Chương X Chỉnh lý số liệu lưu lượng bùn cát lơ lửng

Ch−ơng X Chỉnh lý số liệu l−u l−ợng bùn cát lơ lửng Đ10-1. Thu thập các tμi liệu có liên quan Kết thúc một năm đo đạc, số liệu về bùn cát lơ lửng của trạm đo gồm có : I. Số liệu đo bùn cát toàn mặt cắt ngang Khoảng trên, d−ới 30 lần đo, số lần đo này phân bố chủ yếu trong mùa lũ. Kết quả chi tiết mỗi lần đo bùn cát toàn mặt cắt gồm có : l−u l−ợng bùn cát (R); l−u l−ợng n−ớc đo đồng thời (Q); l−ợng ngậm cát bình quân mặt ngang ( mnρ ); l−ợng ngậm cát bình quân thủy trực đại biểu ( dbρ ). Số liệu thực đo đ−ợc thống kê theo dạng bảng (10-1) d−ới đây. Bảng 10-1. Số liệu đo bùn cát lơ lửng toàn mặt cắt - Năm 2000 Trạm Khả Lã - Sông Lục Nam Giờ đo Thứ tự lần đo Tháng Ngày Bắt đầu Kết thúc Q m3/s R (kg/s) mnρ (g/m3) dbρ (g/m3) 1 V 10 14h35 15h37 48,9 3,66 74,7 70,6 2 - 14 12.00 13.40 247 50,3 204 213 3 - 14 15.33 17.00 1240 951 767 727 . . . . 23 IX 26 07.18 09.20 159 14,5 91,2 99,6 24 X 11 08.47 10.00 120 13,1 109 98,0 25 X 18 12.00 13.15 17,1 17,1 39,8 47,3 II. Số liệu bùn cát đo hàng ngày trên thủy trực đại biểu Công việc đo bùn cát trên thủy trực đại biểu đ−ợc thực hiện vào 7 giờ sáng hàng ngày đối với mùa lũ, còn trong mùa kiệt khoảng 3-5 ngày đo một lần. Nh− vậy trong một năm sẽ có khoảng trên d−ới 300 trị số l−ợng ngậm cát bình quân thủy trực đại biểu đo hàng ngày ( dbρ ) ngày. 211 III. Tài liệu mực n−ớc, l−u l−ợng bình quân ngày đã chỉnh lý Tài liệu này là kết quả của chỉnh lý mực n−ớc và l−u l−ợng n−ớc ở ch−ơng VII, VIII, IX Đ10-2. Nội dung vμ ph−ơng pháp chỉnh lý l−u l−ợng bùn cát lơ lửng I. Nội dung chỉnh lý bùn cát lơ lửng Chỉnh lý bùn cát lơ lửng bao gồm các nội dung sau : 1) Tình l−u l−ợng bùn cát bình quân ngày (365 - 366 trị số) 2) Tính đặc tr−ng bùn cát trong năm nh− : Khối l−ợng bùn cát qua trạm đo trong năm (Wrnăm); l−ợng ngậm cát bình quân năm (ρ năm); l−ợng ngậm cát bình quân tháng (ρ tháng); l−ợng ngậm cát lớn nhất, nhỏ nhất trong năm. 3) Kiểm tra sai số tính toán và tính hợp lý của đặc tr−ng 4) Tổng hợp số liệu, thuyết minh và đánh giá chất l−ợng tài liệu II. Trình tự chỉnh lý số liệu l−u l−ợng bùn cát lơ lửng 1. Vẽ quan hệ t−ơng quan mnρ ~ dbρ Căn cứ số liệu khoảng trên d−ới 30 lần đo thống kê theo dạng bảng (10-1) lập quan hệ t−ơng quan l−ợng ngậm cát bình quân mặt cắt với l−ợng ngậm cát bình quân thủy trực đại biểu t−ơng ứng. Quan hệ giữa hai yếu tố này thể hiện qua công thức : Q Q...QQ nn2211 n/m ρ+ρ+ρ=ρ (10-1) Trong đó mnρ : l−ợng ngậm cát bình quân mặt cắt ngang 1ρ , 2ρ .... nρ : l−ợng ngậm cát bình quân từng thủy trực (trong đó có thủy trực chọn làm đại biểu) Q1, Q2 ... Qn l−u l−ợng n−ớc các bộ phận của mặt cắt ngang. Q : L−u l−ợng n−ớc toàn mặt cắt ngang Theo (10-1) cho thấy quan hệ mnρ ~ dbρ đồng biến, tuyến tính. Khi dbρ = 0 có nghĩa 1ρ , 2ρ .... cũng đồng thời bằng không hoặc xấp xỉ bằng không và dẫn tới mnρ = 0. Do đó đồ thị t−ơng quan mnρ ~ dbρ qua gốc tọa độ. 212 Chú ý khi vẽ đ−ờng trung bình nên dựa theo quy luật số đông, phân tích nguyên nhân của những điểm t−ơng quan có xu thế thiên lớn, thiên nhỏ cá biệt (điểm đột xuất) để xử lý thích hợp. Đánh giá sai số t−ơng quan theo tiêu chuẩn sau : Nếu có ít nhất 4/5 tổng số điểm t−ơng quan phân bố trong phạm vi sai số ±15% so với đ−ờng trung bình có thể sử dụng đ−ợc. 2. Tính l−u l−ợng bùn cát bình quân ngày Dựa theo số liệu l−ợng ngậm cát thực đo hàng ngày tại thủy trực đại biểu ( dbngàyρ ), thông qua ph−ơng trình t−ơng quan mnρ ~ dbρ tính đ−ợc l−ợng ngậm cát mặt ngang bình quân ngày ( mnngàyρ ). L−u l−ợng bùn cát bình quân ngày tính nh− sau : R ngày = mnngàyρ x Q ngày Trong đó R ngày - L−u l−ợng bùn cát bình quân ngày mnngàyρ - l−ợng ngậm cát bình quân mặt cắt ngang bình quân ngày Q ngày - L−u l−ợng n−ớc bình quân ngày (đã chỉnh lý) Hình 10-1. Quan hệ mnρ ~ dbρ Trong mùa kiệt có những ngày không đo l−ợng ngậm cát thuỷ trực đại biểu thì sẽ tính bổ sung cho đủ số ngày trong năm bằng ph−ơng pháp nội suy tuyến tính, bởi số liệu ngày đo tr−ớc và ngày đo sau gần nhất. 3. Tính l−u l−ợng bùn cát bình quân tháng, bình quân năm L−u l−ợng bùn cát bình quân tháng, năm tính theo trung bình cộng l−u l−ợng bùn cát bình quân ngày trong tháng, năm. 213 ∑−3128 1 ngàyR R tháng = Số ngày trong tháng (10-2) ∑−366365 1 ngàyR R năm = Số ngày trong năm (10-3) 4. Tính đặc tr−ng bùn cát trong tháng, trong năm a. Khối l−ợng bùn cát lơ lửng qua trạm đo trong một năm Wrnăm = R năm x Tnăm (103 tấn) (10-4) R năm tính theo kg/s hoặc g/s Tnăm - số đo thời gian một năm tính bằng giây b. L−ợng ngậm cát bình quân năm mămnnρ = măn măn Q R (10-5) Trong đó : mămnnρ - l−ợng ngậm cát mặt cắt ngang bình quân năm (g/m3 hoặc Kg/m3) R năm - l−u l−ợng bùn cát bình quân năm (g/s hoặc Kg/s) Q năm - l−u l−ợng n−ớc bình quân năm (m3/s) c.L−ợng ngậm cát bình quân tháng ngámnthρ = ngáth ngáth Q R (10-6) Với ngámnthρ - l−ợng ngậm cát mặt cắt ngang bình quân tháng (g/m3 ; kg/m3) R tháng - l−u l−ợng bùn cát bình quân tháng (g/s hoặc kg/s) Q tháng- l−u l−ợng n−ớc bình quân tháng (m3/s) 5. Kiểm tra sai số tính toán và tính hợp lý của trị số đặc tr−ng Sai số tính toán do thực hiện các phép tính trung gian, sai số đọc biểu đồ, sai số do sao chép số liệu v.v... 214 Để phát hiện những sai số này th−ờng vẽ đ−ờng quá trình l−u l−ợng bùn cát bình quân ngày R ngày ~ t và đ−ờng quá trình l−u l−ợng n−ớc bình quân ngày Q ngày ~ t cùng tỷ lệ thời gian để đối chiếu so sánh. Theo quy luật chung hai đ−ờng quá trình có xu thế thay đổi đồng dạng, các điểm cực trị Rmax, Rmin, Qmax, Qmin t−ơng ứng. Nếu xuất hiện sự thay đổi không đồng dạng hoặc không t−ơng ứng cần kiểm tra phát hiện nguyên nhân và sửa sai nếu có. Xét tính hợp lý của đặc tr−ng khối l−ợng bùn cát Wnăm, có thể sử dụng ph−ơng trình cân bằng bùn cát trong đoạn sông. ∑Wrvào ± Wrgiữa = ∑Wrra (10-7) Trong đó : ∑ Wrvào : Khối l−ợng bùn cát chuyển vào đoạn sông qua các trạm đo phía th−ợng l−u (trong thời đoạn cần xét) ∑Wrra - Khối l−ợng bùn cát chuyển ra ngoài đoạn sông qua các trạm đo phía hạ l−u (trong thời đọan cần xét) Wrgiữa - Khối l−ợng bùn cát tăng thêm (+) do xói lở hoặc giảm bớt (-) do bồi lắng trong đọan sông (trong thời đoạn xét cân bằng) hoặc do sông suối bổ sung. Thành phần Wrgiữa rất khó xác định, thông th−ờng chỉ có thể nhận biết có tính chất định tính xói hoặc bồi. Do đó ∑Wrvào < ∑Wrra nếu đoạn sông có hiện t−ợng xói lở ∑Wrvào > ∑Wrra nếu đoạn sông có hiện t−ợng bồi lắng Thời đoạn xét cân bằng có thể bất kỳ (tháng, năm, nhiều năm). Thông qua ph−ơng trình cân bằng bùn cát trong đoạn sông cũng chỉ có thể nhận xét tính hợp lý có tính chất định tính. 6. Tổng hợp số liệu và thuyết minh và đánh giá chất l−ợng tài liệu Qua các b−ớc tính toán nêu trên đã có đ−ợc số liệu gồm nhiều loại. Trên cơ sở số liệu đó, tiến hành chọn lọc, tổng hợp đặc tr−ng theo dạng bảng (10-2). Trong đó trị số l−ợng ngậm cát lớn nhất, l−ợng ngậm cát nhỏ nhất trong từng tháng đ−ợc chọn từ trị số lớn nhất, nhỏ nhất trung bình ngày của tháng đó. Cũng t−ơng tự công tác chỉnh lý các yếu tố khác, số liệu đặc tr−ng bùn cát đ−ợc sao chép 3 bản và l−u trữ tại ba cơ quan có trách nhiệm quản lý - (Trạm đo, Đài khu vực và Tổng cục). Kèm theo có thuyết minh nêu rõ những vấn đề đo đạc, chỉnh lý có liên quan đến chất l−ợng số liệu. 215 Bảng 10-2. Số liệu đặc tr−ng bùn cát lơ lửng trong năm Tháng Đặc tr−ng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII L−ợng ngậm cát bình quân g/m3 L−ợng ngậm lớn nhất g/m3 Ngày L−ợng ngậm cát nhỏ nhất g/m3 Ngày Đặc tr−ng năm Khối l−ợng bùn cát cả năm ... (tấn). L−ợng ngậm cát bình quân năm... g/m 3 L−ợng ngậm cát lớn nhất ..... g/m3 L−ợng ngậm cát nhỏ nhất...... g/m3 Đ10-3. Một số biện pháp xử lý khi quan hệ dbmn ~ ρρ không ổn định Sự phân bố bùn cát trên mặt cắt ngang rất không ổn định, nó phụ thuộc chủ yếu l−u tốc tại các thủy trực và sự đổi h−ớng chảy của dòng chính (chủ l−u) từ đó dẫn tới sự dao động của quan hệ dbmn ~ ρρ , nhiều tr−ờng hợp sai số t−ơng quan lớn không đạt yêu cầu sử dụng. Do đó phải có biện pháp xử lý nhằm hạn chế sai số tạo điều kiện số liệu tính toán có thể chấp nhận đ−ợc. I. Dựng quan hệ dbmn ~ ρρ từng thời đoạn Thông th−ờng quan hệ này chỉ có một ph−ơng trình t−ơng quan dùng cho cả năm. Tuy nhiên trong tr−ờng hợp không ổn định, nếu sử dụng một ph−ơng trình (một đ−ờng trung bình) sẽ sai số lớn. Có thể phân tích nguyên nhân dao động của các điểm t−ơng quan mà chia tách ra nhiều thời đoạn ổn định tạm thời, mỗi thời đoạn sử dụng mỗi ph−ơng trình t−ơng quan dbmn ~ ρρ khác nhau. Điều kiện chia tách nh− sau : Các điểm t−ơng quan dbmn ~ ρρ phân bố hình thành từng nhóm điểm thiên lớn hoặc thiên nhỏ theo thứ tự thời gian, chẳng hạn từ lần đo thứ nhất tới lần đo 11 phân bố thiên nhỏ, từ lần đo 12 đến 29 phân bố thiên lớn (hoặc ng−ợc lại), trên cơ sở đó lập hai ph−ơng trình t−ơng quan riêng sử dụng cho hai thời đoạn trong năm. II. Thay thế dbmn ρ=ρ Nếu các điểm t−ơng quan phân bố không hình thành quy luật theo thời gian mà lại dao động lớn, không thể chấp nhận đ−ợc, tr−ờng hợp này có thể coi dbmn ρ=ρ và sử dụng trực 216 tiếp số liệu đo bùn cát hàng ngày bỏ qua công đoạn tính theo ph−ơng trình t−ơng quan, có nghĩa mnngàyρ = dbngàyρ . Các b−ớc tiếp theo thực hiện nh− mục II, Đ10-2. III. Lập t−ơng quan l−u l−ợng bùn cát ~ l−u l−ợng n−ớc Tr−ờng hợp không thể sử dụng t−ơng quan dbmn ~ ρρ nh−ng số liệu đo bùn cát hàng ngày cũng không đầy đủ, không thể xử lý theo cách thay thế, có thể dựng t−ơng quan l−u l−ợng bùn cát ~ l−u l−ợng n−ớc (R ~ Q). Ta có R = ρQ (10-8) Qua công thức trên cho thấy l−u l−ợng bùn cát (R) phụ thuộc l−ợng ngậm cát (ρ) và l−u l−ợng n−ớc (Q). Mặt khác giữa l−u l−ợng n−ớc và l−ợng ngậm cát cũng có quan hệ đồng biến, chẳng hạn ρ = αQ. Với α = hằng số, thay vào (10-8) ta đ−ợc R = αQ2 (10-9) Theo (10-9) cho thấy quan hệ R ~ Q đồng biến, không tuyến tính và khi Q = 0 → R = 0. Căn cứ số liệu đo bùn cát toàn mặt cắt dạng bảng (10-1) lập quan hệ t−ơng quan R ~ Q. Từ số liệu Q ngày (đã chỉnh lý) thông qua quan hệ R ~ Q, sẽ tính đ−ợc R ngày. Các b−ớc tính tiếp sau thực hiện nh− mục II, Đ10-2. Cách xử lý này rất đơn giản nh−ng vấn đề chính là sai số t−ơng quan R ~ Q. Nếu có ít nhất 60% tổng số điểm t−ơng quan phân bố trong phạm vi sai số ±15% so với đ−ờng trung bình có thể chấp nhận đ−ợc./. 217 Tài liệu tham khảo TT Tên tài liệu Tác giả Nhà xuất bản Năm xuất bản 1 Đo đạc và chỉnh biên tài liệu thủy văn vùng triều Bộ môn thủy văn chuyên nghiệp Tr−ờng đại học Thủy lợi 1970 2 Quy phạm quan trắc mực n−ớc và nhiệt độ n−ớc trong sông (94TCN1-88) Cục kỹ thuật điều tra cơ bản Tổng cục Khí t−ợng Thủy văn (Tổng cục KTTV) 1988 3 Quy phạm quan trắc l−u l−ợng n−ớc sông lớn và sông vừa vùng sông không ảnh h−ởng triều (94TCN3-90) Cục kỹ thuật điều tra cơ bản Tổng cục Khí t−ợng Thuỷ văn 1990 4 Quy phạm quan trắc l−u l−ợng chất lơ lửng vùng sông không ảnh h−ởng triều (94TCN13-96) Cục mạng l−ới và trang thiết bị kỹ thuật KTTV Tổng cục Khí t−ợng Thuỷ văn 1996 5 Quy phạm bảo quản, bảo d−ỡng các ph−ơng tiện và công trình đo đạc thủy văn (94TCN.15-97) Cục mạng l−ới và trang thiết bị kỹ thuật KTTV Tổng cục Khí t−ợng Thuỷ văn 1997 6 Quy phạm điều tra lũ vùng sông không ảnh h−ởng triều (94TCN16-99) Cục mạng l−ới và trang thiết bị kỹ thuật KTTV Tổng cục Khí t−ợng Thuỷ văn 1999 7 Quy phạm quan trắc l−u l−ợng n−ớc sông vùng ảnh h−ởng thuỷ triều (94TCN17-99) Cục mạng l−ới và trang thiết bị kỹ thuật KTTV Tổng cục Khí t−ợng Thuỷ văn 1999 8 H−ớng dẫn sử dụng máy đo mực n−ớc TĐN-324-M1 Đài KTTV khu vực đồng bằng Bắc Bộ Đài KTTV khu vực ĐBBB 1995 9 H−ớng dẫn đo l−u l−ợng trên sông bằng máy ADCP Công ty TNHH Hải D−ơng (dịch) Công ty TNHH Hải D−ơng 1999 10 H−ớng dẫn sử dụng máy đo mực n−ớc LPN 8/2 Cục mạng l−ới TTBKT-KTTV Cục mạng l−ới TTBKT-KTTV 1999 11 Báo cáo tổng hợp kết quả đo thử nghiệm máy ADCP Cục mạng l−ới TTBKT-KTTV Cục mạng l−ới TTBKT-KTTV 2000 12 H−ớng dẫn đo đạc và chỉnh lý số liệu thủy văn Phan Đình Lợi Nguyễn Năng Minh Nhà xuất bản Nông nghiệp 1985 13 Giáo trình Động lực học dòng Nhiều tác giả Nhà xuất bản 1981 218 TT Tên tài liệu Tác giả Nhà xuất bản Năm xuất bản sông Nông nghiệp 14 Nhận xét về máy đo bùn cát di đẩy Helley Smith Phạm Văn Sơn Tập san KTTV 1995 15 H−ớng dẫn sử dụng hệ ch−ơng trình chỉnh lý tài liệu thủy văn trên máy vi tính, lần thứ 2 Trung tâm t− liệu KTTV Trung tâm t− liệu KTTV 2000 16 Acoustic Doppler Current Profilers - Principles of Operation: A Practical Primer. R.Lee Gordon RD Instrument, USA 1996 17 SonTek ADPTM Acoustic Doppler Profiler Technical Documentation SonTek, Inc SonTek, USA 2000 18 Bathy-1500, Survey Echo Sounder Ocean data Equipment Corporation Ocean data Equipment Co. USA 2000 19 LISST-25 : Constant Calibration Suspended Sediment Sensor SEQUOIA Scientific, Inc SEQUOIA Scientific, Inc, USA 2001 219