MÔN HỌC THỦY VĂN CÔNG TRÌNH

Nước trên trái đất tồn tại trong một khoảng không gian gọi là thủy quyển. Khoảng không gian này phát triển đến độ cao 15km trong bầu không khí và đi sâu xuống mặt đất khoảng 1km trong thạch quyển tức là vỏ trái đất.  Nước là một loại tài nguyên quý và được coi là vĩnh cửu. Không có nước thì không có sự sống trên trái đất.  Nước được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp,Nước trên trái đất tồn tại trong một khoảng không gian gọi là thủy quyển. Khoảng không gian này phát triển đến độ cao 15km trong bầu không khí và đi sâu xuống mặt đất khoảng 1km trong thạch quyển tức là vỏ trái đất.  Nước là một loại tài nguyên quý và được coi là vĩnh cửu. Không có nước thì không có sự sống trên trái đất.  Nước được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp,Nước trên trái đất tồn tại trong một khoảng không gian gọi là thủy quyển. Khoảng không gian này phát triển đến độ cao 15km trong bầu không khí và đi sâu xuống mặt đất khoảng 1km trong thạch quyển tức là vỏ trái đất.  Nước là một loại tài nguyên quý và được coi là vĩnh cửu. Không có nước thì không có sự sống trên trái đất.  Nước được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp,Nước trên trái đất tồn tại trong một khoảng không gian gọi là thủy quyển. Khoảng không gian này phát triển đến độ cao 15km trong bầu không khí và đi sâu xuống mặt đất khoảng 1km trong thạch quyển tức là vỏ trái đất.  Nước là một loại tài nguyên quý và được coi là vĩnh cửu. Không có nước thì không có sự sống trên trái đất.  Nước được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp,

MÔN HỌC THỦY VĂN CÔNG TRÌNH

- Môn tiên quyết : Toán I

- Môn học trước: Thủy lực đại cương

 Nội dung tóm tắt môn học:

Trang bị cho sinh viên các kiến thức về quy luật dòng chảy sông ngòi, các phương pháp tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế, điều tiết dòng ứng dụng trong thiết kế, quy hoạch các công trình thủy lợi và quản lý tài nguyên nước

 Tài liệu tham khảo

[1] Ponce, V.M, Engineering Hydrology, Prentise-Hall,

1981, ISBN 0 139459235 (Bản dịch)

[2] Hà Văn Khối và nnk: Thủy văn công trình, Xuất bản

năm 2012

[3] Chow, V.T, Maidment, D.R and Mays, L.W Applied

Hydrology , McGraw-Hill, 1998, ISBN 0-07-010810-2

(Bản dịch đã có tại thư viện trường)

[4] Quy phạm tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế

QP.TL C-6-77, Bộ Thuỷ lợi, 1979

Khái niệm về thủy văn và thủy văn công trình

Vòng tuần hoàn thủy văn

Nhiệm vụ và nội dung của môn học thủy văn công trình

Đặc điểm của hiện tượng thủy văn và phương pháp nghiên cứu

I Khái niệm về thủy văn và thủy văn

công trình

1 Nước trên trái đất

Trên trái đất, nước là loại vật chất phong phú nhất, là

thành phần cấu tạo chính của mọi vật thể sống và là

lực lượng chủ lực làm thay đổi không ngừng hình thể

bề mặt của trái đất Nước giữ vai trò then chốt trong

việc điều hòa nhiệt độ trái đất bảo đảm cho sự sinh

tồn của nhân loại và cũng là nhân tố chủ yếu ảnh

hưởng đến sự tiến triển của nền văn minh (Ven Te

Chow).

 Nước trên trái đất tồn tại trong một khoảng không gian gọi là thủy quyển Khoảng không gian này phát triển đến độ cao 15km trong bầu không khí và đi sâu xuống mặt đất khoảng 1km trong thạch quyển tức là

vỏ trái đất

 Nước là một loại tài nguyên quý và được coi là vĩnh cửu Không có nước thì không có sự sống trên trái đất

 Nước được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, thủy điện, giao thông thủy, nuôi trồng thủy sản …

Lượng nước rất phong phú và tồn tại ở

những dạng khác nhau

Nguồn nước Thể tích nước tính bằng

km 3

Thể tích nước tính bằng dặm khối Phần trăm của nước ngọt Phần trăm của tổng lượng nước

Đại dương, biển,

Nguồn: Gleick, P H., 1996: Tài nguyên nước Bách khoa từ điển về khí hậu và thời tiết S.H Scheneide,

Nhà xuất bản Đại học OXford, New york, quyển 2, trang 817 - 823

Nước phân bố không đều theo không

gian và thời gian

Theo không gian:

–Vùng nhiều nước: Châu Âu, Châu Á

–Vùng ít nước: Châu Phi

Theo thời gian:

–Mùa lũ và mùa kiệt

Thuộc tính của nước

– Hàm lượng các chất hòa tan và chất không hòa tan trong nước (có lợi

hoặc hại theo tiêu chuẩn sử dụng)

 Động thái của nước:

– Sự thay đổi dòng chảy theo thời gian

– Sự trao đổi nước giữa các khu vực chứa nước

– Sự vận chuyển và quy luật chuyển động của nước trong sông

– Sự chuyển động của nước ngầm

– Quá trình trao đổi chất hòa tan

– Truyền mặn

– V.v…

2 Khái niệm thủy văn

Thủy văn là môn khoa học nghiên cứu về nước trên trái đất, sự xuất hiện, chu kỳ và sự phân bố của nước, các đặc tính hoá học và

lý học của nước và sự phản ứng của nước đối với môi trường, bao gồm cả mối quan hệ giữa nước với các vật sống (HĐ Liên bang Mỹ

về Khoa học và Công nghệ).

Thuỷ văn bao gồm thuỷ văn nước mặt và

thuỷ văn nước ngầm; tuy nhiên bản thân

thuỷ văn nước ngầm được xem xét như một

môn học Các khoa học trái đất có liên quan

khác bao gồm khí hậu học, khí tượng học,

địa chất học, địa mạo học, trầm tích học, địa

lý học, và hải dương học.

Thủy văn được ứng dụng trong

 Thiết kế và vận hành các công trình thủy lợi

3 Khái niệm Thủy văn công trình

 Thuỷ văn công trình là một khoa học trái đất ứng dụng Nó sử

dụng các nguyên tắc thuỷ văn trong việc giải quyết các vấn đề

kỹ thuật xuất phát từ sự khai thác nguồn nước trên trái đất của

con người Về nghĩa rộng, thuỷ văn công trình tìm kiếm để thiết

lập các mối quan hệ xác định không gian, thời gian, theo mùa,

theo năm, theo vùng, hoặc các biến đổi mang tính địa lý của

nước, với mục đích các rủi ro xã hội chắc chắn liên quan đến

các công trình và hệ thống thuỷ lợi

 Là những kiến thức của thủy văn có liên quan đến việc thiết kế,

xây dựng và quản lý vận hành các công trình có liên quan đến

nước

Còn gọi là thủy văn thiết kế, hoặc thủy văn ứng dụng

1 Nước ngọt là tài nguyên có hạn

 Nguồn nước trên thế giới rất lớn nhưng nước ngọt mới là yêu cầu cơ bản cho hoạt động dân sinh kinh

tế của con người

 Nước ngọt chiếm tỉ lệ khoảng 3% tổng lượng nước trên trái đất Trong đó,

– 2/3 trong số đó là băng tuyết ở các cực

– Đại bộ phận của phần còn lại là nước ngầm ở độ sâu từ

200 đến 600m, đa phần bị nhiễm mặn

 Nước ngọt có thể khai thác được chiếm khoảng 1%

tổng lượng nước trên trái đất

II Vòng tuần hoàn nước

–Vòng tuần hoàn thuỷ văn mô tả sử dịch chuyển

liên tục lặp lại của nước trên trái đất, liên kết khí

quyển, đất, và đại dương Vòng tuần hoàn rất

phức tạp, chứa đựng nhiều vòng tuần hoàn nhỏ

Để giải thích ngắn gọn, nước bốc hơi từ bề mặt

đại dương, do năng lượng của mặt trời, và tham

gia vào bầu khí quyển, di chuyển vào đất liền Khi

vào đất liên, do tác dụng của trọng lực, nó trở lại

đại dương thông qua các sông suối

2 Nước là tài nguyên có thể tái tạo được

Hình 1-1 Vòng tuần hoàn thủy văn

III Nhiệm vụ và nội dung môn học Thủy văn

công trình

 Cung cấp kiến thức cơ bản về sự hình thành dòng chảy sông

ngòi, lưu vực, quá trình hình thành dòng chảy sông ngòi

 Các phương pháp đo đạc và thu thập tài liệu thủy văn

 Cung cấp các phương pháp tính toán các đặc trưng thủy văn

thiết kế phục vụ công tác quy hoạch, thiết kế và thi công hệ

thống công trình thủy lợi, giao thông và các công trình xây

dựng khác

 Phương pháp tính toán cân bằng nước trong hệ thống, đặc biệt

là cân bằng nước đối với hệ thống hồ chứa nước

Nội dung:

–Chương 1: Giới thiệu chung–Chương 2: Các nguyên lý thủy văn–Chương 3: Phân tích tần suất và phân tích tương quan

–Chương 4: Tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế

–Chương 5: Điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa

Nội dung của môn học Thuỷ văn công trình

IV Đặc điểm hiện tượng thuỷ văn và

phương pháp nghiên cứu

Y=f(X,Z)

Trong đó:

– Y: Dòng chảy sông ngòi

– X: tập hợp các yếu tố khí tượng, khí hậu tham gia vào sự hình thành dòng

chảy sông ngòi

X= (x 1 , x 2 , x 3 , …, x n ) Với x 1 , x 2 , x 3 , …, x n là các đặc trưng khí tượng, khí hậu như mưa, bốc hơi,

nhiệt độ, gió, độ ẩm, số giờ nắng, điểm sương, …

– Z: tập hợp các đặc trưng mặt đệm tác động lên sự hình thành dòng chảy

sông ngòi, biểu thị dưới dạng vectơ

Z= (z 1 , z 2 , z 3 , …, z m ) Với z 1 , z 2 , z 3 , …, z m là các đặc trưng mặt đệm như diện tích lưu vực, độ dốc

lưu vực, điều kiện địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật, …

Nhóm các nhân tố mặt đệm Z có đặc điểm:

–Biến đổi chậm theo thời gian–Sự biến đổi theo không gian tạo thành các vùng, miền có điều kiện mặt đệm đồng nhất

Đặc điểm của hiện tượng thủy văn

 Mang tính ngẫu nhiên:

– Phụ thuộc chủ yếu vào sự biến đổi ngẫu nhiên của nhóm

nhân tố khí hậu, khí tượng

 Mang tính tất định:

– Sự thay đổi có chu kỳ của các xu thế bình quân theo thời

gian: chu kỳ một năm (mùa lũ, mùa kiệt); chu kỳ nhiều năm

(nhóm năm ít nước, nhóm năm nhiều nước)

– Tính quy luật biểu thị quan hệ vật lý của các nhân tố ảnh

hưởng (X, Z) đến các đặc trưng dòng chảy Y

– Tính địa đới của các hoạt động khí hậu, khí tượng tổ hợp

với những hình thế mặt đệm tương đối ổn định của từng

khu vực trên lãnh thổ, dẫn đến tính phân vùng rõ rệt của

hiện tượng thủy văn

Các phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành

– Cơ sở của phương pháp: do hiện tượng thủy văn có tính tất định thể hiện ở tính chu kỳ, sự biến đổi có quy luật theo không gian, dòng chảy là hàm số của các yếu tố khí tượng, các yếu tố mặt đệm

 Phương pháp thống kê xác suất

– Cơ sở của phương pháp: do hiện tượng thủy văn mang tính ngẫu nhiên nên có thể coi các đại lượng đặc trưng của hiện tượng thủy văn là các đại lượng ngẫu nhiên

Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành

 Phương pháp phân tích căn nguyên:

– Thiết lập mối quan hệ các đặc trưng thủy văn cần tính với các

nhân tố ảnh hưởng (khí tượng, mặt đệm)

 Phương pháp lưu vực tương tự

– Các tham số và các đặc trưng thủy văn của lưu vực không có tài

liệu quan trắc được suy ra từ lưu vực khác, có tài liệu đo đạc thủy

văn và có điều kiện hình thành dòng chảy tương tự như lưu vực

cần tính toán

Câu hỏi và thảo luận

Phân biệt khái niệm về Thủy văn và Thủy văn công trình

Vòng tuần hoàn nước là gì? Sơ đồ mô tả tuần hoàn nước và phương trình cân bằng nước toàn cầu.

Các phương pháp nghiên cứu

của dòng chảy do nước mưa hoặc tuyết tan

 Sông là một dải lãnh thổ trên đó có dòng nước chảy tương đối lớn và tương đối ổn định.

 Một tập hợp những sông suối gồm một sông chính và các phụ lưu phân lưu lớn nhỏ có liên quan chặt chẽ với nhau về dòng chảy và lưu vực tập trung nước được gọi là hệ thống sông.

 Ví dụ:

HT sông Hồng: sông Hồng và các sông Đà, Thao, Lô, Gâm…

HT sông Mã: sông Mã và các sông Chu, Âm, Bưởi

3

Phân loại và phân cấp hệ thống sông

 Phân loại:

HT sông hình nan quạt

HT sông hình lông chim

Sông phụ:

Nhập lưu: là dòng sông phụ cung cấp nước cho hệ thống

Phân lưu: là dòng sông phụ lấy nước của hệ thống

 Việc xác định đường chia nước ngầm là rất khó nên thông thường người ta lấy đường chia nước mặt là đường phân

Bèc h¬iDßng ch¶y mÆtThÊmDßng ch¶y ngÇm

MÆt c¾t A-A

§-êng chia n-íc ngÇm



3 Các đặc trưng hình học của lưu vực sông

 Diện tích lưu vực

8

a.Diện tích lưu vực

 Là diện tích khu vực được khống chế bởi đường phân lưu Ký hiệu: F Đơn vị: km2

 Được xác định bằng máy đo diện tích hoặc một số phương pháp khác

Llv Đơn vị: km

Llv(km)

Một số đặc trưng hình học khác

Là tỷ số giữa diện tích lưu vực và chiều dài lưu vực

Blv(km) = F/LlvF/Ls

Trong đó:

Hi-cao trình đường đồng mức thứ i

fi-diện tích bộ phận của lưu vực

nằm giữa 2 đường đẳng cao liên tiếp

f H H

i i i n

i

i i

tb

1 1 1

2

Một số đặc trưng hình học khác

Độ dốc lòng sông chính Js(o/oo):

diện tích thừa thiếu không chế bởi đường thẳng và đường đáy sông bằng nhau

Độ dốc bình quân lưu vực J (o/oo)

Trong đó:

Dhi: chênh lệch cao độ giữa hai đường đồng mức

li: chiều dài của đường đẳng cao thứ itrong phạm vi lưu vực

h l l J

n i i i n

i

i i lv

1 1 1

2

Một số đặc trưng hình học khác

 Mật độ lưới sông (km/km2)

Là tỷ số giữa tổng chiều dài của tất cả các

sông suối trên lưu vực chia cho diện tích

lưu vực.

F

L d

Hệ thống sông ngòi Việt nam

thường xuyên và có chiều dài từ 10km trở lên

Sông Diện tích (km 2 ) Tổng lượng nước (km 3 /năm)

Trong nước Ngoài vào Toàn bộ Bằng- Kỳ Cùng 12.880 7,19 1,73 8,92

Cái (Nha Trang) 1.900 1,9 1,9

Cái (Phan Rang) 3.000 1,72 1,72

Cái (Phan Thiết) 1.050 0,488 0,488

Đồng Nai 44.100 29,2 1,4 30,6

Mê Kông 795.000 20,6* 500 520,6

2.2 Các yếu tố khí hậu, khí tượng

 Chế độ thủy văn của một vùng phụ thuộc chủ yếu khí hậu, sau đó là địa hình, địa chất và thổ nhưỡng và lớp phủ thực vật.

 Các nhân tố khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy là mưa và bốc hơi

 Mưa và bốc hơi lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khí tượng khác: nhiệt độ, bức xạ,

độ ẩm, áp suất không khí, gió,

a Khái niệm và phân loại

 Là hiện tượng nước ở thể lỏng hoặc thể rắn từ các tầng khí quyển rơi xuống bề mặt đất

Phõn loại mưa

Thiết bị đo mưa tự ghi

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

sử dụng tốt khi trên l-u vực có nhiều trạm m-a và đ-ợc bố trí ở những vị trí đặc tr-ng

Trạm đo m-a

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

26

Ph-ơng pháp đa giác Theissen (tiếp)

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

Trong đó:

Xilà 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);

filà diện tích của khu vực thứ i;

i i n i i i

1 1

27

Ph-ơng pháp đa giác Theissen (tiếp)

 Nhận xét:

Ph-ơng pháp này ứng dụng đ-ợc khi trên l-u vực và lân cận

nó có nhiều điểm đo m-a với n3

Ph-ơng pháp đa giác là ph-ơng pháp th-ờng dùng nhất trong

tính toán thuỷ văn hiện nay

-u điểm của ph-ơng pháp: xét đ-ợc quyền số diện tích fi/F

(so với ph-ơng pháp bỡnh quân số học)

28

Vớ dụ 1

 Lưu vực sụng cú diện tớch: F=1000 km2

 Trờn lưu vực cú 4 trạm mưa, mỗi trạm khống chế diện tớch 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

Ph-ơng pháp đ-ờng đẳng trị (tiếp)

 Tính l-ợng m-a bỡnh quân l-u vực

 Trong đó filà diện tích nằm giữa hai đ-ờng đẳng trị có l-ợng m-a t-ơng ứng là Xivà

Xi+1

2400mm2200mm2000mm1800mm1600mm1400mm1200mm

F

X X f X

n i 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

Lượng bốc hơi năm

 Quy luật về sự thay đổi lượng

bốc hơi theo thời gian được

gọi là chế độ bốc hơi

34

Phõn loại bốc hơi

là bốc hơi trực tiếp từ mặt thoỏng của nước

Cỏc nhõn tố ảnh hưởng chớnh: độ thiếu hụt bóo hũa, nhiệt độ, tốc độ giú,chất nước, diện tớch mặt bốc hơi,

VD: Bốc hơi mặt nước hàng thỏng tại trạm Lỏng (Hà Nội)

Zt(mm)

 Phụ thuộc chủ yếu vào cỏc yếu tố:

 Khớ tượng: nhiệt độ, độ thiếu hụt bóo hũa, giú

 Tớnh chất vật lý của đất, trạng thỏi mặt đất, địa

hỡnh

 Bốc hơi qua lỏ cõy:

 Cũn gọi là thoỏt hơi thực vật

 Phụ thuộc vào cỏc nhõn tố:

 Nhiệt độ, ỏnh sỏng, loài thực vật, độ ẩm của

đất

Quỏ trỡnh bốc hơi mặt đất và bốc hơi qua lỏ cõy

gọi chung là quỏ trỡnh bốc thoỏt hơi.

Lượng bốc thoỏt hơi được đo đạc bởi thựng đo

bốc hơi của đất.

Thựng đo bốc hơi

Là lượng bốc hơi tổng hợp trên bề mặt lưu vực bao

gồm lượng bốc hơi từ hồ ao, đầm lầy, bốc hơi mặt

đất và bốc hơi qua lá

Ghi chú: Trong thực tế, có thể đo được bốc hơi mặt đất và bốc

hơi mặt nước nhưng không thể đo được lượng bốc hơi lưu

vực Để xác định lượng bốc hơi lưu vực có thể sử dụng

phương trình cân bằng nước.

Phân loại bốc hơi (tiếp)

38

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

Phân loại dòng chảy sông ngòi:

Sự di chuyển của nước từ mặt đất vào trong

lòng đất hay các khe nứt của đá

1 Sự hình thành dòng chảy sông ngòi

Khi mưa rơi xuống bề mặt lưu vực:

 Một phần bị giữ lại trên lá cây, mái nhà …

 Một phần bị giữ lại trong các chỗ trũng (điền trũng)

 Một phần bị bốc hơi trở lại: bốc hơi qua lá, bốc hơi của lượng nước bị giữ lại trên lá cây, bốc hơi mặt nước, bốc hơi mặt đất

 Một phần bị thấm xuống đất: giai đoạn đầu thấm nhiều, giai đoạn sau thấm ít dần và ổn định

 Phần còn lại chảy tràn trên sườn dốc tạo thành các lạch nước rồi

đổ vào suối, suối đổ vào sông nhánh, sông nhánh đổ vào sông chính và cuối cùng chảy ra cửa ra của lưu vực (biển hoặc hồ lớn)

 Phần dòng chảy sau khi bị thấm xuống đất sẽ tham gia vào quá trình hình thành dòng chảy ngầm, sau một thời gian cũng sẽ chảy

về cửa ra của lưu vực

Bốc hơi

Mưa Bốc hơi

Sơ họa sự hình thành dòng chảy sông ngòi 2 Các đại lượng biểu thị dòng chảy sông ngòi

 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

0

1

n

Q Qn 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

t

tdt t Q W

i n

i

i t Q

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

X Y



a

F

Q M

3

10



51

Ý nghĩa của các đại lượng biểu thị dòng chảy

Phản ánh mức độ lớn nhỏ về lượng nước mà lưu vực có khả

năng cung cấp

Phản ánh mức độ phong phú về nguồn nước của lưu vực

Không phụ thuộc vào diện tích của lưu vực nên có thể sử

dụng để so sánh mức độ phong phú của dòng chảy giữa các

lưu vực

Phản ánh tình hình sản sinh dòng chảy trên lưu vực

acàng lớn thì lượng tổn thất càng ít và ngược lại

Lưu ý: Tất cả các đại lượng biểu thị dòng chảy đều có mối quan hệ với nhau Biết một

trong năm đại lượng sẽ xác định được các đại lượng còn lại.

52

Ảnh hưởng của một số nhân tố đến sự hình thành dòng chảy sông ngòi

 Nhân tố khí hậu, khí tượng:

 Mưa: Là nhân tố quan trọng nhất, là nguyên nhân chủ yếu sinh ra dòng chảy ở nước ta, chi phối quy luật dòng chảy theo thời gian

 Bốc hơi: ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành dòng chảy qua quá trình tổn thất dòng chảy

 Nhiệt độ, gió, độ ẩm không khí: ảnh hưởng gián tiếp đến sự hình thành dòng chảy do tác động đến mưa và bốc hơi

 Nhân tố mặt đệm

 Diện tích lưu vực: có tác dụng điều hòa dòng chảy Lưu vực càng lớn thì dòng chảy ngầm càng lớn

 Độ dốc lưu vực: ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy, đặc biệt dòng chảy lũ

 Địa chất, thổ nhưỡng: ảnh hưởng gián tiếp đến quá trình tổn thất dòng chảy do thấm

 Địa hình: ảnh hưởng đến hướng đón gió của lưu vực, qua đó gián tiếp ảnh hưởng đến lượng mưa sinh dòng chảy

 Nhân tố con người:

 Các hoạt động sản xuất ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sự hình thành dòng chảy sông ngòi

3 Phương trình cân bằng nước

 Nguyên lý cân bằng nước:

giữa lượng nước đến và lượng nước đi ra

khỏi một thể tích bằng lượng nước tích

đọng trong thể tích đấy.”

 Xét một khu vực bất kỳ trên lưu vực trong một thời đoạn bất kỳ D t

 Lượng nước mặt đi: Y m2

 Lượng nước ngầm đi: Y ng2

 Chênh lệch trữ lượng nước trên khu vực tại đầu và cuối thời đoạn tính toán:

DW=W 2 -W 1PTTQ:

(X+Z1+Ym1+Yng1)-(Z2+Ym2+Yng2)=DW

Z2 X Z1 Ym1

Ym2 Yng1

Yng2

D W

 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

56

 Trong thời kỳ nhiều năm

 Đối với lưu vực kín:

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

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

Chia cả 2 vế cho n và đặt:

 X 0 =(  X i )/n là chuẩn mưa năm

 Y 0 =(  Y i )/n là chuẩn dòng chảy năm

 Z 0 =(  Z i )/n là chuẩn bốc hơi năm

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

Câu hỏi và thảo luận

 Khái niệm về mưa và các đặc trưng biểu

thị

 Các phương pháp tính mưa bình quân

lưu vực và điều kiện ứng dụng

 Khái niệm và ý nghĩa của các đặc trưng

Có bao nhiêu phần trăm lượng mưa bị tổn thất bởi lưu vực (hệ số dòng chảy)?

 2-2 Một lưu vực 9250 km2 có lượng

mưa bình quân hàng năm là 645mm và

dòng chảy bình quân hàng năm là 37.3

m3/s Lớp nước mưa tổn thất trên lưu

đô thị…

Những nội dung tính toán: Dòng chảy năm

TK, dòng chảy lũ TK, dòng chảy kiệt TK, mực nước thiết kế; dòng chảy bùn cát

3

4.2 Tài liệu sử dụng trong tính toán các

đặc trưng thủy văn thiết kế

Vị trí địa lý tự nhiên

Các đặc trưng hình thái lưu vực

Các đặc điểm địa hình, địa mạo, thảm phủ thực vật,

…

Các đặc điểm dân sinh, kinh tế

Tình hình khai thác thuỷ lợi

Các công trình giữ nước, dẫn nước, phân chậm lũ…

4

4.2 Tài liệu sử dụng trong tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế (tiếp)

Tài liệu khí tượng thuỷ văn

Tài liệu mực nước, lưu lượng

Tài liệu thực đo từ các trạm cơ bản quốc gia và các trạm dùng riêng

Tài liệu điều tra lũ, điều tra kiệt, các ghi chép lịch sử và các văn bản nghiên cứu

Tài liệu khí tượng:

Mưa, bốc hơi, nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió, tốc độ gió, số giờ nắng, … các tài liệu thám không

Các tài liệu điều tra về tình hình mưa lũ, hạn, …

Các tài liệu thuỷ văn khác:

nhiệt độ nước, chất lượng nước, thuỷ triều …

4.3 Tính toán các đặc trưng dòng

chảy năm thiết kế

1. Khái niệm về dòng chảy năm và dòng chảy năm thiết kế

(lượng và phân phối dòng chảy năm)

2. Mục đích và nội dung tính toán

3. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có đủ tài liệu

4. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có ít tài liệu

5. Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi không có tài liệu

1 Khái niệm dòng chảy năm và 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.”

7

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

Qjlà 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

Q Q

8

 Mô đun dòng chảy năm Mn(l/s.km2)

Là môđun dòng chảy tính cho thời đoạn một năm

 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 Qilà 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

10

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

thuộc vào yêu cầu về cung cấp nước

TT Yêu cầu về cung cấp nước Mức bảo đảm P

(%)

1

3

4 5

Không cho phép gián đoạn hoặc giảm yêu cầu cấp nước Không cho phép gián đoạn nhưng cho phép giảm yêu cầu cấp nước

Cho phép gián đoạn trong thời gian ngắn và giảm yêu cầu cấp nước

Cho tưới ruộng Nhà máy, nhiệt điện và thuỷ điện

95

80

75 90

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

: lưu lượng dòng chảy chuẩn

d Phân phối dòng chảy năm

 Trong một năm thường có hai thời kỳ có chế độ dòng chảy khác biệt nhau:

 thời kỳ mùa lũ

 thời kỳ mùa kiệt

 Ở nước ta, mùa lũ chỉ kéo dài trên dưới 5 tháng nhưng lượng dòng chảy trong thời kỳ này chiếm tỉ trọng lớn so với lượng dòng chảy trong năm (60- 80%)

 Tiêu chuẩn phân mùa dòng chảy:

 Mùa lũ là mùa bao gồm những tháng liên tục có lượng dòng chảy vượt 8.3% lượng dòng chảy năm với xác suất xuất hiện vượt 50%

 Tháng lũ: P(Q tháng i  Qnăm (tương ứng))  50%

 Mùa kiệt bao gồm những tháng còn lại

 Năm thuỷ văn:

 là năm có thời gian bắt đầu là đầu mùa lũ và kết thúc vào cuối mùa kiệt.

13

Phân phối dòng chảy năm

 Phân phối dòng chảy năm chính là sự mô tả thay đổi

lượng dòng chảy năm theo thời gian trong một năm.

Sử dụng quá trình lưu lượng (hoặc tổng lượng dòng chảy) với

thời đoạn tuần, tháng hoặc mùa

Sử dụng đường duy trì lưu lượng bình quân ngày

14

Biểu đồ lưu lượng bình quân tháng trạm Hòa Bình năm 1971

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Đường duy trì lưu lượng

Đường duy trì lưu lượng là đường cong quan hệ giữa hai đại lượng Tivà Qi Trong

đó, Qilà lưu lượng bình quân ngày tương ứng với cấp i nào đó; Tilà thời gian duy trì một lưu lượng lớn hơn hoặc bằng giá trị Qicủa cấp đó.

2 Mục đích và nội dung tính toán

 Dòng chảy năm thiết kế là căn cứ để hoạch định phương án quy hoạch và xác định quy mô kích thước của công trình nhằm đảm bảo về mặt cấp nước

 Trị số (lượng) dòng chảy năm thiết kế

 Phân phối dòng chảy năm thiết kế

 Dòng chảy lũ thiết kế là căn cứ để xác định quy mô kích thước của các công trình nhằm đảm bảo an toàn về mặt phòng lũ và chống lũ.

 Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

 Tổng lượng lũ thiết kế

 Đường quá trình lũ thiết kế

 Dòng chảy kiệt thiết kế

 Lưu lượng nhỏ nhất năm, tháng, thời kỳ kiệt thiết kế

 Dòng chảy bùn cát

 Làm căn cứ tính toán bồi lắng hồ chứa

 Mực nước triều thiết kế

 Làm căn cứ để xác định quy mô kích thước các công trình vùng ảnh hưởng triều

19

3 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

S

11

 Phương trình:

Trong đó:

 Ki=Qi/Q0

 i: lưu lượng bình quân năm thứ i

 Smlà giá trị độ lệch lũy tích của đường lũy tích sai chuẩn tính đến năm thứ m

 Tính đại biểu của liệt quan trắc được biểu thị bởi Kcp:

 Kcp=1+dcp

 d cp : gia số độ lệch tính theo công thức

 S đ và S c là giá trị độ lệch lũy tích tính đến năm đầu và năm cuối của thời kỳ đo đạc.

 Kcp=1: thời kỳ đo đạc đủ tính đại biểu

 K cp >1: thời kỳ đo đạc dòng chảy thiên lớn

 Kcp<1: thời kỳ đo đạc dòng chảy thiên nhỏ

n S S dcp c d

4 Tính toán dòng chảy năm thiết

kế khi có ít tài liệu

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

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

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