Chương II tính toán dòng chảy trong đIỀu kiện tự nhiêN



tải về 254.18 Kb.
trang1/3
Chuyển đổi dữ liệu19.11.2017
Kích254.18 Kb.
#2269
  1   2   3

Chương II - TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY TRONG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN


MỤC TIÊU CHƯƠNG

Người học cần nắm được các vấn đề sau:

- Các phương pháp tính toán lưu lượng dòng chảy lũ và mực nước đỉnh lũ thiết kế

- Phương pháp phân tích tương quan tuyến tính

- Các khái niệm mực nước thông thuyền, mực nước thi công, mực nước thấp nhất...

NỘI DUNG CHƯƠNG

2.1. NHỮNG QUI ĐỊNH CHUNG


Lưu lượng lớn nhất của dòng chảy lũ, lưu lượng dòng bùn đá, các loại mực nước thiết kế, các đặc trưng dòng chảy là kết quả của quá trình dòng chảy hình thành trên bản thân của lưu vực được gọi là điều kiện thiên nhiên thông thường. Các đặc trưng thuỷ văn do ảnh hưởng của thuỷ triều, hồ đập,... không đề cập trong chương này.

2.1.1. Nguyên tắc cơ bản trong việc tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế


Khi tiến hành công tác tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế cần phải nghiên cứu các quy phạm chuyên ngành và đồng thời cũng phải tuân theo các quy định khác liên quan trong các quy phạm xây dựng đã ban hành.

2.1.2. Sử dụng những nguồn tài liệu hiện có


Trong tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế cần sử dụng triệt để các nguồn tài liệu hiện có như:

  • Tài liệu quan trắc của các trạm khí tượng, thuỷ văn do Tổng cục Khí tượng Thuỷ văn chỉnh biên và đã xuất bản dưới hình thức niên giám và sổ đặc trưng;

  • Tài liệu thuỷ văn ở các trạm dùng riêng;

  • Tài liệu khảo sát, điều tra thuỷ văn tại khu vực dự án;

  • Tài liệu tổng hợp tình hình thuỷ văn từng địa phương, đặc điểm thuỷ văn các tỉnh;

  • Tài liệu của các công trình khác trong khu vực có liên quan.

2.1.3. Kiểm tra phân tích tài liệu gốc về các mặt.


Tuỳ theo tình hình tài liệu thu thập được ở tuyến công trình mà sử dụng các phương pháp tính toán các đặc trưng thuỷ văn. 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:

  • Tính chất đầy đủ và mức độ tin cậy của tài liệu;

  • Sự phù hợp giữa tài liệu quan trắc được và chế độ mực nước (lưu lượng) tự nhiên;

  • Nguyên nhân gây nên các mực nước cao (lũ lớn, ứ dềnh, vỡ đê...);

  • Số lần đo và phương pháp đo lưu lượng trong thời gian nước lớn;

  • Cách đo đạc và tính toán dòng chảy qua bãi sông nhánh ở tuyến công trình;

  • Cách xét ảnh hưởng của cây cỏ mọc trong lòng sông, sự biến dạng của lòng sông;

  • Kiểm tra về hệ cao độ của các chuỗi số liệu;

  • Sự phù hợp giữa mực nước lưu lượng lớn nhất, nhỏ nhất dọc sông;

  • Mức độ chính xác của việc ngoại suy đường cong lưu lượng ở phần nước cao, nước thấp;

  • 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 được 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;

  • 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 mất nước hoặc tháo nước vào sông phía trên tuyến công trình.

2.1.4. Điều kiện chọn lưu vực tương tự


Trong trường hợp không có tài liệu đo đạc thuỷ văn gần tuyến thiết kế công trình, có thể sử dụng tài liệu tương ứng của trạm thuỷ 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.

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 về sự dao động 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 thuỷ văn, tỷ lệ rừng, đầm lầy và điều kiện canh tác trên lưu vực;

  • Không có những yếu tố làm thay đổi dòng chảy tự nhiên của dòng chảy;

  • Tỷ lệ giữa các diện tích không được vượt quá 5 lần, chênh lệch về độ cao bình quân lưu vực không quá 300m.

2.2. TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG ĐỈNH LŨ THIẾT KẾ


Trong tính toán lũ, có hai phương pháp chính là phương pháp thống kê xác suất và phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành dòng chảy. Phương pháp thống kê xác suất dùng trong trường hợp lưu vực tính toán có tài liệu quan trắc trong nhiều năm, còn phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành dòng chảy được dùng trong trường hợp thiếu tài liệu thực đo.

Vấn đề chọn dạng đường tần suất trong tính toán dòng chảy lũ là việc lựa chọn đường phân phối xác suất thích hợp, vì trong tính toán lũ các trị số thiết kế thường ở các tần suất nhỏ trên phần ngoại suy của đường cong tần suất, việc ứng dụng các dạng đường tần suất khác nhau sẽ cho kết quả khác nhau.

Trong thực tế với dòng chảy lũ ở nước ta thường dùng các dạng đường tần suất như: Pearson III (PIII), Kritski-Menkel (K-M), Logarit PIII.

2.2.1. Tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế khi có tài liệu đo đạc thuỷ văn


Do dòng chảy lũ là hiện tượng phức tạp về nguyên nhân hình thành, về số lượng các trận lũ trong năm, tính biến động của chuỗi thống kê các đặc trưng lũ nên khi nghiên cứu tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế cũng cần phải xem xét các vấn đề khác như: chọn mẫu; xử lý lũ đặc biệt lớn, dạng đường tần suất và hệ số an toàn lũ.

Khi chọn dạng đường tần suất trong thống kê lũ cần đề cập các mặt sau:

+ Phù hợp về tính chất vật lý của dòng chảy lũ, cận trên cận dưới của các hàm phân phối xác suất thường phụ thuộc vào các đặc trưng thống kê, sự thay đổi các đặc trưng thống kê đó tới một giới hạn nào đó làm cho hàm phân phối xác suất xuất hiện những giá trị không phù hợp với ý nghĩa vật lý của dòng chảy lũ.



+ Sự phù hợp giữa đường tần suất lý luận với các điểm kinh nghiệm có thể đánh giá bằng kinh nghiệm qua phân tích đường tần suất lý luận hoặc đánh giá bằng các chỉ tiêu toán học: Kolmogorop, 2, ...

        1. Những qui định về chuỗi số liệu quan trắc

Trong thực tế tính toán, chuỗi quan trắc thuỷ văn dù có dài bao nhiêu nó cũng chỉ là một mẫu so với tổng thể của chúng. Vì vậy muốn mẫu đó phản ánh được tình hình phân bố của tổng thể thì chúng phải có tính đại biểu, đồng nhất và ngẫu nhiên độc lập.

Tài liệu quan trắc được xem là đủ tin cậy có thể sử dụng trực tiếp vào công tác tính toán phải đảm bảo được các yêu cầu sau đây:

+ Số lần đo đạc trong quá trình từng trận lũ phải đủ đảm bảo bắt được mực nước cao nhất của trận lũ;

+ Liệt quan trắc phải liên tục và khống chế được những năm có lũ lớn;

+ Số năm quan trắc không ít hơn 20 năm.



        1. Đường tần suất lý luận

Đường tần suất lý luận là một cách nói để phân biệt với đường tần suất kinh nghiệm mà thôi. Thực chất đường tần suất lý luận là mô hình phân phối xác suất được sử dụng trong tính toán thuỷ văn nó tương đối phù hợp với tính chất vật lý của hiện tượng thuỷ văn, chứ chưa phải là xuất phát từ lý thuyết xác suất để chứng minh hiện tượng thuỷ văn phù hợp với mô hình phân phối xác suất toán học.

Đường tần suất chính là đường luỹ tích của hàm phân phối xác suất.

P (X > Xi) = (2-1)

Trong đó: P(X > XP) - tần suất của giá trị X > Xp

f (x) - hàm mật độ tần suất

X

Xo



a

Xd

d

Po



Hình 2.1. Đường mật độ hàm tần suất PearsonIII

* Đường tần suất Piêcxơn III (PIII):

Phương trình đường mật độ đường tần suất Piêcxơn III có dạng

P = P0 (2-2)

Trong đó:

a - khoảng cách từ khởi điểm của đường mật độ tần suất đến vị trí số đông.

P0 - tung độ đường mật độ tần suất ở vị trí số động Xd.

d - khoảng cách giữa số bình quân và số đông Xd.

Tính chất cơ bản của đường Piêcxơn III là đầu trái giới hạn tại vị trí nhỏ nhất X0. Còn đầu phải là vô hạn. Qua phương trình đường mật độ tần suất ta thấy đường Piêcxơn III có 3 tham số là P0, a, d. Như vậy khi 3 thông số này được xác định thì ứng với mỗi trị số X ta tìm được mật độ tần suất y. Người ta đã xác định được quan hệ giữa các tham số trên với các đặc trưng thống kê thuỷ văn như sau:



(2-3)

(2-4)

(2-5)

Hàm gamam  có bảng tra sẵn.

Do đó nếu biết , Cv, Cs của mẫu thống kê thì đường phân bố mật độ tần suất f(X) hoàn toàn xác định, tích phân f(X) ta sẽ đường tần suất lý luận Piêcxơn III.

* Đường tần suất lý luận Kritski - Menken (đường K - M)

Do nhược điểm của đường Piêcxơn III là khi Cs < 2Cv thì không phù hợp với ý nghĩa vật lý của hiện tượng thuỷ văn. Hai ông Kritski - Menken đã xây dựng mô hình phân phối tần suất với các yêu cầu sâu:

- Mô hình phân phối tần suất với 3 thông số , Cv, Cs. Do Cs trong tính toán có nhiều sai số nên các ông đề nghị lấy Cs = m.Cv theo quy luật của nhiều sông.

- Hình dạng hàm mật độ tần suất là dạng hình quả chuông úp, chỉ có một số đông.

- Đại lượng X bị chặn một đầu, Xmin = 0 với tỷ số Cv/Cs bất kỳ, như vậy trị số biến ngẫu thay đổi từ 0 đến  (0 < x < )



Kritski - Memken dùng hàm mật độ tần suất Piêcxơn III với Cs = 2Cv làm gốc chuẩn để tính toán.

        1. Tính lưu lượng đỉnh lũ theo phương pháp thống kê xác suất với hàm phân phối Pearson III (PIII)

Bước 1: Liệt số liệu chọn để tính toán là mỗi năm chọn một trị số lưu lượng lớn nhất và thống kê thành một chuỗi dài nhiều năm liên tục. Sắp xếp số liệu lưu lượng lớn nhất năm theo thứ tự giảm dần.

Bước 2: Tính tần suất kinh nghiệm (tính tần suất kinh nghiệm theo chuỗi thực đo) theo công thức kỳ vọng:

(2-6)

trong đó:

m: số thứ tự của liệt sắp xếp từ lớn đến bé.

n: số năm quan trắc (dùng cho trường hợp mỗi năm chọn một trị số).

Bước 3: Vẽ các điểm tần suất kinh nghiệm (quan hệ QP  P%) lên giấy tần suất.

Bước 4: Tính các thông số thống kê của đường tần suất lý luận:

+ Tính lưu lượng trung bình (Qtb):

(2-7)

trong đó:

Qi: lưu lượng lớn nhất của năm thứ i, m3/s;

n: số năm quan trắc liên tục.

+ Tính hệ số phân tán Cv theo phương pháp “mô men”:

(2-8)

trong đó:

Ki: hệ số mô đuyn dòng chảy lũ,



+ Tính hệ số thiên lệch (Cs):

(2-9)

Bước 5: So sánh xem Cs có thoả mãn bất đẳng thức kép

(2-10) hay không, trong đó

Nếu không thoả mãn thì phải bỏ giá trị Cs do tính ra để chọn Cs từ giá trị Cv để đưa vào tìm P.

Bước 6: Dựa vào các hệ số Cv, Cs để tra hệ số P của đường tần suất PIII.

Sử dụng có thể dùng bảng tra P của Foster và Rưpkin (xem phụ lục 2 - 1).

Bước 7: Xác định lưu lượng thiết kế tần suất P% theo công thức:

QP = Qtb.KP = Qtb(1+P.Cv) (2-11)

Bước 8: Kiểm tra sự phù hợp giữa đường tần suất lý luận và đường kinh nghiệm bằng cách chấm quan hệ QP - P% lên giấy tần suất, nối các điểm đó thành đường tần suất lý luận. Nếu đường tần suất lý luận phù hợp với điểm tần suất kinh nghiệm là được.

Nếu không phù hợp thì thay đổi một trong 3 hay 2 thậm chí cả 3 thông số lần lượt là Cs, Cv, Qtb để đạt được kết quả tốt nhất (đường tần suất lý luận nằm giữa băng điểm tần suất kinh nghiệm) bằng cách xem xét sự ảnh hưởng của các thông số tới đường tần suất lý luận. Điều đó có nghĩa là phải làm lại từ bước 6 đến bước 8.

        1. Tính lưu lượng đỉnh lũ theo phương pháp thống kê xác suất với hàm phân phối Krítski-Menken hay phân phối Gamma ba tham số.

Các bước tính toán như sau:

  • Thực hiện từ bước 1 đến bước 4 giống như mục 2.2.2.2;

  • Từ Cv, Cs tính được lập tỷ số ;

  • Căn cứ vào Cv và tỷ số , xem phụ lục 2 -2 tra ra KP ứng với tần suất P%;

  • Xác định lưu lượng thiết kế tần suất P% theo công thức:

QP = Qtb.KP

  • Thực hiện bước 8 giống như ở mục 2.2.2.2.

* Trong quá trình tính toán thường hay gặp những trận lũ đặc biệt lớn nằm trong hoặc ngoài chuỗi số liệu dùng để tính toán cần phải tiến hành xử lý lũ đặc biệt lớn. Mục đích của xử lý lũ đặc biệt lớn là cho phép kéo dài chuỗi số làm tăng thêm tính đại biểu của chuỗi số. Lợi dụng triệt để các tài liệu điều tra các trận lũ đặc biệt lớn đưa vào chuỗi thống kê để kéo dài chuỗi số, hạn chế sai số lấy mẫu. Đồng thời cũng phải tìm dạng đường tần suất lý luận phù hợp nhất đối với các đặc trưng dòng chảy lũ, tìm giới hạn đường cong tần suất nhằm xây dựng đường cong thích hợp.

Việc xử lý lũ đặc biệt lớn gồm hai bước: Tính tần suất kinh nghiệm và tính các tham số thống kê của chuỗi có lũ đặc biệt lớn.

Bước 1: Tính tần suất kinh nghiệm.

Sau khi xác định được thời kỳ lặp lại (N) tính tần suất kinh nghiệm của lũ đặc biệt lớn theo công thức:

(2-12)

trong đó:

M: số thứ tự của lũ đặc biệt lớn sắp xếp từ lớn tới nhỏ;

N: thời kỳ xuất hiện lại của lũ đặc biệt lớn.

Các trận lũ thường khác xác định theo công thức (2-1).

Bước 2: Tính các tham số thống kê

- Tính các tham số thống kê khi lũ đặc biệt lớn nằm ngoài chuỗi thực đo:

Đây là trường hợp trong các năm quan trắc có một trận lũ đặc biệt lớn xảy ra và biết rằng N năm trước đó không có trận lũ nào lớn hơn hoặc bằng nó.

(2-13)

(2-14)

Trong trường hợp có a trận lũ đặc biệt lớn thì:

(2-15)

(2-16)

  • Tính các tham số thống kê khi lũ đặc biệt lớn nằm trong chuỗi thực đo:

(2-17)

(2-18)

Trong trường hợp có a trận lũ đặc biệt lớn thì:

(2-19)

(2-20)

Hệ số Cs tính giống mục 2.2.2.2.

  • So sánh kết quả tính toán của các hàm phân bố khác nhau.

Khi tính toán lũ thiết kế cho công trình lớn cần cộng thêm vào trị số lưu lượng tính được ở trên một trị số QP gọi là số hiệu chỉnh an toàn. Giá trị này phụ thuộc vào mức độ tin cậy của số liệu, nó xét đến khả năng trận lũ quan trắc được rơi vào thời kỳ ít nước và được tính theo công thức:

(2-21)

trong đó:

a: hệ số phụ thuộc vào mức độ tin cậy của tài liệu thuỷ văn ở lưu vực nghiên cứu; a=0,7 đối với lưu vực có nhiều tài liệu nghiên cứu và a=1,5 đối với trường hợp có ít tài liệu;

QmaxP: trị số lưu lượng lấy từ đường tần suất ứng với tần suất thiết kế P%;

EP: sai số quân phương của tung độ đường tần suất phụ thuộc vào hệ số biến động Cv và lấy trong bảng 2-1;

n: số năm có tài liệu sau khi đã kéo dài.

Trị số QP trong mọi trường hợp tính toán không lấy lớn hơn 20% trị số QmaxP.

Như vậy trị số lưu lượng thiết kế sẽ bằng:

QP = QmaxP + QP (2-22)



Bảng 2-1. Quan hệ EP =f(Cv) với P=0,01%

Cv

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

EP

0,25

0,45

0,64

0,80

0,97

1,12

1,26

1,40

1,56

1,71

1,89

2,06

2,22

2,40

Каталог: media -> 1530
media -> Tiểu luậN : Ứng dụng mạng neural trong nhận dạng ký TỰ quang học gvhd : ts. Đỗ Phúc
media -> 22 Điều luật Marketing không thể thiếu
media -> Ngày 3/6/2017, Tổng Bí thư Nguyễn Phú Trọng đã ký ban hành Nghị quyết Hội nghị lần thứ năm Ban Chấp hành Trung ương khóa XII về tiếp tục cơ cấu lại, đổi mới và nâng cao hiệu quả doanh nghiệp nhà nước
media -> Phiếu khảo sát số 01
media -> Quy đỊnh về phân loạI, phân cấp công trình xây dựNG
media -> TrưỜng đẠi học công nghiệp hà NỘi cộng hòa xã HỘi chủ nghĩa việt nam
media -> Mẫu tờ trình của ubnd cấp huyện trình ubnd cấp tỉnh
media -> Nắm được dịch tể học của rl khí sắc

tải về 254.18 Kb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:
  1   2   3




Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©tieuluan.info 2023
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương