Đây là phương pháp diễn toán lũ đơn giản nhất trong mô hình HEC- HMS. Phương pháp này quan niệm rằng: lũ ở thượng lưu sẽ truyền nguyên vẹn về hạ lưu sau một khoảng thời gian trễ nào đó. Dòng chảy không bị suy yếu và hình dạng của nó cũng không bị thay đổi trong quá trình chảy truyền. Mô hình này được ứng dụng rộng rãi trong tiêu thóat nước đô thị (Pilgrim và Cordery, 1993).
Đường quá trình lũ ở trạm dưới được tính theo biểu thức sau:
≥ < = − t lag I lag t I Q lag t t t .... ... (2.75) trong đó:
Qt là tung độ đường quá trình dòng chảy ở trạm dưới trong thời gian t It là tung độ đường quá trình dòng chảy ở trạm trên trong thời gian t lag là thời gian trễ
Phương pháp này là dạng đặc biệt của các phương pháp khác, kết quả của nó sẽ giống các phương pháp khác nếu ta chọn lựa các thông số của các phương pháp naỳ cẩn
thận. Ví dụ: trong phương pháp Muskingum, ta chọn X= 0.5 và K= ∆t thì đường quá trình dòng chảy tính toán ở trạm trên sẽ bằng trạm dưới với thời gian trễ là K.
Từ đường quá trình thực đo, ta có thể ước lượng thời gian trễ là khoảng thời gian nằm giữa hai đỉnh của 2 đường quá trình lưu lượng trạm trên và trạm dưới trên biểu đồ.
PHẦN III. HƯỚNG DẪN LẬP MÔ HÌNH HEC – HMS 3.1 Chuẩn bị tài liệu
Tài liệu yêu cầu bao gồm:
- Lượng mưa thiết kế (mưa 1 ngày max, mưa giờ, thu phóng mô hình mưa ngày thành mưa giờ thiết kế).
- Tài liệu thông tin về lưu vực: Diện tích lưu vực, phân chia diện tích lưu vực theo các lưu vực con, Thảm phủ, sử dụng đất, bản đồ lưu vực …
- Tài liệu liên quan về lưu vực sông: Các sông nhánh, sông chính, chiều dài đoạn sông, thông tin về các công trình trên lưu vực, thông tin về kết quả tính toán tương tự.
- Tài liệu thực đo lưu lượng lũ trên lưu vực, tài liệu dòng chảy, mực nước, khí tượng thủy văn trong khu vực …
3.2 Xây dựng mô hình
3.2.1 Các bước xây dựng mô hình
Bước 2: Tạo dự án mới: File/New… (Ctr+N)
Bước này: Bao gồm đặt tên Project làm việc Các ghi chú
Định dạng đường dẫn lưu file
Bước 3: Tạo mô hình lưu vực (Basin Modun): Componets/Basin model Manager
Chọn New …
Bước 4: Đưa bản đồ lưu vực vào nếu có: View/Background Maps… kích nút add sau đó chọn đường dẫn tới File dữ liệu bản đồ: File định dạng bản đồ dạng File map *.shp Định dạng file của phần mềm Arc Gis, Mapinfor hoặc là File ảnh.
Bước 5: Tạo các lưu vực con (Subbasin)
Di chuyển chuột máy tính vào công cụ Subbasin trên thanh công cụ phía trên màn hình máy tính. Sau đó kích chuột trái vào công cụ Subbasin Creation Tool.
Đặt tên cho từng Subbasin mới tạo: Lưu ý diện tích của từng Subbasin đã được tính toán trong phần phân chia lưu vực để nhập vào lưu vực.
Bước 6: Khai báo các thông số của lưu vực con, các phương pháp diễn toán - Diện tích lưu vực (Km2)
- Đường lũ đơn vị
- Diễn toán dòng chảy ngầm …
Bước 7: Khai báo các nút, đoạn sông, hồ chứa … trên lưu vực nếu có và kết nối các công trình này lại với nhau bằng cách sử dụng các biểu tượng trên thanh công cụ như bước 5.
1 Khai báo lưu vực 2 Khai báo đoạn sông 3 Khai báo hồ chứa
4 Khai báo các nút nhập lưu
5 Khai báo điểm chia nước, phân nước 6 Khai báo nguồn nước
7 Khai báo về tuyết tan (không áp dụng đối với Việt Nam)
1 3 5 7
Bước 8: Nhập số liệu khí tượng thủy văn, thực đo vào mô hình Vào Componets/ Time Series Data Manager
Chọn các dạng số liệu nhập vào mô hình: Trạm mưa, lưu lượng, mực nước, nhiệt độ …. Vào Componets/ Paired Data Manager
Khai báo các thông số về công trình: Quan hệ hồ chứa, mặt cắt ngang …
Bước 9: Nhập các số liệu thực đo vào mô hình - Tài liệu mưa, tài liệu dòng chảy
Khai báo về trận mưa thiết kế
Nhập số liệu mưa
Xem dạng đồ thị
Tương tự là cách nhập các dạng số liệu còn lại: Lưu lượng, mực nước, mặt cắt …
Bước 10: Khai báo mô hình khí tượng
Chọn New … và đặt tên
Bước 11: Kết nối mô hình khí tượng với chuỗi số liệu khí tượng thực đo, mô hình khí tượng với mô hình lưu vực
Bước 12: Tạo mô hình điều khiển: Control Specifications Manager
Vào Componets/ Control Specifications Manager
Bước 13: Mô phỏng
3.2.2 Khai báo các thông số cho hồ chưa – tính điều tiết lũ
Bước 3: Khai báo các thông số công trình đầu mối
3.2.3 Phân tích kết quả tính toán
Để phân tích kết quả tính toán có thể sử dụng các phần mềm HEC – DSS hoặc copy qua Excel hoặc xem trực tiếp trên phần mềm
Hoặc có thể sử dụng biểu tượng trên thanh công cụ
a. Xem kết quả tính toán qua các lưu vực con.
Xem dạng đồ thị
Dạng chuỗi theo thời gian
3.3 Ví dụ về tính toán lũ thiết kế cho công trình hồ chứa nước sông Mây – Đồng Nai
3.3.1 Bước 1: chuẩn bị tài liệu đầu vào
Diện tích lưu vực hồ chứa nước sông Mây F = 40 km2
Mưa thiết kế 1 ngày max tần suất P = 1% là XP = 262,64 mm;
Trận mưa giờ thu phóng diễn ra trong vòng 10 h và được thu phóng theo tài liệu mưa thực tế như sau:
Tài liệu mưa giờ thiết kế Time X, mm 13 3.36 14 16.31 15 38.4 16 57.5 17 69.58 18 25.28 19 8.09 20 4.16 21 2.46 22 0.75 23 0.75
+ Các thông số đặc trưng lưu vực
Diện tích lưu vực: 40,00 km2
Chiều dài sông chính: 6.700 m Chiều rộng lưu vực: 9.910 m Độ dốc dòng sông: 8,36 %0
Độ dốc lưu vực: 10,3%0
Mật độ lưới sông: 0,27 km/km2
+ Đường quan hệ lòng hồ sông Mây.
Z (m) F (m2) V (m3) 15 0.00 0.00 16 67006.31 67006.3 17 323592.81 390599.1 18 693294.33 1083893.5 19 1080744.67 2164638.1 20 1422168.36 3586806.5 21 1749812.71 5336619.2 22 2087436.37 7424055.6 23 2353993.53 9778049.1 24 2560230.78 12338279.9 25 2822673.02 15160952.9 26 3122168.62 18283121.5 27 3401414.72 21684536.2 28 3680660.82 25365197.1
3.3.2 Bước 2: Thiết lập mô hình
Tạo một dự án mới: Đặt tên và lưu đường dẫn.
3.3.3. Bước 3: Nhập các số liệu đầu vào bao gồm mưa, quan hệ lòng hồ vào mô hình
Vào Componets/ Time Series Data Manager
Chọn các dạng số liệu nhập vào mô hình: Chọn New…
Trạm mưa, lưu lượng, mực nước, nhiệt độ …. Vào Componets/ Paired Data Manager
+ Khai báo các đường quan hệ lòng hồ
3.3.4. Bước 4: Tạo mô hình lưu vực (Basin Modun); Và khai báo các thông số lưu vực
Từ màn hình thanh công cụ vào: Componets/Basin model Manager được màn hình giao diện
Chọn New…
Bước này bao gồm: Đặt tên cho lưu vực và các ghi chú cần lưu ý đối với lưu vực. Sau khi khai báo màn hình máy tính được như sau:
+ Add các bản đồ nền của lưu vực nếu có vào modun lưu vực để cho người tính toán thuận tiện trong công tác quản lý và phân chia các lưu vực nhỏ. Bước này có thể bỏ qua, không cần thiết và phụ thuộc vào kinh nghiệm của người tính toán.
+ Trong modun lưu vực (Basin modun) người tính toán cần phải khai báo các thông số bao gồm:
+ Subbasin các lưu vực con: Bao gồm các thông tin về diện tích lưu vực, các phương pháp tính tổn thất dòng chảy, đường quá trình lũ đơn vị, phương pháp diễn toán dòng chảy ngầm. Tùy thuộc vào người tính toán để chọn các phương pháp tính khác nhau như phần lý thuyết đã trình bày trong phần II của báo cáo này.
1 Khai báo lưu vực 2 Khai báo đoạn sông 3 Khai báo hồ chứa
4 Khai báo các nút nhập lưu
5 Khai báo điểm chia nước, phân nước
1 3 5 7
6 Khai báo nguồn nước
Tạo lưu vực
Tạo nút tính toán
Tạo đoạn sông
Tạo hồ chứa
Di chuyển con chuột máy tính đến công cụ lưu vực, kích chuột phải và chọn kết nối
Connect Downstream. Và chọn vào biểu tượng đoạn sông.
Tương tự là việc kết nối đoạn sông với nút và nút với hồ chứa. Lúc này sơ đồ tính toán được thể hiện trên màn hình máy tính như sau:
Diện tích lưu vực: 40 km2
Phương pháp tính tổn thất: SCS Cuve Number Phương pháp diễn toán: Snyder Unit Hydrograph Phương pháp cắt nước ngầm: Recession
+ Khai báo các thông số về tổn thất thấm
+ Khai báo diễn toán dòng chảy
+ Khai báo các thông số về diễn toán dòng chảy ngầm
+ Phương pháp diễn toán trong sông: Muskingum + Tổn thất thấm trong đoạn sông: Bỏ qua.
3.3.5. Bước 5: Khai báo mô hình khí tượng
Vào Componets/Meterologic Model Manager. Chọn New … và đặt tên
+ Kết nối với lưu vực
+ Kết nối với trận mưa
3.3.6. Bước 6. Khai báo modun điều khiển
Khai báo thời gian mô phỏng
3.3.8. Xem và phân tích kết quả
- Xem kết quả tóm tắt
+ Tại lưu vực.
+ Tại đoạn sông
+ Tại nút
PHẦN IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS.TS Lê Văn Nghinh Giáo trình nguyên lý thủy văn – Trường Đại học Thủy Lợi.
[2] PGS.TS Lê Văn Nghinh Giáo trình tính toán thủy văn – Trường Đại học Thủy Lợi.
[3] QPTL C6 – 77: Quy phạm tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế
[4] User’s Manual Hydrologic Modeling System HEC – HMS V.2.01 – US Army Corps of Enginenring Center.
[5] Technical Reference Manual Hydrologic Modeling System HEC – HMS V.2.01 – US Army Corps of Enginenring Center.
[6] Applications Guide Hydrologic Modeling System HEC – HMS V.2.01 – US Army Corps of Enginenring Center.