XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH, TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY ,TỪ MƯA ,THEO PHƯƠNG PHÁP SCS
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA THỦY VĂN VÀ TÀI NGUYÊN NƯỚC HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC LẦN THỨ XXVII XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN DỊNG CHẢY TỪ MƯA THEO PHƯƠNG PHÁP SCS Sinh viên thực hiện: Trần Thị Phương 54V2 Đinh Thị Linh 54V2 Kiều Trung Hiếu 52V Giáo viên hướng dẫn: TS Ngô Lê An Hà Nội 12-2013 MỞ ĐẦU Mở đầu Thủy văn ngành khoa học nghiên cứu pha nước trái đất bao gồm xuất hiện, phân bố, vận động Việc nghiên cứu, tính tốn đánh giá đặc trưng nguồn nước lưu vực sơng có vai trò quan trọng, mơ hình tốn việc tính tốn dự báo nguồn nước Để làm tốt vấn đề người làm công tác thủy văn cần có cơng cụ để tính tốn, đặc biệt chương trình tính máy tính từ đơn giản đến phức tạp Để nâng cao hiểu biết trình thuỷ văn, đặc biệt quan hệ mưa dòng chảy, qua hỗ trợ cho việc học tập chuyên môn tốt hơn, tác giả đăng ký đề tài nghiên cứu khoa học với tên: “ Xây dựng chương trình tính tốn mơ dòng chảy từ mưa theo phương pháp SCS” Mục đích ý nghĩa nghiên cứu - Đề tài có hai mục đích sau đây: Củng cố nâng cao kiến thức học, nâng cao hiểu biết trình thuỷ văn Bước đầu tiếp cận với phương pháp lập trình, ứng dụng kiến thức tin học học để xây dựng chương trình hỗ trợ cho nghiên cứu tính tốn thủy văn lưu vực - Ý nghĩa nghiên cứu Đề tài hỗ trợ cho sinh viên ngành thủy văn học tập tốt môn học thủy văn sử dụng nghiên cứu, tính toán thủy văn sau Kết đạt đề tài tạo sở cho việc tìm hiểu sâu lập trình mơ hình toán thủy văn Nội dung nghiên cứu đề tài Đề tài bao gồm hai nội dung nghiên cứu sau: a Tìm hiểu phương pháp mơ dòng chảy từ mưa SCS b Lập chương trình tính tốn dòng chảy từ mưa c Ứng dụng chương trình cho việc tính tổn thất mưa đường q trình dòng chảy mặt Phương pháp nghiên cứu thực đề tài Để xây dựng chương tính ứng dụng chương trình cho tính tốn đặc trưng mưa, dòng chảy số khu vực, ta sử dụng số phương pháp sau: - Phương pháp thống kê thủy văn - Phương pháp tính tốn thủy văn - Phương pháp lập trình: xây dựng chương trình ứng dụng (Microsoft Visual Basic) - Phương pháp SCS để tính tổn thất từ mưa đường q trình dòng chảy NỘI DUNG Cơ sở phương pháp Cơ quan Bảo vệ Thổ nhưỡng Hoa Kỳ (1972) phát triển phương pháp để tính tổn thất dòng chảy từ mưa rào (gọi phương pháp SCS) Trong trận mưa rào, độ sâu mưa hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp Pe không vượt qua độ sâu mưa P Sau q trình dòng chảy bắt đầu, độ sâu nước bị cầm giữ có thực lưu vực, Fa nhỏ độ độ sâu nước cầm giữ tiềm tối đa đó, S Còn có lượng mưa Ia bị tổn thất hết nên khơng sinh dòng chảy, lượng tổn thất ban đầu trước thời điểm sinh nước đọng bề mặt lưu vực Do lượng dòng chảy tiềm P – Ia Trong phương pháp SCS, giả thiết tỉ số hai đại lượng có thực Pe Fa với tỉ số hai đại lượng tiềm P – Ia S (1) Mà ta lại có: P= Pe + Ia + Fa (2) Từ (1) (2) suy phương trình phương pháp SCS để tính độ sâu mưa hiệu dụng hay dòng chảy trực tiếp từ trận mưa rào (3) Trong đó: Ia - độ sâu tổn thất ban đầu Pe - độ sâu mưa hiệu dụng Fa - độ sâu thấm liên tục P - tổng độ sâu mưa Mặt khác: Ia = 0,2S Suy ra: Pe (4) Phương trình (4) phương trình dùng để mơ đường q trình dòng chảy mặt từ mưa Trong phương pháp ta sử dụng đến thông số CN, giá trị Đối với mặt không thấm mặt nước, CN=100, mặt tự nhiên CN< 100 Mối liên hệ S CN là: S(inche) Hay S (mm) Trong điều kiện khác CN khác - Đối với điều kiện khô: CN(I) Đối với điều kiện bình thường độ ẩm thời kỳ trước : CN(II) Đối với điều kiện ướt:CN(III) 2.1 Xây dựng chương trình tính tốn đặc trưng mưa dòng chảy Ngơn ngữ lập trình Chương trình xây dựng từ ngơn ngữ lập trình Microsoft Visual Basic 2008 Visual Basic ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng, trực quan môi trường Windows VB cung cấp cơng cụ hồn chỉnh để đơn giản hóa việc triển khai lập trình ứng dụng, nói cách nhanh tốt để học lập trình ứng dụng Microsoft Windows Phần “Visual – Trực quan” đề cập đến phương pháp sử dụng để tạo giao diện đồ họa người dùng (GUI – Graphical User Interface) VB có sẵn nhiều phận trực quan gọi điều khiển (Controls) mà người lập trình đặt vị trí định đặc tính chúng khung giao diện hình gọi form Việc thiết kế giao diện người dùng ứng dụng VB hình dung đơn giản việc vẽ giao diện Word Paint Prush Windows Phần “Basic” đề đến ngôn ngữ BASIC ( Beginners All- Purpose Symbolic Instruction Code), ngơn ngữ lập trình đơn giản, dễ học, viết cho khoa học gia – người khơng có để học điện tốn sử dụng Tuy nhiên ngơn ngữ BASIC VB cải thiện nhiều để phù hợp với phong cách lập trình đại Chương trình xây dựng đề tài sử dụng cấu trúc điều kiện, cấu trúc lặp hàm thông dụng để tính tốn, liên kết trực tiếp với phần mềm Microsoft Excel việc nhập xuất liệu, có giao diện trực quan, dung lượng gọn nhẹ, dễ sử dụng 2.2 Cấu trúc vào giao diện chương trình 2.2.1 Form nhập liệu Trình bày cách nhập Form nhập liệu: - Chọn Form nhập.vb - Sau kích vào Start Debugging, xuất bảng Hình 1: Giao diện ban đầu tính tốn Hình 2: Giao diện chương trình xuất tên tệp dự án - Kích vào nút “ Mở” xuất bảng “ Open” Kích vào Ví Dụ, mở phần Open tên tệp dự án Cho chạy chương trình kết Form ketqua.vb Hình 2: Giao diện phần mở tệp Trình bày cấu trúc file liệu: Cấu trúc file liệu gồm có: - Hệ số CN ban đầu Số thời đoạn tính tốn Diện tích lưu vực Chuỗi giá trị mưa Hình 3:Cấu trúc file liệu 2.2.2 Form kết Sau mở tệp liệu, ta điều chỉnh hệ số CN, sau bấm nút Tính chương trình tính tốn tổn thất dòng chảy mặt sinh từ mưa theo phương pháp SCS Kết hiển thị form bên Hình 3: Kết tính tốn dòng chảy lưu vực 2.3 Áp dụng tính tốn cho trận lũ cụ thể Đề tài áp dựng thử nghiệm chương trình tính tổn thất thấm dòng chảy mặt từ mưa theo phương pháp SCS cho lưu vực hồ Thượng Nhật thuộc lưu vực sơng Hương có diện tích 208km Lựa chọn trận lũ để mô với thời đoạn Kết tính tốn thử nghiệm trình bày hình Trận lũ 21/ XI/ 1996 Nhận xét đường q trình lũ tính toán: - - Ban đầu lượng mưa bị thấm nhiều (hệ số CN 38), lượng dòng chảy khơng có (từ thời đoạn ban đầu đến thời đoạn thực đo dòng chảy) Khi đất khơng khả thấm tạo dòng chảy mặt Đỉnh lũ cao vào thời đoạn 45 đạt tới 300 m3/s Sau thời điểm lũ đạt đỉnh cao bị giảm dần Trận lũ 12/ X/ 1984 Nhận xét đỉnh lũ tính tốn: - Lượng mưa ban đầu thấm (do hệ số CN 43) nên tạo dòng chảy mặt sớm - Đỉnh lũ cao cao đạt gần 1400 m3/s vào thời đoạn thứ 22 - Sau đỉnh lũ đạt cao giảm dần 10 KẾT LUẬN Đề tài xây dựng chương trình tính tốn tổn thất thấm đường q trình dòng chảy mặt phương pháp SCS với giao diện nhập xuất số liệu sử dụng thuận lợi để tính tốn, thống kê đặc trưng mưa, dòng chảy lưu vực Chương trình trợ giúp cho học tập môn học Thủy văn đại cương dùng cho tính tốn thủy văn mơn học sau Qua lập trình, tác giả nắm vững ngôn ngữ bước đầu thực thao tác chủ yếu kỹ cần thiết xây dựng chương trình tính thuộc lĩnh vực chun ngành Đề tài ứng dụng chương trình để tính tốn nghiên cứu tổn thất dòng chảy, rút nhận xét định Kết nghiên cứu giúp cho tác giả hiểu rõ chế độ quy luật biến đổi thủy văn lưu vực 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ven Te Chow nnk Thuỷ văn ứng dụng NXB Giáo dục 1994 Visual Studio 2008 – MSDN 12