ĐBÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: THỦY VĂN CÔNG TRÌNH

BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: THỦY VĂN CÔNG TRÌNH. I. Tài liệu cho trước 1. Sơ đồ một đoạn đường và cầu ở khu vực địa lý (Vùng có thể tra cứu các tham số tính toán thủy văn cần thiết) đi qua: 01 con sông lớn A (có tài liệu đủ dài); 01 con sông vừa B (có tài liệu ngắn); 01 con sông nhỏ C (không có tài liệu quan trắc thủy văn); đoạn đường cũng đi qua vùng có diện tích tập trung nước F1và F2. 2. Tài liệu: a. Tài liệu đo sâu, khoảng cách, vận tốc để tính lưu lượng thực đo. b. Lưu lượng (na ≥ 20 năm) sông A tại vị trí cầu 1. c. Lưu lượng (nb ≤ 20 năm) sông B tại vị trí cầu 2 (có điều kiện lưu vực tương tự lưu vực sông A). d. Các mực nước lũ lịch sử và các tham số cần thiết để tính lưu lượng lũ thiết kế tài vị trí cầu qua sông C. đ. Tài liệu mưa tại các diện tích F1, F2 . 3. Các bảng biểu phụ lục tra cứu cần thiết

BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: THỦY VĂN CÔNG TRÌNH

I Tài liệu cho trước

1 Sơ đồ một đoạn đường và cầu ở khu vực địa lý (Vùng có thể tra cứu các tham số tính toán thủy văn cần thiết) đi qua: 01 con sông lớn A (có tài liệu đủ dài); 01 con sông vừa B (có tài liệu ngắn); 01 con sông nhỏ C (không có tài liệu quan trắc thủy văn); đoạn đường cũng đi qua vùng có diện tích tập trung nước F1và F2

2 Tài liệu:

a Tài liệu đo sâu, khoảng cách, vận tốc để tính lưu lượng thực đo

b Lưu lượng (na ≥ 20 năm) sông A tại vị trí cầu 1

c Lưu lượng (nb ≤ 20 năm) sông B tại vị trí cầu 2 (có điều kiện lưu vực tương tự lưu vực sông A)

d Các mực nước lũ lịch sử và các tham số cần thiết để tính lưu lượng lũ thiết kế tài

vị trí cầu qua sông C

đ Tài liệu mưa tại các diện tích F1, F2

3 Các bảng biểu phụ lục tra cứu cần thiết

II Yêu cầu sinh viên

1 Tính toán lưu lượng từ tài liệu thực đo (khi đo lưu tốc bằng máy đo lưu tốc,

bằng phao)

2 Tính toán đặc trưng thủy văn thiết kế với tần suất p% (tùy theo nhóm sinh

viên cho các giá trị p khác nhau)

a Tính toán dòng chảy năm thiết kế p% (lượng và quá trình) trong trường hợp có tài liệu quan trắc thủy văn dài, ngắn tại các điểm cầu vượt sông A và B

b Tính toán dòng chảy lũ thiết kế p% (lượng và quá trình) trong trường hợp có tài liệu quan trắc thủy văn tại các điểm cầu vượt sông A

c Tính toán lưu lượng thiết kế theo phương pháp hình thái thủy văn tại điểm cầu vượt sông C

d Tính kích thước kênh thoát nước dọc đường với lượng mưa thiết kế p% tại khu vực khống chế diện tích thoát nước F1

đ Tính lưu lượng thoát nước với lượng mưa thiết kế p% qua đường tại khu vực khống chế diện tích F2

2 Viết báo cáo thuyết minh tổng hợp đóng thành quyển theo mẫu chung Nộp quyển để chấm điểm hoặc bảo vệ

III Đối với giảng viên

1 Chuẩn bị đầy đủ các tài liệu, sơ đồ, phụ lục, mẫu thuyết minh

2 Phân nhóm sinh viên, xác định tần suất p cho từng nhóm

3 Hướng dẫn, trao đổi với sinh viên cách làm bài và tiến độ công việc

4 Đánh giá kết quả làm bài tập của sinh viên

PHỤ LỤC SỐ LIỆU

I TÍNH TOÁN THỦY VĂN TỪ TÀI LIỆU THỰC ĐO

Bài tập 1

Từ tài liệu thực đo của một lần đo lưu lượng (trường hợp đo lưu tốc bằng máy đo

lưu tốc) tại một trạm thuỷ văn cho trong bảng 1 và 2 Hãy tính lưu lượng nước theo

phương pháp phân tích và đồ giải

Khi tính dùng hệ số Kb = 0,75; Mực nước tính toán Htt đã biết

Bảng 1 Tài liệu đo sâu của một lần đo lưu lượng

Đặc

Mép

nước

trái

1 2 3/I 4 5/II 6 7 8/III 9 10 11/IV 12 13 14/V 15

Mép nước phải KCKĐ

(m) 40 60 90 120 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 560 582

Độ sâu

(h) 0,00 1,98 3,20 4,10 4,16 4,65 4,68 5,10 5,40 5,20 5,20 5,20 5,40 5,60 3,80 3,10 0,00

Bảng 2: Tài liệu lưu tốc của một lần đo lưu lượng

Số hiệu thuỷ trực đo lưu

KCKĐ Lưu tốc

Điểm đo

Bài tập 2

Từ tài liệu đo sâu ở bảng 3; tài liệu đo lưu tốc bằng phao ở bảng 4, tính lưu lượng nước

(trường hợp đo lưu tốc bằng phao trải đều trên mặt cắt ngang) bằng phương pháp phân

tích và phương pháp đồ giải Hệ số hiệu chỉnh lưu lượng P1 = 0,86

Bảng (3 ) Tài liệu đo sâu tại trạm A

(mực nước tính toán Htt = 76 cm; hệ độ cao giả định)

Số hiệu

thủy trực

(1) MT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

KCKĐ (m) (2) 12.2 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.5 32.5 35.0 37.5 40.0

Độ sâu h(m) (3) 0.00 0.90 1.45 1.86 2.24 2.45 2.72 2.64 2.80 2.52 2.34 2.25

Bảng ( 3 ) tiếp theo

(1) 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 MP (2) 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 55.0 57.5 60.0 62.5 65.0 67.5 70.0 72.1 (3) 2.18 2.06 2.01 1.86 1.77 1.70 1.60 1.35 1.20 1.08 0.96 0.74 0.00

Bảng ( 4 ) Tài liệu đo phao ở trạm A

(Độ dài giữa hai tuyến phao là Lp = 50m)

Thứ tự phao KCKĐ (m) (phao

qua tuyến chính)

Thời gian phao trôi (s)

Lưu tốc (m/s) Nhóm phao

II TÍNH TOÁN THỦY VĂN THIẾT KẾ

1.2.1 Tính dòng chảy năm thiết kế khi có tài liệu quan trắc đủ dài

Bài tập 3:

Từ số kết quả tính toán lưu lượng trong phần I Với phương pháp tính tương tự, và quan hệ Q = f(H) tính được lưu lượng trung bình tháng của trạm thủy văn sông A Kết quả ghi tại Bảng ( 5) Tính dòng chảy năm thiết kế với p = 4% trong trường hợp có tài liệu quan trắc đủ dài (số lượng năm quan trắc n=40 năm Từ 1961-2000)

Yêu cầu

- Xây dựng đường tần suất kinh nghiệm

- Tính toán các tham số thống kê Qtb; Cv; Cs và các sai số tuyệt đối của chúng

- Tính và vẽ đường tần suất lý luận theo phương pháp “thích hợp”

- Tính và vẽ phân phối dòng chảy năm thiết kế (p = 1%) theo phương pháp năm đại biểu

Bảng (5) Lưu lượng trung bình tháng trạm thủy văn sông A

STT Năm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

1 1961 39 173 578 206 449 1570 1040 1480 1230 399 210 304

2 1962 104 56.5 36 342 580 854 733 1440 348 159 87.2 30

3 1963 38.4 22.9 81.6 36.2 335 918 2810 941 690 387 1280 188

4 1964 113 40 56.3 217 306 1600 2390 1660 345 954 134 127

5 1965 43 57.2 43 259 447 2630 1830 1900 278 1170 362 193

6 1966 176 48.1 31.5 127 290 1030 6000 1390 545 367 84 43.9

7 1967 73.9 107 24.2 78.4 358 495 563 1990 428 265 158 72.5

8 1968 75.8 78.9 45.7 215 406 1190 2420 2070 615 309 254 64.1

9 1969 36 26.9 27.8 106 1920 965 2550 3110 378 128 306 46.5

10 1970 90 101 27.7 182 3130 635 4020 490 616 229 80.6 164

11 1971 67.9 84.9 24.9 236 670 1750 2120 2340 449 300 73.8 51.6

12 1972 61.2 47.9 42.2 154 701 1560 2360 1110 639 482 252 117

13 1973 48.8 262 390 372 342 827 927 1190 1020 269 65.2 38.8

14 1974 27.9 26.2 33 66.4 684 2940 2340 1940 3010 757 75.1 43.7

15 1975 146 43.3 50.2 363 795 1280 851 582 550 439 918 143

16 1976 63 238 49.7 298 848 1550 1110 700 794 247 231 57.8

17 1977 59.7 42.8 39.3 327 184 1370 2620 1200 431 556 98.5 89.3

18 1978 270 61.1 31.5 66.6 1800 1260 1010 1400 967 522 72.4 59.9

19 1979 62.6 162 100 118 208 693 2120 1820 1580 153 50.9 32.6

20 1980 22.8 60.3 82.9 91.3 632 1490 1650 896 597 173 50.2 73.4

21 1981 163 63.7 92 155 1270 1010 2470 1150 972 336 924 65.2

22 1982 45.1 126 49.7 126 424 882 1260 1360 492 302 266 87.8

23 1983 70.5 47.1 90.5 43.3 309 720 910 1240 1230 677 396 124

24 1984 41.2 34.2 35.1 764 1080 2250 1240 1460 665 672 71.4 38.4

25 1985 49.6 46.1 64.8 89 265 1700 767 1830 912 127 672 78.6

26 1986 33.9 25.8 25.8 942 647 2420 4310 320 708 462 73.8 35.5

27 1987 143 28 59.4 62.8 143 478 1260 1240 416 419 234 44.1

28 1988 33.3 111.4 31.5 248.2 588 1692 2852 2470 2269 262.6 59.5 35.3

29 1989 42.4 33.3 175.7 334.8 1275 2852 1519 625 863 397.4 88.8 36.3

30 1990 41.4 133.5 238.6 291.5 1563 2147 2667 406 436 463.6 284.2 51.8

31 1991 56.8 56.8 64.9 60.9 202 2234 2592 4042 618 173.5 162.8 347.8

32 1992 103.3 208.6 55.4 35.3 562 2015 3613 287 234 137.2 54.2 85.6

33 1993 34.3 72.0 41.4 137.2 659 697 1573 818 427 98.4 55.4 37.3

34 1994 24.1 22.7 54.2 95.2 348 2611 1193 920 516 700.1 87.2 144.6

35 1995 69.0 93.6 66.3 48.2 652 1315 2060 3301 340 188.8 142.8 48.2

36 1996 27.8 25.1 23.4 457.9 935 2021 2470 3905 384 1158.2 35.3 76.5

37 1997 34.3 24.1 190.9 371.2 180 1068 1933 1021 382 238.6 69.0 47.0

38 1998 43.4 45.8 51.8 133.5 548 5154 2257 1236 592 81.0 222.1 38.3

39 1999 64.2 27.4 23.2 410.2 762 893 1262 952 529 250.6 462.6 57.4

40 2000 30.2 64.2 74.1 87.8 460 1496 1050 980 198 248.3 58.8 141.3

1.2.2 Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có tài liệu quan trắc thủy văn ngắn

Bài tập 4

Cho tài liệu lưu lượng trung bình tháng lớn nhất trạm A và B (Bảng 6) (Từ bảng 5) lưu lượng trung bình tháng trạm A, chọn mỗi năm một trị số lưu lượng tháng lớn nhất Hai trạm thủy văn A và B có điều kiện lưu vực tương tự

Yêu cầu:

Kéo dài tài liệu lưu lượng trung bình tháng lớn nhất trạm thủy văn B theo phương pháp tương quan Dựa trên kết quả kéo dài tài liệu:

- Xây dựng đường tần suất kinh nghiệm

- Tính toán các tham số thống kê QtbmaxB; Cv; Cs và các sai số tuyệt đối của chúng

- Tính và vẽ đường tần suất lý luận theo phương pháp “thích hợp”

- Tính QmaxB4%

Bảng (6) Lưu lượng trung bình tháng lớn nhất trạm thủy văn A và B

9 1969 3110 34 1994 2611

1.2.3 Tính toán dòng chảy lũ thiết kế khi có tài liệu quan trắc thủy văn dài

Bài tập 5

Cho quá trình lũ thực đo đại biểu tại trạm thủy văn A (mỗi năm chọn một trận lũ đại biểu)

Yêu cầu:

- Tính và vẽ đường tần suất kinh nghiệm Qmax (đỉnh lũ)

- Tính các tham số thống kê và vẽ đường tần suất lý luận đỉnh lũ (p=1%)

- Tính toán và vẽ quá trình lũ thiết kế theo phương pháp thu phóng lũ đại biểu với tần suất p = 4%

Bảng (7) Quá trình lũ thực đo trạm thủy văn A

STT Năm

Thời gian lũ tính theo giờ (h)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 1961 30 599 849 1997 4032 49298 21632 43808 30258 3184 882 450

2 1962 216 487 1114 2339 6728 14586 10746 41472 2422 506 152 128

3 1963 29 35 133 1373 2245 16854 157922 17710 9522 2995 1040 707

4 1964 32 63 348 942 1873 51200 114242 55112 2381 18202 359 323

5 1965 37 65 415 1342 3996 138338 66978 72200 1546 27378 2621 745

6 1966 26 46 133 323 1682 21218 720000 38642 5941 2694 141 39

7 1967 109 229 308 1546 2563 4901 6339 79202 3664 1405 499 105

8 1968 115 125 421 925 3297 28322 117128 85698 7565 1910 1290 82

9 1969 26 63 122 225 73728 18625 130050 193442 2858 1873 328 43

10 1970 162 204 323 662 195938 264265 323208 17672 7589 2165 800 538

11 1971 92 144 333 1114 8978 61250 89888 109512 4032 1800 109 53

12 1972 29 46 169 474 9828 48672 111392 24642 8166 4646 1270 274

13 1973 48 1373 3042 2768 2339 13679 17187 28322 20808 1447 85 30

14 1974 16 85 968 4343 9357 172872 109512 75272 181202 11461 113 38

15 1975 42 122 288 2635 12641 32768 14484 6774 6050 3854 16854 409

16 1976 79 323 730 1776 14382 48050 24642 9800 12609 1220 1067 67

17 1977 71 188 386 2139 14281 37538 137288 28800 3715 6183 761 159

18 1978 27 75 1985 8871 64800 52488 45602 39200 18702 5450 105 72

19 1979 78 177 200 278 865 9605 89888 66248 49928 468 52 21

20 1980 54 73 137 167 7988 44402 54450 16056 7128 599 229 108

21 1981 52 81 169 481 32258 73728 122018 26450 18896 2258 17076 85

22 1982 41 77 188 318 3596 15558 31752 36992 4841 1824 1415 154

23 1983 113 131 450 882 1910 10368 16562 30752 30258 9167 3136 308

24 1984 34 134 2464 11674 23328 101250 68081 42632 8848 9032 102 29

25 1985 49 63 84 158 1405 28800 62446 66978 16635 9032 1426 124

26 1986 23 403 1331 4841 8372 117128 371522 164738 58345 8243 634 25

1.2.4 Tính toán dòng chảy lũ thiết kế khi không có tài liệu quan trắc thủy văn

1.2.4.1 Tính đỉnh lũ thiết kế theo phương pháp hình thái thủy văn

Bài tập 6

Tại khu vực cầu vượt qua sông C không có tài liệu quan trắc thủy văn, đã tiến hành điều tra thực địa xác định được các mực nước lũ lịch sử (Hmax); các tham số về cao

độ mặt cắt ngang để tính diện tích(ω), độ sâu bình quân(h), độ dốc(i), độ nhám(n);

Yêu cầu:

Tính lưu lượng thiết kế xác định Qp% theo phương pháp hình thái thủy văn để làm

cơ sở tính toán thủy lực cầu nhỏ

(Lưu ý: Giảng viên tự cho số liệu và p phù hợp)

Ví dụ: Số liệu khảo sát:

Hmax1940 = 15,75 m, Hmax1971 = 11,52 m; Hmax2015 = 13,44 m; n = 0,025; i = 0,0006;

Bảng ( 8 ) Số liệu khảo sát, đo đạc địa hình mặt cắt ngang sông C

Số hiệu

điểm đo

mặt cắt

ngang

KCKĐ

(m)

(2) 0 15 175 200 225 250 275 305 325 350 375 400

Cao độ H

(m)

(3) 18.0 16.5 15.75 14.0 13.4 12.6 12.0 11.52 10.0 9.25 8.55 7.20

Bảng ( 8 ) tiếp theo

(1) 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 (2) 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700 721 (3) 6.65 8.00 7.00 8.40 9.10 10.05 11.52 12.2 13.44 14.5 15.75 16.0 17.5

1.2.4.2 Tính dòng chảy lũ thiết kế từ mưa rào

Bài tập 7

Đoạn đường đi qua vùng (sơ đồ ) có diện tích tập trung nước F1 < 100 Km2 Yêu cầu:

Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế p theo công thức cường độ giới hạn (theo qui định tại TCVN 9845: 2013- Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ) để làm cơ sở thiết kế công trình thoát nước dọc đường

Lưu ý: Giảng viên qui định cho từng nhóm sinh viên: Tần suất thiết kế p; vùng mưa; diện tích F1; hệ số địa mạo thủy văn sườn dốc và lưu vực; chiều dài bình quân sườn dốc lưu vực; đặc trưng độ nhám sườn dốc và lòng sông…

Đối với lượng mưa ngày thiết kế Hp có thể tính trực tiếp từ tài liệu đo mưa trên lưu vực (nếu có) hoặc giảng viên tự cho

Bài tập 8

Đoạn đường đi qua vùng (sơ đồ ) có diện tích tập trung nước F2 >100 Km2 Yêu cầu:

Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế p theo công thức triết giảm (theo qui định tại TCVN 9845: 2013- Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ) để làm cơ sở thiết kế công trình thoát nước qua đường

Lưu ý: Giảng viên qui định cho từng nhóm sinh viên: Tần suất thiết kế p; vùng mưa…

Đối với diện tích lưu vực: sinh viên căn cứ vào bình đồ tự xác định đường phân lưu và tính diện tích

Bảng ( ) Số liệu mưa ngày lớn nhất trạm đo mưa …

Năm Hngàymax (mm) Năm Hngàymax (mm)

1955 324.5 1976 114.9

1956 143.5 1977 153.7

1957 100.5 1978 226.6

1958 18.,6 1979 228.3

1959 201.7 1980 245.5

1963 162.8 1984 360.4

1964 202.8 1985 219.3

1965 171.6 1986 292.4

1966 160.5 1987 153.6

1968 200.8 1989 286.7

1971 162.5 1992 233.7

1972 260.5 1993 180.1

1974 147.8 1995 133.1

1975 181.8 1996 193.5