Bài giảng Thủy văn công trình - Chương 4: Tính toán dòng chảy năm thiết kế (Phần 2)

Nội dung text: Bài giảng Thủy văn công trình - Chương 4: Tính toán dòng chảy năm thiết kế (Phần 2)

1. II. Tính toán trị số dòng chảy năm thiết kế 1. Trường hợp 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 Cv  Q = 100% 0 n 2 1 + Cv  Cv = 100% 2n • 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 Qnp = Q0. Kp
2. Đường lũy tích sai chuẩn • Phương trình: m S m=  (K i −1) Trong đó: i=1 – Ki=Qi/Q0 – Qi: lưu lượng bình quân năm thứ i – Sm là 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 – dcp: gia số độ lệch tính theo công thức S − S dcp = c d n • Sđ và Sc 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 – Kcp>1: thời kỳ đo đạc dòng chảy thiên lớn – Kcp<1: thời kỳ đo đạc dòng chảy thiên nhỏ
3. Năm 0 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 -1 -2 -3 -4 ∑(Ki-1) -5 Hình 2-1: Đường luỹ tích sai chuẩn mưa năm trạm Lào Cai
4. 2. Trường hợp có ít tài liệu đo đạc thuỷ văn • 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
5. 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 g ≥ 0.8
6. 25,00 20,00 y = 0,041x + 1,1284 /s) 3 15,00 (m n Q Qn(i) 10,00 Qna(i) 5,00 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 450,0 3 Qna (m /s)
7. 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 y (i)=b1*ya(i)+b2 VD: Qn(i)=b1*Qna(i) +b2 • Yêu cầu số năm bổ sung không vượt quá 1/3 số năm của liệt tài liệu thực đo n* ≤1/3 n
8. Phương pháp phân tích tương quan kéo dài tài liệu – 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 M 0a Cv = Cva tga M 0 » 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.
9. 25,00 20,00 ) 2 a 15,00 M(l/s.km M0 10,00 M 5,00 0a 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 22,00 24,00 26,00 28,00 30,00 2 M a (l/s.km )
10. 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 – Xác định dòng chảy chuẩn theo phương trình hồi quy:  N Q0 = Qn + g (Q0a − Qna )  Na Trong đó: g 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
11. 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  n  N =  2 1− g 1− na 2  Na – Xác định hệ số Cv  N Cv = Q0 – Xác định hệ số Cs=mCv
12. 3. Trường hợp không có tài liệu đo đạc thủy văn a) 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
13. Phương pháp lưu vực tương tự • Mượn hệ số dòng chảy chuẩn của LVTT  a0=a0a – Y0=a0a.X0 • Mượn mô đun dòng chảy chuẩn của LVTT – Không điều chỉnh: M0=M0a – Có điều chỉnh: M0=K.M0a • Trong đó: K là hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện khí hậu hoặc mặt đệm
14. Phương pháp nội suy địa lý • Dựa vào bản đồ đẳng trị mô đun dòng chảy chuẩn M0 hoặc lớp dòng chảy chuẩn Y0 n M + M 0i 0i+1 f  2 i M = i=1 0 F – Trong đó: fi là diện tích bộ phận của lưu vực nằm giữa hai đường đẳng trị M0i và M0i+1
15. Phương pháp công thức kinh nghiệm y0 = a(X 0 − b)  1 y0 = 1− X 0 n 1/ n X 1+ 0 • Trong đó: Z 0  – Z0 là khả năng bốc hơi lớn nhất – a, b, n là các tham số biến đổi theo vùng
16. Sử dụng phương trình cân bằng nước: • PT cân bằng nước viết cho lưu vực kín trong thời kỳ nhiều năm: X0 = Y0 + Z0 Trong đó: – X0: chuẩn mưa năm – Y0: chuẩn dòng chảy năm – Z0: chuẩn bốc hơi năm Như vậy nếu biết X0 và Z0 sẽ xác định được Y0.
17. b) Xác định hệ số phân tán Cv • Trong đó: – CvX: hệ số phân tán lượng A' mưa năm Cv = M 0,4 F +1 0,08 • A’, a, m: các tham số xác 0 ( ) định theo bản đồ phân Cv = a − 0,063lg (F +1) vùng thủy văn hoặc mượn CvX của lưu vực tương tự. Cv = m a 0 c) Xác định hệ số thiên lệch Cs=mCv Trong đó: m xác định theo tỷ số chung của sông trong khu vực hoặc lấy m=2.
18. III. Xác định phân phối dòng chảy năm thiết kế 1. Phương pháp năm đại biểu • Cơ sở của phương pháp: – Giả thiết phân phối dòng chảy năm thiết kế có dạng phân phối tương tự với dạng phân phối của năm • Nguyên tắc: – Chọn ra một năm đại biểu đã xảy ra trong thực tế, có phân phối bất lợi với yêu cầu dùng và sử dụng nước, thu phóng thành phân phối dòng chảy năm thiết kế
19. Tiêu chuẩn chọn năm đại biểu: • Đã xảy ra trong thực tế, có tài liệu đo đạc tin cậy • Có lưu lượng bình quân năm xấp xỉ lưu lượng bình quân năm thiết kế • Bất lợi với yêu cầu dùng và sử dụng nước: – Lưu lượng bình quân mùa kiệt nhỏ – Thời gian mùa kiệt kéo dài
20. Phương pháp thu phóng một tỷ số • Xác định lưu lượng dòng chảy năm thiết kế Qp • Chọn năm đại biểu theo các tiêu chuẩn đã nêu: – Qđb Qp Trong đó: Qđb là lưu lượng bình quân năm đại biểu • Tính tỉ số thu phóng: Qp Wp kp = = Qđb Wđb Trong đó: Wp và Wđb là tổng lượng dòng chảy năm thiết kế và năm đại biểu • Xác định quá trình phân phối dòng chảy năm thiết kế – Qip=Qiđb.Kp Trong đó Qip và Qiđb là lưu lượng bq tháng thứ i của năm thiết kế và năm đại biểu
21. Phương pháp thu phóng hai tỷ số • Phân mùa dòng chảy • Xây dựng đường tần suất dòng chảy năm thiết kế (Qn~P) và dòng chảy kiệt thiết kế (Qk~P) • Xác định lưu lượng dòng chảy năm thiết kế Qp và lưu lượng dòng chảy kiệt thiết kế Qkp • Chọn năm đại biểu theo các tiêu chuẩn đã nêu: – Qđb Qp – Qkđb Qkp Trong đó: Qkđb là lưu lượng bình quân mùa kiệt năm đại biểu
22. Phương pháp thu phóng hai tỷ số (tiếp) • Tính các tỉ số thu phóng:Wkp Qkp Kk = = ; Wkđđ Qkđđ Wp −Wkp 12Qp −TkQkp Kl = = Wđb −Wkđđ 12Qđb −TkQkđđ Trong đó: Wkp và Wkđb là tổng lượng dòng chảy kiệt của năm thiết kế và năm đại biểu • Xác định quá trình phân phối dòng chảy năm thiết kế – Qip=Qiđb.Kk – Qjp=Qjđb.Kl Trong đó: i và j theo thứ tự là chỉ số các tháng mùa kiệt và mùa lũ
23. Nhận xét: • Ưu điểm: đơn giản, dễ thực hiện • Nhược điểm: mang tính chủ quan
24. 2. Phương pháp Anđrêanốp (pp tổ hợp theo thời đoạn mùa) • Cơ sở của phương pháp: – Coi tần suất dòng chảy năm bằng tần suất dòng chảy mùa kiệt – Lượng dòng chảy lũ = Lượng dòng chảy năm – Lượng dòng chảy mùa kiệt – PP tổ hợp thời đoạn xác định phân phối dòng chảy năm cho từng nhóm năm khác nhau – PP tổ hợp thời đoạn xác định phân phối dòng chảy năm theo hai giai đoạn • Phân phối dòng chảy mùa trong năm • Phân phối dòng chảy tháng trong mùa Ghép lại có dòng chảy tháng trong năm
25. Nội dung • Bước 1: Chia các nhóm năm – Phân mùa dòng chảy – Xây dựng đường tần suất dòng chảy năm, dòng chảy lũ và dòng chảy kiệt thiết kế – Chia nhóm năm theo tần suất dòng chảy mùa kiệt: • Nhóm năm nhiều nước (P 66.6%) – Chia nhóm năm theo tần suất dòng chảy mùa lũ: • Nhóm năm nhiều nước (P 66.6%)
26. Nội dung • Bước 2: Tính hệ số phân phối dòng chảy cho từng mùa (lũ hoặc kiệt) trong năm cho từng nhóm năm (nhiều nước, nước trung bình, ít nước) – Lập bảng tính toán
27. Bảng: Tính phân phối dòng chảy tháng trong mùa TT Năm Wmua Tháng thứ 1 Tháng thứ 2 Tháng thứ Tháng thứ m W1 tháng W2 tháng Wm tháng (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) 1 2 3 4 N Tổng* W Kj
28. Chú thích • Cột 1: Số TT của năm • Cột 2: Năm • Cột 3: Tổng lượng dòng chảy mùa (lũ hoặc kiệt) của năm tương ứng ở cột 2 • Cột 4 và 5: Tổng lượng dòng chảy tháng lớn nhất trong mùa và tháng tương ứng • Cột 6 và 7: Tổng lượng dòng chảy tháng lớn thứ hai và tháng tương ứng • • Hàng * là tổng lượng dòng chảy mùa và tháng trong mùa và thống kê tháng thường gặp của nó tương ứng • Hàng là hệ số phân phối tính bằng tỉ lệ % so với tổng lượng dòng chảy mùa
29. Nhận xét: • Ưu điểm: Có tính khách quan • Nhược điểm: Khối lượng tính toán nhiều
30. Ghi chú: • Trong trường hợp có ít tài liệu đo đạc thủy văn và không có tài liệu đo đạc thủy văn: – Mượn dạng phân phối dòng chảy của lưu vực tương tự – Mượn dạng phân phối dòng chảy theo vùng