Ôn tập Thủy văn công trình

Khái niệm về mưa và các đặc trưng biểu thị (lượngmưa, cường độ mưa, đường quá trình mưa, lượngmưa lớn nhất thời đoạn, cường độ mưa bình quânlớn nhất thời đoạn) (LT) Các phương pháp tính mưa bình quân lưu vực vàđiều kiện ứng dụng . (LT+BT) Khái niệm và ý nghĩa của các đặc trưng biểu thịdòng chảy. Mối liên hệ giữa chúng. (LT) Thiết lập phương trình cânKhái niệm về mưa và các đặc trưng biểu thị (lượngmưa, cường độ mưa, đường quá trình mưa, lượngmưa lớn nhất thời đoạn, cường độ mưa bình quânlớn nhất thời đoạn) (LT) Các phương pháp tính mưa bình quân lưu vực vàđiều kiện ứng dụng . (LT+BT) Khái niệm và ý nghĩa của các đặc trưng biểu thịdòng chảy. Mối liên hệ giữa chúng. (LT) Thiết lập phương trình cânKhái niệm về mưa và các đặc trưng biểu thị (lượngmưa, cường độ mưa, đường quá trình mưa, lượngmưa lớn nhất thời đoạn, cường độ mưa bình quânlớn nhất thời đoạn) (LT) Các phương pháp tính mưa bình quân lưu vực vàđiều kiện ứng dụng . (LT+BT) Khái niệm và ý nghĩa của các đặc trưng biểu thịdòng chảy. Mối liên hệ giữa chúng. (LT) Thiết lập phương trình cân

Ôn tập Thủy văn công trình

Chương 2

 Khái niệm về mưa và các đặc trưng biểu thị (lượng mưa, cường độ mưa, đường quá trình mưa, lượng mưa lớn nhất thời đoạn, cường độ mưa bình quân lớn nhất thời đoạn) (LT)

 Các phương pháp tính mưa bình quân lưu vực và điều kiện ứng dụng (LT+BT)

 Khái niệm và ý nghĩa của các đặc trưng biểu thị

dòng chảy Mối liên hệ giữa chúng (LT)

 Thiết lập phương trình cân bằng nước tổng quát, PTCBN cho lưu vực kín và hở trong thời đoạn bất

kỳ và trong thời kỳ nhiều năm (LT)

1 Các đặc trưng mưa

 Lượng mưa: là lớp nước mưa đo được tại một trạm quan trắc trên một đơn vị diện tích trong một thời đoạn nào đó Ký hiệu: HT Đơn vị: mm.

 Lượng mưa trận, Lượng mưa ngày, Lượng mưa tháng, Lượng mưa năm

 Cường độ mưa: Là lượng mưa rơi trong một đơn vị thời gian Ký hiệu: at Đơn vị: mm/h, mm/phút.

 Đường quá trình mưa: là sự biến đổi của cường độ mưa theo thời gian

a t (mm/ph)

t T

t 1 t 2

a t max

H t1-t2

 a T

 Cường độ mưa tức thời:

 là lượng mưa đo được trong một đơn vị thời gian tại một thời điểm bất kỳ ở một vị trí quan trắc Ký hiệu: at Đơn vị mm/h hoặc mm/phút

 Đường quá trình mưa:

 Sự thay đổi của cường độ mưa theo thời gian trong một trận mưa gọi là quá trình mưa

 Đồ thị biểu thị sự thay đổi của cường độ mưa theo thời gian gọi

là đường quá trình mưa K/h: at ~t

 Cường độ mưa bình quân thời đoạn:

 Là cường độ mưa tính bình quân trong khoảng thời gian Dt,

được tính theo công thức:

 Lượng mưa lớn nhất thời đoạn:

 Là lượng mưa trong khoảng thời gian T được chọn trên

đường quá trình mưa at ~t sao cho lượng mưa trong thời

đoạn đó là lớn nhất K/h: HT

 Thông thường, khoảng thời gian T có chứa đỉnh mưa amax, sẽ cho lượng mưa lớn nhất thời đoạn T

 Cường độ mưa bình quân lớn nhất thời đoạn:

 Là cường độ mưa trong khoảng thời gian T được chọn trên đường quá trình mưa at ~t sao cho cường độ mưa trong thời đoạn đó là lớn nhất

T H

2 Các ph-ơng pháp tính m-a bỡnh quân l-u vực

• Ph-ơng pháp bỡnh quân số học

• Ph-ơng pháp đa giác Theisson

• Ph-ơng pháp đ-ờng đẳng trị

Ph-¬ng ph¸p bình qu©n sè häc

n

X X

Ph-ơng pháp đa giác Theissen

 Cơ sở của ph-ơng pháp: coi l-ợng m-a

đo đ-ợc ở một vị trí nào đó trên l-u vực

chỉ đại diện cho l-ợng m-a của một vùng

nhất định quanh nó

 Nội dung phương phỏp:

 Nối các trạm đo m-a bằng các đoạn

thẳng

 Kẻ đ-ờng trung trực của các đoạn thẳng

đó

 Cỏc đường trung trực này chia lưu vực

thành cỏc đa giỏc Lượng mưa của

trạm đo nằm trong mỗi đa giỏc là lượng

mưa bỡnh quõn của phần diện tớch

thuộc đa giỏc đú.

Ph-ơng pháp đa giác Theissen (tiếp)

 Xác định l-ợng m-a bỡnh quân l-u vực:

Trong đó:

Xi là l-ợng m-a tại trạm thứ i đại diện cho

mảnh diện tích thứ i;

n là số đa giác (hoặc trạm m-a);

fi là diện tích của khu vực thứ i;

X f X

1 1

Ph-¬ng ph¸p ®a gi¸c Theissen (tiÕp)

 NhËn xÐt:

 Ph-¬ng ph¸p nµy øng dông ®-îc khi trªn l-u vùc vµ l©n cËn nã

cã nhiÒu ®iÓm ®o m-a víi n3

 Ph-¬ng ph¸p ®a gi¸c lµ ph-¬ng ph¸p th-êng dïng nhÊt trong tÝnh to¸n thuû văn hiÖn nay

 -u ®iÓm cña ph-¬ng ph¸p: xÐt ®-îc quyÒn sè diÖn tÝch fi/F (so víi ph-¬ng ph¸p bình qu©n sè häc)

Ph-ơng pháp đ-ờng đẳng trị

 Đường đẳng trị mưa là đường

cong nối liền cỏc điểm trờn

bản đồ cú lượng mưa bằng

nhau

 Các b-ớc thực hiện:

 Dựa vào tài liệu quan trắc

trong và ngoài l-u vực đồng

2000mm

1800mm 1600mm

1400mm

1200mm

1800mm 1600mm

1400mm

1200mm

F

X X

f X

n

i

i i

Ph-ơng pháp đ-ờng đẳng trị (tiếp)

 Nhận xét:

 Ph-ơng pháp này cho kết quả chính xác nhất

 Ph-ơng pháp này không chỉ cho ta tính đ-ợc l-ợng m-a bỡnhquân l-u vực mà còn cho biết quy luật biến đổi của m-a theo không gian (vị trí tâm m-a, giảm dần về các h-ớng nh- thế nào )

 Khối l-ợng tính toán lớn, cần tài liệu đủ nhiều, trạm phân bố

đều trong không gian

3 Dòng chảy sông ngòi và các

đại lượng biểu thị

 Thuật ngữ “Dòng chảy” được dùng để chỉ

khả năng cung cấp nước của một lưu vực

sông nào đó trong một khoảng thời gian nhất định.

 Lưu lượng dòng chảy Q(m3/s)

 Là lượng nước sinh ra trên lưu vực đi qua mặt cắt cửa ra trong đơn vị thời gian 1 giây

 Lưu lượng tại một thời điểm bất kỳ gọi là lưu lượng tức thời

 Sự thay đổi của lưu lượng theo thời gian gọi là quá trình lưu lượng

 Đồ thị của quá trình lưu lượng gọi là đường quá trình lưu lượng

 Lưu lượng bình quân trong một thời khoảng T bất kỳ là giá trị trung bình của lưu lượng trong khoảng thời gian đó

n i

i





 1

Các đại lượng biểu thị dòng chảy sông ngòi (tiếp)

 Tổng lượng dòng chảy W(m3)

 Là lượng nước sinh ra trên lưu vực chảy qua

mặt cắt cửa ra trong một khoảng thời gian nào đó.

 Trong thực tế, nếu có n thời đoạn tính toán thì:

 Qi là lưu lượng bình quân trong thời đoạn thứ i

dt t Q W

i n

i

i t Q

W

1

Các đại lượng biểu thị dòng chảy sông ngòi

(tiếp)

 Độ sâu dòng chảy Y (mm)

 Nếu trải đều tổng lượng nước trên toàn bộ

bề mặt diện tích lưu vực được một lớp

nước gọi là độ sâu dòng chảy hoặc lớp

dòng chảy

 Công thức tính toán:

 Mô đun dòng chảy M(l/s.km2)

 Là lượng nước sinh ra trên mỗi đơn vị diện

tích lưu vực trong một đơn vị thời gian.

 Hệ số dòng chảy a

 Là tỉ số giữa độ sâu dòng chảy và lượng

mưa tương ứng sinh ra dòng chảy trong

thời gian T

3

10 



F

W Y

X

Y

 a

F

Q M

3

10



4 Phương trình cân bằng

nước

 Nguyên lý cân bằng nước:

 “Xét trong một thời đoạn bất kỳ, chênh lệch giữa lượng nước đến và lượng nước đi ra khỏi một thể tích bằng lượng nước tích đọng trong thể tích

đấy.”

Ph ương trình cân bằng nước tổng

 Lượng nước mặt đi: Ym2

 Lượng nước ngầm đi: Yng2

 Chênh lệch trữ lượng nước trên khu vực tại

đầu và cuối thời đoạn tính toán: D W= W2 -W1

 Trong một thời đoạn bất kỳ

 Đối với lưu vực kín:

 Vì đường phân chia nước mặt và đường phân chia nước ngầm trùng nhau nên: Ym1=0, Yng1=0

 Đặt Y= Ym2+Yng2; Z= Z2-Z1

X-(Z+Y)= D W

 Đối với lưu vực hở:

 Vì đường phân chia nước mặt và đường phân chia nước ngầm không trùng nhau, nên: Ym1=0, Yng1≠0

X+Yng1-(Z+Y)= D W

Phương trình cân bằng nước viết cho lưu

vực

 Trong thời kỳ nhiều năm

 Đối với lưu vực kín:

 PTCBN viết cho năm thứ i: Xi-(Zi+Yi)= D Wi

 PTCBN viết cho n năm:  Xi-  Zi-  Yi= D Wi

 Chia cả 2 vế cho n và đặt:

 X0=(  Xi)/n là chuẩn mưa năm

 Y0=(  Yi)/n là chuẩn dòng chảy năm

 Z0=(  Zi)/n là chuẩn bốc hơi năm

 Trong thời kỳ nhiều năm có năm thừa nước, có năm thiếu nước nên D Wi  0

Chương 3

 Khái niệm đường tần suất, đường tần suất kinh

nghiệm và đường tần suất lý luận Các phương

pháp vẽ đường tần suất lý luận (LT)

 Các tham số thống kê và ảnh hưởng của các tham

số thống kê đến dạng đường tần suất lý luận

(LT+BT)

 Khái niệm về tương quan thống kê, đường hồi quy (LT) Cách xác định phương trình đường hồi quy, hệ

số tương quan (BT).

1 Đường tần suất

 Đường tần suất là đường quan hệ giữa tần suất luỹ tích và giá trị của biến ngẫu nhiên

 Đường tần suất kinh nghiệm:

 là đường cong trơn đi qua trung tâm nhóm điểm biểu diễn tần suất xuất hiện của đại lượng ngẫu nhiên nhận giá trị X≥xi

 Đường tần suất lý luận

 là đường cong toán học được dùng để biểu thị quy luật phân bố xác suất của đại lượng ngẫu nhiên

Các phương pháp vẽ đường tần suất

 Cột 4: Tính tần suất kinh nghiệm

theo một trong các công thức tần suất kinh nghiệm thường dùng trong thuỷ văn

 Chấm quan hệ cột 1 hoặc cột 3 và

cột 4 lên giấy tần suất

 Vẽ đường cong trơn đi qua trung

tâm nhóm điểm được đường tần

suất kinh nghiệm

TT Xi Ki Pi(1) (2) (3) (4)

 Xác định các đặc trưng thống kê: X, Cv

 Giả định Cs=mCv, với m=1(hoặc 2,3,4,5,6)

 Lựa chọn dạng đường phân phối xác suất (PIII hoặc KM)

 Xây dựng đường tần suất lý luận

 Kiểm tra sự phù hợp giữa đường TSLL và đường TSKN

 Nếu chưa phù hợp giả thiết lại m và tính lại

b) Phương pháp 3 điểm

 Vẽ đường tần suất kinh nghiệm

 Lựa chọn bộ 3 điểm trên đường TSKN (x1, p1), (x2, p2), (x3,p3)

 Nên chọn bộ 3 điểm đã có sẵn bảng tra:

VD:(X1%, X50%, X99%) (X3%, X50%, X97%)

(X5%, X50%, X95%) (X10%, X50%, X90%)

 Tính hệ số lệch S

3 1

2 3

1

3 1

2 3

x x

x S

Phương pháp 3 điểm (tiếp)

2 Ảnh hưởng của các tham số thống kê

đến đường tần suất

 Ảnh hưởng của trị số bình quân:

 Trị số trung bình ảnh hưởng đến vị trí của đường tần suất so với trục hoành.

Cv=constCs=const

Ảnh hưởng của các tham số thống kê

đến đường tần suất (tiếp)

 Ảnh hưởng của hệ số phân tán

 Hệ số Cv ảnh hưởng đến độ dốc của đường tần suất

Ảnh hưởng của các tham số thống kê

đến đường tần suất (tiếp)

 Ảnh hưởng của hệ số thiên lệch

 Hệ số Cs ảnh hưởng đến độ cong của đường tần suất

3 Tương quan thống kê (bài

n

i

i y



 x x 

y y

n

i

i i

y y

x x

y y

x x

2 2

n

i

i x



1 Dòng chảy năm, dòng chảy

năm thiết kế

 “Dòng chảy năm là lượng dòng chảy sinh ra trên lưu vực và chảy qua mặt cắt cửa ra lưu vực trong khoảng thời gian là một năm cùng với sự thay đổi của nó trong khoảng thời gian đó.”

Các đặc trưng biểu thị dòng chảy năm

 Lưu lượng bình quân năm Qn (m3/s)

 Là trị số lưu lượng tính bình quân cho thời đoạn một năm

 Qi: lưu lượng bình quân tháng thứ i

 Qj là lưu lượng bình quân ngày thứ j

 Tổng lượng dòng chảy năm Wn (m3):

 Là lượng dòng chảy qua mặt cắt cửa ra của lưu vực trong khoảng thời gian bằng một năm

Wn= Qn 31,5.106

12

12 1





 i

i n

Q Q

Q Q

 Mô đun dòng chảy năm Mn (l/s.km2)

 Là môđun dòng chảy tính cho thời đoạn một năm

b Dòng chảy chuẩn

 Dòng chảy chuẩn là trị số trung bình của đặc trưng dòng chảy năm

trong thời kỳ nhiều năm đã tiến tới ổn định, với điều kiện cảnh quan địa

lý và điều kiện địa chất không thay đổi

 Các đặc trưng biểu thị:

 Lưu lượng dòng chảy chuẩn Q0 (m3/s):

Trong đó Qi là lưu lượng bình quân năm thứ i; n là số năm quan trắc

 Lượng dòng chảy chuẩn W0 (m3): W0= Q0 31,5.106

 Mô đun dòng chảy chuẩn M0(l/s.km2): M0=(Q0/F).103

 Lớp dòng chảy chuẩn Y0 (mm): Y0=(W0/F).10-3

 Hệ số dòng chảy chuẩn a0: a0 =Y0/X0

n

Q Q

n

i i





 1 0

c Dòng chảy năm thiết kế

 Dòng chảy năm thiết kế là dòng chảy năm được tính ứng với một tần suất thiết kế nào đó.

 Trị số dòng chảy năm thiết kế là cơ sở để xác định mức độ cấp nước của con sông

 Tần suất thiết kế hay mức bảo đảm cấp nước P(%) phụ thuộc vào yêu cầu về cung cấp nước

Các đặc trưng biểu thị dòng chảy năm thiết kế

 Các đặc trưng biểu thị dòng chảy năm thiết kế:

 Lưu lượng dòng chảy năm thiết kế Qnp (m3/s)

 Tổng lượng dòng chảy năm thiết kế Wnp (m3)

 Mô đun dòng chảy năm thiết kế Mnp (l/s.km2)

 Lớp dòng chảy năm thiết kế Ynp (mm)

 Để xác định trị số dòng chảy năm thiết kế, có thể mô tả tổng quát bằng công thức sau:

Qnp = Q0 Kp

Trong đó

 Kp: biến suất dòng chảy năm thiết kế được xác định bằng bảng tra trong quy phạm, phụ thuộc vào (P, Cv, Cs)

 Qnp: lưu lượng dòng chảy năm thiết kế

 Q0: lưu lượng dòng chảy chuẩn

2 Các phương pháp xác định dòng chảy năm thiết kế

 TH có nhiều tài liệu đo đạc thủy văn

 TH có ít tài liệu đo đạc thủy văn

 TH không có tài liệu đo đạc thủy văn

a) Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có đủ tài liệu đo đạc thủy văn

 Chọn mẫu tính toán: đảm bảo đủ 3 tiêu chuẩn đồng nhất, độc lập, đại biểu

 Đánh giá tính đại biểu của chuỗi

 Theo sai số quân phương

 Theo đường luỹ tích sai chuẩn

 Vẽ đường tần suất lý luận

 theo một trong các phương pháp: phương pháp thích hợp dần, phương pháp 3 điểm của Alechxayep

 Xác định đặc trưng thuỷ văn thiết kế

%

100 2

1

% 100

2

0

n C n C

v Cv

v Q

b) Tính toán dòng chảy năm thiết

kế khi có ít tài liệu

 Nguyên tắc:

 kéo dài tài liệu dòng chảy năm của lưu vực tính toán, sau

đó xác định dòng chảy năm thiết kế giống như trong

trường hợp có nhiều tài liệu đo đạc

 Phương pháp:

 Mô hình toán: mô phỏng quan hệ mưa dòng chảy

 Phân tích tương quan: xây dựng quan hệ tương quan giữa đặc trưng thuỷ văn của lưu vực nghiên cứu và lưu vực

tương tự

 Nguyên tắc:

 kéo dài tài liệu dòng chảy năm của lưu vực tính toán, sau

đó xác định dòng chảy năm thiết kế giống như trong

trường hợp có nhiều tài liệu đo đạc

 Phương pháp:

 Mô hình toán: mô phỏng quan hệ mưa dòng chảy

 Phân tích tương quan: xây dựng quan hệ tương quan giữa đặc trưng thuỷ văn của lưu vực nghiên cứu và lưu vực

tương tự

Phương pháp phân tích tương quan kéo dài

tài liệu

 Bước 1: Chọn lưu vực tương tự dựa trên các tiêu chuẩn sau:

 Sự tương tự về điều kiện khí hậu

 Các điều kiện về địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, mức độ che phủ của rừng và mức độ khai phá lưu vực gần như nhau

 Diện tích lưu vực không chênh nhau quá 5 đến 10 lần

 Chất lượng tài liệu tốt, thời kỳ đo đạc dài

 Có ít nhất 6 cặp điểm quan trắc đồng bộ và phải khống chế được 70-80% biên độ dao động dòng chảy năm của sông tương tự

 Đường quan hệ có đa số điểm không vượt xa đường trung bình quá 15%

 Hệ số tương quan  ≥ 0.8

Phương pháp phân tích tương quan kéo dài

tài liệu

 Bước 1: Chọn lưu vực tương tự dựa trên các tiêu chuẩn sau:

 Sự tương tự về điều kiện khí hậu

 Các điều kiện về địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, mức độ che phủ của rừng và mức độ khai phá lưu vực gần như nhau

 Diện tích lưu vực không chênh nhau quá 5 đến 10 lần

 Chất lượng tài liệu tốt, thời kỳ đo đạc dài

 Có ít nhất 6 cặp điểm quan trắc đồng bộ và phải khống chế được 70-80% biên độ dao động dòng chảy năm của sông tương tự

 Đường quan hệ có đa số điểm không vượt xa đường trung bình quá 15%

 Hệ số tương quan  ≥ 0.8

Phương pháp phân tích tương quan kéo dài

tài liệu

 Bước 2: Kéo dài tài liệu

 Kéo dài trực tiếp: xác định từng số liệu bị thiếu

 Xác định phương trình hồi quy

y=b1*ya+b2

Ghi chú: chỉ số “a” là chỉ số của lưu vực tương tự

 Tính toán bổ sung số liệu thiếu cho lưu vực nghiên cứu theo phương trình hồi quy

 Kéo dài gián tiếp: xác định các tham số thống kê (Trường hợp tương quan tuyến tính)

 Phương pháp đồ giải

Xác định phương trình hồi quy

 Xác định dòng chảy chuẩn theo phương trình hồi quy:

M0=b1*M0a+b2

 Xác định hệ số phân tán Cv

 Trong đó a là góc giữa đường quan hệ với trục biểu thị dòng chảy của lưu vực tương tự

 a: chỉ số của lưu vực tương tự

 Xác định hệ số thiên lệch Cs=mCv ; trong đó m mượn của lưu vực tương tự hoặc lấy m=2.

a

tg M

M C

 Kéo dài gián tiếp: xác định các tham số thống kê (Trường hợp tương quan tuyến tính)

 Phương pháp giải tích

 Xác định dòng chảy chuẩn theo phương trình hồi quy:

Trong đó:

  là hệ số tương quan

 n là số năm quan trắc song song

 N là số năm có tài liệu dài của lưu vực tương tự

  Qn và  Qna là trị số lưu lượng bình quân năm của lưu vực nghiên cứu và lưu vực tương tự tính trung bình trong thời kỳ n năm

Phương pháp phân tích tương quan kéo dài tài liệu (tiếp)

 Kéo dài gián tiếp: xác định các tham số thống kê (Trường hợp tương quan tuyến tính)

 Phương pháp giải tích (tiếp)

 N là trị số khoảng lệch quân phương trong thời kỳ N năm được xác định

Na na

n N

c) Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi không có tài liệu

*) Xác định dòng chảy chuẩn

 Phương pháp lưu vực tương tự

 Phương pháp nội suy địa lý

 Phương pháp công thức kinh nghiệm

 Sử dụng phương trình cân bằng nước

Phương pháp lưu vực tương tự

 Mượn hệ số dòng chảy chuẩn của LVTT

Phương pháp nội suy địa lý

 Dựa vào bản đồ đẳng trị mô đun dòng chảy chuẩn

M0 hoặc lớp dòng chảy chuẩn Y0

 Trong đó: fi là diện tích bộ phận của lưu vực nằm giữa hai đường đẳng trị M0i và M0i+1

F

f

M M

M

i n

i

i i

0

2

Phương pháp công thức kinh nghiệm

1

0 0 0

0 0

1

1

Z X y

b X

a y

n n