Ebook Thuỷ văn học và Phân tích vùng ngập lụt

ơn 80 ví dụ và lời giải cùng nhiều bài tập về nhà để rèn luyện với sự chuẩn bị công phu cơ sở dữ liệu, cuốn sách có ích không chỉ đối với sinh viên mà còn là cẩm nang chỉ dẫn đối với các nhà nghiên cứu, nhất là trong lĩnh vực mô hình toán thuỷ văn và thuỷ lực. Khi dịch cuốn sách này, ng−ời dịch cố ý không chuyển đổi các đơn vị Anh, Mỹ dùng trong cuốn sách bởi các số liệu tính toán trong các bảng biểu, ví dụ và hình vẽ đều dùng đơn vị Anh và không thể làm lại. Hơn nữa, trong phần phụ lục các giả đã đ−a ra đầy đủ các bảng biểu chuyển đổi đơn vị, các thuật giải, các mô tả ch−ơng trình máy tính và các ký hiệu đầy đủ có thể giúp ng−ời đọc chuyển đổi dễ dàng, nếu có nhu cầu. Tuy rất cố gắng chuyển tải trung thành nội dung cuốn sách, do hạn chế về thuật ngữ nên có thể vẫn còn có những khiếm khuyết nhất định. Rất mong sự góp ý của bạn đọc để lần xuất bản sau đ−ợc tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Văn Tuần đã đọc kỹ bản dịch và hiệu đính để bản thảo đ−ợc hoàn thiện với chất l−ợng cao hơn. Xin cảm ơn các sinh viên Lê Thị Huệ, Trần Nam Bình, Cao Phong Nhã, Cấn Thu Văn và Phạm Quang Huy lớp K45 TV đã đóng góp nhiều trong công việc dịch thuật, chế bản để cuốn sách sớm hoàn thành. Đây là một cuốn sách hay, rất hữu dụng cho sinh viên và học viên sau đại học cũng nh− các nhà nghiên cứu, thực hành. Xin trân trọng giới thiệu cùng độc giả. 11 Mở đầu Hiện t−ợng lũ lụt, khô hạn, vấn đề điều khiển hệ thống thoát lũ và cung cấp n−ớc, vấn đề chất l−ợng n−ớc và môi tr−ờng là các vấn đề có ý nghĩa quan trọng trong thuỷ văn học hiện đại đang đ−ợc sự quan tâm của các nhà thuỷ văn công trình, địa chất thuỷ văn, các nhà khoa học trong lĩnh vực Khoa học Trái Đất. Cuốn sách này nhấn mạnh các vấn đề về tính toán thuỷ văn, h−ớng tới đối t−ợng sinh viên các năm cuối nhằm cung cấp các kiến thức và cách tiếp cận đến vấn đề ứng dụng quan trọng trong việc phân tích l−u vực, tính toán ngập lụt, kiểm soát lũ, thuỷ văn đô thị, thiết kế m−a và thuỷ lực dòng chảy và mô hình hoá bằng máy tính. Phiên bản thứ hai của cuốn sách này đ−ợc giới hạn và mở rộng trong các ch−ơng 1, 2 và 4. Những quan điểm mới về đo đạc thuỷ văn, về quá trình thấm, về mô hình HEC-1 và HEC-2 đã đ−ợc trình bày. Ch−ơng 9 nhấn mạnh tầm quan trọng của thiết kế thuỷ văn với các ví dụ chi tiết về cách giải hợp lý cho kênh dẫn, l−u vực nhỏ, hồ chứa và vùng ngập lụt. Ngoài ra, các biểu bảng tính toán thuỷ văn đ−ợc sắp xếp rõ ràng, trích dẫn hơn 80 ví dụ, 192 bài tập minh hoạ và 4 h−ớng nghiên cứu chính. sự phát triển của thuỷ văn học Trong hai m−ơi năm qua, thủy văn học là môn học đ−ợc tr−ởng thành nh− một khoa học kỹ thuật. H−ớng theo sự phát triển của lý thuyết thủy văn học truyền thống tr−ớc 1960, một sự tăng đột biến về số l−ợng và sự phức tạp của các nghiên cứu thủy văn học là từ hai lực phát động vào cuối những năm 1960: Việc phát triển, mở rộng thành thị trong Hoa Kỳ và sự quan tâm đến môi tr−ờng, sự kiểm tra chất l−ợng n−ớc mặt đ−ợc nhấn mạnh. Sự ra đời hàng loạt công trình về m−a, dòng chảy và chất l−ợng n−ớc cũng nh− sự phát triển của kỹ thuật máy tính tạo cơ sở tốt hơn cho việc phân tích dữ liệu và xây dựng mô hình l−u vực. Vào những năm 1970 thủy văn học b−ớc vào một kỷ nguyên mới. Trong thập niên này một số lớn mô hình tính toán trên máy tính phức tạp đ−ợc tạo ra bởi các cơ quan thuộc Chính phủ và các tr−ờng đại học định h−ớng vào sự dự đoán nạn lụt, điều khiển nạn lụt, các kỹ thuật tài nguyên n−ớc, thủy lực thiết kế, vấn đề t−ới n−ớc, kiểm tra độ nhiễm bẩn, quản lý chất l−ợng và những vấn đề cung cấp n−ớc. Trong những năm 1980, những mô hình tính toán trên máy tính đ−ợc cập nhật tài liệu đã trở thành th−ờng lệ và vận hành các thủ tục phân tích thủy văn chi tiết các l−tree vực. Bổ sung tính năng sử dụng bằng những máy tính cá nhân vào những năm 1980 7 đã cách mạng hóa hơn nữa tính thực hành của thủy văn học. Hàng trăm ch−ơng trình lớn, nhỏ đã đ−ợc viết để làm đơn giản hoá công việc tính toán trên của các kỹ s− và các nhà thủy văn. Nhiều máy tính lớn sớm hơn đã tích hợp để có những phiên bản đ−ợc chuyển đổi chạy trên những máy tính cá nhân mạnh. Sự hữu dụng của những mô hình tính toán trên máy tính đã đ−ợc khai triển cho lớp học và cho thực tế thiết kế một cách đáng kể. Phát triển về lý luận ý t−ởng đầu tiên cho quyển sách bắt nguồn từ những kinh nghiệm của tác giả trong việc dạy về phân tích thủy văn học l−u vực từ 1976 tại tr−ờng đại học Rice. Phiên bản đầu tiên của cuốn sách (1988) đ−ợc viết trong thời gian năm năm và cung cấp các ph−ơng pháp tính gần đúng hiện đại bao gồm sự liệt kê chi tiết những ph−ơng pháp số và những mô hình tính toán trên máy tính th−ờng đ−ợc sử dụng trong thủy văn học. Phiên bản hai, sau bốn năm, đã bổ sung đáng kể các kiến thức mới, những ví dụ, bảng biểu và một ch−ơng mới về những vấn đề dự án trong thủy văn học. Tác giả đã lựa chọn những mô hình tính đơn giản để sinh viên học nhiệt tình và hiệu quả hơn khi họ tiệm cận những vấn đề thủy văn học hiện đại. Với khả năng hiện thời của những máy tính cá nhân, những hoạt động nh− vậy đang trở thành là quy tắc cho sự rèn luyện của các kỹ s− và các nhà thủy văn học. Văn bản này cung cấp một số ch−ơng trình và những bảng biểu FORTRAN đơn giản đ−ợc sử dụng trong thủy văn học và thủy lực học, sẵn sàng trên đĩa cho hệ máy PC hoặc máy tính Macintosh. Bốn ch−ơng ( 5, 6, 7, và 9) cống hiến cho lý thuyết và ứng dụng chi tiết ba mô hình đ−ợc sử dụng rộng rãi nhất để làm mẫu: HEC - 1, HEC - 2 và SWMM. Với tr−ờng hợp chi tiết, chính là học về l−u vực và lập kế hoạch thủy văn thực tại. Điều này là một sự cải tiến đặc biệt khác tr−ớc, cộng thêm ch−ơng 9 trình bày về vấn đề dự án, phiên bản hai là một sự tham khảo có ích cho cả những sinh viên lẫn những ng−ời chuyên nghiệp trong thủy văn. Tổ chức cuốn sách Cuốn sách đ−ợc chia ra hai phần chủ yếu: Phần đầu tiên, gồm có bốn ch−ơng bao trùm những chủ đề thuỷ văn truyền thống nh− sự thấm, m−a, bốc hơi, sự đo đạc và phân tích l−u l−ợng trận m−a, xác suất ngập lụt và những ph−ơng pháp khảo sát nạn lụt. Những chủ đề này cung cấp cho sinh viên một sự hiểu biết toàn diện chu trình thủy văn học trong tự nhiên cũng nh− bài toán xây dựng thiết kế bên trong giới hạn nhất định của nạn lụt. Nhiều ví dụ thực tế đ−ợc sử dụng để minh hoạ các lý thuyết và định nghĩa. Những ph−ơng pháp thực nghiệm và những sự tính toán gần đúng cùng các bảng biểu đ−ợc sử dụng khắp nơi. Ch−ơng 3, Sự phân tích tần số, giới thiệu những phân phối chuẩn để phân tích dữ liệu có liên quan nạn lụt và nhấn mạnh tại sao những phân phối đặc thù trên đ−ợc chọn cũng nh− bàn đến sự phù hợp dữ liệu đo đ−ợc. Ch−ơng 4, Diễn toán lũ, bao gồm những ví dụ chi tiết về động lực học dòng sông và bể chứa đồng thời liên hệ với những ph−ơng pháp số trị. Những ph−ơng trình diễn toán lũ đ−ợc dẫn xuất ra chi tiết, đ−ợc phân tích và cung cấp kèm theo một ch−ơng 8 trình máy tính. Một thảo luận đầy đủ về những ph−ơng pháp diễn toán thủy lực tiên tiến hơn và những mô hình sẵn có đã đ−ợc trình bày. Các ch−ơng 5 - 9 đ−ợc thiết kế để áp dụng kỹ thuật máy tính lý thuyết và mô hình thủy văn học cho một số vùng đặc thù của việc thiết kế thủy văn và thiết kế - phân tích l−u vực, sự mô tả phác họa vùng ngập lụt và thuỷ văn đô thị. Những ph−ơng pháp và những mô hình máy tính hiện đại nhất để dự đoán nạn lụt, tính toán vùng ngập lụt, và thiết kế thuỷ văn đô thị đ−ợc nhấn mạnh trong mọi chi tiết đáp ứng cho sử dụng thực tiễn và cung cấp những sự nghiên cứu chi tiết qua các tr−ờng hợp ví dụ. Ch−ơng 5 giới thiệu các mô hình mô phỏng trong thủy văn, những ph−ơng pháp mô phỏng điều khiển và dự đoán nạn lụt, đ−ờng quá trình lũ trên l−u vực. Giới thiệu ph−ơng pháp luận toàn diện về tổ chức dữ liệu đầu vào của mô hình ngập lụt. Ch−ơng này bàn về ứng dụng của HEC-1, đ−ờng quá trình l−u l−ợng đơn vị, ph−ơng pháp sóng động học và hiệu ứng l−u vực từ quá trình đô thị hoá, việc phân chia các kênh và bể chứa, đánh giá tính hiệu dụng trong các điều kiện mặt đệm phức tạp trên l−u vực cho thấy những khó khăn khi ứng dụng mô hình hệ thống. Ch−ơng 6, Thủy văn đô thị, tổng quan những ph−ơng pháp chuẩn và những mô hình máy tính cho các cống và kênh mở tại các hệ thống cống rãnh. Những sự phát triển gần đây trong thiết kế hệ thống thoát hồ chứa, kể cả phần quản lý n−ớc (SWMM), đ−ợc trình bày với một sự nghiên cứu l−u l−ợng đô thị toàn diện nhất. Nhấn mạnh về khía cạnh phân tích thống kê dữ liệu và lý thuyết trên nền các đ−ờng cong IDF đ−ợc sử dụng trong hệ thống thiết kế thoát n−ớc thành thị và những sự so sánh tạo ra các ph−ơng pháp hợp lý làm chuẩn thiết kế. Ch−ơng 7, Thủy lực học vùng ngập lụt cho những tổng quan đầu tiên, những khái niệm từ dòng chảy trong kênh hở, các yêu cầu để vận hành theo trắc diện tính toán. Tiếp theo, HEC - 2 của Trung tâm kỹ thuật thủy văn đ−ợc mô tả chi tiết bởi vì tính phổ biến của nó và yêu cầu sử dụng của những kỹ s− thực hành. Đ−ờng cong n−ớc mặt ngoài và mặt nghiêng đ−ợc yêu cầu trong đa số các vùng ngập lụt và kênh thiết kế của các dự án, những thiết diện tại ngã t− có cầu bắc qua đòi hỏi xác định vị trí và những hệ số cơ bản. Một nghiên cứu tr−ờng hợp chi tiết đ−ợc giới thiệu minh hoạ cho mô hình. Sự dự đoán nạn lụt gồm các đỉnh cho một trận m−a lịch sử hoặc dự báo, sử dụng ph−ơng pháp hợp lý hoặc một mô hình tính đã kéo theo sự biến đổi các đỉnh điều chỉnh trong vùng ngập lụt. Đây là một trong những bài toán khó nhất trong việc lập quy hoạch thủy văn. Ch−ơng 9 h−ớng vào vài vấn đề thực tiễn liên quan đến trận m−a thiết kế, l−u v−c nhỏ thiết kế, hồ chứa thiết kế, và rộng hơn là l−u vực ngập lụt thiết kế. Các ch−ơng 5, 6,7, và 9 cùng trình bày một tổ hợp đơn nhất các ph−ơng pháp th−ờng sử dụng bởi những kỹ s− thực hành và những nhà thủy văn học nh−ng tr−ớc đó ch−a bao giờ đề tài này kết hợp trong một cuốn sách giáo khoa phổ thông. Ch−ơng 8 trình bày thủy văn học n−ớc d−ới đất nh− một ch−ơng độc lập, bao gồm dòng trong môi tr−ờng xốp, những thuộc tính tầng chứa n−ớc, giếng và các ứng dụng máy tính. Đ−a ra những ph−ơng trình của dòng và ứng dụng vào một số bài toán n−ớc ngầm, bao gồm sự phân tích cả trạng thái dừng lẫn trạng thái động. Sự phân chia về những ph−ơng pháp số giới thiệu kỹ thuật thực nghiệm trong n−ớc ngầm và những ví dụ sử dụng những ch−ơng trình máy tính đơn giản để mô tả. 9 Phiên bản mới của cuốn sách cung cấp kỹ thuật hoặc cho sinh viên hoặc cho các nhà khoa học với tất cả lý thuyết thích hợp để hiểu thủy văn học và sự phân tích vùng ngập lụt. Kỹ s− thực hành tìm thấy quyển sách một sự tham khảo hiện đại cho những nguyên lý thủy văn học, sự phân tích tần số nạn lụt, sự phân tích vùng ngập lụt, sự mô phỏng bằng máy tính và n−ớc m−a thiết kế. lời cảm ơn Cuốn sách về các phân tích thuỷ văn l−u vực này đã đ−ợc tích luỹ trong một số năm giảng dạy. Trong quá trình trao đổi với các đồng nghiệp và sinh viên đã dần hoàn thiện các ý t−ởng về sự nhấn mạnh các ph−ơng pháp hiện đại. Tác giả cảm thấy mắc nợ nhiều nhóm nghiên cứu, các tổ chức và cá nhân vì những đóng góp đáng kể của họ để cấu trúc nội dung cuốn sách đ−ợc hoàn thiện chất l−ợng cao. Sự đóng góp của các nhà biên tập trong việc rà soát bản thảo cẩn thận và các góp ý quý báu của: Robert Johanson, tr−ờng đại học Pacific; Richard H. McCuen, tr−ờng đại học Maryland; Ed Schroeder, tr−ờng đại học California, Davis; Stuart G. Walesh, tr−ởng khoa, tr−ờng đại học Valparaiso; và Ralph A. Wurbs, tr−ờng đại học Texas A& M. Tom Robbins, biên tập viên nhà xuất bản Addison - Wesley, trong cả hai phiên bản. Sự quản lý của cơ quan Flanagan Barbara trong việc quản lý toàn bộ các chi tiết kỹ thuật là sống còn tới sự xuất bản phiên bản đầu tiên. Helen Wythe đóng góp nhiều về những sự thay đổi cho phiên bản hai. Những tác giả cũng cám ơn tất cả các đồng nghiệp ở Addison - Wesley vì những nỗ lực của họ . Lời cảm ơn đặc biệt dành cho kỹ thuật viên tận tâm Pamela Ross ở tr−ờng đại học Rice vì sự giúp đỡ của cô ấy, về kỹ năng xem lại văn bản, biên tập những ví dụ, những bài toán, bài tập ở nhà, và những ch−ơng trình máy tính. Tim Jenkin, Beth Erlanson, Carol Ellinger giúp đỡ nhiều về những bảng biểu, những ví dụ, và bài tập ở nhà những bài toán cho phiên bản hai. Chúng ta vô cùng cảm ơn Kelsey - Bettschen và Diana Freeman Marilyn đánh máy hầu hết phác thảo đầu tiên. Cuối cùng, chúng ta dành sự cảm ơn cho Kathy Moore, ng−ời tổ chức tất cả sự đánh máy, minh hoạ, về những sự thay đổi văn bản và hình vẽ cho phiên bản thứ hai. Philip B. Bedient Wayne C. Huber 10 Về cuốn sách Thuỷ văn học và Phân tích vùng ngập lụt, phiên bản thứ hai cung cấp đầy đủ các khái niệm cơ bản và các ph−ơng pháp thiết kế trong thuỷ văn và phân tích vùng ngập lụt. Bốn ch−ơng đầu tiên bao trùm các chủ đề về dòng chảy mặt nh− giáng thuỷ, bốc thoát hơi, thấm và phân tích m−a - dòng chảy, tần suất lũ và các ph−ơng pháp diễn toán lũ. Ch−ơng 5, 6 và 7 đề cập tới lý thuyết và kỹ thuật máy tính hiện đại đối với một số lĩnh vực thuỷ văn công trình gồm phân tích l−u vực, thuỷ văn đô thị và thuỷ lực vùng ngập lụt. Ch−ơng 8 bàn luận một cách súc tích về chủ đề n−ớc ngầm bao gồm n−ớc ngầm, dòng chảy ngầm, thuỷ lực giếng và các kỹ thuật mô hình hoá n−ớc d−ới đất. Điểm mới trong phiên bản này ở ch−ơng 9 với các ph−ơng pháp thiết kế m−a - dòng chảy nhấn mạnh đến các l−u vực nhỏ và lớn đang đô thị hoá. Các ph−ơng pháp thiết kế với qui mô các kênh và ống sử dụng phép xấp xỉ đ−ờng quá trình đơn vị để mô tả các chỉ tiêu thiết kế chuẩn cho vùng đô thị. Ch−ơng 9 kết thúc với một chuyên đề phân tích vùng ngập lụt và thiết kế sử dụng HEC-1 và HEC-2. Thêm vào trong ch−ơng 9, ở phiên bản thứ hai này, đáng chú ý là các ví dụ tính dùng bảng số và mở rộng các phép đo thuỷ văn nh− ph−ơng pháp SCS, phân tích tốc độ tổn thất mà HEC -1 và HEC -2 đã thảo luận. Trình bày thêm hơn 60 bài tập về nhà mới để rèn luyện. Phiên bản này thích hợp đối với các khoá thuỷ văn dân sự, kỹ thuật môi tr−ờng, địa chất học và các khoa học trái đất khác. Lần xuất bản này l−ợc duyệt tiếp tục các vấn đề về thuật toán dùng trong thuỷ văn hiện đại đáp ứng đào tạo đại học và sau đại học về các khía cạnh cân bằng và phân tích l−u vực, diễn toán và kiểm soát lũ, thuỷ văn đô thị, m−a thiát kế và các mô hình máy tính. Ngoài các vấn đề chính, trong cuốn sách còn gắn kèm theo hơn 80 ví dụ và lời giải; cuối các ch−ơng đều tổng kết các ý t−ởng chính, l−ợc duyệt và xem xét 192 các kiểm nghiệm trong lĩnh vực thiết kế thực tiễn. 5 Về tác giả Philip B. Bedient là Giáo s− thuộc lĩnh vực kỹ thuật môi tr−ờng của Đại học Tổng hợp Rice, Houton, Texas. Ông bảo vệ luận án Ph.D. Kỹ thuật môi tr−ờng ở Đại học Tổng hợp Florrida. Các quan tâm nghiên cứu của ông về thuỷ văn n−ớc mặt trong lĩnh vực mô hình hoá l−u vực, chất l−ợng n−ớc m−a đô thị, hệ thống điền trũng và phân tích vùng ngập lụt. Gần đây các nghiên cứu của ông h−ớng tới mô hình thuỷ văn n−ớc ngầm vận tải công cộng và các nơi đổ rác thải nguy hiểm. Ông là nghiên cứu viên thuộc Cơ quan trung tâm quốc gia bảo hộ môi tr−ờng về nghiên cứu n−ớc ngầm. Dr. Bedient là ng−ời điều tra chính của 30 dự án và là tác giả của hơn 80 bài báo kỹ thuật. Ông thích hợp vai trò cố vấn trong cả hai lĩnh vực công cộng và t− nhân và là một kỹ s− chuyên nghiệp có tiếng. Dr. Bedient đ−ợc thừa nhận là ng−ời lãnh đạo −u tú tầm quốc gia trong khoa học môi tr−ờng từ 1988-1993. Wayne C. Huber là Giáo s− và tr−ởng khoa Kỹ thuật dân sự tr−ờng Đại học Tổng hợp Oregon ở Corvalis. Ông bảo vệ Ph.D. ở tr−ờng đại học Kỹ thuật Massachusetts. Ông thực hiện luận án tiến sỹ thuộc lĩnh vực thống kê và đ−ợc biết đến qua hơn 90 công trình và bài báo về kỹ thuật thống kê. Ông còn là nhà kỹ thuật và cố vấn cho các x−ởng và các hãng phim. Qua nhiều năm trên c−ơng vị Giáo s− ở tr−ờng Tổng hợp Florida tại Gainesville, Dr. Huber nghiên cứu về thuỷ văn l−u vực sông, hồ, thống kê m−a, mô hình thuỷ lực và chất l−ợng n−ớc. Ông góp phần vào xây dựng mô hình SWMM, về nghiên cứu tổng l−ợng và chất l−ợng n−ớc trong các vùng đô thị 6 Mục lục Ch−ơng1. Các nguyên lý thuỷ văn học 21 1.1. Giới thiệu chung về thuỷ văn học 21 Lịch sử thuỷ văn cổ đại 22 Lịch sử hiện đại 23 Sự phát triển của máy tính 24 1.2. Vòng tuần hoàn n−ớc 26 1.3. Giáng thuỷ 29 Độ ẩm không khí 30 Giai đoạn biến đổi 31 Nguyên nhân và cơ chế thành tạo 32 Điểm giáng thuỷ 33 Vùng giáng thuỷ 41 1.4. Bốc hơi và bốc thoát hơi n−ớc 45 Xác định bốc hơi bằng ph−ơng pháp cân bằng n−ớc 46 Ph−ơng pháp trao đổi khối l−ợng 47 Ph−ơng pháp cân bằng năng l−ợng 48 Thùng bốc hơi 49 Bốc thoát hơi n−ớc 52 1.5. Thấm 55 Ph−ơng trình c−ờng độ thấm 55 Các ph−ơng pháp thấm lỹ thuyết 63 1.6. Dòng chảy sông ngòi 70 Các thành phần của biểu đồ thuỷ văn 71 1.7. Đo đạc thuỷ văn 72 Độ ẩm không khí 72 M−a 72 Bốc hơi 73 Thấm và n−ớc ngầm 73 Đo đạc dòng chảy sông ngòi 73 12 Hệ thống trạm thuỷ văn đô thị 77 Hệ thống kiểm soát thuỷ văn đô thị 77 Hệ thống phòng lũ 79 Các đặc tr−ng địa lý 80 Kết luận 81 Bài tập 82 Tài liệu tham khảo 91 Ch−ơng 2. Phân tích quan hệ m−a - dòng chảy 96 2.1. Các quan hệ m−a dòng chảy 96 2.2 . Phân tích đ−ờng quá trình thuỷ văn 98 Hiện t−ợng dòng chảy mặt 98 Các thành phần đ−ờng quá trình 100 Nhánh xuống và sự phân chia dòng chảy 100 M−a hiệu quả và đ−ờng quá trình 101 2.3. Học thuyết đ−ờng quá trình đơn vị 109 Nguồn gốc đ−ờng quá trình đơn vị. Trạm đo l−u vực 109 Ph−ơng pháp đ−ờng cong - S 113 Tập hợp các đ−ờng cong đơn vị 117 2.4. Phát triển đ−ờng đơn vị tổng hợp 124 Các giả thiết và nhân tố biến đổi 125 Ph−ơng pháp Sneyder 127 Ph−ơng pháp SCS 129 Ph−ơng pháp Espey 135 2.5. Các ứng dụng của đ−ờng quá trình thuỷ văn đơn vị 138 2.6. Mô hình nhận thức 142 Các đ−ờng cong đơn vị tức thời (IUH) 142 Các mô hình tuyến tính 143 2.7. Các ph−ơng pháp sóng động học đối với dòng chảy tràn 145 2.8. Tuyết rơi và tuyết tan 147 Đặc tr−ng vật lý của băng tuyết 148 Năng l−ợng dự trữ của băng tuyết 150 Các ph−ơng trình chỉ số tuyết tan - độ - ngày hoặc nhiệt độ 151 Tính toán dòng chảy từ tuyết tan 152 Kết luận 154 Bài tập 155 13 Tài liệu tham khảo 160 Ch−ơng 3. Phân tích tần suất 163 3.1. Lời giới thiệu 163 Phạm vi nghiên cứu 163 Các biến cố ngẫu nhiên 164 Biểu diễn số liệu 165 3.2. Các khái niệm xác suất 168 3.3. Các biến cố ngẫu nhiên và các luật phân bố xác suất 170 Các biến cố ngẫu nhiên và biến cố rời rạc 170 Các moment của một phân bố 172 Ước l−ợng moment từ các số liệu 174 Làm trơn phân bố chuỗi số liệu 178 3.4. Thời kỳ lặp lại và thời khoảng tái diễn 178 3.5. Các mô hình phân bố xác suất cơ bản 181 Chủ quan và khách quan 181 Luật phân bố nhị thức 182 Quy luật phân bố mũ 186 Luật phân bố chuẩn 187 Luật phân bố Log chuẩn 189 Luật phân bố Gamma (Pearson3) 191 Luật phân bố Log Pearson3 193 Luật phân bố Gumbel (Giá trị cực trị loại I) 196 3.6. Miêu tả số liệu bằng biểu đồ 198 Giới thiệu 198 Giấy xác suất 199 Trật tự bản vẽ 202 Giới hạn tin cậy, điều kiện biên và trạng thái số không 202 So sánh các điểm 208 Tổng kết 211 Bài tập 212 Tài liệu tham khảo 221 Ch−ơng 4. Diễn toán lũ 223 4.1. Diễn toán thuỷ văn và thuỷ lực 223 Các ph−ơng pháp diễn toán thuỷ văn 229 14 Các ph−ơng pháp diễn toán thuỷ lực 229 4.2. Diễn toán thuỷ văn sông ngòi 230 Ph−ơng pháp Muskingum 232 Xác định các hằng số l−ợng trữ 236 4.4. Ph−ơng trình cơ bản diễn toán thuỷ lực sông ngòi 248 4.5. Sự chuyển động của sóng lũ 251 4.6. Diễn toán sóng động học 254 Ph−ơng trình cơ bản diễn toán sóng động học đối với dòng chảy tràn 255 Diễn toán động học trong kênh 258 Các ph−ơng pháp giải tích đối với bề mặt không thấm 260 Xấp xỉ sai phân hữu hạn 264 Giải các ph−ơng trình sóng động học bằng ph−ơng pháp sai phân phần tử hữu hạn 267 4.7. Diễn toán thuỷ lực sông ngòi 268 Các ph−ơng pháp đặc tr−ng 268 Ph−ơng pháp hiện 269 Ph−ơng pháp ẩn 270 Mô hình khuyếch tán 271 Ph−ơng pháp Muskingum - Cunge 271 Mô hình sóng động lực (DWOPER) 275 Đ−ờng cong tỷ lệ 276 Kết luận 278 Bài tập 278 Tài liệu tham khảo 287 Ch−ơng 5. Các mô hình thuỷ văn mô phỏng 289 5.1. Giới thiệu về các mô hình mô phỏng 289 5.2. Tổ chức phân tích thuỷ văn l−u vực 292 5.3. Mô tả các mô hình mô phỏng thuỷ văn chính 293 5.4. mô hình HEC-1 296 Phác thảo l−u vực 297 Giáng thuỷ 298 Tuyết rơi và tuyết tan 298 Phân tích tỷ lệ tổn thất 298 Tính toán dòng chảy trên các l−u vực con 300 Tính toán dòng cơ bản 303 Diễn toán lũ 304 15 Các khả năng khác của mô hình HEC-1 305 5.5. Số liệu đầu vào và đầu ra của HEC-1 306 Khái quát số liệu đầu vào 306 Khái quát dữ liệu đầu ra 214 5.6. Phân tích l−u vực bằng HEC-1: Nghiên cứu điển hình 315 Miêu tả l−u vực 315 Các thông số vật lý 316 Số liệu l−ợng m−a 317 Số liệu đ−ờng quá trình dòng chảy đơn vị 318 Số liệu diễn toán quá trình trữ n−ớc trong kênh 321 Đ−ờng quá trình kết quả 327 Các ph−ơng án phân lũ 329 Tổng kết 333 Bài tập 334 Tài liệu tham khảo 338 Ch−ơng 6. Thuỷ văn đô thị 341 6.1 Đặc điểm thuỷ văn đô thị 341 Phạm vi nghiên cứu của ch−ơng này 341 Lời mở đầu 342 Vấn đề ứng dụng công nghệ kỹ thuật trong thuỷ văn đô thị 344 Đối t−ợng thiết kế 346 6.2. Tổng quan các quá trình vật lý 347 M−a - Dòng chảy 347 Mô tả l−u vực 347 Tính toán l−ợng tổn thất 348 Thời gian tập trung 351 Thời gian trễ 353 Dòng chảy 354 6.3. Phân tích l−ợng m−a 354 Nguồn số liệu 354 Đo l−ợng m−a 356 Đ−ờng cong c−ờng độ - thời gian - tần suất sử dụng và không sử dụng 357 Xác định biến cố trận lũ 358 Lựa chọn l−ợng m−a thiết kế 361 Thiết kế tổng hợp các trận lũ 361 16 Lựa chọn trận lũ thiết kế tổng hợp 363 6.4.Các ph−ơng pháp phân tích l−ợng n−ớc 365 Dòng chảy cực đại, tổng l−ợng lũ hoặc đ−ờng quá trình lũ? 365 Phân tích dòng chảy cực đại bằng ph−ơng pháp thích hợp 365 Hệ số và các ph−ơng pháp khử đuổi 370 Các ph−ơng pháp tần suất - khử đuổi lũ 371 Các đ−ờng quá trình thuỷ văn đơn vị 373 Các ph−ơng pháp thời gian - diện tích 373 Ph−ơng pháp sóng động học 373 Các bể chứa tuyến tính và phi tuyến 374 6.5. Hệ thống cống ngầm thuỷ lực 377 Diễn toán dòng chảy 377 Hệ ph−ơng trình Saint -Venant 378 Sự quá tải 379 Diễn toán các cấu trúc thuỷ lực bên trong 380 6.6. Các điểm kiểm soát 381 Sự giam giữ/duy trì 381 Sự gia tăng l−ợng thấm 386 Các ph−ơng pháp khác 387 6.7 Các mô hình thao tác trên máy tính 388 Khái niệm 388 Bảo vệ đất 389 Mô hình ILUDAS 389 Mô hình dòng chảy đô thị bang PENN 390 Mô hình HSPF 390 Mô hình STORM 390 Mô hình tổng hợp SWMM 392 Mô hình Cục nghiên cứu địa chất Mỹ (USGS) 393 Sự lựa chọn mô hình 393 6.8. Phạm vi nghiên cứu 394 Giới thiệu 394 L−u vực 394 Số liệu đầu vào và việc đánh giá mô hình SWMM 394 Phân tích tần suất xuất hiện các kết quả liên tục 397 Các trận m−a thiết kế tổng hợp 400 Các kỹ thuật thiết kế khác 400 17 Kết quả 401 Tóm tắt phạm vi nghiên cứu 403 Tóm tắt 404 Bài tập 404 Tài liệu tham khảo 412 Ch−ơng 7. Thuỷ lực vùng ngập lụt 421 7.1. Dòng chảy đều 421 7.2. tính toán dòng chảy đều 423 7.3. Năng l−ợng riêng và dòng chảy giới hạn 430 7.4. Trạng thái độ sâu giới hạn 434 7.5. Dòng không đều hay dòng chảy biến đổi chậm 435 7.6. Ph−ơng trình dòng biến đổi chậm 436 7.7. Phân loại các đ−ờng bề mặt n−ớc 440 Các tr−ờng hợp độ dốc thoải 442 Tr−ờng hợp độ dốc đứng 444 Tr−ờng hợp độ dốc nghịch và nằm ngang 444 7.8. B−ớc nhảy thuỷ lực 444 7.9. Giới thiệu về mô hình HEC-2 446 7.10. Cơ sở lý thuyết của mô hình HEC-2 447 7.11. Yêu cầu của cơ sở dữ liệu 449 7.12. Các khả năng tuỳ chọn của HEC-2 452 7.13. Nhập và xuất các đặc tr−ng 453 Cấu trúc dữ liệu và tài liệu 453 Các tuyến thay đổi và điều khiển công việc 453 Các tuyến mặt cắt ngang 455 Các tuyến phân dòng chảy 455 7.14. Về ph−ơng pháp liên kết chuẩn đặc biệt 455 Biện pháp liên kết chuẩn 455 Ph−ơng pháp liên kết đặc biệt 456 Lựa chọn ph−ơng pháp liên kết trong HEC-2 457 Cách bố trí mặt cắt ngang đối với kiểu liên kết 457 Lựa chọn diện tích hiệu quả 459 7.15. Ví dụ của ch−ơng trình tính HEC-2 460 Tóm tắt 475 Bài tập 476 18 Tài liệu tham khảo 480 Ch−ơng 8. Thuỷ văn n−ớc ngầm 481 8.1. Mở đầu 481 8.2. Những tài nguyên n−ớc ngầm 483 Sự phân bố theo chiều thẳng đứng của n−ớc ngầm 483 Tầng chứa n−ớc 485 8.3. Sự chuyển động của n−ớc ngầm 488 Định luật Darcy 488 Hệ số thấm thuỷ lực 489 Xác định hệ số thấm thuỷ lực 490 Các tầng chứa n−ớc dị h−ớng 491 Mạng l−ới dòng chảy 492 8.4. Các ph−ơng trình dòng chảy tổng quát 495 Trạng thái ổn định của dòng chảy trong đới bão hoà 495 Dòng chảy tức thời trong đới bão hoà 496 Giả thiết Dupuit 497 Dòng chảy và đ−ờng đẳng thế 502 8.5. Thuỷ lực giếng trong trạng thái ổn định 504 Dòng chảy một ổn định 504 Bán kính dòng chảy ổn định tới giếng khoan có áp 505 Bán kính dòng chảy ổn định từ giếng khoan không áp 506 Giếng trong một tr−ờng dòng chảy đồng nhất 508 Hệ thống giếng phức tạp 509 8.6. Thuỷ lực giếng không ổn định 511 Giải bằng ph−ơng pháp