nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủ thực vật lên các đặc trưng dòng chảy lưu vực sông cầu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ-ĐHQGHN ******* KHOA CƠ HỌC KỸ THUẬT BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Tên đề tài : nghiên cứu ảnh hưởng lớp phủ thực vật lên đặc trưng dòng chảy lưu vực sông Cầu Giảng viên hướng dẫn : Ts Hà Ngọc Hiến (Viện khoa học công nghệ Việt Nam) Sinh viên thực hiện: Lương Viết Liên Lớp Khoá : : K52H 2007-2011 MỤC LỤC I Mở Đầu Nước ta có mạng lưới sông ngòi dày đặc Nó có vai trò tầm quan trọng to lớn đời sống người Nó phục vụ mang lại nhiều giá trị kinh tế to lớn cho người Con người sử dụng nước sông cho nhu cầu nước uống nước tưới, sản xuất điện, làm chất thải(xử lý nước thải), giao thông thủy, kiếm thức ăn, cung cấp nước cho nông nghiệp, khai thác nuôi trồng thủy - hải sản, phục vụ cho giao thông liên lạc, dịch vụ, du lịch… Hơn Sông ngòi môi trường sống cho tất loài động thực vật nước Sông ngòi bổ sung cho tầng ngậm nước ngầm mặt đất qua lòng sông, tất nhiên Đại Dương Song song với giá trị to lớn không nhắc tới tác hại nguy hiểm chúng gây sống Đó lũ lụt,là thiên tai, hạn hán … hàng năm gây thiệt hại lớn tới người, tài sản môi trường… Có nhiều nguyên nhân gây tình trạng như: tình trạng chặt phá Rừng, khai thác khoáng sản cách bừa bãi gây cân hệ sinh thái Các nguồn nước thải nguy hiểm độc hại nhà máy, xí nghiệp Một yếu tố gây ảnh hưởng lớn tới dòng chảy lớp phủ thực vật lưu vực sông Rừng có vai trò quan trọng việc giữ đất nước, phổi tự nhiên người Việc khai thác rừng bừa bãi làm tăng mức độ xói mòn bề mặt gia tăng lượng lũ, giảm lượng dòng chảy kiệt, gây ảnh hưởng không nhỏ đến sản xuất nông nghiệp Chặt phá trụi lớp phủ thực vật tự nhiên, thay vào đốt nương làm rãy đất dốc, hình thức “tiêu diệt môi trường hệ sinh thái tự nhiên” cách nhanh chóng Khi người phá hủy thảm thực vật, hay thay kiểu thảm phủ với cấu trúc đơn giản cân tầng dày đất thảm bị phá vỡ Tầng đất bắt đầu bị phá hủy tác động trực tiếp mưa, gió, dòng chảy mặt Đầu tiên, lớp mùn tầng đất giầu dinh dưỡng, xốp bở nhanh chóng bị rửa trôi Sau tầng đất phía với tốc độ chậm Đồ án sử dụng mô hình thủy văn HEC-HMS nghiên cứu ảnh hưởng thay đổi thảm phủ đến dòng chảy hệ thống sông Cầu phần thượng du gồm tỉnh Thái Nguyên Bắc Kạn dựa kịch khí hậu Viện KH KTTV MT Mục tiêu báo cáo đánh giá ảnh hưởng lớp phủ thực vật lên đặc trưng dòng chảy lưu vực sông Cầu Ngoài phần mở đầu kết luận, báo cáo gồm có nội dung sau: Chương I Cơ sở lý thuyết mô hình HEC-HMS Chương II Tổng quan lưu vực sông Cầu Chương III Xây dựng mô hình Thủy Văn HEC-HMS cho phần thượng du lưu vực sông Cầu Chương IV Nghiên cứu ảnh hưởng thảm phủ thực vật đến dòng chảy CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH HEC – HMS 1.1 Giới Thiệu Mô Hình HEC-HMS 1.1.1 Giới thiệu Mô hình HEC sản phẩm tập thể kỹ sư thuỷ văn thuộc quân đội Hoa Kỳ HEC-1 góp phần quan trọng việc tính toán dòng chảy lũ sông nhỏ trạm đo lưu lượng Tính thời điểm này, có không đề tài nghiên cứu khả ứng dụng thực tế Tuy nhiên, HEC-1 viết từ năm 1968, chạy môi trường DOS, số liệu nhập không thuận tiện, kết in khó theo dõi Hơn nữa, người không hiểu sâu chương trình kiểu Format thường lúng túng việc truy xuất kết mô hình không muốn làm thủ công Do vậy, HEC-HMS giải pháp, viết để “chạy” môi trường Windows, hệ điều hành quen thuộc với người Phiên HECHMS version 2.0, phiên HEC- HMS version 3.4 1.1.2 Mô thành phần lưu vực Các đặc trưng vật lý khu vực sông miêu tả mô hình lưu vực Các yếu tố thủy văn như: lưu vực phận, đoạn sông, hợp lưu, phân lưu, hồ chứa, nguồn, hồ, đầm gắn kết hệ thống mạng lưới để tính toán trình dòng chảy Các trình tính toán thượng lưu đến hạ lưu Mưa Mưa yếu tố đầu vào trình mưa - dòng chảy Số liệu mưa để đưa vào mô hình lấy từ trạm đo mưa lưu vực, từ số liệu rađa tính toán thu phóng theo trận mưa khứ Mô hình HEC-HMS tính mưa trung bình lưu vực theo cách; phương pháp trung bình số học, phương pháp đa giác Thiessen, phương pháp đường đẳng trị Tổn thất Tập hợp phương pháp khác có sẵn mô hình để tính toán tổn thất Có thể lựa chọn phương pháp tính toán tổn thất số phương pháp Phương pháp tính thấm theo hai giai đoạn - thấm ban đầu thấm số (Initial and Constant), thấm theo số đường cong thấm quan bảo vệ đất Hoa Kỳ(SCS Curve Number) thấm theo hàm Green and Ampt Phương pháp tính độ ẩm đất bao gồm lớp áp dụng cho mô hình mô trình thấm phức tạp bao gồm bốc Chuyển đôi dòng chảy Có nhiều phương pháp để chuyển lượng mưa hiệu thành dòng chảy bề mặt lưu vực Các phương pháp đường đơn vị bao gồm: đường đơn vị tổng hợp Clack, Snyder đường đơn vị không thứ nguyên quan bảo vệ đất Hoa Kỳ Ngoài phương pháp tung độ đường đơn vị xác định người sử dụng dùng Phương pháp Clark sửa đổi (Mod Clark) phương pháp đường đơn vị không phân bố tuyến tính dùng với lưới mưa, mô hình bao gồm phương pháp sóng động học Diễn toán kênh hở Một số phương pháp diễn toán thủy văn bao gồm để tính toán dòng chảy kênh hở Diễn toán mà không tính đến suy giảm mô phương pháp trễ Mô hình bao gồm phương pháp diễn toán truyền thống Muskingum Phương pháp Puls sửa đổi dùng để mô đoạn sông chuỗi thác nước, bể chứa với quan hệ lượng trữ - dòng chảy xác định người sử dụng Các kênh có mặt cắt ngang hình thang, hình chữ nhật, hình tam giác hay hình cong mô với phương pháp sóng động học hay Muskingum- Cunge Các kênh có diện tích bãi mô với phương pháp Muskingum- Cunge phương pháp mặt cắt ngang điểm 1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HEC-HMS Mô hình HEC-HMS sử dụng để mô trình mưa dòng chảy xảy lưu vực cụ thể Ta biểu thị mô hình sơ đồ sau: tổn thất(P) Đường lũ đơn vị Mưa(X) >Dòng chảy(Y) ->Đường trình lũ(Q : t) Y=X-P Qp Ta hình dung chất hình thành dòng chảy trận lũ sau: Khi mưa bắt đầu rơi thời điểm ti đó, dòng chảy mặt chưa hình thành, lượng mưa ban đầu tập trung cho việc làm ướt bề mặt thấm Khi cường độ mưa vượt cường độ thấm (mưa hiệu quả) bề mặt bắt đầu hình thành dòng chảy, chảy tràn bề mặt lưu vực, sau tập trung vào mạng lưới sông suối Sau đổ vào sông, dòng chảy chuyển động hạ lưu, trình chuyển động dòng chảy bị biến dạng ảnh hưởng đặc điểm hình thái độ nhám lòng sông 1.2.1 Mưa Mưa sử dụng đầu vào cho trình tính toán dòng chảy lưu vực Mô hình HEC- HMS mô hình thông số tập trung, lưu vực có trạm đo mưa đại diện Lượng mưa xem mưa bình quân lưu vực (phân bố đồng toàn lưu vực) Dù mưa tính theo cách tạo nên biểu đồ mưa hình 2.1 Biểu đồ mưa biểu thị chiều sâu lớp nước trung bình thời đoạn tính toán Phương pháp tính lượng mưa trung bình diện tích tính toán gồm có: phương pháp trung bình số học phương pháp trung bình có trọng số; phương pháp sau chia ra: phương pháp đa giác Thiessen, phương pháp đường đẳng trị mưa * Mưa tính theo phương pháp trung bình số học: Lớp nước mưa trung bình lưu vực giá trị trung bình số học lượng mưa trạm đo mưa nằm lưu vực n X ∑ X (i) = i =1 (1.1) n Trong đó: Xi: luọng mưa đo dược trạm thứ i N: số trạm đo mưa lưu vực 1.2.2 Tổn thất Nước mưa điền trũng thấm gọi lượng tổn thất mô hình HECHMS Lượng điền trũng thấm biểu thị lượng trữ nước bề mặt hay cỏ, lượng tích đọng cục bề mặt đất, vết nứt, kẽ hở mặt đất nước không tự di chuyển dòng chảy mặt đất Thấm biểu thị di chuyển nước xuống vùng nằm bề mặt đất Mô hình HEC-HMS có phương pháp dùng để tính toán tổn thất Dùng phương pháp ta tính lượng tổn thất trung bình thời đoạn tính toán Một hệ số không thấm tính theo phần trăm sử dụng với phương pháp để bảo đảm phần diện tích không thấm 100% mưa sinh dòng chảy 1.2.2.1 Phương pháp tốc độ thấm ban đầu thấm ổn định ( intial and constant Rate ) Khái niệm phương pháp là: Tỷ lệ tiềm lớn tổn thất mưa fc, không đổi suốt trận mưa Do vậy, pt lượng mưa khoảng thời gian từ t đến t+ ∆t lượng mưa hiệu pet thời đoạn cho bởi: Pet = pt – fc pt > fc (1.2) Pet = pt < fc (1.3) Quá trình thấm cường độ thấm Ia đó, sau giảm dần đạt tới giá trị không đổi fc Tổn thất ban đầu thêm vào mô hình để biểu thị hệ số trữ nước lưu vực Hệ số trữ kết giữ nước thảm phủ thực vật lưu vực, nước trữ chỗ lõm bị thấm hay bốc gọi tổn thất điền trũng Tổn thất xảy trước hình thành dòng chảy lưu vực Khi lượng mưa rơi lưu vực chưa vượt lượng tổn thất ban đầu chưa sinh dòng chảy Lượng mưa hiệu tính theo công thức: 24500 − 254*CN < Ia CN Pet = S= Pet = pt – fc ∑ pi > Ia pt > fc Pet = ∑ pi > Ia pt < fc (1.4) (1.5) (1.6) Những thông số phương pháp biểu thị đặc trưng vật lý lớp đất lưu vực, điều kiện ẩm kỳ trước Nếu lưu vực điều kiện bão hòa ẩm, tổn thất ban đầu tiến dần tới Nếu lưu vực khô hạn, tổn thất ban đầu lớn biểu thị lớp nước mưa lớn rơi lưu vực không sinh dòng chảy, điều phụ thuộc vào địa hình lưu vực, việc sử dụng đất, loại đất việc xử lý đất 1.2.2.2 phương pháp SCS Curve Number (chỉ số CN) Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ (1972) phát triển phương pháp để tính tổn thất dòng chảy từ mưa gọi phương pháp SCS Phương pháp phụ thuộc vào lượng mưa tích lũy, độ che phủ đất, sử dụng đất độ ẩm kỳ trước, sử dụng theo công thức: ( p − I a )2 pe = p − Ia + s (1.7) Trong : Pe : lượng mưa tích lũy hiệu P : lớp nước mưa Ia : lượng tổn thất ban đầu S : khả giữ nước lớn lưu vực Đó phương trình phương pháp SCS để tính độ sâu mưa hiệu dụng hay dòng chảy trực tiếp từ trận mưa Qua nghiên cứu kết thực nghiệm nhiều lưu vực nhỏ, Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ xây dựng quan hệ kinh nghiệm: Ia = 0,2*S Do : ( p − 0, 2S) pe = p + 0,8S (1.8) Lập đồ thị quan hệ P Pe số liệu nhiều lưu vực, người ta tìm họ đường cong Để tiêu chuẩn hoá đường cong này, người ta sử dụng số liệu đường cong CN làm thông số Đó số không thứ nguyên, lấy giá trị khoảng (0 - 100) Đối với bề mặt không thấm nước mặt nước, CN = 100; bề mặt tự nhiên, CN < 100 Khả nước lớn lưu vực (S) đặc tính lưu vực có quan hệ với thông qua tham số số hiệu đường cong CN: 10 Với : CW =1.22 chiều rộng 75% CW =2.14 chiều rộng 50% Người ta thường phân bố 1/3 chiều rộng trước thời gian xuất đỉnh 2/3 chiều rộngcòn lại cho sau thời gian 1.2.4 Tính toán dòng chảy ngầm Dòng chảy sông bao gồm hai thành phần: dòng chảy mặt nước mưa cung cấp, dòng chảy ngầm nguồn nước ngầm cung cấp Dòng chảy ngầm không đo đạc trực tiếp mà tính theo suy đoán hợp lý Mô hình HEC-HMS cung cấp phương pháp tính dòng chảy ngầm: 1.2.4.1 phương pháp cắt nước ngầm Có nhiều phương pháp khác để tách dòng chảy trực tiếp dòng chảy ngầm như: phương pháp đường thẳng, phương pháp chiều dài đáy cố định phương pháp độ dốc biến đổi * Cắt nước ngầm theo đường thẳng nằm ngang: phương pháp này, ta cần vẽ đường thẳng nằm ngang từ điểm bắt đầu dòng chảy mặt đến giao điểm với nhánh nước hạ đường trình lưu lượng Theo phương pháp này, lưu lượng nước ngầm số lưu lượng thực đo chân đường lũ lên * Phương pháp đáy cố định: cho dòng chảy mặt kết thúc sau xuất đỉnh khoảng thời gian N (N coi ngưỡng dòng chảy ngầm) Từ điểm bắt đầu dòng chảy mặt, ta kéo dài đường trình dòng ngầm phía trước gặp đường thẳng đứng đỉnh lũ Sau đó, dùng đoạn thẳng nối giao điểm 18 với điểm nhánh nước hạ cách đỉnh khoảng thời gian N (N = F0.2, F diện tích lưu vực) Công thức tính: Q = Q0 k t (2.28) Trong : Q0 lưu lượng điểm chân lũ lên Q0 k hệ số kinh nghiệm t thời gian tính từ chân lũ tới điểm có lưu lượng Q tính toán 1.2.4.2 phương pháp dòng chảy ngầm ổn định theo tháng(Constant Monthly) Phương pháp sử dụng dòng chảy ngầm ổn định tháng cụ thể tất bước thời gian tính toán Dòng chảy mặt tính phương pháp đường đơn vị cộng thêm với dòng chảy ngầm để tạo thành dòng chảy tổng cộng cửa 1.2.4.3 Phương pháp hôg chứa tuyến tính (Linear Reservoir) Phương pháp hồ chứa tuyến tính, tính toán dòng chảy từ tầng ngầm dùng với phương pháp tổn thất tính toán độ ẩm đất Lượng nước có tầng ngầm chuyển thành dòng chảy qua chuỗi hồ chứa tuyến tính Các thông số yêu cầu là: hệ số lượng trữ số hồ chứa Dòng chảy từ hồ chứa cuối chuỗi hồ chứa tầng ngầm dòng chảy ngầm tầng Dòng chảy ngầm tổng cộng tổng dòng chảy hai tầng ngầm 1.2.5 Diễn toán dòng chảy Diễn toán lũ dùng để tính toán di chuyển sóng lũ qua đoạn sông hồ chứa Hầu hết phương pháp diễn toán lũ có HEC-HMS dựa phương trình 19 liên tục quan hệ lưu lượng lượng trữ Những phương pháp Muskingum, Muskingum- Cunge, Puls cải tiến (Modified Puls), sóng động học (Kinematic Wave) Lag Trong tất phương pháp trình diễn toán tiến hành nhánh sông độc lập từ thượng lưu xuống hạ lưu, ảnh hưởng nước vật đường mặt nước nước nhảy hay sóng không xem xét 1.2.5.1 Phương pháp diễn toán sóng động học (Kinematic Wave) Khi giải phương trình sóng động học giả thiết độ dốc đáy kênh độ dốc mặt nước ảnh hưởng gia tốc trọng trường không đáng kể (các thông số theo đơn vị mét chuyển thành đơn vị Anh để sử dụng phương trình) Mô hình sóng động học xác định hai phương trình sau: Phương trình động luọng đơn giản thành: St = S T I avg − Qavg = (2.29) ∆S rong đó: St độ dốc ma sát S0 độ dốc đáy kênh Vì ∆t vậy, lưu lượng điểm kênh tính theo công thức Maning: Q= 1.49 1/2 2/3 S0 R (hệ đơn vị Anh) n (2.30) Với: Q lưu lượng dòng chảy, S0 độ dốc đáy kênh, R bán kính thủy lực, A diện tích mặt cắt ướt, n hệ số nhám Manning Phương trình (2.30) đơn giản 20 thành: Q = α Am (2.31) Trong đó: α m liên quan tới chế độ dòng chảy độ nhám bề mặt Phương trình động lượng đơn giản thành quan hệ diện tích lưu lượng, chuyển động sóng lũ mô tả phương trình liên tục: ∂A ∂Q + =q ∂t ∂x (2.32) Điều kiện ban đầu vùng dòng chảy tràn mặt đất khô lưu lượng gia nhập đường biên vùng Điều kiện ban đầu điều kiện biên cho diễn toán sóng động học kênh xác định dựa đường trình thượng lưu 1.2.5.2 Phương pháp diễn toán Muskingum Phương pháp Muskingum phương pháp diễn toán lũ dùng phổ biến để điều khiển quan hệ động lượng trữ lưu lượng Phương pháp mô hình hoá lượng trữ lũ lòng sông tổ hợp hai loại dung tích, dung tích hình nêm dung tích lăng trụ Giả thiết rằng, diện tích mặt cắt ngang dòng lũ tỷ lệ thuận với lưu lượng qua mặt cắt đó, thể tích lượng trữ lăng trụ KQ, K hệ số tỷ lệ Thể tích lượng trữ hình nêm KX(I - Q), X trọng số có giá trị nằm khoảng 0≤ X≤ 0.5 Do đó, tổng lượng trữ tổng hai lượng trữ thành phần: S = KQ + KX(I - Q) 21 (2.33) Phương trình lượng trữ phương pháp Muskingum viết dạng: S = K[XI + (1-X)Q] (2.34) Phương trình tiêu biểu cho mô hình tuyến tính để diễn toán dòng chảy dòng sông Giá trị X phụ thuộc vào hình dạng dung tích hình nêm mô hình hoá Giá trị X thay đổi từ loại dung tích kiểu hồ chứa, đến 0.5 dung tích hình nêm đầy Khi X = 0, dung tích hình nêm không tồn nước vật Đó trường hợp hồ chứa có mặt nước nằm ngang Trong trường hợp này, phương trình (2.36) dẫn đến mô hình hồ chứa tuyến tính, S = KQ Trong sông thiên nhiên, X lấy giá trị 0.3 với giá trị trung bình gần với 0.2 Việc xác định X với độ xác cao không cần thiết, kết tính toán phương pháp tương đối nhạy cảm với giá trị X Tham số K thời gian chảy truyền sóng lũ qua đoạn lòng dẫn Để xác định giá trị K X sở đặc tính lòng dẫn lưu lượng, ta sử dụng phương pháp gọi Muskingum- Cunge Trong diễn toán lũ, giá trị K X giả thiết biết không đổi toàn phạm vi thay đổi dòng chảy Các giá trị lượng trữ thời điểm j j+1 theo (2.34) viết : S j = K [ XI j + (1 − X )Q j ] (2.35) S j +1 = K [ XI j +1 + (1 − X )Q j +1 ] (2.36) Sử dụng phương trình (2.35) (2.36), ta tính số gia lượng trữ khoảng thời gian∆ t : 22 S j +1 − S j = K {[XI j +1 +(1-X)Q j +1 ]-[XI j +(1-X)Q j ]} (2.37) Số gia lượng trữ biểu thị phương trình: S j +1 − S j = I j + I j +1 Vt − Q j + Q j +1 Vt (2.38) Kết hợp (2.37) , (2.38) sau rút gọn ta thu được: Q j +1 = C1 I j +1 + C2 I j + C3Q j (2.39) Đó phương trình diễn toán phương pháp Muskingum, Lưu ý : C1 = ∆t − KX K (1 − X ) + ∆t (2.40) C2 = ∆ t + KX K (1 − X ) + ∆t (2.41) C3 = K (1 − X ) − ∆t K (1 − X ) + ∆t (2.42) C1+C2 +C3 = Ta xác định K X đoạn sông xét có sẵn đường trình lưu lượng thực đo dòng vào dòng Giả thiết nhiều giá trị khác X sử dụng giá trị biết đường trình lưu lượng, ta tính giá trị liên tiếp tử số mẫu số biểu thức K suy từ (2.39) (2.40) 23 K= 0.5∆t[(I j +1 +I j )-(Q j +1 +Q j )] X ( I j +1 − I j ) + (1 − X )(Q j +1 − Q j ) (2.43) 1.2.5.3 Phương pháp diễn toán Lag Đây phương pháp diễn toán lũ đơn giản mô hình HEC- HMS Phương pháp quan niệm rằng: lũ thượng lưu truyền nguyên vẹn hạ lưu sau khoảng thời gian trễ Dòng chảy không bị suy yếu hình dạng không bị thay đổi trình chảy truyền Đường trình lũ trạm tính theo biểu thức sau:  I t t < lag  Qtmain = I t − Qtbypass Qt =    I t −lag t ≥ lag  (2.44) Trong đó: Qt I t tung độ đường trình dòng chảy trạm thời gian t I t tung độ đường trình dòng chảy trạm thời gian t lag thời gian trễ Phương pháp dạng đặc biệt phương pháp khác, kết giống phương pháp khác ta chọn lựa thông số phương pháp cẩn thận Ví dụ: phương pháp Muskingum, ta chọn X= 0.5 K=∆t đường trình dòng chảy tính toán trạm trạm với thời gian trễ K Từ đường trình thực đo, ta ước lượng thời gian trễ khoảng thời gian nằm hai đỉnh đường trình lưu lượng trạm trạm biểu đồ 24 1.2.5.4 Diễn toán hồ chứa Diễn toán hồ chứa mô hình HEC-HMS sử dụng phương trình lượng trữ: I avg − Qavg = ∆S ∆t (2.45) Trong đó: I avg : lưu lượng chảy vào trung bình khoảng thời gian tính toán Qavg : lưu lượng chảy trung bình khoảng thời gian tính toán ∆S: thay đổi lượng trữ Với phép xấp xỉ gần đúng, phương trình (2.45) viết sau: I t − I t +1 Qt − Qt +1 St +1 − St − = 2 ∆t (2.46) Với t số thời gian tính toán, I t I t +1 lưu lượng dòng vào đầu cuối thời đoạn tính toán Qt Qt +1 lưu lượng dòng đầu cuối thời đoạn tính toán St St +1 giá trị lượng trữ tương ứng Công thức 2.63 biến đổi sau:  2St +1   2St   ∆t + Qt +1 ÷ = ( I t + I t +1 ) +  ∆t − Qt ÷     (2.47) Tất số hạng vế phải phương trình 2.64 biết; I t I t +1 tung độ trình dòng chảy vào, tính toán từ mô hình mưa dòng 25 chảy Qt St giá trị thời điểm đầu, t = 0, giá trị điều kiện ban đầu, bước thời gian sau tính từ giá trị bước thời gian trước Như  2St +1  + Qt +1 ÷cos thể tính toán công thức (2.47)  ∆t  vậy, số hạng  1.2.5.5 diễn toán điểm rẽ nhánh Phương pháp diễn toán điểm rẽ nhánh giống chia nhánh sông sử dụng mô hình đơn giản tức sử dụng công thức liên tục: Qtmain = I t − Qtbypass (2.48) CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG CẦU 2.1 Vị trí địa lý sông Cầu Sông Cầu bắt nguồn từ vùng núi Phia-Đeng cao 1527m sườn Đông Nam dãy Pia-bi-óc vùng núi cao tỉnh Bắc Kạn Dòng sông Cầu có hướng chảy Bắc – Nam từ Bắc Kạn Thái Nguyên sau đổi hướng Tây Bắc – Đông Nam, dòng sông chảy qua Chợ Đồn,Chợ Mới, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh đổ vào sông Thái Bình Phả Lại – Hải Dương Lưu vực sông Cầu nằm tọa độ từ 21 ° 07’ đến 22 ° 18’ đến 106 ° 08’ kinh độ đông có diện tích 6.030 km2 Lưu vực bao gồm toàn phần lãnh thổ tỉnh Bắc Kạn, Thái Ngyuên, Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc Hà Nội Lưu vực 26 sông Cầu giới hạn bởi: Cánh cung sông Gâm phía tây, cánh cung Ngân Sơn phía đông, phía bắc giới hạn dãy núi cao 1000m, phía nam giáp với Hải Dương Hà Nội 2.2 Đặc điểm địa hình lưu vực sông Cầu Lưu vực sông Cầu thượng lưu phần Bắc, Tây Bắc Đông có đỉnh núi cao 1000m che chắn, nên thuận lợi cho việc đón gió mùa Đông Nam, sườn núi phía Tây lưu vực dãy Tam Đảo tạo vùng mưa lớn lưu vực Địa hình lưu vực sông Cầu đa dạng phức tạp mang đặc trưng ba dạng địa hình miền núi, trung du đồng Nhìn chung toàn lưu vực có hướng dốc từ Bắc xuống Nam từ Đông Bắc sang Tây Nam Có thể chia lưu vực thành hai dạng địa hình: a) Địa hình miền núi giới hạn dãy núi Tam Đảo, vùng thượng nguồn sông Cầu Đây vùng có địa hình phức tạp bị chia cắt đồi núi, khe lạch tạo thành thung lũng hẹp nên có cánh đồng canh tác lớn b) Địa hình vùng trung du đồng giới hạn từ chân dãy núi Tam Đảo dãy núi thượng nguòn sông Cầu, chạy qua Phổ Yên vòng lên Vĩnh Lạc xuống giáp sông Hồng sông Đuống Cao độ ruộng đất trung bình từ +10,0 ÷ +20,0m ven chân núi, giảm dần xuống +2,0 ÷ +3.0m ven sông Hồng, tập chung thành vùng ruộng đất canh tác lớn phẳng, nhiên xét cụ thể cho khu vực cao độ thường cao, thấp không 2.3 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng lưu vực sông Cầu 2.3.1 Đặc điểm địa chất 27 Lưu vực sông Cầu có dạng địa chất gồm: a) Vùng trung du đồng thuộc hệ đệ tứ bồn tích,trầm tích sỏi,cát,đất thịt b) Vùng núi gồm hệ: _ Tura không phân chia, thành tạo trầm tích núi lửa mầu đỏ phun xuất axit BaZơ, sa thạch, Alơrôlít _ Triat không phân chia: Sa thạch, diệp thạch, sét, sạn kết đá vôi, phún xuất Bazơ axít _ Đê Vôn bậc Eifêli, Givêti đá vôi, diệp thạch sét sa thạch _ Hệ Ôcdovi alơrôlít sa thạch, sạn kết đá vôi 2.3.2 Đặc điểm thổ nhưỡng Lưu vực có điều kiện thổ nhưỡng với loại đất phân theo vùng sau: a) Vùng đồng gồm: _ Đất phù sa bồi tụ hàng năm, chủ yếu dược phân bố đất bãi ven sông _ Đất phù sa không bồi tụ hàng năm có mầu tươi, trung tính, chua, glây nhẹ không glây phân bố hầu hết vùng _ Đất phù sa không bồi tụ hàng năm mầu xám nhạt ngập nước thường xuyên, thường chua có độ glây trung bình đến glây nặng loại đất tập chung chủ yếu vùng trũng khu sông Phan-sông Cà Lồ, ngòi Đa Mai, ngòi Mân chản 28 b) Vùng núi: Đất bồi tụ sườn đồi sa thạch đất đỏ núi đá vôi Đá biến chất chiếm ưu đất đỏ vàng nâu vàng phù sa cổ 2.4 Đặc điểm lớp thảm phủ thực vật khu vực nghiên cứu Lớp phủ thực vật đóng vai trò quan trọng khả hình thành lũ lụt, khả điều tiết nước theo tài liệu điều tra lưu vực có loại thảm phủ thực vật sau _ Rừng giàu với đặc điểm có loại rộng thường xanh kín phân bố chủ yếu phía bắc lưu vực Hiện tượng thay đại đa số diễn quanh năm nên độ che phủ kín _ Rừng nghèo chiếm diện tích 14,27% so với toàn diện tích lưu vực _ Trảng bụi, cỏ thứ sinh Canh tác theo kiểu nương rẫy hình thức canh tác số dân tộc vùng cao Trảng bụi thứ sinh hình thành đất canh tác bỏ hoang Cường độ canh tác không mạnh nên bụi tái sinh nhanh _ Thảm thực vật trồng mục đích kinh tế, người khai phá thảm thực vật tự nhiên lấy đất trồng trọt Quá trình canh tác làm sai khác tính chất tự nhiên vùng Mối quan hệ thảm phủ thực vật nhân tố khác môi trường mối quan hệ nhân 2.5 điều kiện khí hậu, thủy văn lưu vực sông Cầu 29 2.5.1 Điều kiện khí hậu 2.5.1.1 Nhiệt độ độ ẩm a) Nhiệt độ nhiệt độ trung bình không khí hàng năm dao động từ 18-23 ° C b) Độ ẩm Độ ẩm không khí trung bình nhiều năm vùng lưu vực dao động từ 8187% vùng núi nhiều rừng, có mưa nhiều thỉ độ ẩm cao 2.5.1.2 Gió bão Khí hậu lưu vực sông cầu thuộc vùng nhiệt đới gió mùa, khí hậu năm hình thành hai mùa rõ rệt: mùa hè nóng ẩm mưa nhiều, mùa đông lạnh, khô mưa Sự tác động hoàn lưu khí tới địa hình lưu vực tạo nên khí hậu riêng cho lưu vực sông Tốc độ gió trung bình tháng năm lưu vực sông Cầu biến động theo địa hình độ cao rõ rệt Chẳng hạn thung lũng Bắc Kạc, tốc độ gió bình quân tháng năm nhỏ dao động 1m/s 2.5.1.3 Mưa, Bốc a) Mưa Lưu vực có tổng số trạm đo mưa, số liệu quan trắc cho thấy lượng mưa trung bình hàng năm không lớn, dao động từ 1500-2000 mm Mưa phân bố không lưu vực tùy thuộc vào đặc điểm địa hình vùng 30 Lượng mưa lưu vực phân bố không chia thành hai mùa rõ rệt: _ Mùa mưa từ tháng V đến tháng IX, chiếm từ 70-85% tổng lượng mưa năm, tháng có lượng mưa lớn tháng VII tháng VIII 300mm/tháng _ Mùa khô từ tháng X đến tháng IV năm sau, lượng mưa chiếm từ 22-25% tổng lượng mưa năm Tháng mưa tháng XII tháng I 2.5.2 Thủy văn Chế độ dòng chảy lưu vựu sông Cầu chia thành hai mùa rõ rệt, mùa lũ tháng VI kết thúc vào tháng X, mùa kiệt từ tháng X đến tháng V năm sau Phần thượng nguồn sông Cầu có lượng mưa năm trung bình 1700 đến 1800mm/năm, môduyn dòng chảy năm đạt từ 23 (l/s/km2) 9đến 24 (l/s/km2) Tính bình quân toàn lưu vực với lượng mưa hàng năm khoảng 1700mm Nhìn chung tổng lượng nước mùa lũ chiếm từ 75-85% tổng lượng dòng chảy năm Tám tháng mùa kiệt lại chiếm khoảng 20-25% tổng lượng nước năm Nhìn chung lũ thượng du sông Cầu thường lên nhanh, xuống nhanh có dạng nhọn, thời gian trì lũ tùy thuộc vào vị trí sông mà kéo dài từ đến 10 ngày Do chế độ mưa phân bố năm không đều, điều kiện địa chất, thổ nhưỡng, độ dốc tầng phủ thực vật nên chế độ dòng chảy mùa lũ mùa kiệt sông khác Tại thác Bưởi sông Cầu đo môdun dòng chảy trung bình mùa kiệt 11,2 l/s.km2 Nhìn chung môdun dòng chảy kiệt nhỏ toàn lưu vực mức 1,0l/s.km2 31 32 [...]... VỀ LƯU VỰC SÔNG CẦU 2.1 Vị trí địa lý của sông Cầu Sông Cầu bắt nguồn từ vùng núi Phia-Đeng cao 1527m ở sườn Đông Nam của dãy Pia-bi-óc vùng núi cao của tỉnh Bắc Kạn Dòng chính sông Cầu có hướng chảy Bắc – Nam từ Bắc Kạn về Thái Nguyên sau đó đổi hướng Tây Bắc – Đông Nam, dòng sông chảy qua Chợ Đồn,Chợ Mới, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh và đổ vào sông Thái Bình tại Phả Lại – Hải Dương Lưu vực sông. .. giáp với Hải Dương và Hà Nội 2.2 Đặc điểm địa hình của lưu vực sông Cầu Lưu vực sông Cầu ở thượng lưu phần Bắc, Tây Bắc và Đông có những đỉnh núi cao trên dưới 1000m che chắn, nên thuận lợi cho việc đón gió mùa Đông Nam, nhất là sườn núi phía Tây lưu vực là dãy Tam Đảo đã tạo ra vùng mưa lớn trên lưu vực Địa hình lưu vực sông Cầu đa dạng và phức tạp mang đặc trưng của ba dạng địa hình miền núi, trung... đầu của dòng chảy mặt đến giao điểm của nó với nhánh nước hạ của đường quá trình lưu lượng Theo phương pháp này, lưu lượng nước ngầm là hằng số bằng lưu lượng thực đo tại chân đường lũ lên * Phương pháp đáy cố định: cho rằng dòng chảy mặt kết thúc sau khi xuất hiện đỉnh là một khoảng thời gian N (N được coi là ngưỡng của dòng chảy ngầm) Từ điểm bắt đầu của dòng chảy mặt, ta kéo dài đường quá trình dòng. .. chảy qua một chuỗi các hồ chứa tuyến tính Các thông số yêu cầu là: hệ số lượng trữ và số hồ chứa Dòng chảy ra từ hồ chứa cuối cùng trong chuỗi hồ chứa của một tầng ngầm là dòng chảy ngầm của tầng đó Dòng chảy ngầm tổng cộng là tổng của dòng chảy ra trong hai tầng ngầm 1.2.5 Diễn toán dòng chảy Diễn toán lũ được dùng để tính toán sự di chuyển sóng lũ qua đoạn sông và hồ chứa Hầu hết các phương pháp diễn... 1.2.4 Tính toán dòng chảy ngầm Dòng chảy trong sông bao gồm hai thành phần: dòng chảy mặt do nước mưa cung cấp, dòng chảy ngầm do nguồn nước ngầm cung cấp Dòng chảy ngầm không đo đạc trực tiếp mà chỉ tính theo suy đoán hợp lý Mô hình HEC-HMS cung cấp 3 phương pháp tính dòng chảy ngầm: 1.2.4.1 phương pháp cắt nước ngầm Có nhiều phương pháp khác nhau để tách dòng chảy trực tiếp và dòng chảy ngầm như:... trên lưu vực có các loại thảm phủ thực vật như sau _ Rừng giàu với đặc điểm là có các loại cây lá rộng thường xanh kín phân bố chủ yếu ở phía bắc của lưu vực Hiện tượng thay lá của đại đa số các cây diễn ra quanh năm nên độ che phủ luôn kín _ Rừng nghèo chiếm diện tích 14,27% so với toàn diện tích trên lưu vực _ Trảng cây bụi, cỏ thứ sinh Canh tác theo kiểu nương rẫy là hình thức canh tác chính của. .. 5 đặc trưng cần thiết của một đường quá trình đơn vị đối với một thời gian mưa hiệu dụng cho trước: lưu lượng đỉnh trên một đơn vị diện tích q pR , thời gian trễ của lưu vực t pR , thời gian đáy tb và các chiều rộng W (theo đơn vị thời gian) của đường quá trình đơn vị tại 15 các tung độ bằng 50% và 75% của lưu lượng đỉnh Sử dụng các đặc trưng này, ta có thể vẽ ra được đường quá trình đơn vị yêu cầu. .. độ canh tác không mạnh nên các cây bụi tái sinh rất nhanh _ Thảm thực vật trồng do mục đích kinh tế, con người đã khai phá thảm thực vật tự nhiên lấy đất trồng trọt Quá trình canh tác đã làm sai khác đi tính chất tự nhiên của vùng Mối quan hệ giữa thảm phủ thực vật và các nhân tố khác của môi trường là mối quan hệ nhân quả 2.5 điều kiện khí hậu, thủy văn của lưu vực sông Cầu 29 2.5.1 Điều kiện khí... trung bình đến glây nặng loại đất này tập chung chủ yếu ở các vùng trũng như khu sông Phan -sông Cà Lồ, ngòi Đa Mai, ngòi Mân chản 28 b) Vùng núi: Đất bồi tụ sườn đồi trên nền sa thạch như đất đỏ trên núi đá vôi Đá biến chất chiếm ưu thế và đất đỏ vàng nâu vàng trên nền phù sa cổ 2.4 Đặc điểm lớp thảm phủ thực vật trên khu vực nghiên cứu Lớp phủ thực vật đóng vai trò quan trọng đối với khả năng hình thành... cảm với giá trị của X Tham số K là thời gian chảy truyền của sóng lũ qua đoạn lòng dẫn Để xác định các giá trị của K và X trên cơ sở các đặc tính của lòng dẫn và lưu lượng, ta có thể sử dụng một phương pháp gọi là Muskingum- Cunge Trong diễn toán lũ, giá trị của K và X được giả thiết đã biết và không đổi trên toàn phạm vi thay đổi của dòng chảy Các giá trị của lượng trữ tại thời điểm j và j+1 theo (2.34) ... quan lưu vực sông Cầu Chương III Xây dựng mô hình Thủy Văn HEC-HMS cho phần thượng du lưu vực sông Cầu Chương IV Nghiên cứu ảnh hưởng thảm phủ thực vật đến dòng chảy CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA... hệ thống sông Cầu phần thượng du gồm tỉnh Thái Nguyên Bắc Kạn dựa kịch khí hậu Viện KH KTTV MT Mục tiêu báo cáo đánh giá ảnh hưởng lớp phủ thực vật lên đặc trưng dòng chảy lưu vực sông Cầu Ngoài... version 3.4 1.1.2 Mô thành phần lưu vực Các đặc trưng vật lý khu vực sông miêu tả mô hình lưu vực Các yếu tố thủy văn như: lưu vực phận, đoạn sông, hợp lưu, phân lưu, hồ chứa, nguồn, hồ, đầm gắn