Tài liệu Tính toán thuỷ văn thiết kế

  • Số trang: 177 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 368 |
  • Lượt tải: 1
thanhphoquetoi

Tham gia: 05/11/2015

Mô tả:

GIÁO TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY VĂN THIẾT KẾ 2 MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................................ 3 CHƯƠNG 1: QUY PHẠM TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN THIẾT KẾ. .. 8 I.1 NHỮNG QUY ĐỊNH CHUNG................................................................8 I.2 CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ .......................................................... 10 I.2-1 Tiêu chuẩn thiết kế mưa. ................................................................ 10 I.2-2 Tiêu chuẩn thiết kế dòng chảy. ...................................................... 11 I.2-3 Tiêu chuẩn thiết kế mực nước. ....................................................... 12 I.2-4 Tần suất gió lớn nhất. .................................................................... 13 I.3 NỘI DUNG YÊU CẦU VỀ TÍNH TOÁN THỦY VĂN. ...................... 15 Tính toán thủy văn phục vụ thủy lợi gồm hai loại: ................................ 15 Loại một: Tính toán thủy văn phục vụ cho quy hoạch thủy lợi cho các cấp huyện, tỉnh và quy hoạch trị thủy khai thác sông ngòi. ................... 15 Tính toán thủy văn ở đây nhằm cung cấp các căn cứ, các số liệu về nguồn nước định tính lẫn định lượng các đặc trưng và các quy luật biến đổi của chúng theo thời gian lẫn không gian.......................................... 15 Loại hai: Tính toán thủy văn phục vụ xây dựng công trình thủy lợi. ... 15 Xét về giai đoạn thiết kế có thể chia ra: giai đoạn quy hoạch, giai đoạn thiết kế nhiệm vụ, thiết kế sơ bộ, thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công. Hiện nay thường chia 3 giai đoạn: giai đoạn luận chứng kinh tế kỹ thuật tiền khả thi; giai đoạn luận chứng kinh tế kỹ thuật khả thi và giai đoạn thiết kế kỹ thuật, mỗi giai đoạn có yêu cầu tính toán thủy văn có mức độ khác nhau. ............................................................................................... 15 Về hạng mục thủy văn có thể phân ra như sau:...................................... 15 a/ Tính toán cân bằng nước thẳng đứng. ............................................... 15 - Lượng mưa năm, mưa mùa, mưa vụ theo tần suất bảo đảm thiết kế. .. 15 - Mô hình mưa năm, mưa vụ thiết kế. .................................................... 15 - Bốc hơi mặt nước, bốc hơi mặt đất. ..................................................... 15 - Tính cân bằng nước thẳng đứng theo từng vùng, từng ô. .................... 15 b/ Tính toán cân bằng nước nằm ngang................................................. 15 - Lượng nước ngọt chảy đến địa phương theo đường sông ngòi. .......... 15 - Lượng nước ngọt chảy ra khỏi địa phương theo đường sông ngòi. ..... 15 - Lượng nước cần tưới được lấy bằng các công trình thủy lợi trong địa phương tính toán. .................................................................................... 15 - Lượng nước tiêu thoát ra khỏi địa phương tính toán bằng các công trình thủy lợi hay chảy tràn, tổn thất ven bờ........................................... 15 - Diễn biến triều mặn theo thời gian và không gian. .............................. 15 - Lượng nước mưa hiệu quả rơi trên địa phương tính toán. ................... 16 - Lượng nước hồi quy. ............................................................................ 16 - Cân bằng lượng nước nằm ngang......................................................... 16 3 c/ Tính chế độ tưới và công trình lấy nước tưới. .................................... 16 - Lượng mưa năm, mùa, vụ theo các mức bảo đảm thiết kế................... 16 - Mô hình mưa năm, mưa vụ thiết kê. .................................................... 16 - Bốc hơi mặt nước. ................................................................................ 16 - Mực nước lớn nhất, thấp nhất, trung bình trong năm, trong vụ ứng với tần suất thiết kế. ...................................................................................... 16 - Mô hình mực nước năm, mực nước vụ thiết kế. .................................. 16 d/ Tính chế độ tiêu và công trình tiêu nước............................................ 16 - Lương mưa tiêu 1, 3 , 5, 7,... ngày lớn nhất theo các tần suất thiết kế trong thời gian tiêu nước khó khăn......................................................... 16 - Mô hình mưa tiêu thiết kế. ................................................................... 16 - Mực nước lớn nhất, mực nước lớn nhất trung bình trong nhóm ngày tiêu khống chế ứng với tần suất thiết kế. ............................................... 16 - Mô hình mực nước thiết kế ứng với công trình tiêu. ........................... 16 e/ Tính thủy năng thủy lợi. ..................................................................... 16 - Dòng chảy năm, mùa, dòng chảy kiệt nhất ngày, tháng theo các mức bảo đảm thiết kế. ..................................................................................... 16 - Phân phối dòng chảy trong năm (tháng, tuần) hoặc chuỗi năm đại biểu (dòng chảy tháng). .................................................................................. 16 - Bốc hơi mặt nước và bốc hơi lưu vực. ................................................. 16 - Đường quan hệ Q = f(H) ở hạ lưu công trình đầu mối và các vị trí cần thiết khác................................................................................................. 16 f/ Tính điều tiết lũ.................................................................................... 17 - Lưu lượng lớn nhất, tổng lượng lũ từng thời khoảng và đường quá trình lũ tại tuyến vào hồ chứa và tuyến đập theo các tần suất thiết kế............ 17 - Mô hình lũ thiết kế theo một số loại tổ hợp. ....................................... 17 - Đường quan hệ Q = f(H). ..................................................................... 17 g/ Tính lũ dẫn dòng và tiến độ thi công................................................. 17 - Lưu lượng lớn nhất từng thời kỳ trong năm (các tháng mùa cạn) và lưu lượng lớn nhất trong năm theo các tần suất thiết kế thi công................. 17 - Tần suất xuất hiện lượng mưa từng cấp trong năm và trong các mùa thi công......................................................................................................... 17 - Hướng chảy và tốc độ dòng nước tại lòng sông chính, lòng sông phụ, bãi bồi theo tim công trình và dọc theo các công trình tạm thời (như đê quai ...). ................................................................................................... 17 - Tốc độ gió lớn nhất và hướng gió. ....................................................... 17 Câu hỏi chương 1:....................................................................................... 17 CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN MƯA ...................................................................................... 17 2.1 TÍNH TOÁN MƯA NĂM .................................................................. 18 2.1-1 Tính lượng mưa năm trung bình nhiều năm cho lưu vực.............. 18 2.1-2 Tính lượng mưa năm thiết kế......................................................... 18 4 2.1-3 Tính lượng mưa mùa thiết kế......................................................... 23 2.1-4 Tính lượng mưa năm thiết kế thời khoảng tháng. ......................... 31 2.2 TÍNH TOÁN MƯA LŨ. ....................................................................... 34 2.2-1 Tính lượng mưa tiêu thiết kế với t ≥ 1 ngày. ................................. 34 2.2-2 Tính lượng mưa thiết kế với t ≤ 24 giờ.......................................... 40 2.3 TÍNH TOÁN MƯA VỤ VÀ MÔ HÌNH MƯA VỤ THIẾT KẾ.......... 53 2.3-1 Khái niệm....................................................................................... 53 2.3-2 Mô hình mưa tưới thiết kế. ............................................................ 54 2.4. TÍNH TOÁN MÔ HÌNH BỐC HƠI. ................................................... 55 2.4.1 Xác định lượng bốc hơi mặt nước. ................................................ 56 2.4.2 Xác định lượng bốc hơi trên mặt lưu vực. ..................................... 57 2.4.3 Mô hình phân phối bốc hơi trong năm. ......................................... 57 Câu hỏi chương 2:....................................................................................... 57 CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY NĂM ............................................................ 58 3.1. TÍNH LƯỢNG DÒNG CHẢY NĂM THIẾT KẾ. ............................. 58 3.1-1 Tính lượng dòng chảy năm thiết kế trong trường hợp có đủ tài liệu quan trắc. ................................................................................................ 58 3.1-2 Tính dòng chảy năm thiết kế trong trường hợp chuỗi quan trắc ngắn......................................................................................................... 65 3.1-3 Tính dòng chảy năm thiết kế trong trường hợp không có chuỗi quan trắc. ................................................................................................ 69 3.2 PHÂN PHỐI DÒNG CHẢY NĂM. .................................................... 74 3.2-1 Mô hình phân phối dòng chảy mùa............................................... 74 3.2-2 Mô hình phân phối dòng chảy trong năm thiết kế ....................... 76 3.3 TÍNH LƯỢNG DÒNG CHẢY NHỎ NHẤT Q MIN ........................... 87 3.3-1 Tính lưu lượng nhỏ nhất thiết kế khi có đủ tài liệu. ...................... 87 3.3-2 Tính lưu lượng nhỏ nhất thiết kế khi có ít tài liệu......................... 87 3.3-3 Tính lưu lượng nhỏ nhất thiết kế khi không có tài liệu. ................ 88 3.4 DÒNG CHẢY BÙN CÁT. ................................................................... 89 3.4-1 Các khái niệm và đặc trưng biểu thị. ............................................ 89 3.4-2 Tính toán bùn cát........................................................................... 89 Câu hỏi chương 3:....................................................................................... 91 CHƯƠNG IV. TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LŨ ................................................................ 92 4.1 NƯỚC LŨ THIẾT KẾ VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ....................... 92 4.1-1 Khái niệm về dòng chảy lũ. ........................................................... 92 4.1-2 Các khái niệm về tiêu chuẩn thiết kế............................................. 92 4.2 TÍNH LƯU LƯỢNG ĐỈNH LŨ THIẾT KẾ KHI CÓ ĐỦ TÀI LIỆU. 95 4.2-1 Vấn đề chọn mẫu thống kê. .......................................................... 95 4.2-2 Vần đề tần suất lũ - xử lý lũ đặc biệt lớn. .................................... 97 4.2-3. Vấn đề dạng đường tần suất trong thống kê lũ. ......................... 100 4.2-4 Hệ số hiệu chỉnh an toàn............................................................ 101 5 4-3 TÍNH LƯU LƯỢNG ĐỈNH LŨ THIẾT KẾ TRONG TRƯỜNG HỢP CHUỖI QUAN TRẮC THỦY VĂN NGẮN ........................................... 102 4-4 TÍNH LƯU LƯỢNG ĐỈNH LŨ LỚN NHẤTTHIẾT KẾ TRONG TRƯỜNG HỢP KHÔNG CÓ TÀI LIỆU ĐO ĐẠC................................. 103 4.4-1. Nhận xét chung. ......................................................................... 103 4.4-2 Công thức thể tích - công thức Xôkôlôpxki. ............................... 105 4.4-3 Công thức cường độ giới hạn - Công thức Alecxâyep ................ 112 Câu hỏi chương 4:..................................................................................... 120 CHƯƠNG V. TỔNG LƯỢNG VÀ QÚA TRÌNH LŨ. ..................................................... 122 5.1 TỔNG LƯỢNG LŨ LỚN NHẤT THIẾT KẾ.................................... 122 5.1-1 Khái niệm.................................................................................... 122 5.1-2 Xác định tổng lượng lũ lớn nhất thiết kế khi có đủ tài liệu........ 122 5.1-2 Xác định tổng lượng lũ lớn nhất thiết kế khi tài liệu ngắn hoặc không có. ............................................................................................... 123 5.2 ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ THIẾT KẾ.............................................. 124 5.2-1 Dạng đường quá trình lũ và các nhân tố ảnh hưởng.................. 124 5.2-2 Phương pháp xác định đường quá trình lũ thiết kế theo quá trình lũ đại biểu ................................................................................................. 126 5.3 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐƯỜNG ĐƠN VỊ XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ. ..................................................................................... 131 5.3-1 Khái niệm..................................................................................... 131 5.3-2 Xác định đường quá trình lũ đơn vị từ quá trình dòng chảy thực đo........................................................................................................... 132 5.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ THIẾT KẾ THEO DẠNG HÌNH HỌC....................................................................... 138 5.4-1 Dạng tam giác hay hình thang. ................................................... 138 5.4-2 Coi quá trình lũ là hai nhánh parabol. ....................................... 140 5.4-3 Coi quá trình lũ hàm Guđrich của Alecxêyep. ............................ 140 5.5 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ THEO PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CHẢY ĐẲNG THỜI. ............................................................... 141 5.6 THÀNH PHẦN VÀ TỔ HỢP NƯỚC LŨ.................................... 144 5.6-1 Tổ hợp lượng nước lũ. ................................................................. 145 5.6-2 Sự gặp gỡ của lưu lượng đỉnh lũ................................................. 146 5.6-3 Tổ hợp nguồn gốc nước lũ........................................................... 147 Câu hỏi chương 5:..................................................................................... 149 CHƯƠNG VI. TÍNH MỰC NƯỚC THIẾT KÊ.............................................................. 150 6.1 TÍNH MỰC NƯỚC THIẾT KẾ TRÊN SÔNG................................. 150 6.2 TÍNH MỰC NƯỚC VÀ CHỌN DẠNG TRIỀU THIẾT KẾ............ 152 6.2-1 Tính toán mực nước triều thiết kế từ tài liệu thực đo.................. 153 6.2-2 Xác định mô hình mực nước triều thiết kế .................................. 155 Câu hỏi chương 6:..................................................................................... 157 6 CHƯƠNG VII. CÁC BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN THIẾT KẾ. ........................................................................................................................ 158 7.1 BÀI TOÁN THỦY VĂN THIẾT KẾ PHỤC VỤ QUY HOẠCH THỦY LỢI VÀ PHÒNG LŨ. ............................................................................... 158 7.2 BÀI TOÁN THUỶ VĂN THIẾT KẾ HỒ CHỨA. ........................... 159 7.3 BÀI TOÁN THỦY VĂN THIẾT KẾ PHỤC VỤ TƯỚI TIÊU. ........ 160 7.4 BÀI TOÁN THỦY VĂN THIẾT KẾ PHỤC VỤ GIAO THÔNG. ... 160 Câu hỏi chương 7:..................................................................................... 160 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 161 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 162 TINH TOAN THỦY VĂN THIẾT KẾ .......................................................................... 177 7 CHƯƠNG 1: QUY PHẠM TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN THIẾT KẾ. I.1 NHỮNG QUY ĐỊNH CHUNG. Quy phạm tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế trình bày các phương pháp tính toán các đặc trưng thủy văn cần thiết cho việc thiết kế các công trình thủy lợi trên các sông suối không chịu ảnh hưởng thủy triều. Trong quy phạm thường nêu lên các quy định chung để thực hiện. Trong quy phạm “ Tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế” QP.TL .C-6-77 ban hành năm 1979 có 11 quy định chung như sau: 1. Các nguyên tắc trong quy phạm cần được tôn trọng trong khi thiết kế các công trình thủy lợi trên sông,ven sông, các công trình trong hệ thống thủy nông thuộc vùng sông không ảnh hưởng triều. Khi tiến hành việc tính toán thủy văn ngoài quy phạm này cần nghiên cứu và tuân theo các quy định khác có liên quan trong các quy phạm xây dựng đã ban hành. 2. Tính toán thiết kế cần sử dụng triệt để các nguồn tài liệu hiện có: a) Tài liệu đặc trưng thủy văn do Tổng cục khí tượng thủy văn chỉnh biên và đã xuất bản dưới hình thức niên giám và sổ đặc trưng; b) Tài liệu thủy văn ở các trạm dùng riêng; c) Tài liệu thủy văn đo đạc được trước năm 1945 hiện có lưu giữ ở Bộ Thủy lợi và một số cơ quan khác; d) Tài liệu điều tra khảo sát thủy văn vùng công trình; đ) Tài liệu tổng hợp tình hình thủy văn từng địa phương, đặc điểm thủy văn các tỉnh. 3. Tuỳ theo tình hình tài liệu thu thập được ở tuyến công trình mà quy định phương pháp tính toán các đặc trưng thủy văn; a) Khi có tài liệu đo đạc thủy văn dài việc tính toán tiến hành trực tiếp theo các tài liệu đó; b) Khi chỉ có tài liệu quan trắc ngắn cần kéo dài tài liệu theo lưu vực tương tự có nhiều tài liệu quan trắc, hoặc kéo dài tài liệu theo tài liệu mưa trên lưu vực; c) Khi không có tài liệu quan trắc, việc tính toán tiến hành theo các phương pháp gián tiếp: sử dụng các bản đồ đẳng trị, các công thức xây dựng trên cơ sở tổng hợp các đặc trưng thủy văn của nhiều lưu vực hoặc tính theo chuỗi quan trắc của lưu vực tương tự. 4. Trong trường hợp sử dụng trực tiếp tài liệu đo đạc ở tuyến công trình hoặc lưu vực tương tự cần tiến hành kiểm tra phân tích tài liệu gốc về các mặt: 8 a) Tính chất đầy đủ và mức độ tin cậy của tài liệu mực nước đo đạc được, những thông tin về mực nước cao nhất và thấp nhất (tức thời hoặc bình quân ngày) xuất hiện trong thời gian đo đạc; b) Sự phù hợp giữa tài liệu quan trắc được và chế độ mực nước (lưu lương) tự nhiên; c) Nguyên nhân gây nên các mực nước cao (lũ lớn, dềnh ứ, vỡ đê ...); d) Số lần đo và phương pháp đo lưu lượng trong thời gian nước lớn; đ) Cách đo đạc và tính toán dòng chảy qua bãi sông nhánh ở tuyến công trình; e) Cách xét ảnh hưởng của cây cỏ mọc trong lòng sông, sự biến dạng của lòng sông; g) Sự phù hợp giữa mốc cao độ của thước nước và mực nước trong thời kỳ đo đạc với hệ thống mốc cốt sử dụng trong thiết kế công trình; h) Mức độ chính xác của việc ngoại suy đường cong lưu lượng ở phần nước cao, nước thấp; i) Sự phù hợp giữa mực nước, lưu lượng lớn nhất và nhỏ nhất dọc sông; k) Sự cân bằng lượng nước bình quân từng năm, từng mùa dọc sông. Những tài liệu quan trắc không đáng tin cậy, nếu không hiệu chỉnh đựơc cần loại trừ ra khỏi tài liệu tính toán. Trong trường hợp cần thiết có thể tiến hành tính toán lại dòng chảy từng ngày, tháng, năm; l) Đối với các sông chịu ảnh hưởng điều tiết của kho nước, hồ đầm nhân tạo cần thiết phải khôi phục lại chế độ dòng chảy tự nhiên bằng cách dùng các hệ số hiệu chỉnh dựa trên cơ sở tình hình thực tế lấy mất nước hoặc tháo nước vào sông phía trên tuyến công trình. 5. Trong trường hợp không có tài liệu đo đạc thủy văn gần tuyến thiết kế công trình, có thể sử dụng tài liệu tương ứng của trạm thủy văn gần nhất trên sông tương tự. Khi sử dụng tài liệu của sông tương tự cần hiệu chỉnh sự chênh lệch về diện tích, về lượng mưa và bốc hơi giữa lưu vực tương tự và lưu vực nghiên cứu. 6. Khi lựa chọn lưu vực tương tự cần đảm bảo các điều kiện sau đây: - Sự tương tự về điều kiện khí hậu; - Tính đồng bộ trong sự giao động của dòng chảy theo thời gian (có quan hệ tương quan trong thời kỳ đo đạc song song); - Tính đồng nhất về điều kiện hình thành dòng chảy, địa chất, thổ nhưỡng, địa chất thủy văn, tỷ lệ rừng, đầm lầy, diện tích canh tác trên lưu vực; - Không có những yếu tố làm thay đổi điều kiện tự nhiên của dòng chảy; - Tỷ số diện tích các lưu vực không vượt quá 5 lần. Chênh lệch giữa cao trình bình quân lưu vực không vượt quá 300m. 7. Khi có ít hoặc không có tài liệu quan trắc cần thu thập các đặc trưng địa lý thủy văn của lưu vực nghiên cứu tính đến tuyến xây dựng công trình và của lưu vực tương tự. Các đặc trưng này bao gồm: 9 1) Diện tích lưu vực F (km2); 2) Chiều dài sông chính L (km); 3) Độ dốc lòng sông chính J (0/00). Độ dốc này tính theo đường thẳng kẻ dọc sông sao cho các phần diện tích thừa thiếu khống chế bởi đường thẳng và đường đáy sông bằng nhau; 4) Cao trình bình quân của lưu vực so với mặt biển HBQ(m); 5) Tỷ lệ rừng f r = (Fr / F ).100%; 6) Tỷ lệ hồ ao f a = (Fa / F ).100%; 7) Tỷ lệ đầm lầy f đ l = (Fđ l / F ).100%; 8) Tỷ lệ đá vôi f đ v = (Fđ v / F ).100%; 9) Loại địa hình lưu vực (đồng bằng, trung du, núi ...); 10) Loại địa chất thổ nhưỡng cấu tạo trên bề mặt lưu vực; 11) Mức độ điều tiết dòng chảy của các kho nước (số lượng, vị trí, dung tích điều tiết). Đối với các lưu vực bé (F < 100 km2) cần xác định thêm: 1) Độ dốc bình quân lưu vực Jlv (0/00) tính theo một trong những phương pháp sau đây: a/ Theo trị số bình quân của một số trị số độ dốc lớn nhất (5÷10) xác định trên bản đồ địa hình hoặc bình đồ. b/ Theo công thức: (1-1) Jl v = (Δ∑ l’ )/ F. Trong đó: Δ - Chênh lệch cao độ giữa các đường đồng mức; ∑ l’ - Tổng chiều dài các đường đồng mức nằm trong phạm vi lưu vực (km). 2) Mật độ lưới sông và khe suối ρ (km/km2). ρ = (∑ l + L) / F. (1-2) Trong đó: F, L - Diện tích và độ dài sông chính; ∑ l - Tổng chiều dài các khe suối phụ (km). Các đặc trưng địa lý thủy văn của sông ngòi và lưu vực trên đây được xác định theo các bản đồ thỷ lệ 1: 100.000 hoặc 1:50.000. I.2 CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ . I.2-1 Tiêu chuẩn thiết kế mưa. Đối với nước ta ở vào vùng nhiệt đới gió mùa dòng chảy trong sông chủ yếu do mưa gây nên. Đối với tiêu chuẩn thiết kế mưa ta có thể phân làm hai loại, thứ nhất là tiêu chuẩn tính toán mưa phục vụ tính dòng chảy năm và tưới trong nông ngiêp, thứ hai là tiêu chuẩn tính toán mưa phục vụ cho tính toán lũ và tiêu nước. Với mưa năm tiêu chuẩn thiết kế chọn như sau : a/ Đối với công trình tưới lấy với hệ số tương ứng với tấn suất P=75%. Ở vùng nhiều nước có thể lấy tần suất mưa P=85%. 10 Ở vùng thiếu nước có thể lấy tần suất mưa tới P=85% nhưng phải được cấp duyệt nhiệm vụ thiết kế đồng ý. b/ Đối với công trình tiêu, hệ số tiêu lấy tương ứng với tần suất P=10%. Khi điều kiện kinh tế và kỹ thuật khó khăn một số vùng có thể tính hệ số tiêu ứng với tần suất mưa P=20%. c/ Đối với trường hợp tính lũ thông qua tài liệu mưa thì tần suất thiết kế lấy theo tần suất lũ. I.2-2 Tiêu chuẩn thiết kế dòng chảy. A. Tiêu chuấn thiết kế dòng chảy năm. Trị số dòng chảy năm là cở sở để xác định mức độ cấp nước của con sông. Mức bảo đảm của công trình (mức bảo đảm thiết kế) thủy lợi phải căn cứ vào yều cầu về cung cấp nước. Như vậy tiêu chuẩn thiết kế chọn như bảng sau: Bảng 1.1 Mức đảm bảo thiết kế TT Yêu cầu về cung cấp nước Mức bảo đảm (P%) 1 Không cho phép gián đoạn hoặc giảm yêu cầu cấp 95% nước 2 Không cho phép gián đoạn nhưng cho phép giảm 90% yêu cầu cấp nước 3 Cho phép gián đoạn trong thời gian ngắn và giảm 80% yêu cầu cấp nước 4 Cho tưới ruộng 75% 5 Nhà máy nhiệt điện và thủy điện 90% Ở đây cần lưu ý khi công trình phục vụ cho nhiều ngành kinh tế quốc dân khác nhau thì mức đảm bảo phải được xác định trên cơ sở luận chứng chắc chắn (có thể xác định gần đúng theo theo phương pháp trung bình có trọng số của mức bảo đảm so với lượng nước cần dùng của từng ngành kinh tế quốc dân, nhưng phải kiểm tra các mức bảo đảm cao hơn để xác định nhiệm vụ của công trình). B. Tiêu chuấn thiết kế lũ. Tiêu chuẩn thiết kế lũ thường được gắn liền với cấp công trình. Theo quy phạm nhà nước QPVN-08-76 cấp công trình thủy lợi được qui định bởi tầm quan trọng và hiệu ích kinh tế của nó. Theo quy phạm trên cấp công trình thủy lợi được phân định như bảng sau: Bảng 1.2 Phân cấp công trình. Loại côn g trình Nhà máy Hệ thống Au tàu trên các thủy điện thủy nông tuyến giao thông có công (103ha) thủy có suất Công trình Cấp cấp nước trình với lưu lâu dài lượng m3/s công 11 I N(103kw) Tướ i 300-1000 - II 50-300 III 2-5 IV 0.2-2 V 0.2 Tiêu - Yêu cầu vận tải lớn 50 50 Yêu cầu vận tải tr. bình 10- 10- Yêu cầu v/tải 50 50 dưới tr. bình 2-10 2-10 Yêu cầu vận tải thấp 2 2 15-20 Chủ yếu I Thứ yếu III 10-15 II III 5-10 III IV 1-5 IV IV 1 V V Theo QP.TL.C-6-77 thì : - Các sông có diện tích lưu vực F<100 km2 là sông nhỏ, - Các sông có diện tích lưu vực 10010.000 km2 là sông lớn. Theo quy phạm nhà nước QPVN-08-76 quy định như sau: 1. Tần suất lưu lượng lớn nhất tính toán khi thiết kế công trình thủy lợi lâu dài trên sông khi chưa có công trình trị thủy hoặc nắn dòng được xác định theo bảng sau: Bảng 1.3 Tần suất thiết kế ứng với cấp công trình Đặc trưng Tần suất lưu lượng lớn nhất (P%) theo cấp công trình Cấp công cấp I cấp II cấp III cấp IV cấp V trình1 Tần suất thiết 0.1 0.5 1.0 1.5 2.0 kế 2. Tần suất lưu lượng nước lớn nhất tính toán khi thiết kế các công trình tạm thời lấy bằng P = 10%. Khi có luận chứng chắc chắn có thể lấy bằng P = 5%, nhưng phải được cấp có thẩm quyền duyệt y nhiệm vụ thiết kế đồng ý. 3. Tần suất lưu lượng lớn nhất tính toán khi lấp dòng lấy bằng P = 5% đối với công trình cấp I, II và P = 10% đối với công trình cấp III trở xuống. Trong trường hợp cụ thể phải tăng tần suất thì cơ quan thiết kế đề nghị và cơ quan duyệt nhiệm vụ thiết kế quy định. I.2-3 Tiêu chuẩn thiết kế mực nước. a/ Đối với các trạm bơm tiêu, mực nước ngoài sông khi tiêu được xác định ứng với tần suất P=10%. 12 Tuy nhiên cần chú ý các trạm bơm tiêu phải bảo đảm với mực nước ứng với tần suất trên, song với tần suất P=5% trạm bơm vẫn tiêu được. b/ Đối với các công trình tiêu tự chảy tổ hợp tần suất tính toán giữa mực nước trong đồng và ngoài sông theo tổ hợp sau: Bảng 1.4 Tổ hợp quan hệ tần suất mực nước trong đồng, ngoài sông. Tần suất mực Hệ số Tần suất mực nước trung bình lớn nhất trong thời nước trong chắc chắn gian tiêu đồng đối với các vùng ở ngoài sông (P%) (KC) Không ảnh hưởng Vùng trung Vùng ven hoặc ảnh hưởng gian biển triều yếu KC =3 10 20 25 10 % 25 40 1< K C < 3 20 20 40 50 KC= 1 KC =3 20 25 40 20 % 40 50 1< K C < 3 25 25 40 50 KC= 1 c/ Đối với trường hợp tính toán cho đê sông biển lưu lượng - mực nước lũ thiết kế được xác định trên cơ sở các cấp đê. Đối với đê chính tần suất thiết kế theo các cấp như sau: Bảng 1.5 Tần suất thiết kế đê chính Cấp đê Đặc biệt I II III IV V Tần suất thiết kế 0.4 0.5 1.0 2.0 5.0 > 5.0 (P%) Tần suất xác định theo bảng trên được kể cả biện pháp công trình phòng lũ khác như hồ chứa nước, phân phậm lũ của hệ thống sông theo quy hoạch phòng lũ. Tần suất thiết kế quy định ở bảng trên là tần suất tối đa cho từng cấp đê (trừ cấp V). Tuỳ theo tình hình cụ thể tần suất thiết kế cho mỗi cấp đê có thể nhỏ hơn (tiêu chuẩn chống lũ của đê cao hơn) những con số quy định ở đây, nhưng không vượt quá tần suất tối đa của cấp trên kế cận. I.2-4 Tần suất gió lớn nhất. Khi tính toán các công trình thuỷ lợi lâu dài như hồ chứa, các tuyến đê biển cần xác định tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất thiết kế lên công trình. Bảnh 1.6 Tần suất gió lớn nhất tính toán. TT Cấp công Tần suất gió lớn nhất tính toán trình (P%) 1 I 2 13 2 3 4 5 II III IV V 2 4 4 10 14 I.3 NỘI DUNG YÊU CẦU VỀ TÍNH TOÁN THỦY VĂN. Tính toán thủy văn phục vụ thủy lợi gồm hai loại: Loại một: Tính toán thủy văn phục vụ cho quy hoạch thủy lợi cho các cấp huyện, tỉnh và quy hoạch trị thủy khai thác sông ngòi. Tính toán thủy văn ở đây nhằm cung cấp các căn cứ, các số liệu về nguồn nước định tính lẫn định lượng các đặc trưng và các quy luật biến đổi của chúng theo thời gian lẫn không gian. Loại hai: Tính toán thủy văn phục vụ xây dựng công trình thủy lợi. Xét về giai đoạn thiết kế có thể chia ra: giai đoạn quy hoạch, giai đoạn thiết kế nhiệm vụ, thiết kế sơ bộ, thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công. Hiện nay thường chia 3 giai đoạn: giai đoạn luận chứng kinh tế kỹ thuật tiền khả thi; giai đoạn luận chứng kinh tế kỹ thuật khả thi và giai đoạn thiết kế kỹ thuật, mỗi giai đoạn có yêu cầu tính toán thủy văn có mức độ khác nhau. Về hạng mục thủy văn có thể phân ra như sau: a/ Tính toán cân bằng nước thẳng đứng. - Lượng mưa năm, mưa mùa, mưa vụ theo tần suất bảo đảm thiết kế. - Mô hình mưa năm, mưa vụ thiết kế. - Bốc hơi mặt nước, bốc hơi mặt đất. - Tính cân bằng nước thẳng đứng theo từng vùng, từng ô. b/ Tính toán cân bằng nước nằm ngang. - Lượng nước ngọt chảy đến địa phương theo đường sông ngòi. - Lượng nước ngọt chảy ra khỏi địa phương theo đường sông ngòi. - Lượng nước cần tưới được lấy bằng các công trình thủy lợi trong địa phương tính toán. - Lượng nước tiêu thoát ra khỏi địa phương tính toán bằng các công trình thủy lợi hay chảy tràn, tổn thất ven bờ. - Diễn biến triều mặn theo thời gian và không gian. 15 - Lượng nước mưa hiệu quả rơi trên địa phương tính toán. - Lượng nước hồi quy. - Cân bằng lượng nước nằm ngang. c/ Tính chế độ tưới và công trình lấy nước tưới. - Lượng mưa năm, mùa, vụ theo các mức bảo đảm thiết kế. - Mô hình mưa năm, mưa vụ thiết kê. - Bốc hơi mặt nước. - Mực nước lớn nhất, thấp nhất, trung bình trong năm, trong vụ ứng với tần suất thiết kế. - Mô hình mực nước năm, mực nước vụ thiết kế. d/ Tính chế độ tiêu và công trình tiêu nước. - Lương mưa tiêu 1, 3 , 5, 7,... ngày lớn nhất theo các tần suất thiết kế trong thời gian tiêu nước khó khăn. - Mô hình mưa tiêu thiết kế. - Mực nước lớn nhất, mực nước lớn nhất trung bình trong nhóm ngày tiêu khống chế ứng với tần suất thiết kế. - Mô hình mực nước thiết kế ứng với công trình tiêu. e/ Tính thủy năng thủy lợi. - Dòng chảy năm, mùa, dòng chảy kiệt nhất ngày, tháng theo các mức bảo đảm thiết kế. - Phân phối dòng chảy trong năm (tháng, tuần) hoặc chuỗi năm đại biểu (dòng chảy tháng). - Bốc hơi mặt nước và bốc hơi lưu vực. - Đường quan hệ Q = f(H) ở hạ lưu công trình đầu mối và các vị trí cần thiết khác. 16 f/ Tính điều tiết lũ. - Lưu lượng lớn nhất, tổng lượng lũ từng thời khoảng và đường quá trình lũ tại tuyến vào hồ chứa và tuyến đập theo các tần suất thiết kế. - Mô hình lũ thiết kế theo một số loại tổ hợp. - Đường quan hệ Q = f(H). g/ Tính lũ dẫn dòng và tiến độ thi công. - Lưu lượng lớn nhất từng thời kỳ trong năm (các tháng mùa cạn) và lưu lượng lớn nhất trong năm theo các tần suất thiết kế thi công. - Tần suất xuất hiện lượng mưa từng cấp trong năm và trong các mùa thi công. - Hướng chảy và tốc độ dòng nước tại lòng sông chính, lòng sông phụ, bãi bồi theo tim công trình và dọc theo các công trình tạm thời (như đê quai ...). - Tốc độ gió lớn nhất và hướng gió. Câu hỏi chương 1: 1. Trình bày những quy định chung về quy phạm tính các đặc trưng thủy văn thiết kế. 2. Các tiêu chuấn tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế. 3. Dựa vào tiêu chí nào để xác định tần suất thiết kế? CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN MƯA Mưa khí quyển là nguồn bổ sung cơ bản cho tài nguyên nước của đất liền, có mưa mới có dòng chảy. Nghiên cứu chi tiết về nguồn gốc mưa thuộc về lĩnh vực khí tượng học. Trong thủy văn mưa được coi là một thành phần quan trọng trong cán cân nước, việc tính toán nó giúp cho ta đánh giá được tài nguyên nước của lưu vực, biết được quy luật hình thành và phân phối mưa giúp cho ta đánh giá được tính đúng đắn trong tính toán phân tích sự hình thành và phân phối dòng chảy, từ việc tính toán được phân bố mưa các mùa, các tháng ta có thể tính toán được lượng nước dùng trong thủy lợi, trong nông nghiêp. Tính toán mưa các vấn đề sau: 17 - Tính toán mưa năm phục vụ cho việc đánh giá nguồn tài nguyên nước, tính toán được thành phần cân bằng nước trên lưu vực. - Tính toán phân phối lượng mưa trong năm theo các mưa các tháng. - Tính toán mưa lũ phục vụ cho bài toán tính lũ, tính tiêu nước cong nông nghiệp, trong tiêu nước các thành phố, các khu đo thị và dân cư tập trung. - Tính toán mưa phục vụ cho tính toán lượng nước dùng trong nông nghiệp. 2.1 TÍNH TOÁN MƯA NĂM . 2.1-1 Tính lượng mưa năm trung bình nhiều năm cho lưu vực. Lượng mưa năm trung bình nhiều năm là thành phần quan trọng nhất trong cân bằng nước thẳng đứng, nó là cơ sở để xác định lượng mưa năm ứng với tần suất thiết kế. Việc tính mưa năm bình quân lưu vực trung bình nhiều năm có hai trường hợp: - Nếu diện tích lưu vực F nhỏ hơn FKC , lúc đó lượng mưa năm trung bình nhiều năm xác định theo công thức sau: x 0 j = ∑ x n i (2-1) Trong đó: X i - Lượng mưa năm thứ i của điểm đo mưa; n - số năm quan trắc của điểm đo mưa. F KC - Diện tích khống chế, phụ thuộc vào đặc điểm phân bố mưa theo không gian, như ở Liên Xô cũ FKC khoảng 100km2 , ở nước ta do mưa biến đổi manhhj theo không gian và thời gian nên có thể lấy FKC bé hơn nhiều. - Nếu diện tích lưu vực tính toán F lớn hơn diện tích F KC thì phải tính lượng mưa diện (lượng mưa bình quân lưu vực) thay cho lượng mưa điểm. Ở Liên xô cũ coi F KC ≈ 100 km2, ở nước ta do điều kiện địa hình phức tạp nên mưa có biến động lớn theo không gian và thời gian nên FKC có thể lấy bé hơn. Trong chương 3 “ Nguyên lý thủy văn ” đã trình bày các phương pháp tính lượng mưa năm trung bình nhiều năm của toàn lưu vực như: các phương pháp trung bình số học và các phương pháp trung bình có trọng số (gồm phương pháp đa giác Thai Sơn và phương pháp đường đẳng trị mưa). 2.1-2 Tính lượng mưa năm thiết kế. Để xác định được lượng mưa năm thiết kế ta cần phải xác định được các tham số thống kê X, CV và CS của chuỗi mưa năm. Theo thời gian, tùy theo tình hình số liệu mà có thể chia ra làm ba trường hợp tính toán là có đủ tài liệu, tài liệu ngắn và không có tài liệu. Về không gian ta có thể tính cho mưa điểm nếu lưu vực bé và mưa diện cho lưu vực lớn hơn. a. Khi có đủ tài liệu. 18 Một chuỗi quan trắc mưa được gọi là đủ khi kết quả tính toán đảm bảo sai số cho phép, đảm bảo tính đại biểu và ổn định. Tính lượng mưa năm thiết kế trong trường hợp này có thể tiến hành theo các phương pháp sau: + Phương pháp mô men. - Sắp xếp các số hạng có giá trị từ lớn đến nhỏ; - Tính trị số trung bình của chuỗi X = ∑ x (2-2) i n - Tính hệ số biến suất k i x = i X - Tính tần suất kinh nghiệm; - Chấm điểm quan hệ K m ~ P% trên giấy tần suất; - Tính hệ số biến đổi: C V ∑ = (x i − x tb )2 n = ∑ (k i − 1 )2 n (2-3) - Tính hệ số không đối xứng ∑ ( Xi - X TB )3 ∑ ( k i - 1 )3 CS = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯ (n - 3)CV 3 XTB3 (n - 3) CV3 (2-4) - Dựa vào các tham số thống kê X , CV, CS ta lập bảng tính Xp (như bảng 22) và vẽ đường tần suất lý luận. Nếu đường tần suất lý luận phù hợp với các điểm kinh nghiệm thì ta chấp nhận các tham số thống kê đã xác định được. Nếu đường tần suất lý luận không phù hợp với các điểm kinh nghiệm, nghĩa là các tham số thống kê tính toán chưa đúng, ta phải tìm cách tính toán lại cho tới khi phù hợp. - Xác định lượng mưa năm thiết kế: (2-5) X = X ( Φ pCv + 1 ) Ví dụ: Tính lượng mưa năm thiết kế ứng với tần suất P =75% và P=85% cho trạm mưa Bắc Cạn với chuỗi quan trắc 51 năm (1916-1944 và 1956-1977). Bài giải: a/ Tính và vẽ đường tần suất kinh nghiệm. - Lập bảng tính (bảng 2.1). Sắp xếp các số hạng từ lớn đến nhỏ (cột 4). - Tính trị số trung bình của chuỗi: X = ∑ x n i = 80373 51 = 1576 . 0 mm 19 Tính hệ số biến suất k i = x X i (cột 5 bảng 2.1) - Tính tần suất kinh nghiệm theo công thức: m + 0.3 P % = ⎯⎯⎯ . 100% (cột 9 bảng 2.1) n + 0.4 - Chấm điểm kinh nghiệm quan hệ K i ~ P% ( hoặc Xi ~ P%) trên giấy tần suất. b/ Tính và vẽ đường tần suất lý luận. Với phương pháp mô men ta cần xác định cả ba tham số X, CV và CS ta tiến hành tiếp các bước: - Tính các cột 6, 7 và 8. Chú ý kiểm tra sao cho tổng cột 6 bằng không tức là ∑ (ki - 1) = 0. - Tính hệ số biến đổi CV theo công thức (2-3). Bảng 2.1 Tính các tham số thống kê chuỗi mưa năm Bắc Cạn TT Năm Xi Xm km k-1 ( k - 1 ( k - 1 P% )2 )3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1916 1500 2168 1.38 0.38 0.144 + 1.36 0.0549 2 1917 1536 2156 1.37 0.37 0.137 + 3.31 0.0507 3 1918 1763 2040 1.29 0.29 0.084 + 5.26 0.0244 4 1919 1475 2020 1.28 0.28 0.078 + 7.21 0.0220 . . . . . . . . . 29 1944 1621 1512 0.96 - 0.04 0.002 55.9 0.0001 30 1956 2168 1500 0.95 - 0.05 0.003 57.9 0.0001 . . . . . . . . . 49 1975 1571 1190 0.76 - 0.24 0.058 94.9 0.0138 50 1975 1321 1039 0.66 -0.34 0.116 96.9 0.0138 51 1976 1242 983 0.62 -0.38 0.144 98.6 0.0549 80373 51.0 0.00 1.534 + ∑ 0.0729 20 X 1576 mm 1.534 ∑ ( k i - 1 )2 CV = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯ = 0.175 n-1 51 -1 - Tính hệ số không đối xứng theo công thức (2-4). ∑ ( k i - 1 )3 0.0729 CS = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = 0.28 (n - 3)CV 3 (n - 3).( 0.175)3 - Có CV và CS tiến hành vẽ đường tần suất lý luận. Tra bảng Foster - Rưpkin cho các giá trị φ tương ứng với các tần suất theo bảng 2.3 theo công thức kP = φ CV +1 hay Xp = kp x. Bảng 2.2 Tung độ đường tần suất lý luận chuỗi mưa năm Bắc Cạn P % 0.1 1 3 5 10 20 30 50 70 75 85 90 95 99 3.4 2.5 1.9 1. 1.3 0.8 0.4 0.0 φ 9 2 9 72 1 2 8 5 0.5 0.7 1. 1.2 1.5 2.1 6 0 03 4 5 2 1.6 1.4 1.3 1. 1.2 1.1 1.0 0.9 0.9 0.8 0. 0.7 0.7 0.6 φ CV+ 10 40 49 30 29 43 84 91 03 78 82 83 29 30 1 0 1 XP 25 22 21 20 19 18 17 15 14 13 12 12 11 99 37. 69. 26. 50 40. 01. 08. 62. 23. 84. 92 34. 49. 3. . . Từ bảng 2.2 vẽ đường tần suất lý luận. Đường tần suất lý luận chuỗi mưa năm Bắc Cạn với các tham số thống kê đã tính trên phù hợp với các điểm kinh nghiệm. Như vậy với bộ thông số này ta có thể dùng để xác định lượng mưa năm ứng với tần suất thiết kế cho trạm Bắc Cạn. - Xác định lượng mưa năm thiết kế ứng với tần suất P=75% và P=85%. Từ bảng tra ta tính được: + k P=75%= 0.878, tương ứng lượng mưa thiết kế Xp=75%=1576 × 0.878 = 1384 mm + k P=85%= 0.820, tương ứng lượng mưa thiết kế Xp=85%= 1576× 0.820 = 1292mm. Ngoài phương pháp nêu trên trong trường hợp có đủ tài liệu ta có thể dùng các phương pháp sau để vẽ đường tần suất lý luận và xác định các tham số thống kê: + Phương pháp đường thích hợp (xem các tài liệu tham khảo [6] và [7]. 21
- Xem thêm -