Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Phụ lục pps

Bức xạ sóng ngắn Tại nước Mỹ, các số liệu bức xạ ngày được lấy từ một số trạm đo đạc các yếu tố thời tiết theo tháng bởi Trung tâm dữ liệu nhiệt độ quốc tế, Tổ chức khí quyển và hải dươ

DHM hệ số tan

DRH biểu đồ dòng chảy trực tiếp

DRO dòng chảy trực tiếp

I tỷ lệ phần trăm không thấm

a

I lời giới thiệu ban đầu

IDF cường độ-thời gian-tần suất

IUH đường thuỷ văn đơn vị tức thời

K tham số đường truyền

K lực mao dẫn thẳng đứng của tầng chứa nước

K mao dẫn thuỷ lực theo hướng thẳng đứng

KS thống kê Kolmogorov-Smirnov ở mức độ tin cậy lớn nhất

PE lượng bốc hơi tiềm năng trong thời kỳ 10 ngày

PET lượng hoá hơi tiềm năng

Q năng lượng đã cung cấp của dòng nhập lưu và dòng thoát lưu

QOPBS gía trị tung độ của biểu đồ tại thời điểm i

q giá trị lưu lượng trên một đơn vị chiều dày

t thời gian tới đỉnh

UH biểu đồ đường đơn vị thuỷ văn

B.1

Chuyển đổi đơn vị lưu lượng

Đơn vị m 3 /s m 3 /ngày l /s ft 3 /s ft 3 /ngày ac-ft/ngày gal/phút gal/ngày mgd

1m 3 /s 1 8,64.10 4 10 3 35,31 3,051.10 6 70,05 1,58.10 4 2,282.10 7 22,824

1m 3 /ngày 1,57.10 -5 1 0,0116 4,09.10 -4 35,31 8,1.10 -4 0,1835 264,17 2,64.10 -4 1l/s 0,001 86,4 1 0,0353 3051,2 0,070 15,85 2,28.10 4 2,28.10 -2 1ft 3 /s 0,0283 2446,6 28,32 1 8,64.10 4 1,984 448,8 6,46.10 5 0,646

1ft 3 /ngày 3,28.10 -7 0,02832 3,28.10 -4 1,16.10 -5 1 2,3.10 -5 5,1.10 -3 7,48 7,48.10 -6 ac-ft/ngày 0,0143 1233,5 14,276 0,5042 43,56 1 226,28 3,259.10 5 0,3258

1gal/phút 6,3.10 -5 5,451 0,0631 2,23.10 -3 192,5 4,42.10 -3 1 1440 1,44.10 -3 1gal/ngày 4,3.10 -8 3,79.10 -3 4,382.10 -5 1,55.10 -6 11,337 3,07.10 -6 6,94.10 -4 1 10 -6

1gal 3785,4 3,785 3,78.10 -3 231 0,134 1 3,069.10 -6 10 6

1ac-ft 1,233.10 9 1,233.10 6 1233,5 75,27.10 6 43,56 3,26.10 5 1 0,326 1triệu gal 3,785.10 9 3,785.10 6 3785 2,31.10 8 1,338.10 5 10 6 3,0684 1

pascal(N/m 2 ) Pa(N/m 2 ) 1.4504*10 -4 Ibf/in 2 pound/in 2

pascal(N/m 2 ) Pa(N/m 2 ) 2.0885*10 -2 Ibf/ft 2 pound/ft 2

pascal(N/m 2 ) Pa(N/m 2 ) 2.9613*10 -4 InHg chiÒu cao èng (600)

pascal(N/m 2 ) Pa(N/m 2 ) 4.0187*10 -3 in.H2O chiÒu cao cét n−íc ë 60 0 C

pascal(N/m 2 ) Pa(N/m 2 ) 1*10 -2 mb Milibar

Lkilopascal Kpa(kN/m2) 0.0099 atm ¸p suÊt chuÈn

C

những Đặc trưng của nước

Các đặc tính vật lý của nước được tổng hợp trong bảng C.1 chúng được trình bày

cụ thể dưới đây

Trọng lượng riêng

Trọng lượng riêng của chất lỏng γ là lực trọng trường tác dụng lên một đơn vị thể tích chất lỏng Trong hệ đơn vị SI trọng lượng riêng được đặc trưng là kN/m3 ở nhiệt độ bình thường γ =9,81 kN/m3 (6,24Ib/ft3)

Mật độ

Mật độ của chất lỏng ρ là khối lượng của nó trên thể tích đối với nước ρ = 1000kg/m3 (1,94 slug/ft3) ở 40C mật độ giảm theo chiều tăng của nhệt độ Những quan

hệ của ρ và γ đều liên quan đến lực trọng trường g là g.ρ = γ

Độ đàn hồi tuyệt đối

Với mỗi một mục đích cụ thể, chất lỏng có thể được xem xét là không bị nén Giá trị tuyệt đối của độ đàn hồi được viết bởi

ở đây ∆ P là sự tăng áp suất khi áp dụng cho một thể tích V , kết quả trong sự giảm

thể tích ∆V Trong hệ đơn vị SI độ đàn hồi tuyệt đối là kN/m2 đối với nước, E xấp xỉ 2.150kN/m2 (44.9 lb/ft2) ở nhiệt độ và áp suất bình thường

Độ rối động lực

Độ rối của một chất lỏng được đo theo phương tiếp tuyến của sức cản hay ứng suất

đáy Trong hệ đơn vị SI độ rối được đặc trưng bằng N-s/m2

tác động theo hướng vuông góc với nó Trong hệ đơn vị SI thứ nguyên của sức căng bề mặt là N/m Nó giảm theo sự tăng của nhiệt độ

áp suất hơi

Các phân tử nước mà phù hợp với năng lượng động lượng được bảo vệ bên ngoài khối chất lỏng tại bề mặt tự do và trở thành hơi nước áp suất được sinh ra bởi hơi nước này được coi như áp suất hơi Trong hệ đơn vị SI thứ nguyên của nó là kilopascal (kpa) hay kN/m

Độ đàn hồi kN/m 2

Độ rối Đ/L N-s/m 2

Độ rối Đ/H

m 2 /s

Sức căng bề mặt N/m

áp suất hơi kN/m 2

Tài liệu tham khảo

1 Vennarrd J K and R, L, Steeet, 1975, Elementary Fluid Mechanic, 5th ed.,

John Wiley and Sons, New York

Q = tia phản xạ sóng dài từ mặt nước (tia phản xạ ly/phút)

Đơn vị của vận tốc truyền là (ly/phút) ở đây 1ly=1 gam-cal/cm2 Tuy nhiên trong hệ

đơn vị SI sử dụng đơn vị wat/m2 đối với sóng hỗn hợp 1ly/phút= 697.33W/m2 Các

thành phần sóng ngắn và sóng dài luôn luôn được đo đạc và dự báo một cách riêng biệt

Bức xạ sóng ngắn

Tại nước Mỹ, các số liệu bức xạ ngày được lấy từ một số trạm đo đạc các yếu tố thời

tiết theo tháng bởi Trung tâm dữ liệu nhiệt độ quốc tế, Tổ chức khí quyển và hải dương

quốc gia, Ashville, Bắc Carolina Do đó các số liệu được dự trữ, các phương pháp dự báo

là rất cần thiết Phương pháp tốt nhất thích hợp trong thuỷ văn được trình bày bởi kỹ

sư Tennessee Valley (1972)

Các bức xạ sóng ngắn trên bề mặt nằm ngang của khí quyển được xấp xỉ như sau:

)(.sin

ở đây J0= hệ số mặt trời, xấp xỉ 1.97 ly/phút

r= bán kính quay giữa trái đất và mặt trời, là một hàm theo ngày

a = hệ số vận chuyển của khí quyển

m= khối lượng không khí ( quan hệ với chiều dài của tia mặt trời xuyên qua khí quyển) (với α =100)

α = độ cao mặt trời (độ cao mặt trời theo hướng ngang) )

(

1 c

f = hàm về lượng mây, ở đây C là hệ số che phủ bầu trời

Độ cao mặt trời là một hàm theo độ cao, độ nghiêng cảu trái đất, và thời gian trong

một ngày và có thể được tính một cách chính xác như là một hàm của độ cao, độ dài,

ngày và thời gian ( Eagleson,, 1970; List 1966; Tennessee Valley 1972) Tuy nhiên để

dự báo tổng xạ trong một ngày, phương trình D1.2 phải được lấy tích phân số theo các

biến thời gian và lượng ánh nắng trong ngày Hấp thụ và tán xạ các tia bức xạ trong khí quyển là một hàm của khí quyển bao gồm, hơi nước, ozone, và bụi khí quyển có thể

được dự báo từ các số liệu đo đạc của những yếu tố này ( Tennessee Valley 1972) Tuy nhiên, nó là hệ số để tổng hợp việc tính toán bằng việc sử dụng hệ số vận chuyển khí quyển là kinh nghiệm α

Kết quả này cho bầu trời trong suốt được trình bày bằng bảng của giá trị α trong bảng D.1.1 (List 1966) và nọi suy cho các giá trị khác và giá trị hệ số vận chuyển của khí quyển Giá trị trong bảng D.1.1 chỉ cho biết giá trị trực xạ Các gỉatị cần thiết

được tăng thêm để chứa cả tia phản xạ của bề mặt trái đất Nó được làm như sau (List 1966) bảng D1.2

d

Q

1 Tìm tia bức xạ ngày ở đỉnh tầng khí quyển Q0 từ bảng D.1.2

2 Làm giảm xuống 9% để hơi nước hấp thụ 7% và tầng ozon hấp thụ 2% Phần còn lại là 0.91

S=0.91 0 ư

4 Một nửa các tia phản xạ quay trở lại không trung Do đó thêm giá trị từ tia trực xảtong bảng D.1.1 và

2/

S

2/

S Q

Q S = d + ( chỉ cho bầu trời trong suốt)

Ví dụ D.1.1 Tính toán đối với bầu trời không mây ngày 8 tháng 8 ở vĩ độ 400 vĩ độ Bắc giả sử

hệ số vận chuyển của khí quyển là 0.8

0

J

α Hệ số này có thể được xác định sử dụng các phương pháp đã được trình bày bởi List (1966) và Tennssee Valley (1972) hay đo đạc trực tiếp Các gía trị của α nằm trong khoảng 0,8-0,9

Đo đạc lượng mây cũng được thực hiện theo từng giờ tại các trạm đo thời tiết và

được coi như một hàm của độ che phủ bầu trời, trong 10 phần Một hệ số kinh nghiệm của độ mây (Tennssee 1972) là:

2

1(C) 1 0,65.C

f = ưvới là hệ số Phương trình này ứng dụng tốt đối với thời kỳ dài, như tháng, nhưng sẽ cung cấp một kết quả tốt của dự báo sử dụng như một hệ số trung bình của độ che phủ bầu trời theo giờ trong một ngày nắng Nhiều phương pháp công phu cần thiết phải biết mây loại gì và độ cao mây là bao nhiêu (Tarplay 1979)

C

C

Bảng D1.1 Tổng l−ợng trực xạ mặt đất với sự thay đổi hệ số khí quyển

Hệ số mặt trời Jo đ−ợc lấy băng 1.94 cm2.phut-1.Các giá trị lấy theo chiều ngang bề mặt đất Xấp xỉ ngày α =0.6 cal.cm-2

Vĩ độ 21

tháng 4

6 tháng 5

22 tháng 6

8 tháng 8

23 tháng 9

8 tháng 10

22 tháng 12

4 tháng 2

Bảng D1.1 Tổng l−ợng trực xạ mặt đất với sự thay đổi hệ số khí quyển

22 tháng 6

8 tháng 8

23 tháng 9

8 tháng 10

22 tháng 12

4 tháng 2

Ba Tư

Năm Sáu Bảy Tám Chín Mười Mười một Mười hai

Sự tán xạ sóng ngắn của bề mặt nước phụ thuộc vào độcao mặt trời, theo ngày thì

là một giá trị Albedo trung bình (hệ số tán xạ) xấp xỉ 0,07 có thể được sử dụng; nó khoảng 0,06 trong các tháng mùa hè và 1,0 trong tháng 12 (bảng D1.3) Hệ số albedo của tuyết phụ thuộc vào tuổi của tuyết Những khối tuyết mới có hệ số albedo khoảng 0,83 (các kỹ sư quân sự Mỹ 1956) và giảm xuống khoảng 0,42 đến 0,7 tuỳ thuộc loại tuổi (hình D.1.1) Cuối cùng tán xạ trung bình được xác định đơn giản là:

s

R

s s

Bức xạ sóng dài của khí quyển

Không giống như sóng ngắn sóng dài xảy ra trong tất cả các giờ trong ngày, sóng

dài xảy ra lien tục bằng tất cả các phân tử Để đo được gía trị này sử dụng một loại thu

sóng tổng hợp, từ những giá trị đo đạc của sóng ngắn được lấy để xác định cho sóng dài

Không may máy thu sóng thu được các gía trị không được thực hiện tại một trạm khí đo

thời tiết; tuy nhiên sóng dài là một yếu tố dễ dự báo Trong thực tế sóng dài được tính

toán bằng việc sử dụng định luật Stefan-Boltzman:

(D.1.5)

)( T4 f2 C

Hình D.1.1 Sự phụ thuộc albedo vào tuyết

Nhiệt độ không khí thường được đo đạc ở độ cao chuẩn là 2m Độ bức xạ của nước

(hay tuyết ) là 0,97, và độ bức xạ của khí quyển phụ thuộc vào độ ẩm của nó Trong

thực tế, các điều kiện xác định chính xác nhất giá trị nếu lượng mây ở nhiệt độ

chuẩn được biết và sử dụng phương trình (D.1.5), với độ bức xạ là 0,97 và Đối với

bầu trời trong suốt, một số công thức kinh nghiệm được sử dụng quan hệ

phương pháp đối với điều kiện bầu trời là trong suốt và ở nước Mỹ Hatfiel (1983) đã

ở đây: e s là áp suất hơi baõ hoà (mb) ở nhiệt độ không khí là T a,

Một công thức kinh nghiệm cho sự tăng lên của bức xạ khí quyển với độ che phủ

của mây trên bầu trời cũng được tìm ra bởi Tennessee Valley (1972):

4

97,

ở đây là nhiệt độ mặt nước (0K) và độ bức xạ là 0,97 đã được sử dụng Nó tương tự

phương trình đã sử dụng để tính tia phản xạ từ bề mặt tuyết

s

T

Ví dụ D.1.2 Tính toán độ bức xạ ngày tới bề mặt nước với các điều kịn như sau (trung bình

6,4278exp(

.10.7489,

=

303.10.813,0.843

832

,0293.10.813,0

−

−+

ly/ngµy576

Tµi liÖu tham kh¶o

1 Anderson, E R., 1954, "Energy-Budget Studies, Water-Loss Investigations: Lake Hefner Studies," USGS Professional Paper 269, Washington, D.C

2 Eagleson, P S., 1970, Dynamic Hydrology, MeGraw-Hill Book Company,

New York

3 Frohlich, C., 1977, "Contemporary Measures ofthe Solar Constant," in

White, 0 R (editor), The Solar Output and Its Variations, Colorado Associated University Press, pp 93 - 109

4 Hatfield, J L., R J Reginato, and S B Idso, 1983, "Comparison of Longwave Radiation Calculation Methods over the United States," Water

Resources Research, vol 19, no 1, February, pp 285 - 2$,8

5 List, R J., 1966, Smithsonian Meteorological Tables, 6th ed.# @msonian

No 14, Norris, Tennessee, April

8 U.S Army Corps of Engineers, 1956, "Snow Hydrology," North Pacific

Division, U.S Army Co" of Engineers, Portland, Oregon, NTIS PB- 1 5

1660

D.2

Phương trình vi phân dòng chảy không ổn định

Định luật Darcy đúng với chất lỏng chảy không ổn định Trong trường hợp này Lực

thuỷ tĩnh K trở thành hàm thể tích hơi bao gồm θ Định luật Darcy cho dòng chảy theo

phương Z được viết là:

z

h x y x K

Các phương trình tương tự có thể được viết cho các hướng x và y áp suất thuỷ tĩnh

hay sức hút ψ cũng là một hàm của θ trong dòng chảy không ổn định Do đó áp lực

thuỷ tĩnh trở thành:

,)

v y

v x

∂

∂+

,,,()

,,,()

h z y x K z y

h z y x K y x

h z

t t

h K

K z

∂+

Độ cao mực nước thuỷ tĩnh được lấy theo một số gía trị, thông thường lấy theo mực

nước biển Nếu nó lấy theo mặt đất và z được xác xác định là khoảng cách với mặt đất,

phương trình (D.2.6) có dạng sau:

z

K z

K z

Phương trình D.2.7 là phương trình cho dòng chảy không ổn định Nó được gọi là

phương trình Richards và được sử dụng trong các phương pháp thấm

1)(

π

0 0.5 504 5080 5120 5160 5199 5239 5279 5319 5359 0.1 0.5398 5438 6578 5517 5557 5596 5636 5475 5714 5753 0.2 5793 5832 5871 5910 5948 5987 6026 6064 6103 6141 0.3 6179 6217 6255 6293 6331 6368 6406 6443 6480 6517 0.4 6554 6591 6628 6664 6700 6736 6772 6808 6844 5879 0.5 6915 6950 6985 7019 7054 7088 7123 7157 7190 7224 0.6 7257 7291 7324 7357 7389 7422 7454 7486 7517 7549 0.7 7580 7611 7642 7673 7704 7734 7764 7794 7823 7852 0.8 7881 7910 7939 7967 7995 8023 8051 8078 8106 8133 0.9 8159 8186 8212 8238 8264 8289 8315 8340 8365 83689

1 8413 8438 8461 8485 8508 8531 8554 8577 8599 8621 1.1 8643 8665 8686 8708 8729 8749 8770 8790 8810 8830 1.2 8849 8869 8888 8907 8925 8944 8962 8980 8997 9015 1.3 9032 9049 9066 9082 9099 9115 9131 9147 9162 9177 1.4 9192 9207 9222 9236 9251 9279 9265 9292 9306 9319 1.5 9332 9345 9357 9270 9382 9406 9382 9418 9429 9774 1.6 9452 9463 9474 9484 9495 9515 9495 9525 9535 9878 1.7 9554 9564 9573 9582 9591 9608 9591 9616 9625 9633 1.8 9641 9649 9656 9664 9671 9686 9671 9693 9699 9706 1.9 9713 9719 9726 9732 9738 9750 9738 9756 9761 9767

2 9772 9778 9783 9788 9793 9803 9793 9808 9812 9817 2.1 9821 9826 9830 9834 9838 9846 9838 9850 9854 9857 2.2 9861 9864 9868 9871 9875 9881 9875 9884 9887 9890 2.3 9893 9896 9898 9901 9904 9909 9904 9911 9913 9916 2.4 9918 9920 9922 9925 9927 9931 9927 9932 9934 9936 2.5 9938 9940 9941 9943 9945 9948 9945 9949 9951 9952 2.6 9953 9955 9956 9957 9959 9961 9959 9962 9963 9964 2.7 965 9966 9967 9968 9969 9971 9969 9972 9973 9974 2.8 9974 9975 9976 9977 9977 9979 9977 9979 9980 9981 2.9 9981 9982 9982 9983 9984 9985 9984 9985 9986 9986

3 9987 9987 9987 9988 9988 9989 9988 9989 9990 9990 3.1 9990 9991 9991 9991 9992 9992 9992 9992 9993 9993 3.2 9993 9993 9994 9994 9994 9994 9994 9995 9995 9995 3.3 9995 9995 9995 9996 9996 9996 9996 9996 9996 9997 3.4 9997 9997 9997 9997 9997 9997 9997 9997 9997 9998

1)(

π)

Các biến số đầu vào và đầu ra của mô hình Hec-2

Các biến số đầu vào

Diện tích cầu hoạt động được sử dụng trong phương pháp cầu đặc biêt

Độ rộng đáy cầu của cầu hoạt động được sử dụng trong phương pháp cầu đặc biệt Tổng độ rộng đê được sử dụng trong phương pháp cầu đặc biệt

Hệ số thu nhỏ được sử dụng trong tính toán tổn thất

Hệ số tăng lên đã sử dụng trong tính toán tổn thất

Hệ số lưu lượng đã sử dụng trong phương trình dòng chảy qua đập Cao độ mặt cắt ngang tại điểm STN(N)

Độ cao kênh ở hạ lưu của cầu

Độ cao kênh ở thượng nguồn của cầu

Độ cao chân cầu (phương pháp cầu chuẩn) hay độ cao lớn nhất của chân cầu được

sử dụng để xác định loại dòng chảy (cầu đặc biệt)

Độ cao tại đỉnh công trình (cầu chuẩn) hoặc độ cao nhỏ nhất của công trình đã sử dụng để xác địnhdòng chảy qua đập (cầu đặc biệt)

Biến số không chỉ ra phương pháp cầu đặc biệt đang được sử dụng Biến số xác địnhdiện tích mặt cắt ngang sẽ được sử dụng để tính toán