Đồ án Tính toán thủy văn và điều tiết hồ chứa Xạ Hương, huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc

- (CA1[i] - XA1[i]) - T1[i] [i] = 0 + 25 - 1 - 0.7 = 23.3 mm [i]: lượng nước còn lại ở bể A sau khi có mưa và đã khấu trừ đi tổn thất tối thiểu ban đầu (mưa vượt thấm). Lớp nước này tiếp tục tham gia dòng chảy tràn trên mặt đất qua các cửa bên, bay hơi và đi xuống bể phía dưới qua cửa đáy. Cuối cùng lớp nước tự do còn lại trong bể A là: XA [I] = XA[I-1] - E[I] - T1[I] +XM[I] - YA[I] - YAd[I] tới khi XA [I] < H1 thì dòng chảy tràn trên mặt đất chấm dứt, các thành phần YA1, YA2, YA3 º 0 chỉ còn truyền ẩm xuống lớp đất phía dưới T1[I] dòng chảy qua cửa đáy YAd[I] và bay hơi E[I]. Nói cách khác, nếu mưa ngừng lại, lớp nước tự do trên mặt đất sẽ cạn dần, khi lớp nước tự do trên mặt đất thấp hơn ngưỡng thấp nhất để sinh dòng chảy tràn thì thì dòng chảy tràn trên mặt đất chấm dứt, lúc đó lớp nước tự do còn lại được coi là lớp nước điền chỗ trũng, không sinh dòng chảy. Nếu các thời đoạn tiếp theo vẫn không có mưa bổ xung thêm thì: XA [I] = XA[I-1] - E[I] - T1[I] - YAd[I] Cho tới khi lớp nước tự do trên mặt đất cạn hết: XA = 0 thì dòng chảy qua cửa đáy xuống các bể phía dưới cũn chấm dứt: YAd = 0 và lớp đất phía trên A1 bắt đầu khô. XA1[i] = XA1[i-1] - E[i] +T2[i] - T1[i] vì XA1[i] là lượng ẩm của lớp đất phía trên nên kết quả tính toán không nhận giá trị âm. Khi tính ra XA1[i] 0 chỉ còn là "khả năng bốc hơi", nếu lớp đất phía trên đã khô thì lớp đất phía dưới A2 sẽ truyền ẩm lên lớp đất phía trên A1 do sự truyền ẩm này lớp đất phía dưới A2 cũng bắt đầu khô. XA2[i] = XA2[i-1] - T2[i] + T1[i] Nhận được lượng ẩm T2[i] lớp đất phía trên A1 sẽ ẩm hơn XA1[i] = XA1[i-1] + T2[i] - E[i] - T1[i] Nhưng lượng ẩm của lớp đất phía trên XA1[i] không thể vượt quá lượng ẩm bão hoà . Nếu XA1[i] > CA1. thì lấy XA1[i] = Ca1 và tính lại lượng ẩm truyền từ lớp đất phía dưới lên: T2 = T2 - ( XA1 - CA1) Khi cả hai lớp đất phía trên và lớp đất phía dưới A1 , A2 đều không còn bão hoà ẩm cần tính cả T1 và T2 sau đó tính cân bằng ẩm cho từng lớp đất. Tóm lại ở bể chứa thứ nhất có 13 thông số sau: a1, a2, a3, ad , C, Co, b, bo, H1A, H2A, H3A , CA1, CA2 và thêm 1 hay 2 thông số tuỳ theo cách chọn công thức tính bốc hơi E. Ơ thời đoạn tính toán đầu tiên cần chọn trước 15 thông số trên và chọn thêm 2 giá trị điều kiện đầu XA1[i-1], XA2[i-1]. Sau mỗi thời đoạn tính toán phải tính toán cân bằng ẩm ở hai lớp đất A1, A2 và cân bằng lớp nước tự do ở bể A. Bể chứa thứ hai Từ bể chứa thứ hai đến bể chứa thứ n của mô hình TANK đều cấu tạo giống nhau. Các bể loại này chỉ có một cửa đáy và một cửa bên, không có cấu tạo truyền ẩm. Nói cách khác, từ bể chứa thứ hai trở đi, nước chỉ chảy từ bể trên xuống bể dưới chứ không chảy ngược từ bể dưới lên bể trên, cũng không xảy ra hiện tượng bay hơi ở các bể chứa phía dưới. Hình 3-3: Bể chứa thứ hai Các thông số của bể chứa thứ hai là : aB, HB, aBd và lớp nước ban đầu có trong bể XB gọi là điều kiện đầu. Cân bằng nước bể chứa thứ hai giai đoạn 1 là: Nếu độ sâu lớp nước tự do trong bể chứa thứ hai cao hơn ngưỡng tràn: XB > HB thì từ bể chứa này có một lớp dòng chảy đi ngầm dưới đất chảy vào sông: YB = aB. (XB - HB), ngược lại khi độ sâu lớp nước tự do trong bể chứa thứ hai thấp hơn ngưỡng tràn: XB < HB thì lớp dòng chảy ngầm dưới đất từ bể chứa thứ hai bằng không: YB = 0; Phương trình cân bằng nước bể chứa thứ hai giai đoạn này là: Khi độ sâu lớp nước tự do trong bể chứa thứ hai lớn hơn không, sẽ tồn tại lớp dòng chảy qua cửa đáy bổ xung cho tầng sâu hơn : YBd = aBd . XB a1 aBd là các hệ số dòng chảy nhỏ hơn 1và là thông số của mô hình Phương trình cân bằng nước tại bể chứa thứ hai trong giai đoạn này là: Tương tự từ bể chứa thứ ba cũng tính được lớp dòng chảy đi ngầm dưới đất chảy vào sông: YC = aC. (XC - HC), tính được lớp dòng chảy qua cửa đáy bổ xung cho tầng sâu hơn: YCd = aCd . XC , tính được lớp nước trong bể chứa thứ ba tại cuối thời đoạn tính toán (bể C ) là: dòng chảy ở cửa ra lưu vực bao gồm dòng chảy tràn trên mặt đất từ bể A, và dòng chảy ngầm dưới đất từ các bể chứa phía dưới: YTC = YA1 + YA2 + YA3 + YB + YC + ... Chú ý rằng mô hình TANK đơn quan niệm lưu vực là một dãy bể chứa xếp theo phương thẳng đứng nên chỉ có bể chứa thứ nhất phản ánh quá trình hình thành dòng chảy tràn trên mặt đất. Theo cách tính toán như trên, dòng chảy xảy ra cùng lúc với mưa, không có thời gian tập trung nước trên sườn dốc, không có thời gian chảy truyền trong mạng sông suối và cũng chưa mô phỏng quá trình trữ nước trong lưới sông. Để khắc phục sai sót này người ta đưa thêm vào mô hình một bể chứa điều tiết để phản ánh khả năng trữ nước trong mạng lưới sông và cộng thêm thời gian trễ để tạo ra sự chênh lệch thời gian từ đỉnh mưa tới đỉnh lũ, nhằm phản ánh thời gian chảy truyền trên sườn dốc và chảy truyền trong lưới sông. Bể điều tiết Bể chứa điều tiết có cấu tạo gần giống bể chứa thứ hai nhưng không có cửa đáy, chỉ có một cửa bên. Bể chứa điều tiết nhận nước từ tất cả các cửa bên của các bể chứa xếp theo phương thẳng đứng nên lượng nước đi vào bể chứa điều tiết không phải là lượng mưa mà là dòng chảy qua cửa bên của tất cả các bể chứa xếp theo phương thẳng đứng YTC, Dòng chảy đi ra khỏi bể chứa điều tiết chính là dòng chảy ở cửa ra của lưu vực Thuỷ văn: Ydt = adt. (Xdt - Hdt) Phương trình cân bằng nước bể điều tiết là: Nếu độ sâu lớp nước tự do trong bể điều tiết cao hơn ngưỡng tràn: Xdt > Hdt thì từ bể chứa này có một lớp dòng chảy đi vào sông: Ydt = adt. (Xdt - Hdt) Ngược lại khi độ sâu lớp nước tự do trong bể điều tiết thấp hơn ngưỡng tràn: XB < HB thì lớp dòng chảy đi vào sông bằng không: Ydt = 0; Phương trình cân bằng nước viết cho bể chứa điều tiết tại cuối thời đoạn tính toán là: Hình 3-4: Bể chứa điều tiết Số thông số của mô hình TANK đơn gồm 15 thông số cho bể thứ nhất (bể A), 2 thông số cho bể điều tiết và mỗi bể chứa đặt theo phương thẳng đứng (bể B, bể C...) có thêm 3 thông số nữa. Nếu mô hình gồm 4 bể chứa xếp theo phương thẳng đứng thì mô hình có : 15 + 2 + 3x3 = 26 thông số. Trong 26 thông số này chỉ có khoảng 4 hay 5 thông số có tác dụng mạnh còn các thông số khác tác dụng tới kết quả tính toán yếu hơn. III.1.2.2. Bộ thông số của mô hình Bộ thông số của mô hình: 26 thống số về các bể chứa, 7 thông số là các giá trị mực nước ban đầu tại các bể chứa, 1 thông số là hệ số bốc hơi lưu vực và trọng số của các trạm mưa trong lưu vực. Bộ thông số của mô hình được được chia thành các nhóm cụ thể như sau: - Nhóm thông số gồm các ngưỡng của các bể chứa: HA1, HA2, HA3, HB, HC, HD, HCH. - Nhóm thông số gồm hệ số cửa ra của các bể chứa: α1A, α2A, α3A, αAD, αBC, , αCC, αDC, αBD, αCD ,αDD, αCH1, αCH2. - Nhóm thông số gồm giá trị mực nước ban đầu của các bể chứa và tầng chứa ẩm trong bể A: XA, XA1, XA2, XB, XC, XD, XCH. - Nhóm thông số gồm thông số hệ số bốc hơi, truyền ẩm và thông số độ ẩm bão hoà: K, B, Bo, C, Co, CA1, CA2. - Nhóm thông số gồm trọng số của các trạm mưa trong lưc vực. III.1.2.3. Nguyên lý của mô hình Tank Khi có một chuỗi số liệu quan trắc song song về mưa, dòng chảy, bốc hơi liên tục của lưu vực trong một thời gian nhất định, từ chuỗi số liệu đó mô hình Tank sẽ xây dựng cho lưu vực một bộ thông số phù hợp. Một bộ thông số được gọi là phù hợp nếu từ bộ thông số ấy và số liệu mưa, bốc hơi mô hình tính toán ra được chuỗi số liệu dòng chảy gần giống như chuỗi số liệu dòng chảy thực đo. Khi lưu vưc có số liệu mưa và bốc hơi mà thiếu số liệu dòng chảy thì theo bộ thống số đã có của lưu vực mô hình tính toán ra số liệu dòng chảy. Số liệu dòng chảy đó được gọi là số liệu dòng chảy được khôi phục từ mô hình Tank. Nhiệm vụ cơ bản của chương trình là diễn toán từ mưa, bốc hơi ra dòng chảy qua bộ thống số và dò tìm ra một bộ thông số thích để tính toán ra dòng chảy chính xác. Ngoài khả năng diễn toán từ mưa, bốc hơi ra dòng chảy chính xác. Ngoài khả năng diễn toán trên chương trình có hỗ trợ 2 phương pháp tự động dò tìm bộ thông số hợp lý và một phương pháp tính thử để dò tìm bộ thông số. Ngoài ra chương trình cung cấp nhiều chức năng giúp tính toán dòng chảy từ mưa rất nhanh và thuận tiện. Việc chỉnh sửa số liệu trên màn hình, thao tác tính toán, phân tích lựa chọn dạng kết quả rất phong phú, bạn có thể chọn kết quả tính dạng bảng số, dạng đồ thị... Chương trình có các chỉ tiêu đánh giá giúp nhận định kết quả một cách tốt nhất. III.1.3. Ứng dụng mô hình Tank để tính toán dòng chảy đến hồ Để ứng dụng mô hình TANK tính toán dòng chảy đến hồ Xạ Hương ta sử dụng tài liệu dòng chảy thực đo trạm Ngọc Thanh, tài liệu mưa và bốc hơi trạm Vĩnh Yên để xác định bộ thông số của mô hình, sau đó sử dụng bộ thông số của mô hình để tính toán dòng chảy đến tuyến công trình. III.1.3.1. Tài liệu dùng cho mô hình - Số liệu dòng chảy trung bình tháng trạm Ngọc Thanh từ năm 1967-1980. - Số liệu lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên từ năm 1967-2004. - Số liệu lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên. III.1.3.2. Xác định bộ thông số mô hình Bộ thông số mô hình được xác định theo số liệu dòng chảy trung bình tháng của trạm Ngọc Thanh từ năm 1967-1980 và số liệu lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên từ năm 1967-1980, số liệu lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên. - Dòng chảy trung bình tháng trạm Ngọc Thanh (Phụ lục 3-1). - Lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên (Phụ lục 3-2). - Lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên (Phụ lục 3-3). Hiệu chỉnh mô hình Quá trình hiệu chỉnh mô hình sử dụng 8 năm tài liệu: - Số liệu dòng chảy trung bình tháng của trạm Ngọc Thanh từ năm 1967-1974. - Số liệu lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên từ năm 1967-1974. - Số liệu lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên. Lập file hiệu chỉnh 8NAMVY.DAT và tiến hành chạy hiệu chỉnh: Hình 3-5: Hiệu chỉnh bộ thông số Hình 3-6: Kết quả hiệu chỉnh bộ thông số Kết quả tính chỉ tiêu NASH-SUTERLIFE đạt 81.8 % như vậy tương quan giữa dòng chảy mô phỏng và dòng chảy thực đo được coi là chặt chẽ. Đặt tên bộ thông số là TSVY.PAR. Kiểm định mô hình Quá trình kiểm định mô hình sử dụng 6 năm tài liệu: - Số liệu dòng chảy trung bình tháng của trạm Ngọc Thanh từ năm 1975-1980. - Số liệu lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên từ năm 1975-1980. - Số liệu lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên. Lập file kiểm định 6NAMVY.DAT và tiến hành chạy kiểm định bộ thông sô . TSVY.PAR Kết quả kiểm định như sau: Hình 3-7: Kết quả chỉ số NASH phần kiểm định Chỉ tiêu NASH-SUTERLIFE đạt 80.1 %. Nhận xét: Cả 2 phần hiệu và kiểm định kết quả tính chỉ tiêu NASH-SUTERLIFE đều đạt >80% như vậy có thể dùng bộ thông số TSVY.PAR để khôi phục dòng chảy tháng của lưu vực tính đến hồ chứa Xạ Hương. Bộ thông số TSVY.PAR: Bảng 3-1: Bộ thông số mô hình TSVY.PAR A1 A2 B1 C1 D1 Ao Bo Co Do 0.44 0.3 0.2 0.2 0.1 0.2 0.47 0.4 0.35 HA1 HA2 HB HC HD HS PS SS XA 90 250 100 140 100 2000 50 10 20 XS XB XC XD R1 R2 HR XR KXF 10 10 10 400 0.38 0.38 60 30 1.0 WX(Kp=1) 1.00 III.1.3.3. Tính toán dòng chảy đến hồ Xạ Hương Sử dụng bộ thông số TSVY.PAR (Bảng 3-1) kết hợp với lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên (1981-2004) và lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên để tính toán dòng chảy đến hồ Xạ Hương. Kết quả tính toán dòng chảy được thể hiện trong bảng Phụ lục 3-4. Quá trình tính toán dòng chảy sẽ được tiến hành như trong trường hợp có số liệu thực đo. III.2. Tính toán dòng chảy III.2.1. Tính toán dòng chảy năm III.2.1.1. Dòng chảy năm Dòng chảy năm là trị số lưu lượng nước chảy qua mặt cắt khống chế của lưu vực tính trung bình trong một năm. Lượng dòng chảy năm trong lưu vực luôn luôn thay đổi, sự thay đổi đó mang hai tính chất: - Tính chất chu kỳ thể hiện trong từng năm bởi hai mùa lũ và mùa cạn - Trong nhiều năm nó cũng tạo thành thời kỳ nhiều nước, nước trung bình và ít nước kề nhau, tuy nhiên điều này thể hiện không rõ ràng lắm. Dòng chảy chính là kết quả của sự tổ hợp nhiều yếu tố mức độ ảnh hưởng khác nhau. Có những nhân tố ảnh hưởng trực tiếp như mưa và các đặc trưng lưu vực, có những nhân tố ảnh hưởng gián tiếp như; to,Z, điah hình . . . nhìn chung có thể chia các nhân tố ảnh hưởng theo nhiều cách. Có thể chia thành hai loại nhân tố thiên nhiên và nhân tố hoạt động kinh tế con người. a. Khái niệm chuẩn dòng chảy năm Chuẩn dòng chảy năm hay còn gọi là dòng chảy chuẩn: là trị số trung bình của đặc trưng dòng chảy năm trong thời kỳ nhiều năm đã tiến tới ổn định, với điều kiện cảnh quan địa lý, điều kiện địa chất không thay đổi và không kể đến sự thay đổi quy luật tự nhiên của dòng chảy do các hoạt động dân sinh kinh tế của con người. Chuẩn dòng chảy năm là giá trị quan trọng có ý nghĩa trong tính toán thuỷ văn thiết kế các công trình thuỷ lợi. Nó là giá trị đặc trưng cho trữ lượng tài nguyên nước của một lưu vực. Chuẩn dòng chảy năm là một thành phần quan trọng trong phương trình cân bằng nước. Nó là cơ sở cho phép ta xác định các đặc trưng khác như dòng chảy năm, dòng chảy mùa hay dòng chảy tháng. b. Các đặc trưng biểu thị của chuẩn dòng chảy năm Chuẩn dòng chảy năm có thể biểu thị dưới các hình thức: - Lưu lượng dòng chảy chuẩn Q 0 (m3/s.), - Tổng lượng dòng chảy chuẩn W0 (m3/ năm, km3/năm), - Mô đuyn dòng chảy chuẩn M0 ( l/s.km2), - Lớp nước dòng chảy chuẩn Y0 ( mm/năm). Chuẩn dòng chảy năm biểu thị dưới hình thức mô đuyn dòng chảy bình quân năm hay lớp nước dòng chảy bình quân năm không phụ thuộc vào diện tích lưu vực, cũng như các thành phần khí hậu khác (mưa - X, bốc hơi - Z) biến đổi nhịp nhàng theo lãnh thổ nên có thể biểu thị bằng bản đồ đẳng trị. Các đặc trưng chuẩn dòng chảy năm: Từ tài liệu dòng chảy đến khu vực hồ Xạ Hương (Phụ lục 3-4) tính toán các đặc trưng chuẩn dòng chảy năm: Do chuỗi dòng chảy đã đã khôi phục được là 38 năm nên chọn n là số năm quan trắc dòng chảy năm, ở đây n=38. (m3/s) Trong đó: - Qo là chuẩn dòng chảy năm. - Qi là lưu lượng dòng chảy trung bình của năm thứ i. Các đặc trưng biểu thị chuẩn dòng chảy năm như Bảng 3-2. Bảng 3-2: Các đặc trương của chuẩn dòng chảy năm. Đặc trưng Qo(m3/s) Wo(m3) Mo(l/s.km2) Yo(mm) Giá trị 0.43 13440220.7 17.8 560 Sai số của chuẩn dòng chảy năm Chuẩn dòng chảy năm khác với trị trung bình thực 1 đại lượngnào đó. Nghĩa là: Trong đó: - Q0n: là giá trị bình quân của chuỗi n năm - Q0N: là giá trị bình quân của chuỗi N năm - : là sai số quân phương của trị trung bình n năm và bằng: - : là độ lệch quân phương của toàn liệt hình thành từ các giá trị dòng chảy năm riêng lẻ Qi so với trị số dòng chảy năm trung bình của n năm hoặc từ bình quân của tổng độ lệch bình phương của các số hạng chuỗi dòng chảy năm Qi so với giá trị trưng bình - Tính sai số chuẩn dòng chảy (Phụ lục 3-5). xác định theo công thức: - Để so sánh mức độ chính xác việc xác định chuẩn dòng chảy năm, người ta dùng giá trị tương đối của sai số quân phương, nghĩa là biểu thịbằng % của Q0n. Như vậy sẽ nhận được sai số quân phương tương đối: Như vậy với khá lớn điều đó cho thấy sai số khá lớn khi tính chuẩn dòng chảy năm. III.2.1.2. Lượng dòng chảy năm thiết kế Lượng dòng chảy năm thiết kế là lượng dòng chảy năm ứng với 1 tần suất thiết kế nào đó. Đế tính được lượng dòng chảy năm thiết kế cần xác định được các tham số thống kê của chuỗi đặc trưng dòng chảy năm. Có thể vẽ đường tần suất lý luận và xác định các tham số thống kê của chuỗi dòng chảy năm bằng 1 trong các phương pháp: - Phương pháp Mômen. - Phương pháp bộ thích hợp. - Phương pháp bộ ba điểm. - Phương pháp phần mềm. Để thuận lợi, sử dụng phương pháp phần mềm FFC 2008 để vẽ đường tần suất lượng dòng chảy năm khu vực hồ Xạ Hương (Phụ lục 3-6) và xác định lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế, kết quả như sau: Các đặc trưng thống kê và lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế dòng chảy năm đế hồ Xạ Hương như sau: Bảng 3-3: Lưu lượng dòng chảy năm ứng với các tần suất thiết kế khu vực hồ Xạ Hương Đặc trưng QTB (m³/s) CV CS P = 25% P = 50% P = 75% Giá trị 0.43 0.42 0.58 0.54 0.41 0.30 III.2.2. Phân phối dòng chảy năm III.2.2.1. Phân mùa dòng chảy Ở nước ta (xét về lượng) chia thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa nhiều (mùa mưa) và mùa mưa ít (mùa khô) tương ứng là dòng chảy mùa lũ và mùa cạn. Thông thường người ta dùng chỉ tiêu vượt trung bình để phân mùa dòng chảy. Mùa lũ bao gồm các tháng liên tục có lượng dòng chảy tháng lớn hơn hoặc bằng 1/12 lượng dòng chảy năm với mức độ ổn định hàng năm lớn hơn 50%. P (Qtb tháng mùa lũ ≥ Qtb năm) ≥ 50% Các bước tiến hành phân mùa dòng chảy: - Đánh dấu những tháng có lưu lượng dòng chảy trung bình tháng lớn hơn lưu lượng dòng chảy trung bình năm (Phụ lục 3-7). - Tính tần suất xuất hiện: P = Số lần lượt x 100% Tổng số năm thống kê - Phân mùa dòng chảy khu vực hồ Xạ Hương. Lựa chon các tháng có P ≥ 50% là các tháng mùa lũ. Theo kết quả bảng phân mùa nhận thấy: Mùa lũ gồm 5 tháng : tháng VI,VII, VIII, IX, X. Mùa cạn là 7 tháng còn lại từ tháng XI năm trước đến tháng V năm sau (Phụ lục 3-8). Lượng dòng chảy năm, mùa lũ, mùa cạn và tỷ lệ lượng dòng chảy mùa lũ mùa cạn như (Phụ lục 3-9). III.2.2.2. Mô hình phân phối dòng chảy trung bình Đối với dòng chảy năm ngoài sự phân mùa ta thấy trong từng mùa dòng chảy các tháng cũng biến đổi. Để nghiên cứu ứng dụng phân phối dòng chảy các tháng trong năm, ta có thể tiến hành theo hai hướng: nghiên cứu mô hình dòng chảy trung bình nhiều năm và mô hình dòng chảy năm thiết kế. Phân phối dòng chảy trung bình nhiều năm cho thấy sự thay đổi của lượng dòng chảy trong năm trung bình nhiều năm, đồng thời có thể so sánh một cách tương đối lượng dòng chảy giữa các vùng. Từ số liệu dòng chảy đến khu vực hồ Xạ Hương theo năm thủy văn (Phụ lục 3-8) xác định lượng dòng chảy trung bình tháng trong nhiều năm và vẽ phân phối lượng dòng chảy trung bình tháng trung bình nhiều năm. Lượng dòng chảy trung bình tháng trong nhiều năm tính theo công thức: Trong đó QTB: lượng dòng chảy trung bình tháng trong nhiều năm. Qi: lượng dòng chảy trung bình tháng thứ i. Bảng 3-4: Lượng dòng chảy trung bình tháng trong nhiều năm Tháng VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V Năm Q (m3/s) 0.62 0.98 1.18 0.97 0.52 0.23 0.09 0.06 0.04 0.03 0.07 0.21 0.43 Tỷ lệ (%) 12.4 19.5 23.5 19.4 10.4 4.6 1.9 1.2 0.8 0.7 1.4 4.2 100 Qua các bảng và mô hình phân phối lượng dòng chảy trung bình tháng ta thấy phân phối dòng chảy trong năm rất không đều. Lượng dòng chảy trong 5 tháng mùa lũ chiếm khoảng 85.2% lượng dòng chảy cả năm còn mùa cạn chỉ chiếm khoảng 14.8% lượng dòng chảy cả năm. Trong đó lượng dòng chảy tháng VIII là lớn nhất và lượng dòng chảy nhỏ nhất là tháng III. Riêng tháng IV là tháng cuối mùa cạn có lượng dòng chảy khá lớn chiếm khoảng 4.2% lượng dòng chảy cả năm. Phân phối lượng dòng chảy trung bình tháng trung bình nhiều năm. Hình 3-8: Mô hình Phân phối lượng dòng chảy trung bình tháng III.2.2.3. Mô hình phân phối dòng chảy theo phương pháp năm đại biểu Mô hình dòng chảy năm trung bình nhiều năm có nhược điểm là mô hình ảo không xảy ra đúng với thực tế, mặt khác với yêu cầu dùng nước thì nó chỉ nêu lên được tính trung bình còn đối với những năm ít nước ta không lường được. Để khắc phục nhược điểm trên đáp ứng với yêu cầu dùng nước ta tiến hành tính phân phối theo năm thiết kế. Phương pháp năm đại biểu là phương pháp lựa chọn một mô hình dòng chảy năm đại biểu thực tế rồi thu phóng thành mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế. Các bước tính toán phân phối dòng chảy: - Xác định lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế. Vẽ đường tần suất lượng dòng chảy năm thiết kế (Phụ lục 3-10) được các đặc trưng thống kê: WTB = 5.02 m³/s.tháng, CV = 0.39, CS = 0.72 Lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế: WP = 25% = 6.17 m3/s.tháng; WP = 50% = 4.78 m3/s.tháng; WP = 75% = 3.59 m3/s.tháng; - Chọn mô hình năm đại biểu theo 3 yêu cầu: Đã đo đạc, thu thập số liệu đầy đủ, có lượng dòng chảy năm bằng hoặc gần bằng lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế và có mô hình phân phối bất lợi cho công trình. + Năm đại biểu nhiều nước (P=1-33%) là năm có lượng dòng chảy năm lớn và phải có Wn~ WnP (hay Qn~Qnp). Lượng dòng chảy lũ lớn, thời gian lũ dài. + Năm đại biểu nước trung bình (P = 34-66%) là năm có Wn~ WnP (hay Qn~Qnp) và mô hình phân phối dòng chảy trong năm đại biểu phải tương tự như mô hình phân phối dòng chảy bình quân nhiều năm. + Năm đại biểu năm ít nước (P = 67-99%) là năm có Wn~ WnP (hay Qn~Qnp), trong năm mùa cạn có dòng chảy nhỏ và thời gian kéo dài. Từ tài liệu dòng chảy tháng và lượng dòng chảy năm thiết kế, căn cứ theo các yêu cầu trên chọn các năm đại biểu như sau: Năm đại biểu nhiều nước P = 25% chọn năm 1973 – 1974 có tổng lượng dòng chảy năm 6.49 m³/s.tháng xấp xỉ với tổng lượng dòng chảy năm thiết kế và có phần bất lợi vì mùa lũ lớn và mùa cạn nhỏ kéo dài. Năm đại biểu nước trung bình P = 50% chọn năm 1993-1994 có tổng lượng dòng chảy năm 4.79 m³/s.tháng xấp xỉ với tổng lượng dòng chảy năm trung bình. Năm đại biểu ít nước P = 75% chọn năm 1977-1978 có tổng lượng dòng chảy năm 3.47 m³/s.tháng xấp xỉ với tổng lượng dòng chảy năm thiết kế và có phần bất lợi vì mùa lũ lớn và mùa cạn nhỏ kéo dài. - Tính hệ số thu phóng K theo công thức: - Tính phân phối dòng chảy các tháng trong năm thiết kế: Từ lưu lượng dòng chảy trung bình tháng của năm đại biểu nhân với hệ số K tương ứng với tần suất thiết kế được phân phối dòng chảy năm thiết kế. Bảng 3-5: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế khu vực hồ Xạ Hương Tháng VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V Năm Tần suất thiết kế P = 25% QĐB (m3/s) 0.87 0.93 1.39 2.61 0.49 0.07 0.03 0.02 0.02 0.01 0.04 0.01 0.54 γ % 13.4 14.3 21.4 40.2 7.6 1.1 0.5 0.3 0.3 0.2 0.6 0.2 100 QP (m3/s) 0.83 0.88 1.32 2.48 0.47 0.07 0.03 0.02 0.02 0.01 0.04 0.01 0.51 Tần suất thiết kế P = 50% QĐB (m3/s) 0.33 0.62 1.14 1.48 0.40 0.16 0.09 0.06 0.04 0.02 0.02 0.43 0.40 γ % 7.0 12.9 23.8 30.9 8.3 3.3 2.0 1.2 0.8 0.5 0.3 9.0 100 QP (m3/s) 0.33 0.62 1.14 1.48 0.40 0.16 0.09 0.06 0.04 0.02 0.02 0.43 0.40 Tần suất thiết kế P = 75% QĐB (m3/s) 0.02 1.35 0.67 0.46 0.30 0.17 0.10 0.06 0.03 0.04 0.05 0.22 0.29 γ % 0.6 38.9 19.3 13.3 8.6 4.9 2.9 1.7 0.9 1.2 1.4 6.3 100 QP (m3/s) 0.02 1.39 0.69 0.47 0.31 0.18 0.10 0.06 0.03 0.04 0.05 0.23 0.30 Đối với mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nhiều nước nhận thấy lượng dòng chảy mùa lũ lớn chiếm 96.9% lượng dòng chảy cả năm còn mùa cạn lượng dòng chảy chỉ chiếm 3.1%. Như vậy đảm bảo được yêu cầu chọn năm đại biểu. Đối với mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nước trung bình nhận thấy mô hình phân phối dòng chảy năm giống với mô hình phân phối dòng chảy trung bình nhiều năm. Như vậy đã phù hợp với yêu cầu chọn năm đại biểu. Đối với mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm ít nước nhận thấy lượng dòng chảy mùa cạn nhỏ và thời gian mùa cạn kéo dài từ tháng XII đến tháng VI năm sau. Như vậy đảm bảo được yêu cầu chọn năm đại biểu. - Phân phối dòng chảy các tháng trong năm thiết kế Hình 3-9: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nhiều nước khu vực hồ Xạ Hương Hình 3-10: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nước trung bình khu vực hồ Xạ Hương Hình 3-11: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm ít nước khu vực hồ Xạ Hương III.2.3. Tính toán dòng chảy lũ Dòng chảy lũ sinh ra do các trận mưa rào hay các trận mưa dài gây nên. Dòng chảy lũ quyết định những nét tổng quát về chế độ dòng chảy của một con song hay một vùng thủy năn nào đó. Lưu lượng lớn nhất của các song suối trong năm là giá trị lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất tức thời quan trắc được trong thời gian lũ. Dòng chảy lớn nhất là một đặc trưng quan trọng của dòng chảy sông ngòi, rất cần thiết trong việc thiết kế các công trình trên sông phục vụ cho thuỷ lợi, giao thông vận tải và các ngành kinh tế khác. Dòng chảy lũ là kết quả tác động của nhiều nhân tố, những nhân tố này rất đa dạng và có mức độ ảnh hưởng khác nhau. Những nhân tố chính gây ra lũ của lưu vực nghên cứu bao gồm - Nhóm nhân tố khí hậu: Trong đó mưa là nhân tố quan trọng nhất có mức độ ảnh hưởng lớn nhất tới dòng chảy lũ - Nhóm nhân tố mặt đệm: Nhóm này bao gồm hồ ao,đầm lầy, thảm phủ thực vật và địa chất thổ nhưỡng, diện tích lưu vực, địa hình lưu vực, dạng mạng lưới sông - Nhóm nhân tố thứ ba đó là các yếu tố hoạt động của con người: Con người có ảnh hưởng tích cục hoặc tiêu cực tới diễn biến dòng chảy lũ. Các đặc trưng cảu một trận lũ bao gồm: - Đường quá trình lũ là sự thay đổi của lưu lượng theo thời gian của một trận lũ (Q~t) bao gồm nhánh nước lên và nhánh nước xuống. Tương ứng với quá trình thay đổi lưu lượng là quá trình thay đổi mưc nước trong sông. - Cường suất lũ: là sự biến thiên của lưu lượng hoặc mực nước lũ trong một đơn vị thời gian. - Thời gian lũ: ký hiệu là T (giờ, ngày) là khoảng thời gian kể từ thời điểm bắt đầu có lũ t1 đến khi kết thúc lũ t2. - Tổng lượng lũ: ký hiệu là Wmax là tổng lượng dòng chảy của một trận lũ. - Lớp dòng chảy lũ Y (mm): là lớp dòng chảy của một trận lũ. - Thời gian lũ lên Tl: là thời gian kể từ khi bắt đầu có lũ đến thời đi