Ứng dụng phương trình cân bằng nước trong thủy văn công trình

PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC

Các hiện tượng mang tính ngẫu nhiên

Phân loại các biến cố

Tính xác suất trực tiếp

• PHÂN BỐ XÁC SUẤT CỦA BIẾN NGẪU NHIÊN
• CÁC TRỊ SỐ ĐẶC TRƯNG THỐNG KÊ CỦA MẪU

Khi xây dựng các công trình thủy lợi, giao thông,..Xét các trường hợp xảy ra để có biện pháp công trình thỏa đáng, cho nên khi tính toán thủy văn thường tính xác suất của x rơi vào khoảng [x1..xmax], nhưng vì hiện tượng vẫn đang còn tiếp diễn, trị số max là bao nhiêu hiện nay chưa xác định được do đó thường tính xác suất để cho x≥ xi nào đó và kí hiệu: p (x≥ xi). Ứng dụng lí thuyết TKXS vào trong tính toán thủy văn thực chất là lợi dụng tài liệu thu thập được của một đặc trưng thủy văn nào đó làm mẫu, phân tích qui luật của mẫu, xét đến sai số lấy mẫu, nếu sai số nằm trong phạm vi cho phép thì có thể lấy qui luật của mẫu thay cho qui luật của tổng thể để xác định các đặc trưng thủy văn trong tính toán thiết kế.

Ý nghĩa của việc nghiên cứu dòng chảy năm

Định nghĩa: Dòng chảy năm là lượng nước chảy qua mặt cắt cửa ra của lưu vực trong thời gian một năm. Năm thủy văn là năm bắt đầu vào đầu mùa lũ năm trước và kết thúc vào cuối mùa kiệt năm sau, hay nói cách khác năm thủy văn bắt đầu và kết thúc lấy vào lúc lượng trữ trong lưu vực đạt trị số nhỏ nhất.

Phương pháp nghiên cứu

Để tiện lợi tính toán các đặc trưng dòng chảy thiết kế phục vụ cho xây dựng công trình. Do đó từ liệt tài liệu thực đo trong tính toán phải sắp xếp lại theo năm thuỷ văn.

Xác định lượng dcc khi có nhiều tài liệu

Để đánh giá mức độ sai khác của mẫu tài liệu tính toán người ta biểu diễn sai số dưới dạng tương đối và tính toán theo phần trăm.

Phương pháp xác định DCC khi không có tài liệu

Để đánh giá mức độ sai khác của mẫu tài liệu tính toán người ta biểu diễn sai số dưới dạng tương đối và tính toán theo phần trăm. + Phương pháp mượn môđun dòng chảy chuẩn: Mnc = Mtt Nếu có sai khác giữa hai lưu vực:. onc onc tt. nc tt ott ott o tt. ftt,fnc tỷ số giữa diện tích mặt hồ và diện tích lưu vực tt và nc. + Phương pháp mượn hệ số dòng chảy năm bình quân. b) Xác định dòng chảy chuẩn trên bản đồ môđun dòng chảy. Chỳ yù: Đối với cỏc lưu vực nhỏ cú nhiều yếu tố cục bộ như: độ dốc, địa hỡnh v.v.. dùng phương pháp này sẽ có sai số lớn. c) Dùng công thức kinh nghiệm để tính. ∗ Dòng chảy năm điển hình gần bằng dòng chảy năm thiết kế (Wnđh ≈ Wnp) ∗ Dòng chảy mùa giới hạn gần bằng dòng chảy mùa thiết kế (Wmgh ≈ Wmp) + Trình tự các bước tính toán:. - Tính tổng lượng dòng chảy năm và mùa ứng với tần suất thiết kế: Wnp, Wmp. - Dựa vào liệt số liệu thực đo xác định Wnđh, Wmgh thỏa mãn các điều kiện trên. - Tính hệ số hiệu chỉnh:. ∗ Đối các tháng thuộc mùa giới hạn:. ∗ Các tháng trong mùa giới hạn:. Chỳ yù: Trong mựa giới hạn cú thể khống chế thờm thỏng chuyển tiếp mựa, khi đú chọn năm điển hình, chọn các hệ số hiệu chỉnh phải thêm điều kiện này. b) Phương pháp tổ hợp thời đoạn (Phương pháp Anđrâyanốp).

Dạng đường bình quân Hình 4-2: Dạng đường duy trì lưu lượng bình quân

Nếu các hệ số thu phóng kđ, kW1 và kW(2i+1) khác nhau thì dạng đường quá trình lũ sau khi đã thu phóng sẽ bị biến dạng nhiều so với dạng lũ xaùy ra trong thực tế. Do vậy khi vẽ đường quá trình lũ bình quân có tung độ max bằng giá trị Qmaxp cần phải xử lí để đường quá trình thành một đường cong trơn đảm bảo cho tổng lượng lũ trong từng thời đoạn không thay đổi. 4.3.3 Xác định dòng chảy lũ thiết kế khi không có tài liệu quan trắc dòng chảy. Các lưu vực không có tài liệu quan trắc dòng chảy thường là các lưu vực vừa và nhỏ. Ở Việt Nam để phân chia ranh giới giữa lưu vực vừa và nhỏ thống nhất trong tính toán qui định 100 km2. Do yêu cầu phát triển kinh tế địa phương nên cần xây dựng nhiều công trình dân dụng, giao thông và thủy lợi trên các lưu vực vừa và nhỏ. Bởi vậy, lý thuyết về tính toán dòng chảy lũ khi không có tài liệu quan trắc dòng chảy đóng vai trò quan trọng và chiếm một phần khá lớn trong nghiên cứu dòng chảy lũ. Đối với các công trình nhỏ, trong 3 đặc trưng của dòng chảy lũ thiết kế thì trị số Qmaxp chiếm một vị trí quan trọng nhất, vì ở các công trình nhỏ do tác dụng điều tiết lũ rất ít hoặc không có, nên thực tế không cần xét đến tổng lượng lũ và đường quá trình lũ. Vì vậy trong trường hợp không có tài liệu chỉ chủ yếu tập trung nghiên cứu để xác định đỉnh lũ thiết kế. Khi không có tài liệu, xu hướng chung hiện nay trong tính toán thủy văn là sử dụng các mô hình toán thủy văn hoặc thường dùng các công thức kinh nghiệm và bán kinh nghiệm để tính Qmaxp. Đây là một vấn đề phức tạp cho nên trong phần này sẽ trình bày một số khái niệm cơ bản về quá trình hình thành dòng chảy lũ để có cơ sở hiểu và sử dụng các công thức tính Qmaxp cho phù hợp điều kiện cụ thể. Cạc giai õoản hỗnh thaỡnh doỡng chaớy luỵ. a) Giai đoạn một - giai đoạn tổn thất hoàn toàn: là giai đoạn toàn bộ lượng mưa rơi xuống quyện vào cây cỏ, lấp đầy các chỗ trũng, hồ ao, đầm lầy và thấm xuống đất. b) Giai đoạn hai - giai đoạn nước dâng: là giai đoạn khi lượng mưa sinh ra trên lưu vực lớn hơn tổng lượng tổn thất thì lưu lượng (Q) và mực nước (H) tại cửa ra của lưu vực (hay tuyến đo đạc) dâng lên đạt giá trị Qmax và Hmax. Nếu quá trình cấp nước vẫn duy trì thì Qmax và Hmax kéo dài một thời gian người ta gọi Qmax và Hmax ổn định. c) Giai đoạn ba - giai đoạn nước rút: khi quá trình cấp nước (lượng mưa) trên lưu vực giảm thì Qmax và Hmax tại cửa ra giảm xuống giá trị Qbt và Hbt. Ở đây: hi(mm) lớp nước mưa hiệu quả (tức là lớp nước mưa đã trừ đi lượng tổn thất) sinh ra trong một đơn vị thời gian tính toán. Theo công thức căn nguyên dòng chảy trong trường hợp trên khi τ < T thì Qmax thu được ở mặt cắt cửa ra có thể là Q4 hoặc Q5, tức là toàn bộ diện tích lưu vực kết hợp một phần lượng mưa sinh ra Qmax. Tương tự như vậy nếu trong trường hợp τ >T thì Qmax thu được ở cửa ra sẽ là toàn bộ lượng mưa kết hợp với một phần diện tích lưu vực tạo nên. Còn trong trường hợp τ = T thì Qmax thu được ở mặt cắt cửa ra sẽ là toàn bộ diện tích lưu vực kết hợp toàn bộ lượng mưa. Trong thực tế quá trình hình thành dòng chảy lũ là quá trình xảy ra rất phức tạp vì:. - Hình dạng, địa hình, địa mạo, địa chất, rừng, hồ ao, đầm lầy..phân bố muôn hình, muôn vẻ không thể giống như giả thiết. - Mưa phân bố không đều theo thời gian và không gian là kết quả của một loạt các nguyên nhân về khí tượng và khí hậu phức tạp. Do vậy CtCNDC chỉ mô tả quan hệ giữa Qmax thu được ở cửa ra với yếu tố diện tích lưu vực và lượng mưa lũ sinh ra. Các nhân tố ảnh hưởng đến việc hình thành dòng chảy lũ. a) Nhân tố khí tượng: Mưa rào. Mưa rào là những trận mưa có cường độ mạnh tập trung gây ra trên một diện tích rộng hoặc hẹp, thời gian mưa dài hoặc ngắn phụ thuộc vào nguyên nhân gây ra mưa. Về định lượng: theo tiêu chuẩn của tổng cục khí tượng thủy văn những trận mưa ngày có lượng mưa ≥ 50 mm thuộc loại mưa rào. Bảng 4-7 Tiêu chuẩn mưa rào của Becgơ. + Sự thay đổi cường độ mưa theo thời gian. b)Sơ đồ lưu vực. J (m/km) độ dốc bình quân dòng sông chính. Để đơn giản trong tính toán Qmaxp theo công thức Alécxâyép người ta dùng phương pháp bỗ trợ. + Phương pháp bỗ trợ:. Công thức tính Qmaxp theo Alécxâyép có xét đến quá trình chảy tràn trên sườn dốc nên công thức có thể tính toán phù hợp cả cho lưu vực vừa và nhỏ. Song do quá trình tính toán phức tạp, dạng công thức mang tính nôi suy dễ sai số do chủ quan người tính. c) Công thức cường độ giới hạn.