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 Sơ đồ đoạn đường cầu khu vực địa lý (Vùng tra cứu tham số tính toán thủy văn cần thiết) qua: 01 sông lớn A (có tài liệu đủ dài); 01 sông vừa B (có tài liệu ngắn); 01 sông nhỏ C (không có tài liệu quan trắc thủy văn); đoạn đường qua vùng có diện tích tập trung nước F1và F2 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 vị trí cầu c Lưu lượng (nb ≤ 20 năm) sông B vị trí cầu (có điều kiện lưu vực tương tự lưu vực sông A) d Các mực nước lũ lịch sử tham số cần thiết để tính lưu lượng lũ thiết kế tài vị trí cầu qua sông C đ Tài liệu mưa diện tích F1, F2 Các bảng biểu phụ lục tra cứu cần thiết II Yêu cầu sinh viên Tính toán lưu lượng từ tài liệu thực đo (khi đo lưu tốc máy đo lưu tốc, phao) Tính toán đặc trưng thủy văn thiết kế với tần suất p% (tùy theo nhóm sinh viên cho giá trị p khác nhau) a Tính toán dòng chảy năm thiết kế p% (lượng trình) trường hợp có tài liệu quan trắc thủy văn dài, ngắn điểm cầu vượt sông A B b Tính toán dòng chảy lũ thiết kế p% (lượng trình) trường hợp có tài liệu quan trắc thủy văn điểm cầu vượt sông A c Tính toán lưu lượng thiết kế theo phương pháp hình thái thủy văn điểm cầu vượt sông C d Tính kích thước kênh thoát nước dọc đường với lượng mưa thiết kế p% khu vực khống chế diện tích thoát nước F1 đ Tính lưu lượng thoát nước với lượng mưa thiết kế p% qua đường khu vực khống chế diện tích F2 Viết báo cáo thuyết minh tổng hợp đóng thành theo mẫu chung Nộp để chấm điểm bảo vệ III Đối với giảng viên Chuẩn bị đầy đủ tài liệu, sơ đồ, phụ lục, mẫu thuyết minh Phân nhóm sinh viên, xác định tần suất p cho nhóm Hướng dẫn, trao đổi với sinh viên cách làm tiến độ công việc Đánh giá kết làm tập sinh viên PHỤ LỤC SỐ LIỆU I TÍNH TOÁN THỦY VĂN TỪ TÀI LIỆU THỰC ĐO Bài tập Từ tài liệu thực đo lần đo lưu lượng (trường hợp đo lưu tốc máy đo lưu tốc) trạm thuỷ văn cho bảng Hãy tính lưu lượng nước theo phương pháp phân tích đồ giải Khi tính dùng hệ số Kb = 0,75; Mực nước tính toán Htt biết Bảng Tài liệu đo sâu lần đo lưu lượng Đặc trưng Số hiệu thuỷ trực Mép nước trái 3/I 5/II 8/III 10 11/IV 12 KCKĐ 40 60 90 120 140 180 220 260 300 340 380 420 (m) Độ sâu 0,00 1,98 3,20 4,10 4,16 4,65 4,68 5,10 5,40 5,20 5,20 5,20 (h) 13 14/V 15 460 500 540 560 582 5,40 5,60 3,80 3,10 0,00 Bảng 2: Tài liệu lưu tốc lần đo lưu lượng Số hiệu thuỷ trực đo lưu tốc KCKĐ Lưu tốc 3/I 5/II 8/III 11/IV 14/V 120 180 300 420 540 0,54 0,49 0,45 0,36 0,32 0.68 0,64 0,61 0,54 0,47 0,57 0,56 0,45 0,42 0,30 0,58 0,53 0,50 0,43 0,33 0,50 0,50 0,45 0,39 0,33 Điểm đo Mặt 0,2h 0,6h 0,8h Đáy Mép nước phải Bài tập Từ tài liệu đo sâu bảng 3; tài liệu đo lưu tốc phao bảng 4, tính lưu lượng nước (trường hợp đo lưu tốc phao trải mặt cắt ngang) phương pháp phân tích phương pháp đồ giải Hệ số hiệu chỉnh lưu lượng P1 = 0,86 Bảng (3 ) Tài liệu đo sâu trạm A (mực nước tính toán Htt = 76 cm; hệ độ cao giả định) Số hiệu (1) thủy trực KCKĐ (m) (2) Độ sâu h(m) (3) MT 10 11 12.2 0.00 15.0 0.90 17.5 1.45 20.0 1.86 22.5 2.24 25.0 27.5 30.5 32.5 35.0 37.5 40.0 2.45 2.72 2.64 2.80 2.52 2.34 2.25 Bảng ( ) (1) (2) (3) 12 42.5 2.18 13 45.0 2.06 14 47.5 2.01 15 50.0 1.86 16 52.5 1.77 17 55.0 1.70 18 57.5 1.60 19 60.0 1.35 20 62.5 1.20 21 65.0 1.08 22 67.5 0.96 23 70.0 0.74 MP 72.1 0.00 Bảng ( ) Tài liệu đo phao trạm A (Độ dài hai tuyến phao Lp = 50m) Thứ tự phao (1) 10 11 12 13 14 15 16 17 KCKĐ (m) (phao qua tuyến chính) (2) 13.2 31.5 14.0 17.5 32.2 50.1 46.1 42.0 26.2 24.1 35.0 33.7 20.4 56.0 64.5 61.8 41.0 Thời gian phao trôi (s) (3) 222 68 175 131 144 96 84 74 82 100 139 77 89 114 179 212 83 Lưu tốc (m/s) Nhóm phao (4) 0.22 0.74 0.28 0.38 Loại bỏ 0.52 0.59 0.68 0.61 0.50 Loại bỏ 0.65 0.56 0.44 0.28 0.24 0.60 (5) I IV I II II TÍNH TOÁN THỦY VĂN THIẾT KẾ 1.2.1 Tính dòng chảy năm thiết kế có tài liệu quan trắc đủ dài VI V V III III IV II VI VII VII V Bài tập 3: Từ số kết tính toán lưu lượng phần I Với phương pháp tính tương tự, quan hệ Q = f(H) tính lưu lượng trung bình tháng trạm thủy văn sông A Kết ghi Bảng ( 5) Tính dòng chảy năm thiết kế với p = 4% 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 tham số thống kê Qtb; Cv; Cs sai số tuyệt đối chúng - Tính vẽ đường tần suất lý luận theo phương pháp “thích hợp” - Tính 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 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Năm 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 I 39 104 38.4 113 43 176 73.9 75.8 36 90 67.9 61.2 48.8 27.9 146 63 59.7 270 62.6 22.8 163 45.1 70.5 41.2 49.6 33.9 143 33.3 II 173 56.5 22.9 40 57.2 48.1 107 78.9 26.9 101 84.9 47.9 262 26.2 43.3 238 42.8 61.1 162 60.3 63.7 126 47.1 34.2 46.1 25.8 28 111.4 III 578 36 81.6 56.3 43 31.5 24.2 45.7 27.8 27.7 24.9 42.2 390 33 50.2 49.7 39.3 31.5 100 82.9 92 49.7 90.5 35.1 64.8 25.8 59.4 31.5 IV 206 342 36.2 217 259 127 78.4 215 106 182 236 154 372 66.4 363 298 327 66.6 118 91.3 155 126 43.3 764 89 942 62.8 248.2 V 449 580 335 306 447 290 358 406 1920 3130 670 701 342 684 795 848 184 1800 208 632 1270 424 309 1080 265 647 143 588 VI 1570 854 918 1600 2630 1030 495 1190 965 635 1750 1560 827 2940 1280 1550 1370 1260 693 1490 1010 882 720 2250 1700 2420 478 1692 VII 1040 733 2810 2390 1830 6000 563 2420 2550 4020 2120 2360 927 2340 851 1110 2620 1010 2120 1650 2470 1260 910 1240 767 4310 1260 2852 VIII 1480 1440 941 1660 1900 1390 1990 2070 3110 490 2340 1110 1190 1940 582 700 1200 1400 1820 896 1150 1360 1240 1460 1830 320 1240 2470 IX 1230 348 690 345 278 545 428 615 378 616 449 639 1020 3010 550 794 431 967 1580 597 972 492 1230 665 912 708 416 2269 X 399 159 387 954 1170 367 265 309 128 229 300 482 269 757 439 247 556 522 153 173 336 302 677 672 127 462 419 262.6 XI 210 87.2 1280 134 362 84 158 254 306 80.6 73.8 252 65.2 75.1 918 231 98.5 72.4 50.9 50.2 924 266 396 71.4 672 73.8 234 59.5 XII 304 30 188 127 193 43.9 72.5 64.1 46.5 164 51.6 117 38.8 43.7 143 57.8 89.3 59.9 32.6 73.4 65.2 87.8 124 38.4 78.6 35.5 44.1 35.3 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 42.4 41.4 56.8 103.3 34.3 24.1 69.0 27.8 34.3 43.4 64.2 30.2 33.3 133.5 56.8 208.6 72.0 22.7 93.6 25.1 24.1 45.8 27.4 64.2 175.7 238.6 64.9 55.4 41.4 54.2 66.3 23.4 190.9 51.8 23.2 74.1 334.8 291.5 60.9 35.3 137.2 95.2 48.2 457.9 371.2 133.5 410.2 87.8 1275 1563 202 562 659 348 652 935 180 548 762 460 2852 2147 2234 2015 697 2611 1315 2021 1068 5154 893 1496 1519 2667 2592 3613 1573 1193 2060 2470 1933 2257 1262 1050 625 406 4042 287 818 920 3301 3905 1021 1236 952 980 863 436 618 234 427 516 340 384 382 592 529 198 397.4 463.6 173.5 137.2 98.4 700.1 188.8 1158.2 238.6 81.0 250.6 248.3 88.8 284.2 162.8 54.2 55.4 87.2 142.8 35.3 69.0 222.1 462.6 58.8 36.3 51.8 347.8 85.6 37.3 144.6 48.2 76.5 47.0 38.3 57.4 141.3 1.2.2 Tính toán dòng chảy năm thiết kế có tài liệu quan trắc thủy văn ngắn Bài tập Cho tài liệu lưu lượng trung bình tháng lớn trạm A B (Bảng 6) (Từ bảng 5) lưu lượng trung bình tháng trạm A, chọn năm trị số lưu lượng tháng lớn Hai trạm thủy văn A B có điều kiện lưu vực tương tự Yêu cầu: Kéo dài tài liệu lưu lượng trung bình tháng lớn trạm thủy văn B theo phương pháp tương quan Dựa kết kéo dài tài liệu: - Xây dựng đường tần suất kinh nghiệm - Tính toán tham số thống kê QtbmaxB; Cv; Cs sai số tuyệt đối chúng - Tính vẽ đường tần suất lý luận theo phương pháp “thích hợp” - Tính QmaxB4% Bảng (6) Lưu lượng trung bình tháng lớn trạm thủy văn A B STT Năm 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 QmaxA 1570 1440 2810 2390 2630 6000 1990 2420 QmaxB Thực đo Kéo dài STT 26 27 28 29 30 31 32 33 Năm 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 QmaxA 4310 1260 2852 2852 2667 4042 3613 1573 QmaxB Thực đo Kéo dài 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 3110 4020 2340 2360 1190 3010 1280 1550 2620 1800 2120 1650 2470 1360 1240 2250 1830 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2611 4758 2650 3420 1360 4520 740 950 650 4270 5800 5130 3650 2960 1750 1190 4090 3420 2090 1510 2280 1890 5780 5410 1490 1010 3301 3905 1933 5154 1262 1496 935 1.2.3 Tính toán dòng chảy lũ thiết kế có tài liệu quan trắc thủy văn dài Bài tập Cho trình lũ thực đo đại biểu trạm thủy văn A (mỗi năm chọn trận lũ đại biểu) Yêu cầu: - Tính vẽ đường tần suất kinh nghiệm Qmax (đỉnh lũ) - Tính tham số thống kê vẽ đường tần suất lý luận đỉnh lũ (p=1%) - Tính toán vẽ 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 Thời gian lũ tính theo (h) STT Năm 10 11 12 1961 30 599 849 1997 4032 49298 21632 43808 30258 3184 882 450 1962 216 487 1114 2339 6728 14586 10746 41472 2422 506 152 128 1963 29 35 133 1373 2245 16854 157922 17710 9522 2995 1040 707 1964 32 63 348 942 1873 51200 114242 55112 2381 18202 359 323 1965 37 65 415 1342 3996 138338 66978 72200 1546 27378 2621 745 1966 26 46 133 323 1682 1967 109 229 308 1546 2563 1968 115 125 421 925 3297 1969 26 63 122 225 73728 10 1970 162 204 323 662 11 1971 92 144 333 12 1972 29 46 13 1973 48 14 1974 15 16 21218 720000 38642 5941 2694 141 39 4901 6339 79202 3664 28322 117128 85698 7565 1405 499 105 1910 1290 82 18625 130050 193442 2858 1873 328 43 195938 264265 323208 17672 7589 2165 800 538 1114 8978 61250 89888 109512 4032 1800 109 53 169 474 9828 48672 111392 24642 8166 4646 1270 274 1373 3042 2768 2339 13679 17187 28322 20808 1447 85 30 16 85 968 4343 9357 172872 109512 75272 181202 11461 113 38 1975 42 122 1976 79 323 288 2635 12641 32768 14484 6774 6050 3854 16854 409 730 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 tài liệu quan trắc thủy văn 1.2.4.1 Tính đỉnh lũ thiết kế theo phương pháp hình thái thủy văn Bài tập Tại khu vực cầu vượt qua sông C tài liệu quan trắc thủy văn, tiến hành điều tra thực địa xác định mực nước lũ lịch sử (Hmax); tham số 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 sở tính toán thủy lực cầu nhỏ (Lưu ý: Giảng viên tự cho số liệu 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 ( ) Số liệu khảo sát, đo đạc địa hình mặt cắt ngang sông C Số hiệu điểm đo mặt cắt ngang KCKĐ (m) Cao độ H (m) (1) A 10 11 (2) 15 175 200 225 250 275 305 325 350 375 400 (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 ( ) (1) (2) (3) 12 425 6.65 13 450 8.00 14 475 7.00 15 500 8.40 16 525 9.10 17 18 19 550 575 600 10.05 11.52 12.2 20 21 625 650 13.44 14.5 22 23 24 675 700 721 15.75 16.0 17.5 1.2.4.2 Tính dòng chảy lũ thiết kế từ mưa rào Bài tập Đoạn đường 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 TCVN 9845: 2013- Tính toán đặc trưng dòng chảy lũ) để làm sở thiết kế công trình thoát nước dọc đường Lưu ý: Giảng viên qui định cho nhóm sinh viên: Tần suất thiết kế p; vùng mưa; diện tích F1; hệ số địa mạo thủy văn sườn dốc lưu vực; chiều dài bình quân sườn dốc lưu vực; đặc trưng độ nhám sườn dốc lòng sông… Đối với lượng mưa ngày thiết kế Hp tính trực tiếp từ tài liệu đo mưa lưu vực (nếu có) giảng viên tự cho Bài tập Đoạn đường 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 TCVN 9845: 2013- Tính toán đặc trưng dòng chảy lũ) để làm sở thiết kế công trình thoát nước qua đường Lưu ý: Giảng viên qui định cho nhóm sinh viên: Tần suất thiết kế p; vùng mưa… Đối với diện tích lưu vực: sinh viên vào bình đồ tự xác định đường phân lưu tính diện tích Bảng ( ) Số liệu mưa ngày lớn trạm đo mưa … Năm 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 Hngàymax (mm) 324.5 143.5 100.5 18.,6 201.7 135 15.6 69.3 162.8 202.8 171.6 160.5 199.2 200.8 91.4 81 162.5 260.5 132.8 147.8 181.8 Năm 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 Hngàymax (mm) 114.9 153.7 226.6 228.3 245.5 137.8 143.7 169.1 360.4 219.3 292.4 153.6 88.2 286.7 136.5 199.8 233.7 180.1 301 133.1 193.5