Bài giảng thủy văn công trình chương 4

Xác định các đặc trưng dòng chảy năm thiết kế: Lưu lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế - Với phân phối tần suất K-M tra phụ lục 4 trang 573gt... Xác định phân phối dòng chảy

Trang 1

Chương 4: Tính toán các đặc trưng

thuỷ văn thiết kế

THUỶ VĂN CÔNG TRÌNH

Khoa Thuỷ văn – Tài nguyên nước

Bộ môn Thuỷ văn – Tài nguyên nước

Trang 2

4.1 Nhiệm vụ và nội dung

2

Nhiệm vụ:

Khi thiết kế các công trình thuỷ lợi cần đảm bảo yêu cầu ở một mức độ nhất định về quy mô kích thước công trình, mức bảo đảm cấp nước Trong khi các đặc trưng thủy văn thay đổi liên tục theo thời gian(ngày, tháng, năm) ngẫu nhiên Do vậy phải tính toán xác định, lựa chọn đặc trưng đại biểu làm tài liệu thiết kế

 Mức độ đảm bảo thường được biểu thị qua tần suất đảm bảo Pđb = P(qcấp ≥ q) trong đó q là yêu cầu cấp nước, qcấp là lượng nước mà công trình cấp được

Trang 3

• Tần suất bảo đảm một số ngành

- Cấp nước cho nhà máy nhiệt điện: 85% 95%

- Cấp nước cho các ngành luyện kim: 90% 95%

Trang 4

4.1 Nhiệm vụ và nội dung

Các đặc trưng thuỷ văn biến đổi theo thời

gian và mang tính ngẫu nhiên

4

0 500 1000

Trang 5

4.1 Nhiệm vụ và nội dung Nội dung tính toán:

• Dòng chảy năm thiết kế (cấp nước…)

• Dòng chảy lũ thiết kế (chống lũ…)

• Dòng chảy kiệt thiết kế (cấp nước…)

• Mực nước thiết kế

•

Trang 6

4.2 Tài liệu phục vụ tính toán

1. Quy phạm, quy định, tiêu chuẩn tính toán (QPTL C6-77)

2. Các nguồn tài liệu sẵn có:

Tài liệu đặc trưng thủy văn do Tổng cục khí tượng thủy văn chỉnh biên và đã xuất bản dưới hình thức niên giám và sổ đặc trưng; Tuy nhiên tại các vị trí công trình không phải lúc cũng có đầy đủ số liệu Do vậy trong khi tính toán chia ra 3 trường hợp (trường hợp có đủ số liệu, có ít số liệu, không có số liệu) Khi đó phải thu thập thêm :

- Tài liệu thủy văn ở các trạm dùng riêng;

- Tài liệu điều tra khảo sát thủy văn vùng công trình;

6

Trang 7

- Tài liệu tổng hợp tình hình thủy văn từng địa phương, đặc điểm thủy văn các tỉnh

- Tài liệu điều tra khảo sát thủy văn vùng công trình;

- Tài liệu tổng hợp tình hình thủy văn từng địa phương, đặc điểm thủy văn các tỉnh

3 Thiết lập hệ thống các trạm đo (trạm quan trắc) để thu thập thông tin khí tượng thuỷ văn

+ Trạm KT: trạm chỉ đo một số yếu tố khí tượng: mưa, gió, bốc hơi…

+ Trạm KH: đo tương đối đầy đủ các yếu tố KTvà mức độ chi tiết + Trạm thuỷ văn: phân cấp (Giáo trình TVCT – Tr 76)

Trang 8

8

Vïng Trung Du S«ng Th¸i B×nh

Vïng Trung Du S«ng Hång

Th-îng Du S«ng Th¸i B×nh L-u Vùc S«ng §µ

Thanh S¬n

Vâ MiÕu

VÜnh T-êng

§µi Dinh B»ng Lu©n

Yªn L·ng

B¾c Giang T©n Yªn

B¾c Ninh

ViÖt TiÕn Nh©n Th¾ng

Chî Bê

D©n Hoµ Chóc S¬n

Ba Th¸

§ång Quan Quèc Oai

BÕn BÝnh

L-¬ng Lç Phó Thä

S¬n T©y Thanh S¬n

Trang 9

4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy

năm thiết kế

I Các khái niệm

a Dòng chảy năm: là lượng dòng chảy sinh ra của lưu vực trong

thời đoạn bằng một năm cùng với sự thay đổi của nó trong năm

Các đại lượng biểu thị:

Wn (m3), Qn (m3/s), Mn (l/s.km2), Yn (mm), n

b Chuẩn dòng chảy năm: là trị số trung bình đặc trưng dòng chảy năm trong thời kỳ nhiều năm đã tiến tới ổn định, với điều kiện

Trang 10

4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế

10

Các đại lượng biểu thị chuẩn dòng chảy năm:

W0 (m3), Q0 (m3/s), M0 (l/s.km2), Y0 (mm), 0

Khi n đủ lớn thì Q0 tính theo công thức:

Tính ổn định nhận biết khi ta thêm vào chuỗi số liệu m năm thì giá trị Q0 thay đổi rất ít

i

n

1 Q

m Q

n

1 i

i

m n 0 n

1 i

n

1 Q

Q n

1

0

Trang 11

Khái niệm

với một tần suất thiết kế nào đó

Các đặc trưng biểu thị:

Wnp(m3), Qnp(m3/s), Mnp(l/s.km2), Ynp(mm)

2 mùa có tính chất khác nhau giữa mùa lũ và mùa kiệt Do vậy việc NC cũng tiến hành cho các mùa Có 2 khái niệm

thúc vào mùa kiệt kế tiếp)

Trang 12

12

Tiêu chuẩn phân mùa: lũ và kiệt

Các tháng mùa lũ là tháng có lưu lượng dòng chảy bình quân tháng lớn hơn lưu lượng dòng chảy bình quân năm với một tần suất xuất hiện lớn hơn 50%:

Trang 13

Trang 14

Trang 15

Trang 16

Trang 17

Trang 18

18

Khái niệm

e Phân phối dòng chảy năm.

Sự thay đổi dòng chảy theo thời đoạn thời gian (∆t = ngày, tuần,

Để mô tả phân phối dòng chảy năm có hai cách:

lượng hoặc tổng lượng dòng chảy) theo với thời đoạn tuần, tháng hoặc mùa)

Trang 19

Lưu lượng

trung

bình tháng

Q(m 3 /s)

3.7 0.8 0.5 0.4

3.5 3.4

5.4

38.5

22.8 31.5

20.6

9.7

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII (tháng)

Trang 20

20

•Đường duy trì lưu lượng bình quân ngày

• Thống kê lưu lượng bình quân ngày xác định giá trị Q min , Q max

• Đếm số ngày có lưu lượng lớn hơn hoặc bằng các giá trị của mỗi

cấp lưu lượng (T i )

Trang 21

Đường duy trì lưu lượng bình quân ngày

Trang 22

22

f Đường luỹ tích sai chuẩn

Gọi Ki=Qi/Q0 là hệ số mô đun (hoặc còn gọi là hệ số biến suất) Khi đó, đường quan hệ giữa giá trị với thời gian t được gọi là đường luỹ tích sai chuẩn

Đường lũy tích sai chuẩn cho ta thấy được các pha dòng chảy(nước lớn, nước nước trung bình), tính chu kỳ của dòng chảy trong thời kỳ nhiều năm

Trang 23

Đường lũy tích sai chuẩn

Trang 24

24

II Xác định dòng chảy năm thiết kế:

1.Xác định các đặc trưng thống kê dòng chảy năm:

-Lưu lượng bình quân nhiều năm(Chuẩn dòng chảy năm)

bq

i i

n

i

Q v

Q

Q k

) 1 (

1

2

) (

bq

i i

C n

3 (

) 1 (

3 1

3

Trang 25

2 Xác định các đặc trưng dòng chảy năm thiết kế:

Lưu lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế

- Với phân phối tần suất K-M tra phụ lục 4 trang 573gt

Trang 26

26

3 Xác định phân phối dòng chảy năm thiết kế:

Khi có nhiều tài liệu thực đo dòng chảy để xác định ppdc năm thiết kế ta tiến hành:

+ Chọn ra ppdc của một năm cụ thể và giả thiết ppdc

năm thiết kế tương tự với năm đó Năm chọn gọi là năm điển(đh) có các điều kiện:

-là năm có tài liệu tin cậy, có Qđh ≈ Qp

-Là năm có ppdc bất lợi (mùa kiệt kéo dài, tỷ lệ dc mùa kiệt so với cả năm nhỏ)

-+ Thu phóng biến đổi ppdc năm điển hình thành ppdc năm thiết kế theo một trong 2 cách:

Trang 27

a.Phương pháp thu phóng cùng tỷ số:

-Tính tỷ số

Trang 28

Trang 29

b Phương pháp thu phóng hai tỷ số (kiệt, lũ):

Trang 30

30

4 Trình bày kết quả:

-Các đặc trưng thống kê dòng chảy năm thiết kế

-Phân phối dòng chảy năm thiết kế

Tên lưu vực

Diện tích

LV F(km 2 )

Các đặ trưng thống kê dc năm Tần suất TK Ghi

Tỷ lệ % 27,6 15,9 24,6 14,3 6,97 4,7 0,54 0,35 0,26 4,52 4,38 3,38 100

Trang 31

III Xác định dòng chảy năm thiết kế cho các trường hợp

1 Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có nhiều tài liệu đo đạc

Tiến hành thu thập chọn mẫu đảm bảo tính đồng nhất, đại biểu và độc lập

(1) Kiểm tra các tính chất của mẫu:

Trang 32

32

b: Kiểm tra tính đồng nhất?

Dòng chảy năm phải có cùng nguyên nhân hình thành thể hiện

1 Đo liên tục: không được gián đoạn (thiếu tài liệu đo)

2 Phải cùng loại và cùng nguyên nhân hình thành

Trang 33

c: Kiểm tra tính đại biểu của mẫu

bảo sai số cho phép:

- Theo sai số của hệ số phân tán:

Trang 34

34

c: Kiểm tra tính đại biểu của mẫu

- Kiểm tra tính đại biểu của thời kỳ quan trắc bằng đường lũy tích sai

chuẩn Bằng cách so sánh dường ltsc của trạm tính toán với đường ltsc của trạm gốc(trạm tương tự thủy văn có nhiều tài liệu) về dao động đồng

bộ, tính hệ số Kcp = 1+∆cp với

trong đó Sđ và Sc là giá trị độ lệch tích lũy từ năm đầu đên năm cuối

Khi Kcp = 1 Thời kỳ đo đạc đại biểu

Khi Kcp > 1 Thời kỳ đo đạc dòng chảy thiên lớn

Khi Kcp < 1 Thời kỳ đo đạc dòng chảy thiên nhỏ

Trang 35

Trang 36

36

(2) Tính toán các đặc trưng dòng chảy năm thiết kế:

Qbq, Cv, Cs; Tính và vẽ đường tần suất kinh nghiệm, đường tần suất lý luận; Tính giá trị dòng chảy năm thiết kế Qnp=? (3) Tính phân phối dòng chảy năm thiết kế

Trang 37

2 Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có ít tài liệu đo đạc

+ Khi có ít tài liệu cần kéo dài (bổ sung) tài liệu rồi tính toán như

trường hợp có đủ tài liệu Việc kéo dài chủ yếu thực hiện chủ yếu là dòng chảy năm bằng cách thiết lập các phương trình tương quan:

lưu vực tính toán

Trang 38

38

+ Lưu vực tương tự?

- Là lưu vực có nhiều tài liệu đo đạc và có điều kiện hình thành dòng chảy tương tự lưu vực tính toán

- Là lưu vực có cùng điều kiện khí hậu của lưu vực tính toán và có :

•Điều kiện địa hình, địa chất và thổ nhưỡng, mức độ che phủ của rừng tương

tự như lưu vực nghiên cứu

•Diện tích lưu vực tương tự không chênh quá nhiều so với lưu vực nghiên cứu Trong thực tế tính toán nên chọn lưu vực tương tự có diện tích chênh lệch không quá 10 lần so với lưu vực nghiên cứu

•Chất liệu tài liệu tốt và có tài liệu dài, đủ để xác định chính xác các tham số thống kê của đường tần suất dòng chảy năm

•Có tài liệu quan trắc cùng thời gian với lưu vực nghiên cứu, quan hệ tương quan tuyến tính giữa lượng dòng chảy năm hai lưu vực chặt chẽ

Trang 39

+ Phương pháp kéo dài

a)Phương pháp trực tiếp:

Sử dụng phương trình tương quan hoặc mô hình toán kéo dài trực

tiếp (bổ sung số liệu những năm thiếu) số liệu cho lưu vực tính toán

sau đó thực hiện tính toán dòng chảy năm thiết kế như trường hợp đủ

số liệu để tính (Qo, Cv, Cs)

Phương pháp này ít nhiều làm mất đi tính ngẫu nhiên của ĐLNN

do vậy số số liệu kéo dài thường không quá 1/3 số năm cần tính toán(N) Nếu số liệu bổ sung nhiều hơn 1/3 (N) thì sử dụng phương

Trang 40

40

b Phương pháp gián tiếp:

(1) Xác định dòng chảy chuẩn: Sử dụng quan hệ tương quan để xác

Lưu vực tương tự có nhiều tài liệu nên đã xác định được các

lưu vực tính toán theo công thức:

của lưu vực tính toán và lưu vực tương tự, k, b hằng số

chảy năm lưu vực tính toán và lưu vực tương tự , km, bm là hằng số

Trang 41

(2)Xác định hệ số phân tán Cv, hệ số thiên lệch Cs :

Phương pháp của Viện Thuỷ năng Matxcơva:

-Hệ số phân tán:

phân tán của lưu vực tính toán,

Trang 42

42

3 Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi không có tài liệu đo đạc

a Xác định chuẩn dòng chảy:

(1) Phương pháp lưu vực tương tự:

+ Tính theo lượng mưa năm: Y0 = 0 X 0 trong đó 0 = 0a;

K hệ số hiệu chỉnh , n =0,2 – 0,25

n

a F

X

Y





Trang 43

F

M M

Trang 44

44

a Xác định chuẩn dòng chảy:

(3) Công thức kinh nghiệm:

1

0 0 0

0 0

1

Z X y

b X

a y

n n

Trang 45

b Xác định hệ số phân tán:

Công thức Xô-kô-lốp-sky

ảnh hưởng của điều kiện địa lý khí hậu Trong tính toán thực tế a được lấy theo lưu vực tương tự và công thức tính Cv sẽ là:

1) 0,063lg(F

Trang 46

46

c Xác định hệ số thiên lệch:

Hệ số thiên lệch Cs được xác định theo công thức Cs = mCv, trong đó

m được lấy theo lưu vực tương tự Trong trường không chọn được lưu vực tương tự có thể lấy Cs = 2Cv

Trang 47

4.4 Tính toán lũ thiết kế

- Lũ là sự gia tăng dòng chảy

đột biến so với bình thường

Khoảng thời gian từ bắt đầu đến

Trang 48

48

1 Khái niệm

Tổng lượng lũ:

Cường suất lũ: ; Cường suất mực nước lũ:

Tỷ số  đối với lưu vực vừa và nhỏ  = 2 ~ 3

dt

dQ

dt dH

Trang 50

50

2 Sự hình thành dòng chảy lũ

 Tại t0: thời điểm bắt đầu mưa

 Từ t0  t1: at<Kt giai đoạn tổn thất hoàn toàn

H0: lượng tổn thất ban đầu

 Tại t1: at1=Kt1 bắt đầu quá trình dòng chảy

 Từ t1  t2: at >Kt thời kỳ cấp nước

ht=at – Kt gọi là cường độ cấp nước (hoặc cường độ mưa hiệu quả)

 Tại t2: at = Kt kết thúc thời kỳ cấp nước

1

t

t t

t

cn h dt a K dt Y

Trang 52

Phân tách nước ngầm trong dòng chảy lũ

Phương pháp Cắt ngang

Trang 53

Trang 54

Phương pháp Cắt lõm

Trang 55

vũ lượng kế(máy đo mưa) hoặc máy đo mưa tự ghi

b Lượng mưa lớn nhất Là lượng mưa lớn nhất trong khoảng thời

(2)Các đặc trưng cường độ mưa

Lượng mưa trong một đơn vị thời gian tại một thời điểm bất kỳ

độ mưa theo thời gian trong một trận mưa gọi là quá trình mưa ký

Trang 56

56

3 Các đặc trưng lượng mưa và cường độ mưa

trong đó

Là cường độ mưa trong khoảng thời gian T được chọn trên đường

nhất

Nhận xét: Khi T tăng aT giảm còn HT tăng Đường quan hệ

aT~T luân giảm, đường quan hệ HT~T luân tăng

dt a H

t

t t

t   

2

1 2

1

Định dạng
Số trang	99
Dung lượng	19,01 MB