quân của tổng độ lệch bình phương của các số hạng chuỗi dòng chảy năm Qi so với giá trị trưng bình
- Tính sai số chuẩn dòng chảy (Phụ lục 3-5).
Q σ xác định theo công thức: 0.178 37 1676 . 1 1 ) ( 2 0 = = − − ∑ = n Q Qi n Q σ 029 . 0 38 178 . 0 = = = n Q Qn σ σ
- Để so sánh mức độ chính xác việc xác định chuẩn dòng chảy năm, người ta dùng giá trị tương đối của sai số quân phương, nghĩa là biểu thịσQnbằng % của Q0n.
Như vậy sẽ nhận được sai số quân phương tương đối:
.100 6.76% 43 . 0 029 . 0 % 100 . % 0 ± = ± = = n Qn n Q σ σ
Như vậy với σQn khá lớn điều đó cho thấy sai số khá lớn khi tính chuẩn dòng
chảy năm.
III.2.1.2. Lượng dòng chảy năm thiết kế
Lượng dòng chảy năm thiết kế là lượng dòng chảy năm ứng với 1 tần suất thiết kế nào đó. Đế tính được lượng dòng chảy năm thiết kế cần xác định được các tham số thống kê của chuỗi đặc trưng dòng chảy năm.
Có thể vẽ đường tần suất lý luận và xác định các tham số thống kê của chuỗi dòng chảy năm bằng 1 trong các phương pháp:
- Phương pháp Mômen. - Phương pháp bộ thích hợp. - Phương pháp bộ ba điểm. - Phương pháp phần mềm.
Để thuận lợi, sử dụng phương pháp phần mềm FFC 2008 để vẽ đường tần suất lượng dòng chảy năm khu vực hồ Xạ Hương (Phụ lục 3-6) và xác định lượng
dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế, kết quả như sau:
Các đặc trưng thống kê và lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế dòng chảy năm đế hồ Xạ Hương như sau:
Bảng 3-3: Lưu lượng dòng chảy năm ứng với các tần suất thiết kế khu vực hồ Xạ Hương
Đặc trưng QTB
(m³/s) CV CS P = 25% P = 50% P = 75%
Giá trị 0.43 0.42 0.58 0.54 0.41 0.30
III.2.2. Phân phối dòng chảy năm III.2.2.1. Phân mùa dòng chảy
Ở nước ta (xét về lượng) chia thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa nhiều (mùa mưa) và mùa mưa ít (mùa khô) tương ứng là dòng chảy mùa lũ và mùa cạn. Thông thường người ta dùng chỉ tiêu vượt trung bình để phân mùa dòng chảy.
Mùa lũ bao gồm các tháng liên tục có lượng dòng chảy tháng lớn hơn hoặc bằng 1/12 lượng dòng chảy năm với mức độ ổn định hàng năm lớn hơn 50%.
P (Qtbtháng mùa lũ ≥ Qtbnăm) ≥ 50% Các bước tiến hành phân mùa dòng chảy:
- Đánh dấu những tháng có lưu lượng dòng chảy trung bình tháng lớn hơn lưu lượng dòng chảy trung bình năm (Phụ lục 3-7).
- Tính tần suất xuất hiện:
P = Số lần lượt x 100%
Tổng số năm thống kê - Phân mùa dòng chảy khu vực hồ Xạ Hương.
Lựa chon các tháng có P ≥ 50% là các tháng mùa lũ.
Theo kết quả bảng phân mùa nhận thấy: Mùa lũ gồm 5 tháng : tháng VI,VII, VIII, IX, X. Mùa cạn là 7 tháng còn lại từ tháng XI năm trước đến tháng V năm sau
Lượng dòng chảy năm, mùa lũ, mùa cạn và tỷ lệ lượng dòng chảy mùa lũ mùa cạn như (Phụ lục 3-9).
III.2.2.2. Mô hình phân phối dòng chảy trung bình (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đối với dòng chảy năm ngoài sự phân mùa ta thấy trong từng mùa dòng chảy các tháng cũng biến đổi. Để nghiên cứu ứng dụng phân phối dòng chảy các tháng trong năm, ta có thể tiến hành theo hai hướng: nghiên cứu mô hình dòng chảy trung bình nhiều năm và mô hình dòng chảy năm thiết kế.
Phân phối dòng chảy trung bình nhiều năm cho thấy sự thay đổi của lượng dòng chảy trong năm trung bình nhiều năm, đồng thời có thể so sánh một cách tương đối lượng dòng chảy giữa các vùng.
Từ số liệu dòng chảy đến khu vực hồ Xạ Hương theo năm thủy văn (Phụ lục 3-8) xác định lượng dòng chảy trung bình tháng trong nhiều năm và vẽ phân phối lượng dòng chảy trung bình tháng trung bình nhiều năm.
Lượng dòng chảy trung bình tháng trong nhiều năm tính theo công thức:
37 37 1 ∑ = =i i TB Q Q
Trong đó QTB: lượng dòng chảy trung bình tháng trong nhiều năm. Qi: lượng dòng chảy trung bình tháng thứ i.
Bảng 3-4: Lượng dòng chảy trung bình tháng trong nhiều năm
Tháng VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V Năm
Q (m3/s) 0.62 0.98 1.18 0.97 0.52 0.23 0.09 0.06 0.04 0.03 0.07 0.21 0.43
Tỷ lệ (%) 12.4 19.5 23.5 19.4 10.4 4.6 1.9 1.2 0.8 0.7 1.4 4.2 100
Qua các bảng và mô hình phân phối lượng dòng chảy trung bình tháng ta thấy phân phối dòng chảy trong năm rất không đều. Lượng dòng chảy trong 5 tháng mùa lũ chiếm khoảng 85.2% lượng dòng chảy cả năm còn mùa cạn chỉ chiếm khoảng 14.8% lượng dòng chảy cả năm. Trong đó lượng dòng chảy tháng VIII là lớn nhất và lượng dòng chảy nhỏ nhất là tháng III. Riêng tháng IV là tháng cuối mùa cạn có lượng dòng chảy khá lớn chiếm khoảng 4.2% lượng dòng chảy cả năm.
Phân phối lượng dòng chảy trung bình tháng trung bình nhiều năm.
Hình 3-8: Mô hình Phân phối lượng dòng chảy trung bình tháng III.2.2.3. Mô hình phân phối dòng chảy theo phương pháp năm đại biểu
Mô hình dòng chảy năm trung bình nhiều năm có nhược điểm là mô hình ảo không xảy ra đúng với thực tế, mặt khác với yêu cầu dùng nước thì nó chỉ nêu lên được tính trung bình còn đối với những năm ít nước ta không lường được.
Để khắc phục nhược điểm trên đáp ứng với yêu cầu dùng nước ta tiến hành tính phân phối theo năm thiết kế. Phương pháp năm đại biểu là phương pháp lựa chọn một mô hình dòng chảy năm đại biểu thực tế rồi thu phóng thành mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế.
Các bước tính toánphân phối dòng chảy:
- Xác định lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế.
Vẽ đường tần suất lượng dòng chảy năm thiết kế (Phụ lục 3-10) được các đặc trưng thống kê: WTB = 5.02 m³/s.tháng, CV = 0.39, CS = 0.72
Lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế: WP = 25% = 6.17 m3/s.tháng; WP = 50% = 4.78 m3/s.tháng; WP = 75% = 3.59 m3/s.tháng;
đủ, có lượng dòng chảy năm bằng hoặc gần bằng lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế và có mô hình phân phối bất lợi cho công trình.
+ Năm đại biểu nhiều nước (P=1-33%) là năm có lượng dòng chảy năm lớn và phải có Wn~ WnP (hay Qn~Qnp). Lượng dòng chảy lũ lớn, thời gian lũ dài. + Năm đại biểu nước trung bình (P = 34-66%) là năm có Wn~ WnP (hay Qn~Qnp) và mô hình phân phối dòng chảy trong năm đại biểu phải tương tự như mô hình phân phối dòng chảy bình quân nhiều năm.
+ Năm đại biểu năm ít nước (P = 67-99%) là năm có Wn~ WnP (hay Qn~Qnp), trong năm mùa cạn có dòng chảy nhỏ và thời gian kéo dài.
Từ tài liệu dòng chảy tháng và lượng dòng chảy năm thiết kế, căn cứ theo các yêu cầu trên chọn các năm đại biểu như sau:
Năm đại biểu nhiều nước P = 25% chọn năm 1973 – 1974 có tổng lượng dòng chảy năm 6.49 m³/s.tháng xấp xỉ với tổng lượng dòng chảy năm thiết kế và có phần bất lợi vì mùa lũ lớn và mùa cạn nhỏ kéo dài.
Năm đại biểu nước trung bình P = 50% chọn năm 1993-1994 có tổng lượng dòng chảy năm 4.79m³/s.tháng xấp xỉ với tổng lượng dòng chảy năm trung bình.
Năm đại biểu ít nước P = 75% chọn năm 1977-1978 có tổng lượng dòng chảy năm 3.47 m³/s.thángxấp xỉ với tổng lượng dòng chảy năm thiết kế và có phần bất lợi vì mùa lũ lớn và mùa cạn nhỏ kéo dài.
- Tính hệ số thu phóng K theo công thức:
95 . 0 49 . 6 17 . 6 % 25 = = = = DB P W W K 00 . 1 79 . 4 78 . 4 % 50 = = = = DB P W W K 03 . 1 47 . 3 59 . 3 % 75 = = = = DB P W W K
- Tính phân phối dòng chảy các tháng trong năm thiết kế:
tương ứng với tần suất thiết kế được phân phối dòng chảy năm thiết kế. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3-5: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế khu vực hồ Xạ Hương
Tháng VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V Năm
Tần suất thiết kế P = 25% QĐB (m3/s) 0.87 0.93 1.39 2.61 0.49 0.07 0.03 0.02 0.02 0.01 0.04 0.01 0.54 γ % 13.4 14.3 21.4 40.2 7.6 1.1 0.5 0.3 0.3 0.2 0.6 0.2 100 QP (m3/s) 0.83 0.88 1.32 2.48 0.47 0.07 0.03 0.02 0.02 0.01 0.04 0.01 0.51 Tần suất thiết kế P = 50% QĐB (m3/s) 0.33 0.62 1.14 1.48 0.40 0.16 0.09 0.06 0.04 0.02 0.02 0.43 0.40 γ % 7.0 12.9 23.8 30.9 8.3 3.3 2.0 1.2 0.8 0.5 0.3 9.0 100 QP (m3/s) 0.33 0.62 1.14 1.48 0.40 0.16 0.09 0.06 0.04 0.02 0.02 0.43 0.40 Tần suất thiết kế P = 75% QĐB (m3/s) 0.02 1.35 0.67 0.46 0.30 0.17 0.10 0.06 0.03 0.04 0.05 0.22 0.29 γ % 0.6 38.9 19.3 13.3 8.6 4.9 2.9 1.7 0.9 1.2 1.4 6.3 100 QP (m3/s) 0.02 1.39 0.69 0.47 0.31 0.18 0.10 0.06 0.03 0.04 0.05 0.23 0.30
Đối với mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nhiều nước nhận thấy lượng dòng chảy mùa lũ lớn chiếm 96.9% lượng dòng chảy cả năm còn mùa cạn lượng dòng chảy chỉ chiếm 3.1%. Như vậy đảm bảo được yêu cầu chọn năm đại biểu.
Đối với mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nước trung bình nhận thấy mô hình phân phối dòng chảy năm giống với mô hình phân phối dòng chảy trung bình nhiều năm. Như vậy đã phù hợp với yêu cầu chọn năm đại biểu.
Đối với mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm ít nước nhận thấy lượng dòng chảy mùa cạn nhỏ và thời gian mùa cạn kéo dài từ tháng XII đến tháng VI năm sau. Như vậy đảm bảo được yêu cầu chọn năm đại biểu.
Hình 3-9: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nhiều nước khu vực hồ Xạ Hương
Hình 3-10: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nước trung bình khu vực hồ Xạ Hương
Hình 3-11: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm ít nước khu vực hồ Xạ Hương
Dòng chảy lũ sinh ra do các trận mưa rào hay các trận mưa dài gây nên. Dòng chảy lũ quyết định những nét tổng quát về chế độ dòng chảy của một con song hay một vùng thủy năn nào đó. Lưu lượng lớn nhất của các song suối trong năm là giá trị lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất tức thời quan trắc được trong thời gian lũ.
Dòng chảy lớn nhất là một đặc trưng quan trọng của dòng chảy sông ngòi, rất cần thiết trong việc thiết kế các công trình trên sông phục vụ cho thuỷ lợi, giao thông vận tải và các ngành kinh tế khác.
Dòng chảy lũ là kết quả tác động của nhiều nhân tố, những nhân tố này rất đa dạng và có mức độ ảnh hưởng khác nhau. Những nhân tố chính gây ra lũ của lưu vực nghên cứu bao gồm
- Nhóm nhân tố khí hậu: Trong đó mưa là nhân tố quan trọng nhất có mức độ ảnh hưởng lớn nhất tới dòng chảy lũ
- Nhóm nhân tố mặt đệm: Nhóm này bao gồm hồ ao,đầm lầy, thảm phủ thực vật và địa chất thổ nhưỡng, diện tích lưu vực, địa hình lưu vực, dạng mạng lưới sông
- Nhóm nhân tố thứ ba đó là các yếu tố hoạt động của con người: Con người có ảnh hưởng tích cục hoặc tiêu cực tới diễn biến dòng chảy lũ.
Các đặc trưng cảu một trận lũ bao gồm:
- Đường quá trình lũ là sự thay đổi của lưu lượng theo thời gian của một trận lũ (Q~t) bao gồm nhánh nước lên và nhánh nước xuống. Tương ứng với quá trình thay đổi lưu lượng là quá trình thay đổi mưc nước trong sông.
- Cường suất lũ: là sự biến thiên của lưu lượng hoặc mực nước lũ trong một đơn vị thời gian.
- Thời gian lũ: ký hiệu là T (giờ, ngày) là khoảng thời gian kể từ thời điểm bắt đầu có lũ t1 đến khi kết thúc lũ t2.
- Tổng lượng lũ: ký hiệu là Wmax là tổng lượng dòng chảy của một trận lũ. - Lớp dòng chảy lũ Y (mm): là lớp dòng chảy của một trận lũ.
F W
Y 3max
10 =
- Thời gian lũ lên Tl: là thời gian kể từ khi bắt đầu có lũ đến thời điểm xuất hiện đỉnh lũ.
- Thời gian lũ xuống Tx: là khoảng thời gian kể từ thời điểm xuất hiện đỉnh lũ Qmax đến khi kết thúc lũ. Đường quá trình của giai đoạn lũ lên gọi là nhánh lũ lên, còn đường quá trình của giai đoạn lũ xuống gọi là nhánh lũ xuống.
III.2.3.1. Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế
Khu vực hồ Xạ Hương là khu vực không có tài liệu đo đạc dòng chảy lũ, do vậy khi tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế trong trường hợp này có thể dung 2 phương pháp:
- Phương pháp mô hình toán như mô hình HEC-HMS; mô hình SSARR - Phương pháp sử dụng các công thức kinh nghiệm.
1) Công thức cường độ giới hạn; 2) Công thức Xôcôlốpsky; 3) Công thức triết giảm; 4) Công thức Cục Thủy văn; 5) Công thức Đại học Thủy lợi; 6) Công thức Alecxayep…
a. Tiêu chuẩn thiết kế lũ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Căn cứ vào quy mô và tính chất quan trọng của công trình mà chia thành nhiều cấp khác nhau. Ứng với mỗi cấp công trình đòi hỏi phải phục vụ được một số năm liên tục.
Theo quy phạm QPTL-C6-77, đối với công trình hồ Xạ Hương cấp nước tưới cho 850ha diện tích nông nghiệp sẽ thuộc công trình cấp V và sẽ tính lưu lượng lớn nhất ứng với tần suất 10%.
tính đỉnh lũ thiết kế như sau:
- Khi diện tích lưu vực nhỏ hơn 100 km2 đỉnh lũ thiết kế được tính theo công thức cường độ giới hạn hoặc công thức Alecxayep.
- Khi diện tích lưu vực lớn hơn 100 km2 đỉnh lũ thiết kế được tính theo công thức Xôcôlốpsky.
Do khu vực hồ Xạ Hương có diện tích lưu vực là 24 km2 nên công thức được sử dụng là công thức Alecxayep.
b. Công thức Alecxayep
Đây là công thức tính lũ cho các lưu vực nhỏ được ứng dụng rộng rãi trong thực tế và được trình bày trong nhiều tài liệu. Công thức có dạng:
Q max.p = 16.67 α Ψτ Hnp F ϕ.r Trong đó :
Q max.p - lưu lượng ứng với tần suất thiết kế P %. F: diện tích lưu vực.
Hnp: lượng mưa 1 ngày max ứng với tần suất thiết kế (mm). α: hệ số dòng chảy lũ.
Ψτ: tung độ đường cong triết giảm mưa.
np p H aτ = Ψ
Để tránh thử dần tác giả Alecxayep đã đề nghị tính bằng phương pháp bổ trợ: Ta có công thức: Qmp = S*Fp
Với Fp = (rϕHnp F)/100
r: Hệ số biểu thị ảnh hưởng của hồ ao, kho nước, chọn r = 1;
ϕ: Hệ số dòng chảy lũ (có thể lấy theo hệ số dòng chảy lũ α của Bảng 4-4 trang 112 giáo trình Tính toán thủy văn thiết kế - ĐHTL) phụ thuộc vào loại đất, lượng mưa ngày lớn nhất thiết kế và diện tích lưu vực. Với khu vực hồ Xạ Hương
đất phục vụ cho nông nghiệp, đất sét, đất sét nặng kết hợp với F là 24 km2, với lượng mưa 1 ngày max trên 200 mm chọn ϕ = 0.90.
Hnp: lượng mưa 1 ngày max ứng với tần suất thiết kế công trình(mm). Lượng mưa 1 ngày max đã xác định được trong chương II: Bảng 2-15.
Hồ Xạ Hương có diện tích F = 24km2 Giá trị Fp tính được: Fp = (rϕHnp F)/100 Mặt khác ta có: ( )1/4 4 3 / 1 4 4 / 1 3 / 1 . . . . 67 . 16 4 . . . 67 .