Thủy văn công trình, thủy văn cơ sở tập 1

về sự tuần hoàn nước toàn cầu và trên một lưu vực, quá trình mưa và quá trình hình thành đòng chảy trên ' lưu vực, chuyển qua mặt cắt tim công trình hoặc trong khu vực xây.. dung mộn học

_ NHÀ XUẤT BẢN GIAO THÔNG VẬN TẢI:

HÀ NỘI - 2003

LOI NOI DAU

_Giáo trình Thuỷ oăn Cổng trình ~ Thuỷ uăn cơ sở - tập I lan nay

được 'biên soạn nhằm đáp' ứng yêu cầu mới về đào tạo mà nội dung đề

cương của nó đã được áp dụng giang dạy trong trường Đại học Giao thông:

Trọng: giáo trình này chúng tôi đã trình bày những kiến thức cơ bản

- nhất, 'đồng thời đưa vào có chọn lọc những kiến thức hiện đại nhằm đáp

ứng những yêu cầu phát triển mới của thực tế sản xuất đang đặt ra với '

ngành công trinh giao thong

-_ Nội dung giáo trình được biên soạn theo để cượng môn học gồm 30 tiết

phục vụ cho sinh viên ngành xây, dựng cầu đường Sách cũng có thể dùng

làm tài liệu tham khảo cho sinh viên và kỹ sư ngành kinh tế xây dựng,

vận tai da phương thức, xây dựng và thuỷ lợi -

_ Sách gồm 6 chương, trong mỗi chương có cắc c phụ lục và tài liệu tham

khảo để bạn đọc tiện sử dung ©

“Tham g1a biên soạn giáo trình ¡ này gồm các tac gia:

Nguyén Dinh Vinh: chương 4 và chương 6 Phạm văn Vĩnh: 2 "chương 1 và chương 2 Trần Đình Nghiên: chương 3va chương 5

- Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các tác giả của các sách, bài báo đã

được Sử dụng làm tư liêu tham khảo cho giáo trình này

oy :Do trình độ và thời: gian có “hạn nên giáo trình không tránh khỏi

những khiếm khuyết, Chúng: tôi xin chan thanh tiép thu ý kiến đóng góp

xây dựng của bạn đọc

Các tác giả

| : Chương 1 |

| MO ĐẦU |

1 1 DOI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG CỦA MÔN THUỶ VĂN

1.1.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:

Thuy van la khoa học về nước, nghiên cứu nước trong tự nhiên, nguồn nước và dòng chảy; điều tra, đơ đặc thu thập và phân tích tài liệu nguồn ¬

nước — dòng chảy để phục vụ công tác thiết kế xây dựng và quản lý khai

thác công trình Giao thông, Xây dựng và Thuỷ điện, Thuỷ ]ợi; các công

_ trình chỉnh trị sông, gia cổ bảo vệ bờ và các công trình cải tạo cảnh quan

môi trườn g

nước trên mặt đất, ở biển, Ở các sông suối, ao hồ, nước ngầm, băng tuyết,

nướé trong không khí và các dạng liên kết, khác Theo Verônatske khối

lượng nước trong vỏ trái đất, đến độ sâu 25km ước khoảng 1,3 ty km” gần '

bằng lượng nước có trong đại dương Lượng nước trên mặt, đất có khoảng

1,46ty km’, trong đó nước biển chiếm khoảng 1,37 km” Nước nhiều như

_ vậy nhưng lại phân bố rất không đểu theo không gian Các vùng mưa -

nhiều trên thế giới có vùng núi Anpơ, Côcazơ, N auy ở châu Âu; Việt Nam

(trừ các vùng Lang Sơn, Cao Bằng, vùng châu thổ Cửu Long); Phi lip pin,

Nhat Ban, Ma Lai, Cam pu chia ở châu A Như vậy Việt Nam là.một -

_ trong những vùng mưa nhiều % > 2000mm trong năm) có lượng dòng `

độ sâủ dòng chảy bình quân trên thế giới (khoảng 900mm trong năm),

vậy sông Hồng thuộc loại sông có nguồn nước phong phú nhất thế giới Nước là một tài nguyên quý giá, nguồn nước được coi là vĩnh cửu, nhưng - : trữ lượng hàng năm không phải là vô tận và không phụ thuộc vào mong

Lượng l muốn của con người Tài nguyên nước được đánh giá bởi ba đặc trưng

5 chat lượng và động thái của nước Địa hình phức tạp, cao độ mặt đất

thay đổi nhiều, độ dốc lớn, -do ảnh hưởng của thuỷ triéu VÌ vậy mưa © |

- của nước ta Từ đó đòi hỏi người kỹ sư công trình khi thiết kế xây dựng ˆ

luôn phải gắn với yêu cầu thoát nước,.phòng lũ và những tác động ảnh -

hưởng của môi trường để cong trinh được bền vững và phục vụ 1 toàn, diện

cho nén kinh tế dân sinh của nước ta

1.2 NOI DUNG CUA MON HOC THUY VAN

kinh tế mà thuỷ văn được chia ra làm nhiều lĩnh vực lớn

- Khí lượng học: N ghiên cứu về các yếu tố khí tượng Thuy văn, cách

thống kê và sử dụng các yếu tố khí tượng thuỷ văn trong đồ án thiết kế và

thi cong các công trình cầu đường — Thuỷ lợi và Xây dựng thuỷ điện; dự

báo về Khí tượng Thuỷ văn

- Thuy van dét liên: Nghiên cứu về sự tuần hoàn nước toàn cầu và

trên một lưu vực, quá trình mưa và quá trình hình thành đòng chảy trên '

lưu vực, chuyển qua mặt cắt tim công trình hoặc trong khu vực xây dựng

- công trình Xác định sự thay đổi của mực nước lưu tốc, lựu lượng dòng

nước để tìm ra mực nước bình quân H, mực nước H„„„ H,, các giá trỊ:

Hyer s¿ lưu tốc bình quân V, phan phối lưu tốc tại mặt cắt ngang-tim công

trình cầu đường để xác định khẩu độ và tính xói cục bộ tại các trụ cầu, |

đầu kè

- Thuy van bién: N ghién cứu về địa hình bờ, đáy biển, sóng, thuỷ triều

và tác động của chúng tới môi trường và các công trình liên quan

- Địa chất thuỷ van: Cung cấp 'những tài liệu cơ bản để đánh ĐIÁ

- nguồn nước ngầm — ‘kha nang khai thac nude ngam va ‘phuc vu viéc xây

_ dựng công trình

Để thuận tiện hệ thống kiến thức và ứng dụng vào sản xuất thì nội

dung mộn học được:chia thành hai phần:

"+ Phần một: Thuỷ văn đại cương: Cung cấp những kiến thức cơ bản về

các yếu tố khí tượng thuỷ văn, quá trình mưa và sự hình thành dòng chảy

trên.lưu vực, tính quy luật của dòng chảy sông ngòi và trình bày các:

phương pháp tính toán xác định các đặc trưng thuỷ văn thiết kế

- Phần hai: Thuỷ văn công trình: Nhằm ứng dụng những kiến thức

của Thuỷ văn đại cương để tính toán thiết kế các công trình giao thông,

cầu, đường, cống, kè; đập, tràn, đường tràn, cống tràn liên hợp và các

công trình xây dựng - Thuỷ lợi - Thuỷ điện Như vậy hai phần nội dùng

môn học Thuỷ văn gắn liền khăng khít không thể tách rời nhằm cung cấp `

cho chủ nhiệm đổ án các công trình cầu đường những đặc trưng rất cơ

bản, quyết định hình thức, quy mô, kích thước công trình và dẫn đến vốn

đầu tư xây dựng, khẳng định tính hợp lý về kỹ.thuật và kinh tế của công vi

trình Có thể nêu Ta một số nội dung cơ bản như sau:

1 Xác định lưu lượng lũ thiết kế (Q;„y) và mực nước lũ thiết kế tương

ứng (Hạ) trong các trường hợp có nhiều tài liệu khảo sát, điều tra đo đạc,

có ít tài liệu, chỉ: có tài liệu mưa và lưu vực và trường hợp không có tài

2 Phân bố vận tốc (ưu tốc) tại vị trí mặt cắt tim công trình

3 Đề nghị khẩu độ công trình và chiều cao ứ, dễnh (dâng nước) thượng lưu có xét đến ảnh hưởng môi trường

4 Xác định trị số cao độ đáy sông sau xói chung (Vsxcb)

'ð Xác định trị số cao độ đáy sông sau xói cục bộ (Vsxcb) tại các trụ cầu, đầu kè

6 Nếu sông có thông thuyển phục vụ cho giao thông thuỷ, phải kiến nghị được mực nước thông thuyển Œ—1,):

_', Cung cấp mực nước thiết kế nền đường đu

8 Tính toán dự báo mực nước thi công phục vụ cho việc xây dựng công trình cầu đường

Do hạn chế về số tiết đề cương môn học cho nên trong khuôn khổ của cuốn giáo trình này chủ yếu trình bày về các nội dung của thuỷ văn đại

cương:

1.3 DAC DIEM CUA HIEN TUQNG THUY VAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 3.1 Dac diém cua hién tượng thuỷ văn

Hiện tượng thuỷ văn là sản phẩm của sự tác động của nhiều nhân tế

tự nhiên, ví dụ dòng chảy sinh ra trên mặt đất chuyển qua mặt cắt công trình hoặc tác động: vào công trình phụ thuộc vào mưa rơi xuống, điều kiện địa chất, thổ nhưỡng, thảm phú thực vật - độ nhám -Qua trình tự nhiên đó mang đầy đủ tính chất vật lý của nó và biểu hiện của phạm trù nguyên nhân và hậu quả Vậy hiện tượng thuỷ văn mang hai tính chất tất định và tính ngẫu nhiên

1.3.1.1.Tĩính bhông trùng lặp (ngẫu nhiên)

Các hiện tượng thuỷ văn không lặp lại y nguyên về thời g1an cũng như về độ lớn vì các hiện tượng thuỷ văn phụ thuộc vào các yếu tố khí tượng, khí hậu, mưa, bốc hơi, độ ầm, gió và địa lý

1.3.1.3 Tính chu kỳ

Xét trong một thời gian dài thì hiện tượng thuỷ văn không lặp lại y nguyên nhưng có tính chất chu kỳ Tính chu kỳ của các xu thế bình quân - theo thời gian ví dụ chu kỳ nhiều năm (nhóm năm ít nước kế tiếp với các nhóm năm nhiều nước); chu kỳ một năm có mùa lũ, mùa kiệt

1.3.1.3 Tinh khu vie

- Tình hình thuỷ văn sẽ thay đổi theo: tình hình địa lý của các khu \ vực khác nhau

\

1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu

Trước đây khi phân tích hiện tượng thuỷ văn không xuất phát từ

- quan điểm hệ thống, còn hiện nay quan điểm hệ thống và phương pháp

phân tích hệ thống được áp dụng một cách phổ biến Quá trình phát triển

của các phương pháp tính toán trong thuỷ văn được gắn liền với những tiến bộ khoa học kỹ thuật, toán ứng dụng và kỹ thuật tính toán đặc biệt là

sự phát triển của máy tính điện tử

Dựa vào đặc điểm tình hình thuỷ văn có thể chia ra hai phương pháp nghiên cứu

1.3.2.1 Phuong phap théng bê xác suất

Có thể coi đại lượng đặc trưng thuỷ văn là đại lượng ngẫu nhiên vì các hiện tượng thuỷ văn mang tính chất ngẫu nhiên Công cụ toán học để nghiên cứu hiện tượng ngẫu nhiên là lý thuyết thống kê xác suất

1.8.2.2 Phuong pháp phân tích nguyên nhân hình thành (dùng

trong trường hợp hhông đủ tài liệu)

Phương pháp này có thể chia ra làm ba loại dựa vào cơ sở của phương pháp là tính tất định của hiện tượng thuỷ văn

ơ Phương phúp phôn tích căn nguyên

Người ta phân tích quan hệ giữa đặc trưng thuy văn với các thông số đặc trưng cho nhân tố ảnh hưởng Mối quan hệ đó được biểu diễn bằnz các quan hệ toán học hoặc bằng các đồ thị và biểu thức lôgic hoặc các mô hình toán và mô hình mô phỏng hệ thống Khi thiết lập các quan hệ toán

học cho các lưu vực bất kỳ, cần phải có một số tài liệu quan trắc Điều _

này không phải lúc nào cũng thực hiện được vì vậy phải kết hợp với các phương pháp tổng hợp địa lý và phương pháp lưu vực tương tự

b Phương pháp tổng hợp địa lý

Do hiện tượng thuỷ văn mang tính địa đới, tính khu vực và biến : đổi nhịp nhàng theo không gian và các cảnh quan địa lý Vì vậy có thể tiến hành nội suy, ngoại suy, phân vùng, phân khu các tham số tổng hợp và sử dụng nó trong tính toán các đặc trưng thuy văn

c Phuong phap luu vue tuong tu

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trên cơ sở các tham số và đặc trưng thuỷ văn của lưu vực không có tài liệu quan trắc được suy ra từ lưu vực khác có tài liệu và tình hình dong chay tương tự như lưu vực tính

Gọi y¡ và y; là các đặc trưng cùng loại của 2 lưu vực:

Hai lưu vực được gọi là tương tự nếu như mỗi phần tử tương ứng của -

x, có giá trị xấp xi với x; và cũng như vậy với z¡ và ø¿ Trong trường hợp như vậy y¡ có thể suy ra từ y; bằng biểu thức y¡ = y; hoặc y= sya với k là hằng số như là một hệ số điều chỉnh

14 SƠ LƯỢC VE LICH SỬ, PHAT TRIEN CUA THUY VAN HOC

_ 1, Từ trước thế kỷ XVII

Khoảng 4000 năm về trước nhân dân Trung Quốc dưới sự lãnh đạo

"của Đại Vũ đã bền bỉ đấu tranh với nước lũ sông: Hoàng, còn ở Ai Cập người ta đã tiến hành quan trắc mực nước sông Nin để phòng chống lũ Trong giai đoạn này việc quan trắc tài liệu chủ yếu là mực nước và viée

- phân tích còn mang tính chất định tính, chưa có tính hệ thống Đến cuối giai đoạn này người Ý đã chế tạo được máy đo lưu tốc và ứng dụng để đo lưu tốc và xác định lưu lượng ở các sông suối

9 Giai đoạn từ thế kỷ XVIII đến năm 1960

Là thời kỳ phát triển mạnh mẽ và quan trọng nhất của ngành thuỷ văn nhằm đáp ứng sự phát triển của các công trình giao thông và thuỷ lợi -O Phap Bengrango đã có công trình nghiên cứu về quan hệ mưa rào dòng chảy trên sông Xen

- Ổ Mỹ Humprây và Abớt đã quan trắc và phân tích chế độ thuỷ văn trên sông MixIxIpI

- Ở Ý Môntarini đã có kết quả nghiên cứu về chế độ thuỷ văn của sông

Trén cd sd tài liệu thu thập được, cuối thế ky XIX A.J Vaidykép da nêu nhận xét nổi tiếng “Sông ngòi là sản phẩm c của khí hậu” để nêu mối quan hệ dòng chảy sông ngòi và khí hậu '

Đầu thế ky XX 6 chau Au đã công bố các công thức kinh nghiệm của Sraibo, Penk, Kenlơ; ở Nga có các công thức của N.Dôngốp, I.Langơ; D.J Kôsêrin, ở Mỹ Niuel đã lập ra các đường đẳng trị dòng chảy thuộc lã nh’ thổ Hoa Kỳ Giai đoạn này chủ yếu dùng phương pháp nghiên cứu tổng hợp địa lý

Tv.9

- Đến những năm từ 1930 - 1960 thuỷ văn học đã phát triển thành một môn khoa: học độc lập Nhiều nhà khoa học ở nước Nga, Mỹ, các nước châu Âu, Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản đã đề xuất các phương pháp tính toán hợp lý các đặc trưng thuỷ văn để dùng trong quy hoạch, thiết kế và xây dựng các công trình giao thông, thuỷ lợi, phương pháp thống kê xác suất thống kê đã được ứng dụng trong thuỷ văn do D.L.Xôkôlôpski đề nghị sau đó được các nhà khoa học N.S.Eritski và M.F.Menken; G.N.Brocôvic; G.A.Alêcxâyep; G.G.Svarite phát triển Các mô hình tính toán được thiết lập và ứng dụng trong tính toán thuỷ văn, phân tích diễn biến lòng sông và công tác dự báo

Những kết quả nghiên cứu của thuỷ văn học đã được ứng dụng để tính toán thiết kế các công trình giao thông cầu đường Từ xưa loài người

đã biết làm cầu và phổ biến là loại cầu đá, nhưng khi đó chưa có các tài liệu hướng dẫn về phương pháp tính xói và khẩu độ cầu Thường mỗi năm

có lũ lớn kéo theo một số cầu bị trôi hoặc hư hỏng

Mãi tới cuối thế kỷ XVIII, Kỹ sư cầu đường người Pháp E.M Gôtây mới đề nghị phương pháp xác định khẩu độ cầu trên cơ sở điều kiện tốc độ nước chảy v và nước dâng AZ trên sông sau khi làm cầu không được quá lớn Tổn tại của phương pháp này là không xác định được diện tích thoát nước của đòng chảy dưới cầu sau khi xói Sau nay giao thông đường bộ và đường sắt phát triển mạnh cần có nhiều cầu vượt qua sông lớn và Sông trung bình, vì vậy việc xây dựng phương pháp xác định khẩu độ cầu và

xói trở nên rất cần thiết

"Năm 1875 H.B.Belleliutsky, Giáo sư người Nga đã giải quyết được nhiệm vụ trên, khi thiết kế cầu Xư-zơ-răng qua sông Vônga và đã xây dựng giả định nổi tiếng về tốc độ nước chảy sau khi xói dưới cầu Lúc đầu gai định của H.B.Belleliutsky không được chú ý, Mãi đến năm 1897 giả định của ông mới được chính thức công nhận làm cơ sở cho việc tính toán khâu độ cầu và xói dưới cầu qua sông thiền nhiên Dựa vào đó mà A.A.Kasin (1944) đã đề nghị cách xác định khẩu độ cầu cân bằng thuỷ lực

- khi biết mực nước lũ tính toán

Phương pháp của giáo sư O V Angdrêep (1955) theo phương trình cân bằng phù sa là có cơ sở khoa học và thiên về an toàn Sau này các nhà khoa học trong đó có giáo sư - TS Nguyễn Xuân Trục đề nghị xét ảnh _hưởng của hệ số tăng cường lưu lượng ở dòng sông và ảnh hưởng của địa chất nhiều lớp tính xói

Phương pháp của L.Llitstvan và I.I.Kherkheulit (1947) hay phương pháp theo kích thước hạt, dựa vào tài liệu hình thái đoạn sông Trong thực tế ứng dụng cách tính xói chung của [ätsvan tương đối phù hợp với dòng sông nước sâu vì những dòng sông này vận tốc tự nhiên đòng sông bằng vận tốc động lực

Tv.10

3 Giai đoạn từ năm 1960 đến nay |

- Theo quan điểm hệ thống, các phương pháp tính toán thuỷ văn hiện đại được xây dựng trong mối: tương tác giữa dòng chảy và các biện pháp công trình, các yêu cầu về nước của con người

Theo quan điểm hệ thống, dòng: chảy sồng ngòi không phải : riêng là sản phẩm của khí hậu mà là kết quả của sự tác động giữa điều kiên, khí

1.4.9 Quá trình phát triển của thuỷ văn học ở Việt Nam

Đã có những quan trắc và phân tích quy luật thuỷ triều khi Ñgô Quyền ở thế kỷ thứ X lợi dụng thuỷ triều để tiêu diệt quân Nam Hán trên sông Bach Đằng Từ bao đời nay nhân dân ta đã biết đắp đê ngăn mặn, lấn biển Các sông đào như sông Đuống, sông Luộc kênh nhà Lê không thể thực hiện được nếu không có kiến thức về dòng chảy sông ngòi

Tài liệu đo đạc sớm nhất vào năm 1902, từ đầu thế kỷ XX đến 1954,

hệ thống quan trắc thuỷ văn được mổ rộng trên các sông lớn và chủ yếu là do đo đạc mực nước

“Từ năm 1959 đến nay hệ thống đo đạc thuỷ văn đã được mở rộng và

tổ chức quan trắc có hệ thống Nhiều quy trình tính dong chảy, tính toán

thuỷ văn cầu đường được áp dụng và ban “hành Đội ngũ cán bộ nghiên

cứu thuy văn được đào tạo lớn mạnh, các cơ quan quan lý, nghiên cứu

tượng thuỷ văn được thành lập

1.ð CÁC YẾU TỔ KHÍ TƯỢNG, KHÍ HẬU

1.5.1 Nhiệt độ của không khí _

Nhiệt độ của không khí là hàm của không gian và thời gian, giảm dần từ xích đạo về hai cực Nhiệt độ được đo ở nơi thoáng nhưng không có ánh nắng và không có gió Nhiệt độ không khí ở nước ta trung bình hàng năm từ 15°C — 20°C và nói chung giảm dân từ Nam ra Bắc, từ vùng thấp lên vùng cao Nhiệt độ cho biết thời tiết nóng lạnh, trong đồ án thiết kế cần thống kê nhiệt độ cao nhất, thấp nhất và trung bình từng tháng trong

_~ Áp suất hơi nước: là áp lực do hơi nước gây ra trong không khí lên một đơn vị diện tích Ấp suất hơi nước là một phần trong áp suất không khí (mmHg) hoac (mb), 1 = miliba = 0,75mmHg

- Độ ẩm tương đối: là tỷ số giữa áp suất của hơi nước ở` trạng thái thực tế (e) với áp suất hơi nước ở trạng thái bão hoà q2 trong cùng một nhiệt độ thường tính bằng (%) và ký hiệu là R

O nuéc ta các tỉnh phía bắc có độ Ẩm tương đối lớn, ví dụ độ ẩm tương đối trung bình nhiều năm tại Hà Nội là 85% Các tháng mưa phùn có giá.” trị lớn nhất thường lớn hơn 90%

1.5.3 Bốc hơi (2)

Bốc hơi là lớp nước bị bốc thoát khỏi bề mặt đất hoặc mặt nước, trong thời đoạn tính toán: ngày, tháng, năm Tổng lượng bốc hơi tính theo thể tích trên một diện tích bề mặt F là:

W = 10° FZ (m’) (1-2)

Trong đó: E: tính theo (km?) và Z tính theo (mm)

Nhiệt độ của nước làm tăng khả năng bốc hơi mặt nước, gió làm tăng lượng bốc hơi, còn khi độ ẩm không khí lớn thì khả năng bốc thoát hơi nước sẽ giảm Bốc hơi mặt đất ngoài ảnh hưởng của gió, nhiệt độ và độ

ầm không khí còn phụ thuộc vào loại đất, lớp phủ thực vật

Bốc hơi mặt nước đo được tại trạm Láng (Hà Nội)

Gió là sự di chuyển không khí từ nơi có áp suất không khí cao đến nơi

có áp suất không khí thấp Gió là nhân tế ảnh hưởng nhiều đến bốc hơi và mưa vì gió vận chuyển hơi nước từ nơi này đến nơi khác, làm tăng khả năng bốc hơi và làm thay đổi độ ẩm không khí, gây ra các nhiễu động và

là nguyên nhân của mưa Tốc độ gió và hướng gió là hai đặc trưng quan trọng của gió Tốc độ gió được đo bằng các thiết bị khí tượng và có đơn vị tính là (m/s) Dựa vào tốc độ gió để phân cấp theo bảng sau:

_Tv.12

Cap | Téc dé gid gió _ (m/s) - Hién tudng trén mat bién - cỡ Hiện tượng trên mặt đất ` ˆ ares

- Thuyền đánh cá hơi chòng | - Khói lên hơi bị lệch nhưng khí

“ 1,8- 3,3 đi được 9,3 hải lý/giờ cây rơi xào xạc Khí cụ chỉ

3 34-54: - Thuyền buồn hơi bị lắc, tốc | - Lá và cành cây nhỏ bị lay động

4 55-79 - Thuyền buồm nếu căng toàn | - Gió bụi và giấy vụn bay lên:

bên |

|- Thuyền cá phải thu hẹp | - Cây nhiều lá bị lay động sóng

5 8,0 — 10,7 buém a nhỏ trên hồ nội dia > a Laat Re

6 10,8-13,8 |” Thuyén cá phải thu hẹp | - Cành cây lớn lay động dây điện

buổm nữa Lúc đánh cá cân kêu vi vu, khó mở dù chú ý nguy hiễm

- Thuyền cá về nghỉ ở cảng | - Toàn cây lay động, người đi cảm

7 | 18,9- 17,1 thuyền ngoài khó thả neo thấy có lực cần

- Thuyển cá ở trong cảng |- Cành cây nhỏ bị gãy, người di không ra biển nữa - cam thấy có lực cản mạnh

- Thuyển cá ở trong cảng | - Ống khói có thể bị gãy

không ra biên nữa

- Thuyển cá ở trong cảng |- Trên mặt đất rất ít, tổn thất

Khi thiết kế công trình ở một vị trí nào đó người ta quan tâm đến tốc

độ gió lớn nhất, hướng và tốc độ của gió thịnh hành Hướng thịnh hành : của gió tại thời đoạn nào đó là hướng mà tổng số ngày gió của hướng đó lớn hơn so với những hướng còn lại trong thời đoạn đó Hướng gió được

‘chia theo các múi hướng là Đông (Ð), Bắc (B), Tây (T), Nam (N), Bắc Đông Bắc (BDB), Đông Bắc (ĐB), Đông Đông Bắc (ĐĐB) Đông Đông Nam (@Ð ÐĐN), Đông Nam (ĐÐN), Nam Đông Nam (NĐN), Nam Tây Nam (NTñ\), Tay Tay Bac (TTB), Tay Bac (TB) va Bac Tay Bac (BTB)

Ty.13

Người ta thường lập biểu đồ hoa gió ở một trạm nào đó 5 cho 12 thang

liên tục trong năm theo một tỷ lệ nhất định, Ví dụ lcm = 1Ôm/s Những

tài liệu về gió sẽ giúp ta tính toán kết cấu khung, giàn giáo và chiều cao

của công trình, bố trí hướng và vị trí nhà, kết c cấu khung cầu và tính: sức

cản kéo cua dau may xe lua

1.5.5 Bão

“Bão thường xây 3 ra ổ: vùng biển nhiệt đới có hơi nước phong phú,› <8

nước ta bão thường đổ bộ vào-mùa mưa và có nhiều tran trong năm gây #a'

những, trận mưa lồn từ vài trăm (mm) đến hàng nghìn (mm)

Gió bão là: một hình thế thời tiết xấu, nguy hiểm gây mưa lớn và sức

tan’ phá rất ghê gớm

Bão.là vùng gió xoáy rất mạnh bao trim một ' vùng rộng lớn Ỏ vùng số

trung tâm áp suất không khí thấp, vành ngoài áp suất cao, làm cho không:

khí từ vành ngoài chuyển \ vào trung tâm'rất mạnh: tạo thành hình xoáy

- Tốc: độ g1Ó CỐ thể đạt tới cấp 12 hoặc trên cấp 12 thường phá huỷ các

công trình dân sinh kinh tế Š trọng đó cố công trình ( cầu và đường

Khi khéng khi mang hoi nước bị lạnh xuống quá điểm sương, ngưng

tụ lại thành mửa rơi Mưa là nhân tố đuan trọng: nhất của sự thành déng

chảy: sông ngòi

1 Nguyên nhân gây mua

Hoi nước gặp lạnh gây ra mưa, có nhiều nguyên nhân ¡ gặp lạnh khác

nhau, lạnh vì hỗn hợp, lạnh vì tip xúc, lạnh v vì bức xa và lạnh vì động lực

- 9 Phân loại mua

Khối không khí ẩm “trên đường di chuyén gặp núi cao, nó sẽ bốc lên

theo sườn núi gây hiện tượng lạnh đi vì động lực Hơi nước ngưng tụ gây

r+a mưa lớn ở sườn đón gió, phía núi khuất gió khô vì không còn hơi nước

và có thể nóng lên vì má sát Gió Lào ở nước ta là ví dụ về kiểu gió này

'.b) Mua đối lưu

_ Khi mặt đất bị nung nóng về mùa hè làm cho lớp không khí ẩm sát

mặt đất bốc lên cao tạo thành một lớp không khí đối lưu với lớp không -

khí trên cao gây ra hiện tượng mất nhiệt, hơi nước bị: ngưng tụ gây mưa

kèm theo sấm sét :

c) M ua fréng lạnh:

Khi một khí “đoàn khí lạnh di chuyén gặp, khí đoàn - nóng ầm sẽ tạo 1 ra

một vùng tiếp xúc gọi là frông, Khí đoàn nóng ở mặt tiếp xúc sẽ bốc” lên,

Tv.14

hơi nước,ngưng tu vi lanh gay ra mua Ö nước ta khi có gió mùa + Đông

Bắc ở đầu và cuối mùa khô thường xây ra loại mưa nay

_ d) Mua fréng nóng , ra khi đoàn khí nóng di chuyển gặp khí đoàn lạnh : dang đứng yên : hoặc di: chuyển chậm, hiện tượng xay ra tương tự như mưa ' trông:

lạnh

“uy Mua bão

Trong mùa mưa ở nước ta khi có: 5: bão, gió xoáy rất mạnh hất không khí â ầm lên cao lạnh di và gây mưa lớn dé da hoa

p) Mua gio xoáy

mr mua do gió xoáy gay ra, lượng rhưa lớn trên phạm vi rộng: dế gây

ra 1 Tut, ngap Có thé nói mưa bão, mưa a trông nóng, mưa: trông lạnh là các

dạng: của hai loại này

Mưa đối lưu v và mưa gió 4 xoáy 1A hai loai muia chinh hay g gap ở nước ta

vội 2) Mưa rào

.Có diện tích mưa không lớn lắm nhưng có cường độ lớn và tập trung trong thời đoạn ngắn cường ao" mua thay đổi lớn theo thời gian Ở nước ta

năm 1960 Nha khí tượng đã đưa | ra tiêu chuẩn mưa rào được sử dụng Ở

Miền Bắc Việt Nam có dang tương tự nhu tiêu chuẩn ecgdt thuộc Liên Xô

Khi lượng mưa tương ứng với các thời đoạn đặc trưng vượt qua các giá trị ghi trong các bảng trên thì được coi là mưa rào, loại mưa này thường gây ra lũ

Nếu mưa rào thời gian, ngắn không quá, (2 + 3)h có lượng mưa lớn, cường độ mưa lớn thường xảy ra lũ đơn và xẩy ra vào đâu hoặc cuối mùa _ lũ hay lũ tiểu mãn Nếu mưa kéo dài (2-3) ngày và lâu hơn thường gây ra

lũ có nhiều đỉnh Nếu với lượng mưa rất lớn sẽ gây ra lũ quét và gây ra

3 Cac đặc trưng của mưa

- Lugng mua trong mét thoi đoạn tính toán nào đấy là lớp nước mưa đo được tai mét tram quan tra ắc trên một đơn vi diện tích trong khoảng thời gian đó, có đơn vị đo là (mm) Thời đoạn tính toán có thể là một ngày, một tháng, một năm, lượng mưa đo được trong một ngày đêm gọi le" mua ngày- Ví dụ trong một năm lượng mưa tại một điểm quan trắc nào đó là 1800mm, có nghĩa là tại vị trí đó trong một năm mưa rơi xuống nếu được tích lại sẽ tạo thành một lớp mưa có bề dày bằng 1800mm

_ð) Cường dé mua tức thời (ad) uà đường quó trình mưu (da, ~ t) mưa đo được trong một đơn vị thời gian tại một thời điểm bất kỳ 6 vi tri quan trac, don vi do 14 (mm/phiut) hodc (mm/h)

Sự biến đổi của lượng mưa theo thời gian gọi là quá trình mua (a, ~ t)

đổ thị của đường cong (a; ~.t) goi la dudng qua trình mưa

Lượng mưa trong khoảng thời gian t, đến t, có thể tính theo công

n: Số thời đoạn tính toán At

-Cường độ mưa bình quân trong khoảng thời gian T = t, - t, là trị số bình quân của cường độ mưa trong khoảng thời gian đó và tính theo công thức:

pote

Tv.16

c) Luong mua lén nhất va cường độ mưa bình quân lớn nhất trong

- Lượng mưa lớn nhất trong thời ¿ gian.tính toán T gọi '““ mưa lớn nhất thời đoạn X¡ '*“# mưa trong khoảng thời gian T cho trước, được chọn trên đường quá trình (a, ~ t) sao cho lượng mưa trong thời gian đó là lớn nhất

- Cường độ mưa bình quân lớn nhất trong thời đoạn tính toán T gọi là cường độ mưa bình quân lớn nhất a; là cường độ mưa bình quân trong thời đoạn T cho trước được chọn trên quá trình (a, ~ t) sao cho cường độ mưa bình quân trong thời đoạn đó là lớn nhất Trị số a+ được tính như sau:

Lượng mưa thời đoạn X%; sẽ tăng lên khi T tăng (nếu cho T có giá trị thay đổi Tụ, T; ) còn cường độ mưa bình quân lớn nhất ay sẽ giảm di Vậy cường độ mưa ax bị triết giảm theo thời gian T, đường cong (a; ~ T) gọi là đường cong triết giảm cường độ mưa bình quân lớn nhất theo thời

4 Tinh luong mua binh quan luu Uực (X)

Lượng mưa trên lưu vực thường không đồng đều, vậy cần dựa vào lượng mưa của các trạm đo mưa trên lưu vực để xác định lượng mưa bình

d) Phương pháp bình quân số họẻ `

Lượng mưa bình quân như sau:

Phương pháp này chỉ dùng tốt khi lưu vực có nhiều trạm đo mưa -5) Phương pháp hình nhiều cạnh (Đa giác Thai - Sơn.)

Biết vị trí các trạm đo mưa trên bản đồ, mốt, các trạm với nhau thành hình tam giác, vẽ các đường trung trực của các cạnh kéo đài cho cắt đường phân thuy của lưu vực sẽ xác định đượe-eáe-phẳn=diệm-tích-cưa- “Cá

Hình 1-1 _"Tính lượng mưa bình quân theo công thức:

n: Số đa giác, phương pháp này áp dụng với n > 3;

Đường phân thuỷ

F: Diện tích của lưu vực tính bằng km? œ@ Phương pháp đường đẳng lượng

mua

Đường đẳng lượng mưa là đường cong

nối liển các điểm có lượng mưa bằng

nhau trên bản đồ như hình 1-2

Phương pháp này có độ chính xác

cao, khắc phục được điều kiện không đều

về phân bố mưa theo không gian do ảnh

hưởng của địa hình nhưng khối lượng

tính toán nhiều vì phải vẽ được đường

đẳng lượng mưa Lượng mưa bình quân

trên lưu vực được tính như sau: ˆ -

Tv.18 2

(1-8)

Với: fi: Phan dién tich nam giữa bai đường đẳng lượng mưa tương ứng

là X va Xi,

1.6 PHUONG TRINH CAN BANG NUGC

1.6.1 Phương trình cân bằng nước trên toàn Trai Dat

“Nước từ mặt biển và sông suối bốc hơi lên cao, một phần mia trén biển, một phần khác nhờ gió đưa vào' đất liền gặp lạnh tạo thành mưa trên đất liền Lượng mưa rơi trên mặt đất một phần tạo ra dòng chảy các sông suối rồi lại chảy ra biển, một phần ngấm xuống tầng sâu bổ sung vào sông, hề cao và chây ra biển Như vậy có thể mô tả phương trình cân bằng

1.6.2 Phuong trình cân bằng nước đối với lưu vực kín và lưu vực

hở trong thời đoạn bất kỳ

Xét một lưu vực bất kỳ trên mặt đất

hình trụ thẳng đứng bao quanh chu vi

lưu vực tới tầng không thấm nước như

hình 1-3 Xét cho một thời đoạn At bất ˆ

kỳ, dựa vào nguyên lý cân bằng nước

giữa lượng nước đến, di và trữ lại ta' có

phương trình cân bằng nước sau:

Trong đó phần nước dến gồm có: `

X: Lượng mưa bình quân trên lưu vực;

N: Lượng nước ngưng tụ trên lưu vực;

Y,: Luong dong chay mat chay dén;

W,: Lượng dòng chảy ngầm chảy đến;

Vị: Lượng nước trữ trong lưu vực ở đầu thời đoạn ¿ At Các: lượng nước đi gồm có: _

Z: Lượng nước bốc hơi;

Y,: Lượng đồng chảy mặt chảy dis W,: Luong dong ngầm chay di;

Var Lượng nước còn trữ ở cuối thời doạn At

Voi Lucu vu kín: có ' đường phần nước mặt và nước ngầm trùng nhau

do để không có nước mặt và nước ngầm từ nơi khác chảy đến lưu vực đang

X=Y+Z+AV

Y= ` + _Wy ‘Luong n nước chấy qua mặt cắt cửa ra của lưu

vực;

Z=Z- N: Luong nước bốc hơi đã bớt di lượng ngưng tụ

- Với liêu oực hở: có lượng nước ngầm từ lưu vực khác, chuyển tới hoặc ngược lại, tức là ta có:

1 Đường phân thuỷ của lưu uực (Đường phán lưu)

Là đường nối tất cả các điểm có cao trình cao nhất của lưu vực và phan cách nó với các lưu vực bên cạnh Có hai loại: Đường phân thuỷ mặt

và đường phân thuỷ ngầm như hình 1-4

đổ địa hình có các đường đồng mức cao độ theo ty lệ 1/100.000; 1/50.000; 1/25.000; 1/10.000 tuỳ thuộc yêu cầu công trình

Việc xác định đúng đường phân thuy lưu vực rất quan trọng vì sẽ giúp ta biết được chính xác diện tích lưu vực, quyết định hình thức, quy

mô công trình và dẫn đến việc xác định đầu tư xây dung một cách hợp lý:

2 Diện tích lưu 0uực

Điện tích lưu vực ký hiệu là F, tinh theo km’ la phan dién tich dude bao bọc bởi đường phân thuỷ

Diện tích lưu vực được.xác định bằng máy đo diện tích hoặc lưới ô vuông trên bản đồ có tỷ lệ biết trước Tuỳ theo diện tích của lưu vực của đòng chảy đến vị trí công trình mà có thể phân ra:

Khi F < 100km”: tương đương với lưu vực nhỏ

Khi EF> 100km: tương ứng với lưu vực vừa

Khi E > 1000knở: tương:ứng với lưu vực lớn

- Ngoài ra còn có trường hợp lưu vực rất nhỏ, ví dụ thoát nước cho sân

4 Các đặc trừng của lưu vic

œ Chiêu dài của liêu 0ực (L 1v)

Tv.21

Là chiều dài đường gâ,› khúc nối từ cửa sông qua các điểm giữa cac đoạn thẳng cắt ngang lưu vực cho đến điểm xa nhất của lưu vực Người ta -

thường coi chiều dài sông chính là chiều dài lưu vực Chiều đài dòng

chính LŒ&m) được xác định theo bản để hoặc đo đạc tại chỗ Khi trên lưu

vực không có lòng chính rõ ràng thì dòng chảy phải tính theo kiểu chảy

trên sườn dốc, lúc đó chiều đài lòng chính lấy theo khoảng cách từ phân

giới lưu vực đến vị trí công trình Thường lay L,, ~ L dé tính toán

Œ “Hệ: SỐ “hình dang của lưu vue Œ, ỳ

Thường Las <1

' d Độ cao: bình quan e của lu vue 4V):

4

>L;: Tổng chiều dài của tất cả các sông suối trên lưu vực (cm)

- Vùng có mạng lưới sông càng dày thì trị số D càng lớn và chứng tỏ

"vùng đó có nguồn nước phong phú

b Chiêu dài bình quân của sườn lưu oực b, (m)

Được xác định theo bình đồ hoặc đo đạc tại chỗ Tính theo độ dốc

trung bình từ chỗ lòng chính bắt đầu thể hiện rõ đến vị trí công trình

b Độ đốc trung bình của sườn đốc 1, (%e) Được xác định trên bình đồ hay đo đạc tại chỗ theo hướng d dốc nhất, lấy theo trị số trung bình của 4 + 6 chỗ xác định độ đốc

Ì Đặc trưng dia mao thuỷ uăn của lòng sông oL

L: Chiéu dai long chinh (km);

: Hệ số nhám của lòng sông (xác định theo bảng 2-3 trình tính dòng chảy lũ Viện TKGT— 1979);

I,: DO dốc sườn lưu vực %,;

ọ và H, Ý nghĩa như đã nêu ở trên ˆ

Có ¿„ sẽ xác định được thời gian nước chảy trên sườn đốc là t, Có ÿ¡ và t„ vùng mưa sẽ xác định được A, là mô đuyn tương đối của dòng chảy lớn

Tv.23

nhất theo bảng (2-4) ** trinh tính dòng chảy lũ Viện TRGT năm 1979

Từ đó sẽ xác định được:lưu lượng lớn nhất ứng với tần suất thiết kế công

õ Quá trình hình thành dòng chủy trên lưu uực -

Mưa là nhân tố quan trọng nhất của sự hình thành dong chay s sông ' ngòi, có thể nói: Dong: chay Lượng nước của một lưu vực chảy qua mặt cắt

cửa ra sau một khoảng thời gian nhất định cùng với sự thay ' đổi của nó

trong” "khoảng: thời gian đó Khi thời gian tính toán là một-năm ta có dòng

chảy măm, gồm lượng dòng chảy năm và sự thay đổi lượng đòng chảy

trong một thời gian một năm thường gọi là phân phối dòng chảy trong

năm Vậy khái niệm dòng chảy gắn, liền với khoảng thời gian tính toán

:'Quá trình ton: that do ngấm, bốc hơi, đọng lại trên cây cối, nhà cửa,

- Qua trinh chay trén sườn đốc và tiếp tục tồn n thất

,_@uá trình tập trung nước trong sông

- Quá trình tập trung nước trên lưu vực gồm hai gia1 đoạn: Tập trung nước trên sườa đốc và giai đoạn tập trung nước vào lòng sông chảy về

tuyến cửa ra Khó có thể phân tách hai quá trình này ra được bởi vì trong

quá trình tập trung nước trong sông luôn nhận được lượng nước bổ sung

từ sườn dốc vì vậy tốc độ di chuyển của sóng lũ rất phức tạp

' Sườn đốc của lưu vực cũng có ñhiều đặc điểm bề mặt không đồng nhất, do vậy tính toán chính xác thời gian tập trung nước tại một điểm

nào đó về mặt cắt cửa ra rất khó thực hiên được Trong thực tế, thời gian

‘tap trung nước trên sườn đốc và chảy vào sông có thể được tính bằng trị số

bình quân, đặc trưng cho chuyển động cua hai quá trình này

- Để đánh giá lượng dòng chảy và khả năng cung cấp nước của một lưu

a Lưu lượng thể tích nước Q (m8/s) _ Lượng nước chảy qua, mặt cắt cửa ra sau một t đơn vị thời gian một ` giây Quá trình thay đổi của lưu lượng theo thời gian tại cửa ra gọi là quá

trình lưu lượng (Q ~©) Biểu dién bang dé thi su thay đổi của lưu lượng và

thời gian gọi là đường quá trình lưu Tượng nước Lưu lượng bình quân

trong khoảng thời gian 1 được tính theo biểu thức:

1n

Hoặc tính theo biểu thức sai phân:

cản

O — =!

n

là số thời đoạn tính toán

-§: là lưu lượng bình quân tr ong khoảng thời g gian TT

C Độ sâu dòng chứy Y(mm)

Độ sâu dòng chảy Y(mm) là một lớp nước có chiều day Y, tức là coi tổng lượng nước chảy qua mặt cắt cửa ra trong một thời gian nào đó trải

đều trên toàn bộ điện tích lưu vực có chiều dày là:

Với ~~ W: Téng hong nviéc (m’);

F: Dién tích lưu vuc (km’);

d Mé duyn dong chảy M

Phản ánh khả năng nguồn nước được định nghĩa là tỷ số giữa lưu lượng bình quân với một đơn vị diện tích lưu vực là 1 Kn# `

ˆ Hệ số ọ càng lớn thì tổn thất dòng chảy càng bé và ngược lại, vậy hệ '

số ọ phản ánh tình hình sản sinh ra đòng chảy trên lưu vực

Tv.25

Hệ số ọ được xác định theo bằng (2-2) của %*# trình tính dòng chay la

do mưa rào ở lưu vực nhỏ Viện TKGŒT -— 1979 hoặc Tiêu chuẩn ngành GTVT ban hành 1995

Hệ số dòng chảy @ phụ thuộc vào lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế H,(mm); đặc trưng lớp đất mặt của lưu vực và điện tích lưu vực F

(km’)

1.7.2 Dòng sông - hệ thống sông

Hệ thống sông và dòng chảy trong sông suối từ bao đời nay vẫn thường xuyên gắn bó và tác động đến đời sống con người và sản xuất nhưng dòng sông cũng trực tiếp ảnh hưởng đến các công trình giao 0 thong cầu, đường ca về hình thtic lan “ mô công trình

Những sông trực tiếp đổ ra biển hoặc đổ vào các hổ lớn trong nội địa được gọi là sông chính, các sông đổ vào sông chính được gọi là sông nháah cấp Ï, các sông đổ vào sông nhánh cấp Ï gọi là sông nhánh cấp II v.v Các sông nhánh cùng với sông chính của nó hợp thành hệ thống sông Tên của

hệ thống sông thường-mang tên của sông chính, ví dụ: hệ thống sông Thái Bình gềm sông Cầu, sông Thương, sông Lục Nam , Hệ thống sông Hồng gồm sông Hồng và các sông nhánh của nó; sông Thao, sông Lô, sông Đà

Các sông nhánh có thể phân bế theo hình lông chim (hình 1-5) phân bố

theo hình nan quạt có các cưa sông nhánh lớn ở gần nhau (hình 1-6) hoặc phân bế theo hình song song (hình 1-7)

Dòng sông thường được phân ra các đoạn sau:

- Nguên sông: là nơi bắt đầu hình thành dòng sông như mạch ngầm,

- Thượng lưu sông: là đoạn có thung lũng hẹp và sâu, đáy sông có cuội, sỏi lớn, mũi đá nhấp nhô, độ dốc đáy và mặt nước lớn về mùa lũ dòng chảy hung dữ, vận tốc trung bình lớn

Tv.26

- Hạ lưu sông: Dong song bí] uốn, khúc quanh CO có bãi rộng, độ đốc bé,

` lưu tốc giảm, và xây ra tình trang’ bôi lang |

- song khác hoặc đổ ra biển

- chỉnh try sông ngòi

-:Vùng cửa sông: lòng sông mở rong; có ó phù sa a Jang: dong là, nơi đổy vào -

Rõ rang’ sông có Khúc, e có ó đoạn ` và có các - đặc trưng địa hình địa mạo, địa chất và điều kiện : thuỷ: văn: thuỷ Tực 'khác.nhau .Dẫn tới yêu: ‘cau khi

XÂY, dựng các công trình nhân táo, vượt sông hoặc trên sông tại một vi tri

“nao dé, ta cần xac dinh được cổng tíình: vượt qua sông nào, thuộc hệ thống

nào/ vùng "hào, cần nghiên cứu về quy luật - động lực họẻ dồng sông dé dé

ta giải pháp kỹ, thuật, xây dựng, “công, trình, chỉnh: phục dòng sông hoặc

Tv.28

TÀI LIEU THAM KHAO CHUONG 1

| “NGUYEN SINH HUY, NGUYEN LAI, PHAM PHO

Giao tr ình Thuy van cong trinh Nxb Néng thôn, Hà Nội, 1974

ĐÔ CAO ĐÀM, HÀ VĂN KHOI va cac tác gia khác

Giáo trình ‘Thuy van công trình Nxb Nông thôn, Hà Nội, 1998

GS TS NGUYEN VAN TRUC

‘Cong Trinh vượt sông Nxb Xây dựng, Hà Nội, 1984

Quy trình tính đồng chảy lũ do mưa rào ở lưu vực nhỏ —

- Viện TRGT, 1979

PHAM VAN VINH

Về khẩu độ cầu va x6i dudi cau

Thong tin KHKT Tr ường ĐH GTVT, số 2- 1996 Mục nghiên cứu

GÔRÔSKOV

Tính toán thuỷ văn (bản Tiếng Nga), 1979 -

PHAM VAN VINH

AZ a 2 ` a > : " ` ^

Vấn để ôn định và không ồn định của dòng sông

“eae trình mà cần phải: thu: thập và, tính toán các loại mực nước Ha: ¬

đường cho phép), để phục vụ, ‘thi cổng cầu ta có mực nước dự bão th công

Nếu” xác" :địnH mực nước không sát: sẽ gây ra tinh trạng ngập ‘duong:lam -

hu hồng mặt đường, nền đường, ngập hide hư hỏng cầu; gây trở ngại cho-

giao thông thuỷ và làm ngập”lủt các: vùng dân: cư Vậy mực nước: cố ý"

"nghĩa rất quan trọng để tính.toán;dòng chạy sông ngồi, để Suy Ta lưu:

_ lượng tương ting | và là một trong: nhing thi liệu thuỷ văn cơ bản lam căn

“VA XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ THUỶ VAN |

cứ khoa học để thiết kế, xây dựng.và quản lý: khai thác: các công trình cầu,

dường, cống, đập, đê điều, hệ thống 'tưới, tiêu nước và các công trình dân '

sinh kinh tế::Để thư thập, xác định.tài liệu mực nước: cần có các tr ami thuy

văn Có nhiều cách phân cấp nhưng £ e6.thé phân ra trạm: cấp 1: đo các, vếu

vếu mực nước và:có thể đo một số yếu tố khác ‘Tram cấp THỊ thì chỉ do m:z¢

nước Đựa theo yêu cầu, mục đích nghiên, cứu ` có thé phan ra tram thực

*

2 1 1 Định nghĩa về mực nude

Muốn có mnực nước : thi cần có mặt thuẩn Miền Bắc lấy mực chuẩn là

mực nude bién bình quân nhiều năm tại Hòn Dáu, còn Miền Nam nước ta

-lấy mực nước-biến trung bình nhiều năm tại khu vực Hà Tiên, tỉnh Kiên

Giang lầm chuẩn Mực nước la cao trình mặt nước tại vị trí nào đồ so với

một mặt, chuẩn qui ước: có éao trình 0,00 và tại một thời điểm nào ;đó Ký

hiệu là Hc đơn vị đo là mét ám) hoặc centimet (cm) Mực nước luôn luôn

biến động, mưa Tủ và thuỷ triệu: là hai nguyén nhân chính gay, 1 ra do sw

dào động: mực tước trong: các sống suốt: 'ở Tiước ta Vay: xét: về mặt” hãng

ae '

lượng thì có thể, nói mực nước biểu thị thế nang ¢ cna’ nguồn nước bận

2.1.2 Đo đạc mực nước

So với đo lưu lượng thì việc tổ chức đo đạc mực nước dễ dàng và ít tốn

kém về nhân lực cũng như thiết bị bởi vì:

- Thời gian đo nhanh chóng, chỉ cần đọc số đo là có mực nước

- Giá trị lưu lượng Q không phải lúc nào cũng tương ứng với mực :

Có hai cách đo mực nước, cần tuỳ theo điều kiện địa hình, địa chất, sự

dao động của mực nước và điều kiện kinh tế mà áp dụng cho phù hợp

1 Đo mực nước bằng máy tự ghi

Khi dùng máy tự ghi thì trị số mực nước sẽ được đọc trên băng, giấy

ghi theo tỷ lệ của từng loại máy Phương pháp này có ưu điểm là sẽ cho ta

biết mực nước ứng với mọi thời điểm trong ngày

3 Đo mực nước bằng thuỷ chí hoặc thước

chí

Mạt chuẩn ( o.o © )

Hinh 2.1 Đây là phương pháp thường dùng Theo cách đo này người ta đóng cọc

hoặc xây bậc chắc chắn dọc theo mái sông, tuỳ theo điều kiện địa hình,

- địa chất và mức độ dao động của nước mà cần nhiều hay ít cọc Nếu dùng

= Tv.30

thuỷ chí đo nước thì thuỷ chí được gắn chặt VỚI CỌC đình 2-1) Muc nước

h: Độ sâu tính từ mặt nước sông, suối tới đầu cọc "đà số đặt 'trên thước đo đặt thẳng đứng trên đầu cọc) hoặc là độ sâu từ

Chế độ đo mực nước theo qui 'phạm đo đạc thuỷ văn như sau:

Nếu đo hai lần trong mỗi ngày (24h) thì đo tại thời điểm 7h và 19h;

- Do 8 lần trong ngày thì đo vào các gid 1, 4, 1, 10, 13, 16, 19; „25 2h; -

2.1.8 Các loại số liệu mực nước

“Có nhiều loại số liệu mực nước, ở đây sẽ trình bày một số loại cơ bản:

Hình 2 2: Qua trinh muc nước tức thời

2 Mực nước bình quản thời đoạn

Thời đoạn có thể là ngày, tháng, mùa, năm và nhiều năm,

Trị số mực nước bình quân thời đoạn được tính từ nhiều trị số mực -

nước tức thời trong thời đoạn tính toán Ví dụ nếu đo cách đều giờ thì mực

‘Tv.31

nước bình quân ngày tính bằng trung bình cộng các mực nước tức thời

trong ngày như sau:

_ pH

Huyy: là mực nước bình quân ngày; _

- H¿ là mực nước tức thời tại thời điểm t trong ngày; - n: là số lần đo mực nước tr ong ngay

_ Trường hợp do không cách đều giờ phải nội suy bổ sung cho đủ số liệu

cách đều giờ và tính như trên:

3 Bién độ mực nude

Khoảng dao động của: mực nước trong một thời gian nào đó gọi là biên

độ mực nước Ví dụ trong mỗi chu kỳ triều thì biên độ triểu là chênh lệch

mực nước giữa đỉnh và chân triều

Như đã nói otra én, có nhiều loại số liệu mực nước nhưng trong ngành

công trình cầu đường cần chú ý các loại mực nước sau:

- Mực nước bình quận ngày tại trạm đó, năm nếu điều tra hoặc thu

Trị số đặc trưng | - Mực nước cao nhất trong năm (trong thời gian lũ)

- Mực nước dao động lũ trong thời gian một trận lũ, nhiều trận lũ và

nhiều năm :

- Mực nước trung bình nhiều năm

- Mực nước thấp nhất của thấp nhất nhiều năm mạ

- Mực nước cao nhất trong nhiều năm (H

Ứng dụng số liệu bảng 2-2 trên đây để tính toán ra đường tần suất lý luận H

Bảng để tính toán đường tần suất "kinh nghiệm Hay trạm T

- Mực nước lũ lịch sử H,„„„ (năm nào đó) theo chu kỳ nào đó

.2.1.4 Kiểm tra và đánh giá sai số mực nước -

1 Kiểm tru saisố Để kiểm tra sai số cần làm:

._ - Vẽ và so- sánh đường quá trình mực nước (H: x độ của nhiều trạm đo trên cẳng hệ thống sông ngòi -

- Đối chiếu mực nước các trạm trong từng đoạn sông với qui luật

2 Cac loại sai số mực nước

- Đo chủ quan: Thường là sao chép sai, dẫn cao độ sai, tinh sai hoặc nhầm lẫn Có thể sai số do cả thời tiết gây ra Trong đó cần chú ý việc tính - chuyển hệ cao độ về vị trí cong trinh để tránh sai sót

- Sai số do khách quan gây ra nhử khoảng chia vạch trên thước mờ, không rõ phải nội suy khi đọc, máy hư hồng, cọc bị lún

Sai số của mực nước được tính bằng sai số tuyệt đối (m hoặc cm), không xét sa1 số tương đối (%) do loại sai số này không có ý nghĩa

2.1.5 Lưu trữ và xuất bản tài liệu

- Sau mỗi năm đo đạc, mực nước được điều chỉnh và in ấn để lưu trữ tại: trạm đo, đài khí tượng thuỷ văn tỉnh và tổng cục khí tượng thuỷ văn Tv.34

- Khi cần số liệu mực nước để tính toán thiết kế công trình phải đến

cơ quan lưu trữ của Trung ương hoặc các tỉnh

- Muc nước bình quân được thống kê từ tài liệu thực đo hoặc điều tra

_ + Muc nude thiết kế ứng với lưu lượng thiết kế được suy ra từ đường quan hệ (H ~ Q) hoặc xác định theo phương pháp thống kê xác suất để xây dựng đường tần suất lý luận, từ đó sẽ lấy ra trị số thiết kế ứng với một tần suất thiết kế P% của công trình, cụ thể được xét ở chương sau:

- Để xác định mực nước thông Thuyền và cây trôi càn cần thu thập thêm tài liệu của các cơ quan đường sông

2.1.7 Điều tra tài liệu thuỷ văn mực nước

‘Day là công tác chủ yếu cho mỗi công trình vì thường gặp ở các trường hợp cần xây dựng công trình cầu đường nhưng không có số liệu đo đạc, thống kê Việc điều tra khảo sát thuỷ văn cần được thực hiện nghiệm túc ngoài thực địa, số liệu, thông tin cần phải được phân tích đánh giá tại chỗ

để đảm bảo độ tin cậy phục vụ thiết kế công trình Tuy theo yêu cầu của từng công trình cụ thể mà cần tiến hành điều tra các nội dung sau:

- Xem xét các bia đá, văn kiện, gia phả trong khu vực có ghi ngày, tháng, năm xây ra lũ lớn, nước kiệt

- Khai thác tài liệu của các trạm thuỷ văn gần nhất Hỏi một số người cao tuổi còn minh mẫn để xác định vết lũ, độ dốc mặt nước đề đối chứng,

- Quan sát các dấu vết lũ còn lại trên hai bờ sông, trên cây cối, nhà cửa bị ngập lũ, các vật còn đọng lại trên bãi sông, xác định vết và màu sắc lũ Ở những đoạn mà đất bờ sông dễ bị xói lỗ vết lũ bình quân thường trùng với những chỗ có mái sông thay đổi

- Đối với công trình cầu đường xây dựng vượt qua các sông chịu ảnh hưởng thuỷ triều hoặc có nước dổn ngược cần điều tra được H„„, H„ụ

- Cong trình vượt qua sông có thông thuyền phục vụ cho giao thông thuỷ cần điều tra mực nước thông thuyền và mực nước hạn chế thông

- Cần điều tra từ 3 + 5 mặt cắt trước và sau vị trí xây dựng công trình

để xác định độ dốc mặt nước hợp lý, quan sát cây cỏ mọc hai bên bờ sông

và mái sông để xác định nhám (n) Công tác điều tra mực nước được gắn liền với việc điều tra hình thái: Bình đồ đoạn sông đo vẽ mặt cắt hgang sông nơi dùng để tính lưu lượng gắn với trắc dọc để xác định ra độ dốc (@)

hệ số nhám 1 (n) Từ đó dùng phương trình liên tục

Tv.35-Q=u.øœ (2-3)

“Trong đó vận tốc dòng chảy được tính theo công thức Sê-di - Maninh

Như vậy nếu có _ áp vào mặt cắt ngang tính toán sẽ xác định được

mc được lưu lượng

Qenu ky = may + @ , (2-8)

Từ trị số lưu lượng điều tra này muốn tìm ra Quy (ưu lượng thiết kế) cần sử dụng thêm kiến thức về lý thuyết thống kê xác suất sẽ được trình bày ở chương sau:

2.3 LƯU TỐC

Khái niệm lưu tốc điểm (u) và lưu tốc trung bình (v) đã trình bày trong các giáo trình thuỷ lực và cơ học chất lỏng ứng dụng 6 day chi nhấn mạnh thêm mối quan hệ giữa lưu tốc và lưu lượng thể tích

Lưu lượng của toàn dòng chảy là tổng s số các lưu lượng nguyên tố trên mặt cắt ướt của toàn dờng chảy

oo Lưu tốc trung bình của toàn dòng chảy tại một mặt cắt là tỷ số lưu lượng Q đối với diện tích œ của mặt cắt đó, ký hiệu là v(m/s); cm/s)

| udœ

Theo định nghĩa này ta có thể thay thế dòng chảy thực tế có sự phân

bộ của các véc tơ vận tốc điểm u không đều trên mặt cắt ướt bằng dòng

chay tưởng tượng có các véc tơ vận tốc song song và bằng nhau trên mặt

cắt ướt và bằng v sao cho lưu lượng chuyển qua mặt cắt của dòng chảy đó đều bằng nhau

Khi nghiên cứu và trong tính toán rất hay dùng lưu tốc (vận tốc) trung bình mặt cắt v vì khái niệm này rất quan trọng để thiết kế các công trình nhân tạo vượt sông và trên sông như: Cầu, cống, cảng, bến phà Muốn xác định lưu tốc cần bố trí mặt cắt ngang sông và đo đạc và tìm phân bố lưu tốc theo đường thuy trực Đường thuỷ trực là một đường Tv.36

thẳng đứng thuộc mặt cắt ngang sông, vuông góc với đường mặt nước mà

_ trên đó tiến hành đo sâu và đo lưu tốc Để đo sâu người ta dùng: Thước

sào, dây hoặc đo bằng máy hồi âm, khoảng cách giữa các đường thuy trực

có thê đều hoặc không đều tuỳ theo địa hình đáy sông và mặt cắt ngang

sông Số lượng các đường thuỷ trực đo sẩu có thể tham khảo theo bảng

9.3.2 Đo đạc và tỉnh toán lưu tốc _

-_ Có thể đo đạc bằng máy hay đo bằng phao

1 Đo lưu tốc bằng máy lưu tốc bế

a) Do dac

Cần có máy lưu tốc, đồng hồ bám giây và các c phương tiện hỗ trợ như

thuyền, xuống máy, tdi, tai trong

Hinh 2.3: Mat cắt ngang sông đo đạc Chia mặt cắt ngang sông ra nhiều diện tích bộ phận bởi những đường _ 'thuỷ trực Đo lưu tốc được tiến hành cùng lúc với đo sâu và thực hiện do

lần lượt từng điểm trên từng thuỷ trực Với sông ở vùng không ảnh hưởng

thuỷ triều chỉ cần dùng một máy: đo lần lượt từ bờ này sang bên bờ kia,

.cồn vùng sông bị ảnh hưởng thuỷ triều, do lửử' tốc thay đổi nhanh theo

thời gian vì vậy cần dùng nhiều may do- lưa t tốc đồng thời trên nhiều thuỷ

-_ Theo qui phạm đo đạc thuỷ văn, số điểm đo lưu tốc trên từng thuỷ trực được qui định n như sau:-

Tv.37

- Khi độ sâu thuỷ trực h > 3m, đo ð điểm đo tại vị trí: mặt nước; 0,2h;

- Với độ sâu thuỷ trực h =2 + 3m, đo 3 điểm tại vị trí: 0,2h ; 0,6h; 0,8h

- Với độ sâu thuỷ trực h = 1 + 2m, đo 2 điểm tại vị tri: 0,2h va 0,8h

Vị trí điểm đo tính theo độ sâu kể từ mặt nước xuống Sông bị ảnh

hưởng vùng triều thường đo 6 điểm tại các vị trí: mặt trước 0,2h; 0,4h;

0,6h; 0,8h và đáy sông

b) Tính lưu tốc từng điểm đo

.Nói chung lưu tốc điểm đo giảm dần từ mặt nước xuống đáy sông

Lưu tốc từng điểm đo trên thuỷ trực được tính theo công thức:

a, b: Hệ số của từng máy đo Hệ số máy đã cho sẵn

n: Số vòng quay cánh quạt của máy trong một giây

Thông thường t xấp xỉ 120 giây, trị số N và t do cán bộ kỹ thuật đo

đạc ghi được khi theo dõi ' máy đo và đồng hồ bấm giây (máy đo báo hiệu

* số vòng quay cánh quạt bằng tín hiêu chuông hoặc đèn hoặc đồng hồ chỉ

vòng quay)

c) Tinh toán lew tốc bình quân thuỷ trực

Dựa vào lưu tốc các điểm đo để tính Ta à lưu, tốc bình quân ¡ thuỷ trực

8(m/s)

- Khi đo õ điểm thì:

v= 0,1 yaa + 3Uo, 2h + 3Ug, ch + QU si sh + Uday) | (2-10)

- Dob diém ở sông vùng ảnh hưởng thuỷ triều thì:

đo lưu tốc Như vậy, trong mỗi năm, mỗi trạm có thể đo khoảng 30 + 50 lần Nếu quan hệ Q = f(H) không ổn định do xói bổi mặt cắt, ảnh hưởng nước vật, ảnh hưởng của lũ thì số lần đo lưu tốc trong năm phải nhiều

hơn sao chọ các nhánh lũ lên và xuống đều có các lần đo lưu tốc

2 Đo lưu tốc bằng phao

a) Điều biện sử dụng

Phương pháp này được áp dụng khi mực nước lũ lớn không thể đo được bằng máy hoặc thiếu máy đo hoặc cần đo để xác định hệ số phao Phương pháp dùng phao đo lưu tốc đơn giản dễ áp dụng nhưng cũng rất cần thiết đối với công tác thiết kế xây dựng cầu, cống, đường tràn, cầu

trên sông Khoảng cách từ mặt cắt xuất phát đến mặt cắt thượng lưu từ

ð — 10m Khoảng cách từ mặt cắt thượng lưu đến mặt cắt hạ lưu () tuỳ thuộc vào bề rộng mặt cắt sông và địa hình vùng sông, thường là với sông suối nhỏ thì ] = 100 +200m, với sông trung bình và sông lớn thì chọn ] =

400 + 800m, ở mặt cắt thuỷ văn đặt đài quan sát có bố trí một máy kinh vĩ khi phao trôi cứ 1/2 phút gh1 một lần và tính thời gian phao trôi, đo góc đứng ơ và góc bằng ọ Tính vận tốc của phao

Số lượng phao cần thả với sông nhỏ dùng ít phao, sông lớn có thể dùng

từ 15 — 20 phao, khi chỉ đo được bằng 1 phao thì coi 0, là 0,„„„ của mặt cất ngang Nếu đo được bằng nhiều phao thì coi vận tốc của mỗi phao là lưu tốc đại điện cho mỗi đường thuỷ trực Trong quá trình phao trôi từ mặt cắt thượng lưu về đến mặt cắt hạ lưu bị chệch hướng hoặc chưa thẳng góc _ với mặt cắt ngang thì cần điều chỉnh hoặc phải thả phao khác đo đạc lại

Theo ý nghĩa của tích phân xác định thì trị sế lưu lượng thể tích Q chính là điện tích nằm giữa đường cong (q) và chiều rộng đường mặt nước của sông (B) Vậy muốn tính tích phân trên ta cần vẽ đường cong (q) theo

bề rộng mặt nước sông (hình 2-5) Để làm như vậy ta tính theo trình tự sau:

- Đo vẽ mặt cắt ngang tính toán lên giấy kẻ ly theo tỷ lệ nhất định

- Căn cứ vào trị số lưu tốc của từng đường thuỷ trực tính được u và vẽ đường cong quan hệ u=f()

- Tinh qi = u¡ h, của từng đường thuỷ trực sẽ lập được quan hệ đường cong q = f(B)

Tv.40