) Q tháng- lu lợng nớc bình quân tháng (m3/s) Kiểm tra sai số tính toán tính hợp lý trị số đặc trng Sai số tính toán thực phép tính trung gian, sai số đọc biểu đồ, sai số chép số liệu v.v 214 http://www.ebook.edu.vn Để phát sai số thờng vẽ đờng trình lu lợng bùn cát bình quân ngày R ngày ~ t đờng trình lu lợng nớc bình quân ngày Q ngày ~ t tỷ lệ thời gian để đối chiếu so sánh Theo quy luật chung hai đờng trình có xu thay đổi đồng dạng, điểm cực trị Rmax, Rmin, Qmax, Qmin tơng ứng Nếu xuất thay đổi không đồng dạng không tơng ứng cần kiểm tra phát nguyên nhân sửa sai có Xét tính hợp lý đặc trng khối lợng bùn cát Wnăm, sử dụng phơng trình cân bùn cát đoạn sông Wrvào Wrgiữa = Wrra (10-7) Trong : Wrvào : Khối lợng bùn cát chuyển vào đoạn sông qua trạm đo phía thợng lu (trong thời đoạn cần xét) Wrra - Khối lợng bùn cát chuyển đoạn sông qua trạm đo phía hạ lu (trong thời đọan cần xét) Wrgiữa - Khối lợng bùn cát tăng thêm (+) xói lở giảm bớt (-) bồi lắng đọan sông (trong thời đoạn xét cân bằng) sông suối bổ sung Thành phần Wrgiữa khó xác định, thông thờng nhận biết có tính chất định tính xói bồi Do Wrvào < Wrra đoạn sông có tợng xói lở Wrvào > Wrra đoạn sông có tợng bồi lắng Thời đoạn xét cân (tháng, năm, nhiều năm) Thông qua phơng trình cân bùn cát đoạn sông nhận xét tính hợp lý có tính chất định tính Tổng hợp số liệu thuyết minh đánh giá chất lợng tài liệu Qua bớc tính toán nêu có đợc số liệu gồm nhiều loại Trên sở số liệu đó, tiến hành chọn lọc, tổng hợp đặc trng theo dạng bảng (10-2) Trong trị số lợng ngậm cát lớn nhất, lợng ngậm cát nhỏ tháng đợc chọn từ trị số lớn nhất, nhỏ trung bình ngày tháng Cũng tơng tự công tác chỉnh lý yếu tố khác, số liệu đặc trng bùn cát đợc chép lu trữ ba quan có trách nhiệm quản lý - (Trạm đo, Đài khu vực Tổng cục) Kèm theo có thuyết minh nêu rõ vấn đề đo đạc, chỉnh lý có liên quan đến chất lợng số liệu http://www.ebook.edu.vn 215 Bảng 10-2 Số liệu đặc trng bùn cát lơ lửng năm Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Đặc trng Lợng ngậm cát bình quân g/m3 Lợng ngậm lớn g/m3 Ngày Lợng ngậm cát nhỏ g/m3 Ngày Đặc trng năm Khối lợng bùn cát năm (tấn) Lợng ngậm cát bình quân năm g/m3 Lợng ngậm cát lớn g/m3 Lợng ngậm cát nhỏ g/m3 Đ10-3 Một số biện pháp xử lý quan hệ mn ~ db không ổn định Sự phân bố bùn cát mặt cắt ngang không ổn định, phụ thuộc chủ yếu lu tốc thủy trực đổi hớng chảy dòng (chủ lu) từ dẫn tới dao động quan hệ mn ~ db , nhiều trờng hợp sai số tơng quan lớn không đạt yêu cầu sử dụng Do phải có biện pháp xử lý nhằm hạn chế sai số tạo điều kiện số liệu tính toán chấp nhận đợc I Dựng quan hệ mn ~ db thời đoạn Thông thờng quan hệ có phơng trình tơng quan dùng cho năm Tuy nhiên trờng hợp không ổn định, sử dụng phơng trình (một đờng trung bình) sai số lớn Có thể phân tích nguyên nhân dao động điểm tơng quan mà chia tách nhiều thời đoạn ổn định tạm thời, thời đoạn sử dụng phơng trình tơng quan mn ~ db khác Điều kiện chia tách nh sau : Các điểm tơng quan mn ~ db phân bố hình thành nhóm điểm thiên lớn thiên nhỏ theo thứ tự thời gian, chẳng hạn từ lần đo thứ tới lần đo 11 phân bố thiên nhỏ, từ lần đo 12 đến 29 phân bố thiên lớn (hoặc ngợc lại), sở lập hai phơng trình tơng quan riêng sử dụng cho hai thời đoạn năm II Thay mn = db Nếu điểm tơng quan phân bố không hình thành quy luật theo thời gian mà lại dao động lớn, chấp nhận đợc, trờng hợp coi mn = db sử dụng trực 216 http://www.ebook.edu.vn tiếp số liệu đo bùn cát hàng ngày bỏ qua công đoạn tính theo phơng trình tơng quan, có nghĩa mnngày = dbngày Các bớc thực nh mục II, Đ10-2 III Lập tơng quan lu lợng bùn cát ~ lu lợng nớc Trờng hợp sử dụng tơng quan mn ~ db nhng số liệu đo bùn cát hàng ngày không đầy đủ, xử lý theo cách thay thế, dựng tơng quan lu lợng bùn cát ~ lu lợng nớc (R ~ Q) Ta có R = Q (10-8) Qua công thức cho thấy lu lợng bùn cát (R) phụ thuộc lợng ngậm cát () lu lợng nớc (Q) Mặt khác lu lợng nớc lợng ngậm cát có quan hệ đồng biến, chẳng hạn = Q Với = số, thay vào (10-8) ta đợc R = Q2 (10-9) Theo (10-9) cho thấy quan hệ R ~ Q đồng biến, không tuyến tính Q = R = Căn số liệu đo bùn cát toàn mặt cắt dạng bảng (10-1) lập quan hệ tơng quan R ~ Q Từ số liệu Q ngày (đã chỉnh lý) thông qua quan hệ R ~ Q, tính đợc R ngày Các bớc tính tiếp sau thực nh mục II, Đ10-2 Cách xử lý đơn giản nhng vấn đề sai số tơng quan R ~ Q Nếu có 60% tổng số điểm tơng quan phân bố phạm vi sai số 15% so với đờng trung bình chấp nhận đợc./ http://www.ebook.edu.vn 217 Tài liệu tham khảo TT Tên tài liệu Tác giả Nhà xuất Năm xuất Đo đạc chỉnh biên tài liệu thủy văn vùng triều Bộ môn thủy văn chuyên nghiệp Trờng đại học Thủy lợi 1970 Quy phạm quan trắc mực nớc nhiệt độ nớc sông (94TCN1-88) Cục kỹ thuật điều tra Tổng cục Khí tợng Thủy văn (Tổng cục KTTV) 1988 Quy phạm quan trắc lu lợng nớc sông lớn sông vừa vùng sông không ảnh hởng triều (94TCN3-90) Cục kỹ thuật điều tra Tổng cục Khí tợng Thuỷ văn 1990 Quy phạm quan trắc lu lợng chất lơ lửng vùng sông không ảnh hởng triều (94TCN13-96) Cục mạng lới trang thiết bị kỹ thuật KTTV Tổng cục Khí tợng Thuỷ văn 1996 Quy phạm bảo quản, bảo dỡng phơng tiện công trình đo đạc thủy văn (94TCN.15-97) Cục mạng lới trang thiết bị kỹ thuật KTTV Tổng cục Khí tợng Thuỷ văn 1997 Quy phạm điều tra lũ vùng sông không ảnh hởng triều (94TCN16-99) Cục mạng lới trang thiết bị kỹ thuật KTTV Tổng cục Khí tợng Thuỷ văn 1999 Quy phạm quan trắc lu lợng nớc sông vùng ảnh hởng thuỷ triều (94TCN17-99) Cục mạng lới trang thiết bị kỹ thuật KTTV Tổng cục Khí tợng Thuỷ văn 1999 Hớng dẫn sử dụng máy đo mực nớc TĐN-324-M1 Đài KTTV khu vực đồng Bắc Bộ Đài KTTV khu vực ĐBBB 1995 Hớng dẫn đo lu lợng sông Công ty TNHH Hải máy ADCP Dơng (dịch) Công ty TNHH Hải Dơng 1999 10 Hớng dẫn sử dụng máy đo mực nớc LPN 8/2 Cục mạng lới TTBKT-KTTV Cục mạng lới TTBKT-KTTV 1999 11 Báo cáo tổng hợp kết đo thử nghiệm máy ADCP Cục mạng lới TTBKT-KTTV Cục mạng lới TTBKT-KTTV 2000 12 Hớng dẫn đo đạc chỉnh lý số Phan Đình Lợi liệu thủy văn Nguyễn Năng Minh Nhà xuất Nông nghiệp 1985 13 Giáo trình Động lực học dòng Nhà xuất 1981 218 Nhiều tác giả http://www.ebook.edu.vn TT Tên tài liệu Tác giả sông Nhà xuất Năm xuất Nông nghiệp 14 Nhận xét máy đo bùn cát di đẩy Helley Smith Phạm Văn Sơn Tập san KTTV 1995 15 Hớng dẫn sử dụng hệ chơng trình chỉnh lý tài liệu thủy văn máy vi tính, lần thứ Trung tâm t liệu KTTV Trung tâm t liệu KTTV 2000 16 Acoustic Doppler Current Profilers - Principles of Operation: A Practical Primer R.Lee Gordon RD Instrument, USA 1996 17 SonTek ADPTM Acoustic Doppler Profiler Technical Documentation SonTek, Inc SonTek, USA 2000 18 Bathy-1500, Survey Echo Sounder Ocean data Equipment Corporation Ocean data Equipment Co USA 2000 19 LISST-25 : Constant Calibration Suspended Sediment Sensor SEQUOIA Scientific, Inc SEQUOIA Scientific, Inc, USA 2001 http://www.ebook.edu.vn 219 [...]... III II Đo lợng ma Việc đo lợng ma ở trạm thuỷ văn cũng đợc coi trọng nh ở trạm khí tợng Chế độ đo ma thờng do cơ quan quản lý quy định, nói chung có thể đo ma theo thời đo n cố định, đo ma theo ngày hoặc đo ma theo trận ma Dụng cụ đo ma thông thờng là thùng đo ma, máy tự ghi lợng ma (tham khảo tài liệu hớng dẫn đo các yếu tố khí tợng) III Quan sát các yếu tố khác Việc quan sát, ghi chép đo đạc các... độ các tiêu hoặc tọa độ điểm đặt máy đo góc Để hiểu rõ hơn về việc đo địa hình lòng sông xin xem thêm giáo trình đo đạc phổ thông Nội dung chủ yếu của chơng trình này chỉ đề cập tới các phơng pháp đo sâu để phục vụ cho việc khảo sát chọn vị trí đặt trạm, cung cấp độ sâu cho đo đạc và tính toán số liệu ở các trạm thuỷ văn Đ 3-2 Dụng cụ v máy móc đo sâu I- Dụng cụ đo sâu từng điểm 1 Thớc sắt và sào Thớc... 5% (cùng cấp mực nớc) thì cần bố trí đo sâu Về mùa kiệt cứ 2-3 tháng đo sâu 1 lần Riêng khi đo chi tiết thì mỗi lần đo lu lợng đều đồng thời đo sâu Đ 3-4 Các phơng pháp đo sâu I- Đo sâu theo mặt cắt ngang Số liệu đo sâu theo mặt cắt ngang đợc sử dụng để tính các yếu tố lu lợng, bùn cát, lập bình đồ đo n sông 1 Chọn vị trí mặt cắt ngang Số lợng mặt cắt và số điểm đo trên mỗi mặt cắt quyết định bởi yêu... TĐN-324-M1.04 (Nguồn) Hình 2-6 Sơ đồ cấu tạo máy đo mực nớc TĐN-324-M1 b) Nguyên lý hoạt động của máy Đầu đo hoạt động theo các chế độ đo trực tiếp hoặc đo theo chế độ định trớc (theo chu kỳ đợc cài đặt sẵn) Đầu đo gồm quả dọi có gắn đầu nhận nớc treo trên một sợi dây (thớc chuẩn) Khi cần đo đầu đo, nhận lệnh từ khối 02, quả dọi sẽ đợc thả xuống từ vị trí đặt đầu đo (có cao trình xác định) xuống mặt nớc trong giếng... dụng: Trong đo đạc thuỷ văn độ sâu dùng để tính diện tích mặt cắt ớt, từ đó tính lu lợng nớc, lu lợng bùn cát và các đặc trng khác có liên quan tới chiều sâu dòng chảy Từ độ sâu ứng với mực nớc tính toán có thể xác định đợc cao trình đáy sông tại các điểm đo sâu, từ đó có thể có đợc mặt cắt ngang, mặt cắt dọc, lập bình đồ đo n sông Việc đo địa hình lòng sông phần dới nớc đợc gắn với phần đo đạc trên cạn... với các trạm đo bằng máy tự ghi cần có chế độ đo kiểm tra để hiệu chỉnh số liệu Các chế độ đo kiểm tra có thể ngày đo 1 lần, 2 lần hoặc 4 lần tuỳ theo chất lợng tài liệu thu đợc của máy tự ghi Đ2-3 Đo v tính toán mực nớc I Đo mực nớc bằng cọc và thuỷ chí Nguyên tắc chung của đo mực nuớc bằng các loại công trình cọc, thuỷ chí là xác định khoảng cách từ mực nớc tới đầu cọc hoăc điểm 0 của thủy chí; khi... Trung Sau Đ 3-3 Chế độ đo sâu Việc quy định chế độ đo sâu tuỳ thuộc vào tình hình thay đổi của lòng sông, yêu cầu phục vụ của tài liệu và sai số cho phép trong đo đạc Nói chung đo càng dày thì càng phản ánh chính xác sự thay đổi của lòng sông nhng tốn kém Do vậy cần căn cứ vào yêu cầu và mục đích sử dụng mà quy định chế độ đo sâu sao cho đảm bảo yêu cầu với số lần đo đạc ít nhất - Đo sâu để phục vụ cho... lập bình đồ đo n sông, nghiên cứu sự diễn biến dòng sông thì trong một năm có thể chỉ đo đạc một số lần vào những thời kỳ lòng sông có bồi, xói lớn (trớc và sau mùa lũ) - Khi đo sâu phục vụ cho việc lập qui hoạch hoặc thiết kế công trình trên sông thì chế độ đo tuỳ thuộc yêu cầu mà định cho phù hợp - Việc đo sâu để tính lu lợng nớc và lu lợng bùn cát tại các trạm thuỷ văn thì yêu cầu số lần đo nhiều hơn... nơi có cỏ 26 http://www.ebook.edu.vn hoặc rong rêu, gần nguồn nớc ngầm, nớc bẩn hay nớc nóng lạnh do khu công nghiệp thải ra Để thuận tiện cho đo đạc, vị trí đo nhiệt độ nớc cần đặt gần vị trí công trình đo mực nớc III Đo nhiệt độ nớc 1 Cách đo đạc Trớc giờ đo qui định khoảng 5 phút nhiệt kế phải đợc ngâm thẳng đứng xuống dới mặt nớc ít nhất 0,5m, không để nhiệt kế chạm đáy sông hoặc các vật khác Sau... thị Chế độ đo đạc, yếu tố cần đo đạc đợc cài đặt theo yêu cầu của ngời sử dụng và sau đó máy sẽ thực hiện hoàn toàn tự động trong một khoảng thời gian nhất định - Nguồn năng lợng : Có thể dùng ắc quy 11 ữ14V DC hoặc nguồn điện lới 220V AC 610 % c) Tính năng và phạm vi ứng dụng của máy : - Các yếu tố đo đạc : Đo mực nớc: Tuỳ theo các loại máy thiết kế khác nhau mà biên độ mực nớc có thể đo đợc khác ... thể đo n sông, vào yêu cầu đo n sông đặt trạm nhiệm vụ trạm đo để chọn tuyến đo đạc + Khảo sát khu vực dự kiến xây dựng công trình đo đạc nh : Xây dựng công trình đo mực nớc, xây dựng công trình. .. thuỷ văn hệ cao độ Quốc gia Mực nớc kí hiệu H (hoặc Z) đơn vị dùng cm (hoặc m) Đ2-1 Công trình đo mực nớc v máy đo mực nớc Công trình đo mực nớc máy móc đo mực nớc bao gồm loại công trình đo mực... cho kết đo đạc Hình 1-6 Tuyến đo độ dốc c Tuyến đo phao : Trong trờng hợp không cho phép đo lu tốc máy yêu cầu tài liệu có độ xác không cao dùng phao để đo lu tốc Để đo lu tốc phao, đo n sông