CHƯƠNG II TÍNH TOÁN KỸ THUẬT HỆ THỐNG HỒ CHỨA TÀ KEO
2.1. TÍNH TOÁN CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN
2.1.9. Tính toán dòng chảy năm và phân phối dòng chảy năm thiết kế
Lượng nước chảy qua cửa ra của một lưu vực luôn luôn thay đổi theo thời gian. Sự thay đổi mang tính chu kỳ rõ ràng thể hiện trong từng năm một: mùa lũ – mùa kiệt. Dòng chảy năm là dòng chảy sinh ra của lưu vực trong thời đoạn một năm cùng với sự thay đổi của nó trong năm. Sự thay đổi dòng chảy theo thời gian 1 năm được gọi là phân phối dòng chảy năm.
2.1.9.1. Tính toán dòng chảy năm a. Tổng lượng dòng chảy chuẩn W0
W0 = Y0 x F x 103
W0 = 446 x 37.5 x 103 = 16.725 x 106 (m3) b. Lưu lượng dòng chảy chuẩn Q0
𝑄0 = 𝑊𝑇0 = 16.725 𝑥 106
31.5 𝑥 106 = 0.53(m3/s) Trong đó: T: Thời gian của 1 năm tính bằng giây c. Mô đun dòng chảy bình quân nhiều năm M0
𝑀0 = 𝑄𝐹0 𝑥 103 = 0.5337.5 x 103 = 14.16(l/s-km2)
d. Xác định hệ số biến động dòng chảy năm Cv và hệ số thiên lệch Cs
Xác định hệ số biến động dòng chảy năm CV: Theo công thức va-kre-xen-ski:
𝐶𝑣 = 𝐴′
𝑀00.4 𝑥 (𝐹 + 1)0.08 Trong đó:
A’: Tham số được xác định theo bản đồ phân vùng thủy văn hoặc theo bảng (2-4) trang 21 QPTL C6-77. Hồ Tà Keo - Lạng Sơn thuộc khu vực Đông Bắc chọn A’ = 2.0.
Thay số vào công thức ta được:
𝐶𝑣 = 𝐴′
𝑀00.4 𝑥 (𝐹 + 1)0.08 = 2.0
14.460.4 𝑥 (37.5 + 1)0.08 = 0.51
Trong trường hợp này không có tài liệu của lưu vực tương tự nên ta chọn:
Cs = 2Cv = 2 x 0.51 = 1.03 Vậy ta được: Cv = 0.51 và Cs = 1.03
Sử dụng phân phối xác suất Pearson III tính toán được lưu lượng dòng chảy năm thiết kế:
QP = Q85%= KP. Qo
KP là hệ số môđuyn của đường tần suất Pearson III. Tra phụ lục 3 trang 397- Giáo trình Thủy văn công trình, ứng với Cs = 2Cv và P = 85% được KP = 0.57.
Vậy lưu lượng dòng chảy năm thiết kế của lưu vực hồ chứa QP = Q85% =0.57 x 0.53 = 0.302(m3/s).
Tổng lượng dòng chảy năm thiết kế của lưu vực hồ chứa
WP = QP x 31.5 x 106 = 0.302 x 31.5 x106 = 9.52 x 106(m3).
Từ các thông số tính toán trên ta có bảng tổng hợp tiêu chuẩn dòng chảy năm lưu vực hồ Tà Keo:
Bảng 2- 19: Tổng hợp các thông số dòng chảy năm lưu vực hồ chứa nước Tà Keo W0 (m3) F (km2) Q0 (m3/s) M0 Cv Cs Q85% (m3/s) W85% (m3) 16.725 x 106 37.5 0.53 14.46 0.51 1.03 0.302 9.52 x 106
2.1.9.2. Phân phối dòng chảy năm thiết kế
Phân phối dòng chảy năm thiết kế là phân phối dòng chảy năm có lượng dòng chảy tương ứng với tần suất thiết kế. Phân phối dòng chảy năm là mô hình biểu thị sự phân chia tổng lượng toàn năm Wn cho từng thời đoạn cộng lại và được biểu thị bởi quá trình lưu lượng năm (Q ~ t), quá trình tổng lượng năm (W~ t) và tỷ số phân phối trong năm (γ ~ t).
Phương pháp tính toán:
Do lưu vực nghiên cứu không có tài liệu quan trắc, tùy tình hình cụ thể mà phân phối dòng chảy năm được xác định bằng một trong những phương pháp sau:
a. Phương pháp lưu vực tương tự
Phương pháp lưu vực tương tự dùng để tính toán phân phối dòng chảy trong trường hợp đồng nhất về các điều kiện địa lý tự nhiên và khi tài liệu đo đạc song song ở hai sông nghiên cứu và tương tự không ít hơn một năm, Sông tương tự phải thoả
mãn điều kiện là lớp dòng chảy năm và mùa trong thời kỳ có đo đạc song song và sự phân phối dòng chảy trong mùa ít nước không khác nhiều so với sông nghiên cứu.
b. Bằng các quan hệ giữa các thông số phân phối với các nhân tố ảnh hưởng (được xây dựng cho từng vùng)
Khi không có sông tượng tự đáng tin cậy có thể phân phối dòng chảy theo các quan hệ giữa các thông số phân phối dòng chảy với các nhân tố ảnh hưởng.
Các thông số phân phối dòng chảy gồm: tỷ lệ dòng chảy bình quân các mùa so với dòng chảy năm, tỷ số giữa các hệ số biến động của dòng chảy các mùa so với hệ số biến động của dòng chảy năm.
Các nhân tố ảnh hưởng gồm: Môđuyn dòng chảy năm, độ cao trung bình lưu vực, tỷ lệ rừng, diện tích lưu vực.
Tỷ lệ phân phối mùa kiệt (thời kỳ giới hạn) được xác định bằng công thức sau:
K cạn = ∑𝑄𝑐ạ𝑛
∑𝑄𝑛ă𝑚 = 𝑌𝑐ạ𝑛 𝑌𝑛ă𝑚 (%)
Tỷ lệ phân phối 3 tháng nhỏ nhất (mùa giới hạn) được xác định bằng công thức sau:
𝐾3𝑚𝑖𝑛 = ∑𝑄3𝑚𝑖𝑛
∑𝑄𝑛ă𝑚 = 𝑌3𝑚𝑖𝑛 𝑌𝑛ă𝑚 (%)
Tỷ lệ phân phối mùa chuyển tiếp (những tháng còn lại trong mùa cạn) được xác định bằng công thức:
k1 = kcạn – k3min (%)
Tỷ lệ phân phối mùa lũ được xác định theo công thức sau:
k2 = 100 - kcạn (%) Trong đó:
∑Qnăm: Tổng lưu lượng các tháng trong năm (m3/s).
∑Qcạn: Tổng lưu lượng các tháng mùa cạn (m3/s).
∑Q3min: Tổng lưu lượng 3 tháng liên tục nhỏ nhất (m3/s).
Ynăm: Lớp dòng chảy năm (mm).
Ycạn: Lớp dòng chảy cạn (mm).
Y3min: Lớp dòng chảy 3 tháng liên tục nhỏ nhất (mm).
Quan hệ giữa tỷ lệ phân phối mùa cạn với môđuyn dòng chảy bình quân nhiều năm có dạng:
kcạn =b - a x Mo
Trong đó các thông số a, b, Mo lấy theo bảng 3.2 trang 30 QPTL C6-77.
Quan hệ giữa tỷ lệ phân phối 3 tháng nhỏ nhất với môđuyn dòng chảy bình quân nhiều năm có dạng:
k3min= b’ - a’ x Mo
Trong đó các thông số a’, b’, Mo lấy theo bảng 3.3 trang 31 QPTL C6-77.
c. Bằng dạng phân phối điển hình cho từng vùng
Trường hợp khi lưu vực thiết kế chưa được nghiên cứu về mặt thủy văn có thể dùng dạng phân phối điển hình cho các nhóm năm nhiều nước, nhóm năm trung bình, nhóm năm ít nước đã được nghiên cứu sẵn (biểu thị bằng phần trăm so với dòng chảy năm hoặc bằng phần trăm so với dòng chảy mùa) tương ứng với điều kiện địa lý vật lý khác nhau.
Dạng phân phối điển hình cho từng vùng phụ thuộc vào các kiểu phân phối dòng chảy trong các mùa, các điều kiện nước đến khác nhau, các kiểu địa hình khác nhau, các khu vực địa lý khác nhau.
Lựa chọn phương pháp phân phối dòng chảy
Do điều kiện thực tế lưu vực hồ chứa nước Tà Keo không có trạm quan trắc nên trong đề tài này chúng tôi chọn phương pháp phân phối bằng các quan hệ giữa các thông số phân phối với các nhân tố ảnh hưởng (được xây dựng cho từng vùng trong cả nước).
Phân phối dòng chảy theo các quan hệ giữa các thông số phân phối dòng chảy (tỷ lệ dòng chảy bình quân các mùa so với dòng chảy năm, tỷ số giữa hệ số biến động của dòng chảy các mùa so với hệ số biến động của dòng chảy năm v.v...) với các nhân tố ảnh hưởng (mô đuyn dòng chảy năm, độ cao trung bình lưu vực, tỷ lệ rừng, diện tích lưu vực v.v..).
Tính toán phân phối dòng chảy năm Tổng lưu lượng các tháng trong năm:
∑Qnăm = 12 x Qp = 12 x 0.302 = 3.624 (m3/s)
Trong một năm được chia thành hai mùa: mùa cạn, mùa lũ. Trong mùa cạn lại được chia thành mùa giới hạn (gồm ba tháng có lưu lượng nhỏ nhất) và mùa chuyển tiếp (gồm những tháng còn lại trong mùa cạn).
Quan hệ giữa tỷ lệ phân phối mùa cạn với môđuyn dòng chảy bình quân nhiều năm có dạng:
kcạn =b - a x Mo
Dựa vào vị trí của khu vực nghiên cứu thuộc vùng Đông Bắc, tra theo bảng (3 - 2) QPTL C6-77 được a =1.1;b = 39.6.Thay vào công thức được:
kcạn = 39.6 – 1.1 x 14.46 = 23%
Quan hệ giữa tỉ lệ phân phối ba tháng nhỏ nhất với môđuyn dòng chảy bình quân nhiều năm có dạng:
k3min= b’ - a’ x Mo
Dựa vào vị trí của khu vực nghiên cứu tra bảng (3 - 3) QPTL C6-77, khu vực tính toán thuộc vùng Đông Bắc ta chọn b’ = 8.8; a’ = 0.3 thay vào công thức
k3min= 8.8 – 0.3 x 14.46 = 4.5%
Tỷ lệ phân phối mùa lũ được xác định bằng công thức klũ = 100 - kcạn = 100 – 23 = 77(%)
∑Qcạn= kcạnx ∑Qnăm = 0.23 x 3.624 = 0.83 (m3/s)
∑Q3min= k3min x ∑Qnăm = 0.045 x 3.624 = 0.163 (m3/s)
∑Qchuyển tiếp = ∑Qcạn - ∑Q3min = 0.83 – 0.163 = 0.667 (m3/s) Qlũ= ∑Qnăm - ∑Qcạn = 3.624 – 0.83 = 2.794(m3/s)
Với khu vực diện tích lưu vực hồ chứa F = 37.5 km2 thuộc khu vực địa lý vùng Đông Bắc có kiểu địa hình núi trung bình, sông vừa và tính với tần suất thiết kế P = 85%.
Theo bảng 3-6 trang 35 QPTL C6-77 đối với vùng hồ chứa nước Tà Keocó sông nhỏ (Flv< 100 km2), năm ít nước (P = 85%) thì ta có mô hình phân phối dòng chảy mùa lũ, mùa giới hạn, mùa chuyển tiếp (tỷ lệ phần trăm so với tổng Qmùa) như sau:
Bảng 2- 20: Phân phối dòng chảy mùa lũ, mùa giới hạn, mùa chuyển tiếp
Mùa Tháng Q(m3/s) W (106m3) Mùa giới hạn
I 0.12 0.31 II 0.08 0.21 III 0.05 0.13 Mùa chuyển tiếp IV 0.17 0.43 V 0.20 0.54 Mũa lũ
VI 2.04 5.29 VII 4.66 12.48 VIII 6.02 16.12 IX 5.79 15.00 Mùa chuyển tiếp
X 1.70 4.55 XI 0.43 1.11 XII 0.17 0.45
Từ kết quả trên, ta có biểu đồ phân phối dòng chảy năm thiết kế như sau:
Hình 2- 1: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế Nhận xét:
Qua kết quả phân mùa tính toán ở trên cho thấy, ở lưu vực tính toán mùa lũ bắt đầu từ tháng VI và kết thúc vào cuối tháng IX với lượng dòng chảy chiếm 86.41% lượng dòng chảy cả năm. Mùa cạn kéo dài 7 tháng từ tháng X đến tháng V năm sau với lượng dòng chảy chiếm 13.59% lượng dòng chảy cả năm.
Tháng có lượng dòng chảy lớn nhất là tháng VIII chiếm 28.1% lượng dòng chảy cả năm.
Tháng có lượng dòng chảy bé nhất là tháng XII chiếm 0.22% lượng dòng chảy cả năm.
0.00 5.00 10.00
VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V
Q(m3/s)
Tháng
Biểu đồ phân phối dòng chảy năm thiết kế