A chuong 3(phân tích tính toán nước lũ thiết kế)

Với công trình hồ chứa khi đoạn nước dâng của hồ khá dài, diện tích hồ chứa lớn và sau khi xây dựng hồ chứa điều kiện hình thành dòng chảy của lưu vực thay đổi nhiều ảnh hưởng lớn đến đi

86 sổ tay KTTL * Phần 1 - cơ sở kỹ thuật thủy lợi * Tập 4

Chương 3 Phân tích tính toán n-ớc lũ thiết kế

3.1 Nguyên tắc chung

3.1.1 Nội dung n-ớc lũ thiết kế

Nước lũ thiết kế là quá trình lũ thỏa m∙n tiêu chuẩn đ∙ cho theo yêu cầu thiết kế của công trình, nước lũ phần lớn là chỉ nước lũ tại tuyến đập Với công trình hồ chứa khi đoạn nước dâng của hồ khá dài, diện tích hồ chứa lớn và sau khi xây dựng hồ chứa

điều kiện hình thành dòng chảy của lưu vực thay đổi nhiều ảnh hưởng lớn đến điều tiết

lũ thì phải tính nước lũ nhập hồ chứa

Tính toán nước lũ thiết kế bao gồm các nội dung sau:

1) Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất năm thiết kế và lượng lũ các thời khoảng thiết kế thường cho dưới dạng các đường tần suất vượt

2) Quá trình nước lũ thiết kế phù hợp tần suất đ∙ cho

3) Khi hạ lưu hồ chứa nước đơn hay hồ chứa nước bậc thang có yêu cầu phòng lũ, cần nghiên cứu tổ hợp nước lũ của các khu vực nằm phía thượng lưu mặt cắt thiết

kế thì có thể tính toán một hoặc nhiều con lũ tổ hợp thỏa m∙n yêu cầu thiết kế

4) Nước lũ thiết kế của các thời kỳ trong năm (mùa lũ, mùa kiệt, các tháng )

Tùy theo loại công trình mà yêu cầu tính toán các đặc trưng khác nhau Với công trình không điều tiết (cầu, đê, kè ) thì chỉ cần tính toán đỉnh lũ thiết kế nhưng với các công trình điều tiết (hồ, đập, tiêu thoát lũ ) thì các nội dung trên cần phải được tính toán

3.1.2 Điều kiện số liệu

1 Chuỗi số liệu thủy văn được coi là đủ nếu:

1) Có số năm quan trắc n ³ 20 năm

2) Có lũ đặc biệt lớn điều tra hay trực tiếp đo đạc

2 Sử dụng triệt để tất cả các tài liệu khí tượng thủy văn hiện có và các tài liệu điều tra

lũ của lưu vực có liên quan

3 Các tài liệu khí tượng thủy văn phải được kiểm tra xử lý nâng cao mức độ tin cậy, mức độ thuần nhất

4 Tùy theo điều kiện có sẵn về tài liệu khí tượng thủy văn mà sử dụng phương pháp tính toán cho thích hợp:

1) Nếu có đủ tài liệu quan trắc dòng chảy lũ tại tuyến tính toán thì sử dụng phương pháp phân tích thống kê hay phương pháp tính lũ lớn nhất khả năng (lũ cực hạn) PMF để trực tiếp tính lũ thiết kế

2) Nếu có chuỗi số quan trắc dòng chảy lũ ngắn n ³ 10 thì có thể dùng phương pháp phân tích thống kê để kéo dài và xác định lũ thiết kế, hoặc có thể dùng mô hình toán thủy văn để bổ sung số liệu hoặc tính trực tiếp từ mưa lũ thiết kế

Cũng có thể ứng dụng công thức tính lũ thích hợp có so sánh với lũ đặc biệt lớn xảy ra trong lưu vực hay trong vùng

3) Nếu không có hoặc có ít (n = 3 á 9) năm quan trắc dòng chảy lũ thì dùng các công thức kinh nghiệm hoặc lũ đặc biệt lớn hoặc dùng phương pháp đường lưu lượng đơn vị tổng hợp

5 Trong tính toán cần phân tích đặc điểm lũ của vùng nghiên cứu để tránh kết quả có những sai lệch bất hợp lý Cần tính toán theo nhiều phương pháp khác nhau, liên hệ

đối chiếu với nhiều lưu vực trong vùng để so sánh và quyết định lựa chọn kết quả

3.2 Xử lý tài liệu lũ

Tài liệu lũ bao gồm tài liệu lũ thực đo và tài liệu lịch sử điều tra Trước khi tính toán tần suất cần xử lý các tài liệu lũ, bao gồm kiểm tra, hoàn nguyên, bổ sung kéo dài, chọn mẫu và phân tích tính đại biểu của chuỗi số liệu

3.2.1 Thẩm tra tài liệu thực đo

Thẩm tra tài liệu thực đo cần chú trọng vào những năm mà tài liệu đo đạc hoặc chỉnh biên có chất lượng kém và những năm lũ lớn có ảnh hưởng lớn tới kết quả tính toán nước lũ

3.2.2 Hoàn nguyên tài liệu

Nếu lưu vực đ∙ có các công trình trữ nước, dẫn nước, phân lũ, chậm lũ và đ∙ xảy

ra vỡ bờ, vỡ đê, đổi dòng v.v ảnh hưởng lớn đến tính đồng nhất của tài liệu nhiều năm thì phải hiệu chỉnh tài liệu để có cùng cơ sở sau đó mới tính toán tần suất

1) Sau khi xây dựng hồ chứa nước vì điều kiện tập trung dòng chảy đ∙ thay đổi lưu lượng đỉnh lũ vào hồ nói chung lớn hơn dòng chảy tự nhiên, nếu chênh nhau nhiều phải chuyển đổi thời kỳ trước và sau xây dựng hồ chứa

2) Khi nước lũ chịu ảnh hưởng của điều tiết hồ chứa, vỡ đê, phân chậm lũ ở thượng lưu ta có thể sử dụng quá trình lũ ở thượng lưu không chịu các ảnh hưởng trên dùng phương pháp diễn toán lũ theo điều kiện sông cũ tới hạ lưu sau đó cộng thêm lũ khu giữa sẽ được quá trình lũ trong điều kiện tự nhiên

3) Trong trường hợp điều kiện tạo dòng và tập trung dòng chảy của lưu vực thay đổi

rõ rệt có thể sử dụng quan hệ mưa những năm trước, sau thay đổi và đường cong tập trung dòng chảy để tìm đường quá trình lũ

88 sổ tay KTTL * Phần 1 - cơ sở kỹ thuật thủy lợi * Tập 4

3.2.3 Bổ sung kéo dài tài liệu

1 Phương pháp tương quan

Phương pháp tương quan có 2 loại sau:

1) Tương quan lưu lượng trạm trên trạm dưới Nếu các điểm tương quan phân tán thì

có thể phân tích các trận lũ dựa vào các tham số Các tham số thường dùng là lượng mưa, cường suất nước lên

2) Tương quan đỉnh lượng của trạm Nếu do ảnh hưởng của nguyên nhân mưa, thời gian kéo dài mưa, hình dạng và phân bố mưa (một đỉnh, nhiều đỉnh) làm cho quan

hệ tương quan không chặt chẽ có thể nghiên cứu đưa thêm các tham số Các tham

số thường dùng có thể là: hình dạng đỉnh, vị trí tâm mưa, mùa mưa, thời gian kéo dài mưa

2 Phương pháp diễn toán lưu lượng

Khi lượng trữ trong sông giữa trạm trên, trạm dưới và trạm nghiên cứu lớn, quan

hệ trực tiếp giữa chúng tương đối phân tán, mà thêm các tham số cũng không tốt hơn thì

có thể dùng phương pháp diễn toán từ lưu lượng nước trạm trên trạm dưới đến trạm nghiên cứu sẽ tìm được quá trình lũ của trạm nghiên cứu

3 Phương pháp tính toán tạo dòng tập trung dòng chảy

Sử dụng tài liệu mưa của lưu vực qua quan hệ mưa rào dòng chảy tìm được tổng lượng lũ, qua phân tích tạo dòng tập trung dòng chảy tìm được quá trình lưu lượng

3.2.4 Chọn mẫu đỉnh lũ, l-ợng lũ

1 Nguyên tắc chọn mẫu

Khi chọn mẫu tài liệu lũ cần thỏa m∙n yêu cầu chọn mẫu ngẫu nhiên độc lập để tính tần suất Điều kiện hình thành lũ của mẫu có cùng nguồn gốc, thí dụ cùng là lũ do mưa, cùng là lũ do tuyết tan Không nên trộn các lũ có nguyên nhân hình thành khác nhau, loại hình khác nhau vào chung một chuỗi để tính toán tần suất

2 Phương pháp chọn mẫu

Chọn mẫu lưu lượng đỉnh lũ sử dụng phương pháp chọn trị số lớn nhất năm, tức chỉ chọn lưu lượng đỉnh lũ tức thời lớn nhất mỗi năm để làm mẫu tính toán tần suất; chọn mẫu lượng lũ sử dụng phương pháp chọn trị lớn nhất độc lập của cùng thời khoảng, để tiện so sánh Theo thói quen thường sử dụng các thời khoảng có độ dài 1, 3,

5, 7, 10, 15, 30 ngày Với từng công trình cụ thể không cần thiết thống kê toàn bộ theo

số thời khoảng nói trên mà căn cứ vào đặc điểm của nước lũ và yêu cầu của công trình

để chọn từ 2 á 3 thời khoảng Đối với các sông có lũ nhiều đỉnh liên tục, thời gian điều tiết lũ của hồ chứa nước tương đối dài hoặc ở hạ lưu có yêu cầu chậm lũ lúc đó có thể chọn thêm một số thời khoảng thích hợp Thời khoảng tính phải bao gồm thời khoảng khống chế của điều tiết lũ và thời gian kéo dài lũ

3.2.5 Phân tích tính đại biểu của chuỗi

Phân tích tính đại biểu của chuỗi thường theo 2 cách sau đây:

1 So sánh giữa kết quả thực đo với kết quả khảo sát điều tra Lưu ý so sánh những lần xảy ra lũ đặc biệt lớn hoặc xấp xỉ đặc biệt lớn xem chúng thiên lớn hay thiên nhỏ và các trận lũ hàng đầu có thiên nhỏ hoặc quá đột xuất không?

2 So sánh giữa tài liệu đo đạc của trạm nghiên cứu với các trạm của lưu vực lân cận

có tài liệu dài Nếu thông số thống kê của chuỗi ngắn (cùng thời gian đo đạc với trạm nghiên cứu) và chuỗi số dài của lưu vực lân cận có giá trị xấp xỉ nhau thì có thể cho rằng chuỗi thời khoảng ngắn có tính đại biểu

3.3 Điều tra lũ lịch sử và kiểm chứng

3.3.1 Điều tra d∙ ngoại

1 Nguyên tắc chọn đoạn sông điều tra

1) Nên chọn đoạn sông có dân cư đ∙ ở lâu, độ cao của nhà cửa xấp xỉ độ cao của vết lũ

2) Đoạn sông tương đối thẳng, mặt cắt đều đặn, lòng sông tương đối ổn định, điều kiện khống chế tốt, không có dòng chảy gia nhập lớn để tiện tính toán lưu lượng

2 Điều tra năm và ngày phát sinh lũ

Kết hợp các sự kiện lớn trong lịch sử, thí dụ như thiên tai lũ hạn, chiến tranh,

động đất và những sự kiện mà quần chúng nhân dân dễ nhớ như tuổi tác, hiếu hỷ, sự thay đổi về nhà cửa v.v để tiến hành điều tra

3 Điều tra vết lũ

1) Hỏi thăm nhân dân Nếu vết lũ của nhân dân chỉ rõ ràng thì cần điều tra vị trí của vật mang vết lũ có biến đổi không? biên độ biến đổi ra sao? Khi nhân dân không thể chỉ rõ vị trí chính xác nhưng có thể mô tả một số đặc điểm của vết lũ cũng không nên bỏ qua, có thể xác định giới hạn trên hoặc giới hạn dưới của vết lũ

2) Xem xét các vết xói, vết ngâm nước, vết bùn để lại trên tường, vách núi để xác

định mực nước cao nhất

3) ở vùng hoang vu phải dựa vào các vật bồi tích của lũ, các vết xói mòn của lũ, các vết tích còn lại của các tác dụng vật lý, hóa học và sinh vật ở vùng ngập lũ ở 2

bờ sông

4) Sau khi điều tra, đo đạc, phân tích các vết lũ có thể tham khảo bảng 3-1

Mục 1, 2 của bảng 3-1 là nhân tố đánh giá chủ yếu, mục 3 chỉ tham khảo

90 sổ tay KTTL * Phần 1 - cơ sở kỹ thuật thủy lợi * Tập 4

4 Điều tra quá trình nước lũ

Nói chung cần điều tra số lần lên xuống của nước lũ, mực nước của lũ lên, đỉnh

lũ, nước rút và ngày giờ phát sinh Mô tả những đặc trưng không định lượng như thời gian lũ lên, lũ rút, hình dạng quá trình lũ (bằng đỉnh hoặc nhọn)

Bảng 3-1 Tiêu chuẩn đánh giá độ tin cậy của vết lũ

Phân loại Nhân tố đánh giá

Tin cậy Tương đối tin cậy Để tham khảo

1 ấn tượng người chỉ

và vật chứng

Thấy tận mắt, ấn tượng sâu sắc, tình huống chân thực, có vật chứng

Tận mắt nhìn thấy,

ấn tượng khá sâu, tình huống tương đối đúng, vật chứng ít

Nghe nói hoặc

ấn tượng không sâu, tình huống không cụ thể, thiếu vật chứng

2 Tình hình vết lũ

và vật đánh dấu

Vật đánh dấu cố định,

vị trí vết lũ cụ thể hoặc có vết lũ rõ ràng

Vật đánh dấu thay đổi ít, vị trí vết lũ tương đối

cụ thể

Vật đánh dấu

đã có thay đổi tương đối lớn,

vị trí vết lũ không cụ thể

để chọn phương pháp Cố gắng lựa chọn nhiều phương pháp để so sánh lựa chọn con số hợp lý hoặc lấy bình quân

1) Kéo dài đường quan hệ mực nước - lưu lượng để tìm lưu lượng đỉnh lũ thường sử dụng các phương pháp kéo dài sau:

- Kéo dài quan hệ mực nước - lưu tốc Khi lòng sông tương đối ổn định hình dạng mặt cắt sông không có thay đổi đặc biệt, quan hệ mực nước - lưu tốc có

xu thế nhất định phần nước cao có quan hệ thẳng thì có thể kéo dài theo đường thẳng và dựa vào quan hệ mực nước - diện tích, mực nước - tốc độ để kéo dài

đường quan hệ mực nước - lưu lượng

n , dựa vào tài liệu mặt cắt ta kéo dài trị số

2 3

AR , theo công thức Man Ninh:

Thường cho rằng ở phần nước trung và cao C I xấp xỉ hằng số tức quan hệ

Q ~ A R xấp xỉ đường thẳng và có thể kéo dài đường thẳng, căn cứ vào mặt cắt vẽ quan hệ H ~ A R , từ hai quan hệ trên có thể kéo dài quan hệ mực nước - lưu lượng

- Kéo dài theo xu thế Nếu quan hệ mực nước lưu lượng ổn định đặc điểm thủy lực ở phần nước cao không có thay đổi đặc biệt thì có thể kéo dài theo xu thế nhưng biên độ kéo dài không nên quá lớn

- Khi mặt cắt có hiện tượng xói bồi, trước tiên phải điều tra số lần xói bồi sau đó khôi phục mặt cắt trở về dạng cũ trước khi có lũ Với trận lũ khi lũ lên thì xói,

lũ xuống thì bồi có thể vẽ quan hệ mực nước với sự thay đổi xói bồi để hiệu chỉnh lại mặt cắt, sau đó kéo dài quan hệ mực nước lưu lượng

- Khi chịu ảnh hưởng lũ, mực nước lưu lượng có quan hệ vòng dây cần xử lý thành đường đơn theo phương pháp hiệu chỉnh các điểm có cường suất mực nước lên xuống bằng không hoặc phương pháp hiệu chỉnh nhân tố sau đó mới kéo dài Trong trường hợp này mực nước cao nhất không tương ứng với lưu lượng cao nhất

- Với những sông chịu ảnh hưởng của nước vật có thể dùng phương pháp hiệu chỉnh độ dốc để cho quan hệ mực nước - lưu lượng thành đường đơn sau đó mới kéo dài hoặc phải vẽ quan hệ mực nước - lưu lượng lấy độ dốc làm tham

số rồi mới kéo dài

92 sổ tay KTTL * Phần 1 - cơ sở kỹ thuật thủy lợi * Tập 4

2) Ước tính theo công thức thủy lực, có hai trường hợp sau:

- Đoạn sông thẳng, mặt cắt tương đối đều, dòng chảy ổn định đều thì tính theo công thức sau:

3) Nếu chỉ điều tra được loại hình lũ thì có thể chọn điển hình tương tự từ chuỗi

số liệu thực đo và thông qua quan hệ đỉnh lượng của điển hình đó để tìm tổng lượng lũ

Bảng 3-2 Bảng độ nhám sông thiên nhiên mặt cắt dạng đơn (hoặc dòng chính)

Loại Đặc điểm và cấu tạo lòng Mặt bằng sông và trạng thái chảy Đặc điểm bờ

I Lòng sông là cát, mặt bằng phẳng Đoạn sông thẳng, mặt cắt đều, dòng chảy thuận đất pha cát, mặt cắt đều Bờ sông là đất, 0,020 á

0,024

II đá cuội, mặt cắt đều đặn Lòng sông là đá phiến, Đoạn sông thẳng, mặt cắt đều, dòng chảy thuận hoặc đá, mặt cắt đều Bờ sông đất pha cát 0,022 á

0,026 III

1 đáy sông không đều Lòng sông là cát, Đoạn thượng lưu thẳng, hạ lưu cong, chảy không thuận, có chảy vật Hai bờ là hoàng thổ, có cỏ mọc 0,025 á

Hai bờ là đất cát,

có cỏ mọc và cây con, hình dạng đều

0,025 á 0,020

IV

1 Cát mịn, đáy sông có cỏ mọc thưa hoặc

cây thủy sinh

Đoạn sông không thật thẳng, thượng hạ lưu hơi cong,

có đập xả nước, dòng chảy không thuận

Hai bờ là đất, một bờ sạt lở, dạng răng cưa, mọc cỏ hoặc cây nhỏ

0,030 á 0,034

bờ khác là đất pha cát, cây cỏ mọc thưa

0,030 á 0,034

0,035 á 0,04

VI

Đáy sông là cuội sỏi, đá viên,

đá nhiều loại hoặc đá tảng to,

có chảy xiên, nước vật, nước chết

Thượng lưu là đoạn cong hoặc nhập lưu

2 sông, đầu nước lớn, chảy xiết, có vật cản hoặc có đá lớn nhô ra có vực sâu

Thượng lưu có đoạn cong đoạn sông không thẳng, chảy giữa vực sâu và thu hẹp, có nhiều vật cản, chảy xiết, tiếng nước chảy ào ào

Hai bờ là đá và đất cát,

có cỏ mọc, cây nhỏ, hình dạng tương đối đều

Hai bờ là cát và

đá lớn nhỏ, diệp thạch phong hoá, bờ sông không đều có cỏ mọc, cây nhỏ

0,04 á 0,10

Hình dạng bãi Chất lòng sông Lớp phủ Biên độ quân Bình

I Mặt bằng thẳng, cắt ngang, dọc đều đặn đất, cát, bùn Cơ bản không có thực vật hoặc ruộng đã gặt 0,026 á

0,038 0,030

II Mặt bằng, cắt dọc, cắt ngang thẳng đều đất, cát Cỏ thưa, cây thưa hoặc cây nông nghiệp 0,030 á

0,050 0,040 III Mặt bằng, cắt dọc, cắt ngang tương đối thẳng đều sỏi, đất pha cát đất, cát, cuội, Cỏ thưa cây trồng thấp hoặc cao 0,040 á

0,080 á

0,12 0,100

VII cắt dọc, cắt ngang không đều, Mặt bằng không thẳng,

có hố trũng, ụ đất đất cát Cục bộ có cỏ dày, cây to

Giải thích việc sử dụng bảng 3-2, bảng 3-3:

1 Có ba nhân tố tổ hợp kê trong bảng ảnh hưởng tới độ nhám sông thiên nhiên, nếu tình hình thực tế khác với các tổ hợp trong bảng thì độ nhám nên chọn cho thích hợp

2 Số liệu của bảng chỉ phù hợp với sông ổn định Với sông có lượng ngậm cát lớn, bồi xói nghiêm trọng, độ nhám của các sông này có đặc thù riêng, bảng này không phản ánh được đặc thù đó nên không thể sử dụng

3 Loại thứ VI trong bảng độ nhám có độ nhám khá lớn vượt qua độ nhám của sông thông thường, dòng chảy trong đoạn sông này thực chất là dòng chảy không đều, trị số độ nhám trong bảng thực chất bao gồm cả tổn thất cục bộ

do đó độ nhám lớn

4 Nhân tố lớn ảnh hưởng tới độ nhám của b∙i là thực vật, ảnh hưởng của thực vật có quan hệ mật thiết với tỷ lệ giữa độ sâu và độ cao của cây, trong bảng không phản

ánh quan hệ này, khi ứng dụng nên chú ý

3.3.3 Khảo cứu văn kiện lịch sử

Tra cứu các ghi chép lịch sử, văn kiện, hồ sơ, bia khắc đá để tìm hiểu về tình hình các trận lũ lụt lớn một vài trăm năm lại đây đều có giá trị tham khảo lớn đối với việc xác định năm xuất hiện, thời kỳ xuất hiện lại và quy luật hình thành của lũ lịch sử

Nội dung cần khảo cứu có:

1) Ngày, tháng, năm xuất hiện lũ lớn lịch sử, các dấu vết và tình hình thiệt hại , phân tích số lần xuất hiện và cấp lũ lịch sử

2) Tình hình ghi chép có liên tục không? Có bỏ ghi, có sai số không?

3) Các địa danh, tên sông có thay đổi không?

4) Sự thay đổi của các di tích cổ

5) Sự thay đổi về sông ngòi, địa mạo, cảnh quan thiên nhiên, thí dụ như đổi dòng,

vỡ đê, phân dòng, bồi xói và tình hình thay đổi các đầm hồ

6) Chênh lệch về hệ cao độ cũ để chuyển đổi về hệ cao độ mới hiện nay

Với lũ lịch sử nếu xác định không bỏ sót những con lũ lớn hơn trong thời kỳ

điều tra thì xếp theo thứ tự và con lũ lớn nhất có thời kỳ xuất hiện dài nhất, nếu thấy

bỏ sót thì phải làm rõ cấp những con lũ có thể sót để có thể ước tính thời kỳ xuất hiện lại hợp lý

96 sổ tay KTTL * Phần 1 - cơ sở kỹ thuật thủy lợi * Tập 4

Với Cv = 0,5 á 1,0

cho: QmaxLS = (2,5 á 3,0)Qmax

thì có 26 trạm đ∙ xuất hiện lũ lịch sử quan trắc được đáp ứng hai chỉ tiêu trên

3.4.2 Phân tích tần suất n-ớc lũ

1 Chuỗi liên tục và không liên tục

1) Chuỗi liên tục là trong phạm vi chuỗi thực đo và bổ sung không có con lũ đặc biệt lớn phải xử lý riêng Các giá trị lũ có thể sắp xếp trực tiếp theo thứ tự từ lớn đến nhỏ 2) Chuỗi không liên tục là trong chuỗi thực đo và bổ sung có lũ đặc biệt lớn có thời

kỳ xuất hiện lại dài hơn Chuỗi dòng chảy lũ hầu hết là chuỗi không liên tục

2 Tần suất kinh nghiệm của chuỗi không liên tục (hay còn gọi là xử lý lũ lịch sử) có thể tính theo một trong các cách sau:

1) Phương pháp 1: Coi chuỗi không liên tục được cấu thành từ một số chuỗi không liên tục Trong đó có chuỗi thực đo hoặc kéo dài bổ sung gồm n số liệu, lấy theo

số thứ tự m (mi: 1, , n) Ngoài ra điều tra được a1 lũ đặc biệt lớn trong thời kỳ xuất hiện lại N1 năm, lấy theo thứ tự M1 (M1i: 1, 2, , a1) và a2 lũ đặc biệt lớn trong thời kỳ xuất hiện lại dài hơn, N2 năm, lấy theo số thứ tự M2 (M2i: 1, 2, , a2) Các tần suất kinh nghiệm được tính toán như sau:

Chuỗi n năm:

n

mP

1

MP

2

MP

=

Nếu một con lũ nào đó có thể xếp ở trong nhiều chuỗi ta có thể tính toán một vài tần suất và chọn giá trị có sai số nhỏ Nói chung chuỗi càng dài thì sai số lấy mẫu càng nhỏ, nhưng trong quá trình điều tra có thể bỏ sót, sai số sẽ lớn, tùy tình hình cụ thể mà xem xét

2) Phương pháp 2: Tính tần suất kinh nghiệm theo thời kỳ xuất hiện lại lớn nhất

Giả thiết trong N1 năm điều tra được a1 trận lũ đặc biệt lớn, trong đó l1 trận xuất hiện trong khoảng n năm Đồng thời trong thời kỳ dài hơn N2 năm, có l2 trong a2 trận lũ xuất hiện trong N1 năm thì tần suất kinh nghiệm được tính như sau:

- a2 trận lũ đặc biệt lớn trong N2 năm:

2

2 M

2

MP

=+ (M2: 1, 2, , a2) trong đó tần suất kinh nghiệm của số hạng cuối

2

2 a

2

aP

bị bỏ sót thì dùng phương pháp 2 Nếu có khả năng bỏ sót lũ đặc biệt lớn và tính đại biểu của chuỗi thực đo tương đối tốt thì dùng phương pháp 1

Thí dụ:

Một trạm thủy văn có số liệu thực đo lũ 47 năm từ 1956 á 2002, trong đó năm 1971

có lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất Qm = 25.600 m3/s Qua điều tra khôi phục 3 trận lũ lịch sử

do vỡ đê có lưu lượng đỉnh lũ năm 1893 là 28.500 m3/s, năm 1904 là 27.600 m3/s, năm

1945 là 24.800 m3/s Như vậy điều tra và thực đo có 4 trận lũ đặc biệt lớn, ta có a1 = 4,

l1 = 1, chuỗi thực đo n = 47 năm, chu kỳ điều tra N = 110 năm Tính toán tần suất kinh nghiệm theo phương pháp 1 và 2 như bảng 3-4

Kritxki-1 Ước lượng sơ bộ thông số thống kê

Vì các số liệu lũ thường là chuỗi không liên tục nên dùng phương pháp momen phải hiệu chỉnh Giả thiết trong N năm điều tra được a con lũ đặc biệt lớn Qj (j =1, 2, , a) trong đó có l trị số xuất hiện trong chuỗi liên tục n năm Qi (i = 1, 2, , n), công thức tính sẽ là:

mà còn phải cân đối với các đặc trưng thống kê của lượng lũ các thời khoảng và quy luật của khu vực

3.4.4 Số hiệu chỉnh an toàn

Khi định giá trị các trận lũ hiếm thấy, sai số lấy mẫu thường rất lớn Để đảm bảo

an toàn cho công trình trong trường hợp cần thiết tính cho lũ kiểm tra người ta thường thêm vào trị số an toàn DXp, trị số đó được xác định như sau:

Với dạng phân bố Kritxki - Menkel:

Q

p p

Kp - hệ số Module ứng với tần suất p đ∙ biết;

B - hàm số của CS và P, đ∙ vẽ thành toán đồ, dùng trong trường hợp CS = 2CV, các tham số tính theo phương pháp momen (hình 3-1);

a - hệ số phản ánh mức độ an toàn a = 1 á 1,5

Theo Quy phạm quy định DQp không được vượt quá 20% Qp tương ứng

3.4.5 Phân tích tính hợp lý của kết quả tính lũ

Dựa vào phân tích tính quy luật thống kê, nguyên nhân hình thành và phân bố

địa lý để phân tích các tham số thống kê, các trị số ứng với tần suất thiết kế của nước lũ

có thể nâng cao độ tin cậy của kết quả tính toán Phân tích tính hợp lý theo từng khía cạnh sau:

hệ đỉnh lượng Những sông có tính điều tiết kém, khu vực có lượng mưa tập trung, thời khoảng tăng lên thì CV giảm nhỏ, ngược lại thì CV tăng lên

2 Vẽ các đường tần suất lượng lũ các thời khoảng theo cùng tỷ lệ lên cùng biểu đồ, trong phạm vi sử dụng, các đường tần suất không được cắt nhau Nếu cắt nhau, cần kiểm tra quá trình tính và tài liệu gốc Trường hợp không phát hiện sai sót thì cần hiệu chỉnh các tham số thống kê để tránh chúng cắt nhau

3 So sánh với kết quả tính tần suất của trạm thượng, hạ lưu, sông chính, sông nhánh

và các sông lân cận, so sánh với giá trị lưu lượng đỉnh lũ lịch sử trong nước và thế giới (hình 3-2)

Mmaxven biển Đông Việt Nam

Mmaxkhu vực Đông Nam A

3.4.6 Xây dựng đ-ờng tần suất lũ theo các mẫu không thuần nhất

Trong thực tế hiện nay nhiều sông lớn ở nước ta đ∙ xuất hiện hai chuỗi dòng chảy

lũ và kiệt trước và sau khi có hồ chứa nước lớn điều tiết nước ở thượng nguồn không thuần nhất Ví dụ chuỗi dòng chảy lũ trước 1984 và sau năm 1989 tại Hòa Bình Việc dùng các đường tần suất lý luận được xây dựng trên giả thiết thuần nhất sẽ không thỏa m∙n Hiện nay có hai loại phương pháp giải tích và nửa giải tích dựa trên cơ sở mô tả những phân phối không thuần nhất có sử dụng những phân phối thuần nhất từng phần Trong đó đơn giản hơn và khá chính xác là phương pháp nửa giải tích (kết hợp phương pháp giải tích và hình vẽ) của Brokovich và Velekanov Theo các tác giả đó thì tần suất tổng hợp có trọng số của các đường thuần nhất thành phần:

* X

P - tần suất của chuỗi tổng không thuần nhất;

n1, n2, , nK - dung lượng của các chuỗi thuần nhất;

P1(X), P2(X), , PK(X) - tần suất của các chuỗi thành phần thuần nhất

Ví dụ sau đây vẽ đường tần suất tổng hợp với trường hợp đơn giản tổ hợp hai phân phối thuần nhất thành phần thể hiện hai thời kỳ quan trắc khác nhau n1, n2 Các bước: 1) Vẽ đường tần suất của hai chuỗi thuần nhất thành phần (xem hình 3-3)

2) Xác định các tần suất tổng hợp P , P , P , ứng với các giá trị X1* 2* 3* 1, X2, X3,

3.5.1 Điều kiện lựa chọn quá trình lũ điển hình

1 Chọn quá trình lũ lớn có số liệu thực đo hoàn chỉnh và độ chính xác cao

2 Nên chọn quá trình có khả năng xuất hiện trong điều kiện thiết kế, tức mùa xuất hiện lũ, số đỉnh lũ, thời gian lũ, vị trí lũ chính có thể đại biểu cho lũ lớn

3 Phải thỏa m∙n yêu cầu thiết kế Xét về mặt phòng lũ nên chọn điển hình bất lợi

đối với công trình Thí dụ chọn quá trình lũ đỉnh cao, lượng lớn, dạng lũ tập trung,

điển h ình

max Q

max T W

T

QK

QWK

W - lưu lượng đỉnh lũ và lượng lũ của con lũ điển hình

Nếu giữa đỉnh và lượng có tương quan đường thẳng chặt chẽ thì kết quả khống chế đỉnh (nhân với KQ) và khống chế lượng (nhân với KW) là giống nhau Khi khống chế lượng, tỉ số KW phụ thuộc vào thời khoảng thiết kế T cho nên cùng một điển hình nhưng thời khoảng thiết kế chọn khác nhau, tỉ số KW sẽ khác nhau và sẽ được các quá trình lũ thiết kế khác nhau

106 sổ tay KTTL * Phần 1 - cơ sở kỹ thuật thủy lợi * Tập 4

Đỉnh đường quá trình lũ điển hình được nhân với tỉ số:

p

điển hình

max Q

max

QK

Q

=Những ngày còn lại của thời khoảng T1 nhân với tỉ số:

p

điển hình

1 1

1

WK

W

Nếu Q là lưu lượng lũ bình quân ngày lớn nhất thì: m

p p

điển hình

điển hình

m 1

1

m 1

vẽ quan hệ K ~ T (giá trị K chấm vào điểm giữa các thời khoảng) thành đường cong trơn để nội suy K

Nguyên nhân dẫn đến đường quá trình nước lũ thiết kế bị biến dạng nhiều so với

điển hình cũng có thể do sai số khi tính tỉ số K Thí dụ W2p tính quá nhỏ, W1p lại lớn quá làm cho tỉ số K2 thiên nhỏ Ngược lại, K3 lại thiên lớn gây nên những thay đổi quá lớn ở nơi giao tiếp, lúc đó phải sửa lại các đường tần suất

Nguyên nhân cũng có thể do chọn con lũ điển hình chưa đúng Ví dụ: Đa số trường hợp lũ lớn có dạng nhiều đỉnh nhưng ta lại chọn điển hình là lũ một đỉnh

3 Chú ý

- Trước khi thu phóng cần lưu ý cắt nước gốc, sau khi thu phóng xong cộng thêm lưu lượng nước gốc vào

- Trong hai phương pháp thu phóng, phương pháp cùng tần suất chịu ảnh hưởng của

điển hình ít hơn thường dùng cho các sông có quan hệ đỉnh lượng phân tán và các

hồ chứa mà cả lượng lẫn đỉnh lũ đều có ảnh hưởng lớn tới công trình phòng lũ Thu phóng cùng tỉ số là phương pháp tính đơn giản dùng cho các sông có quan hệ

đỉnh lượng tốt, công trình phòng lũ chịu ảnh hưởng khống chế của đỉnh lũ hoặc lượng lũ của một thời khoảng nào đó, đặc biệt đối với lũ nhiều đỉnh, quá trình lũ kéo dài hoặc cần phân tích các tổ hợp lũ khu vực phức tạp

tỉ mỉ Có thể chia thành thời kỳ lũ sớm, thời kỳ lũ chính vụ, thời kỳ lũ cuối vụ hay thời

kỳ lũ tiểu m∙n, thời kỳ lũ muộn

Các phân kỳ ngoài yêu cầu khác nhau về nguyên nhân hình thành mà cả về độ lớn (như trị số bình quân của kỳ, trị số lớn nhất năm, hệ số biến đổi ) và hình dạng lũ cũng khác nhau

Một kỳ không nên nhỏ hơn một tháng, nhất là khi chuỗi số liệu ngắn, sự thay đổi qua các năm, chênh lệch về mùa của các kỳ không nhiều, để đảm bảo độ chính xác lại càng không nên chia nhỏ

Khi chọn mẫu vượt kỳ thì cũng không nên vượt quá 5 á 10 ngày

Lũ lịch sử nên căn cứ vào ngày xuất hiện thuộc kỳ nào thì mẫu là của kỳ đó

3.6.4 ứng dụng của lũ phân kỳ thiết kế

1 Khi chọn mẫu theo cách không vượt kỳ, nếu kỳ lân cận có trị số thiết kế lớn hơn trị số thiết kế của kỳ đ∙ chọn thì có thể mượn dùng trị số đó trong phạm vi xê dịch không quá 5 á 10 ngày Cũng có thể dùng phương pháp quá độ dần các trị số thiết

kế của lũ phân kỳ

Nếu mẫu đ∙ chọn theo cách vượt kỳ thì khi dùng có thể không vượt kỳ

108 sổ tay KTTL * Phần 1 - cơ sở kỹ thuật thủy lợi * Tập 4

2 Khi tính lũ thiết kế cho thi công, nhiều khi cần lũ thiết kế cho thời kỳ nhỏ hơn một tháng, lúc đó có thể vẽ các trị số thiết kế cùng tần suất của lũ phân kỳ (kỳ không nhỏ hơn một tháng) theo thời gian lên cùng biểu đồ phân phối dòng chảy trong năm và căn cứ vào qui luật biến đổi theo mùa của lũ để vẽ đường phân phối

lũ phân kỳ theo năm và suy ra lũ phân kỳ có thời khoảng nhỏ hơn một tháng

p

điển hình

T T

WK

W - lượng lũ điển hình của thời khoảng T tại mặt cắt thiết kế

Đây là phương pháp thường dùng trong thiết kế công trình, đặc biệt là trường hợp

có nhiều phân khu và tình hình tổ hợp phức tạp Nếu gặp trường hợp sau khi thu phóng, một phân khu nào đó có lượng lũ vượt tiêu chuẩn thiết kế thì cần phân tích và luận chứng kết quả tổ hợp

1 Khi tại mặt cắt thiết kế xuất hiện lượng lũ thiết kế với tần suất P là Whạ,p, tại mặt cắt thượng lưu xuất hiện lượng lũ với cùng tần suất P là Wthượng,p thì lượng lũ khu giữa tương ứng Wkg sẽ là:

Wkg = Whạ,p – Wthượng,p (3-23)

2 Khi tại mặt cắt thiết kế xuất hiện lượng lũ thiết kế với tần suất P là Whạ,p tại khu giữa xuất hiện lượng lũ với cùng tần suất P là Wkg,p thì lượng lũ tại mặt cắt thượng lưu tương ứng Wthượng sẽ là:

Wthượng = Whạ,p – Wkg,p (3-24) Hai tổ hợp trên là tổ hợp chỉ có tính đại biểu ở mức độ nhất định, không phải tổ hợp khu vực có khả năng xuất hiện nhất, cũng không phải tổ hợp bất lợi nhất Nếu qua phân tích thấy khả năng xuất hiện lũ cùng tần suất là ít thì không nên dùng phương pháp này

3.8 N-ớc lũ thiết kế vào hồ chứa

Phân tích tần suất chuỗi nước lũ vào hồ, xác định nước lũ thiết kế vào hồ chứa Phương pháp này đòi hỏi có chuỗi số liệu nước lũ vào hồ chứa được quan trắc nhiều năm Tùy tình hình số liệu, có thể xác định nước lũ vào hồ chứa bằng các phương pháp sau:

1 Khi ở dòng chính gần khu nước vật của hồ chứa nước và trên sông nhánh chính có số liệu đo lũ nhiều năm và diện tích khu giữa từ mặt cắt vào hồ đến tuyến đập không lớn:

- Ước tính nước lũ vào hồ chứa của khu giữa

- Diễn toán riêng rẽ lưu lượng dòng chính, sông nhánh và khu giữa đến mặt cắt vào

Khi ở dòng chính, các sông nhánh và ở tuyến đầu đều có tài liệu thực đo, thì nước

lũ khu giữa chính bằng hiệu số nước lũ tại tuyến đập trừ đi tổng lượng nước cộng chồng

được diễn toán lưu lượng từ các mặt cắt sông đến đập

110 sổ tay KTTL * Phần 1 - cơ sở kỹ thuật thủy lợi * Tập 4

Khi diện tích mặt đất của khu giữa khá lớn có điều kiện địa lý tự nhiên và đặc tính nước lũ tương tự và trong đó có một nhánh nhỏ có tài liệu thực đo thì nước lũ khu giữa

có thể tính theo tỷ lệ diện tích với nước lũ của sông nhánh đó Nếu diện tích mặt đất khu giữa nhỏ thì nước lũ khu giữa có thể ước tính bằng cách hiệu chỉnh nước lũ của lưu vực tương tự theo tỷ lệ diện tích

Khi thiếu tài liệu nước lũ thực đo có thể xác định gián tiếp nước lũ khu giữa từ tài liệu mưa, như phương pháp đường đơn vị

Nước lũ trên mặt hồ tính theo lượng mưa và diện tích mặt hồ, lúc đó hệ số dòng chảy lấy bằng 1,0 Nước lũ trên mặt hồ chảy trực tiếp vào hồ không cần xét đến thời gian tập trung nước

2 Khi chuỗi tài liệu lũ ở vị trí tuyến đập tương đối dài mà tài liệu lũ vào hồ chứa của dòng chính và các nhánh ngắn thì có thể chuyển một số năm hoặc toàn chuỗi số liệu

lũ ở vị trí tuyến đập thành chuỗi số liệu lũ vào hồ chứa bằng phương pháp diễn toán

lũ ngược hoặc đường cong lượng trữ Có thể chỉ xác định chuỗi nước lũ vào hồ chứa của một số năm, từ đó xây dựng quan hệ tương quan giữa lũ vào hồ và lũ tại tuyến

đập để tìm ra nước lũ vào hồ chứa của những năm còn lại

- Phương pháp lưu lượng trữ, công thức diễn toán lũ ngược như sau:

O1, O2 - lưu lượng ra, đầu và cuối thời khoảng (tại tuyến đập);

K - khoảng cách thời gian từ trung tâm quá trình lưu lượng vào và ra;

X, K - chọn theo phương pháp thử sai, Dt chọn trong phạm vi K ³Dt ³ 2KX

Nếu thiếu tài liệu thực đo trên sông chính và sông nhánh có thể sử dụng đường

H ~ Q ổn định ở tuyến đập, tìm X từ phương pháp đoạn sông thay thế và chọn K = Dt, sau đó dùng công thức (3-25) và xác định nước lũ vào hồ chứa từ nước lũ tại tuyến đập Xác định X từ đoạn sông thay thế theo công thức sau: