Bài tập thủy văn chương 4, 5

Yêu cầu: Tính lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế P=1% theo công thức cường độ giới hạn Công thức Alepxayep... Hệ số hình dạng lũ f và đường cong triết giảm mưa tra trong QPTL C6

BÀI TẬP THỦY VĂN

chảy Q 0 = 70 (m 3 /s) và diện tích của lưu vực F = 3500 (km 2 ).

7 Cho diện tích lưu vực F= 1168 (km2), chiều dài lưu vực L lv = 99.1(km), chiều dài sông chính Lsc= 98.3(km) và tổng chiều dài sông nhánh ΣL sn =135.3(km), tính bề rộng lưu vực B, hệ số hình dạng lưu vực K d và mật độ lưới sông của lưu vực D?

8 Trên lưu vực có 4 trạm mưa, mỗi trạm khống chế diện tích là : f1= 160 km 2 , f2= 310 km 2 , f3= 270 km 2 , f4=260 km 2 Lượng mưa đại diện cho 4 mảnh diện tích tương ứng là: X1= 210mm, X2=250mm, X3=310mm, X4=320mm Tính

lượng mưa bình quân lưu vực theo phương pháp đa giác Thesien (phương pháp bình quân gia quyền)?

mưa, mỗi trạm đo có lượng mưa tương ứng X1= 210mm, X2=250mm, X3=310mm, X4=320mm, X5=260mm Tính lượng mưa bình quân lưu vực theo phương pháp bình quân số học?

10 Lưu vực sông được chia bởi các đường đẳng trị mưa X1=1600mm,

X2=1700mm, X3=1800mm, X4=1900mm, X5=2000mm, X6=2100, X7=2200mm Tương ứng với các phần diện tích giới hạn bởi các đường đẳng trị mưa là f1=150 km 2 , f2= 410 km 2 , f3= 300 km 2 , f4= 250km 2 , f5=250 km 2 , f6=

100 km 2 Tính lượng mưa bình quân lưu vực theo phương pháp đường đẳng trị mưa?

51 3

48 5

46 0

59 2

21 5

34 6

33 3

41 1

26 3

44 6

44 5

34 2

27 4

49 6

39 9

2 Xác định lưu lượng tính toán tại một trạm thủy văn ứng với tần suất P= 1% theo phương pháp thích hợp, với mẫu tài liệu đo được như sau:

1

9 2

9 3

9 4

9 5

9 6

9 7

9 8

9 9

0 0

0 1

0 2

0 3

0 4

0 5

0 6

0 7

0 8

Q(m 3 /

s)

4 5

3 1

3 7

4 0

3 8

3 0

2 1

4 2

5 0

1 9

4 7

1 5

2 6

1 4

4 1

3 6

5 1

3 4

3 Xác định mực nước tính toán tại một trạm thủy văn ứng với P = 0,1% theo phương pháp 3 điểm.Với mẫu số liệu thu thập được như sau :

8

8 9

9 0

9 1

9 2

9 3

9 4

9 5

9 6

9 7

9 8

9 9

0 0

0 1

0 2

0 3

H max (m) 3

7

3 0

1 8

4 3

2 0

1 5

4 1

1 7

4 0

2 2

2 3

2 7

3 1

2 0

3 2 3 5

4 Khi tính toán thiết kế một công trình xây dựng trên lưu vực A, yêu cầu

chuỗi số liệu phải đảm bảo đủ 15 năm Tuy nhiên, thực tế số liệu đo được trên

lưu vực A chỉ có 12 năm Phân tích quan hệ tương quan và kéo dài số liệu lưu

vực A theo lưu vực tương tự B với mẫu số liệu thực đo như sau :

BÀI TẬP CHƯƠNG 4

1 Các tháng mùa lũ là tháng có lưu lượng dòng chảy bình quân tháng

lớn hơn lưu lượng dòng chảy bình quân năm với một tần suất xuất

hiện lớn hơn 50%:

% 50 ) Q Q

(

P th¸nglò ≥ n¨m >

Những tháng còn lại thuộc mùa kiệt

b) Bảng số liệu bên dưới mô tả năm dương lịch, hãy chuyển số

Bảng số 1:

Tháng

B.quâ n

b) Lưu lượng và tổng lượng trung bình mùa kiệt của từng năm

c) Tổng lượng dòng chảy năm của từng năm

3 Giả sử, với số liệu tính toán được ở Câu 2, vẽ đường tần suất lý luận và xác

định được:

- Tổng lượng dòng chảy năm thiết kế W n (75%)= 400,23 x 10 6 (m 3 )

- Tổng lượng dòng chảy kiệt thiết kế W k (75%) = 87,8 x 10 6 (m 3 )

4 Phân biệt sự giống và khác nhau của đường quá trình lưu lượng và đường

duy trì lưu lượng?

Năm Q a

(m 3 / s)

Q (m3/s)

TT Nă

m

(m3/s) Thực

4

23,3 13,2

11 198 0

5

14,2 9,5

12 198 1

6

28,9 17,8

13 198 2

7

29,2 18,0

14 198 3

8

14,7 9,1

15 198 4

9

27,5 17,0

C V và hệ số thiên lệch C S của lưu vực nghiên cứu A từ năm 1970 đến năm 2000?

7. Hai lưu vực A và B câu 5 có quan hệ modul dòng chảy là M =1,3965M a 0,2724 Với modul bình quân nhiều năm của lưu vực B là M 0a = 5,44 l/s-

-Km 2 Hãy xác định hệ số phân tán C v , biết hệ số tgα =1,3695.

8. Lưu vực B là lưu vực nghiên cứu có diện tích lưu vực F B =1000 km 2 với lượng mưa Xo=300mm Biết lưu vực tương tự là lưu vực A có lượng mưa X 0a = 200mm và lớp dòng chảy Y 0a = 100mm Hãy xác định lưu lượng dòng chảy chuẩn?

9. Trình bày phương pháp xác định dòng chảy năm thiết kế khi có ít tài liệu đo đạc?

10. Trình bày phương pháp xác định dòng chảy năm thiết kế khi không có tài liệu đo đạc?

3. Phương pháp xác định đường quá trình lũ thiết kế (Q~t) P ?

4. Viết công thức căn nguyên dòng chảy ứng với các trường hợp sau:

a. Thời gian mưa hiệu quả T= 6h > thời gian tập trung nước dòng chảy τ =4h

b. Thời gian mưa hiệu quả T= 4h < thời gian tập trung nước dòng chảy τ =6h

c. Thời gian mưa hiệu quả bằng thời gian tập trung nước dòng chảy T= τ =4h

d. Nhận xét về kết quả của 3 trường hợp a, b, c nêu trên.

5. Một lưu vực A có các thông số sau

a. Diện tích lưu vực F =72,a km 2

b. Chiều dài sông chính L S = 10,5 km

c. Tổng chiều dài sông nhánh ΣL n =30,a km

d. Độ dốc sông chính J s = 3,62 %o

e. Độ dốc bình quân sườn dốc J d =263 %o

f. Lượng mưa một ngày max ứng với tần suất thiết kế H np =738mm

g. Lượng mưa một ngày max ứng với tần suất kiểm tra H npkt =897 mm

h. Phân khu mưa rào: khu X

i. Hệ số dòng chảy lũ α, thông số tập trung nước trên sườn dốc m d

và thông số tập trung nước trên sông m s tra trong QPTL C6-77 hoặc tiêu chuẩn 22TCN 220-95

j. Bỏ qua sự ảnh hưởng của ao hồ, rừng và điền trũng….

Yêu cầu: Tính lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế P=1% theo công thức cường độ giới hạn (Công thức Alepxayep)

6. Một lưu vực B có các thông số sau

a. Diện tích lưu vực F =235 km 2

b. Chiều dài sông chính L S = 10,0 km

c. Vận tốc trung bình lớn nhất tại cửa ra V tb max =2 m/s

d. Lượng mưa một ngày max ứng với tần suất thiết kế H np = 600 mm

e. Lượng mưa một ngày max ứng với tần suất kiểm tra H np kt =897 mm

f. Phân khu mưa rào: khu XII

g. Lưu lượng cơ bản trước khi có lũ Q ng = 30 m 3 /s

h. Hệ số triết giảm đỉnh lũ do ảnh hưởng của ao hồ… δ =1

i. Hệ số hình dạng lũ f và đường cong triết giảm mưa tra trong QPTL C6-77 hoặc tiêu chuẩn 22TCN 220-95

Yêu cầu: Tính lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế P=1% theo công thức Xokolopsky

7. Lưu vực Sông Cái có diện tích lưu vực F=135km 2

a. Hệ số chuyển tần suất λ, hệ số triết giảm n, trị số quy chuẩn modul đỉnh lũ q 100 tra trong tiêu chuẩn 22TCN 220-95

b. Hệ số ảnh hưởng của ao hồ … δ =1 Yêu cầu: Tính lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế P=1% theo công thức triết giảm môdul đỉnh lũ

8. Đường quá trình lũ thực đo trên sông X (từ 7h ngày 23/7/2009 đến 13h ngày 28/7/2009)

266, a

529, a

720, a

437, a

240, a

205, a

170, a

137, a

110, a

83 a

59,a 52,a 44,a 42,a 38,a 34,a 33,a 32,a 33,a ∆t =6 giờ

- Giả sử, xem đường quá trình lũ thực đo là đường quá trình lũ đại biểu

- Ứng với tần suất thiết kế P=1% ta có Q maxp =3777,5 (m 3 /s) và W maxp

CHƯƠNG 4

Câu 1 và Câu 2:

- Tổng lượng dòng chảy năm thiết kế:

Wn (75%) = 400.23*10^6 (m^3)

- Tổng lượng dòng chảy kiệt thiết kế:

Wk (75%) = 87.8*10^6 (m^3)

Ta có:

- Lưu lượng dòng chảy thiết kế là: Qnp = 12.7 (m^3/s)

- Lưu lượng dòng chảy kiệt thiết kế là: Qkp = 2.78 (m^3/s)

(400.23*10^6-87.8*10^6)/(416.77*10^6-c.Phân phối dòng chảy năm thiết kế là:

Qip= Qiđb*K kiệt

- Để có độ chính xác cao thì khối lượng tính toán phải lớn => sử dụng thời đoạn tháng

- Mô tả phân phối dòng chảy theo dạng đường duy trì lưu lượng bình quân ngày.

- Không mô tả sự thay đổi lưu lượng theo thời gian mà chỉ xem xét thời gian duy trì một lưu lượng nào đó cần xác định

Câu 5:

- Phương trình đường thẳng hồi quy : Q= a+b*Qa

- Phương trình đường thẳng hồi quy : Q= 0.13+0.51*Q

- Hệ số tương quan:

a) Phương pháp gián tiếp

Lưu lượng dòng chảy chuẩn của lưu vực B từ năm 1970 >2000

Lưu lượng dòng chảy chuẩn của lưu vực A từ 1970 >2000

Kéo dài số liệu của lưu vực A từ phương trình đường thẳng hồi quy, ta có:

- Lưu lượng dòng chảy chuẩn của lưu vực A từ 1970 >2000

16

10 31

) (

2 0

Q

n

i Cv

Hệ số thiên lệch:

3 0 3 1

2 0

)

3

(

) (

Q C n

Q Q

= 1,3965.5.44-0,2724 = 7,32456

Câu 9:

Dựa theo số liệu câu 5 để

Tính toán dòng chảy năm khi có ít tài liệu đo đạc ứng với tần suất 75%:

- Phương pháp lưu vực tương tự

- Phương pháp nội suy địa lý

- Phương pháp công thức kinh nghiệm

- Sử dụng phương trình cân bằng nước

#1 Phương pháp lưu vực tương tự

Mượn hệ số dòng chảy chuẩn của LVTT

Trong đó, K là hệ số hiệu chỉnh thao điều kiện khí hậu hoặc mặt đệm

#2 Phương pháp nội suy địa lý:

Dựa vào bản đồ đẳng trị modul dòng chảy chuẩn có: M 0, F 0 tính được Q 0

Với là diện tích bộ phận của lưu vực nằm giữa 2 đường đẳng trị của lưu vực tương tự

a, b, n là các tham số biến đổi theo vùng

#4 Sử dụng phương trình cân bằng nước:

Phương trình cân bằng nước viết cho lưu vực kín trong thời kì nhiều năm:

X o = Y o + Z o

Với:

X o : chuẩn mưa năm

Y o: chuẩn dòng chảy năm

Z o : chuẩn bốc hơi năm

Biết được X o ,Y o sẽ tính được Z o

C v = a – 0,063.lg(F+1)

C v =

Với:

C vx hệ số phân tán lượng mưa năm

A, a, m: các tham số xác định theo bản đồ phân vùng thủy văn hpawcj mượn của lưu vực tương tự

- Tại t o = 0 : Thời điểm bắt đầu mưa

- Từ t o đến t 1: a t <k t là giai đoạn tổn thất hoàn toàn (lượng tổnt thất ban đầu)

- Từ t 1 : a t1 = k t1 , bắt đầu quá trình dòng chảy

- Từ t 1 đến t 2 : a t >k t, thời kỳ cấp nước

- H t = a t – k t gọi là cường độ cấp nước (cường độ mưa hiệu quả)

- Tại t 2 : a t = k t kết thúc thời kỳ cấp nước

Y cn = t1 t2 ∫h t dt = t1 t2 ∫(a t – k t )dt

Trong đó Y cn : lớp cấp nước (lượng mưa hiệu quả)

- Từ t 2 đến t 3 : a t <k t

- Tại t 3 : kết thúc quá trình dòng chảy lũ

- Quá trình mưa

- Quá trình tổn thất (chủ yếu do thấm)

- Quá trình tập trung nước về tuyến cửa ra

- Hệ số dòng chảy trận lũ: là tỷ số giữa dòng chảy lũ của toàn trận lũ (Y) với lượng mưa tương ứng sinh ra trong trận lũ đó (X)

Trong đó: K t là cường độ thấm tại thời điểm tính toán t (mm/phút)

K 0 là Cường độ thấm ban đầu (mm/phút)

K c: là cường độ thấm ổn định (mm/phút)

λ là hệ số biểu thị sự triết giảm cường độ thấm theo thời gian

t là thời gian tính toán kể từ khi bắt đầu mưa, tính bằng phút.

- Vấn đề chọn mẫu thống kê:có 2 phương pháp là

+ Mỗi năm chọn 1 trị số lớn nhất:đơn giản, đảm bảo tính độc lập,nhưng không khai thác được triệt để lượng thông tin về lũ đã đo đạc được.

+ Mỗi năm chọn nhiều trị số: Tăng them dung lượng mẫu tính toán nên tính đại biểu mẫu thống kê được gia tăng Tuy nhiên, không đảm bảo tính độc lập của mẫu.

- Vấn đề xử lý lũ đặc biệt lớn: là trận lũ có trị số rất lớn ít xảy ra trong thực tế.

N là chu kỳ lặp lại của lũ đăc biệt lớn, n số năm quan trắc và N > n.

Xử lý lũ đặc biệt lớn khi vẽ đường tần suất gồm 2 nội dung sau: + Tính tần suất kinh nghiệm của lũ đặc biệt lớn

+ Xác định các thông số thống kê khi có xử lý lũ đặc biệt lớn

Tính toán tần suất kinh nghiệm của lũ đặc biệt lớn:

P=M/( N+1)x100%

M là số thứ tự của lũ đặc biệt lớn được xếp từ lớn đến nhỏ, N là thời

kỳ xuất hiện lại của lũ đặc biệt lớn nhất.

Có 2 trường hợp:

+ Lũ đặc biệt lớn nằm ngoài chuỗi tài liệu thực đo

+ Lũ đặc biệt lớn nằm trong chuỗi tài liệu thực đo

- Vấn đề chọn dạng hàm phân bố xác xuất:

Ở Việt Nam hàm phân bố P III được dùng đối với chuỗi dòng chảy năm và dòng chảy kiệt còn hàm phân bố Kritsky- Menken được chọn khi thống kê các đặc trưng dòng chảy lũ.

- Vấn đề hệ số an toàn: hệ số an toàn được chọn tùy thuộc vào hệ số phân tán Cv, tần suất thiết kế P và số năm quan trắc đặc trưng lũ là n.

Công thức: delta(Q)= a.E p /căng(n) Q mp

Trong đó a là hệ số phụ thuộc vào mức độ tin cậy của tài liệu thủy văn ở lưu vực nghiên cứu.

hiện bằng tần suất thiết kế.

Để xác định quá trình lũ thiết kế, hiện nay thường chọn 1 trận lũ lớn

đã xảy ra trong thực tế gọi là lũ điển hình, tiến hành thu phóng quá trình lũ điển hình được quá trình lũ thiết kế Lũ điển hình được chọn theo nguyên tắc như sau:

- Lũ điển hình có lưu lượng đỉnh lũ xấp xỉ với đỉnh lũ thiết kế Q maxdh =

Q maxP hoặc những trận lũ lớn nhất đã xảy ra trong thực tế.

- Có dạng quá trình lũ bất lợi đối với công trình, là trận lũ mà khi thiết kế công trình chống lũ sẽ có quy mô công trình lớn hơn so với các dạng lũ khác có cùng giá trị Q max Việc chọn dạng lũ bất lợi còn tùy thuộc vào loại công trình.

Hiện nay có 2 phương pháp thu phóng từ lũ điển hình thành lũ thiết kế:

- Phương pháp cùng tỷ số

- Phương pháp thu phóng theo 2 tỷ số

Câu 3 :

Xác định dòng chảy lũ thiết kế khi có nhiều tài liệu thực đo

▲

và lũ điển hình tại thời điểm t

K= k Q = Q maxP /Q maxdh hoặc là : K= k w = W maxP /W maxdh

Trong đó: kQ là số đỉnh lũ; kW là số tổng lượng lũ; QmaxP và Qmax đh tương ứng là đỉnh lũ thiết kế và đỉnh lũ điển hình; WmaxP và Wmax dh tương ứng là tổng lượng lũ thiết kế và tổng lượng lũ điển hình.

+ Nếu thu phóng theo hệ số kW thì tổng lượng lũ sau khi thu phóng sẽ có giá trị bằng tổng lượng lũ thiết kế nhưng đỉnh lũ sau khi thu phóng chưa chắc

đã bằng đỉnh lũ thiết kế và cũng tùy thuộc vào giá trị của tỷ số Kw/KQ, nếu tỷ

số này bằng 1 thì đỉnh lũ sau khi thu phóng có giá trị đúng bằng đỉnh lũ thiết

kế, đỉnh lũ sẽ nhận giá trị thiên nhỏ nếu tỷ số này nhở hơn 1, đỉnh lũ sẽ nhận giá trị thiên lớn nếu tỷ số này lớn hơn 1 Đây cũng là nhược điểm của phương pháp cùng tỷ số.

Thu phóng theo hệ số đỉnh lũ sẽ thích hợp đối với các loại công trình không có dung tích điều tiết lũ (đập dâng, cống thoát nước qua đường v v) còn thu phóng theo hệ số tổng lượng lũ sẽ thích hợp với các công trình có dung tích điều tiết lũ.

b Phương pháp thu phóng theo hai tỷ số (phương pháp O-ghi-ép-ki)

Theo O-ghi-ép-ki thì quá trình lũ thiết kế phải là một quá trình có đỉnh bằng đỉnh thiết kế, đồng thời có lượng bằng lượng thiết kế Để đảm bảo được yêu cầu đó O-ghi-ép-ki đề xuất sử dụng 2 tỷ số để thu phóng Mỗi điểm trên đường quá trình lũ thiết kế (Q~t)p được xác định theo tung độ (lưu lượng) và hoành độ (thời gian) như sau:

Q ip = K Q Q idh

t ip = K T t idh

Trong đó: tiđh và tip tương ứng là thời gian tại điểm thứ i của đường quá trình lũ điển hình và lũ thiết kế; Qiđh và Qip tương ứng là lưu lượng lũ tại thời điểm thứ i của đường quá trình lũ điển hình và lũ thiết kế; KQ và KT tương ứng là hệ số thu phóng theo trục tung (lưu lượng) và trục hoành (thời gian).

K W là hệ số tổng lượng được xác định theo công thức , trong đó W maxP và

W maxdh tương ứng là tổng lượng lũ thiết kế và tổng lượng lũ điển hình.

Phương pháp O-ghi-ép-ki là phương pháp cho kết quả là trận lũ thiết kế có đỉnh bằng đỉnh lũ thiết kế, có lượng lũ bằng lượng lũ thiết kế thoả mãn yêu cầu của quá trình lũ thiết kế

Xác định đường quá trình lũ thiết kế (Q~t)

a.Đường quá trình lũ dạng tam giác

Đối với lưu vực nhỏ, lũ lên nhanh xuống nhanh nên nhánh lên và nhánh xuống của đường quá trình lũ có thể coi là những đoạn thẳng và do đó đường quá trình lũ được khái quát hóa theo dạng hình tam giác.

Từ Q maxP và W maxP đã biết dễ dàng tính được thời gian trận lũ (cạnh đáy của hình thang);

b Dạng đường quá trình hình thang

Đối với lưu vực nhỏ, trong trường hợp mưa lũ kéo dài cộng với sự điều tiết của lưu vực có thể dẫn đến thời gian duy trì đỉnh lũ kéo dài Do đó, có thể dùng hình thang để biểu thị quá trình lũ thiết kế Tổng lượng lũ là diện tích của hình thang, tức là:

Đường quá trình là 2 nhánh pa-ra-bol cắt nhau ở đỉnh, phương trình của nhánh lên là:

Q t =Q m (t/T 1 )

Phương trình của nhánh lũ xuống (tính từ lúc xuất hiện đỉnh lũ) là:

Q t =Q m ((T X -t)/T x ) n

Trong đó: m và n là bậc của đường Pa-ra-bol nhánh lên và nhánh xuống.

Câu 4:

Viết công thức căn nguyên dòng chảy ứng với các trường hợp sau: a.Thời gian mưa hiệu quả T=6h > thời gian tập trung nước dòng chảy t=4h: