Kỹ thuật và quản lý hệ thống nguồn nước ( Đại học Quốc gia Hà Nội ) - Chương 10 pptx

Nếu một số lượng thích hợp các lưu lượng đỉnh lũ tức thời hàng năm lịch sử chuỗi cực đại hàng năm sẵn có để sử dụng thì phân tích tần suất dòng chảy lũ có thể thực hiện để xác định lưu l

phần

3

kỹ thuật và quản lý nước

dư thừa

Chương

10 Thủy văn và thủy lực

trong quản lý nước dư thừa

Chương này trình bày một số phương pháp luận về thủy văn và thủy lực

cơ bản cần thiết cho việc quản lý nước dư thừa, nhằm mục đích khảo luận

các phương pháp được sử dụng rộng rãi hơn Người đọc có thể tham khảo

các cuốn sách (Bedient và Huber, 1988; Chow và cộng sự, 1988; Vessman

và cộng sự, 1989 và Bras, 1990) để biết chi tiết hơn về các nguyên lý của

các phương pháp này Các loại phương pháp khác nhau bao gồm cả các mô

hình ngẫu nhiên hoặc tất định và cả các mô hình thông số tập trung hoặc

phân phối Các định nghĩa về các loại mô hình này lấy theo các định nghĩa

của Chow và cộng sự (1988) Các mô hình tất định không xem xét tính

ngẫu nhiên trong khi các mô hình ngẫu nhiên có các đầu ra ít nhất là ngẫu

nhiên cục bộ Các mô hình thông số tập trung tính trung bình theo không

gian của một hệ thống, xem hệ thống như một điểm đơn lẻ không có thứ

nguyên trong không gian Các mô hình phân phối xem xét các điểm khác

nhau trong không gian và xác định các biến mô hình như các hàm của các

thứ nguyên không gian Các chủ đề chính thảo luận ở đây là phân tích mưa

- dòng chảy (tất định, tập trung), diễn toán thủy văn sông và hồ chứa (tất

định, tập trung), phân tích tần suất dòng chảy lũ (ngẫu nhiên, tập trung),

phân tích trắc diện dọc mặt nước (tất định, phân phối) và diễn toán thủy lực

(tất định, phân phối) để dự báo lũ

10.1 phân tích thủy văn và thủy lực đồng bằng ngập lụt

Phân tích thủy văn và thủy lực lũ được yêu cầu trong quy hoạch, thiết kế và quản lý nhiều

loại thành phần bao gồm các hệ thống thủy văn trong đồng bằng ngập lụt hoặc lưu vực sông Các

phân tích này cần thiết cho việc xác định các cao trình và độ sâu ngập lụt khả năng, các diện tích

ngập lụt, kích thước các kênh mương, các cao trình đê, các giới hạn của đường, thiết kế các nút

giao thông và các cống nước cùng nhiều việc khác Các yêu cầu điển hình bao gồm:

1 Các nghiên cứu thông tin về đồng bằng ngập lụt Phát triển các thông

tin về các sự kiện lũ lụt đặc trưng như các sự kiện có tần số xuất hiện

10 năm, 100 năm và 500 năm

2 Đánh giá các phương án sử dụng đất trong tương lai Phân tích một

loạt các sự kiện lũ lụt (có các tần số xuất hiện khác nhau) đối với việc

sử dụng đất hiện tại và trong tương lai để xác định nguy cơ tiềm ẩn rủi ro do lũ lụt, thiệt hại do lũ lụt và ảnh hưởng của lũ lụt đối với môi trường

3 Đánh giá các biện pháp làm giảm tổn thất do lũ lụt Phân tích một

loạt các sự kiện lũ lụt (có các tần số xuất hiện khác nhau) để xác định việc làm giảm thiệt hại do lũ lụt kết hợp với các dòng chảy thiết kế

đặc trưng

4 Các nghiên cứu thiết kế Phân tích các sự kiện lũ lụt đặc trưng để xác

định kích thước các phương tiện, đảm bảo sự an toàn của chúng và tránh thất bại

5 Các nghiên cứu hoạt động Đánh giá một hệ thống để xác định xem

các yêu cầu đã đặt ra với nó theo các sự kiện lũ lụt đặc trưng có thể

được thỏa mãn hay không

Các phương pháp sử dụng trong phân tích thủy văn và thủy lực được xác định theo mục

đích, phạm vi của dự án và các tài liệu sẵn có để sử dụng hình 10.1,1 là sơ đồ phân tích thủy văn

và thủy lực đối với các nghiên cứu đồng bằng ngập lụt Các kiểu phân tích thủy văn là phân tích mưa - dòng chảy hoặc phân tích tần suất dòng chảy lũ Nếu một số lượng thích hợp các lưu lượng đỉnh lũ tức thời hàng năm lịch sử (chuỗi cực đại hàng năm) sẵn có để sử dụng thì phân tích tần suất dòng chảy lũ có thể thực hiện để xác định lưu lượng đỉnh lũ cho các thời kỳ xuất hiện lại khác nhau Nếu không thì việc phân tích mưa - dòng chảy phải được thực hiện bằng cách

sử dụng mưa lũ lịch sử hoặc mưa lũ thiết kế đối với thời kỳ xuất hiện lại đặc trưng để phát triển một biểu đồ quá trình mưa - dòng chảy

Việc xác định các cao trình mặt nước có thể được thực hiện nhờ sử dụng phân tích trắc diện dọc mặt nước ở trạng thái ổn định nếu chỉ biết các lưu lượng đỉnh hoặc có thể lựa chọn các lưu lượng đỉnh từ các biểu đồ quá trình mưa - dòng chảy tạo ra Để phân tích chi tiết và toàn diện hơn, phân tích dòng chảy không ổn định phải dựa trên một mô hình diễn toán thủy lực và có thể cần sử dụng biểu đồ quá trình mưa - dòng chảy để xác định chính xác hơn các cao trình mặt nước cực đại Phân tích dòng chảy không ổn định cũng cung cấp thông tin chi tiết hơn như các biểu đồ quá trình lưu lượng đã diễn toán tại các vị trí khác nhau trên khắp đoạn sông nghiên cứu

10.2 Xác định biểu đồ quá trình mưa lũ: phân tích mưa ư -dng chòy

Biểu đồ quá trình dòng chảy sông hay quá trình lưu lượng là đồ thị hoặc bảng thể hiện

dòng chảy ước lượng là một hàm của thời gian tại vị trí đã cho trên sông (Chow và nnk, 1988) Trong thực tế, một biểu đồ thủy văn là “một biểu hiện trọn vẹn các đặc trưng địa lý tự nhiên và khí hậu chi phối các quan hệ giữa mưa và dòng chảy của một lưu vực sông riêng biệt” (Chow, 1964)

Biểu đồ quá trình dòng chảy

Hình 10.2.1 Mô hình hoá mưa - dòng chảy

Hình 10.2.2

Các bước xác định dòng chảy do mưa

Đối tượng phân tích mưa - dòng chảy được minh họa trong hình 10.2,1 trong đó, hệ thống

là một lưu vực sông, đầu vào là biểu đồ quá trình mưa và đầu ra là biểu đồ quá trình dòng chảy hoặc lưu lượng hình 10.2,2 định rõ các quá trình (hoặc các bước) khác nhau sử dụng để xác

định biểu đồ quá trình dòng chảy tổng cộng từ đầu vào mưa Mục này mô tả phương pháp biểu

đồ thủy văn đơn vị và ứng dụng nó để xác định biểu đồ quá trình dòng chảy do mưa

10.2.1 Các tổn thất thủy văn

Lượng mưa vượt quá hoặc lượng mưa hiệu quả là lượng mưa không

được giữ lại trên mặt đất mà cũng không thấm vào trong đất Sau khi chảy qua bề mặt lưu vực, lượng mưa vượt quá trở thành dòng chảy trực tiếp tại cửa ra của lưu vực Biểu đồ quá trình mưa vượt quá là một thành phần quan trọng trong việc nghiên cứu các quan hệ mưa - dòng chảy Hiệu số giữa biểu đồ quá trình lượng mưa tổng cộng và biểu đồ quá trình lượng mưa vượt quá chính là các tổn thất Các tổn thất chủ yếu là nước hấp thu do thấm cùng với một số lượng khấu trừ do bị chặn và trữ lại trên bề mặt

Thấm là quá trình nước thâm nhập từ mặt đất vào đất Có nhiều nhân tố

ảnh hưởng đến tốc độ thấm, bao gồm: điều kiện mặt đất và lớp phủ thực vật, các tính chất của đất (như độ rỗng và tính dẫn thủy lực của nó) và trữ lượng

ẩm hiện có trong đất Tốc độ thấm f biểu diễn bằng inch/h hoặc cm/h là tốc độ nước vào đất tại bề mặt Dưới các điều kiện nước tạo thành vũng trên

bề mặt, thấm xảy ra với tốc độ thấm khả năng Thấm tích lũy F là độ sâu lũy tích của nước thấm trong một khoảng thời gian đặc trưng và bằng tích phân của tốc độ thấm trong toàn bộ khoảng thời gian đó:

được trình bày trong bảng 10.2,1, Các mối tương quan của lượng mưa, tốc

độ thấm và thấm lũy tích được thể hiện trong hình 10.2.3

vị luôn dựa trên các giả thiết dưới đây:

1 Lượng mưa hiệu quả có cường độ không đổi trong khoảng thời gian hữu hiệu

2 Lượng mưa hiệu quả được phân bố đồng đều trên toàn bộ lưu vực sông

3 Thời gian cơ sở của các biểu đồ quá trình dòng chảy trực tiếp do lượng mưa hiệu quả sinh ra là không đổi trong khoảng thời gian đã cho

4 Các tung độ của tất cả các biểu đồ quá trình dòng chảy trực tiếp trong một thời gian cơ sở thông thường tỷ lệ thuận với tổng lượng dòng chảy trực tiếp mô tả bằng mỗi một biểu đồ quá trình lưu lượng

5 Đối với một lưu vực sông đã cho, biểu đồ quá trình lưu lượng do lượng mưa hiệu quả đã cho sinh ra phản ánh các đặc trưng không thay đổi của lưu vực

F K

 : trữ lượng ẩm ban đầu Phương trình Horton:

t

f

F    1     kt

c o c

I P

S

F

a t

a t t

dP S f

a t





CN S

* CN: số đường cong không thứ nguyên

100

0 CN 

* I a: Tổn thất ban đầu I a  0 , 2S

* P t: Lượng mưa tổng cộng theo thời gian t

Phương trình cuốn rời rạc dưới đây được sử dụng để tính dòng chảy

trực tiếp Q n căn cứ vào lượng mưa hiệu quả P m và biểu đồ quá trình lưu lượng đơn vị U n m 1 (Chow và cộng sự, 1988):

1 1

m m

Q (10.2.2)

trong đó: n mô tả thời gian Quá trình ngược lại gọi là phá cuốn được sử

dụng để nhận được biểu đồ thủy văn đơn vị P m và Q nđã cho Giả sử có

M dao động của lượng mưa hiệu quả và Ndao động của dòng chảy trực tiếp trong trận mưa được xem xét: khi đó, N phương trình có thể được viết cho

Hình 10.2.3

Lượng mưa, tốc độ thấm và thấm lũy tích

Một khi biểu đồ thủy văn đơn vị đã được xác định, nó có thể được áp dụng để tìm dòng chảy trực tiếp và các biểu đồ quá trình dòng chảy sông

Từ biểu đồ quá trình mưa lựa chọn với các khấu trừ được lược đi để xác

định biểu đồ quá trình lượng mưa hiệu quả Khoảng thời gian sử dụng trong việc xác định các tung độ của biểu đồ quá trình mưa hiệu quả phải giống hệt như khoảng thời gian đã xác định cho biểu đồ thủy văn đơn vị

10.2.3 Cục Công binh Hoa kỳ, Trung tâm Kỹ thuật Thủy văn, HEC-1

Chương trình tính HEC-1 đã được phát triển bởi Trung tâm Kỹ thuật Thủy văn (HEC), Cục Công binh Hoa kỳ, để mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy đối với các lưu vực sắp xếp theo kích thước và độ phức tạp từ các lưu vực đô thị nhỏ đến các hệ thống sông đa lưu vực lớn Mô hình này có thể được sử dụng để xác định dòng chảy từ các sự kiện nhân tạo cũng như các sự kiện lịch sử Một lưu vực sông được mô tả như một hệ thống các thành phần nối liền với nhau (xem hình 10.2,4), mỗi một trong các thành phần đó mô hình hoá một mặt của quá trình mưa - dòng chảy trong một tiểu lưu vực Các thành phần là thành phần dòng chảy trên mặt đất, thành phần diễn toán dòng chảy sông, thành phần hồ chứa, thành phần chuyển nước và thành phần bơm

Quy trình biểu đồ thủy văn đơn vị hoặc sóng động học có thể được sử dụng trong thành phần dòng chảy trên mặt đất để xác định biểu đồ quá trình dòng chảy trực tiếp Các thành phần dòng chảy trên mặt đất đối với lưu vực sông ví dụ trong hình 10.2,4 là: 10 20, 30, 40, 50 và 60, Các thành phần

diễn toán dòng chảy: 1020, 3040, 2050, 5060 và 6070 trong hình 10.2,4

được sử dụng để mô tả chuyển động của lũ trong lòng dẫn nhờ sử dụng diễn toán thủy văn Đầu vào là biểu đồ thủy văn thượng lưu được diễn toán tới một điểm hạ lưu bằng cách sử dụng phương pháp Muskingum, phương pháp diễn toán mực nước ao hồ hoặc phương pháp diễn toán sóng động học Một thành phần hồ chứa như 70 trong hình 10.2,4 chẳng hạn, tương tự với thành phần diễn toán dòng chảy sông sử dụng quy trình diễn toán mực nước ao

hồ Thành phần chuyển nước có thể được sử dụng để miêu tả những chỗ chuyển nước, các nhánh rẽ của sông hoặc sự di chuyển của dòng chảy từ một điểm trong một lưu vực đến điểm khác ở trong hoặc ở ngoài lưu vực sông riêng biệt Thành phần bơm có thể được sử dụng trong việc mô phỏng các trạm bơm nâng dòng chảy khỏi các diện tích thấp tạo thành ao hồ chẳng hạn như các diện tích ở sau các đê

chính cho dòng chảy Các mô hình sự kiện không xem xét đến việc tính độ

ẩm giữa các trận mưa

Các mô hình liên tục tính toán tường minh cho tất cả các thành phần dòng chảy, kể cả dòng chảy mặt và dòng chảy gián tiếp (nhập lưu và dòng chảy ngầm) Các mô hình này tính toán đối với cân bằng ẩm toàn diện của một lưu vực trên cơ sở thời hạn dài và vì thế phù hợp để dự báo tổng lượng dòng chảy thời hạn dài Các mô hình liên tục xem xét đến bốc thoát hơi và các thất thoát dài hạn, xác định tốc độ khôi phục độ ẩm trong các thời kỳ không có mưa

Ba mô hình liên tục đã sử dụng ở Hoa Kỳ là: (1) mô hình dòng chảy sông và điều khiển hồ chứa nhân tạo (SSARR) phát triển bởi Cục Công binh Hoa Kỳ - Sư đoàn Bắc Thái Bình Dương (1986); (2) mô hình lưu vực Stanford (SWM) phát triển tại Trường Đại học Stanford (Crawford

và Linsley, 1966) và (3) mô hình Sacramenko phát triển bởi nhóm kết hợp giữa Trung tâm Dự báo sông của Bang – Liên bang, Cục Thời tiết Quốc gia Hoa Kỳ và Ban Tài nguyên nước của bang Califorlia (Burnach, Ferral và McGuire, 1973) Một phiên bản đã sửa đổi của mô hình Sacramenko đã được kết hợp trong Hệ thống Dự báo sông - Cục Thời tiết Quốc gia (NWSRFS) (Peck, 1976) Mô hình Sacramenko được thảo luận ở mức chi tiết hơn trong các đoạn dưới đây

Do việc tính toán dòng chảy từ mưa được dựa trên cơ sở tính toán độ ẩm đất nên mô hình Sacramenko cũng được biết đến như là mô hình tính toán độ ẩm đất Sacramenko

Mô hình Sacramenko là mô hình tất định, có đầu vào và các tham số tập trung trong phạm

vi diện tích tính độ ẩm đất Mô hình này có thể được sử dụng để làm mô hình áp suất nước, phân chia đất theo chiều thẳng đứng thành hai đới tính toán độ ẩm chính Đới trên cao tính toán đối với lượng trữ bị chặn lại và lớp đất bên dưới; đới dưới thấp tính toán đối với phần chủ yếu của độ

ẩm đất và khả năng chứa nước ngầm Một biểu đồ khái niệm của mô hình Sacramenko được thể hiện trong hình 10.2.5

Các đới trên cao và dưới thấp chứa nước áp lực và nước tự do (xem hình 10.2,5) Nước áp lực được giới hạn chặt chẽ với các hạt đất và vì vậy, không thể sẵn sàng để chuyển động Nước

tự do không bị giới hạn với các hạt đất và có thể chuyển động theo cả hai phương đứng và ngang

từ đầu đến cuối trắc diện đất Nước áp lực chỉ được xả hết ra bằng cách bốc thoát hơi nước trong khi nước tự do được di chuyển bằng cách thấm qua, chảy hòa vào nhau, bốc thoát hơi nước và bổ

sung cho nước áp lực Trong đới trên cao, nhu cầu nước áp lực (lượng trữ nước áp lực của đới

trên cao, UZTWS) phải được thỏa mãn trước khi nước được di chuyển tới chỗ chứa nước tự do

Trong đới dưới thấp, phần nước đến có thể trở thành nước tự do không đáp ứng các yêu cầu của nước áp lực

Sự chuyển động của nước từ đới trên cao đến đới dưới thấp được xác định bằng một hàm thấm có liên quan với các năng lực và dung tích của cả hai đới và các hệ số xả nước tự do Hai loại thông tin bốc thoát hơi nước được sử dụng là: (1) đường cong bốc thoát hơi nước thay đổi theo mùa bao gồm các giá trị trung bình tháng hoặc (2) các số liệu bốc thoát hơi nước khả năng thực tế cùng các hệ số hiệu chỉnh hàng tháng để tính các thay đổi mùa theo lớp phủ thực vật và

điều kiện mặt đất

Phiên bản NWS của mô hình Sacramenko sử dụng các khoảng thời gian tính toán 6 giờ đối với các mô phỏng kiểm tra và các dự báo có thể sử dụng (Brazil và Hudlow, 1981) Cả hai khu vực ưu tiên và không ưu tiêu đều

được xem xét Các khu vực không ưu tiên nối trực tiếp với một sông đóng góp dòng chảy trực tiếp vào dòng chảy sông mà không di chuyển qua đất Các đất đã bão hòa gần sông cũng tác động như các khu vực không ưu tiên

và khu vực này có thể thay đổi về kích thước tùy thuộc vào độ ẩm đất Mô hình Sacramenko tạo ra 5 thành phần của dòng chảy sông (Brazil và Hudlow, 1981):

không thấm và các khu vực không thấm tạm thời

2 Dòng chảy mặt do mưa lớn hơn lượng giữ lại ở đới trên cao

do của đới trên cao

4 Dòng chảy cơ sở bổ sung chảy từ lượng trữ bổ sung nước tự do của đới dưới thấp

5 Dòng chảy cơ sở chính chảy từ lượng trữ nước tự do của đới dưới thấp

Dòng chảy vào lòng dẫn đối với mỗi thời đoạn được cộng với các thành phần dòng chảy ở trên

Hình 10.2.5

Biểu đồ khái niệm của mô hình Sacramenko (Brazil và Hudlow, 1981)

10.ả 3iDn tễán thủy văn: các hồ choa và ứsng

Diễn toán dòng chảy là một quy trình để xác định thời gian và độ lớn của dòng chảy (nghĩa là biểu đồ quá trình lưu lượng) tại một điểm trên dòng sông từ các biểu đồ thủy văn đã biết hoặc giả thiết tại một điểm hoặc nhiều hơn một điểm ở thượng lưu Nếu dòng chảy là lũ, quy trình được nhận biết một cách rõ ràng như diễn toán lũ Diễn toán bằng các phương pháp hệ thống tập trung được gọi là diễn toán thủy văn và diễn toán bằng các phương pháp hệ thống phân phối được gọi là diễn toán thủy lực Diễn toán dòng chảy bằng các phương pháp hệ thống phân phối được mô tả trong mục 10.6

Để diễn toán thủy lực, đầu vào I t , đầu ra Q t và lượng trữ ST t được liên kết bởi phương trình liên tục:

) ( ) ( ) (

t Q t I dt

T dST



 (10.3.1) Nếu một biểu đồ quá trình dòng chảy vào I t được biết, phương trình 10.3.1 không thể được giải trực tiếp để nhận được biểu đồ quá trình dòng chảy ra Q t bởi vì cả Q và ST đều chưa biết Một quan hệ thứ hai hoặc hàm lượng trữ được yêu cầu để liên kết ST, I và Q; liên kết hàm lượng trữ

và dòng chảy vào hồ chứa thành mực nước hồ chứa Trong phương pháp Muskingum đối với diễn toán dòng chảy trong lòng dẫn, lượng trữ có quan

hệ tuyến tính với I và Q

Tác động của lượng trữ là phân phối lại biểu đồ quá trình lưu lượng bằng cách di chuyển trọng tâm của biểu đồ quá trình dòng chảy vào đến vị trí của trọng tâm của biểu đồ quá trình dòng chảy ra trong thời gian phân phối lại Trong các lòng dẫn rất dài, toàn bộ sóng lũ cũng di chuyển một khoảng cách đáng kể và trọng tâm của biểu đồ quá trình lưu lượng của nó

có thể được di chuyển trong một thời gian dài hơn thời gian phân phối lại Thời gian thêm vào này có thể được xem bằng thời gian tịnh tiến Tổng thời gian truyền lũ giữa trọng tâm của biểu đồ dòng chảy vào và biểu đồ dòng chảy ra, bằng tổng thời gian của phân phối lại và tịnh tiến Quá trình phân phối lại thay đổi hình dạng biểu đồ quá trình lưu lượng trong khi, quá trình tịnh tiến thay đổi vị trí của nó

10.3.1 Diễn toán thủy văn hồ chứa

Diễn toán mực nước ao hồ là quy trình để tính biểu đồ quá trình dòng chảy ra từ một hồ chứa nhờ giả thiết mặt nước nằm ngang, cho biết biểu đồ quá trình dòng chảy vào và các đặc trưng lượng trữ - dòng chảy ra của nó

Sự thay đổi lượng trữ trong thời đoạn t ST j1ST j có thể được biểu diễn

từ phương trình 10.3,1 bằng:

t Q Q t I I S

1 1

Các giá trị của dòng chảy vào tại lúc đầu và cuối thời đoạn thứ j tương ứng là I j và I j 1 và các giá trị tương ứng của dòng chảy ra là Q j và Q j 1 Các giá trị I j và I j 1 được biết từ đường quá trình dòng chảy vào Các giá trị Q j và ST j cho trước tại đầu thời đoạn thứ j từ các tính toán đối với thời

đoạn trước Do đó, phương trình 10.3.2 bao gồm hai ẩn số Q j 1 và ST j 1

j j

j

Q t

ST I

I Q

t

2

1 1

t

ST



 2

được tính toán và vẽ thành đồ thị trên trục hoành cùng với giá trị dòng chảy

Để cung cấp đầy đủ các số liệu yêu cầu cho thời đoạn tiếp theo, giá trị

1 1

1

2 2

j

Q Q

t

ST Q

t

ST

(10.3.4) Sau đó, các tính toán được lặp lại cho các thời kỳ diễn toán tiếp theo

10.3.2 Diễn toán thủy văn sông

Phương pháp Muskingum là phương pháp diễn toán thủy văn sông thường được sử dụng, dựa trên cơ sở quan hệ biến thiên lưu lượng - lượng trữ Phương pháp này mô phỏng thể tích trữ lũ của một sông bằng cách kết hợp các thể tích trữ hình nêm và hình lăng trụ Trong thời gian chuyển động của một sóng lũ, dòng chảy vào vượt quá dòng chảy ra gây ra một nêm trữ Trong thời gian rút đi, dòng chảy ra vượt quá dòng chảy vào cũng gây ra một nêm trữ Thêm vào đó, có một lăng trụ trữ được hình thành do thể tích của mặt cắt ngang không đổi dọc theo chiều dài một kênh lăng trụ

Giả thiết rằng diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy lũ tỷ lệ tuyến tính với lưu lượng tại mặt cắt ngang thì thể tích lăng trụ trữ bằng KQ trong đó K

là hệ số tỷ lệ và thể tích nêm trữ bằng KXIQ, trong đó X là trọng số có phạm vi biến đổi 0 X  0 , 5 Lượng trữ tổng cộng được xác định bằng tổng của hai thành phần:

)

KX KQ

X nằm giữa 0 và 0,3 với giá trị trung bình gần bằng 0,2, Độ chính xác lớn trong việc xác định X có thể không cần thiết vì các kết quả của phương pháp tương đối ít nhậy đối với giá trị của tham số này Tham số K là thời gian chuyển động của sóng lũ từ đầu đến cuối đoạn lòng dẫn Đối với diễn toán thủy văn, các giá trị của K và X được giả thiết là không đổi trong suốt phạm vi của dòng chảy

Các giá trị lượng trữ tại các thời gian j và j 1 có thể được viết tương ứng bằng:

j j

KX t C

2

1 (10.3.11)

t X K

KX t C

2

2 (10.3.12)

t X K

t KX C

2

3 (10.3.13) Chú ý rằng C1C2C3  1

Nếu các đường quá trình dòng chảy vào và ra quan trắc được sẵn có để

sử dụng đối với một đoạn sông, các giá trị của K và X có thể xác định

được Giả thiết các giá trị khác nhau của X và bằng cách sử dụng các giá trị

đã biết của dòng chảy vào và ra, các giá trị liên tiếp của tử số và mẫu số của biểu thức dưới đây đối với K nhận được từ các phương trình 10.3.9 và 10.3.2 có thể được tính toán nhờ sử dụng:

j j j j

Q Q X I

I X

Q Q I I t K

1 1

1

5 , 0

(10.3.14)

Các giá trị tính toán của tử số và mẫu số được vẽ thành đồ thị đối với mỗi thời đoạn với tử

số trên trục tung và mẫu số trên trục hoành Điều này thường tạo ra đồ thị dạng vòng dây Giá trị

X tạo ra vòng dây gần sát nhất với một đường đơn được lấy làm giá trị chính xác cho đoạn sông và theo phương trình 10.3.14, K bằng độ dốc của đường này Vì K là thời gian cần thiết

để sóng lũ vượt qua đoạn sông nên giá trị của nó cũng có thể ước lượng bằng thời gian di chuyển của dòng chảy đỉnh qua đoạn sông đã quan trắc được

10.ô 4hân tích tPn ứuầt thủy văn để ấác định phPn ngập lũ

10.4.1 Phân tích tần suất dòng chảy lũ

Mục tiêu chính của phân tích tần suất các số liệu thủy văn là để xác định khoảng thời gian

xuất hiện lại của một sự kiện thủy văn có độ lớn đã cho Khoảng thời gian xuất hiện lại được

định nghĩa bằng khoảng thời gian trung bình trong đó, độ lớn của sự kiện thủy văn sẽ lớn hơn hoặc bằng với số trung bình dù chỉ một lần Tần suất giới hạn thường được sử dụng thay thế cho khoảng thời gian xuất hiện lại; tuy nhiên, nó không được phân tích để biểu thị sự chính tắc hoặc

nói rõ khoảng thời gian xuất hiện hoặc xuất hiện lại Phân tích tần suất thủy văn là phương pháp

sử dụng phân tích xác xuất và thống kê để đánh giá các tần suất trong tương lai (các xác suất xảy

ra các sự kiện thủy văn) dựa trên thông tin trong các tài liệu thủy văn sẵn có Do phạm vi không chắc chắn và đa dạng của các phương pháp trong việc xác định các ước lượng về dòng chảy lũ

đồng Tài nguyên nước (WRC) (1981) đã cố gắng õây dựng một phương pháp thống nhất hoặc thích hợp cho các nghiên cứu tần suất dòng chảy lũ

Phương pháp hệ số tần suất Việc tính toán độ lớn của các sự kiện cực đoan như các dòng chảy lũ chẳng hạn, yêu cầu hàm phân phối xác suất có thể đảo ngược, nghĩa là cho một giá trị đối với thời kỳ xuất hiện lại T hoặc F x T T/( T 1 ) , có thể xác định được giá trị tương ứng của x T Độ lớn của x T của một sự kiện thủy văn có thể được mô tả bằng trị trung bình x cộng với một khoảng lệch biến thiên từ trị trung bình Khoảng lệch này bằng tích số của

độ lệch s x và hệ số tần suất K T Khoảng lệch x Tvà hệ số tần suất K T là các hàm của thời kỳ xuất hiện lại và kiểu phân phối xác suất được sử dụng trong phân tích, giống như Chow (1951)

đã đề xuất phương trình hệ số tần suất sau đây:

x T

y   (10.4.2)

và giá trị yêu cầu của x T tìm được bằng cách lấy đối lôga của y T Đối với một phân phối đã cho, một quan hệ K  Tcó thể được xác định giữa hệ số tần suất và thời kỳ xuất hiện lại tương ứng Bảng 10.4.1 liệt kê các giá trị của hệ số tần suất đối với phân phối Peason loại III (và log- Peason loại III) cho các giá trị khác nhau của thời kỳ xuất hiện lại và hệ số thiên lệch

10.4.2 Các Hướng dẫn của Hội đồng Tài nguyên nước Hoa Kỳ

Hội đồng tài nguyên nước Hoa kỳ (WRC) đã đề nghị rằng: log-Pearson III được sử dụng như một phương pháp cơ bản đối với các nghiên cứu tần suất dòng chảy lũ (Hội đồng Tài nguyên nước Hoa Kỳ, 1981) Đây là một cố gắng để thúc đẩy một phương pháp thích hợp, giống nhau để xác định tần suất dòng chảy lũ sử dụng trong quy hoạch tài nguyên nước và đất có liên quan ở tất cả các bang

Tuy nhiên, việc lựa chọn log-Pearson loại III này là hơi tuỳ tiện, trong khi

đó hiện không có một tiêu chuẩn thống kê nghiêm ngặt nào để làm cơ sở cho việc so sánh các phân phối

Hệ số thiên lệch (bất đối xứng) rất nhạy đối với độ lớn của mẫu; vì vậy, rất khó nhận được một ước lượng chính xác từ các mẫu nhỏ Do vậy, Hội

đồng Tài nguyên

nước Hoa Kỳ (1981) đã đề nghị sử dụng một ước lượng tổng quát hóa của

hệ số thiên lệch khi đánh giá độ thiên lệch của các chuỗi tài liệu ngắn Độ

thiên lệch

Bảng 10.4.1

Các giá trị K T đối với phân phối Peason loại III

Khoảng thời gian xuất hiện lại trong năm

-0,660 -0,681 -0,702 -0,724 -0,747 -0,771 -0,795 -0,819 -0,844 -0,869 -0,895 -0,920 -0,945 -0,970 -0,994 -1,018 -1,041 -1,064 -1,086 -1,107 -1,128 -1,147

-0,396 -0,390 -0,384 -0,376 -0,368 -0,360 -0,351 -0,341 -0,330 -0,319 -0,307 -0,294 -0,282 -0,268 -0,254 -0,240 -0,225 -0,210 -0,195 -0,180 -0,164 -0,148

-0,396 -0,390 -0,384 -0,376 -0,368 -0,360 -0,351 -0,341 -0,330 -0,319 -0,307 -0,294 -0,282 -0,268 -0,254 -0,240 -0,225 -0,210 -0,195 -0,180 -0,164 -0,148

0,420 0,440 0,460 0,479 0,499 0,518 0,537 0,555 0,574 0,592 0,609 0,627 0,643 0,660 0,675 0,690 0,705 0,719 0,732 0,745 0,758 0,769

1,180 1,195 1,210 1,224 1,238 1,250 1,262 1,274 1,284 1,294 1,302 1,310 1,318 1,324 1,329 1,333 1,337 1,339 1,340 1,341 1,340 1,339

2,278 2,277 2,275 2,272 2,267 2,262 2,256 2,248 2,240 2,230 2,219 2,207 2,193 2,179 2,136 2,146 2,128 2,108 2,087 2,066 2,043 2,018

3,152 3,134 3,114 3,093 3,071 3,048 3,023 2,997 2,970 2,942 2,912 2,881 2,848 2,815 2,780 2,743 2,706 2,666 2,626 2,585 2,542 2,498

4,051 4,013 3,973 3,932 3,889 3,845 3,800 3,753 3,705 3,656 3,605 3,553 3,499 3,444 3,388 3,330 3,271 3,211 3,149 3,087 3,022 2,957

4,970 4,909 4,847 4,783 4,718 4,652 4,484 4,515 4,444 4,372 4,298 4,223 4,147 4,069 3,990 3,910 3,838 3,745 3,661 3,575 3,489 3,401