Bài giảng Thủy văn công trình Chương 4.2

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
•
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

+
=
=
σ
σ
Q
np
= Q
0
. K
p
Đường lũy tích sai chuẩn
( )
∑
=
−=
m
i
im
KS
1
1
•
Phương trình:
Trong đó:
–
K
i
=Q
i

/Q
0
–
Q
i
: lưu lượng bình quân năm thứ i
–
S
m
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 K
cp
:
–
K
cp
=1+d
cp
–
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.
–

K
cp
=1: thời kỳ đo đạc đủ tính đại biểu
–
K
cp
>1: thời kỳ đo đạc dòng chảy thiên lớn
–
K
cp
<1: thời kỳ đo đạc dòng chảy thiên nhỏ
n
SS
dcp
dc
−
=
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
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 γ ≥ 0.8
Q
na
(i)
Q

n
(i)
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=b
1
*y
a
+b
2
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)
=b
1
*y
a(i)
+b
2
VD: Q
n(i)

=b
1
*Q
na(i)
+b
2
•
Yêu cầu số năm bổ sung không vượt quá 1/3 số năm của liệt
tài liệu thực đo
n* ≤1/3 n
–
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:
M
0
=b
1
*M
0a
+b
2
–
Xác định hệ số phân tán Cv
»
Trong đó α 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 C
s
=mC
v
; trong đó m mượn của lưu
vực tương tự hoặc lấy m=2.
α
tg
M
M
CC
a
vav
0
0
=
Phương pháp phân tích tương quan kéo dài
tài liệu
M
0a
M
0
α
–
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:
≈
γ 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
≈
Q
n
và Q
na
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)
( )
naa
Na
N
n
QQQQ
−+=
00
σ

σ
γ
–
Kéo dài gián tiếp: xác định các tham số thống kê
(Trường hợp tương quan tuyến tính)
•
Phương pháp giải tích (tiếp)
≈
σ
N
là trị số khoảng lệch quân phương trong thời kỳ N năm
được xác định
–
Xác định hệ số C
v
–
Xác định hệ số C
s
=mC
v
Phương pháp phân tích tương quan kéo dài
tài liệu (tiếp)









−−
=
2
2
11
Na
na
n
N
σ
σ
γ
σ
σ
0
Q
C
N
v
σ
=
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
Phương pháp lưu vực tương tự
•
Mượn hệ số dòng chảy chuẩn của LVTT

α
0
=α
0a
–
Y
0
=α
0a
.X
0
•
Mượn mô đun dòng chảy chuẩn của LVTT
–
Không điều chỉnh: M
0
=M
0a
–
Có điều chỉnh: M
0
=K.M
0a
•
Trong đó: K là hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện khí hậu hoặc mặt đệm

Phương pháp nội suy địa lý
•
Dựa vào bản đồ đẳng trị mô đun dòng chảy
chuẩn M
0
hoặc lớp dòng chảy chuẩn Y
0
–
Trong đó: f
i
là diện tích bộ phận của lưu vực nằm
giữa hai đường đẳng trị M
0i
và M
0i+1
F
f
MM
M
i
n
i
ii
∑
=
+
+
=
1
100

0
2
Phương pháp công thức kinh nghiệm
•
Trong đó:
–
Z
0
là khả năng bốc hơi lớn nhất
–
a, b, n là các tham số biến đổi theo vùng
( )
0
/1
0
0
0
00
1
1
1 X
Z
X
y
bXay
n
n




































+
−=
−=
Sử dụng phương trình cân bằng
nước:
•
PT cân bằng nước viết cho lưu vực kín trong
thời kỳ nhiều năm:
X
0
= Y
0
+ Z
0
Trong đó:
–
X
0
: chuẩn mưa năm
–
Y
0
: chuẩn dòng chảy năm
–
Z
0
: chuẩn bốc hơi năm
Như vậy nếu biết X
0

và Z
0
sẽ xác định được Y
0
.
b) Xác định hệ số phân tán C
v
•
Trong đó:
–
C
vX
: hệ số phân tán lượng
mưa năm
•
A’, a, m: các tham số xác
định theo bản đồ phân
vùng thủy văn hoặc mượn
của lưu vực tương tự.
( )
( )
m
vX
v
v
v
C
C
FaC
FM

A
C
0
08,0
4,0
0
'
1lg063,0
1
α
=
+−=
+
=
c) Xác định hệ số thiên lệch C
s
=mC
v
Trong đó: m xác định theo tỷ số chung của
sông trong khu vực hoặc lấy m=2.
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
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
Phương pháp thu phóng một tỷ số
•
Xác định lưu lượng dòng chảy năm thiết kế Q
p
•
Chọn năm đại biểu theo các tiêu chuẩn đã nêu:
–
Q
đb
≈ Q
p

Trong đó: Q
đb
là lưu lượng bình quân năm đại biểu
•
Tính tỉ số thu phóng:
Trong đó: W
p
và W
đb
là tổng lượng dòng chảy năm thiết kế và năm đại biểu
•
Xác định quá trình phân phối dòng chảy năm thiết kế
–
Q
ip
=Q
iđb
.K
p
Trong đó Q
ip
và Q
iđb
là lưu lượng bq tháng thứ i của năm thiết kế và năm đại
biểu
đb
p
đb
p
p

W
W
Q
Q
k
==
Phương pháp thu phóng hai tỷ số
•
Phân mùa dòng chảy
•
Xây dựng đường tần suất dòng chảy năm thiết kế (Q
n
~P) và dòng
chảy kiệt thiết kế (Q
k
~P)
•
Xác định lưu lượng dòng chảy năm thiết kế Q
p
và lưu lượng dòng
chảy kiệt thiết kế Q
kp
•
Chọn năm đại biểu theo các tiêu chuẩn đã nêu:
–
Q
đb
≈ Q
p
–

Q
kđb
≈ Q
kp
Trong đó: Q
kđb
là lưu lượng bình quân mùa kiệt năm đại biểu
Phương pháp thu phóng hai tỷ số (tiếp)
•
Tính các tỉ số thu phóng:

Trong đó: W
kp
và W
kđb
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
–
Q
ip
=Q
iđb
.K
k
–
Q
jp
=Q

jđb
.K
l
Trong đó: i và j theo thứ tự là chỉ số các tháng mùa kiệt và mùa lũ
kđđkđb
kpkp
kđđđb
kpp
l
kđđ
kp
kđđ
kp
k
QTQ
QTQ
WW
WW
K
Q
Q
W
W
K
−
−
=
−
−
=

==
12
12
;
Nhận xét:
•
Ưu điểm: đơn giản, dễ thực hiện
•
Nhược điểm: mang tính chủ quan
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
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<33.3%)
•
Nhóm năm nước trung bình (P=33.3-66.6%)
•
Nhóm năm ít nước (P>66.6%)
–
Chia nhóm năm theo tần suất dòng chảy mùa lũ:
•
Nhóm năm nhiều nước (P<33.3%)
•
Nhóm năm nước trung bình (P=33.3-66.6%)
•
Nhóm năm ít nước (P>66.6%)