A chuong 1(tính toán thủy văn dòng chảy)

11 co ld A Tính toán thủy văn v n a - tính toán thủy văn Biên soạn: GS TS Ngô Đình Tuấn PGS TS Đỗ Cao Đàm Chương Thu thập phân tích tính toán số liệu v n Chương Tính toán dòng chảy năm phân phối dòng chảy năm thiết kế Chương Phân tích tính toán nước lũ thiết kế w w w Chương Tính toán phân tích tài liệu thủy văn khác 12 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập Chương Thu thập phân tích tính toán số liệu v n 1.1 Nhiệm vụ nội dung tính toán thủy văn 1.1.1 Nhiệm vụ tính toán thủy văn Dự báo đặc trưng thủy văn xảy cho công trình thời gian thi công vận hành, cung cấp sở cho thiết kế công trình co ld 1.1.2 Nội dung tính toán thủy văn 1) Các đặc trưng dòng chảy năm, dòng chảy thời khoảng phân phối theo thời gian phù hợp tiêu chuẩn thiết kế 2) Lưu lượng đỉnh lũ, lượng lũ thời khoảng ứng với tần suất thiết kế trình nước lũ thiết kế, tổ hợp lũ thiết kế theo khu vực lũ phân kỳ .v n 3) Tính mưa lớn khả (mưa cực hạn PMP) lũ lớn khả (lũ cực hạn PMF) 4) Bốc đặc trưng thủy văn khác 5) Đường quan hệ mực nước lưu lượng khu vực nhà máy 6) Tính toán bùn cát w 7) Tính toán thủy văn cho tiêu ngập khu vực đồng w w 1.1.3 Những điểm cần ý tính toán thủy văn Tính toán thủy văn dựa vào tài liệu thủy văn thực đo điều tra khảo sát, thông qua phương pháp tương quan bổ sung kéo dài số liệu, tính toán phân tích tần suất khái quát thành công thức lý luận để xác định trình thủy văn theo tiêu chuẩn thiết kế Tài liệu thủy văn khí tượng nước ta tương đối ngắn, chuỗi quan trắc khoảng 30 năm Theo lý thuyết thống kê, để xác định đặc trưng thủy văn với tần suất nhỏ sở số liệu có sai số thống kê lớn Vì vậy, tính toán cần ý điểm sau: 1) Khâu thu thập, chỉnh biên thẩm tra số liệu 2) Chọn phương pháp tính toán phù hợp với yêu cầu thiết kế công trình, điều kiện cụ thể lưu vực Khi có điều kiện nên tính toán theo nhiều phương pháp, so sánh phân tích chọn giá trị tính toán hợp lý để làm đặc trưng thiết kế 13 a - tính toán thủy văn 3) Trong xử lý thông số, thấy khó xác định nên chọn thông số an toàn cho công trình Nếu số lượng thông số nhiều cần tránh xu hướng thông số lấy an toàn chút dẫn tới kết cuối lớn mức 4) Cần kiểm tra tính hợp lý kết tính toán từ nhiều góc độ Khi số liệu cần phân tích thấy không hợp lý hiệu chỉnh lại .v n 1.2 Tài liệu Thu thập chỉnh lý số liệu sở để phân tích tính toán thủy văn Những số liệu bao gồm tình hình lưu vực, số liệu khí tượng thủy văn, tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế .v n co ld 1.2.1 Tình hình l-u vực Tình hình lưu vực bao gồm vị trí địa lý, địa hình - địa mạo, hướng chảy, đặc trưng mặt cắt sông, tình hình khai thác thủy lợi giữ đất giữ nước lưu vực đặc trưng địa lý tự nhiên khác Diện tích lưu vực, độ cao, độ dốc bình quân lưu vực, độ dốc lòng sông phải xác định đồ địa hình có tỷ lệ thích hợp Tùy theo yêu cầu cần thu thập thêm số liệu thổ nhưỡng, thảm thực vật, mật độ lưới sông, hệ số uốn khúc, hệ số ao hồ, diện tích khu vực khép kín, khu vực chảy ngầm, công trình dẫn nước, tích nước, phân chậm lũ Khi thu thập số liệu lưu vực cần lưu ý đến số liệu ảnh hưởng tới mưa, dòng chảy hình thành lũ, cần thiết cần tổ chức điều tra thực địa 1.2.2 Thu thập, chỉnh lý thẩm tra tài liệu khí t-ợng thủy văn w w w Tài liệu mực nước, lưu lượng Tài liệu mực nước, lưu lượng gồm tài liệu thực đo trạm quốc gia, trạm mực nước trạm dùng riêng Thủy lợi, thủy điện, nông nghiệp, giao thông, lâm nghiệp, tài liệu điều tra lũ, điều tra kiệt, ghi chép lịch sử văn nghiên cứu phân tích đơn vị hữu quan Chúng lấy từ niên giám, Atlas thủy văn, niên giám thống kê, sổ tay thủy văn tỉnh, địa phương biên soạn, tài liệu chỉnh biên lũ lịch sử, dự án phát triển tài nguyên nước Để đảm bảo độ tin cậy kết tính toán cần tiến hành kiểm tra theo hạng mục sau: 1) Tìm hiểu tình hình trạm, phương pháp quan trắc phương pháp chỉnh biên, đặc biệt ý kiểm tra mốc cốt chuẩn trạm 2) Khi có lũ lớn có tượng xói bồi không? có tượng bất hợp lý chỉnh biên không? phân tích nguyên nhân bất hợp lý 14 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập co ld v n 3) Phân tích đường quan hệ mực nước, lưu lượng, vào tình hình xói bồi lòng sông để kiểm tra tính hợp lý quan hệ đó, đặc biệt tính hợp lý kéo dài phần nước cao 4) So sánh cao trình mực nước điều tra lũ lịch sử với mực nước trận lũ lớn thực đo, kiểm tra sử dụng hệ số nhám độ dốc có hợp lý không? kết tính lưu lượng có xác không? 5) So sánh cân lượng dòng chảy năm, dòng chảy tháng trạm đo với trạm trên, trạm dưới, so sánh kiểm tra tính hợp lý lưu lượng đỉnh lũ, lượng lũ trình lũ trận lũ với trạm trạm 6) So sánh lượng dòng chảy năm, dòng chảy tháng lưu lượng đỉnh lũ, lượng lũ với lưu vực lân cận có điều kiện hình thành dòng chảy 7) Khi kiểm tra tài liệu thủy văn so sánh với tài liệu khí tượng lưu vực, thí dụ so sánh trình mưa với trình lũ tương ứng w w w v n Tài liệu khí tượng Các tài liệu khí tượng bao gồm nhiệt độ không khí, độ ẩm, hướng gió, tốc độ gió, lượng mưa, bốc hơi, nhật chiếu tài liệu thám không Tài liệu thám không gồm khí áp, nhiệt độ không khí, độ ẩm, hướng gió, tốc độ gió tầng cao quy định (và tầng đặc trưng), cần thiết thu thập tài liệu đồ sy nốp, đa, đồ mây vệ tinh Về tài liệu mưa, niên giám đ công bố cần thu thập đồ đẳng trị lượng mưa, mưa cực hạn, tài liệu điều tra mưa lịch sử văn ghi chép tình hình mưa lũ, hạn Ngoài tài liệu hệ thống trạm cần thu thập số liệu quan trắc đo đạc ngành khác, nhân dân, khu vực thiếu số liệu quan trắc tài liệu lại quan trọng Tài liệu bốc chủ yếu bốc mặt nước từ dụng cụ đo bốc ống piche, thùng GGI, chậu A vườn, bè (hồ) khu vực công trình gần công trình, hệ số chuyển đổi lượng bốc đo ống piche thành lượng bốc mặt nước lớn thích hợp Chỉnh lý tài liệu khí tượng khác tiến hành tùy theo yêu cầu tính toán thủy văn theo quy định chung chỉnh lý tài liệu khí tượng Khi kiểm tra tài liệu khí tượng việc tìm hiểu phương pháp đo đạc, phương pháp chỉnh biên, hiệu chỉnh số liệu cần ý đến ghi chép trận mưa lớn thực đo, tài liệu điều tra mưa, đánh giá tính đại biểu mức độ tin cậy lượng mưa, phân bố mưa trình mưa Khi kiểm tra cần tranh thủ ý kiến cán khí tượng Các tài liệu thủy văn khác Các tài liệu thủy văn khác bao gồm nhiệt độ nước, chất lượng nước, thủy triều, tùy theo yêu cầu công trình mà thu thập Về nhiệt độ nước cần thu thập nhiệt độ nước trung bình tháng, năm thời khoảng, nhiệt độ nước cao nhất, thấp 15 a - tính toán thủy văn Chất lượng nước chủ yếu hàm lượng hóa chất tổng lượng chất hòa tan thí dụ axit suyn-fua-rich, axit cac-bô-nich, chất oxy hóa pH, COD, DO, Ca, Mg, Fe, Al, Ni, Zn, Mn, độ cứng, độ khoáng Khi thiết kế công trình thủy vùng triều cần thu thập tài liệu mực nước triều, lưu lượng triều dạng triều v n 1.3 Phân tích t-ơng quan tần suất 1.3.1 Phân tích t-ơng quan Phân tích tương quan ứng dụng co ld Khi biến số thủy văn Y có quan hệ định lượng với nhiều biến số (nhân tố) X, X1, X2, để đơn giản người ta chọn nghiên cứu quan hệ Y với (hoặc vài) biến số chủ yếu X quan hệ tương quan (hình 1-1) Quan hệ tương quan khác quan hệ hàm số, có giá trị biến độc lập X có nhiều giá trị biến phụ thuộc Y(x) tương ứng xuất hiện, thông thường chọn giá trị y(x) có khả xuất nhiều làm ước lượng đồng thời cho biết khả sai số y yi' w yi v n y w w yi y(xi) xi x Hình 1-1 Quan hệ tương quan biến y, x Đường quan hệ ước lượng y với x gọi đường hồi quy hay đường cong hồi quy Phân tích tương quan gồm hai nội dung: 16 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập - Xây dựng quan hệ tương quan sở số liệu đ quan trắc - Tính giá trị biến số thủy văn sở quan hệ tương quan vừa xác định Để tránh giảm nhỏ sai số phân tích tương quan cần ý nội dung sau: 1) Quan hệ tương quan xây dựng sở số liệu quan trắc, số liệu có sai sót có quan hệ tương quan tin cậy, việc thu thập kiểm tra phân tích số liệu quan trọng b a a>0 a=0 a[...]... bố xác suất Pearson III Ơ w ba P = P (X x) = ( x - a 0 )a- 1 e-b( x -a 0 ) dx ũ G (a) x (1-20) p w Rõ ràng xp quyết định bởi 4 tham số P, a, b, a0 Ta cũng biết ba thông số a, b, a0 w lại có quan hệ với x , CV, CS Vì vậy khi ba tham số x , CV, CS đ biết thì xp chỉ phụ thuộc vào P Kết cấu công thức c a dạng tích phân (1-20) tương đối phức tạp vì vậy người ta lập bảng tính sẵn để tiện tính toán (phụ lục... bằng: Xi = X0 + aUi + ei (1-69) Kiểm định xem chúng có tồn tại một xu thế tuyến tính hay không? Tham số a có giá trị ước tính a và phương sai là S 2a Kiểm định bằng tiêu chuẩn Student t: a - O S a w t tt = (1-70) w w 1 Xác định a hay a = n ồ ( U i - U )( X i - X ) 1 n ồ ( Ui - U ) 2 (1-71) 1 n a = ồ ( U i X i - nUX ) 1 n ồ 1 U 2i - nU 2 (1-72) 65 a - tính toán thủy văn 2 Xác định Sa S a2 = S2 n ồ (... suất Pearson III không còn nhạy n a, lúc đó nên sử dụng hàm Kritxki Menken sẽ thích hợp hơn ở nước ta về dòng chảy năm, dòng chảy nhỏ nhất thường cho CS Ê 2CV nên phù hợp với hàm Pearson III còn dòng chảy lũ các sông ph a Bắc thường cho CS 4CV nên dùng hàm phân bố xác suất Kritxki Menken sẽ thích hợp hơn và an toàn hơn Hàm phân bố xác suất Kritxki Menken có dạng: 1 a ổ x ử6 -1 -a ữ b X e a aa P... tìm trị số Fp, thay vào công thức sau sẽ tính được Xp ứng với tần suất P: X P = X ( F P C V + 1) (1-21) Trong thủy văn vì CS thường có sai số thống kê lớn nên người ta thường lấy CS = mCV, lúc đó tra bảng quan hệ KP = f(P, CV, CS = mCV) được KP sau đó tính XP theo công thức (phụ lục 2): X P = XK P (1-22) 25 a - tính toán thủy văn b Dạng phân bố xác suất Kritxki - Menken v n Khi chuỗi quan trắc cho giá... xuất hiện c a các trị số c a biến số đó, đó là cơ sở ước lượng xác suất Nhiệm vụ c a phân tích tần suất thủy văn là xác định hàm phân bố xác suất trên cơ sở c a mẫu Phương pháp phân tích xác suất trước tiên là xác định dạng đường, tức là chọn dạng hàm phân bố xác suất F(x; a; b; g ) phù hợp với đặc trưng thủy văn; sau đó là ước lượng các thông số tức là tính toán các giá trị c a các thông số a, b, g ... (1-88) với việc dùng các hệ số Ai, Bi p ổ 2p t ử 2 ổ 2p t ử m t = m + ồ A i sin ỗ i ữ + ồ B i cos ỗ i ữ ố p ứ i =1 ố p ứ i =1 2 2 - 1 , chúng ta cực tiểu h a tổng bình v n Để ước tính m, Ai và Bi; i = 1, 2, , p (1-90) phương c a các hiệu số gi a các giá trị p c a mt và mt Sau một quá trình diễn toán, các , B ; i = 1, 2, , p - 1 , có thể ước tính theo các biểu thức sau: tham số A i i 2 w p = 2 m sin ổ 2... n ,A ,A và A theo (1-91) Từ (1-91) ta có: A =0 Tiếp tục tính A 2 3 4 5 6 Từ (1-92) tính được B 1 , B 2 , B 3 , B 4 , B 5 Từ (1-92) cho B 6 = 0, 01333 w Bảng 1-23 Tóm tắt kết quả Ai Bi i Ai Bi 1 - 2,935 1,849 4 - 0,0316 0,0117 2 - 0,880 - 0,378 5 - 0,143 - 0,143 3 - 0,011 - 0,037 6 0 0,01333 w i w Từ (1-90) và bảng Ai, Bi ta tính được m I , m II , , m XII 2p 4p 6p 8p + A 2 sin + A3 sin + A 4... li, fi - biên độ (n a độ cao đường cong hình sin c a mỗi điều h a) và các pha (dịch chuyển ngang c a các đường cong hình sin đối với gốc tương ứng 73 a - tính toán thủy văn Nghiên cứu một trường hợp mà chu trình đó có, không có tổn thất phổ biến, một độ dài sóng 1 năm là tần số cơ sở tương ứng với i = 1 trong phương trình (1-88) Nếu các điểm t = 1, 2 ,3, , p định rõ thời khoảng c a chu kì, thì các số... (1-66) N ( N - 1) w t= là xu thế tăng 2 P xấp xỉ = 0 là xu thế giảm Số kỳ vọng c a t, P xấp xỉ w Nếu w E(t) = 0 Phương sai c a t, Var ( t ) = Z tt = 2 ( 2N + 5 ) 9N ( N - 1) t {Var ( t )} 1 2 Zgh = 1,96 với mức ý ngh a 5% (1-67) (1-68 ) 63 a - tính toán thủy văn 3 Ví dụ Kiểm định tính xu thế theo thống kê t c a chuỗi Qmax trạm ST cho ở bảng 1-3 Giải: Từ bảng 1-3 lập bảng 1-20, tính SPi = P = 2602 Tính... 1 ( ồ e2i = ồ X i - X ) 2 30 ( - a ồ U i - U 1 S a2 = S2 30 ồ ( Ui - U ) 1 S a = 57,33 = 206859952,5 2 = 3287,1 a - O -37, 99 = = -0, 663 S a 57,33 v n t tt = 2 co ld S 2 = 7387855,5 ) v n a = ồ ( U i - U )( X i - X ) Vì ttt < tgh với mức ý ngh a 5% nên không thể bác bỏ giả thiết H0 1.5 Tính toán trung bình tr-ợt đối với một quá trình thủy văn w 1.5.1 Quá trình thủy văn không đổi - Trung bình tr-ợt ... hay a = n ( U i - U )( X i - X ) n ( Ui - U ) ( 1-7 1) n a = ( U i X i - nUX ) n U 2i - nU ( 1-7 2) 65 a - tính toán thủy văn Xác định Sa S a2 = S2 n ( Ui - U ) ( 1-7 3) n S= e2i ( 1-7 4) n - K -1 K -. .. suất Pearson III Ơ w ba P = P (X x) = ( x - a )a- 1 e-b( x -a ) dx ũ G (a) x ( 1-2 0) p w Rõ ràng xp định tham số P, a, b, a0 Ta biết ba thông số a, b, a0 w lại có quan hệ với x , CV, CS Vì ba tham... nước cao nhất, thấp 15 a - tính toán thủy văn Chất lượng nước chủ yếu hàm lượng h a chất tổng lượng chất h a tan thí dụ axit suyn-fua-rich, axit cac-bô-nich, chất oxy h a pH, COD, DO, Ca, Mg,