Sông và hệ thống sông | Môn Kỹ thuật thủy lực - Đại học Xây Dựng Hà Nội

lOMoAR cPSD| 58970315
Sông và hệ thống sông
Sông ngòi là sản phẩm của khí hậu, được hình thành dưới tác động bào mòn của dòng
chảy do nước mưa hoặc tuyết tan.Sông là một dải lãnh thổ trên đó dòng nước tự nhiên
chảy theo những nơi trũng của địa hình có lòng dẫn tương đối ổn định, có nguồn cung cấp
nước là nước mặt và nước ngầm. Phân cấp sông, phân đoạn sông, phân loại hình dạng
-Phân cấp:Sông chính và sông nhanh cấp 1,cấp 2..
-Phân loại:sông hình nan quạt,lông chim,cành cây,song song Lòng sông, bãi sông
Lòng sông: là phần sông có nước chảy quanh năm. Mùa kiệt, nước ít, nước trong sông
chảy trong phần thấp nhất, ta gọi đó là lòng sông.
Bãi sông: là phần đất ngâp hai bên bờ sông ṿ ào mùa lũ, phần lớn xuất hiên ở trung ̣ và hạ
lưu. Có vai trò quan trọng trong điều tiết dòng chảy mùa lũ. Nếu sông không có bãi thì
khả năng điều tiết dòng chảy kém: khi lũ về lưu lượng và mực nước rất lớn, tác dụng phá
hoại của sông rất cao. Ngược lại, nếu sông có diện tích bãi lớn, khi lũ về, một phần thể
tích nước sẽ tràn vào các bãi, do đó làm giảm đáng kể lượng lũ trong dòng chính, dòng
chảy lũ sẽ được điều tiết ôn hòa hơn.
Lưu vực và các đặc trưng hình hoạ lưu vực sông, ảnh hưởng của đặc trưng này tới
dòng chảy cửa ra của lưu vực
+)Lưu vực sông là phần mặt đất mà nước trên đó sẽ chảy ra sông (kể cả nước mặt và nước
ngầm). Nói cách khác, Lưu vực sông là khu vực tập trung nước của con sông.Nước trên
lưu vực chảy theo hệ thống sông suối tập trung vào lòng chính, mặt cắt sông tại đó nước
trên lưu vực chảy qua nó để chảy về hạ lưu gọi là mặt cắt khống chế. +)Có 2 loại lưu vực:
Lưu vực kín: là lưu vực có đường chia nước mặt trùng với đường chia nước ngầm Lưu
vực hở: là lưu vực có đường chia nước mặt không trùng với đường chia nước ngầm
Trong thực tế tính toán rất khó xác định đường phân nước ngầm, bởi vậy thường lấy đường
phân nước mặt làm đường phân nước của lưu vực sông (coi đường phân nước mặt và
đường phân nước ngầm trùng nhau)
Các đặc trưng hình họa của lưu vực sông:Diện tích lưu vực,chiều dài sông,chiều dài lưu
vực,chiều rộng binh quân lưu vực,độ cao bình quân lưu vực,độ dốc lòng sông,độ dốc bình
quân lưu vực,mật đọ lưới sông,mặt cắt sông,hệ số hình dạng lưu vực,hệ số uốn khúc,hệ
số không đối xứng,hệ số phát triển đường phân nước
+)Một số đặc trưng hình học khác
-Chiều rộng bình quân lưu vực: Là tỷ số giữa diện tích lưu vực và chiều dài lưu vực Blv (km) = F/Llv F/Ls
Nếu sông càng ngắn thì thời gian tập trung dòng chảy càng nhanh
Do đó lũ sẽ lên nhanh, xuống nhanh, đỉnh cao, rất nguy hiểm cho các công trình
trên sông ở hạ du -Độ cao bình quân lưu vực: lOMoAR cPSD| 58970315 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- Diện tích lưu
vực n- số mảnh diện tích
Lưu vực có độ cao bình quân lớn cũng có nghĩa là nó nằm ở vùng chịu ảnh hưởng của khí
hậu vùng cao, tùy từng vùng cụ thể là nơi có áp suất không khí thấp, có gió lớn, khí hậu
khắc nghiệt, nhiệt độ rất thấp vào mùa đông, rất cao vào mùa hè.
-Độ dốc lòng sông chính Js (o/oo):
Tính theo đường kẻ dọc sông sao cho các phần diện tích thừa thiếu khống chế bởi đường
thẳng và đường đáy sông bằng nhau
-Độ dốc bình quân lưu vực J (o/oo) Trong đó:
∆hi : chênh lệch cao độ giữa hai
đường đồng mức li: chiều dài của đường
đẳng cao thứ i trong phạm vi lưu vực
Độ dốc có ảnh hưởng rất quan trọng tới quá trình tập trung dòng chảy, sự tạo thành lũ
và tính chất lũ trong lưu vực. Lưu vực càng dốc thì dòng chảy tập trung càng nhanh và lũ lên càng nhanh
2. Mặt cắt dọc, mặt cắt ngang sông, đo đạc yếu tố (mực nước, vận tốc, lưu lượng)
+)Mặt cắt dọc sông là mặt cắt qua trục lòng sông. Theo chiều dài dòng sông, biểu thị độ
dốc đáy sông và độ dốc đường măt nự ớc.
Muốn xác định mặt cắt dọc của sông, ta đo cao trình các điểm giữa lòng sông tại những
nơi địa hình thay đổi rõ rệt. Sau đó lấy chiều dài sông làm hoành độ và cao trình của các
điểm tương ứng làm tung độ rồi nối các điểm trên hệ tọa độ vuông góc ta được biểu đồ
mặt cắt dọc của sông. lOMoAR cPSD| 58970315
Bản đồ mặt cắt dọc cho biết tình hình phân bố độ dốc lòng sông và chênh lệch mực nước
giữa các vị trí trên sông. Mặt cắt dọc là căn cứ chủ yếu để nghiên cứu đặc tính của dòng
nước và dự tính năng lượng tiềm tàng của song
Đô ḍ ốc 1 đoạn sông: J (‰) = ∆H/∆L
Đô ḍ ốc của môt ṣ ố đoạn sông: J (‰) = ∑∆Hi/∑∆Li
Đô ḍ ốc cả sông: J (‰) = (Hnguồn sông – Hcửa sông)/L Trong đó:
∆H: chênh lêch cao độ đ ̣ áy sông từ đầu đoạn tới cuối đoạn sông (m)
∆L: độ dài đoạn sông (km)
N: số đoạn sông kế tiếp nhau
+)Mặt cắt ngang của sông tại một vị trí trên sông là mặt cắt vuông góc với hướng nước
chảy tại vị trí đó. Mặt cắt ngang thay đổi theo tình hình mực nước, vì vậy người ta phân
ra hai loại mặt cắt: mặt cắt lớn và mặt cắt thường. Mặt cắt lớn là mặt cắt chỉ về mùa lũ
nước chảy qua, còn mặt cắt thường (gọi tắt là mặt cắt) chỉ bộ phận luôn có nước chảy qua.
Căn cứ vào hình dạng khác nhau người ta còn phân mặt cắt ngang sông thành mặt cắt đơn và mặt cắt kép.
Măt c ̣ ắt ngang sông được giới hạn bởi đường mặt nước ngang sông và đường đáy sông chứa nước.
Các đăc trưng mặ t c ̣ắt ngang:
Chiều rông mặ t c ̣ ắt ngang B (m): là khoảng cách giữa mép nước bờ phải và trái.
Độ sâu lòng sông ở mỗi điểm h (m): là hiêu ṣ
ố giữa mực nước và cao độ đáy
sông tại điểm đó trên măt c ̣ ắt ngang.
Đường thủy trực: là các đường thẳng đứng hạ từ măt nự ớc tới đáy sông.
Diên ṭ ích măt c ̣ắt ướt (m2): tính bằng tổng các diên ṭ ích bộ phân:̣ Trong đó:
x1, x2n , ..., xn = khoảng cách từ mép nước tới các thủy trực (m) h1, h2 ,
..., hn = độ sâu mỗi thủy trực (m)
Chu vi ướt : độ dài đường đáy sông chứa nước giới hạn bởi mép nước bờ phải và bờ trái của măt c ̣
ắt ngang Độ sâu lớn nhất: hmax = max(hi) Độ sâu trung bình măt c ̣ ắt: Bán kính thủy lực: lOMoAR cPSD| 58970315
thường trong sông B >> htb B R htb
+)đo đạc yếu tố (mực nước, vận tốc, lưu lượng) Mực nước
Có thể đo trực tiếp hoặc gián tiếp.
Đo trực tiếp: thước nước (thủy chí) đặt thẳng lên cọc đo đóng cố định trên bờ hoặc trên
các công trình cố định như chân cầu, ...
Mực nước đo bằng hệ thống cọc, thủy chí được tính như sau: H = + a
= cao trình đầu cọc, a = độ sâu đầu cọc.
Đo gián tiếp: dùng máy tự ghi
mực nước và các thiết bị điện tử đo mực nước.
Đo đạc mực nước trong điều kiện thường
+ Quy phạm: mỗi ngày hai lần (2 ốp) vào 7 và 19 giờ, số đọc chính xác tới cm. Đo mực nước trong mùa lũ
Biên độ dao động mực nước trong mùa lũ rất lớn nên phải tiến hành đo nhiều lần
trong cả quá trình lên/xuống của lũ (thường 1 giờ một lần, có khi 30 phút một lần).
Ở các vùng sông chịu ảnh hưởng thủy triều cần đo liên tục vì mực nước dao động liên tục.
Từ các giá trị đo được tại các thời điểm khác nhau trong một khoảng thời gian ta có
thể xây dựng đường quan hệ H = f(t) gọi là đường quá trình mực nước. Lưu lượng
Lưu lượng: là thể tích nước chuyển qua mặt cắt ngang trong một đơn vị thời gian là
1 giây, kí hiệu Q, đơn vị m 3 /s.
Lưu lượng nước được đo đạc bằng các phương pháp khác nhau: đo trực tiếp, đo yếu tố và đo gián tiếp.
Trong tài liệu này tập trung giới thiệu phương pháp đo yếu tố :
Phương pháp này không đo trực tiếp lưu lượng nước mà đo các yếu tố để tính lưu lượng.
Chẳng hạn, khi đo lưu lượng nước trong sông, người ta tiến hành đo vận tốc dòng nước
và đo diện tích mặt cắt ướt, từ đó tính ra lưu lượng nước theo công thức Q = v* ω . Đây
là phương pháp chủ yếu áp dụng cho đo đạc dòng chảy các dòng sông thiên nhiên. Vận tốc lOMoAR cPSD| 58970315
Đo bằng phao: Dùng đối với các sông, suối nhỏ ở thượng lưu, vào mùa lũ dòng chảy xiết
rất khó đo đạc bằng các phương pháp khác. Phương pháp này nhanh, đơn giản nhưng kém chính xác.
Cách bố trí: bố trí ba mặt cắt khác nhau, cách nhau từ 100-200m, tùy theo mặt sông rộng
hay hẹp, tiến hành thả phao trôi từ mặt cắt 1 2 3 và xác định thời gian ti phao trôi giữa
các mặt cắt, sau đó đo lưu tốc dòng chảy xác định bởi
L = khoảng cách từ MC1 - MC3
Đo bằng lưu tốc kế: Lưu tốc kế: là thiết bị chuyên dùng để đo lưu tốc dòng chảy. Tùy
theo cấu tạo, chia thành hai loại chính: Lưu tốc kế cánh quạt và lưu tốc kế điện tử.
Lưu tốc kế cánh quạt: gồm hai bộ phận chính là đầu quay (cánh quạt) và bộ phận phát tín
hiệu đặt trong thân lưu tốc
Nguyên lý hoạt động: lưu tốc dòng chảy làm quay cánh quạt. Tốc độ quay tỷ lệ với lưu
tốc dòng chảy. Sau một số vòng quay nhất định, làm chuông kêu bấm giây khoảng thời
gian giữa hai lần kêu xác định được lưu tốc dòng chảy theo công thức đi kèm với máy.
v = a + b. n n = số vòng quay/giây a và b là hệ số của máy lưu tốc
3. Các yếu tố ảnh hưởng tới dòng chảy, yếu tố nào quan trọng nhất, tại sao
-Các yếu tố khí hậu, khí tượng Bức xạ Áp suất không khí Gió Mưa lOMoAR cPSD| 58970315
- Khái niệm: Mưa là hiên tự
ợng nước ở thể lỏng hoăc tḥ ể rắn từ các tầng
khí quyển rơi xuống bề măt đ ̣ ất.
- Mưa được hình thành từng đợt, mỗi đợt được coi là môt trậ n mưa.̣
Nhận xét ưu, nhược điểm của 3 phương pháp
• Phương pháp bình quân số học
– Phù hợp với lưu vực nhỏ
– Các trạm phải được bố trí đồng đều
– Yêu cầu chênh lệch lượng mưa của trạm bất kỳ không quá lớn so với mưa trung bình lưu vực – Tính toán đơn giản
– Không chính xác đối với lưu vực có diện tích lớn và mưa phân bố không
đều vì không xét đến trọng số mưa giữa các trạm và ảnh hưởng của điều kiện địa hình
• Phương pháp đa giác Thiessen
– Phương pháp này ứng dụng được khi trên lưu vực và lân cận nó có nhiều điểm đo mưa với n 3
– Ưu điểm của phương pháp là đã xét được quyền số diện tích fi/F (so với
phương pháp bình quân số học)
– Nhược điểm là chưa xét đến ảnh hưởng của địa hình
– Phương pháp này được sử dụng nhiều nhất hiện nay trong tính toán thuỷ văn. lOMoAR cPSD| 58970315
• Phương pháp đường đẳng trị mưa
– Phương pháp chính xác nhất
– Phương pháp này không chỉ cho ta tính được lượng mưa bình quân lưu vực
mà còn cho biết quy luật biến đổi của mưa theo không gian
(vị trí tâm mưa, giảm dần về các hướng như thế nào ...)
– Khối lượng tính toán lớn, yêu cầu mạng lưới đo mưa dày đặc Ảnh hưởng
của yếu tố măt đệ m đ ̣ ến sự hình thành dòng chảy sông ngòi
Đặc tính thổ nhưỡng và điều kiện địa chất: quyết định lượng nước ngấm xuống đất và
lượng nước trữ trong lưu vực và loại đất cũng ảnh hưởng rõ rệt đến lượng dòng chảy.
Những vùng núi đá vôi thường có nhiều khe nứt, có khả năng tăng đáng kể các dòng chảy
ngầm và giảm dòng chảy mặt, ngoài ra do có nhiều hang động ngầm nên khả năng mất
nước của lưu vực này và tăng lượng dòng chảy cho lưu vực khác thường xảy ra. Đặc tính
thổ nhưỡng của lưu vực còn ảnh hưởng đến khả năng xói mòn đất và lượng dòng chảy
bùn cát trong sông. Đối với các lưu vực có hiện tượng xói mòn mạnh sẽ làm tăng lượng
bùn cát cho hệ thống sông.
+ Ao hồ, đầm lầy: ảnh hưởng đến khả năng điều tiết nước của lưu vực. Khi mưa rơi xuống,
một lượng nước lớn được tích lại trong các hồ ao và làm giảm lượng nước mặt và bổ sung
dòng chảy cho sông ngòi sau khi kết thúc mưa.
Ảnh hưởng hoạt động dân sinh kinh tế đến chế độ dòng chảy sông ngòi
- Nhìn chung, hầu như tất cả các tác đông c ̣ ủa con người vào thiên nhiên để cải
tạo, nhằm đem lại các lợi ích kinh tế đều để lại những hâu qụ ả to lớn.
Các hoạt đông ṇày vừa mang ý nghĩa tích cực lẫn tiêu cực. + Viêc tṛ
ồng cây gây rừng, xây dựng các hồ chứa để cải tạo môi trường, chống lại
hiện tượng sa mạc hóa, duy trì bảo tồn và phát triển những khu vực sinh thái, ... là những hoạt đông ṭ ích cực.
+ Hiện tượng phá rừng đầu nguồn, sử dụng đất không hợp lý có thể gây ra hiện tượng lũ
quét, tăng xói mòn đất và giảm dòng chảy về mùa kiệt. Đây là các tác đông x ̣ ấu
đến sự hình thành dòng chảy sông ngòi.
+ Việc xây dựng các hồ chứa lớn ở đầu nguồn có thể làm thay đổi căn bản chế độ dòng
chảy vùng hạ du, có thể gây những tác động tích cực hoặc tiêu cực đến môi trường, sinh
thái và các hoạt động sinh kinh tế vùng hạ du.
+ Các khí thải công nghiêp, nuôi tṛ
ồng thủy sản không theo quy hoạch, chất hóa học bảo vê tḥ
ực vât, ... tḥ ải vào các sông, hồ gây ảnh hưởng năng nề đ ̣ ối với dòng chảy
sông ngòi nói riêng và môi trường toàn cầu nói chung.
Chế đô thủy văn của mộ
t lưu vực là kết quả tổng hợp của nhiều nhân tố ảnh ̣
hưởng, trong đó khí hâu đóng vai trò quyết định, các nhân tố khác tùy theo điều ̣
kiên cụ thể có ảnh hưởng ít nhiều khác nhau.̣ lOMoAR cPSD| 58970315
4. Quá trình hình thành dòng chảy trong sông
KHI MƯA RƠI XUỐNG->Một phần bị giữ lại trên lá cây, mái nhà=>Một
phần bị giữ lại trong các chỗ trũng->Một phần bị bốc hơi trở lại
->Một phần bị thấm xuống đất->Phần còn lại chảy tràn trên sườn dốc tạo
thành các lạch nước rồi đổ vào suối, sông Mưa
- Mưa là nguyên nhân sinh ra dòng chảy ở nước ta.
- Dòng chảy sông ngòi ở nước ta đều do mưa trên lưu vực tạo thành.
Quá trình tổn thất
- Các dạng tổn thất chính: tổn thất ban đầu, bốc hơi, thấm. a. Tổn thất ban đầu
- Xảy ra ở giai đoạn đầu của một trận mưa.
- Mưa rơi xuống bề mặt lưu vực trong giai đoạn này chưa thể sản sinh dòng
chảy. Lượng mưa bị tổn thất hoàn toàn do lấp vào những chỗ trũng trên lưu
vực, bị giữ lại trên lá cây và thấm xuống đất.
- Cường độ mưa trong giai đoạn này nhỏ hơn cường độ thấm tiềm năng của đất.
b. Tổn thất do bốc hơi
- Hiện tượng bốc hơi xảy ra liên tục trong suốt thời gian hình thành dòng chảy
bao gồm: bốc thoát hơi qua lá cây, bốc hơi mặt nước, bốc hơi mặt đất
c. Tổn thất do thấm
- Tổn thất thấm xảy ra trong suốt thời gian mưa và cả sau mưa khi trên sườn
dốc vẫn còn dòng chảy mặt.
+ Thời gian đầu, cường độ thấm lớn nhất, sau đó giảm dần. Khi độ ẩm đất đạt
trạng thái bão hòa thì cường độ thấm đạt giá trị ổn định gọi là cường độ thấm ổn định lOMoAR cPSD| 58970315
5. Phương trình cân bằng nước dạng tổng quát và các trương hợp riêng
• Xét một khu vực bất kỳ trên lưu vực trong một thời đoạn bất kỳ t
• Các thành phần nước đến: – Lượng mưa: X
– Lượng nước ngưng tụ: Z 1
– Lượng nước mặt đến: Y 1
– Lượng nước ngầm đến: W 1
– Lượng nước trữ trong khu vực đầu thời đoạn t: U 1
• Các thành phần nước đi: – Lượng bốc hơi: Z 2
– Lượng nước mặt đi: Y 2
– Lượng nước ngầm đi: W 2
– Lượng nước trữ trong khu vực cuối thời đoạn t: U 2
PTTQ: (X+Z1+Y1+W1)-(Z2+Y2+W2 ) = U
U = U 2 - U1 biểu thị sự chênh lệch lượng nước trữ trong lưu vực ở đầu và
cuối thời đoạn t. U có thể nhận giá trị âm, dương hoặc bằng không.
• Trong thời kỳ nhiều năm
– Đối với lưu vực kín: Xét pt (1) trong n năm: X=Y+Z+ U X0=( Xi)/n là chuẩn mưa năm Y0=( Yi)/n là chuẩn dòng chảy năm Z0=( Zi)/n là chuẩn bốc hơi năm lOMoAR cPSD| 58970315
Trong thời kỳ nhiều năm có năm thừa nước, có năm thiếu nước nên Ui 0 Kết luận: X0=Y0+Z0
Đối với lưu vực hở: X=Y+Z+ W+ U X0=Y0+Z0+ W0
- Phương trình cân bằng nước dùng để:
+ So sánh các nguồn nước cung cấp cho một khu vực nhất định trong các thời gian khác nhau
+ Xác định mức độ ảnh hưởng của từng thành phần đến quá trình hình thành
chế độ nước của khu vực
+ Đánh giá sai số trong việc đo các đặc trưng
+ Đánh giá độ chính xác về các kết luận chế độ nước của khu vực
+ Dùng để xác định một cách gián tiếp các yếu tố khó đo đạc như bốc hơi, dòng chảy, thấm
PHẦN 2: TÍNH TOÁN THỦY VĂN
1 . Các đặc trưng dòng chảy: khái niệm, công thức, ý nghĩa, tính các đặc trưng dòng chảy
Lưu lượng dòng chảy
• Lưu lượng nước Q (m 3 /s): Là lượng nước chảy qua mặt cắt ngang nào
đó của sông trong thời gian 1 giây.
• Lưu lượng tại thời điểm bất kỳ gọi là lư u lượng tức thời.
• Quá trình thay đổi lưu lượng theo thời gian tại một tuyến mặt cắt nào đó
gọi là quá trình lưu lượng, ký hiệu Q ~ t. Đồ thị của quá trình lưu lượng
nước được gọi là đường quá trình lưu lượng nước lOMoAR cPSD| 58970315
• Lưu lượng bình quân trong một khoảng thời gian T bất kỳ là giá trị trung
bình của lưu lượng nước trong khoảng thời gian đó.
Trong đó: Qi là lưu lượng bình quân tại mỗi thời đoạn thứ i bất kỳ; n là số thời
đoạn tính toán trong khoảng thời gian T
Tổng lượng dòng chảy
Tổng lượng dòng chảy W (Km3): là lượng nước chảy qua mặt cắt ngang sông
trong một khoảng thời gian T nào đó từ thời điểm t1 đến t2 (T = t2t1). t2 W Q t dt Công thức t1
• t1, t2 là thời điểm đầu và cuối của thời đoạn tính toán
• Q(t) là lưu lượng trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ dt
Trong thực tế, nếu có n thời đoạn tính toán thì
Qi là lưu lượng bình quân trong thời đoạn thứ i Nếu t=hằng số thì lOMoAR cPSD| 58970315 Đô sâu ḍ
òng chảy Y (còn gọi là lớp dòng chảy - mm): Là đô ḍ ày
lớp nước nếu ta đem tổng lượng dòng chảy trong khoảng thời gian T nào đó
rải đều trên toàn bô diệ n ṭ ích lưu vực.
W (km3) - Tổng lượng dòng chảy trong khoảng thời gian T F (km2) - Diên ṭ ích lưu vực Y (mm) - Lớp dòng chảy
Mô đun dòng chảy M (l/s / km 2 ): Là trị số lưu lượng tính trên môt đơn ṿ ị diên ṭ
ích (1 km2) tham gia vào sự hình thành lưu lượng ở
tuyến cửa ra của lưu vực.
Q (m3/s) - Lưu lượng dòng chảy F
(km2) - Diên ṭ ích lưu vực
Hê ṣ ố dòng chảy α: Được tính bằng tỷ số giữa đô sâu ḍ òng chảy
Y và lượng mưa tương ứng X sinh ra đô sâu ḍ òng chảy đó. lOMoAR cPSD| 58970315
α - Hê ṣ ố không thứ nguyên
Vì 0 ≤ Y ≤ X nên 0 ≤ α ≤ 1. Hê ṣ ố này phản ánh mức đô ṭ ổn thất dòng chảy
trên lưu vực. Hê ṣ ố α càng lớn, tổn thất dòng chảy càng bé và ngược lại.
Ý nghĩa của các đại lượng biểu thị dòng chảy
• Lưu lượng dòng chảy và Tổng lượng dòng chảy:
– Phản ánh mức độ lớn nhỏ về lượng nước mà lưu vực có khả năng cung cấp
• Mô đun dòng chảy và Lớp dòng chảy:
– 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. • Hệ số dòng chảy:
– Phản ánh tình hình sản sinh dòng chảy trên lưu vực.
– α càng lớn thì lượng tổn thất càng ít và ngược lại.
2 . Xác suất thống kê
Mẫu và Tổng thể
Tổng thể là tập hợp tất cả các giá trị mà đại lượng ngẫu nhiên X có thể nhận được. Ký hiệu: N
Mẫu là một bộ phận của tổng thể, một phần rất nhỏ của tổng thể mà thông qua
quan sát đo đạc có được. Ký hiệu: n
Như vậy, chúng ta sẽ có tổng thể nếu dung lượng mẫu bằng ∞. Trong thực tế,
khi thí nghiệm được lặp đi lặp lại liên tiếp, ta không thể thu được tổng thể mà
chỉ thu được mẫu mà thôi. lOMoAR cPSD| 58970315
yêu cầu chọn mẫu
• Tính độc lập: Các số liệu của mẫu không phụ thuộc lẫn nhau
• Tính đại biểu: mẫu được chọn có những tính chất của tổng thể. Muốn
vậy, dung lượng mẫu phải đủ lớn đảm bảo sai số lấy mẫu; mẫu phải bao
gồm các giá trị số đặc trưng lớn, nhỏ và trung bình
• Tính đồng nhất: Cùng loại, cùng nguyên nhân hình thành hoặc cùng điều kiện xuất hiện
Đặc trưng thống kê, xi x Trị số bình quân: n k Cv i 1 2 Hệ số phân tán: n 1 lOMoAR cPSD| 58970315 C n 3 C 3 s ki 1v3 Hệ số thiên lệch:
Sai số lấy mẫu •
Đường tần suất kinh nghiệm
Khái niệm tần suất kinh nghiệm: là xác suất để cho đại lượng ngẫu nhiên X
nhận giá trị lớn hơn hoặc bằng x được ước lượng từ mẫu (chuỗi số liệu) thực đo:
Các công thức tính tần suất kinh nghiệm thường dùng trong thuỷ văn lOMoAR cPSD| 58970315
Trong đó: m là số lần xuất hiện trị số lớn hơn hoặc bằng trị số đã cho; n là độ dài mẫu
Vẽ đường tần suất kinh nghiệm Lập bảng mẫu ◦ Cột 1: Thứ tự
◦ Cột 2: Chuỗi số liệu đã sắp xếp từ lớn đến nhỏ
◦ Cột 3: Tính tần suất kinh nghiệm theo một trong các công thức tần
suất kinh nghiệm thường dùng trong thuỷ văn
Chấm quan hệ cột 2 và cột 3 lên giấy tần suất
Vẽ đường cong trơn đi qua trung tâm nhóm điểm được đường tần suất kinh nghiệm
Đường tần suất lý luận: là đồ thị của hàm phân bố xác suất toán học
F(x)=P(X≥x), mô tả luật phân bố xác suất của đại lượng ngẫu nhiên nhận giá
trị bằng hoặc lớn hơn trị số đó: P(X≥x), nhằm ngoại suy các giá trị nằm ngoài
các giá trị thực nghiệm
Phương pháp vẽ đường tần suất lý luận
Xác định các tham số thống kê (Xtb, Cv , Cs ) lOMoAR cPSD| 58970315
Lựa chọn dạng phân phối xác suất Pearson III hay Kriski Menken
Sử dụng các bảng tra F-R hoặc bảng K-M xác định tọa độ đường tần suất lý luận
Kiểm tra sự phù hợp giữa điểm TSKN và đường TSLL và điều chỉnh:
Nếu đường tần suất lý luận vẽ từ tra bảng trùng với đường kinh nghiệm
vẽ theo những điểm thực đo thì đường tần suất lý luận đó là đường tần
suất của tổng thể , và 3 trị số Xtb, Cv , Cs là 3 thông số thống kê của tổng
thể. Trong trường hợp ngược lại 3 thông số Xtb, Cv, Cs chỉ là 3 thông số
thống kê của mẫu thì ta phải thay đổi chúng đi sao cho đường tần suất lý
luận trùng với đường tần suất kinh nghiệm giấy tần suất
Ảnh hưởng của các tham số thống kê đến đường tần suất -trục hoành. Với cùng một
đại lượng ngẫu nhiên, nếu Cv=const và Cs=const đường tần suất nào có giá trị bình quân
lớn hơn sẽ ở vị trí cao hơn so với trục hoành.
-Hệ số phân tán ảnh hưởng đển độ dốc của đường tần suất. Hệ số Cv càng lớn thì độ dốc
đường tần suất càng lớn, khi Cv=0 thì đường tần suất nằm ngang (song song với trục hoành)
-Hệ số phân tán ảnh hưởng đến độ cong của đường tần suất. Cs > 0 đường tần suất quay
bề lõm lên phía trên, Cs < 0 đường tần suất quay bề lõm xuống dưới, Cs=0 đường tần suất
trở thành đường thẳng.
3. Xác định phương trình tương quan
Phương trình hồi quy của đại lượng y theo x:
Đối với hiện tượng thủy văn, hai đại lượng X và Y có │r│≥ 0.8 được coi là có quan hệ chặt chẽ với nhau lOMoAR cPSD| 58970315
4. Tính dòng chảy năm thiết kế, phân phối dòng chảy năm theo mô hình năm điển hình
phân phối dòng chảy năm theo mô hình năm điển hình
Dùng phương pháp năm đại biểu, tính toán phân bố dòng chảy trong năm thông qua phân
bố dòng chảy theo tháng (12 tháng) và theo mùa (2 mùa). Các bước thực hiện: lOMoAR cPSD| 58970315
Bước 1: Phân mùa dòng chảy Mùa lũ: (các tháng liên tục)
Mùa kiệt: các tháng còn lại
Bước 2: Lập bảng lưu lượng bình quân năm, bình quân tháng theo năm thủy văn
Bước 3: Tính các giá trị Q5%, Q50%, Q95% (tùy yêu cầu tính toán) Bước
4: Chọn năm điển hình, thỏa mãn:
năm điển hình ≈ Qp như đã tính trên (Q5%, Q50%, Q95%)
Có dạng bất lợi đối với công trình
Ví dụ: Với mục tiêu khai thác năng lượng thì dạng bất lợi là mùa kiệt kéo dài; với công
trình phòng lũ, dạng bất lợi là đỉnh lũ cao, tổng lượng lớn, thời gian tập trung dòng chảy
ngắn, lũ xuất hiện muộn trong năm...
Bước 5: Tính hệ số phân phối dòng chảy theo thời đoạn (tháng, mùa)
5. Năm thủy văn, cách xác địnhNăm thủy văn
Năm thuỷ văn là năm được bắt đầu mùa lũ và kết thúc vào cuối mùa kiệt kế tiếp, có
khoảng thời gian năm dài bằng năm lOMoAR cPSD| 58970315 cách xác định
6. Chuẩn dòng chảy, ý nghĩa, đại lượng biểu thị, công thức tính