BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: THỦY VĂN CÔNG TRÌNH. I. Tài liệu cho trước 1. Sơ đồ một đoạn đường và cầuở 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, F¬2 . 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 chấmđiểm hoặc bảo vệ.
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 KCK Đ (m) Độ sâu (h) Số hiệu thuỷ trực Mép nướ c trái 3/I 40 60 90 120 140 180 220 260 300 340 380 420 0,00 1,9 3,2 4,1 4,1 4,6 4,6 5,1 5,4 5,2 5,2 5,4 5,6 3,1 5,20 3,80 0,00 0 0 0 0 5/II 8/II I 10 11/I V 12 13 14/ V 15 Mép nướ c phải 460 500 540 560 582 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 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 thủy trực KCKĐ (m) (1) MT 10 11 (2) 12.2 15.0 17.5 20.0 22.5 (3) 0.00 0.90 1.45 1.86 2.24 27 2.7 30 2.6 32 2.8 35 2.5 37 2.3 40.0 Độ sâu h(m) 25 2.4 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 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 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 VI V V III III IV II VI VII VII V II TÍNH TOÁN THỦY VĂN THIẾT KẾ 1.2.1 Tính dòng chảy năm thiết kế có tài liệu quan trắc đủ dài 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 ST T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Năm 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 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 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 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 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 V 449 580 335 306 447 290 358 406 1920 3130 670 701 342 684 795 848 184 1800 208 632 1270 424 VI 1570 854 918 1600 2630 1030 495 1190 965 635 1750 1560 827 2940 1280 1550 1370 1260 693 1490 1010 882 VII 1040 733 2810 2390 1830 6000 563 2420 2550 4020 2120 2360 927 2340 851 1110 2620 1010 2120 1650 2470 1260 VIII 1480 1440 941 1660 1900 1390 1990 2070 3110 490 2340 1110 1190 1940 582 700 1200 1400 1820 896 1150 1360 IX 1230 348 690 345 278 545 428 615 378 616 449 639 1020 3010 550 794 431 967 1580 597 972 492 X 399 159 387 954 1170 367 265 309 128 229 300 482 269 757 439 247 556 522 153 173 336 302 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 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 23 24 25 26 27 1983 1984 1985 1986 1987 70.5 41.2 49.6 33.9 143 47.1 34.2 46.1 25.8 28 111 90.5 35.1 64.8 25.8 59.4 28 1988 33.3 29 1989 42.4 30 31 1990 1991 32 1992 41.4 56.8 103 33.3 133 56.8 208 33 34 35 1993 1994 1995 34.3 24.1 69.0 72.0 22.7 93.6 41.4 54.2 66.3 36 1996 27.8 25.1 37 1997 34.3 24.1 23.4 190 38 1998 43.4 45.8 51.8 39 40 1999 2000 64.2 30.2 27.4 64.2 23.2 74.1 31.5 175 238 64.9 55.4 43.3 764 89 942 62.8 248 334 291 60.9 309 1080 265 647 143 720 2250 1700 2420 478 910 1240 767 4310 1260 1240 1460 1830 320 1240 1230 665 912 708 416 677 672 127 462 419 396 71.4 672 73.8 234 124 38.4 78.6 35.5 44.1 588 1692 2852 2470 2269 262.6 59.5 35.3 1275 2852 1519 625 863 397.4 88.8 36.3 1563 202 2147 2234 2667 2592 406 4042 436 618 463.6 173.5 284.2 162.8 51.8 347.8 35.3 137 95.2 48.2 457 371 133 410 87.8 562 2015 3613 287 234 137.2 54.2 85.6 659 348 652 697 2611 1315 1573 1193 2060 818 920 3301 427 516 340 55.4 87.2 142.8 37.3 144.6 48.2 935 2021 2470 3905 384 98.4 700.1 188.8 1158 35.3 76.5 180 1068 1933 1021 382 238.6 69.0 47.0 548 5154 2257 1236 592 81.0 222.1 38.3 762 460 893 1496 1262 1050 952 980 529 198 250.6 248.3 462.6 58.8 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 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 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 QmaxA 1570 1440 2810 2390 2630 6000 1990 2420 3110 4020 2340 2360 1190 3010 1280 1550 2620 1800 2120 1650 2470 1360 1240 2250 1830 QmaxB Thực đo Kéo dài STT 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Năm 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 QmaxA 4310 1260 2852 2852 2667 4042 3613 1573 2611 3301 3905 1933 5154 1262 1496 935 4758 5800 3650 1750 4090 2090 2280 5780 1490 QmaxB Thực đo Kéo dài 2650 3420 1360 4520 740 950 650 4270 5130 2960 1190 3420 1510 1890 5410 1010 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 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Năm 196 196 196 196 196 196 196 196 196 197 197 197 197 197 197 197 197 197 197 198 198 198 198 198 4 10 11 12 30 21 599 1997 4032 49298 21632 43808 30258 3184 882 450 487 849 111 2339 6728 14586 10746 41472 2422 506 152 128 29 35 133 1373 2245 16854 157922 17710 9522 2995 1040 707 32 63 348 942 1873 51200 114242 55112 2381 18202 359 323 37 65 415 1342 3996 138338 66978 72200 1546 27378 2621 745 26 10 11 46 133 323 1682 21218 720000 38642 5941 2694 141 39 229 308 1546 2563 4901 6339 79202 3664 1405 499 105 125 421 925 3297 28322 117128 85698 7565 1910 1290 82 26 16 63 122 225 73728 18625 130050 193442 2858 1873 328 43 204 323 662 195938 264265 323208 17672 7589 2165 800 538 92 144 333 1114 8978 61250 89888 109512 4032 1800 109 53 29 169 304 474 9828 48672 111392 24642 8166 4646 1270 274 48 46 137 2768 2339 13679 17187 28322 20808 1447 85 30 16 85 968 4343 9357 172872 109512 75272 181202 11461 113 38 42 122 288 2635 12641 32768 14484 6774 6050 3854 16854 409 79 323 730 1776 14382 48050 24642 9800 12609 1220 1067 67 71 188 2139 14281 37538 137288 28800 3715 6183 761 159 27 75 386 198 8871 64800 52488 45602 39200 18702 5450 105 72 78 177 200 278 865 9605 89888 66248 49928 468 52 21 54 73 137 167 7988 44402 54450 16056 7128 599 229 108 52 81 169 481 32258 73728 122018 26450 18896 2258 17076 85 41 11 77 188 318 3596 15558 31752 36992 4841 1824 1415 154 131 882 1910 10368 16562 30752 30258 9167 3136 308 34 134 450 246 11674 23328 101250 68081 42632 8848 9032 102 29 25 26 198 198 49 63 23 403 84 133 158 1405 28800 62446 66978 16635 9032 1426 124 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 (H max); 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 15.7 14.0 13.4 12 12 11.52 10 9.2 8.5 7.20 23 700 16.0 24 721 17.5 Bảng ( ) (1) (2) (3) 12 425 6.65 13 450 8.00 14 475 7.00 15 500 8.40 16 525 9.10 17 550 10.0 18 19 575 600 11.52 12.2 20 625 13.4 21 650 14.5 22 675 15.7 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 Km 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 H p 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 F >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 Hngàymax (mm) 324.5 143.5 100.5 18.,6 201.7 135 15.6 69.3 162.8 Năm 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 Hngàymax (mm) 114.9 153.7 226.6 228.3 245.5 137.8 143.7 169.1 360.4 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 202.8 171.6 160.5 199.2 200.8 91.4 81 162.5 260.5 132.8 147.8 181.8 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 219.3 292.4 153.6 88.2 286.7 136.5 199.8 233.7 180.1 301 133.1 193.5 ... 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... 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... 1010 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