Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Dự báo thuỷ văn ra đời nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản và các khái niệm, yêu cầu thực tế đối với dự báo thuỷ văn, các cơ sở lý thuyết của các phương pháp dự báo thuỷ văn trong đó có hệ thống phương trình Saint Venant, các phương pháp cơ bản, cổ truyền và cập nhật các phương pháp hiện đại thuỷ văn toán dùng trong dự báo thuỷ văn.
Nguyễn Văn Tuần - Đoàn Quyết Trung - Bùi Văn Đức eBook for You GIÁO TRÌNH DỰ BÁO THUỶ VĂN NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI LỜI NÓI ĐẦU Chương KHÁI QUÁT CHUNG VỀ DỰ BÁO THUỶ VĂN 1.1 Dự báo thủy văn - Một phần thuỷ văn học 1.2 Sơ lược lịch sử phát triển dự báo thuỷ văn 1.2.1 Sơ lược lịch sử phát triển dự báo thuỷ văn nước 1.2.2 Sơ lược lịch sử phát triển dự báo thuỷ văn Việt Nam 12 1.3 Vai trò dự báo thủy văn khai thác quản lý nguồn nước 19 1.3.1 Phục vụ thi công khai thác công trình thuỷ điện với mục tiêu an tồn, vận hành tối ưu, hiệu ích kinh tế cao 20 1.3.2- Phục vụ tưới tiêu: đáp ứng yêu cầu tưới nước phòng hạn, tiêu nước chống úng, tham gia điều tiết hồ chứa đảm bảo an tồn cho cơng trình thuỷ lợi toàn quốc 21 1,3,3, Dự báo thuỷ văn phục vụ giao thông đường thuỷ 21 1.3.4 Dự báo thủy văn phục vụ hệ thống thuỷ nông 22 1.4 Dự báo thuỷ văn phục vụ chống thiên tai, lũ lụt 22 1.5 Phân loại dự báo thuỷ văn 23 1.5.1- Phân loại dự báo thuỷ văn theo tượng 23 1.5.2- Phân loại theo quy luật chuyển động nước 23 1.5.3- Phân loại theo thời gian dự kiến 24 1.6 Một vài khái niệm quan trọng 24 1.6.1 Phương pháp phương án: 24 1.6.2- Các bước tiến hành xây phương án dự báo 25 1.7 Đánh giá độ xác độ bảo đảm dự báo thuỷ văn 26 1.8 Đánh giá phương án dự báo 27 Chương HỆ PHƯƠNG TRÌNH DỊNG KHƠNG ỔN ĐỊNH SAINT VENANT 31 2.1 Các dạng chuyển động chất lỏng kênh hở 31 2.1.1 Dòng ổn định 31 2.1.2 Chuyển động không ổn định 32 2.2 Phương trình vi phân dịng khơng ổn định thay đổi chậm 32 2.2.1 Phương trình liên tục 32 2.2.2 Phương trình cân động lực dịng không ổn định 33 2.2.3 Phân loại mô hình diện tốn phân phối 35 2.2.4 Năm giả thiết phương trình 37 2.3 Xấp xỉ sai phân (Sai phân hóa) 37 2.3.1 Khái niệm chung 37 2.3.2- Phương pháp sai phân 38 2.3.3 Hệ số trọng lượng sơ đồ ẩn 44 eBook for You MỤC LỤC 3.3.2 Tìm τ1 từ cơng thức (3.13), xây dựng bảng sau: 79 3.3.3- Tìm τ từ cơng thức tốc độ mặt cắt ngang VQ 80 3.4- Dự báo mực nước sơng khơng sơng nhánh 81 3.5 Dự báo mực nước sơng có sông nhánh 83 Chương DỰ BÁO LƯU LƯỢNG GẦN ĐÚNG BẰNG CHUYỂN ĐỘNG SÓNG LŨ 88 4.1 Phương pháp dịng khơng ổn định Kalinin - Miliukop 88 4.2 Phương pháp biến dạng lũ - Phương pháp Muskingum 94 4.3 Phương pháp diễn tốn lũ- Mơ hình SSARR 96 Chương DỰ BÁO MƯA DÒNG CHẢY TRÊN HỆ THỐNG SƠNG 99 5.1 Cơng thức nguyên dòng chảy 99 5.2 Những yếu tố hình thành dịng chảy 102 5.3 Các phương pháp dự báo dòng chảy từ mưa 104 5.3.1.Phương pháp quan hệ mưa- đỉnh lũ : 104 5.3.2 Xây dựng quan hệ tương quan hợp trục 105 5.3.3 Kỹ thuật mơ hình 105 5.3.4 Mơ hình mưa - dòng chảy ba tầng 108 5.4 Bài tập 112 Chương DỰ BÁO DỊNG CHẢY PHỤC VỤ HỒ CHỨA CƠNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN 114 6.1 Hình ảnh chung cơng trình thuỷ điện tài liệu khí tượng thuỷ văn có liên quan 114 6.1.1 Loại tài liệu địa lý tự nhiên lưu vực hồ chứa 114 6.1.2 Loại tài liệu khí tượng thuỷ văn 116 6.1.3 Tiến độ thi công 116 6.1.4 Công tác vận hành hồ chứa 117 eBook for You 2.3.4 Phương trình viết với hàm số ẩn Q,Z trường hợp tổng quát 44 2.3.5 Sơ đồ sai phân ẩn 48 2.3.6 Cách giải khử đuổi 57 2.4 Sơ lược hội tụ ổn định nghiệm 61 2.5 Sơ đồ sai phân tính tốn cho kênh hở 63 2.5.1 Sơ đồ công thức 63 2.5.3 Vấn đề xác định điều kiện ban đầu 71 Chương DỰ BÁO CHUYỂN ĐỘNG SÓNG LŨ VÀ PHƯƠNG PHÁP MỰC NƯỚC TƯƠNG ỨNG 76 3.1 Khái niệm phương pháp mực nước tương ứng 76 3.2 Lý thuyết chuyển động sóng lũ phương pháp mực nước tương ứng 76 3.3 Xác định thời gian chảy truyền 79 3.3.1 Thời gian chảy truyền thời gian chảy từ mặt cắt thượng lưu (Hb) tới mặt cắt cần xác định hạ lưu (HH) 79 eBook for You 6.2 Những yêu cầu hồ chứa, nhà máy thuỷ điện dự báo thuỷ văn 117 6.2.1 Giai đoạn dẫn dịng thi cơngbước 117 6.2.2 Giai đoạn ngăn dòng (hạp long) (đợt hai) 118 6.2.3 Giai đoạn vận hành cơng trình thuỷ điện 122 6.3 Cơ sở phương pháp dự báo thuỷ văn cho hồ chứa 125 6.3.1.Cơ sở phương pháp 126 6.3.2 Các phương pháp dự báo hồ chứa 127 6.3.3 Phương pháp dự báo sóng hồ 133 6.3.4 Phương pháp phục hồi dòng chảy đến hồ 134 Chương DỰ BÁO TRUNG VÀ DÀI HẠN 139 7.1 Khái niệm chung dự báo trung dài hạn 139 7.1.1 Khái niệm chung 139 7.1.2 Hình thức phát báo dự báo trung dài hạn 139 7.2 Phương pháp dự báo trung dài hạn 140 7.2.1 Phương trình nguyên 140 7.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng 141 7.3 Các phương pháp dự báo truyền thống 145 7.3.1 Dự báo dòng chảy tháng theo số lượng trữ 145 7.3.2 Dự báo dòng chảy tháng theo số lượng trữ ban đầu mưa tháng 146 7.3.3 Dự báo dòng chảy tháng theo thành phần nguyên 147 7.4 Một số phương pháp thống kê dự báo khí tượng thuỷ văn 150 7.4.1 Phân tích chuỗi thời gian 150 7.4.2 Các phương pháp vật lý thống kê 155 7.4.3 Một số nhận xét định hướng ứng dụng 169 7.5 Công nghệ dự báo 170 7.5.1 Khái niệm chung 170 7.5.2 Cơ sở liệu 171 7.5.3 Mô tả công nghệ 173 7.5.4 Hướng dẫn sử dụng 176 7.5.5 Một số nhận xét kết luận 177 Chương ỨNG DỤNG VIỄN THÁM DỰ BÁO LŨ 178 8.1 Giới thiệu chung cấu trúc mơ hình dự báo lũ viễn thám.178 8.2 Hệ thống máy đo mưa truyền thống quan trắc dòng chảy 178 8.3 Vai trò viễn thám hệ thống dự báo lũ 182 8.4 Sử dụng vệ tinh rađa để dự báo lũ 185 8.5 Nguyên lý đo lượng mưa đa 186 8.5.1 Những sai số xuất dùng rađa, đặc điểm vị trí đặt rađa 188 8.5.2 Những sai số xuất từ sử dụng rađa 190 eBook for You 8.5.3- Sử dụng rađa để theo dõi đường bão 191 8.5.4- Mức độ sai số dùng số liệu rađa 191 8.5.5- Sự cần thiết việc sử dụng rađa kết hợp với số liệu quan trắc trạm đo 192 8.6- Hệ thống truyền phát tín hiệu từ xa dùng cho dự báo dòng chảy 193 8.6.1- Giới thiệu 193 8.6.2- Hệ thống đường dây điện thọai 193 8.6.3- Sóng radio (sóng vơ tuyến điện) 194 8.6.4- Hệ thống thu phát Meteor Burst 194 8.6.5 Truyền phát thông tin vệ tinh 195 8.7- Khí tượng dự báo hình Sy nốp 199 8.7.1- Giới thiệu 199 8.7.2- Kỹ thuật dự báo thời tiết 199 8.7.3- Sử dụng vệ tinh dự báo hình Sy nốp 200 Chương DỰ BÁO MỰC NƯỚC NGẦM VÀ DÒNG CHẢY NGẦM.202 9.1 Cơ sở chung dự báo 202 9.2- Dự báo phương pháp cân nước 208 9.3 Dự báo phương pháp động lực học nước ngầm 210 9.4 Các phương pháp dự báo thống kê 216 TÀI LIỆU THAM KHẢO 218 PREPACE 220 LỜI NÓI ĐẦU Để đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng đào tạo sinh viên trường Đại học Quốc gia việc viết giáo trình Dự báo thuỷ văn nhu cầu thiết Giáo trình Dự báo thuỷ văn đời nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức khái niệm, yêu cầu thực tế dự báo thuỷ văn, sở lý thuyết phương pháp dự báo thuỷ văn có hệ thống phương trình Saint- Venant, phương pháp bản, cổ truyền cập nhật phương pháp đại- thuỷ văn toán dùng dự báo thuỷ văn học, khí tượng học, số kiến thức toán cần thiết lý thuyết xác suất thống kê, phương trình vi phân, phương pháp tính kỹ thuật lập trình Giáo trình dùng cho sinh viên chuyên ngành thuỷ văn lục địa, kỹ sư thuỷ văn làm việc trung tâm dự báo uỷ ban phòng chống lũ lụt khai thác tài ngun nước Ngồi cịn dùng cho sinh viên cao học Giáo trình hoàn thành thầy giáo, nhà khoa học làm việc nhiều năm dự báo tác nghiệp trung tâm dự báo khí tượng thuỷ văn quốc gia PGS- PTS Nguyễn Văn Tuần viết chương I, VI, VIII, IX người chủ biên giáo trình PGS- PTS Đoàn Quyết Trung viết chương II, III, IV, V PTS Bùi Văn Đức viết chương VII Đây giáo trình lần biên soạn xuất khơng tránh khỏi sai sót, khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp độc giả Xin chân thành cảm ơn! Các tác giả eBook for You Để học tốt môn sinh viên cần nắm kiến thức thuỷ lực Chương KHÁI QUÁT CHUNG VỀ DỰ BÁO THUỶ VĂN 1.1 Dự báo thủy văn - Một phần thuỷ văn học Từ dự báo bắt nguồn từ hai từ La tinh “phía trước” “giá trị” Vì dự báo có nghĩa đốn trước phát triển tượng Dự báo thuỷ văn báo trước cách có khoa học trạng thái (tình hình) biến đổi yếu tố thuỷ văn sông, suối, hồ lượng nước, mực nước Dự báo thuỷ văn mơn khoa học- học thuyết việc báo trước quy luật chúng Mục đích chủ yếu tìm phương pháp dự báo dòng chảy, mực nước, lưu lượng nước sông tượng khác sơng ngịi hồ Bản thân việc nghiên cứu tượng thuộc môn khoa học khác: thuỷ văn lục địa Mặc dù nhà khoa học làm công tác dự báo trọng nghiên cứu quy luật phát triển yếu tố dự báo Họ khơng tiến hành phân tích lý thuyết mà cịn tiến hành quan trắc thí nghiệm bãi thực nghiệm trạm cân nước Trong trình nghiên cứu phương pháp dự báo, họ sáng lập thuyết gần chuyển động sóng lũ, nghiên cứu động lực học lượng trữ nước lưới sơng, có đóng góp đáng kể vào việc giải vấn đề hình thành dòng chảy sườn dốc Trong việc tiến hành nghiên cứu việc tìm phương pháp dự báo cụ thể mơ hình tốn đóng vai trị quan trọng Mơ hình tốn công cụ nghiên cứu khoa học bao gồm hệ thống trừu tượng (ý nghĩ) hệ thống vật lý (vật chất) phản ánh tái lại tượng trình nghiên cứu Chúng cho phép thu nhận lượng thông tin cần thiết để hiểu sâu tượng đó, ghi chép định lượng q trình Trong số trường hợp mơ hình cho phép eBook for You xuất (phát sinh) phát triển yếu tố thuỷ văn sở nghiên cứu trực tiếp xây dựng học thuyết, trường hợp khác - cụ thể hoá học thuyết dạng giải toán cụ thể Nhờ thực nghiệm số mơ hình cho phép nghiên cứu tương tác yếu tố khác thu khái niệm khách quan mối liên quan đó, sơ đồ đơn giản sử dụng để nghiên cứu phương pháp dự báo áp dụng cho trường hợp số liệu quan trắc thực tế Mơ hình cịn giúp xác định số liệu quan trắc bổ sung cần thiết đánh giá độ xác dự báo theo độ xác số liệu sử dụng Cuối cùng, cách sử dụng số liệu quan trắc kết luận mức độ phù hợp mơ hình chọn với thực tế khách quan mà từ ta xây dựng mơ hình Khơng trường hợp mơ hình hố hiểu phân tích hệ thống giải nhờ máy tính điện tử, tốn phức tạp có sử dụng tối ưu hố thơng số Đơi phân tích hệ thống phương pháp nghiên tổng hợp thông thường Một đối lập tất nhiên coi phân tích hệ thống khơng thể tự phát triển tách rời khỏi phân tích vật lý, cịn lý giải kết hoàn toàn phụ thuộc vào hiểu biết đắn trình vật lý tương ứng Mặc dù việc phân tích ngun mơ hình hố việc tìm phương pháp dự báo quan trọng vậy, kết thực tế tìm tịi phụ thuộc vào có mặt số liệu quan trắc thực tế, tính đại biểu, độ xác đầy đủ chúng Chúng ta biết q trình tồn dịng chảy chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố kể yếu tố địa lý tự nhiên (chất đất, lớp phủ thực vật ) Tính biến động cao yếu tố theo khơng gian thời gian gây nên khó khăn lớn việc thành lập phương pháp chặt chẽ tính tốn sơng Điều làm cho phương pháp dự báo cách giải gần toán Dự báo thuỷ văn -một phần khó thủy văn học eBook for You cứu lại đối lập với phương pháp phân tích vật lý phân tích 1.2 Sơ lược lịch sử phát triển dự báo thuỷ văn 1.2.1 Sơ lược lịch sử phát triển dự báo thuỷ văn ngồi nước -Sự phát triển mơn dự báo thuỷ văn gắn bó chặt chẽ với địi hỏi thực tế Yêu cầu dự báo lũ lụt dẫn tới xuất cơng trình lĩnh vực Dự báo thuỷ văn Việt Nam gắn với phát triển chế độ thuỷ văn Liên Xô cũ Vào năm 90 kỷ trước V.G.Clâyber, D.D.Gnuxin A.N.Crisinxki thành lập phương pháp dự báo ngắn hạn mực nước sông đường thuỷ nước Nga Việc dự báo mực nước tiến hành dựa qui luật chuyển động nước lịng sơng Trong số cơng trình nghiên cứu trước cách mạng tháng 10 cần ghi nhận cơng trình E.M.Onđecơp xét tới mối quan hệ dịng chảy sông miền núi vùng Trung Á lượng mưa Công trình có mang tính chất dự báo rõ rệt Sau cách mạng tháng 10 Nga: năm 1919 Viện thuỷ văn Liên Xô (nay Viện quốc gia) thành lập bắt đầu tiến hành nghiên cứu có hệ thống chế độ thuỷ văn sông, hồ, đầm lầy nguồn tài nguyên nước Việc thành lập Viện năm mà nhà nước Xô Viết trẻ tuổi phải tiến hành chiến tranh quốc chứng tỏ ý đặc biệt Lênin V.I quyền Xơ Viết tới triển vọng sử dụng tài nguyên nước Cùng với thành lập Viện thuỷ văn quốc gia việc nghiên cứu dự báo thuỷ văn bắt đầu Lịch sử phát triển dự báo thuỷ văn chia thành giai đoạn: -Từ 1919 đến năm 30, năm 30 đến năm 40, -Đặc trưng giai đoạn -Từ -Từ năm 40 đến giải số nhiệm vụ dự báo cách thành lập tương quan thực nghiệm tuý Ví dụ tương quan eBook for You Trong dự báo người ta sử dụng mực nước sông tuyến độ cao lũ mùa xuân, dòng chảy với yếu tố mà thời cho có ảnh hưởng định tới yếu tố dự báo Những cơng trình đem lại lợi ích hiển nhiên Nó dẫn tới số phương pháp dự báo thực hành thúc đẩy việc lý giải điều kiện nhân tố hình thành lũ tượng khác Giai đoạn đặc trưng sử dụng rộng rãi phương pháp tương quan tuyến tính (bao gồm tương quan nhiều chiều) Cần phải kể cơng trình nghiên cứu L.N.Đavưđôp, B.A.Apôlôp, A.V.Oghiepski, O.T.Maskêvich, P.N.Nasukôp, V.N.Lêbêđep Năm 1924 L.Đavưđôp xuất sách đề cập đến hai vấn đề: dự báo dịng chảy cho sơng miền núi việc tổ chức nghành dự báo thuỷ văn Trung Á Từ năm 1929 Tổng cục khí tượng thuỷ văn Liên Xô thành lập Một nhiệm vụ Tổng cục cung cấp thông tin trạng phịng dự báo thuỷ văn thuộc đài khí tượng thuỷ văn thành lập Bộ phận dự báo thuỷ văn Cục dự báo trung ương Maxtcơva trở thành trung tâm lãnh đạo khoa học phương pháp luận khoa học Những nghiên cứu thuỷ văn mang tính chất ứng dụng Nhờ sớm xuất khả xây dựng nhà máy thuỷ điện Vônkhôpxkaia Donhép Những điểm kế hoạch GOENROcục thông báo thuỷ văn lịch sử đất nước thành lập lãnh đạo N.V.Lêbêđep A.V.Oghiepxki - Những đặc trưng giai đoạn phát triển thứ hai việc sử dụng phương pháp cân nước vào nghiên cứu thuỷ văn (công trình Đ.A.Apơlơp, G.F.Kalinin, V.B.Kơmarơp, N.I.Lvơp nhiều tác giả khác) phát triển phương pháp đường đẳng thời, tiến hành tính tốn lũ, mưa theo phương pháp đường đơn vị (cơng trình N.A.Vêlicanơp, M.I.Lvovich, E.V.Berg, G.A.Xanhin) Cũng thời kỳ M.A Velicanôp đặt móng cho việc phân tích ngun q trình hình thành lũ sơng đồng bằng, đề xuất phương pháp điều kiện dự 10 eBook for You thái sông hồ, tương lai, cho kinh tế quốc dân dân cư Từ a 6000 4000 2000 0,5 1,5 4000 b 3200 eBook for You 2400 1600 0,5 1,5 Hình 9.1 Quan hệ dòng chảy ngầm tổng lượng dòng chảy sông hai khu vực khác Liên Xô Y max 4 12 16 Hình 9.2: Đồ thị biểu diễn quan hệ dòng chảy ngầm năm Yng dòng chảy tổng năm (Y) sông Sêrêzin - trạm Borix 206 Về giới hạn dịng chảy ngầm rõ ràng khơng thể giảm tới khơng phần dịng chảy kết tiêu hao lượng nước ngầm ổn định tích luỹ thời kỳ địa chất tích luỹ nước ngầm Trên sở dụng đường mực bảo đảm tổng quát dòng chảy nhỏ thu đươc vài nhận định dịng chảy ngầm nhỏ có K 08 06 0,2 0,6 1,0 1,4 eBook for You 04 cv Hình 9.3 Quan hệ mơdun dịng chảy ngầm hệ số sai biến Hình 9.3 dẫn quan hệ dòng chảy ngày nhỏ với hệ số biến sai phân dòng chảy ngầm Quan hệ nhận theo tài liệu quan trắc nhiều năm 150 sông vùng khác châu Âu, Châu Á, Châu Mĩ Châu Phi Đường cong giới hạn biên trường điểm cho ta hệ số mơ đun dịng chảy ngầm tiêu hao phần nước ngầm ổn định, tích luỹ thời kì địa chất tích luỹ nước ngầm cung cấp Trị số trung bình hệ số biến thiên dịng chảy ngầm tồn trái đất lấy gần 0,2 Khi tn theo hình 9.3 giá trị trung bình hệ số mơ đun dịng chảy ngầm nước ngầm ổn định mặt địa chất cung cấp 0,25 - 0,3 Nếu coi tổng lượng dịng chảy ngầm tồn trái đất 1300 km3/năm có dịng chảy ngầm loại nước cung cấp 3000 - 4600km3/năm Dự báo dịng chảy ngầm mực nước ngầm chia thành: 207 - Dự báo ngắn hạn mức nước dòng chảy ngầm với thời gian dự kiến nhỏ 15 ngày nhằm mục đích báo trước khả xảy ngập dòng chảy nguy hiểm thoát nước ngầm vùng núi - Dự báo trung hạn mực nước dòng chảy ngầm với thời gian dự kiến từ 15 ngày đến hàng năm để lập kế hoạch giao thông thuỷ, sử dụng nước ngầm - Dự báo mức dài hạn mực nước ngầm dòng chảy ngầm với thời gian dự kiến từ vài năm để tính tới chúng lập kế hoạch phát triển vài ngành kinh tế quốc dân Xét phương pháp chủ yếu để dự báo mực nước dòng chảy ngầm 9.2- Dự báo phương pháp cân nước Như biết tính tốn cân nước khơng phải tất số liệu cần thiết nhận cách đo trực tiếp Một phần số báo tính tốn sở tài liệu có Chính điểm hạn chế khả dự báo phương pháp cân nước Trong tính tốn lượng trữ nước ngầm dịng chảy ngầm phương pháp cho kết tốt trường hợp từ tài liệu quan trắc tìm giá trị yếu tố chủ yếu xác định thay đổi lượng trữ dòng chảy Ví dụ như: Mực nước ngầm dâng vào mùa xuân chủ yếu phụ thuộc vào yếu tố gây nên tổn thất nước tuyết tan Còn dâng mực nước ngầm vùng tưới nước tuỳ thuộc vào mực độ tưới Chúng tơi nhắc lại phương trình cân nước sở lý thuyết chung dùng để nghiên cứu ảnh huưởng yếu tố khác tới dòng chảy, nước ngầm thành phần khác cán cân nước Viết phương trình cân nước cho mặt nước ngầm tầng đất tính từ lớp cách nước tới mặt đất dạng: μΔ = Q1 − Q2 Δt + AΔt F ⎛ ΔC + nΔΗ = ⎜ B + ⎜ ⎝ (9.2) Q −Q ⎞ ⎟ F ⎟ ⎠ Δt (9.3) Trong đó:ΔH - thay đổi mực nước ngầm thời gian Δt, Q1 Q2 - lưu lượng dòng chảy đến dòng chảy nước ngầm đoạn F 208 eBook for You liệu đó, ví dụ lượng mưa kì tới, lượng bốc hơi, phải lấy theo giá trị dự xét A - lượng nước thấm vào tầng giữ nước từ phía trên, B - giá trị cường độ thấm bốc hơi, μ- trường hợp mực nước tăng lượng nước chảy lực trọng trường, trường hợp mực nước giảm, thiếu hụt so với độ ẩm toàn phần n, biểu diễn đơn vị tương đối so với thể tích, ΔC - thay đổi lượng ẩm vùng đất có lỗ hổng thời gian Δt Đồng thời giải hai phương trình ta được: ΔH = V ( BΔT − AΔT − ΔC) (9.4) Trong Vo = n -μ - độ ẩm thể tích đất nằm vùng mao dẫn mặt nước ngầm Viết lại phương trình (9.3) dạng: (9.5) Kí hiệu tồn vế phải β xác định theo số liệu trung bình ΔH Vovà B cho diện tích xét Trong thuỷ địa chất đại cương B Δt tính cơng thức thực nghiệm Ví dụ vùng Similốp (gần Maxcơva) nơi có điều kiện thuỷ địa chất ổn định, người ta tìm biểu thức sau cho mùa xuân: B Δt = XXI-III - EXI -III + (XIV - EIV) (9.6) Trong XXI - III EXI - III lưu lượng bốc tháng mùa đông, từ tháng XIII đến tháng III, XIV EIV tương tự tháng IV Đối với điều kiện ổn định giá trị trung bình VI = 0,317 β = 0,4 Từ đó: ΔH = 2,92 (XXI-III - EXI -III + XIV + EIV) (9.7) Sử dụng công thức (9.7) người ta lập dự báo dài hạn tăng mực nước ngầm mùa xuân vùng ổn định nói Tương tự nhiều dự báo dịng chảy giá trị mưa bốc chưa biết, trường hợp tháng IV, phải lấy giá trị trung bình nhiều năm chúng Trong dự báo độ cao mực nước ngầm dâng mùa xuân 209 eBook for You ΔHV AΔt + ΔC = 1− BΔt BΔt xuất phát từ chỗ cho rằng: Δ Hi = ΔH Pi P (9.8) Trong ΔHi eHi ΔPi mực nước dâng tổn thất tuyết tan năm (tổn thất tính theo giá trị dòng chảy xuân dự báo tài liệu sử dụng để dự báo dòng chảy này) ΔH ΔP giá trị trung bình nhiều năm đại lượng Tất nhiên phương pháp dự báo nói gần nguyên nhân việc rõ ràng từ điều trình bày Bài tốn dự báo mức dâng mực nước ngầm mùa xn giải xác cách tìm quan hệ thực nghiệm sở phương trình (9.2) số liệu quan trắc nhiều năm tương ứng Chúng ta xem xét vấn đề Thành phần vế phải phương trình (9.8) Δt khơng thay độ ẩm đất vùng có lỗ hổng Wa Từ đây: ΔH = f(H0, P, Wa) Khi thời gian t thay đổi mức nước ngầm thời gian Δt có dạng: ΔH = f(H0, P, Wa, Δt) Trong phần lớn vùng, sau xuất đỉnh lũ xuân mực nước ngầm bắt đầu giảm dần cách có quy luật Điều cho ta khả lớn để dự báo dài hạn biến trrình mực nước ngầm suốt mùa hè Và chí mùa thu mùa đơng Quy luật áp dụng cho dịng chảy ngầm sơng 9.3 Dự báo phương pháp động lực học nước ngầm Trong dự báo mực nước ngầm ,lượng nước khai thác dịng chảy ngầm sơng áp dụng cách giải Businhsk Maie Khi khơng có dịng da nhập thấm , phương trình chuyển động khơng ổn định cuả chúng viết dạng: m ∂H ∂ ⎡ ∂H ⎤ ∂ ⎡ ∂H ⎤ = ⎢ k ( h + H ) ∂x ⎥ + ∂y ⎢ k ( h + H ) ∂y ⎥ ∂t ∂x ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ (9.9) 210 eBook for You đổi, phụ thuộc vào mực nước ngầm ban đầu Ho, lượng tổn thất tuyết tan P Trong m- độ hút ẩm bão hồ đất vùng nằm vùng mao dẫn, k-hệ số thấm, h- độ sâu tầng chứa nước, H- mực nước ngầm (ở cửa thoát nước H=O), t-thời gian,, x ylần lượt kích thước dọc ngang dòng chảy ngầm Nếu H nhỏ so với h phương trình( 9.9) có dạng: m ∂H ∂ ⎛ ∂H ⎞ ∂ ⎛ ∂ H ⎞ = ⎜ kh ⎟ + ⎜ kh ⎟ ∂t ∂χ ⎝ ∂χ ⎠ ∂y ⎝ ∂y ⎠ (9.10) Biểu thức (9.10) viết dạng: 2 ∂H ∂ H2 + ∂ H + ∂( kh) ∂H + ∂( kh) ∂H m = kh ∂t ∂χ ∂χ ∂y ∂y ∂y ∂χ (9.11) Giá trị kh, ∂ (kh)/ ∂ x, ∂ (kh)/ ∂ y phụ thuộc vào toạ độ x y khơng phụ thuộc vào thời gian Vì tất H thay đổi tỷ lệ ∂ H/ ∂ x, 2 ∂ H/ ∂ y, ∂ H/ ∂ x , ∂ H/ H/ ∂ y thay đổi theo tỷ lệ nhau, nghĩa m ∂ H/ ∂ t thay đổi theo tỷ lệ Từ suy m ∂ H/ ∂ t tỉ lệ thuận H= H 1−αt (9.12) Trong H0 giá trị ban đầu mực nước ngầm Vì vận tốc tỉ lệ thuận với độ dốc mà độ dốc lại tỉ lệ với mực nước H nên trường hợp khơng có bổ xung nước ngầm ngấm lưu lượng cửa theo Busiherk Maie là: Q= Q1α (9.13) − t Trong Q- lưu lượng nước nguồn vào thời điểm t, tính từ đầu vào thời đoạn khơng có mưa, Q0 - lưu lượng nước thời đoạn khơng có mưa, l- hệ số tiêu nước Đồ thị biểu diễn (9.13) thường gọi đường cong tiêu nước Công thức (9.12) (9.13) độ dày tầng chứa nước h nguồn đủ lớn so với thay dổi mức nước ngầm H để coi khơng đổi Busiherk Maie tìm cách giải gần cho trường hợp độ dày tầng chứa nước h không lớn so với thay đổi mực nước ngầm H coi H khơng đổi Khi đó: H= H (1 + α t ) (9.14) 211 eBook for You với H Q= Q ( + α 1t ) (9.15) Trong α1 hệ số tiêu nước có giá trị khác giá trị hệ số tiêu nước xác định theo công thức: π α= kh 4μ l (9.16) hệ số α1 tính theo cơng thức: α = 5,77 kV 4μ b (9.17) Trong k h - hệ số chống thấm chiều dày trung bình tầng chứa nước, μ - hệ số nhả nước đất, l - khoảng cách từ phần đường nước ngầm tới cửa nước, V - thể tích tầng chứa nước có chiều dài l Đối với dịng chảy có chiều đơn vị V=h.l Khi theo (9.16) (9.17) ta có: α = 1,71 α1 Trong bảng 9.1 giới thiệu tung độ đường cong nước rút thoả mãn công thức (9.14) (9.16) biểu diễn tương đối so với Q0 α1= 0,01 Từ thấy hai công thức thực tế cho giá trị thời điểm lưu lượng nước giảm khoảng 2-2,5 lần so với Q ban đầu Chỉ sau thấy xuất khác nhau, khơng lớn cơng thức (9.14) cho giá trị nhỏ Bảng 9.1 −0 ,017 lt t l 0,98 10 −0 ,017 lt t l 0,98 100 0,18 0,25 0,84 0,83 200 0,03 0,11 50 0,42 0,44 500 0,00 0,03 70 0,30 0,35 (1 + 0,010) (1 + 0,010) Có thể sử dụng cơng thức tích phân sau: ⎡ Q = Q0 ⎢(1 − γ ) l ⎣ − , 017αt +γ ⎤ (1 + αt ) ⎥ ⎦ (9.19) tham số γ thay đổi từ đến Nếu tầng chứa nước nhận nước cung cấp từ tầng sâu hơn, ví 212 eBook for You (9.18) dụ tầng có áp, nguồn nước thường có giá trị khơng đổi, diễn biến lưu lượng Qng ⎡ ⎞ ⎢(1 − γ ) − 1,71αt + γ ⎛ Q = ⎜ Q0 − q ng⎟ l ⎠⎢ ⎝ 1+ α 1t ⎣ ( ) ⎤ ⎥ + qng ⎥ ⎦ (9.20) Lưu ý công thức (9.13), (9.15) (9.20) diễn chương trước xem xét vấn đề sử dụng quy luật tiêu hao dự trữ nước sông nước ngầm thời kỳ lũ rút mừa hè để dự báo dòng chảy sơng Tham số α, α1, γ qng xác định theo cách sau: Logarit (9.12) nhận LnQ = LnQ0 - αt từ α tìm tang góc nghiêng đồ thị quan hệ LnQ t Vì đường cong thoả mãn công thức (9.13) (9.15) thực tế trùng với Q ≥ 0,7 nên tham số α tìm theo cơng thức (9.18) Nó cịn xác định theo đồ thị quan hệ Q Q − t Tham số cơng thức (9.20) tìm theo cách sau: Đầu tiên số liệu quan trắc dòng chảy nhiều năm sơng tìm giá trị qng Nó xác định gần theo đồ thị hình 9.5 Sau sử dụng cách xác định α α1 nói tìm giá trị chúng cơng thức Q − q ng Q − q ng = ⎜ = ⎛Q0− ⎝ Q −q (1 + αt ) ng q ng ⎞ e−αt ⎟ ⎠ và xây dựng đồng thời đồ thị cơng thức tìm α α1 Sau giá trị γ xác định tỷ số ab ac Q-q t Hình 9.4 Đồ thị minh hoạ phương pháp xác định tham số γ 1, 2, 3- đường cong nước tương ứng với công thức (9.14), (9.16) thực tế 213 eBook for You Q Đường cong nước rút Hình 9.5 Sơ đồ bổ xung tiêu hao trữ lượng nước ngầm lưu vực, biểu diễn lưu lượng chúng tuyến khống chế Cần phải khẳng định ý nghĩa quan trọng đường cong nước rút nước ngầm đặc trưng tích phân tổng hợp điều kiện thuỷ địa chất thuỷ văn hình thành dịng chảy ngầm Các đường cong này, phần trên, số đặc trưng quan trọng bậc lưu vực sông Ở Việt Nam dựa vào số liệu dòng chảy ngầm dòng chảy mùa kiệt GS Ngơ Đình Tuấn xây dựng mối quan hệ 14 lưu vực khác lãnh thổ Việt Nam Kết thể bảng 9.2 Bảng 9.2 thể đường cong rút nước mùa cạn 14 lưu vực Đường cong nước rút mùa cạn: Trong mùa lũ, nước ngầm nước mưa cung cấp nên khả cung cấp nước cho sông tăng lên Vì dịng chảy ngầm tăng dần từ thời điểm lũ lên đạt giá trị lớn Q0 vào thời điểm dòng chảy mặt kết thúc Từ thời điểm này, khơng có mưa rơi lưu vực dịng chảy sơng giảm dần theo đường cong nước rút Qt=Q0.e-αt Sử dụng đường cong trình lưu lượng nước trung bình năm trạm thuỷ văn xác định lượng dịng chaỷ ngầm chảy vào sơng dùng để dự báo dịng chảy ngầm 214 eBook for You đường cong chảy truyền dòng chảy mặt, xem xét Bảng 9.2 Biểu thức đường cong nước rút số lưu vực sông ven biển miền Trung Lưu vực Phương trình đường cong nước rút mùa cạn Thời kỳ kiệt I (I-IV) t ≤ 15: Q=6.10e-0,033t t ≤ 12: Q=3,3 e-0,089t t ≥ 16: Q = 3.70 e-0,023 (t-15) Gia vòng Thời kỳ kiệt II(V-VIII) t = 13∼40: Q= 1.15e-0,049 (t-12) t ≥ 41: Q= 0.3e-0/007 (t-40) t ≥ 24: Q= 16 e-0/009 (t-23) t ≤ 21: Q = 365 e-0,057t t ≤ 5: Q=200 e-0,080t t = 8∼32: Q= 33 e-0,045 (t-7) t ≥ 24: Q= 16 e-0/009 (t-23) t ≤ 12: Q = 200e-0,059t t ≤ 10: Q=300 e-0,134t t = 11∼30: Q= 80 e-0,034 (t-10) t ≥ 58: Q = 38e-0,012 (t-57) t ≥31: Q= 41 e-0,014 (t-23) t ≤ 12: Q = 170e-0,110t t ≤8: Q = 130e-0,196t t ≥13: Q = 45e-0,021 (t-12) t ≥9: Q = 27e-0,04 (t-8) t ≤ 13: Q = 16,5e-0,047t t ≤5: Q = 18e-0,132t t ≥14: Q = 8.9e-0,024 (t-40) t ≥12: Q = 3.8e-0,0020 (t-11) t ≤40: Q = 35,5e-0,033 t t ≤5: Q=18 e-0,132t t ≥41: Q = 9.5e-0,024 (t-40) t = 6∼20: Q= 9.2 e-0,025 (t-5) t ≥21: Q= 6.3 e-0,013 (t-20) Sông Hinh t ≤70: Q = 20e-0,034t t ≤5: Q = 12,5e-0,23t t ≥71: Q = 1.9e-0,024 (t-70) An Khê t ≥6: Q = 4.0e-0,112 (t-5) t ≤20: Q=23.9 e-0,028t t ≤18: Q = 17.2e-0,068t t = 21∼50: Q= 13.3 e-0,023 (t-20) t ≥19: Q = 5.15e-0,022 (t-18) t ≥51: Q= 6.7 e-0,014 (t-50) 215 eBook for You t = 8∼32: Q= 33 e-0,045 (t-7) t=13 ∼ 57: Q = 86e-0,018(t-12) Bình Tường t ≤ 7: Q=58 e-0,080t t ≥ 71: Q = 31e-0,015 (t-70) An Hoà t ≤ 11: Q = 55 e-0,0561t t=22 ∼ 70: Q = 110 e-0,026(t-21) An Chi t ≥ 21: Q= 2.05e-0/010 (t-20) t ≥ 68: Q = 16,8 e-0,006 (t-67) Sơn Giang t = 6∼20: Q= 3.3 e-0,031 (t-5) t=12 ∼ 67: Q = 29,8 e-0,01(t-11) Nông Sơn t ≤ 12: Q=5,5 e-0,105t t ≥ 61: Q = 2,15 e-0,007 (t-60) Thành Mỹ t ≤ 27: Q = 8.1 e-0,030t t=28 ∼ 60: Q = 3,6 e-0,016(t-27) Thượng Nhật Sông Luỹ t ≤5: Q = 150e-0,186t t ≥6: Q = 59e-0,111 (t-5) t ≤50: Q = 38e-0,020t t ≤13: Q = 17.4e-0,028t t ≥51: Q = 13.3e-0,011 (t-50) Đồng Trăng t ≤35: Q = 160e-0,039t t ≥36: Q = 41e-0,020 (t-35) Cùng Sơn t ≥14: Q = 11.1e-0,001 (t-13) t ≤58: Q = 2.82e-0,028t Q= 3.6e-0,085t t ≥59: Q = 0.56e-0,044 (t-58) Tà Pao t ≤36: Q = 30e-0,031t Không tồn thời kỳ kiệt II t ≥37: Q = 10e-0,016 (t-36) Ở xem xét trình tiêu nước ngầm Mặc dù đường cong nước rút sử dụng cách có hiệu để phân tích tồn trình thu tiêu hao trữ lượng nước ngầm Tiền đề mở đầu cho việc yếu tố cho thu nước ngầm xảy tương đối nhanh, tiêu nước rõ ràng trình kéo dài theo thời gian Sự thu nước xem trả lời hệ Người sử dụng đường cong nước rút nghiên cứu quan hệ dòng chảy mặt với thu nước ngầm Abalian T.X Kalinin G.P tìm phương pháp tính thành phần dịng chảy ngầm đường q trình nước 9.4 Các phương pháp dự báo thống kê Phương trình (9.2) (9.3) khơng thể sử dụng rộng rãi dự báo mực nước ngầm người ta cịn chưa tính tất thành phần đại lượng có mặt phương trình Vì để dự báo mực nước ngầm thường phải dùng tới quan hệ tương quan độ cao mực nước với yếu tố Điều đựơc xuất phát từ phương trình (9.4) (9.3) tất khái niệm của động lực học lượng trữ nước ngầm năm Chúng ta xem xét quan hệ thống kê Trong nghiên cứu phương pháp dự báo mực nước ngầm nhỏ trước lũ mùa xuân người ta tính tới độ cao mực nước ngầm đầu mừa đông, độ dài mùa đông, bổ sung nước thời gian nóng lên, đóng băng số yếu tố khác Những quan hệ (9.9) (9.10) trình bày để dự báo dài hạn độ 216 eBook for You tác động vào hệ động lực lưu vực, lại phản ứng tiêu nước dâng mực nước ngầm mùa xuân rõ ràng quan hệ thống kê Lượng mưa rơi muôn thường tổn thất hết vào bốc không ảnh hưởng tới mực nước ngầm Để dự báo mực nước ngầm thời kỳ hè thu người ta tính tới độ cao mực nước ngầm mùa kì trước kì tiếp sau đó, quan hệ thấy chương trước, thường chặt chẽvà cho phép phát báo với thời gian dự kiến từ đến tháng Trong chương đề cập tới hạn chế tài liệu quan trắc nước ngầm Trong ghi nhận hạn chế tài liệu quan trắc nước ngầm ghi nhận giao động mực nước có đặc điểm vùng lãnh thổ lớn có nhiều tài liệu quan trắc giếng khoan giếng coi đại biểu cho vùng lớn Để so sánh khả tổng hợp tài liệu quan trắc theo giếng khoan đặc trưng cho độ biến động khác mực nước ngầm thường người ta sử dụng giá trị tương đối sau mực nước: i m• min H −H H −H i 99 99 H i −H σ Trong Hi, Hmin, Hmax, H, H1, H99 mực nước ngầm vào ngày xét pha nước đồng (Ví dụ cực đại vào mùa xuân), mực nước cực tiểu, cực đại, trung bình nhiều năm mực nước có tần suất 99% σ - độ lệch pha trung bình mực nước Cuối cho phát triển phương pháp dự báo dài hạn mực nước ngầm từ dự báo trữ lượng chúng có ý nghĩa to lớn với to lớn việc dự báo thành phần dòng chảy ngầm dòng chảy sông 217 eBook for You H −H H −H TÀI LIỆU THAM KHẢO Apollov B.A, Kalinhin G.P Komarov V.D Giáo trình dự báo thuỷ văn NXB KTTV Leningrad - 1974 Aphiphia, Eizen Phân tích thống kê, hướng dẫn cho sử dụng máy tính điện tử NXB “MIR”, Maxcơva, 1982 Aliekhin U.M Dự báo phương pháp động lực thống kê Tuyển tập báo cáo hội nghị thuỷ văn tồn Liên xơ Tập 7, Dự báo thuỷ văn, NXB Leningrad, 1976 Đặng Văn Bảng Mơ hình tốn thuỷ văn phân tích hệ thống.Tập giảng chuyên đề sau đại học Trường đại học thuỷ lợi Tháng 6/1991 Bùi Văn Đức Điều kiện hình thành dịng chảy dự báo thuỷ văn hạn PTS- Odesa-1984.( tiếng Nga) Bùi Văn Đức Đỗ Quang Huyên Khả nâng cao chất lượng phương pháp phân tích khách quan dự báo đỉnh lũ năm Tập san KHKT-KTTVV, số 9(369)/1991 Bùi Văn Đức Lê Văn Thạch Khả nâng cao mức đảm bảo phương pháp tương tự dự báo mực nước lũ cao năm Tập san KHKT số 9(333)/1988 Các phương pháp thống kê thuỷ văn Rozdextvenxki Trebotarev NXB KTTV Leningrad 1974.(Tiếng Nga) Phân tích thống kê, hướng ứng dụng cho máy tính điện tử Aphiphia C.Eizen.NXB “MIR”- Maxcơva 1982.(Tiếng Nga) 10 Trịnh Văn Thư Phạm Ngọc Hiện Dự báo di chuyển bão phương pháp tương tự Phân tích dự báo bão, tập 1, tổng cục KTTV, 1995 11 Hà Văn Khối- Trịnh Quang Hồ Thuỷ văn cơng trình NXB Nông 12 nghiệp 1993 13 Nguyễn Viết Thi cộng tác viên Dự báo hạn dài dịng chảy sơng lớn Đề tài nghiên cứu cấp tổng cục.Hà Nội, 1993 218 eBook for You vừa cho sông thuộc vùng Primorie- Viễn đông Liên xô Luận văn 14 Gorge E.P Box and Gwilym M.Jenkin Time series analysis forecasting and control University of lancaster, 1971 eBook for You 15 R.E Schulze Hydrological forecasting The Netherland 1994 219 For requirement of training quality raise in national university,probiem of writing of teaching matemarial “Water resources technique calculation is necessity requirement Teaching material “Water resources technique calculation supplies students base,traditional and up date modern know ledges about water supply,water regulitation,water power calculation and water resources management by reservoirs For good learning “Water resources technique calculation” students have to understand know ledges about nature geography,hydrological calculation,hydraulic, programme technique and computer This water resources technique calculation is used for contimental hydrological students, hydrological engineers,water resources managers and noground educational students in hydrology 220 eBook for You PREPACE ... Thơng tin thành Cục dự báo khí tượng thuỷ văn Lực lượng dự báo thuỷ văn tách thành phận để xây dựng thành phòng dự báo thuỷ văn, đạo dự báo địa phương nghiên cứu dự báo khí tượng thuỷ văn Ngồi... trường Đại học Quốc gia việc viết giáo trình Dự báo thuỷ văn nhu cầu thiết Giáo trình Dự báo thuỷ văn đời nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức khái niệm, yêu cầu thực tế dự báo thuỷ văn, sở... loại dự báo thuỷ văn 1.5.1- Phân loại dự báo thuỷ văn theo tượng Dự báo chế độ thuỷ văn - Quá trình mực nước (H), lưu lượng (Q) Dự báo đặc trưng thuỷ văn H,Q lớn nhất, trung bình, nhỏ thời gian xuất