Bài giảng thuỷ văn công trình

THUỶ VĂN CƠNG TRÌNH CHƯƠNG I: GiỚI THIỆU CHUNG Giới thiệu • Mơn học: Thủy văn cơng trình (Engineering Hydrology) • Mã số : MACH 214 (theo ECTS) • Số tín : (3-0-0) • Số tiết : Tổng: 45 •Chương trình đào tạo bắt buộc cho ngành: C, CT, N, HP, CTN, Đ, V, CĐ Giới thiệu - Đánh giá: Điểm trình: 0.3 Điểm thi kết thúc: 0.7 - Nội dung tóm tắt mơn học: Trang bị cho sinh viên kiến thức quy luật dịng chảy sơng ngịi, phương pháp tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế, điều tiết dòng chảy ứng dụng thiết kế, quy hoạch cơng trình thủy lợi quản lý tài nguyên nước Giới thiệu Tài liệu tham khảo [1] Ponce, V.M, Engineering Hydrology, Prentise-Hall, 1981, ISBN 139459235 (Bản dịch) [2] Hà Văn Khối nnk: Thủy văn cơng trình, Xuất năm 2008 [3] Chow, V.T, Maidment, D.R and Mays, L.W Applied Hydrology , McGraw-Hill, 1998, ISBN 0-07-010810-2 (Bản dịch có thư viện trường) [4] Quy phạm tính tốn đặc trưng thuỷ văn thiết kế QP.TL C-6-77, Bộ Thuỷ lợi, 1979 Nội dung Khái niệm thuỷ văn thuỷ văn cơng trình Nhiệm vụ nội dung mơn học Thuỷ văn cơng trình Đặc điểm tượng thuỷ văn phương pháp nghiên cứu Khái niệm Thuỷ văn thuỷ văn cơng trình • “ Thuỷ văn môn khoa học nghiên cứu nước trái đất (bao gồm nước mặt nước ngầm), xuất hiện, tuần hoàn phân bố; tính chất hố học vật lý; mối tương tác chúng với môi trường xung quanh, bao gồm mối quan hệ chúng với sống” • Nghiên cứu pha khác vịng tuần hồn thuỷ văn • Người ta chia thuỷ văn học nhiều lĩnh vực khác nhau, cách tổng quát thuỷ văn chia mảng lớn, thuỷ văn lục địa thuỷ văn biển – Thuỷ văn lục địa nghiên cứu quy luật trình động học nước mặt đất bao gồm nước mặt, nước ngầm, mối quan hệ chúng mối quan hệ với môi trường xung quanh – Thuỷ văn biển nghiên cứu quy luật tính chất nguồn nước đại dương mối quan hệ với dịng chảy trê lục địa Sublimation Precipitation Lake Evaporation (Lakes & Reservoirs) Vapor Diffusion Deep Percolation Infiltration Aquifer Interflow Precipitation Evaporation (Land Surface) River Vegetation Evapotranspiration Precipitation Ponce, 1989 Evaporation (Ocean) Khái niệm Thuỷ văn thuỷ văn cơng trình Khái niệm Thuỷ văn thuỷ văn cơng trình • Mơn học Thuỷ văn cơng trình khơng sâu vào nghiên cứu quy luật q trình dịng chảy mà chủ yếu nghiên cứu phương pháp tính tốn đặc trưng thuỷ văn, tính tốn cân nước lập quy hoạch thiết kế hệ thống nguồn nước • Thuỷ văn cơng trình mơn khoa học trái đất ứng dụng Nó sử dụng nguyên lý thuỷ văn để giải vấn đề kỹ thuật phát sinh khai thác tài nguyên nước trái đất người a Lưu lượng nước (Q) Là lượng nước chảy qua mặt cắt ngang sau đơn vị thời gian 1s Ký hiệu Q, đơn vị m3/s Lưu lượng thời điểm gọi lương lượng tức thời Quá trình thay đổi lưu lượng theo thời gian tuyến mặt cắt gọi q trình lưu lượng, ký hiệu Q ~ t Đồ thị trình lưu lượng nước gọi đường trình lưu lượng nước Lưu lượng bình quân khoảng thời gian T giá trị trung bình lưu lượng nước khoảng thời gian n T Q = ∫ Q(t )dt T ∑Q i Q= i =1 n Trong Qi lưu lượng bình qn thời đoạn thứ i bất kỳ; n số thời đoạn tính tốn khoảng thời gian T b Tổng lượng dòng chảy (W) Tổng lượng dòng chảy lượng nước chảy qua mặt cắt ngang sông khoảng thời gian T từ thời điểm t1 đến t2 (T = t2-t1) Ký hiệu W, đơn vị m3 t2 Công thức W = ∫ Q(t )dt Trong t t1,t2 thời điểm đầu cuối thời đoạn tính tốn Q(t) lưu lượng khoảng thời gian vô nhỏ dt Trong thực tế, có n thời đoạn tính tốn thì: n W = ∑ Qi ∆t i i =1 Trong Qi lưu lượng bình qn thời đoạn thứ i Nếu ∆t=hằng số n W = ∆t ∑ Qi i =1 c Độ sâu dòng chảy (Y) Giả sử đem tổng lượng nước chảy qua mặt cắt cửa lưu vực khoảng thời gian trải tồn diện tích lưu vực, ta lớp nước có chiều dày Y, gọi độ sâu dòng chảy (lớp dòng chảy), đơn vị mm Cơng thức Trong W Y = 10 −3 F W: Tổng lượng dòng chảy khoảng thời gian T, tính m3 F: Diện tích lưu vực, tính km2 Y: Lớp dịng chảy tính mm T: Khoảng thời gian, tính giây d Mơ đun dòng chảy (M) Là trị số lưu lượng đơn vị diện tích lưu vực km2 Ký hiệu M, đơn vị (l/s.km2) Công thức 10 Q M= F Trong Q: Lưu lượng tính m3/s M: Mơ đun dịng chảy, tính (l/s.km2) Quan hệ công thức W = 103.Y.F Y = M.T/106 e Hệ số dòng chảy (α) Là tỉ số độ sâu dòng chảy lượng mưa tương ứng sinh dòng chảy thời gian T., ký hiệu α khơng có thứ ngun Cơng thức α = Y X Ví dụ Xác định đặc trưng biểu thị dòng chảy năm 1990 lưu vực A có diện tích 175 km2, biết lượng mưa năm 1990 2000 mm, hệ số dòng chảy 0,45 Ý nghĩa đại lượng Lưu lượng dòng chảy Tổng lượng dòng chảy: Phản ánh mức độ lớn nhỏ lượng nước mà lưu vực có khả cung cấp Mơ đun dịng chảy Lớp dịng chảy: Phản ánh mức độ phong phú nguồn nước lưu vực Khơng phụ thuộc vào diện tích lưu vực nên sử dụng để so sánh mức độ phong phú dòng chảy lưu vực Hệ số dịng chảy: Phản ánh tình hình sản sinh dịng chảy lưu vực α lớn lượng tổn thất ngược lại Lưu ý: Tất đại lượng biểu thị dòng chảy có mối quan hệ với Biết năm đại lượng xác định đại lượng lại Phương trình cân nước Mục đích: Để đánh giá quy luật cân nước trình hình thành dịng chảy tính tốn dịng chảy sơng ngịi Ngun lý: Xét thời đoạn bất kỳ, với khu vực bất kỳ, chênh lệch lượng nước đến lượng nước khỏi khu vực thay đổi lượng trữ nức khu vực thời đoạn tính tốn a Phương trình cân nước tổng quát b Phương trình cân nước lưu vực kín hở thời đoạn c Phương trình cân nước lưu vực thời kỳ nhiều năm a Phương trình cân nước tổng quát Xét khu vực bất kỳ, thời đoạn ∆t Ym1 Phần nước đến bao gồm: Lượng mưa rơi khu vực: X Yng1 Lượng nước ngưng tụ mặt khu vực: Z1 Lượng nước mặt đến:Ym1 Lượng nước ngầm đến:Yng1 Lượng nước trữ khu vực đầu thời đoạn ∆t: W1 Các thành phần nước đi: Lượng bốc bề mặt khu vực: Z2 Lượng nước mặt đi:Ym2 Lượng nước ngầm đi:Yng2 Lượng nước trữ khu vực cuối thời đoạn ∆t: W2 Phương trình cân nước: (X + Z1 + Ym1 + Yng1) – (Z2 + Ym2 + Yng2 ) = W2 –W1 = ±∆W Z2 X ±∆W Z1 Ym2 Yng2 b Phương trình cân nước lưu vực thời đoạn Lưu vực kín: lưu vực có đường phân chia nước mặt trùng với đường phân chia nước ngầm Vì đường phân chia nước mặt đường phân chia nước ngầm trùng nên:Ym1=0,Yng1=0 ĐặtY= Ym2+Yng2; Z= Z2-Z1 Phương trình: X-(Z+Y)=±∆W Lưu vực hở: Vì đường phân chia nước mặt đường phân chia nước ngầm khơng trùng nhau, nên:Ym1=0,Yng1≠0 Phương trình: X+Yng1-(Z+Y)=±∆W Trong Z = Z2 – Z1;Y = Ym2 + Yng2 c Phương trình cân nước lưu vực thời kỳ nhiều năm Đối với lưu vực kín PTCBN viết cho năm thứ i: Xi-(Zi+Yi)=±∆Wi PTCBN viết cho n năm: ΣXi- ΣZi- ΣYi= Σ±∆Wi Chia vế cho n đặt: X0=(ΣXi)/n Y0=(ΣYi)/n Z0=(ΣZi)/n chuẩn mưa năm chuẩn dòng chảy năm chuẩn bốc năm Trong thời kỳ nhiều năm có năm thừa nước, có năm thiếu nước nên Σ±∆Wi ≅ Phương trình: X0-Z0-Y0=0 Đối với lưu vực hở Với cách làm tương tự trên, có phương trình: o X0+ (ΣYng1i)/n -Z0-Y0=0 Bài tậ tập chươ chương ng 2-1 (2.5d) Một lưu vực 465 km2 có lượng mưa bình qn hàng năm 775mm dịng chảy bình qn hàng năm 3.8 m3/s Có phần trăm lượng mưa bị tổn thất lưu vực? Tính đặc trưng biểu thị dịng chảy sơng ngịi 2-2 (2.5d) Một lưu vực 9250 km2 có lượng mưa bình qn hàng năm 645mm dịng chảy bình qn hàng năm 37.3 m3/s Lượng mưa bị tổn thất lưu vực bao nhiêu? Tính đặc trưng biểu thị dịng chảy sơng ngòi 2-3(2d) Trong năm 1987, số liệu thủy văn thu thập lưu vực rộng 220 km2 sau: tổng lượng mưa 610mm; tổng tổn thất bốc bốc hơi: 254 mm; dịng chảy ngầm ước tính: 178mm; dịng chảy mặt bình qn: 229mm Sự thay đổi tổng lượng nước (m3) trữ lưu vực năm 1987 bao nhiêu? Biết lưu vực sơng có đường phân chia nước mặt trùng với đường phân chia nước ngầm Bài tậ tập chươ chương ng 2-4 (3d) Tính lượng mưa trận bình quân lưu vực theo phương pháp Biết lượng mưa trạm bảng diện tích đa giác thiessen tương ứng diện tích đường đẳng trị mưa lưu vực Nhận xét kết Số liệu tính lượng mưa bình qn lưu vực theo trung bình số học đa giác thiessen cho tập 2-4 Trạm mưa A B C D E F G H I J K L M N O Diện tích khống chế Lượng đa giác mưa(cm) thiessen(km2) 8.8 570 7.6 920 10.8 720 9.2 620 13.8 520 10.4 550 8.5 400 10.5 650 11.2 500 9.5 350 7.8 520 5.2 250 5.6 350 6.8 100 7.4 160 Số liệ liệu tính lượng ượng mưa bình qn lưu vực theo pp đường ường đẳng tr trịị cho tập 2-4 Vùng I II III IV V VI Giá trị trung bình hai Đường đẳng trị (cm) đường đẳng trị (cm) 12 12.8