Xác định thông số đường đơn vị không thứ nguyên từ tài liệu lũ thực đo

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Xác định thông số đường đơn vị không thứ nguyên từ tài liệu lũ thực đo nghiên cứu này tập trung vào khai thác dữ liệu đo lũ để xây dựng mô hình lũ không thứ nguyên. Từ đó, có thể kết hợp với các đặc trưng lưu lượng đỉnh lũ, thời gian lũ lên, lưu lượng dòng chảy ngầm để tính toán quá trình lũ thiết kế cho các lưu vực không có tài liệu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Xác định thông số đường đơn vị không thứ nguyên từ tài liệu lũ thực đo

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐƯỜNG ĐƠN VỊ KHÔNG THỨ NGUYÊN TỪ TÀI LIỆU LŨ THỰC ĐO Nguyễn Thị Thu Nga Trường Đại học Thủy lợi, email: ngatvct@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG khi mạng lưới trạm đo mưa thưa và tài liệu mưa thời đoạn ngắn rất ít. Trong những năm Đường quá trình lũ được phân chia thành gần đây, tài liệu mưa thời đoạn ngắn đã được bốn loại sau: (1) đường quá trình tự nhiên, đo đạc dày hơn, chi tiết hơn nhưng tài liệu được xác định từ tài liệu thực đo; (2) đường trích lũ lại bị ảnh hưởng bởi sự khai thác các quá trình tổng hợp được xác định từ các đặc công trình trên sông. Chính vì vậy, rất khó để trưng hình thái lưu vực và quá trình mưa; (3) tìm được các lưu vực vừa có tài liệu đo mưa đường quá trình đơn vị là đường quá trình giờ, vừa có tài liệu đo lũ đầy đủ. dòng chảy sinh ra từ 1 đơn vị lượng mưa hiệu Nghiên cứu này tập trung vào khai thác dữ quả rơi đều trên toàn lưu vực; (4) đường đơn liệu đo lũ để xây dựng mô hình lũ không thứ vị không thứ nguyên là đường quá trình sử dụng tỉ lệ thời gian đạt đỉnh và tỉ lệ lưu lượng nguyên. Từ đó, có thể kết hợp với các đặc so với đỉnh lũ, còn gọi là đường quá trình chỉ trưng lưu lượng đỉnh lũ, thời gian lũ lên, lưu số [1]. lượng dòng chảy ngầm để tính toán quá trình Ở nước ta, khi tính toán quá trình lũ thiết lũ thiết kế cho các lưu vực không có tài liệu. kế cho trường hợp có nhiều tài liệu, sẽ ưu tiên sử dụng quá trình lũ thực đo. Khi lưu vực 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU không có tài liệu đo lũ, các đơn vị tư vấn Đường đơn vị không thứ nguyên SCS do cũng vẫn có thể mượn mô hình lũ thực đo Victor Mockus [1] xây dựng từ nhiều đường của lưu vực tương tự hoặc lựa chọn ba loại đơn vị tự nhiên của nhiều lưu vực khác nhau còn lại. Tuy nhiên, để lựa chọn được một lưu về kích thước và vị trí địa lý. Các đường đơn vực tương tự là rất khó khăn, nhất là khi tính vị được trung bình hóa và chuyển về dạng toán cho các lưu vực vừa và nhỏ. Thông không thứ nguyên, với trục hoành là tỉ lệ t/tlên thường, mô hình lũ dạng hình học đơn giản và trục tung tỉ lệ Q/Qmax. Đường có đặc điểm sẽ được sử dụng như dạng tam giác, dạng là thời gian đạt đỉnh xấp xỉ 20% thời gian kéo hình thang, dạng parabol (Sokolovskii). Trên dài trận lũ và điểm gãy trên đường nước rút ở thế giới, người ta hay sử dụng dạng đường thời gian xấp xỉ 1,7 lần thời gian đạt đỉnh. đơn vị để mô phỏng quá trình lũ từ mưa, bao Trong Sổ tay kỹ thuật quốc gia do Cơ quan gồm đường đơn vị Clark, Snyder, SCS, bảo vệ tài nguyên Mỹ biên soạn [1], các đường đơn vị tổng hợp... Các dạng đường đơn vị được tích hợp sẵn trong các mô hình đường đơn vị không thứ nguyên được mô tả mưa dòng chảy như mô hình HEC-HMS. Tuy gần đúng bằng hàm gamma có dạng như sau: nhiên, để áp dụng mô hình thì việc đầu tiên y  x me m (1 x ) (1) cần hiệu chỉnh, kiểm định bộ thông số. Để Tọa độ đường SCS với hệ số đỉnh lũ từ làm việc này, ngoài số liệu trích lũ thì còn 100-600, tương ứng với m trong khoảng từ yêu cầu dữ liệu mưa thời đoạn ngắn. Thế 0,26 đến 5 được xây dựng sẵn trong Sổ tay và nhưng đây cũng là một điểm khó ở Việt Nam tích hợp trong mô hình HEC-HMS. 555
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 Trong Quy phạm C6-77 [2], dạng hàm mũ Ở một số trận lũ kép, sử dụng phương pháp (hàm Gudrich) sau đây được đề xuất để xác đồ giải để tách ra sóng lũ chính (Hình 2). định quá trình lũ thiết kế cho các lưu vực không có tài liệu: 1 x 2 a y  10 x (2) Trong cả hai công thức (1) và (2) thì y - tung độ của đường quá trình lũ tính toán biểu thị bằng tỷ số so với lưu lượng đỉnh lũ, x - hoành độ của đường quá trình lũ tính toán biểu thị bằng tỷ số so với thời gian nước lên, a và m là hệ số hình dạng. Phụ lục của Quy Hình 2. Tách sóng lũ chính trận lũ 1983 phạm C6-77 có bảng tra tọa độ đường quá trình không thứ nguyên tương ứng với a Bước 2: Xác định quá trình lưu lượng trong khoảng từ 0,21 đến 9,4. dòng chảy trực tiếp bằng chênh lệch giữa Nghiên cứu này dựa trên quá trình lũ thực dòng chảy thực đo và dòng chảy ngầm. đo tại trạm thủy văn trong nhiều năm để xác Bước 3: Xác định thời gian lũ lên và lưu định các thông số a, m và nhận xét về sự phù lượng đỉnh lũ. hợp của từng dạng đường không thứ nguyên. Bước 4: Chuyển đổi tung độ, hoành độ của Các trạm thủy văn được lựa chọn là trạm An đường quá trình dòng chảy trực tiếp về dạng Khê và Sông Hinh thuộc lưu vực sông Ba. Hai không thứ nguyên. trạm có diện tích lưu vực lần lượt là 1440km2 Bước 5: Dò tìm các thông số a và m để hàm và 752km2. Với mỗi trạm, lựa chọn một số trận Gudrich và SCS phù hợp với giá trị thực đo. lũ lớn thực đo và tiến hành các bước như sau: Hàm được coi là phù hợp nếu hình dạng Bước 1: Tách dòng chảy ngầm tương đối bám sát quá trình thực đo và tổng Phương pháp đơn giản nhất là lựa chọn giá lượng dòng chảy mô hình lũ đơn vị xấp xỉ với trị dòng chảy ngầm là hằng số, lấy bằng giá tổng lượng dòng chảy mô hình lũ thực đo. trị lưu lượng khi lũ bắt đầu lên. Ở một số trận Bước 6: Đánh giá sự phù hợp của quá trình lũ có đường nước rút kéo dài (Hình 1), sử lũ không thứ nguyên mô phỏng và thực đo. dụng phương pháp thời gian đáy không đổi 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU [3]. Gọi N là số ngày kể từ đỉnh lũ đến khi kết thúc dòng chảy trực tiếp, được tính theo Trạm Sông Hinh chỉ có số liệu đo lũ từ công thức sau: 1980 đến 1991. Trạm An Khê có số liệu đo N = 0,827F0,2 (3) dài hơn nhưng do ảnh hưởng của hồ Ka Nak 2 trong đó F là diện tích lưu vực (km ). nên chỉ lấy số liệu đến 2009. Tổng hợp một số trận lũ được chọn của hai trạm được thống kê trong Bảng 1. Bảng 1. Thống kê các trận lũ lớn thực đo Trạm An Khê Trạm Sông Hinh Qmax Tlên Tlũ Qmax Tlên Tlũ Trận lũ Trận lũ (m3/s) (giờ) (giờ) (m3/s) (giờ) (giờ) XI/1981 2440 18 124 XI/1980 2640 22 168 X/1983 1300 29 78 X/1983 1210 42 90 XI/1984 1790 21 252 XI/1985 2620 25 105 XI/1985 747 20 120 XI/1987 1550 12 27 X/1988 1680 16 84 XI/1988 3410 27 52 Hình 1. Tách nước ngầm trận lũ 2001 X/2009 1410 26 468 XI/1990 2660 34 77 556
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 Với mỗi trận lũ, xác định được các đường SCS và Gudrich không thứ nguyên phù hợp với lũ thực đo (Hình 3). Nghiên cứu sử dụng công cụ Solver trong Excel với hàm mục tiêu tổng lượng dòng chảy mô hình lũ mô phỏng xấp xỉ tổng lượng dòng chảy mô hình lũ thực đo. Hình 4. Mô hình lũ trạm An Khê Hình 3. Mô hình lũ 1988 Kết quả tính toán cho thấy mô hình lũ SCS có nhánh lũ lên thoải hơn nhưng lũ xuống lại dốc hơn so với mô hình lũ Gudrich. Tập hợp Hình 5. Mô hình lũ trạm Sông Hinh các kết quả xác định hệ số hình dạng lũ m, a cho các trận lũ được trình bày trong Bảng 2. Nhìn chung, các mô hình lũ không thứ nguyên SCS và Gudrich đều bám khá sát ở Bảng 2. Các hệ số hình dạng lũ nhánh lũ lên. Ở nhánh lũ xuống, cả hai đường cong đều có xu hướng rút nhanh hơn so với Trạm An Khê Trạm Sông Hinh thực tế. Và vì mô hình lũ Gudrich có nhánh Lũ m a Lũ m a lũ lên dốc hơn nên có thể có hình dạng bất lợi 1981 3,78 0,92 1980 7,50 1,74 hơn trong các bài toán thiết kế công trình. 1983 7,69 1,75 1983 16,15 3,61 Phương pháp thực hiện khá đơn giản và có thể xác định được các thông số a, m của mô 1984 5,51 1,30 1985 7,56 1,75 hình lũ đơn vị SCS hoặc Gudrich thay vì lựa 1985 3,16 0,78 1987 11,46 2,59 chọn theo kinh nghiệm như trước đây. Việc 1988 4,98 1,16 1988 13,20 2,94 lựa chọn giá trị trung bình từ các trận lũ lớn 2009 4,26 1,02 1990 12,65 2,85 cũng tránh được tính chủ quan khi chọn mô hình lũ điển hình. TB 4,90 1,15 11,42 2,58 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO Mặc dù hai trạm Sông Hinh và An Khê cùng thuộc lưu vực sông Ba nhưng lại có [1] Natural Resources Conservation Service. điều kiện hình thành lũ khác nhau, vì thế hình 2007. Part 630 Hydrology - National dạng đường quá trình lũ cũng khác biệt. Với Engineering Handbook. [2] Bộ Thủy lợi. 1979. Quy phạm Tính toán các giá trị trung bình của m và a, so sánh đồ thị đặc trưng thủy văn thiết kế C6-77 giữa đường đơn vị SCS và Gudrich với các [3] R.K.Linsley, M.A.Kohler, and đường quá trình lũ không thứ nguyên thực đo J.L.H.Paulhus, Applied Hydrology, được thể hiện trong Hình 4 và Hình 5. NewYork:McGraw-Hill, 1949. 557