ĐỀ CƯƠNG: DỰ BÁO THỦY VĂN

ĐỀ CƯƠNG: DỰ BÁO THỦY VĂN _ LỚP ĐH4T CÂU 1: Khái niệm , phân loại và lấy ví dụ về dự báo thủy văn: a) khái niệm về dự báo thủy văn Từ “dự báo” bắt nguồn từ hai từ La tinh là “phía trước” và “giá trị”. Vì vậy, dự báo có nghĩa là đoán trước sự phát triển của một hiện tượng nào đó trong tương lai. : Dự báo thủy văn là một môn khoa học chuyên ngành, nghiên cứu về quy luật biến đổi, phát triển của các hiện tương thủy văn để xây dựng các phương án, phương pháp, mô hình, công nghệ tính trước trạng thái biến đổi các yếu tố thuỷ văn (Q, H, nặm, thủy triều,…) trên các sông, suối, hồ chứa, đầm phá, cửa sông ven biển,... nhằm phục vụ cho việc phòng tránh thiên tai, khai thác, sử dụng TNN, phục vụ phát triển kinh tế xã hội, quốc phòng. b). Phân loại dự báo thuỷ văn Tuỳ theo tiêu chí đánh giá mà DBTV được phân ra nhiều loại. Căn cứ vào yếu tố DB, thời gian dự kiến, đối tượng phục vụ, tính chất của DB hay khu vực DB,... thường phân DBTV theo các cách sau: a) Phân loại theo thời gian dự kiến: 1) DB hạn cực ngắn (16h): DB, cảnh báo khẩn cấp các hiện tượng TV nguy hiểm (lũ quét, lũ lưu vực nhỏ,...). 2) DBTV hạn ngắn:(t1 năm (TNN theo các kịch bản BĐKH).. b) Phân loại theo yếu tố dự báo: DB mực nước, lưu lượng, tổng lượng lũ, mặn, triều, nước dâng do bão,... c) Phân loại theo đối tượng phục vụ: DBTV phục vụ phòng tránh thiên tai, khai thác hồ chứa (thủy điện, nuôi trồng thủy sản,..) giao thông thuỷ, quốc phòng, xây dựng, tưới tiêu,... d) Phân loại theo khu vực được DB: DBTV cho các sông miền núi, các sông vùng đồng bằng, DBTV điểm (tại trạm), Lưu vực sông, khu vực (Nam Trung Bộ, Tây Nguyên),... e) Phân loại theo tính chất dự báo: Dự báo định tính (Cao, TB, thấp, xu thế tăng, giảm của các đặc trưng thuỷ văn) và dự báo định lượng (có trị số cụ thể). c)Ví dụ về dự báo thủy văn Ví dụ về phân loại dự báo thuy văn theo yếu tố dự báo: Dự báo mực nước: Do ảnh hưởng của không khí lạnh kết hợp với nhiễu động gió Đông trên cao nên trong ngày 3và 412 ở các tỉnh từ Quảng Trị đến Bình Định có mưa, mưa vừa, riêng Thừa ThiênHuế đến Quảng Ngãi có mưa to đến rất to... Mực nước lúc 04 giờ ngày 03 tháng 12 trên các sông như sau: Sông Vu Gia tại Ái Nghĩa 4,66m, dưới mức BĐ1; Sông Thu Bồn tại Giao Thủy 5,23m, dưới mức BĐ1; Sông Trà Khúc tại Trà Khúc 4,84m, dưới BĐ2 0,16m; Sông Vệ tại Sông Vệ 4,26m, dưới BĐ3 0,24m; Sông Kôn tại Thạnh Hòa 7,31m, trên BĐ2 0,31m (lúc 01h03). Dự báo trong 6 giờ tới, mực nước trên các sông ở Quảng Nam, Quảng Ngãi tiếp tục lên, các sông ở Bình Định tiếp tục xuống. Sông Trà Khúc tại Trà Khúc lên mức 5,1m, trên BĐ2 0,1m; Sông Vệ tại Sông Vệ lên mức 4,6m, trên mức BĐ3 0,1m; Dự báo trong 12 giờ tới, mực nước trên các sông ở Quảng Nam tiếp tục lên; các sông ở Quảng Ngãi xuống chậm, các sông ở Bình Định tiếp tục xuống. Sông Vu Gia tại Ái Nghĩa lên mức 6,0m, dưới BĐ1 0,5m; Sông Thu Bồn tại Giao Thủy lên mức 6,5m, trên BĐ1 0,3m; Sông Trà Khúc tại Trà Khúc xuống mức 4,9m, dưới BĐ2 0,1m; Sông Vệ tại Sông Vệ xuống mức 4,4m, dưới BĐ3 0,1m; Sông Kôn tại Thạnh Hòa xuống mức 6,8m, dưới BĐ2 0,2m.

ĐỀ CƯƠNG: DỰ BÁO THỦY VĂN _ LỚP ĐH4T CÂU 1: Khái niệm , phân loại lấy ví dụ dự báo thủy văn: a) khái niệm dự báo thủy văn Từ “dự báo” bắt nguồn từ hai từ La tinh “phía trước” “giá trị” Vì vậy, dự báo có nghĩa đoán trước phát triển tượng tương lai : Dự báo thủy văn môn khoa học chuyên ngành, nghiên cứu quy luật biến đổi, phát triển tương thủy văn để xây dựng phương án, phương pháp, mô hình, công nghệ tính trước trạng thái biến đổi yếu tố thuỷ văn (Q, H, nặm, thủy triều,…) sông, suối, hồ chứa, đầm phá, cửa sông ven biển, nhằm phục vụ cho việc phòng tránh thiên tai, khai thác, sử dụng TNN, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội, quốc phòng b) Phân loại dự báo thuỷ văn Tuỳ theo tiêu chí đánh DBTV phân nhiều loại Căn vào yếu tố DB, thời gian dự kiến, đối tượng phục vụ, tính chất DB hay khu vực DB, thường phân DBTV theo cách sau: a) Phân loại theo thời gian dự kiến: 1) DB hạn cực ngắn (1-6h): DB, cảnh báo khẩn cấp tượng TV nguy hiểm (lũ quét, lũ lưu vực nhỏ, ) 2) DBTV hạn ngắn:(t1 năm (TNN theo kịch BĐKH) b) Phân loại theo yếu tố dự báo: DB mực nước, lưu lượng, tổng lượng lũ, mặn, triều, nước dâng bão, c) Phân loại theo đối tượng phục vụ: DBTV phục vụ phòng tránh thiên tai, khai thác hồ chứa (thủy điện, nuôi trồng thủy sản, ) giao thông thuỷ, quốc phòng, xây dựng, tưới tiêu, d) Phân loại theo khu vực DB: DBTV cho sông miền núi, sông vùng đồng bằng, DBTV điểm (tại trạm), Lưu vực sông, khu vực (Nam Trung Bộ, Tây Nguyên), e) Phân loại theo tính chất dự báo: Dự báo định tính (Cao, TB, thấp, xu tăng, giảm đặc trưng thuỷ văn) dự báo định lượng (có trị số cụ thể) c)Ví dụ dự báo thủy văn Ví dụ phân loại dự báo thuy văn theo yếu tố dự báo: Dự báo mực nước: Do ảnh hưởng không khí lạnh kết hợp với nhiễu động gió Đông cao nên ngày 3và 4/12 tỉnh từ Quảng Trị đến Bình Định có mưa, mưa vừa, riêng Thừa Thiên-Huế đến Quảng Ngãi có mưa to đến to Mực nước lúc 04 ngày 03 tháng 12 sông sau: - Sông Vu Gia Ái Nghĩa 4,66m, mức BĐ1; - Sông Thu Bồn Giao Thủy 5,23m, mức BĐ1; - Sông Trà Khúc Trà Khúc 4,84m, BĐ2 0,16m; - Sông Vệ Sông Vệ 4,26m, BĐ3 0,24m; - Sông Kôn Thạnh Hòa 7,31m, BĐ2 0,31m (lúc 01h/03) Dự báo tới, mực nước sông Quảng Nam, Quảng Ngãi tiếp tục lên, sông Bình Định tiếp tục xuống - Sông Trà Khúc Trà Khúc lên mức 5,1m, BĐ2 0,1m; - Sông Vệ Sông Vệ lên mức 4,6m, mức BĐ3 0,1m; Dự báo 12 tới, mực nước sông Quảng Nam tiếp tục lên; sông Quảng Ngãi xuống chậm, sông Bình Định tiếp tục xuống - Sông Vu Gia Ái Nghĩa lên mức 6,0m, BĐ1 0,5m; -Sông Thu Bồn Giao Thủy lên mức 6,5m, BĐ1 0,3m; - Sông Trà Khúc Trà Khúc xuống mức 4,9m, BĐ2 0,1m; - Sông Vệ Sông Vệ xuống mức 4,4m, BĐ3 0,1m; - Sông Kôn Thạnh Hòa xuống mức 6,8m, BĐ2 0,2m Câu 2: Các khái niệm sử dụng đánh giá sai số dự báo? Trong việc đánh giá sai số dự báo thuỷ văn, sử dụng vài khái niệm: Yếu tố dự báo: Là đặc trưng thuỷ văn cần dự báo mực nước, lưu lượng nước, Nhân tố dự báo: Là tác nhân gây ảnh hưởng đến yếu tố dự báo mà ta sử dụng để tính yếu tố dự báo Ví dụ: Sử dụng mưa (nhân tố) để dự báo dòng chảy (yếu tố) Sử dụng lưu lượng hay mực nước trạm (nhân tố) để dự báo lưu lượng hay mực nước trạm (yếu tố) Thời gian dự kiến: Là khoảng thời gian từ phát tin dự báo đến thời điểm xuất yếu tố dự báo Nếu thời gian dự kiến dài sai số yếu tố lớn Sai số dự báo yếu tố: Là hiệu số trị số dự báo trị số thực đo thời điểm Sai số cho phép: Là phần khoảng lệch quân phương đại lượng dự báo khoảng lệch quân phương biến đổi thời gian dự kiến Sai số phương án dự báo: Là tỷ số số lần dự báo đạt yêu cầu tổng số lần dự báo Câu 3: Nêu cách tính sai số cho phép dự báo hạn dài hạn ngắn? - Hạn dài: Scp = ∆cp = 0,674 σ - Hạn ngắn: Scp =∆cp = 0,674 σ ∆ ∆cp σ Trong đó: : Là sai số cho phép : Là khoảng lệch quân phương σ ∆ : Là khoảng lệch quân phương trị số thay đổi yếu tố dự báo thời gian dự kiến n σ= ∑( y i − yo ) n y i : Giá trị thực đo đại lượng dự báo n yo : Trị bình quân đại lượng dự báo yo = ∑y i n n : Số đại lượng dự báo n σ∆ = ∑(∆yi −∆yo ) n n = ∑(∆) n ∆y i : Biến đổi đại lượng dự báo thời gian dự kiến ∆yi = ( yt +τ − yt ) t = ∆ Ythiên nhiên ∆yo : Trị bình quân giá trị biến đổi đại lượng dự báo thời gian dự kiến - Gọi ∆ sai số dự báo yếu tố: ∆=ydb - ytđ Đánh giá: ∆ ∆ Scp : đạt Scp : không đạt Câu 4: tiêu đánh giá sai số phương án dự báo Có nhiều tiêu khác để đánh giá chất lượng phương án dự báo Độ xác thời gian dự kiến dự báo thuỷ văn có mối liên hệ với mức độ nghiên cứu tượng thuỷ văn cần dự báo, với mức độ ảnh hưởng nhân tố dự báo, phụ thuộc vào độ xác tài liệu dùng để xây dựng phương án dự báo Mặt khác thời gian dự kiến dự báo tăng lên độ xác phương án dự báo giảm Sai số phương án đánh giá thông qua hệ số tương quan biểu đồ dự báo (η) hay tỷ lệ sai số quân phương dự báo kiểm tra khoảng lệch quân phương chuẩn (S/σ) Trong đó: Sai số quân phương dự báo kiểm tra tính số lần dự báo (n) nhiều là: n S= ∑(y − y t d ) db n = n ∑ ( ∆y ) db (1.3) n Trường hợp số lần dự báo (n) thì: n S= ∑ ( ydb − yt.do ) n−m n = ∑ ( ∆y ) db (1.4) n−m m: số thông số phương trình dự báo Hệ số tương quan η xác định theo công thức: S η = 1−   σ  (1.5) Khi quan hệ dự báo quan hệ hàm S = η = điều cho thấy thay đổi yếu tố dự báo xác định nhân tố dự báo Khi S = σ η = nhân tố dự báo không ảnh hưởng đến yếu tố dự báo Chất lượng phương án dự báo xác định tỷ số số lần dự báo đạt tổng số lần dự báo Gọi m: số lần dự báo đạt N: tổng số lần dự báo P(%): mức bảo đảm phương án dự báo P= m × 100 n (%) Chỉ tiêu đánh giá phương án dự báo quy định sau: Bảng 1.1 Chỉ tiêu đánh giá phương án dự báo Độ xác phương án Tốt Đạt Kém Không đạt S σ η P(%) < 0.4 0.4 - 0.6 0.6 - 0.8 > 0.8 > 0.9 0.8 - 0.9 0.6 – 0.8 < 0.6 >90 75 - 90 60 - 75 < 60 • Các bước thực đánh giá sai số phương án dự báo có chuỗi liệu thực đo? Như biết sai số phương án dự báo tỷ số lần dự báo đạt yêu cầu tổng số lần dự báo Chất lượng phương án đánh giá dựa mức đảm bảo phương án Để thực điều này, sau xây dựng xong phương án phải dùng tài liệu thực đo có sẵn để dự báo kiểm tra Tùy theo tài liệu thực đo dài hay ngắn để tiến hành lựa chon phương án tiêu đánh giá sai số phương án dự báo Mặt khác có cách tính sai số cho phép phương án: - Hạn dài: Scp = ∆cp = 0,674 σ - Hạn ngắn: (1) Scp =∆cp = 0,674 σ ∆ (2) Đầu tiên để lựa chọn tiêu đánh giá sai số phương án dự báo cần hiểu rõ với dự báo hạn ngắn chắn cần đến thời gian dự kiến τ, công thức tính sai số cho phép công thức(2 )đáp ứng yêu cầu ràng buộc đánh giá sai số phương án dự báo dựa thời gian dự kiến sau bước đánh giá sai số phương án dự báo hạn ngắn: - Bước 1: xác định thời gian dự kiếnτ - Bước 2: dựa vào thời gian dự kiến bảng số liệu thực đo tiến hành tính giá trị ∆yi = ( yt +τ − yt ) t Bước 3: tính ∆yo : Trị bình quân giá trị biến đổi đại lượng dự báo - thời gian dự kiến Bước 4: tính sai số yếu tố dự báo ∆i = ∆yi -∆ yo Bước 5: tính bình phương sai số yếu tố dự báo ∆i2 Bước 6: tính khoảng lệch quân phương chuỗi biến đổi đại lượng dự báo theo thời gian dự kiến: - n σ∆ = - ∑(∆yi n n ∑(∆) = n Bước 7: tính sai số cho phép phương án dự báo Scp =∆cp = 0,674 σ - −∆yo ) ∆ Bước 8: đánh giá kết : ∆yi Scp đạt Nếu ∆yi > Scp không đạt Câu 5: Hệ phương trình Saint –Vernant: - Phương trình động lực: ∂v α v∂v ∂h v2 i0 = + + g ∂t g ∂s ∂s C R - Phương trình liên tục: (1) ∂ω ∂Q + =q ∂s ∂t (2) Trong đó: io: Độ dốc mặt nước điều kiện chảy ổn định hay lấy độ dốc đáy sông (iđ), h: Độ sâu, v: Tốc độ nước qua mặt cắt ngang sông, s: Chiều dài đoạn sông, t: Thời gian, R: Bán kính thuỷ lực, α: Hệ số động năng, g: Gia tốc trọng trường, ω: Diện tích mặt cắt ngang sông (diện tích mặt cắt ướt), Q: Lưu lượng, C: Hệ số Sêdi (Chezy), q: lượng nước gia nhập khu đơn vị dài Vế trái phương trình động lực (1) độ dốc mặt nước: I = i0 - ∂h ∂h , i0 thành phần trọng lực, tỷ lệ với độ dốc đáy; thành phần ∂s ∂s áp lực, tỷ lệ với độ sâu dòng chảy I công đơn vị khối lượng nước chảy qua đơn vị khoảng cách gây Công gồm thành phần: v2 I1 = C R I2 = I3 = (1) ∂v g ∂t α v∂v g ∂s  I0= I1+ I2+ I3 I2, I3 < I1 => I m = i0 - ∂h v2 = ∂s C R Trong phương trình liên tục (2), vế trái gồm: ∂ω biến đổi diện tích mặt cắt ướt theo thời gian ∂t ∂Q biến đổi lưu lượng nước theo chiều dài đoạn sông ∂s Hệ phương trình (2.1) (2.2) có ẩn số v, h, Q ω Để giải hệ phương trình thường phải sử dụng mối quan hệ sau: Q= vω (3) ω = f(h) (4) Hiện có hướng nghiên cứu giải hệ phương trình Saint-Vernant: Hướng 1: Chuyển phương trình vi phân thành hệ phương trình sai phân giải phương pháp số (phương pháp sai phân hữu hạn, lưới ẩn hiện) Tuỳ theo loại sông cụ thể mà bỏ qua số thành phần để toán đơn giản mà kết có độ xác cần thiết Ví du như, mô hình sóng động học, mô hình sóng khuếch tán, mô hình sóng động lực Các phương pháp gọi chung phương pháp thuỷ lực, chúng đòi hỏi tài liệu chi tiết địa hình lòng sông thiên nhiên mà thường thiếu độ xác không cao dẫn đến kết mô chưa tốt Hướng 2: Tìm cách giản hoá hệ phương trình Saint-Vernant, phương trình động lực (2.1) thường thay mối quan hệ đó, phù hợp với điều kiện thực tế, dự báo thủy văn, hay sử dụng mối quan hệ lượng trữ nước sông với lưu lượng trạm trên, trạm Phương trình liên tục (2.2) thay phương trình lượng trữ nước Nhờ biến đổi mà việc giải hệ phương trình Saint-Vernant giản nhiều Tuy kết tính toán có hơn, đáp ứng yêu cầu đặt Câu 6: Độ dốc phụ gia (đn, ảnh hưởng) a Định nghĩa: Sự chênh lệch độ dốc mặt nước có lũ im với độ dốc mặt nước chảy ổn định i0 gọi độ dốc phụ gia ∆i ∆ i = i m – i0 Khi chảy ổn định, độ dốc mặt nước thường lấy độ dốc đáy sông iđ dốc phụ gia tính theo công thức ∆ i = i m – iđ → ∆ i = - nên độ sau: ∂h ∂s b Ảnh hưởng * Độ dốc phụ gia làm biến hình sóng lũ Khi có lũ, độ dốc mặt nước là: im = i0 + ∆i Ở mái trước (đoạn BC) có ∆i > mái sau (đoạn AB) có ∆i < Chọn điểm có độ sâu (h1 = h2), điểm mái trước có độ dốc mặt nước lớn điểm mái sau nên tốc độ chuyển động sóng lũ điểm lớn điểm Kết quả, trình chuyển động từ tuyến tuyến dọc theo sông, sóng lũ bị căng dãn làm cho chiều dài sóng lũ tăng lên, đỉnh lũ bị hạ thấp Đây tượng bẹt sóng lũ Ở mái trước, từ C đến B có độ sâu h tăng dần, độ dốc sóng lũ tăng dần nên tốc độ chuyển động sóng lũ theo chiều từ C đến B tăng theo đạt lớn đỉnh B Do có tốc độ chuyển động lớn nhất, phần tử nước đỉnh lũ (tại điểm B) chảy vượt trước điểm liền kề sinh đổ sóng lũ Hiện tượng làm cho mái trước ngày ngắn lại, mái sau dài ra, đỉnh lũ bị hạ thấp Hai tượng đồng thời phát sinh tồn trình chuyển động sóng lũ sông, chúng làm cho sóng lũ ngày dài ra, đỉnh lũ ngày thấp lượng nước mái trước chuyển dần sang mái sau Nếu dòng sông không lăng trụ tượng phức tạp nhiều Ví dụ, hạ lưu, đoạn sông vị trí diện tích mặt cắt ngang mở rộng đỉnh lũ bị giảm nhanh, trường hợp ngược lại vị trí hạ lưu có mặt cắt ngang thu hẹp làm cho đỉnh lũ tăng lên * Độ dốc phụ gia làm đường Q~ H không đơn trị Từ dạng giản hoá phương trình động lực (2.1) suy ra: v2 = im.C2.R Ta lại có: Q = v ω = ω C im R Khi chuyển động ổn định im = i0 = const, nên: Q = Q0 = ω.C i0 R (2.5) Với lòng sông hình lăng trụ có mặt cắt chữ nhật rộng B, độ sâu h bán kính thủy lực R ≈ h, ta có: ω = B.h, biểu thức (2.5) có dạng: Q0 = B.h C i0 h = B.C i0 h3/2 Vì B, C, i0 số, đặt α = B.C i0 thu quan hệ: Q0 = α.h3/2 (2.6) Như vậy, chảy ổn định, quan hệ mực nước ~ lưu lượng (2.6) đơn trị (một giá trị mực nước có giá trị lưu lượng tương ứng) Khi có lũ, im = i0 + ∆i, tỷ số lưu lượng có lũ lũ (chảy ổn định) là: C.ω im Q ∆i = = 1+ Q0 i0 C.ω i0 Câu 7: PT mực nước tương ứng viết cho đoạn sông không nhánh Qd,t+τ = (1+α).Qtr, t (1) Giả sử mối quan hệ lưu lượng, mực nước mặt cắt trạm thủy văn có dạng sau: Q = ( a H + b)n (2) Trong a, b hệ số hồi quy tuyến tính, n tham số đặc trưng cho hình dạng mặt cắt; mặt cắt tham số a, b n thường xem số, xác định phương pháp thống kê từ số liệu thực đo Thay (2) vào (1) mối quan hệ mực nước tương ứng trạm trạm dưới: (a1 Hd,t+t + b1)n1 = (1+a).(a2 Htr,t + b2)n2 n2   n1 n1 Hd,t+t = (1 + α ) (a H tr ,t + b2 ) − b1  a1   Nếu hình dạng mặt cắt trạm mặt cắt trạm tương tự nhau, coi n1= n2, đó: a2 n1 Hd,t+t = (1+a) n1 Htr,t + (1 + α ) b2 − b1 a1 a1 b2 (3) a2 n1 Đặt: b = (1+a) n1 g = (1 + α ) b2 − b1 a1 a1 b2 Vì a1, a2, b1, b2 n1 số nên β, γ số Thay β, γ vào biểu thức (3) thu phương trình mực nước tương ứng viết cho đoạn sông nhánh lớn: Hd,t+t = b.Htr,t + g * PT lưu lượng tương ứng viết cho đoạn sông không nhánh Với đoạn sông nhánh lớn, sau khoảng thời gian chảy truyền τ, sóng lũ truyền từ trạm xuống trạm với đầy đủ đặc trưng hình dạng Nếu lượng gia nhập khu biến hình sóng lũ phương trình lưu lượng tương ứng có dạng đơn giản: Qd,t+τ = Qtr, t (1) Tuy nhiên, với sông thiên nhiên lưu lượng trạm điểm sóng lũ trình chuyển động từ trạm trạm bị thay đổi theo dọc sông chịu ảnh hưởng nhiều điều kiện khác nhau, có nguyên nhân là: Biến hình sóng lũ trình chuyển động (∆Qs); Lượng nhập nước mặt nước ngầm đoạn sông hay gọi lượng gia nhập khu (q) Vì biểu thức lưu lượng tương ứng trạm trạm có dạng: Qd,t+τ = Qtr, t + ∆Qs + q (2) Gọi M mô đuyn dòng chảy, lưu lượng nước trạm là: Qtr,t = Mtr,t Ftr (3) lưu lượng nước trạm dưới: Qd,t+t = Md,t+τ Fd (4) Trong biểu thức (3) (4) Ftr , Fd diện tích lưu vực khống chế trạm trạm dưới; Mtr,t, Md,t+τ mô đuyn dòng chảy tương ứng thời điểm t t+t Giả sử phân bố mô đuyn dòng chảy không đổi theo thời gian, có: M d ,t +τ M tr ,t = C = const, (5) Chia (4) cho (3) sử dụng giả thiết (5) nhận được: Qd ,t +τ M d ,t +τ Fd = Qtr ,t M tr ,t Ftr Suy ra: = const Trên đoạn sông ngắn có độ dốc đáy sông lớn biến hình sóng lũ không đáng kể (∆Qs ≈ 0) bỏ qua, từ biểu thức (2) nhận được: q = Qd,t+τ - Qtr, t = Vì Qd ,t +τ − Qtr ,t Qtr ,t số, suy = (6)  Qd ,t +τ số Đặt α =   Qtr ,t  − 1 thay vào  (6) nhận được: q = α Qtr,t (7) Như vậy, lượng gia nhập khu xem tỷ lệ với lưu lượng tuyến thời điểm t Thay giá trị lượng gia nhập khu tính theo biểu thức (7) vào (2) nhận phương trình lưu lượng tương ứng dạng: Qd,t+τ = (1+α ).Qtr, t Câu 8: Lập phương án dự báo theo pp Q, H tương ứng? Nêu bước? Ứng dụng Trình tự lập phương án dự báo phương pháp lưu lượng (mực nước) tương ứng cụ thể qua bước sau: Xây dựng sở liệu (số liệu thực đo lưu lượng( Mực nước) trạm cần dự báo thời gian cho 10 K = ωC R Trong w diện tích mặt cắt ướt; C hệ số Chezy R bán kính thuỷ lực Từ biểu thức (3.11) lấy đạo hàm riêng Q0 theo i0 nhận được: ∂Q0 K = ∂i i0 (3.12) Thay (3.12) vào (3.10) ta có: K i0 L = ∂Q0 ∂H = K i0 ∂Q0 i0 ∂H (3.13) Thay (3.11) vào (3.13) nhận công thức tính độ dài đoạn sông đặc trưng: L= Q0 ∂Q0 i0 ∂H (3.14) Công thức (3.14) thực tế hay sử dụng dạng quan hệ: L = f(Q0, ∂Q0 ) ∂H Dĩ nhiên, từ (3.14) cho thấy nước sông tăng Q tăng, đồng thời ∂Q0 tăng theo làm cho độ dài đoạn sông đặc trưng L không thay đổi thay ∂H đổi không đáng kể Vì vậy, tính toán chấp nhận L tính theo (3.14) để dùng chung cho cấp lưu lượng Q 3.7.3 Phương trình dự báo đoạn sông đặc trưng Từ phương trình cân nước viết cho đoạn sông gia nhập khu (q=0) ta có: dW = (Qtr – Qd) dt (3.15) Suy ra: dW + Qd = Qtr dt Ở đoạn sông đặc trưng, quan hệ W ~ Qd có dạng đơn nhất, có nghĩa là, ứng với giá trị xác định lưu lượng trạm Qd có giá trị lượng trữ nước W Giả sử thời gian truyền lũ đoạn sông t, lượng trữ nước đoạn sông là: W = τ Qd (3.16) Nếu τ không đổi, quan hệ W ~ Qd có dạng đường thẳng Thay biểu thức (3.16) vào (3.15) nhận được: dW W + = Qtr dt τ Đây phương trình vi phân tuyến tính bậc có nghiệm tổng quát là: 15 − t τ t τ t Wt = e [ ∫ Qtr e dt + W0 ] (3.17) Vì lưu lượng tuyến đoạn sông đặc trưng biến đổi phức tạp theo thời gian Cho nên giải (3.17) mà phải giải gần cách thay tích phân tổng sai phân với thời đoạn tính toán ∆t tương đối ngắn Chuyển (3.17) sang dạng sai phân ta có: t t t − − W Qd, t = = e τ ∑ Qtr ,i e τ ∆t + Q0 e τ τ τ Trong đó, n = (3.18) t ; Qtr lưu lượng trạm thời đoạn Dt thứ i ∆t Để giải phương trình (3.17) xác hơn, ta giả thiết Qtr không đổi khoảng ∆t, lúc nghiệm (3.17) là: t t Wt = Q τ (1 − e −τ ) + W e −τ tr (3.19) Chia vế biểu thức (3.19) cho Dt ta lưu lượng trạm thời điểm t: t t Qd, t = Q (1 − e −τ ) + Q e −τ tr (3.20) Trong tính toán dự báo biểu thức (3.20) thường viết dạng sau: t Qd, t = Q0 + (Qtr – Q0) (1- e −τ ) Trong đó: Q0 - lưu lượng trạm thời điểm ban đầu t = 0; Qd,t - lưu lượng trạm đoạn sông đặc trưng thời điểm t; Qtr - lưu lượng trung bình thời đoạn ∆t trạm đoạn sông đặc trưng 3.7.4 Lập phương án dự báo cho đoạn sông đặc trưng Để xây dựng phương án dự báo đoạn sông đặc trưng cần thực theo bước sau: Bước 1: Tính chiều dài đoạn sông đặc trưng theo công thức gần sau: L= Q0 Q ∆H ∂Q0 = i0 i d ∆Q0 ∂H Cách tính: Từ tài liệu mực nước, lưu lượng thực đo lũ tuyến dưới, vẽ quan H hệ Hd, ~ Qd, Hd, ~ i0 (Hình 3.8 a b).H d, d, Lập bảng tính độ dài đoạn sông đặc trưng (Bảng 3.2), chọn giá trị Q0 phân bố từ a) b) giá trị nhỏ đến giá trị lớn (cột 1) - Từ giá trị Q0 cột 1, tra theo quan hệ Hd0 ~ Qd0 i0 ~ Qd0 (Hình 3.8 a b) giá trị Ho i0 ghi vào cột 2, - Trong cột giá trị ∆Q0 tính theo công thức: ∆Q0 = Q0, 2- Q0, Qd, 16 Hình 3.8: Mối quan hệ a) Hd, ~ Qd, b) Hd, ~ i0 id, - Trong cột ghi giá trị ∆H0 tính theo công thức: ∆H0 = H0, 2-H0, - Trong cột ghi giá trị ∆H0 /∆Q0 - Trong cột 7, giá trị trung bình Q0 tính theo công thức: Q0 = (Q0,1+Q0,2) Trong cột 8, giá trị trung bình i tính theo công thức: i0 = (i0,1+i0,2) - Trong cột 9, giá trị L tính theo công thức: L = - Q ∆H _ i ∆Q0 Bảng 3.2: Tính độ dài đoạn sông đặc trưng Q0 (m /s) 20 40 60 … H0 (m) i0 ∆Q0 ∆H0 ∆H ∆Q0 Q0 5.88 6.06 6.22 … 0.119 0.124 0.128 … 20 20 … 0.18 0.16 … 0.009 0.008 … 30 50 … 0.122 0.126 … 2.2 3.2 … i0 L (km) Cuối cùng, độ dài đoạn sông đặc trưng tính giá trị trung bình n giá trị L tính cột 9: n L = L = ∑ Li , (Với n = 15 ÷20 ) n i =1 Bước 2: Chọn ∆t (đối với sông lớn chọn ∆t =1 ngày đêm (24h), sông nhỏ chọn ∆t khoảng vài giờ) Bước 3: Tính lưu lượng trạm theo công thức: 17 t Qd, t = Q0 + ( Q tr – Q0) (1- e −τ ) Với Q tr giá trị trung bình thời gian dự kiến lưu lượng trạm Như vậy, để dự báo Qd ,τ , cần dự báo lưu lượng tuyến thời điểm t+t Câu 11 PHƯƠNG PHÁP MUSKINGUM Phương pháp Muskingum Mc Carthy đề xuất áp dụng lần đầu để tính dự báo lũ sông Muskingum năm 1938 Hiện nay, phương pháp sử dụng tính toán, dự báo thuỷ văn hầu giới Mc Carthy giả thiết đoạn sông tồn lưu lượng Q’ có mối quan hệ tuyến tính với lượng trữ nước đoạn sông dạng: W = K.Q’ (3.32) Hệ số K có ý nghĩa thời gian chảy truyền Điều thấy rõ xét điều kiện chảy ổn định, lúc có Q’ = Q0, theo công thức (3.21) W = τ Q0 So với (3.32) suy K = τ Để tính Q’ tác giả Mc Carthy tìm mối quan hệ lưu lượng Q’ với lưu lượng trạm trạm dưới dạng sau: Q’ = xQtr + yQd (3.33) Khi chảy ổn định ta có Qtr = Qd = Q’= Q0 Từ biểu thức (3.33) suy (x+y) = hay y = (1- x) biểu thức (3.33) viết dạng: Q’ = x.Qtr + (1- x ).Qd = Qd + x (Qtr – Qd) (3.34) Trong đó, x tham số không thứ nguyên đặc trưng cho biến đổi lưu lượng theo dọc sông Từ phương trình cân nước đoạn sông: Qtr1 + Qtr Q + Qd ∆t − d ∆t = W2 − W1 2 Hay: (W2-W1) = (Qtr1 – Qtr2).∆t – (Qd1 + Qd2).∆t (3.35) Thay W = KQ’ = K [(Qd + x (Qtr – Qd)] vào biểu thức (3.35) ta được: 2K.(Qd2 +x.Qtr2 –x.Qd2) –2K.(Qd1+x.Qtr1 –x.Qd1) = (Qtr1 + Qtr2)∆t – (Qd1+Qd2)∆t Nhóm lại theo thời gian mặt cắt ta được: Qd2(2K- 2Kx+∆t) = Qtr2(∆t –2Kx) + Qtr1 (∆t +2Kx) + Qd1(2K-2Kx-∆t) Chia vế cho (2K-2Kx+Dt) đặt: C0 = ∆t − Kx ∆t + Kx K − Kx − ∆t ; C1 = C2 = 2K - 2Kx + ∆t 2K - 2Kx + ∆t 2K - 2Kx + ∆t Sẽ thu biểu thức tính lưu lượng trạm cuối thời đoạn Dt: Qd2 = C0 Qtr2 + C1 Qtr1 + C2 Qd1 (3.36) Biểu thức (3.36) phương trình diễn toán lưu lượng Muskingum Các hệ số C0, C1 C2 thoả mãn điều kiện: 18 C0 + C1 + C2 = Muốn dự báo Qd,2 theo (3.36) ta phải dự báo Qtr,2 Câu 12: 4.2.1 Lý thuyết gần tính dòng chảy sườn dốc Velikhanôv - Giả sử có lưu vực sơ đồ hình 4.1, chia toàn độ dài theo sườn dốc thành hình chữ nhật cong đủ nhỏ Có trận mưa lưu vực với cường độ mưa hx thay đổi theo thời gian - Giả sử cường độ tổn thất hp tỷ lệ với độ cao lớp dòng chảy h: hp = K.h Trong K hệ số tỷ lệ Ký hiệu độ dài phía hình chữ nhật cong bj độ cao lớp dòng chảy hj, lưu lượng qj tốc độ dòng chảy vj; tương tự cạnh phía hình chữ nhật cong bj+1 độ cao lớp dòng chảy hj+1, lưu lượng qj+1 tốc độ dòng chảy vj+1 Diện tích hình chữ nhật cong nằm đường đồng mức j j+1 ký hiệu fj, j+1 Năm 1945, Velikhanôv lập phương trình cân nước cho hình chữ nhật cong đơn vị thời gian qj+1- qj = fj, j+1 ( - ∂h j , j +1 ∂t + h X − Kh j , j +1 ) (4.2) Sử dụng quan hệ kinh nghiệm tính tốc độ chảy sườn dốc: v = 10 q12 / i / q1 lưu lượng sườn dốc chảy qua mặt cắt có độ rộng b1= 1, i độ dốc sườn dốc Lưu lượng chảy qua mặt cắt có chiều rộng b là: q = b.v.h = b 10 q12 / i / h Thay q1 = (4.3) q vào (4.3) chuyển vế ta có công thức xác định độ cao lớp dòng chảy: b h = 0,1 ( q 1/3 ) b.i (4.4) 19 - Giả thiết chuyển động lớp nước thay đổi theo thời gian, thành phần ∂h j , j +1 ∂t biểu thức (4.2) nhỏ bỏ qua Thay (4.4) vào (4.2) được: qj+1 - qj = fj, j+1 { hx - 0,05 K [( q j +1 b j +1i j +1 )1/3 + ( qj bji j )1/3]} (4.5) Các giá trị q tính liên tục từ đường phân chia nước, j = 0, q = Áp dụng biểu thức (4.5) tính giá trị q1, q2, qn Như nguyên tắc, toán giải cho sườn đốc có bề mặt tuỳ ý Từ giá trị q1, q2, xác định tốc độ chảy truyền sườn dốc mặt cắt j: vj = 10 ( qj bj )2/3 ij1/3 4.2.2 Lý thuyết gần dòng chảy sườn dốc Bephani Năm 1949 Bephani tiến hành phân tích đầy đủ quy luật dòng chảy sườn dốc Nghiên cứu phương trình liên tục phương trình động lực dòng chảy không ổn định sườn dốc, Bephani thu kết luận quan trọng trình hình thành dòng chảy: Lực quán tính bỏ qua không gây sai số đáng kể tính toán dòng chảy sườn dốc Bỏ qua độ dốc phụ gia bề mặt nước so với bề mặt đất không gây sai số đáng kể độ dốc phụ gia thường nhỏ (vài phần trăm độ dốc chung) tốc độ chảy tràn sườn dốc tính theo công thức: V = a.in.hm Trong a, n, m thông số, h độ cao lớp dòng chảy Dựa vào phương trình liên tục: ∂ω ∂Q + =q (4.6) ∂t ∂l Trong Q ω lưu lượng diện tích mặt cắt ngang dòng nước; l t khoảng cách thời gian Tính cho đoạn sườn dốc có độ rộng b = đơn vị ta có: ω = b.h = h (4.7) Q = ω.V = h.a.in.hm = a.in hm+1 Đặt c = a in, a i không đổi nên c không đổi, từ thu biểu thức liên hệ Q h Q = c hm+1 (4.8) Từ biểu thức (4.6), (4.7) (4.8) nhận phương trình vi phân dòng chảy sườn dốc ứng với pha lũ sau: 20 a Đối với pha lũ lên (trong thời gian có mưa), từ (4.7) (4, từ (4.7) (4.8) ta có (4.6) dạng sau: ∂h ∂h +(m+1).c.hm = h x - hp = h ∂t ∂l Trong đó: hx – cường độ mưa; hp – cường độ tổn thất thấm bốc hơi; h1 – lượng mưa hiệu b Đối với pha lũ xuống (sau kết thúc mưa) ∂h ∂h +(m+1).c.hm = - hp ∂l ∂t Thời gian chảy truyền sườn dốc lưu vực (t) xác định theo công thức: l ] m+1 t=[ c(hx − h p ) l- độ dài sườn dốc Những nghiên cứu lý thuyết Velikhanôv Bephani trở thành sở khoa học quan trọng cho việc xây dựng phương pháp, mô hình tính toán dòng chảy sườn dốc, tính toán từ mưa dòng chảy, toán quan trọng dự báo thủy văn Tuy nhiên, điều kiện thiếu số liệu chi tiết đặc trưng thuỷ lực bề mặt sườn dốc, tốc độ thấm loại lớp đất khác nhau, phân bố thay đổi mưa theo thời gian, không gian việc ứng dụng lý thuyết vào thực tế gặp nhiều khó khăn Chính vậy, nay, để dự báo dòng chảy từ mưa tác nghiệp, người ta thường theo hướng thứ 2, phù hợp với điều kiện hơn, dựa vào công thức nguyên dòng chảy Câu 13 : TÍNH TỔNG LƯỢNG DÒNG CHẢY TỪ SỐ LIỆU MƯA Phương trình cân nước viết cho lưu vực kín, thời đoạn ngắn có dạng sau: Y = X – Z – P + Yng = Ym + Yng Trong đó: X - mưa trung bình lưu vực tính theo số liệu đo mưa trạm, Ym – lớp dòng chảy mặt, Z, P – lượng tổn thất bốc thấm, Yng – lớp dòng chảy nước ngầm cung cấp, ổn định lưu vực Như vậy, để tính lớp dòng chảy Y mặt cắt khống chế lưu vực, phải tính thành phần sau: - Lượng mưa, - Lượng tổn thất, - Lớp dòng chảy mặt, - Lớp dòng chảy ngầm 21 Câu 14: Đường đơn vị sherman Định nghĩa: Đường đơn vị đường trình lũ xảy lượng mưa hiệu đơn vị (y0= 10mm inch) phân bố lưu vực kéo dài đơn vị thời gian gây Đường đơn vị Sherman xây dựng giả thiết sau: Chiều rộng đáy đường đơn vị trận mưa thời đoạn gây Nếu thời gian mưa nhau, lượng mưa khác tung độ đường trình dòng chảy mặt cắt khống chế tỉ lệ thuận với lượng mưa hiệu quả: qi ( X − P) i yi = = qi* ( X − P ) *i y i* * qi, qi chiều cao đường trình dòng chảy mặt cắt khống chế lượng * mưa hiệu yi yi gây ra; P lượng tổn thất Nếu mưa kéo dài m thời đoạn, đường trình dòng chảy mặt cắt khống chế tổng cộng đường trình lũ thành phần ứng với lượng mưa thời đoạn sinh Gọi ui tung độ đường đơn vị lượng mưa hiệu y0 gây Khi lưu vực lượng mưa hiệu y xảy đơn vị thời gian gây lũ có lưu lượng Qi tỷ lệ thuận với lượng mưa hiệu y: y Qi y ui = suy ra: Qi = y0 ui y0 (4.16) Với i = 1, 2, , n thời đoạn; n độ rộng đường đơn vị - Nếu mưa kéo dài m thời đoạn lưu lượng lũ tổng cộng đường trình lũ ứng với lượng mưa thời đoạn: i Qi = yj ∑y j =1 u i +1− j (4.17) Với i = 1, 2, , (n+m-1) thời đoạn Phương pháp giải tích Giả sử mặt cắt cửa lưu vực đo trình lũ Qi , sinh trận mưa kéo dài thời đoạn (Hình 4.7) Ký hiệu lượng mưa hiệu thời đoạn y1, y2 y3 Gọi giá trị đường đơn vị u1, u2, , un Từ công thức nguyên dòng chảy ta có: 22 Q1 = y1 u1 = a1u1 y0 Q2 = y1 y u + u1 = a1u + a u1 y0 y0 Q3 = y y1 y u + u + u1 = a1u + a u + a3u1 y0 y0 y0 (4.20) y y y Qn = u n + u n−1 + u n− = a1u n + a u n −1 + a3u n −2 y0 y0 y0 Trong hệ phương trình (4.20), = yi y0 Từ hệ n phương trình giải nhận n giá trị đường đơn vị u1, u2, , un: u1 = Q1 a1 u2 = (Q2 − a Q1 ) a1 u3 = (Q3 − a Q2 − a3 Q1 ) a1 un = (Qn − a Qn −1 − a3 Qn −2 ) a1 Sau tính toàn đường đơn vị u1, u2, , un ta phải hiệu chỉnh cho đường đơn vị nhận có dạng đường cong trơn Việc tính toán đường đơn vị thực dễ dàng sử dụng phần mềm Excel Trong điều kiện máy tính sử dụng phương pháp lập bảng Ví dụ: Tính đường đơn vị từ trận lũ hình thành thời đoạn mưa hiệu y1= 15,7mm y2 = 5,9mm Bằng phương pháp lập bảng ta nhận kết thống kê bảng 4.1 Trình tự thực hạng mục bảng 4.1 sau: - Cột 1, 2: Ghi ngày giá trị lưu lượng thực đo Q lũ - Cột 3: Lưu lượng nước ngầm, Qng = 20 m3/s = const - Cột 4: Lưu lượng dòng chảy mặt mưa hiệu thời đoạn sinh ra: Qm = Qlũ – Qng - Cột 5: Lượng mưa hiệu yi tỷ số ai; - Cột 6, 7: Kết tính dòng chảy phận Thứ tự tính sau: 23 + Tại hàng 1, cột có Q1=a1u1 = 120; suy u1 = Q1 120 = = 76 (ở cột 9) a1 1,57 + a2.u1 = 0,59.76 = 45 (giá trị ghi ở, hàng 2, cột 7), + Từ a1.u2 = 275 - 45 = 230 (ghi vào hàng 2, cột 6), suy u2 = 230 = 146 (ghi 1,57 vào hàng 2, cột 9); + Từ a2.u2 = 86 (ghi hàng 3, cột 7), tính a 1.u3 = 737 - 86 = 651 (ghi 651 = 415 ; hàng 3, cột 6) u3 = 1,57 Bảng 4.1: Tính đường đơn vị phương pháp lập bảng TT Dòng chảy phận Lũ Ngầm Mặt a1.ui a2.ui 24/8 20 20 y1=15.7 25 140 20 120 y2 = 5.9 120 26 295 20 275 230 45 27 757 20 737 a1 = 1.57 651 86 28 1085 20 1065 a2 = 0.59 821 244 29 860 20 840 532 308 30 595 20 575 376 199 + Bằng cách tính tìm ui lại đường đơn vị Ngày/ Tháng Q Lượng mưa hiệu ui ui hiệu chỉnh 76 146 415 523 339 240 78 146 413 523 345 241 Câu 15:Tại Đường đơn vị xây dựng cho thời đoạn mưa ∆t định sử dụng để dự báo có lượng mưa thời đoạn thời đoạn chênh lệch không 10%∆t vậy, dự báo lũ, xây dựng đường đơn vị ứng với thời đoạn mưa dùng để dự báo cho thời đoạn mưa Còn muốn sử dụng cho thời đoạn mưa khác, lớn nhỏ 10% phải dùng phương pháp chuyển đường đơn vị từ thời đoạn có sang đường đơn vị thời đoạn cần thiết Trong thực tế thường gặp phải trường hợp tài liệu mưa thời đoạn ngắn mưa tự ghi, lưu vực nhỏ miền núi, nơi có độ dốc lưu vực lớn, thời gian tập trung nước ngắn Đặc biệt khu vực miền núi, nơi có nhiều nguy 24 xảy lũ quét thời gian từ mưa đến có lũ lại ngắn Muốn dự báo lũ lưu vực cần phải có đường đơn vị thời đoạn ngắn 1-3h, nhiều ngắn khoảng 15 đến 30 phút Các đường đơn vị với thời đoạn lớn 6h không phù hợp, dự báo có sai số lớn Để đáp ứng nhu cầu tính toán dự báo, thường phải dùng đường đơn vị thời đoạn dài chuyển sang đường đơn vị thời đoạn ngắn cần thiết Từ công thức nguyên dòng chảy, thời gian mưa lớn thời gian chảy truyền từ điểm xa lưu vực tới tuyến cửa (T > τmax), toàn lưu vực tham gia sinh dòng Nếu mưa tiếp tục với cường độ không đổi lưu lượng lũ mặt cắt cửa không thay đổi Xuất phát từ tương này, nhà khoa học xây dựng phương pháp để chuyển đổi đường đơn vị từ thời đoạn dài sang thời đoạn ngắn ngược lại Chuyển hóa đường đơn vị từ thời đoạn ngắn sang thời đoạn d Giả sử có đường đơn vị với thời đoạn ngắn Dtng, cần có đường đơn vị thời đoạn dài Dtd Cách làm: - Tính tỷ số K = ∆t d ∆t ng - Dịch chuyển đường đơn vị thời đoạn ngắn K-1 lần, cách Dtng - Lấy tổng tung độ K đường đơn vị thời đoạn ngắn chia cho hệ số K đường đơn vị thời đoạn dài Ví dụ: Có đường đơn vị thời đoạn ngắn ∆tng = 6h (cột 2, Bảng 4.2) cần chuyển sang thời đoạn dài ∆td = 12h Cách làm: - Tính tỷ số K = 12h/6h = - Dịch đường đơn vị thời đoạn 6h thời đoạn (cột 3, Biểu 4.2 đường u*i Hình 4.8), để có đường đơn vị giống lệch thời đoạn Lấy tổng tọa độ đường đơn vị (cột Bảng 4.2: Chuyển hóa đường đơn vị từ thời đoạn ngắn sang thời đoạn dài 4, Biểu 4.2) chia cho K = 2, nhận Đường đường đơn vị 12h cần tìm (cột Tổng Thời Đường đơn vị Đường 5, Biểu 4.2 Hình 4.8) K gian đơn vị 6h dịch đơn vị đường Q m3/s (giờ) 6h thời 12h đơn vị đoạn u*i 6h ui 6h ui 12h 0.0 00 00 6.2 0.0 6.2 12 10.0 6.2 16.2 8.1 18 8.4 10.6 19.0 42h 12 18 24 30 36 25 24 30 36 42 48 12 10 6.0 3.6 0.0 0.0 - 8.4 6.0 3.6 0.0 0.0 14.4 9.6 3.6 0.0 0.0 7.2 1.8 0.0 2 Hình 4.8: Sơ đồ chuyển hóa đường đơn vị từ thời đoạn ngắn sang thời đoạn dài Câu 16: 6.2 DỰ BÁO THỦY VĂN HẠN VỪA 6.2.1 Cơ sở phương pháp dự báo thủy văn hạn vừa Giả sử cần tính toán dự báo dòng chảy lưu vực sông thời gian Δt = tc – to (to tc điểm đầu điểm cuối thời đoạn tính toán, dự báo), lớn thời gian chảy truyền lớn lưu vực sông đến mặt cắt không chế Khi đó, dòng chảy thời kỳ là: Y = W o + Yn + Ym (6.1) Trong đó: Y lớp dòng chảy tổng cộng mặt cắt không chế, Wo lượng trữ nước sông đầu thời điểm to, Yn Ym lớp dòng chảy ngầm dòng chảy mưa mặt cắt không chế thời gian đoạn Δt Vai trò nhân tố Wo việc hình thành dòng chảy Y phụ thuộc vào nhân tố Y n Ym Giả sử rằng, cường độ gia nhập nước ngầm nước mưa vào lòng sông suốt thời gian Δt không đổi, Wo có vai trò định, việc tính toán, dự báo đơn giản dài Nhưng nếu, nhân tố Y n Ym lớn thay đổi thời gian Δt, Y phụ thuộc không vào Wo mà phụ thuộc nhiều vào Yn đặc biệt Ym Hay viết cách khác: to + ∆t to + ∆t to + ∆t to to to ∑ Q.∆t = W0 + ∑ Qn ∆t + ∑ Qm ∆t (6.2) Trong đó: Q lưu lượng trung bình thời đoạn Δt mặt cắt khống chế; Q n Qm lưu lượng nước ngầm nước mưa mặt cắt không chế thời đoạn Δt Chuyển sang lưu lượng nước trung bình thời đoạn Δt ta có: Q= W0 + Qn + Qm ∆t (6.3) Dưới dạng tổng quát, để dự báo hạn vừa dòng chảy sông, gộp thành phần lượng trữ nước sông dòng chảy ngầm làm một, gọi dòng chảy sở Như vậy, phương trình (6.2) có dạng: Q = Q(1) + Q(2) (6.4) 26 Trong đó: Q(1) thành phần dòng chảy có sở, bao gồm thành phần Wo Qn ; Q(2) thành phần dòng chảy từ mưa Trên sở phương trình (6.4) phương pháp dự báo thủy văn hạn vừa phân loại theo nhân tố ảnh hưởng hình 6.1 DỰ BÁO DÒNG CHẢY HẠN VỪA Dự báo theo lượng trữ nước sông, nước ngầm Dự báo theo lượng trữ nước sông mưa 2.1 Mưa đánh giá theo số liệu thống kê nhiều năm 2.2 Mưa dự báo (synop + số trị) Hình 6.1 : Phân loại dự báo thủy văn hạn vừa theo nhân tố dự báo Như vậy, phương án dự báo thủy văn hạn vừa xây dựng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, thường phân theo điều kiện có mưa thời gian dự kiến 6.2.2 Dự báo thủy văn hạn vừa thời kỳ không mưa Trong mùa cạn, thường có thời kỳ không mưa kéo dài, thành phần dòng chảy mưa Q(2) không đáng kể Trong điều kiện này, dòng chảy sông thời gian dự kiến Δt hoàn toàn phụ thuộc vào lượng trữ nước lưu vực sông W o nguồn nước ngầm Yn Quy luật mô tả tốt bới biểu thức đương cong nước rút (đã đề cấp đến chương IV) có dạng: Qt = (Qo − qc )e −αt + qc (6.5) Qt lưu lượng nước thời điểm t; Qo lưu lượng ban đầu; qc lưu lượng nước ngầm tầng sâu, thường thay đổi có mối quan hệ tuyến tính với lượng trữ nước sông Chính vậy, mùa cạn, không mưa, sử dụng phương trình (6.5) dạng rút gọn: Qt = Qo e −αt (6.6) Hình 6.2: Đường cong nước rút Thông sô α phụ thuộc vào đặc điểm địa chất thủy văn, thay đổi theo lưu vực thường giảm diện tích lưu vực tăng Thông sô α thường xác định phương pháp thực nghiệm, sở số liệu lưu lượng thực đo vị trí dự báo 27 Để dự báo hạn vừa dòng chảy sông, phương pháp đơn giản thường sử dụng xây dựng biểu đồ mối quan hệ lưu lượng dự báo Q t với lưu lượng thời điểm đầu kỳ dự báo Qo: Qt = f(Qo) Theo quy định quy trình dự báo thủy văn, thời gian dự báo mùa cạn thường 10 ngày 6.2.3 Dự báo thủy văn hạn vừa thời kỳ có mưa Trong thời kỳ có mưa, có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến dòng chảy lưu vực sông Trong số phải kể đến mưa, mặt đệm, độ ẩm lưu vực, lượng trữ nước sông Thời kỳ này, để dự báo dòng chảy hạn vừa cần xét đến thành phần dòng chảy sở Q (1) thành phần dòng chảy từ mưa Q(2) a Dự báo phương pháp truyền thống Để dự báo dòng chảy ngày theo phương pháp truyền thống, thường sử dụng mối quan hệ: Qt = f(Qo, X) (6.7) Biểu thức xây dựng dạng biểu đồ, lượng mưa thời gian dự kiến X tham số Hiện nay, sử dụng dạng hồi quy, dễ dàng thực Excel Lượng mưa X lượng mưa dự báo ước lượng theo số liệu thống kê nhiều năm Do hạn chế khả dự báo mưa, mùa lũ, dự báo thủy văn hạn vừa có thời gian dự kiến ngày b Dự báo mô hình Trong điều kiện nay, khả dự báo mưa mô hình số trị nâng cao Thời gian dự báo mưa số trị đạt thời hạn ngày (120h), có số mô hình cho sản phẩm dự báo mưa số trị đạt tới 10 ngày Do chất lượng dự báo mưa số trị bước đầu đáp ứng yêu cầu mô hình tính toán, dự báo thủy văn Dự báo thủy văn hạn vừa mùa lũ chuyển sang giai đoạn mới, ứng dụng mô hình dự báo Để dự báo thủy văn hạn vừa dòng chảy lũ lưu vực sông, thường kết hợp mô hình tính dòng chảy từ mưa mô hình NAM, TANK, kết hợp với môt số mô hình thủy văn thủy lực phương pháp Muskingum, mô hình thủy lực MIKE 11, HECRAS, Sơ đồ dự báo dòng chảy ngày mùa lũ mô tả hình 6.3 28 29 ... Tuỳ theo loại sông cụ thể mà bỏ qua số thành phần để toán đơn giản mà kết có độ xác cần thiết Ví du như, mô hình sóng động học, mô hình sóng khuếch tán, mô hình sóng động lực Các phương pháp gọi... dựng biểu đồ dự báo Từ số liệu thực đo thống kê, xây dựng đường quan hệ Qd(t+τ) = f[Qtr(t)] Về lý thuy t, đoạn sông không nhánh, quan hệ lưu lượng tương ứng biểu thị đường thẳng qua gốc tọa độ Độ... điều kiện: 18 C0 + C1 + C2 = Muốn dự báo Qd,2 theo (3.36) ta phải dự báo Qtr,2 Câu 12: 4.2.1 Lý thuy t gần tính dòng chảy sườn dốc Velikhanôv - Giả sử có lưu vực sơ đồ hình 4.1, chia toàn độ dài