...GT Du bao thuy van.pdf tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực ki...
Trang 1BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
-
TS Nguyễn Viết Thi
GIÁO TRÌNH
DỰ BÁO THỦY VĂN
Hà Nội, 12/2013
Trang 21
Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, sử dụng nguồn nước, quản lý tài nguyên nước và đặc biệt là công tác phòng tránh giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai như lũ, lụt, lũ quét, hạn hán gây ra, nhu cầu về dự báo thuỷ văn ngày càng gia tăng ở mọi cấp trong
cả nước
Để đáp ứng yêu cầu trên, việc đào tạo chuyên môn dự báo cho các kỹ sư thuỷ văn
là hết sức quan trọng Giáo trình dự báo thủy văn này ra đời nhằm cung cấp cho sinh viên ngành Thủy văn những kiến thức cơ bản và các khái niệm, yêu cầu thực tề đối với
dự báo thủy văn, các phương pháp cơ bản, cổ truyền và cập nhật các phương pháp hiện đại đang và sẽ dùng trong dự báo thủy văn ở Việt Nam và thế giới
Giáo trình dự báo thuỷ văn này được biên soạn trên cơ sở kế thừa những giáo trình
đã có, đồng thời được bổ sung những kiến thức và công nghệ mới cần thiết, đáp ứng được mục tiêu đào tạo sinh viên ngành thủy văn ở bậc Đại học
Giáo trình dự báo thuỷ văn được trình bày trong 7 chương:
- Chương 1: Đánh giá sai số trong dự báo thủy văn;
- Chương 2: Dự báo dòng chảy theo quy luật chuyển động của nước trong sông;
- Chương 3: Dự báo bằng phương pháp tính gần đúng dòng không ổn định;
- Chương 4: Dự báo dòng chảy từ mưa;
- Chương 5: Mô hình dự báo thủy văn;
- Chương 6: Dự báo thủy văn hạn vừa và hạn dài;
- Chương 7: Dự báo hồ chứa
Giáo trình chắc chắn không tránh khỏi những khiếm khuyết, tác giả mong nhận được các góp ý và xin chân thành cảm ơn về sự nhận xét, góp ý của đồng nghiệp và bạn đọc
Hà Nội, tháng 12 năm 2013
Tác giả
Nguyễn Viết Thi
Trang 3Giáo trình dự báo thủy văn TS Nguyễn Viết Thi
2
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT 6
Chương 1. DỰ BÁO THỦY VĂN VÀ ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO THUỶ VĂN 7
1.1 CÁC KHÁI NIỆN VỀ DỰ BÁO THỦY VĂN 7
1.2 PHÂN LOẠI DỰ BÁO THỦY VĂN 8
1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN DỰ BÁO THỦY VĂN 9
1.3.1 Lịch sử phát triển dự báo thủy văn Thế giới 9
1.3.2 Lịch sử phát triển dự báo thủy văn ở Việt Nam 10
1.4 HỢP TÁC QUỐC TẾ 12
1.5 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ NGUYÊN TẮC CHUNG VỀ VIỆC XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO THUỶ VĂN 12
1.6 ĐÁNH GIÁ SAI SỐ DỰ BÁOYẾU TỐ 14
1.6.1 Sai số cho phép dự báo yếu tố 14
1.6.2 Sai số cho phép dự báo thủy văn hạn ngắn và hạn vừa 14
1.6.3 Sai số cho phép dự báo thủy văn hạn dài và siêu dài 14
1.6.4 Sai số cho phép dự báo thời gian xuất hiện đỉnh lũ 17
1.6.5 Đánh giá chất lượng dự báo yếu tố 17
1.7 ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO 17
1.8 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ DỰ BÁO PHỤC VỤ 178
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 20
Chương 2 DỰ BÁO DÒNG CHẢY THEO QUY LUẬT CHUYỂN ĐỘNG CỦA NƯỚC TRONG SÔNG 21
2.1 LÝ THUYẾT CHUYỂN ĐỘNG CỦA SÓNG LŨ 21
2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DỐC PHỤ GIA 23
2.3 TÍNH TỐC ĐỘ TRUYỀN LŨ 26
2.4 TÍNH THỜI GIAN TRUYỀN LŨ 27
2.5 PHƯƠNG TRÌNH LƯU LƯỢNG TƯƠNG ỨNG 28
2.5.1 Phương trình lưu lượng tương ứng viết cho đoạn sông không nhánh lớn 28 2.5.2 Phương trình lưu lượng tương ứng viết cho đoạn sông có nhánh lớn 29
2.6 PHƯƠNG TRÌNH MỰC NƯỚC TƯƠNG ỨNG 29
2.6.1 Phương trình mực nước tương ứng viết cho đoạn sông không nhánh 29
2.6.2 Phương trình mực nước tương ứng viết cho đoạn sông có nhánh lớn 30
2.7 LẬP PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO BẰNG PHƯƠNG PHÁP Q, H TƯƠNG TỰ TRÊN ĐOẠN SÔNG KHÔNG NHÁNH 31
2.7.1 Xác định thời gian truyền lũ trên đoạn sông không nhánh 31
2.7.2 Lập phương án dự báo bằng phương pháp Q (H) tương ứng cho đoạn sông không nhánh lớn 37
Trang 43
2.8 DỰ BÁO TRÊN ĐOẠN SÔNG CÓ NHÁNH 40
2.8.1 Ảnh hưởng của giao thoa sóng lũ đến thời gian truyền lũ ττττ 40
2.8.2 Xác định thời gian truyền lũ trên đoạn sông có nhánh 41
2.8.3 Xây dựng biểu đồ dự báo 43
2.9 ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP Q, H TƯƠNG ỨNG 47
2.9.1 Độ chính xác dự báo theo phương pháp Q, H tương ứng 47
2.9.2 Yêu cầu đối với việc phân bố tuyến đo khi dự báo theo phương pháp lưu lượng, mực nước tương ứng 48
2.10 DỰ BÁO CHO ĐOẠN SÔNG CÓ ẢNH HƯỞNG TRIỀU 48
2.10.1 Phương pháp hồi quy nhiều biến lọc từng bước 49
2.10.2 Một số ví dụ ứng dụng phương pháp hồi quy nhiều biến lọc từng bước
trong dự báo đoạn sông có ảnh hưởng thuỷ triều 51
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 53
Chương 3. DỰ BÁO BẰNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH GẦN ĐÚNG DÒNG KHÔNG ỔN ĐỊNH 54
3.1 ĐIỂM QUA CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH DÒNG KHÔNG ỔN ĐỊNH 54
3.2 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN HÓA TÍNH DÒNG KHÔNG ỔN ĐỊNH TRONG SÔNG 55
3.3 ĐƯỜNG LƯỢNG TRỮ NƯỚC TRONG SÔNG 56
3.3.1 Tính lượng trữ theo tài liệu địa hình 56
3.3.2 Tính lượng trữ theo tài liệu thuỷ văn 58
3.4 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA ĐƯỜNG LƯỢNG TRỮ TRONG SÔNG 59
3.5 DỰ BÁO BẰNG ĐƯỜNG LƯỢNG TRỮ NƯỚC KINH NGHIỆM 62
3.5.1 Tính đường lượng trữ kinh nghiệm bằng cách lập bảng t W ∆ 62
3.5.1 Dự báo theo đường lượng trữ kinh nghiệm 62
3.6 DỰ BÁO THEO CHỈ SỐ LƯỢNG TRỮ NƯỚC TRONG SÔNG 64
3.6.1 Chỉ số lượng trữ nước trong sông 64
3.6.2 Xây dựng quan hệ dự báo 65
3.7 PHƯƠNG PHÁP DỰA VÀO KHÁI NIỆM ĐOẠN SÔNG ĐẶC TRƯNG 66
3.7.1 Khái niệm và định nghĩa độ dài đoạn sông đặc trưng 66
3.7.2 Tính chiều dài đoạn sông đặc trưng 66
3.7.3 Phương trình dự báo trên đoạn sông đặc trưng 68
3.7.4 Lập phương án dự báo cho một đoạn sông đặc trưng 69
3.7.5 Dự báo cho nhiều đoạn sông đặc trưng 71
3.8 PHƯƠNG PHÁP MUSKINGUM 73
3.9 QUAN HỆ GIỮA PHƯƠNG PHÁP MUSKINGUM VỚI PHƯƠNG PHÁP ĐOẠN SÔNG ĐẶC TRƯNG 75
Trang 5Giáo trình dự báo thủy văn TS Nguyễn Viết Thi
4
3.10 VẤN ĐỀ CHỌN THỜI ĐOẠN TÍNH TOÁN ∆T 78
3.11 TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG ĐOẠN SÔNG NHIỀU SÔNG NHÁNH 79
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 80
Chương 4. DỰ BÁO DÒNG CHẢY TỪ MƯA 82
4.1 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP MƯA – DÒNG CHẢY 82
4.2 LÝ THUYẾT GẦN ĐÚNG VỀ DÒNG CHẢY SƯỜN DỐC 84
4.2.1 Lý thuyết gần đúng tính dòng chảy sườn dốc của Velikhanôv 84
4.2.2 Lý thuyết gần đúng về dòng chảy sườn dốc của Bephani 85
4.3 CÔNG THỨC CĂN NGUYÊN DÒNG CHẢY 87
4.4 TÍNH TỔNG LƯỢNG DÒNG CHẢY TỪ SỐ LIỆU MƯA 89
4.4.1 Tính lượng mưa bình quân lưu vực 89
4.4.2 Tổn thất trên sườn dốc lưu vực 90
4.4.3 Xây dựng quan hệ tương quan mưa rào - dòng chảy 94
4.5 TÍNH DÒNG CHẢY NGẦM 95
4.6 TÍNH ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH DÒNG CHẢY 96
4.6.1 Phương pháp đường đẳng thời 96
4.6.2 Phương pháp đường đơn vị Sherman 97
4.6.3 Cách xây dựng đường đơn vị 98
4.6.4 Đường đơn vị mưa có thời đoạn khác nhau 104
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 109
Chương 5. MÔ HÌNH DỰ BÁO THỦY VĂN 112
5.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔ HÌNH 112
5.2 VAI TRÒ CỦA MƯA DỰ BÁO VÀ MƯA SỐ TRỊ TRONG DƯ BÁO TV 114
5.3 MÔ HÌNH TRONG DỰ BÁO THỦY VĂN 119
5.3.1 Mô hình TANK 119
5.3.2 Mô hình NAM 124
5.3.3 Mô hình MIKE 11 130
5.3.4 Mô hình HEC-HMS 138
5.3.5 Mô hình HEC-RAS 146
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 150
Chương 6 DỰ BÁO THỦY VĂN HẠN VỪA VÀ HẠN DÀI 153
6.1 KHÁI NIỆM CHUNG 153
6.2 DỰ BÁO THỦY VĂN HẠN VỪA 154
6.2.1 Cơ sở của phương pháp dự báo thủy văn hạn vừa 154
6.2.2 Dự báo thủy văn hạn vừa trong thời kỳ không mưa 155
6.2.3 Dự báo thủy văn hạn vừa trong thời kỳ có mưa 156
Trang 65
6.3 DỰ BÁO THỦY VĂN HẠN DÀI 157
6.3.1 Nhu cầu về dự báo thủy văn hạn dài 157
6.3.2 Các yếu tố và hạn dự báo 158
6.3.3 Nhu cầu thông tin phục vụ dự báo thủy văn hạn dài 159
6.3.4 Các phương pháp dự báo thủy văn hạn dài 161
6.3.5 Công nghệ dự báo 173
6.3.6 Một số phương pháp dự báo hạn dài dòng chảy mùa cạn 178
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 178
Chương 7. DỰ BÁO HỒ CHỨA 181
7.1 MƠ ĐẦU 182
7.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA VÀ TÀI LIỆU KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN 182
7.2.1 Đặc trưng lưu vực, hồ chứa và công trình đầu mối 182
7.2.2 Tài liệu địa hình, sử dụng đất 183
7.2.3 Tài liệu khí tượng thủy văn 184
7.2.4 Công tác vận hành hồ chứa 184
7.3 NHỮNG NHU CẦU VỀ DỰ BÁO KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN 184
7.3.1 Giai đoạn dẫn dòng thi công bước một 184
7.3.2 Giai đoạn ngăn dòng (hạp long) 185
7.3.3 Giai đoạn vận hành công trình 185
7.4 DỰ BÁO DÒNG CHẢY ĐẾN HỒ CHỨA 186
7.4.1 Các bài toán dự báo phục vụ hồ chứa 186
7.4.2 Các phương pháp, mô hình ứng dụng trong dự báo hồ chứa 187
7.5 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC HỒ CHỨA 187
7.6 PHƯƠNG PHÁP DIỄN TOÁN HỒ CHỨA 188
7.6.1 Tính toán dòng chảy đến hồ 189
7.6.2 Tính toán dự báo dòng chảy và mực nước hồ 189
7.7 BÀI TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA 191
7.7.1 Nguyên lý điều tiết hồ chứa 191
7.7.2 Giải bài toán điều tiết lũ bằng hồ chứa 192
7.8 MÔ HÌNH HEC-RESSIM 191
7.8.1 Giới thiệu về mô hình HEC-RESSIM 191
7.8.2 Ví dụ ứng dụng mô hình HEC-RESSIM điều tiết hồ chứa sông Vu Gia 193 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 198
TÀI LIỆU THAM KHẢO 199
Trang 7Giáo trình dự báo thủy văn TS Nguyễn Viết Thi
6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TTDBKTTV Trung tâm dự báo KTTV