Chương 5: Tính toán dòng chảy lũ thiết kế

Chia sẻ: Nguyễn Quốc Tự | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:95

Thêm vào BST

Báo xấu

929
lượt xem 98
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dòng chảy lũ được hiểu là quá trình không ngừng tăng lên hoặc giảm đi của lưu lượng hoặc mực nước. Trong quá trình thay đổi đó lưu lượng hoặc mực nước đạt một hoặc vài trị số cực đại. Nếu có một trị số cực đại gọi là quá trình lũ đơn. Nếu có hai trị số cực đại trở lên gọi là quá trình lũ kép.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 5: Tính toán dòng chảy lũ thiết kế

Chương 5: Tính toán dòng chảy lũ thiết kế
I. Khái niệm chung 1. Lũ và các đặc trưng về lũ a. Khái niệm  Dòng chảy lũ được hiểu là quá trình không ngừng tăng lên hoặc giảm đi của lưu lượng hoặc mực nước. Trong quá trình thay đổi đó lưu lượng hoặc mực nước đạt một hoặc vài trị số cực đại. Nếu có một trị số cực đại gọi là quá trình lũ đơn. Nếu có hai trị số cực đại trở lên gọi là quá trình lũ kép.
b. Các đặc trưng biểu thị  Lưu lượng đỉnh lũ Qmax (m3/s): là giá trị lớn nhất của lưu lượng trong một trận lũ.  Tổng lượng lũ Wmax (m3): là tổng lượng dòng chảy trong một trận lũ t n 2 W = ∫ Qdt Wmax = ∑ Qi ∆ti i =1 t1  Đường quá trình lũ Q~t: là sự thay đổi của lưu lượng theo thời gian của một trận lũ, bao gồm nhánh nước lên và nhánh nước xuống. Tương ứng với quá trình thay đổi lưu lượng là quá trình thay đổi mực nước trong sông H~t.
Sơ họa một đường quá trình lũ Q(m3/s) Qmax (Q~t) Wmax t T
Các đặc trưng biểu thị khác  Thời gian lũ T (giờ, ngày): là khoảng thời gian kể từ thời điểm bắt đầu có lũ đến khi kết thúc lũ  Thời gian lũ lên Tl là thời gian kể từ khi bắt đầu có lũ đến thời điểm xuất hiện đỉnh lũ Qmax.  Thời gian lũ xuống Tx là thời gian kể từ thời điểm xuất hiện đỉnh lũ Qmax đến khi lũ kết thúc. Như vậy: T= Tl+Tx  Hệ số bất đối xứng: γ = Tx/Tl Đối với các lưu vực vừa và nhỏ γ ≈ 2 ÷ 3.
2. Sự hình thành dòng chảy lũ t 0 t1 t2 t3 H0 Kt ~ t Ycn at ~ t Q (m3/s) Q~t t
2. Sự hình thành dòng chảy lũ  Tại t0: thời điểm bắt đầu mưa  Từ t0 ÷ t1: atKt thời kỳ cấp nước ht=at – Kt gọi là cường độ cấp nước (hoặc cường độ mưa hiệu quả)  Tại t2: at = Kt kết thúc thời kỳ ctấp nước t2 2 Ycn = ∫ ht dt = ∫ ( at − K t ) dt t1 t1 Trong đó Ycn: Lớp cấp nước (lượng mưa hiệu quả)  Từ t2 ÷ t3: at
 Quátrình hình thành dòng chảy lũ phụ thuộc vào:  Quá trình mưa  Quá trình tổn thất (chủ yếu do thấm)  Quá trình tập trung nước về tuyến cửa ra
3. Các đặc trưng lượng mưa và cường độ mưa  Cường độ mưa tức thời:  là lượng mưa đo được trong một đơn vị thời gian tại một thời điểm bất kỳ ở một vị trí quan trắc. Ký hiệu: at. Đơn vị mm/h hoặc mm/phút  Đường quá trình mưa:  Sự thay đổi của cường độ mưa theo thời gian trong một trận mưa gọi là quá trình mưa.  Đồ thị biểu thị sự thay đổi của cường độ mưa theo thời gian gọi là đường quá trình mưa. K/h: at ~t  Cường độ mưa bình quân thời đoạn:  Là cường độ mưa tính bình quân trong khoảng thời gian ∆t, được tính theo công thức: H t1−t 2 at = ∆t
Đường quá trình mưa at ~t at m m / ( ph) at ax m aT H t1t2 t 1 t 2 t T
3. Các đặc trưng lượng mưa và cường độ mưa (tiếp)  Lượng mưa lớn nhất thời đoạn:  Là lượng mưa trong khoảng thời gian T được chọn trên đường quá trình mưa at ~t sao cho lượng mưa trong thời đoạn đó là lớn nhất. K/h: HT  Thông thường, khoảng thời gian T có chứa đỉnh mưa amax, sẽ cho lượng mưa lớn nhất thời đoạn T.  Cường độ mưa bình quân lớn nhất thời đoạn:  Là cường độ mưa trong khoảng thời gian T được chọn trên đường quá trình mưa at ~t sao cho cường độ mưa trong thời đoạn đó là lớn nhất HT aT = T
4. Tổn thất dòng chảy lũ  Bao gồm:  Tổn thất thấm (chủ yếu)  Điền trũng  Bốc hơi  Giữ lại ở lớp thảm thực vật  Các phương pháp tính toán tổn thất:  Sử dụng hệ số dòng chảy lũ  Tính tổn thất theo cường độ thấm  Sử dụng đường cong SCS
a. Hệ số dòng chảy lũ  Hệ số dòng chảy đỉnh lũ (αT) là tỷ số giữa lớp nước lũ trong khoảng thời gian cấp nước Tcn với lượng mưa lớn nhất trong khoảng thời gian đó (HTcn). Thường chọn T=τ (thời gian tập trung dòng chảy) Yτ ατ = Hτ  Hệ số dòng chảy trận lũ (ϕ): là tỷ số giữa lớp dòng chảy lũ của toàn trận lũ với lượng mưa tương ứng sinh ra trận lũ đó (H). Y ϕ= H Hệ số dòng chảy lũ phụ thuộc vào lượng mưa, cường độ mưa, và các yếu tố mặt đệm như loại đất trên lưu vực, mật độ che phủ của rừng…
b. Một số công thức tính thấm Kt = Kc + ( K 0 − Kc ) e  CT Horton − λt A  CT Philip Kt = Kc + t  at .t  −   CT Phê-đô-rốp: K t = K c + ( at − K c ) e  d 
Chú thích:  Kt: Cường độ thấm tại thời điểm tính toán (mm/phút)  K0: Cường độ thấm ban đầu (mm/phút)  Kc: Cường độ thấm ổn định (mm/phút)  λ: Hệ số biểu thị sự triết giảm cường độ thấm theo thời gian  A: Thông số đặc trưng cho loại đất và đặc điểm bề mặt lưu vực  d: Độ thiếu hụt bão hòa của độ ẩm đất  at: Cường độ mưa tại thời điểm tính toán (mm/phút)  t: thời gian tính toán kể từ khi bắt đầu mưa (phút)
c. Đường cong SCS của Cơ quan Bảo vệ Thổ nhưỡng Hoa Kỳ  Đặt:  P là lượng mưa của trận mưa (mm)  Pe là lượng mưa hiệu quả (mm)  Ia: tổn thất ban đầu, giả thiết bằng 0.2S  S: Giới hạn độ sâu nước bị cầm giữ tiềm năng (mm)  Khi đó: Pe = ( P − 0.2S ) 2 Khi P≥ 0.2S P + 0.8S Pe=0 khi P
Đường cong SCS (tiếp)  Trị số S được xác định theo quan hệ giữa S và CN (số hiệu đường cong dòng chảy) như sau: 1000 S= − 10 CN  CN lấy giá trị trong khoảng (0, 100). Đối với bề mặt không thấm nước hoặc mặt nước CN=100. Đối với bề mặt tự nhiên CN
Dòng chảy trực tiếp Q (in) Lượng mưa P (in)
5. Thời gian tập trung dòng chảy  Khái niệm:  Là khoảng thời gian để một chất điểm nước tại vị trí xa nhất trên lưu vực chuyển động tới tuyến cửa ra. Ký hiệu: τ  Quá trình tập trung nước gồm hai giai đoạn:  Tập trung dòng chảy trên sườn dốc (τ d)  Tập trung dòng chảy trong sông (τ s) Hai quá trình này thực chất không thể phân tách ra được
6. Công thức căn nguyên dòng chảy  CT được thiết lập nhằm khái quát hóa và tính toán quá trình lưu lượng ở tuyến cửa ra của lưu vực trên cơ sở lý thuyết đường đẳng thời.  Đường đẳng thời là đường cong nối tất cả các điểm trên lưu vực có cùng thời gian tập trung dòng chảy về tuyến cửa ra.