Khi tính toán lượng trữ nước trong các hồ chứa, tính toán thiết kế công trình tháo lũ, phân lũ, giao thông...không những cần biết lưu lượng đỉnh lũ mà phải nghiên cứu cả quá trình nước lũ.
Những đặc trưng cơ bản của quá trình lũ trong việc tính toán lượng trữ của kho nước là lưu lượng đỉnh lũQđ, tổng lượng lũW và thời gian kéo dài lũT.
Dạng đường quá trình lũ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: lượng mưa lũ, cường độ mưa lũ, thời gian và sự thay đổi theo thời gian và không gian của mưa lũ, diện tích, chiều dài lưu vực, độ dốc lưu vực, hình dạng lưu vực và mật độ lưới sông... Ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố này tạo nên dạng đường quá trình lũ
mang nhiều tính chất ngẫu nhiên. Do đó có quan điểm coi quá trình lũ là ngẫu nhiên.
Song đối với một lưu vực xác định thì ảnh hưởng tới dạng đường quá trình lũ chủ yếu là mưa. Những trận mưa giông kết hợp với địa hình, những trận mưa có cường độ lớn nhưng trong thời gian ngắn thường chỉ gây lũở lưu vực nhỏ. Đối với lưu vực nhỏ, độ dốc lòng sông và độ dốc lưu vực lớn, thời gian tập trung nước nhanh, lũ lên xuống nhanh. Ngược lại, ở những lưu vực sông lớn phải có những trận mưa lớn, thời gian mưa dài, mưa trên diện tích rộng mới sinh lũ; đường quá trình lũ thường kéo dài nhiều ngày, lũ lên
KT K2 K1 o p T t Hình 7.14. Quan hệ K = f (tp/T0)
115
chậm, xuống chậm. Những lưu vực rất lớn do sông chảy qua nhiều khu vực khí hậu khác nhau, quá trình lũ
là tổ hợp của nhiều lưu vực xuất hiện lũ nên thường có dạng lên xuống rất từ từ, lũ của những lưu vực sông nhỏ chỉ gây ra những gợn sóng trên đỉnh lũ lớn đó. Do vậy đối với một lưu vực, xác định dạng đường quá trình phụ thuộc vào đặc tính của mưa, với những trận lũ lớn (ta thường quan tâm đến những trận lũ lớn), nếu cường độ mưa tập trung và tâm mưa ít thay đổi thì đường quá trình lũ ngày càng ít thay đổi. Do đó, cũng có quan điểm cho rằng có thể chọn một con lũđiển hình cho một lưu vực. Hai quan điểm trên đều
được áp dụng để xác định đường quá trình nước lũ.
Tuỳ theo số lượng đỉnh lũ trong một trận lũ có thể phân thành lũ một đỉnh hoặc lũ nhiều đỉnh.Tuỳ theo quan hệ giữa TB và τ có thể phân quá trình lũ thành lũđơn vị, lũ kép và lũ hỗn hợp.
Lũ đơn vịđược hình thành trong điều kiện thời gian cấp nước TB nhỏ hơn thời gian chảy tụτ rất nhiều: Theo lý thuyết đường chảy cùng thời gian, nếu không xét đến sựđiều tiết dòng chảy của lòng sông thì thời gian kéo dài lũT sẽ bằng:
T = TB + τ
Vì TB rất nhỏ so với τ nên ta có thể lấy TB làm một đơn vị thời khoảng. Ta có T = 1+ τ gần đúng ta lấy T ≈τ. Ta hãy hình dung một lưu vực được chia thành nhiều đường chảy cùng thời gian (H. 7.15) với lượng mưa quá thấm h của một đơn vị thời gian, theo lý thuyết
đường chảy đẳng thời ta có: Q1 = f1h Q2 = f2h ... Qt = fth ... Q8 = f8.h (7.100)
Thời gian duy trì lũ T = τ bằng 8 đơn vị thời gian. Từ công thức
(8.1) ta rút ra: F f F f h h Q Qt = t = t ∑ (7.101) trong đó: ∑ Q và hF biểu thị tổng lượng dòng chảy lũ. Phân tích như vậy ta thấy quá trình lũ do mưa lũ
thời gian ngắn (so với τ) có thời gian duy trì lũ gần như nhau (T=τ) và tung độ tương đối
∑Q
Qt của đường
quá trình lũ không thay đổi. Đó là đặc tính cơ bản của lũđơn vị. Lũđơn vị có thể xẩy ra ở lưu vực nhỏ chủ
yếu quyết định bởi quan hệ tương đối giữa thời gian cấp nước TB và thời gian chảy tụτ.
Trong trường hợp TB >> τ, lưu lượng trung bình của khoảng thời gian không hình thành bởi lượng mưa quá thấm của từng thời khoảng với toàn bộ diện tích chảy tụ:
Q1 = h1F Q2 = h2F Q3 = h3F ... Hình 7.15. Sơ đồ lưu vực với đường cong dòng chảy đẳng thời
Qt =ht.F.
Quá trình lũ hoàn toàn phụ thuộc quá trình mưa, những trận mưa kéo dài, nhiều đỉnh sẽ hình thành lũ
nhiều đỉnh. Trường hợp này ta có thể gọi là lũ phức hợp; khác quá trình lũđơn vị, đường quá trình lũ phức hợp có đặc điểm là thời gian kéo dài lũ bằng thời gian cấp nước T = TB và quá trình lũ tương tự quá trình mưa song chậm một thời gian chảy truyền τ.
Do khoảng thời gian ngừng mưa giữa các trận lũ dài khác nhau, lũ phức hợp có thể là do các lũđơn vị
và lũ hỗn hợp hợp thành hoặc cũng có thể nhấp nhô răng cưa theo quá trình mưa. Cũng như lũđơn vị, quá trình lũ phức hợp cũng có thể xẩy ra ở cả lưu vực lớn lẫn lưu vực nhỏ, nhưng đối với những lưu vực lớn thì quá trình lũ phức hợp chỉ xẩy ra khi mưa sinh lũ kéo dài nhiều ngày đêm.
Lũ xẩy ra trong trường hợp khi τ = TB gọi là lũ hỗn hợp.
Qua phân tích trên đây ta thấy đặc điểm của mưa và lưu vực ảnh hưởng rất lớn đến dòng chảy lớn nhất và quá trình dòng chảy, hai lưu vực có lượng mưa và quá trình mưa giống nhau song do thời gian chảy tụ
khác nhau nên xẩy ra những dạng lũ khác nhau; khi chọn công thức tính toán lũ (trường hợp thiếu tài liệu) cũng nên dựa vào đặc điểm này vì nếu là lũ phức hợp, quá trình lũ phụ thuộc chặt chẽ vào quá trình mưa,
đỉnh lũ hình thành chỉ do một phần lượng mưa sinh ra mà không phải toàn bộ lượng mưa, do đó việc áp dụng công thức thể tích với α trận lũ không hợp lý.