Chương 2. Phân tích quan hệ mưa - dòng chảy

Khi cường độ mưa hay cường độ tuyết tan lớn hơn cường độ thấm trên mặt đất nước sẽ dần tích tụ vào những vùng trũng được hình thành bởi hình dạng bề mặt lưu vực. Sau đó tại những nơi này trên lưu vực sẽ sinh ra dòng tràn hay chảy trên bề mặt. Chúng nhanh chóngtập trung lại thành các rãnh nhỏ hay là các kênh, những rãnh hay các kênh này lại tập trung thành những dòng chảy lớn hơn (nhưđã trình bày trong phần 1.6). Dòng chảy sát mặt và dòng chảy cơ bản cũng có thể biểu diẽn thành đường quá trình lưu lượng do mưa sinh ra.

pdf67 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 1336 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Chương 2. Phân tích quan hệ mưa - dòng chảy, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Ch−¬ng 2. Ph©n tÝch quan hÖ m−a - dßng ch¶y ¶nh: C¸c ng«i nhµ trªn b·i båi 2.1. C¸c quan hÖ m−a dßng ch¶y Khi c−êng ®é m−a hay c−êng ®é tuyÕt tan lín h¬n c−êng ®é thÊm trªn mÆt ®Êt n−íc sÏ dÇn tÝch tô vµo nh÷ng vïng tròng ®−îc h×nh thµnh bëi h×nh d¹ng bÒ mÆt l−u vùc. Sau ®ã t¹i nh÷ng n¬i nµy trªn l−u vùc sÏ sinh ra dßng trµn hay ch¶y trªn bÒ mÆt. Chóng nhanh chãng tËp trung l¹i thµnh c¸c r·nh nhá hay lµ c¸c kªnh, nh÷ng r·nh hay c¸c kªnh nµy l¹i tËp trung thµnh nh÷ng dßng ch¶y lín h¬n (nh− ®· tr×nh bµy trong phÇn 1.6). Dßng ch¶y s¸t mÆt vµ dßng ch¶y c¬ b¶n còng cã thÓ biÓu diÏn thµnh ®−êng qu¸ tr×nh l−u l−îng do m−a sinh ra. Toµn bé dßng ch¶y ®−îc sinh ra tõ mét l−îng m−a nhÊt ®Þnh trªn mét l−u vùc ®Òu ®−îc c¸c nhµ thuû v¨n quan t©m, hä ®· lµm ph©n tÝch th«ng kª c¸c sè liÖu thuû v¨n nh−; l−îng m−a, l−îng bèc h¬i, vµ sè liÖu dßng ch¶y ®Ó ph¸t triÓn quan hÖ dù b¸o. C¸c yÕu tè nh− ; l−îng m−a thêi ®iÓm tr−íc, lo¹i ®Êt, tham sè thÊm vµ sù thay ®æi theo 96 mïa cña dßng ch¶y còng g©y nªn nh÷ng quan hÖ phøc t¹p. Mét sè c¸c nhµ nghiªn cøu ®· cè g¾ng t×m hiÓu quan hÖ m−a- dßng ch¶y ®Ó ¸p dông cho nhiÒu vïng, nhiÒu l−u vùc víi nh÷ng ®Æc tr−ng kh¸c nhau. Tuy nhiªn khi sö dông nh÷ng ph−¬ng ph¸p nµy ph¶i chó ý v× sù thay ®æi c¸c nh©n tè sÏ ¶nh h−ëng ®Õn viÖc tÝnh to¸n dßng ch¶y khi ®· biÕt l−îng m−a. Kholer & Linsley (1951) ®· cho thÊy mèi quan hÖ gi÷a thêi gian m−a vµ chØ sè gi¸ng thuû tr−íc ®ã (API). ChØ sè nµy ®Æc tr−ng cho ®é chøa n−íc cña ®Êt khi kh«ng m−a. C¬ quan b¶o vÖ tµi nguyªn ®Êt (1964) ®· chØ ra tÝnh −u viÖt cña ®−êng cong quan hÖ m−a- dßng ch¶y. §−êng cong nµy bao gåm c¶ yÕu tè diÖn tÝch ®Êt, lo¹i ®Êt, tæn thÊt ban ®Çu cña dßng ch¶y trùc tiÕp (phÇn 2.4). Nhµ ®Þa lý ng−êi Mü Survey ®· më réng ph¹m vi nghiªn cøu vµ thu thËp c¸c sè liÖu ®Æc tr−ng c¬ b¶n thuû v¨n theo tõng giê, tõng ngµy cho mét l−u vùc nhÊt ®Þnh ®Ó t¹o quan hÖ m−a- dßng ch¶y theo tõng n¨m. Hµng n¨m quan hÖ m−a- dßng ch¶y thay ®æi theo mïa vµ phô thuéc vµo søc chøa kh¸c, v× vËy quan hÖ l−îng n−íc tæn thÊt cã thÓ lÊy xÊp xØ theo sù suy gi¶m tuyÕn tÝnh cña dßng ch¶y. Nh÷ng quan hÖ m−a- dßng ch¶y ®¬n gi¶n th−êng th−êng ®−îc sö dông trong kÕ ho¹ch nghiªn cøu nguån n−íc chØ ë nh÷ng n¬i mùc n−íc c©n b»ng. Yªu cÇu hiÓu biÕt mét c¸ch chi tiÕt c−êng ®é, thêi gian ph©n bè cña l−îng m−a vµ dßng ch¶y ®Ó phôc vô cho viÖc kiÓm so¸t lò vµ nghiªn cøu b·i ngËp, ®Æc biÖt trong vïng ®« thÞ. Mét trong sã nh÷ng c«ng thøc m−a dßng ch¶y ®¬n gi¶n nhÊt ®−îc gäi lµ ph−¬ng ph¸p tû lÖ. Nã cho phÐp dù b¸o l−u l−îng cùc ®¹i Qp theo: Qp = CIA ë ®©y: C = hÖ sè dßng ch¶y phô thuéc vµo ®Êt sö dông I = c−êng ®é m−a, coi thêi gian m−a = thêi gian tËp trung n−íc tc tc = thêi gian l−îng n−íc vËn chuyÓn tõ mét ®iÓm xa nhÊt trªn l−u vùc tíi mÆt c¾t khèng chÕ (phót, giê) A = diÖn tÝch l−u vùc Ph−¬ng ph¸p tû lÖ th−êng ®−îc coi lµ cña Kuichling (1889) vµ Lloyd-Davies(1906), nh−ng Munvaney (1851) ®· cã mét bµi b¸o tæng kÕt vÒ ph−¬ng ph¸p nµy ë Island. C¬ së lý thuyÕt cña ph−¬ng ph¸p víi gi¶ thiÕt lµ c−êng ®é m−a ®ång nhÊt vµ æn ®Þnh sÏ sinh ra dßng ch¶y lín nhÊt khi toµn bé c¸c thµnh phÇn cña l−u vùc ®Òu sinh l−îng dßng ch¶y khi thêi gian tËp trung n−íc x¶y ra. Ch−¬ng 6 (phÇn 6.4) vµ ch−¬ng 9 (phÇn 9.3) ®· tr×nh bµy mét c¸ch chi tiÕt c¬ së lý thuyÕt vµ vÝ dô øng dông cña ph−¬ng ph¸p tû lÖ. Ph−¬ng ph¸p ®· ®−îc më réng ®Ó tÝnh to¸n cho c¶ khu vùc cã l−îng m−a kh«ng ®ång nhÊt vµ diÖn tÝch l−u vùc thay ®æi th«ng qua viÖc sö dông ph−¬ng ph¸p thêi gian- diÖn tÝch. §−êng cong quan hÖ thêi gian - diÖn tÝch cho biÕt sù ph©n bè thêi gian di chuyÓn tõ nh÷ng vïng kh¸c nhau trªn l−u vùc (phÇn 2.2) ph−¬ng ph¸p tû lÖ trong phÇn ®Çu lµ ®Þnh nghÜa ®−êng qu¸ tr×nh m−a, phÇn sau lµ thõa nhËn ®Ó ph¸t triÓn häc thuyÕt ®−êng qu¸ tr×nh vµ sù phï hîp ho¸ ph−¬ng ph¸p ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n cho viÖc ph©n tÝch l−îng m−a trªn l−u vùc phøc t¹p vµ diÖn tÝch réng. 97 2.2. ph©n tÝch ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n HiÖn t−îng dßng ch¶y mÆt H×nh 2.1. Sù ph©n bè l−îng m−a ®ång nhÊt Mét ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n lµ sù biÓu diÔn liªn tôc quan hÖ l−u l−îng - thêi gian. Nã lµ kÕt qu¶ tæng hîp c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa lý vµ khÝ t−îng trong mét l−u vùc vµ ph¶n ¸nh sù ¶nh h−ëng tæng céng cña c¸c nh©n tè : khÝ hËu, tæn thÊt thuû v¨n, dßng ch¶y mÆt, dßng s¸t mÆt vµ dßng ngÇm. C¸c nh©n tè khÝ hËu ¶nh h−ëng tíi thÓ tÝch dßng ch¶y vµ h×nh d¹ng ®−êng qu¸ tr×nh gåm: a) C−êng ®é vµ d¹ng qu¸ tr×nh m−a, b) Sù ph©n bè l−îng m−a trªn l−u vùc, c) Thêi gian trËn m−a C¸c nh©n tè ®Þa lý tù nhiªn quan träng nhÊt gåm: a) KÝch th−íc vµ h×nh d¹ng vïng tiªu n−íc b) B¶n chÊt m¹ng l−íi s«ng c) §é ®èc cña ®Êt vµ c¸c kªnh dÉn d) Kho chøa trong l−u vùc (Sherman 1932). Víi mét l−îng m−a x¸c ®Þnh, tæn thÊt thuû v¨n gåm: ngÊm, sù lÊp ®Çy c¸c kho n−íc ngÇm, sau ®ã míi sinh dßng ch¶y ®iÒn tròng råi dÇn dÇn di chuyÓn vµo c¸c r·nh nhá hay c¸c kªnh nhá vµ cuèi cïng nh÷ng dßng ch¶y nµy tËp trung thµnh dßng ch¶y chÝnh cña mét l−u vùc. Mét l−îng n−íc khi ngÊm vµo ®Êt cã thÓ di chuyÓn th¼ng ®øng lªn tÇng trªn cho ®Õn khi n−íc x©m nhËp vµo dßng ch¶y gäi lµ l−îng nhËp hay dßng ch¶y s¸t mÆt. L−îng gi¸ng thuû cã thÓ bæ sung cho n−íc mÆt hoÆc thÊm xuèng ®Êt t¹o 98 nªn dßng ch¶y c¬ së nÕu n−íc trªn bÒ mÆt c¾t dßng ch¶y trong kªnh. §å thÞ bao gåm mét nh¸nh lªn, mét ®iÓm cùc ®¹i vµ mét nh¸nh xuèng lµ kh«ng ®æi nÕu l−îng m−a lµ liªn tôc víi c−êng ®é kh«ng ®æi, ®Õn khi l−u l−îng ®¹t ®Õn ®iÓm c©n b»ng, ë ®ã l−îng nhËp vµ l−îng ra lµ c©n b»ng (h×nh 2.2). §iÓm p cho biÕt thêi gian mµ t¹i ®ã l−u l−îng nhËp vµo ®Òu, sinh ra dßng ch¶y tc, ®iÒu kiÖn l−u l−îng c©n b»ng trong tù nhiªn rÊt Ýt khi x¶y ra ngo¹i trõ l−u vùc nhá v× c−êng ®é vµ thêi gian m−a trong tù nhiªn lµ kh«ng ®ång nhÊt. H×nh 2.2. BiÓu ®å thuû v¨n c©n b»ng H×nh 2.3. Quan hÖ biÓu ®å DRO 99 Dßng ch¶y c¬ së trong lßng dÉn tù nhiªn do sù ph©n bè n−íc ngÇm n«ng lµ mét thµnh phÇn cña ®å thÞ trong mét l−u vùc tù nhiªn réng lín, dßng ch¶y chuÈn cã thÓ lµ mét nh©n tè quan träng cña dßng ch¶y trong khi nã cã thÓ bÞ bá qua trong l−u vùc nhá, l−u vùc ®« thÞ, n¬i mµ dßng ch¶y trµn lµ chñ yÕu. Dßng ch¶y c¬ së ®−îc t¸ch ra vµ lo¹i trõ trong toµn bé l−îng m−a ®Ó tÝnh ®å thÞ dßng ch¶y trùc tiÕp (DRO), thÓ tÝch n−íc d−íi ®å thÞ (DRO) ph¶i t−¬ng øng víi l−îng m−a hiÖu qu¶ hoÆc l−îng m−a cßn l¹i sau khi trõ ®i l−îng thÊm vµ l−îng n−íc tæn thÊt ë kho trong toµn bé l−îng m−a thu ®−îc (h×nh 2.3). §å thÞ DRO cho biÕt l−îng m−a hiÖu qu¶ cña mét l−u vùc t−¬ng øng víi thêi gian vµ quan hÖ gi÷a thêi gian vµ c−êng ®é m−a nh− lµ c¸c nh©n tè ®Þa lý tù nhiªn. C¸c thµnh phÇn cña ®−êng qu¸ tr×nh Mét ®å thÞ ®−îc t¹o nªn tõ sù thay ®æi c¸c nh©n tè nh− dßng ch¶y trµn hay dßng ch¶y mÆt, dßng ch¶y ngÇm hay dßng ch¶y c¬ së vµ dßng ch¶y s¸t mÆt tõ l−îng n−íc thÊm lµ l−îng n−íc vËn chuyÓn theo ph−¬ng th¼ng ®øng råi x©m nhËp vµo dßng ch¶y ë tÇng ®Êt phÝa trªn. C¸c quan hÖ cña c¸c thµnh phÇn trong ®å thÞ phô thuéc vµo c−êng ®é m−a r¬i (i) còng nh− lµ tr÷ l−îng Èm cña ®Êt SDvs (h×nh 2.3) vµ dung tÝch thÊm F ®−îc x¸c ®Þnh nh− lµ tæng l−îng n−íc ®−îc h×nh thµnh trong ®Êt sau khi m−a (Horton 1935). Kh«ng cã dßng ch¶y trµn nµo x¶y ra khi i < f, dßng s¸t mÆt vµ dßng ngÇm b»ng kh«ng, nÕu F < do l−îng Èm cßn tån t¹i trõ khi n−íc ngÇm ®Õn tõ l−îng tr÷ ngÇm trong thêi gian nhiÒu n¨m. Tr−êng hîp mµ c¶ i > f vµ F> Sd lµ m−a lín lóc ®ã dßng ch¶y trùc tiÕp, dßng ngÇm, dßng s¸t mÆt ®Òu ®−îc sinh ra. L−îng gi¸ng thuû còng ®ãng gãp mét phÇn, tuy nã lµ nh©n tè kh«ng ¶nh h−ëng lín ®Õn toµn bé dßng ch¶y Dßng ch¶y mÆt lµ mét nh©n tè quan träng trong mäi tr−êng hîp khi x¶y ra m−a víi c−êng ®é cao hoÆc qu¸ tr×nh ®« thÞ ho¸ chËm lµm ®Ønh ®å thÞ dÑt vµ rót ng¾n thêi gian tíi ®Ønh. Dßng ch¶y s¸t mÆt lµ mét yÕu tè quan träng ¶nh h−ëng ®Õn c−êng ®é m−a thêi ®o¹n trªn l−u vùc trong c¶ trËn m−a, nã cã quan hÖ víi líp ®Êt máng n»m trªn ®¸ cøng hoÆc trªn líp ®Êt cøng. NÕu n−íc ngÇm ®æ vµo s«ng suèi trong suèt thêi kú m−a lín, s«ng nµy gäi lµ s«ng cÊp n−íc. Cßn nÕu dßng ch¶y tõ s«ng vµo n−íc ngÇm nh− trong tr−êng hîp mïa kiÖt s«ng nµy gäi lµ s«ng mÊt n−íc. Trong thùc tÕ, tæng dßng ch¶y ph©n chia thµnh hai phÇn: dßng ch¶y trùc tiÕp vµ dßng ch¶y c¬ së. Nh− h×nh 2.3, DRO cã thÓ bao gåm c¶dßng ch¶y s¸t mÆt, khi mµ dßng ch¶y c¬ së chñ yÕu lµ dßng ch¶y ngÇm. §å thÞ h×nh 2.3 bao gåm mét nh¸nh lªn, ®Ønh lò, mét nh¸nh xuèng vµ ch©n lò. §é dèc nh¸nh lªn ®−îc x¸c ®Þnh bëi c−êng ®é m−a vµ ®iÓm uèn ë nh¸nh xuèng, th−êng thêi gian t¹i ®ã l−îng nhËp bÒ mÆt dõng l¹i, l−îng n−íc ngÇm trªn l−u vùc b¾t ®Çu cÊp n−íc cho s«ng suèi. Nh¸nh xuèng vµ sù ph©n chia dßng ch¶y Mét vµi c¬ chÕ tån t¹i ®Ó ph©n chia DRO tõ dßng ch¶y c¬ së dùa vµo sù ph©n tÝch ®−êng cong triÕt gi¶m n−íc ngÇm. Trong mét sè tr−êng hîp, ®−êng cong nµy ®−îc m« t¶ bëi ph−¬ng tr×nh d¹ng tæng qu¸t: qt = q0.e-kt (2.1) ë ®©y 100 q0 = l−u l−îng ban ®Çu qt = l−u l−îng t¹i thêi ®iÓm t k = hÖ sè gi¶m. H×nh 2.4. Ph©n chia dßng ch¶y chuÈn Nh÷ng ph−¬ng tr×nh d¹ng nµy th−êng ®−îc dïng trong viÖc thiÕt kÕ ®Ó nhËn ®Þnh møc ®é tæn thÊt ban ®Çu. Ph−¬ng tr×nh 2.1 sÏ ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng ®−êng th¼ng trong l−íi logarit. Sai sè gi÷a ®−êng cong nµy vµ ®−êng cong tæng hîp ®−îc biÓu diÔn trªn cïng mét lo¹i giÊy thÓ hiÖn DRO. Trong thùc tÕ, dßng ch¶y c¬ së gi¶m xuèng vµ ®−îc më réng xuèng phÝa d−íi ®Ønh cña ®−êng cong råi sau ®ã nèi c¸c ®iÓm ë cuèi dßng ch¶y mÆt (ABD h×nh 2.4). Nh÷ng ph−¬ng ph¸p kh¸c còng sö dông cho sù ph©n chia dßng ch¶y c¬ së bao gåm mét ®−êng th¼ng ®¬n tõ A tíi D h×nh 2.4. Nh÷ng ph−¬ng ph¸p nµy cã ®iÓm bÊt lîi lµ phô thuéc vµo tÝnh chñ quan nªn th−êng kh«ng chÝnh x¸c. Sù ph©n chia dßng ch¶y c¬ së mang tÝnh kü n¨ng h¬n tÝnh khoa häc. Vµ nhiÒu tr−êng hîp ®Æc biÖt cÇn chó ý nh− l−u vùc ®« thÞ , dßng ch¶y c¬ së th−êng kh«ng ®−îc chó ý v× nã kh«ng ¶nh h−ëng lín ®Õn tæng l−îng dßng ch¶y. Trong tù nhiªn, ë nh÷ng s«ng lín, dßng ch¶y c¬ së rÊt quan träng do sù ph©n bè l−îng n−íc däc hai bê s«ng. BÊt cø mét ph−¬ng ph¸p nµo ®−îc chän ®Ó ph©n chia dßng ch¶y c¬ së, c¸c nhµ thuû v¨n ®Òu nªn chuÈn ho¸ ®Ó c¸c ®å thÞ cã thÓ so s¸nh trËn m−a nµy víi trËn m−a kh¸c, l−u vùc nµy vµ l−u vùc kh¸c. m−a hiÖu qu¶ vµ ®−êng qu¸ tr×nh HiÖn t−îng dßng ch¶y mÆt ®· ®uîc xem xÐt trong phÇn 2.1 ®· cho thÊy sù ph©n 101 chia l−îng m−a mét c¸ch râ rÖt thµnh c¸c thµnh phÇn nh−: ngÊm, n−íc ngÇm, ®iÒn tròng vµ dßng ch¶y trùc tiÕp. Ta cã thÓ viÕt ph−¬ng tr×nh c©n b»ng cña n−íc. L−îng m−a tÝnh to¸n = §iÒn tròng + Bèc h¬i + NgÊm + Dßng ch¶y mÆt trong ®ã ®iÒn tròng bao gåm toµn bé dßng ch¶y mÆt, nã lµ thµnh phÇn quan träng ®Ó x¸c ®Þnh thêi gian ph©n bè cña l−îng m−a tÝnh to¸n hoÆc l−îng m−a hiÖu qu¶, vµ b»ng dßng ch¶y trùc tiÕp + tr÷ l−îng n−íc trong l−u vùc trong mét kho¶ng thêi gian dµi. H×nh 2.5. §−êng cong tæn thÊt do thÊm Nh×n chung, nh÷ng ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh l−îng m−a hiÖu qu¶ b»ng viÖc sö dông lý thuyÕt ngÊm cña Horton vµ Green Ampt víi l−îng tæn thÊt ban ®Çu do ngÊm hoÆc lÊp ®Çy c¸c vòng trªn bÒ mÆt ®Êt, hoÆc ph−¬ng ph¸p chØ sè Φ, ®ã lµ tû lÖ tæn thÊt kh«ng ®æi trong suèt thêi kú m−a r¬i. Nh÷ng ph−¬ng ph¸p nµy ®· ®−îc miªu t¶ chi tiÕt trong phÇn 1.5 vµ lµ ph−¬ng ph¸p ®−îc sö dông trong m« h×nh HEC - 6 (xem ch−¬ng 5), lµ mét hµm gi¶m. M« h×nh nµy cho thÊy c−êng ®é m−a vµ tæn thÊt tr−íc ®ã theo quy luËt hÖ sè tæn thÊt lµ rÊt khã x¸c ®Þnh vµ ph−¬ng ph¸p chØ sè Φ ®¬n gi¶n ho¸ vµ ®−îc sö dông nhiÒu h¬n do sè liÖu kh«ng nhiÒu cho sù ph©n bè thÊm theo thêi gian (h×nh 2.5). Chó ý chØ sè Φ ®−îc sö dông vµ cho biÕt l−îng tæn thÊt Ýt ë ®Çu thêi ®o¹n m−a vµ nhiÒu ë cuèi thêi ®o¹n m−a.VÝ dô 2.1 miªu t¶ qu¸ tr×nh tÝnh l−îng m−a tÝnh to¸n tæng l−îng m−a c¶ qu¸ tr×nh. vÝ dô 2.1 l−îng m−a hiÖu qu¶ M−a xuÊt hiÖn nh− ®−êng qu¸ tr×nh m−a (c−êng ®é vµ thêi gian) trªn h×nh E2.1a chØ sè Φ cho trËn m−a lµ 0.5 in/giê, biÓu diÔn l−îng m−a hiÖu qu¶ trªn ®å thÞ (l−u l−îng - thêi gian)trong h×nh E2.1, x¸c ®Þnh thÓ tÝch dßng ch¶y trªn l−u vùc. 102 gi¶i Ban ®Çu chóng ta vÏ ®−êng qu¸ tr×nh ph©n bè m−a nh− h×nh E2.1b sau ®ã ®−a nã vµo ®å thÞ ë phÝa trªn gãc tr¸i h×nh E2.1c, chó ý r»ng l−îng m−a ë thêi ®iÓm t = 4, t = 5 lµ b»ng 0 nh−ng thêi gian m−a vÉn xÐt lµ 5 giê. Tæng l−îng dßng ch¶y lµ diÖn tÝch d−íi ®å thÞ, ®Ó x¸c ®Þnh tæng l−îng dßng ch¶y chóng ta dïng tæng diÖn tÝch Q.dt, ®å thÞ nµy cho thÊy thÓ tÝch theo d¹ng cét nh− h×nh E2.1b. H×nh E2.1a H×nh E2.1b H×nh E2.1c H×nh E2.1d 103 Mét sè ph−¬ng ph¸p kh¸c cã thÓ sö dông ®−îc nh− h×nh E2.1d nh−ng cÇn sö dông c¶ l−íi phñ, m¸y ®o diÖn tÝch ®Ó ®o diÖn tÝch d−íi ®−êng cong ph©n bè b»ng tæng l−îng dßng ch¶y vµ c¸c ph−¬ng ph¸p to¸n häc nh− phÐp tÝnh tÝch ph©n Simpson. L−îng m−a hiÖu qu¶ ban ®Çu ®· x¸c ®Þnh cho mét l−u vùc sau ®ã trë thµnh vÊn ®Ò trung t©m cña c¸c c«ng tr×nh thuû v¨n ®Ó biÕn ®æi l−îng m−a hiÖu qu¶ thµnh dßng ch¶y trùc tiÕp bÒ mÆt. BiÓu ®å thuû v¨n kÕt qu¶ ®−îc x©y dùng tõ ph©n bè dßng trµn vµ dßng ch¶y kªnh ®Õn tõ nh÷ng thêi gian kh¸c nhau vµ nh÷ng ®iÓm kh¸c nhau trªn l−u vùc. Tæng l−îng n−íc theo ®−êng qu¸ tr×nh h×nh cét trong h×nh E2.1d ®· ®−îc tÝnh to¸n trong b¶ng sau: Thêi gian(giê) L−u l−îng trung b×nh (ft3/s) ThÓ tÝch (ft3/s.giê) 0-2 100 200 2-4 300 600 4-6 500 1000 6-8 700 1400 8-10 650 1300 10-12 600 1200 12-14 500 1000 14-16 400 800 16-18 300 600 18-20 200 400 20-22 150 300 22-24 100 200 24-26 50 100 ∑ −== )9100/(9100 in(acgiê)ft 3dtQ Thêi gian vËn ®éng cña dßng ch¶y trµn vµ dßng ch¶y trong kªnh phô thuéc vµo diÖn tÝch l−u vùc. Thêi gian vËn chuyÓn dßng ch¶y trµn th−êng cã ý nghÜa trong mét l−u vùc nhá, cßn thêi gian di chuyÓn dßng ch¶y trong kªnh l¹i cã ý nghÜa ®èi víi l−u vùc lín. C¸ch tèt nhÊt ®Ó t×m ®−îc l−îng m−a hiÖu qu¶ vµ t¹o ra ®å thÞ nh− thÕ nµo? Dùa vµo ®Þnh nghÜa cña ®å thÞ thèng kª thêi gian – diÖn tÝch cho thÊy ph−¬ng ph¸p nµy gi¶ thiÕt r»ng ®−êng qu¸ tr×nh l−îng th¸o lµ l−îng n−íc mµ dßng ch¶y ®−a ra ngoµi, kh«ng xÐt ®Õn c¸c l−îng tr÷ n−íc trong l−u vùc. NÕu l−îng m−a dång nhÊt vµ ®−îc ph©n bè ®Òu trªn toµn bé l−u vùc, n−íc ban ®Çu ch¶y tõ c¸c vïng gÇn nhÊt tíi cöa ra vµ theo thêi gian c¸c diÖn tÝch nµy t¨ng lªn, vÝ dô, trªn h×nh 2.6, ®Çu tiªn vïng A1 ch¶y ra mÆt c¾t khèng chÕ sau ®ã lµ ®Õn mÆt c¾t A2, A3, A4... Ta cã thÓ diÔn gi¶i nh− sau; Qn= Ri A1 + Ri-1 A2 + .... +R1 Aj (2.2) ë ®©y: Qn = tung ®é ®å thÞ t¹i thêi ®iÓm n (ft3/s) Ri = tung ®é l−îng m−a hiÖu qu¶ t¹i thêi ®iÓm i (ft/s) Aj = tung ®é ®−êng cong thêi gian - diÖn tÝch t¹i thêi ®iÓm j (ft2) 104 H×nh 2.6. Ph−¬ng ph¸p thêi gian diÖn tÝch Chó ý r»ng tung ®é ®−êng qu¸ tr×nh ®o m−a kh«ng trïng víi tung ®é ®−êng qu¸ tr×nh thèng kª do dßng ch¶y sinh ra tõ thêi kú m−a R1 ë vïng A3, R2 – A2, R3 – A1. §Õn cöa ra cïng mét thêi ®iÓm sÏ t¹o ra l−u l−îng Q3. Toµn bé ®−êng cong ®−îc thiÕt lËp do c¸c gi¸ trÞ Qi vµ ®−êng cong nµy cho thÊy tÝnh −u viÖt vÒ hiÖn t−îng dßng ch¶y mÆt. Nh−ng tÝnh hîp lý cña nã cßn h¹n chÕ do x©y dùng ®−êng ®¼ng trÞ lµ khã kh¨n vµ do ®−êng cong ph¶i ph¸t triÓn vµ më réng ra c¸c vïng l©n cËn ®Ó thÊy sù ¶nh h−ëng cña c¸c l−îng tr÷ n−íc trong l−u vùc (xem vÝ dô 2.2). Mét kh¸i niÖm truyÒn thèng trong thùc tÕ lµ lý thuyÕt ®−êng cong ®¬n vÞ ®−îc xem nh− mét trong nh÷ng vÊn ®Ò quan träng ®èi víi thuû v¨n liªn quan ®Õn dù b¸o dßng ch¶y mÆt. Häc thuyÕt nµy ®· kÕt hîp ph−¬ng ph¸p thÊm vµ dßng ch¶y lò trong kªnh còng nh− trong hå chøa lµ ®ñ ®Ó ®−a sù thay ®æi ®Çu vµo cña m−a vµ l−îng tr÷ 105 Èm trªn c¸c l−u vùc nhá vµ lín. Ph−¬ng ph¸p thêi gian diÖn tÝch lµ tr−êng hîp ®Æc biÖt cña ®−êng cong thuû v¨n ®¬n vÞ. vÝ dô 2.2 ®−êng qu¸ tr×nh thêi gian - diÖn tÝch A B C D DiÖn tÝch 100 200 300 100 Thêi gian ®Õn tr¹m G 1 2 3 4 Mét l−u vùc ®−îc chia thµnh nhiÒu phÇn nh− h×nh E2.2a, c¸c dßng ch¶y ë phÇn ®ã t¹o nªn dßng ch¶y ë tr¹m ®o G nh− ®· tr×nh bµy trong b¶ng. Xem xÐt c−êng ®é m−a 0.5 in/giê, m−a r¬i ®ång nhÊt trong 5 giê, gi¶ sö kh«ng tæn thÊt vµ t¹o thµnh ®−êng qu¸ tr×nh h×nh cét nh− h×nh E2.2b trËn m−a ë tr¹m G. gi¶i Ph−¬ng ph¸p ®−êng qu¸ tr×nh thêi gian diÖn tÝch sö dông ph−¬ng tr×nh (2.2): Qn = RiA1 + Ri-1A2 +...+ R1Aj Cho n = 5, i = 5 vµ j = 4 Q5 = R5A1 + R4A2 + R3A3 + R2A4 = 0.5*100 + 0.5*200 + 0.5*300 + 0.5*100 = 350 (ac-in)/giê H×nh E2.2 a H×nh E2.2 b 106 H×nh E2.2c H×nh E2.2d Chó ý r»ng 1 (ac-in)/giê = 1 ft3/s chóng ta cã Q5 = 350 ft3/s KÕt qu¶ ®−êng qu¸ tr×nh cho nh− trong h×nh E2.2c vµ b¶ng tÝnh sau: T(giê) Q(ft3/s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 50 150 300 350 350 300 200 50 0 107 B¶ng E 2.2 a. Lêi gi¶i tæng qu¸t to¸n ®å thêi gian-diÖn tÝch A B C D E F G H I J K 1 2 T h êi g ia n ( gi ê) T u n g ®é t o¸ n ® å L − u v ù c sè T h êi g ia n t íi t r¹ m D iÖ n t Ýc h l− u v ù c R1*An R2*An R3*An R4*An R5*An Q ó a tr ×n h m − a 3 4 0 5 1 0.5 A 1 100 $B$5*E5 SUM(F5:J5) 6 2 0.5 B 2 200 $B$5*E6 $B$6*E5 SUM (F6:J6) 7 3 0.5 C 3 300 $B$5*E7 $B$6*E6 $B$7*E5 SUM(F7:J7) 8 4 0.5 D 4 100 $B$5*E8 $B$6*E7 $B$7*E6 $B$8*E5 SUM(F8:J8) 9 5 0.5 $B$6*E8 $B$7*E7 $B$8*E6 $B$9*E5 SUM(F9:J9) 10 6 $B$7*E8 $B$8*E7 $B$9*E6 SUM(F10:J10) 11 7 $B$8*E8 $B$9*E7 SUM(F11:J11) 12 8 $B$9*E8 SUM(F12:J12) 13 9 0 Cét A ®Õn cét E trong b¶ng E2.2a ®−îc so s¸nh víi l−u l−îng trong vÝ dô, cét F ®Õn cét J sö dông nh÷ng sè liÖu nµy ®Ó cã lêi gi¶i. céng c¸c sè liÖu nµy d−îc kÕt qu¶ mét ®−êng qu¸ tr×nh m−a. Tõ lêi gi¶i chi tiÕt theo quy ph¹m trong vÝ dô cô thÓ 2.2, xem phô lôc D6. Sù cã mÆt cña c¸c vïng l©n cËn gióp cho viÖc dù b¸o chÝnh x¸c h¬n bëi kÕt qu¶ cña dßng ch¶y ë mçi vïng nh− h×nh E2.2d, b¶ng E2.2a vµ E2.2b ®−îc sö dông ®Ó gi¶i vÝ dô 2.2. B¶ng E2.2 b Toµn bé c¸c gi¸ trÞ tÝnh to¸n T h êi g ia n ( gi ê) T u n g ®é t o¸ n ® å L − u v ù c sè T h êi g ia n t íi t r¹ m D iÖ n t Ýc h l− u v ù c R1*An R2*An R3*An R4*An R5*An Q ó a tr ×n h m − a 0 0 1 0.5 A 1 100 50 50 2 0.5 B 2 200 100 50 150 3 0.5 C 3 300 150 100 50 300 4 0.5 D 4 100 50 150 100 50 350 5 0.5 50 150 100 50 350 6 50 150 100 300 7 50 150 200 8 50 50 9 0 108 2.3. häc thuyÕt ®−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ Sherman(1932) lµ ng−êi ®· t×m ra häc thuyÕt ®−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ (UH) nã ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: dé dµy líp n−íc lÊy lµ mét in hay mét cm do dßng ch¶y trùc tiÕp ®−îc t¹o ra ®ång nhÊt trªn mét l−u vùc bëi mét trËn m−a cã c−êng ®é ®ång nhÊt trong mét thêi gian nhÊt ®Þnh ®−îc gäi lµ l−îng cÊp n−íc l−u vùc. Mét sè ®Æc tÝnh vèn cã cña ®−êng cong thuû v¨n ®¬n vÞ ®· giíi h¹n tÝnh hîp lý cña nã cho mét l−u vùc nhÊt ®Þnh (Jonston & Cross 1949). 1. L−îng m−a v−ît møc cña thêi gian c©n b»ng ®−îc chÊp nhËn ®Ó t¹o nªn qu¸ tr×nh thuû v¨n ®èi víi mét thêi gian t−¬ng øng kh«ng xÐt ®Õn c−êng ®é m−a. 2. Tung ®é dßng ch¶y trùc tiÕp cña mét trËn m−a trong mét thêi gian nhÊt ®Þnh tû lÖ víi l−îng m−a hiÖu qu¶. 3. Sù ph©n bè dßng ch¶y trùc tiÕp theo thêi gian ®−îc gi¶ ®Þnh ®éc lËp víi l−îng gi¸ng thuû tr−íc ®ã 4. Sù ph©n bè l−îng m−a ®−îc quy ®Þnh gièng nhau theo thêi gian vµ kh«ng gian. C¬ së lý thuyÕt cña häc thuyÕt ®−êng cong thuû v¨n ®¬n vÞ ®−îc tãm t¾t ng¾n gän nh− sau: C¸c yÕu tè thuû v¨n lµ hµm tuyÕn tÝnh phô thuéc vµo thêi gian (Dooge 1973), ph−¬ng ph¸p tû lÖ vµ nguyªn lý chËp ®Òu ®−îc ¸p dông cho ®−êng cong thuû v¨n ®¬n vÞ nh−ng chóng kh«ng gi¶i ®−îc mét c¸ch triÖt ®Ó cho ®Õn gi÷a nh÷ng n¨m 50. Thùc tÕ gi¶ ®Þnh, yÕu tè thuû v¨n biÕn ®æi tuyÕn tÝnh vµ thay ®æi theo thêi gian trong mét l−u vùc lµ kh«ng hoµn toµn chÝnh x¸c nh−ng ta vÉn sö dông vµ chÊp nhËn ®−îc. Nh÷ng vÝ dô kh«ng tuyÕn tÝnh tån t¹i trong dßng ch¶y kªnh hë, trong m« h×nh thÝ nghiÖm, vµ diÔn ra trong thùc tÕ. Tuy nhiªn gi¶ thiÕt tuyÕn tÝnh vÉn ®−îc sö dông v× chóng lµ quan hÖ ®¬n gi¶n vµ dÔ x©y dùng vµ nh÷ng kÕt qu¶ thu ®−îc
Tài liệu liên quan