Chương 2: Các nguyên lý thủyvăn2

a. Mưa

Khái niệm và phân loại

z Là hiện tượng nước ở thể

lỏng hoặc thể rắn từ các tầng

khí quyển rơi xuống bề mặt

đất.

z Quá trình hình thành mưa:

z Không khí ẩm bị lạnh đi

xuống dưới điểm sương

z Hơi nước quá bão hòa

ngưng kết lại thành hạt

z Các hạt lớn lên và khi

trọng lượng thắng lực ma

sát của tầng khí quyển và

tốc độ các luồng không

khí đi lên mà rơi xuống

thành mưa.24

Phân loại mưa

z Theo tính chất của mưa:

z Mưa rào

z Mưa dầm

z Mưa phùn

z Theo nguyên nhân làm khối không khí thăng

lên cao:

z Mưa đối lưu

z Mưa địa hình

z Mưa gió xoáy

z Mưa front lạnh

z Mưa front nóng

z Mưa bão25

Các đặc trưng mưa

z Lượng mưa: là lớp nước mưa đo được tại một trạm quan trắc trên một

đơn vị diện tích trong một thời đoạn nào đó. Ký hiệu: HT. Đơn vị: mm.

z Lượng mưa trận, Lượng mưa ngày, Lượng mưa tháng, Lượng mưa

năm

z Cường độ mưa: Là lượng mưa rơi trong một đơn vị thời gian. Ký hiệu: at

.

Đơn vị: mm/h, mm/phút.

z Đường quá trình mưa: là sự biến đổi củacường độ mưa theo thời gian

at

(mm/ph)

t

T

t1 t2

at max

Ht1-t2

⎯aT26

Chế độ mưa

- Lượng mưa bình quân nhiềunăm:

Sự thay đổicủalượng mưa theo thời gian trong nhiềunăm:

- Nhóm nămmưa nhiều, nhóm nămmưa trung bình

và nhóm nămmưa ít.

Sự thay đổicủalượng mưa trong năm:

- Mùa khô và mùa mưa.

- Mô hình phân phốimưa theo thờikhoảng tháng

∑ =

n

i

X

n

X

1

0

127

Chế độ mưa

- Chỉ tiêu phân mùa: Chỉ tiêu vượttổnthất

- Đốivớivùngcósự tương phảnrõrệt:

P (X>Tổnthất ổn định) ≥ 50%

- Đốivớinhững vùng còn lại:

P (X>Tổnthất ổn định) ≥ 75%

Lượng tổnthất ổn định có thể lấybằng:

100mm ở vùng BắcBộ.

150mm - Vùng Tây Nguyên

Đốivớimùamưacũng có thể tính toán lượng mưamùa

ứng vớitầnsuấtthiếtkế.

z (optional)

∑ =

n

i

X

n

X

1

0

128

0

10

20

30

IV V VI VII VIII IX X XI XII I II III

b. Các đại lượng biểu thị dòng chảy sông ngòi

z Lưu lượng dòng chảy Q(m3/s)

z Là lượng nước sinh ra trên lưu vực đi qua mặt cắt cửa ra

trong đơn vị thời gian 1 giây.

z Lưu lượng tại một thời điểm bất kỳ gọi là lưu lượng tức thời

z Sự thay đổi của lưu lượng theo thời gian gọi là quá trình lưu

lượng

z Đồ thị của quá trình lưu lượng gọi là đường quá trình lưu

lượng

z Lưu lượng bình quân trong một thời khoảng T bất kỳ là giá trị

trung bình của lưu lượng trong khoảng thời gian đó.

() ∫ =

T

dttQ

T

Q

0

1

n

Q

Q

n

i

i ∑ =

= 157

Các đại lượng biểu thị dòng chảy sông ngòi (tiếp)

z Tổng lượng dòng chảyW(m3)

z Là lượng nướcsinhratrênlưuvựcchảy

qua mặtcắtcửaratrongmộtkhoảng

thời gian nào đó.

z Công thứctổng quát:

z t1,t2 là thời điểm đầuvàcuốicủathời

đoạn tính toán

z Q(t) là lưulượng trong khoảng thờigian

vô cùng nhỏ dt

z Trong thựctế, nếucón thời đoạntính

toán thì:

z Qi

là lưulượng bình quân trong thời đoạn

thứ i

z Nếu Δt=hằng số thì:

() ∫ =

2

1

t

t

dttQW

i

n

i

i

tQW Δ= ∑ =1

∑ =

Δ=

n

i

i

QtW

158

Các đại lượng biểu thị dòng chảy sông ngòi (tiếp)

z Độ sâu dòng chảy Y (mm)

z Nếu trải đều tổng lượng nước trên

toàn bộ bề mặt diện tích lưu vực

được một lớp nước gọi là độ sâu

dòng chảy hoặc lớp dòng chảy

z Công thức tính toán:

z Mô đun dòng chảy M(l/s.km2)

z Là lượng nước sinh ra trên mỗi đơn

vị diện tích lưu vực trong một đơn vị

thời gian.

z Hệ số dòng chảy α

z Là tỉ số giữa độ sâu dòng chảy và

lượng mưa tương ứng sinh ra dòng

chảy trong thời gian T.

3

10.

−

=

F

W Y

X

Y

= α

F

Q M

3

10

=59

Ý nghĩa của các đại lượng biểu thị dòng chảy

z Lưu lượng dòng chảy và Tổng lượng dòng chảy:

z Phản ánh mức độ lớn nhỏ về lượng nước mà lưu vực có khả

năng cung cấp

z Mô đun dòng chảy và Lớp dòng chảy:

z Phản ánh mức độ phong phú về nguồn nước của lưu vực

z Không phụ thuộc vào diện tích của lưu vực nên có thể sử

dụng để so sánh mức độ phong phú của dòng chảy giữa các

lưu vực.

z Hệ số dòng chảy:

z Phản ánh tình hình sản sinh dòng chảy trên lưu vực.

z α càng lớn thì lượng tổn thất càng ít và ngược lại

Lưu ý: Tất cả các đại lượng biểu thị dòng chảy đều có mối quan hệ với nhau. Biết một

trong năm đại lượng sẽ xác định được các đại lượng còn lại.60

c. Chếđộ dòng chảyvàsự hình thành các

pha dòng chảy.

z Xét thờikỳ nhiềunăm:

z Pha nhiềunước

z Pha ít nước

z Xét sự thay đổi dòng chảy trong năm:

z Pha nướclớn: mùa lũ

z Pha nướcnhỏ: mùa kiệt61

-25.00

-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

1902

1907

1912

1917

1922

1927

1932

1937

1942

1947

1952

1957

1962

1967

1972

1977

1982

1987

1992

1997

2002

Năm

Tr. Sơn Tây

Tr. Hòa Bình

Tr. Phù Ninh

Tr. Yên Bái

)/)1(( CvKi ∑ −

Trong đó:

Ki=Qi/Q0

Qi: lưulượng bình quân nămthứ i

Hinh: ®−êng luü tÝch sai chuÈn dßng ch¶y n¨m c¸c

tr¹m thñy v¨n trªn hÖ thèng s«ng hång62

z Mô hình phân phối dòng

chảynăm trung bình nhiều

năm:

z theo nămlịch

z theo nămthủyvăn: là

nămcóthờigianbắt đầu

là đầumùalũ và kếtthúc

vào cuốimùakiệt.

z Mô hình phân phối dòng

chảynămthiếtkế:

Biểu đồ lưu lượng bình quân tháng trạm Hòa Bình năm 1971

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Tháng

Q th án g

(m 3 /s)

Biểu đồ lưu lượng bình quân tháng sắp xếp theo năm thủy văn

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V

Tháng

Qtháng (m3

/s)63

4. Phương trình cân bằng nước

z Nguyên lý cân bằng nước:

z "Xét trong mộtthời đoạnbấtkỳ, chênh lệch

giữalượng nước đếnvàlượng nước đira

khỏimộtthể tích bằng lượng nước tích

đọng trong thể tích đấy."64

Phương trình cân bằng nướctổng quát

z Xét mộtkhuvựcbấtkỳ trên lưuvựctrong

mộtthời đoạnbấtkỳ Δt

z Các thành phầnnước đến:

z Lượng mưa: X

z Lượng nướcngưng tụ: Z1

z Lượng nướcmặt đến: Ym1

z Lượng nướcngầm đến: Yng1

z Các thành phầnnước đi:

z Lượng bốchơi: Z2

z Lượng nướcmặt đi: Ym2

z Lượng nướcngầm đi: Yng2

z Chênh lệch trữ lượng nước trên khu vực

tại đầuvàcuốithời đoạn tính toán:

ΔW=W2 -W1

PTTQ:

(X+Z1+Ym1+Yng1)-(Z2+Ym2+Yng2)=±ΔW

Z2

X

Z1

Ym1

Ym2

Yng1

Yng2

±ΔW65

z Trong mộtthời đoạnbấtkỳ

z Đốivớilưuvựckín:

z Vì đường phân chia nướcmặtvà đường phân chia nước

ngầm trùng nhau nên: Ym1=0, Yng1=0

z ĐặtY= Ym2+Yng2; Z= Z2-Z1

X-(Z+Y)=±ΔW

z Đốivớilưuvựchở:

z Vì đường phân chia nướcmặtvà đường phân chia nước

ngầm không trùng nhau, nên: Ym1=0, Yng1≠0.

X+Yng1-(Z+Y)=±ΔW

Phương trình cân bằng nướcviếtcholưuvực66

z Trong thờikỳ nhiềunăm

z Đốivớilưuvựckín:

z PTCBN viếtchonămthứ i: Xi

-(Zi

+Yi

)=±ΔWi

z PTCBN viết cho n năm: ΣXi

- ΣZi

- ΣYi

= Σ±ΔWi

z Chia cả 2 vế cho n và đặt:

z X0=(ΣXi

)/n là chuẩnmưanăm

z Y0=(ΣYi

)/n là chuẩn dòng chảynăm

z Z0=(ΣZi

)/n là chuẩnbốchơinăm

z Trong thờikỳ nhiềunămcónămthừanước, có nămthiếu

nướcnên Σ±ΔWi

≅ 0

z Kếtluận: X0-Z0-Y0=0

z Đốivớilưuvựchở:

z X0+ (ΣYng1)/n -Z0-Y0=0

Phương trình cân bằng nướcviếtcholưuvực67