Thuy van cong trinh

Chương 5: Tính toán dòng chảy lũ thiết kế
Khái niệm chung
1. Lũ và các đặc trưng về lũ
a. Khái niệm
Dòng chảy lũ được hiểu là quá trình không ngừng tăng lên hoặc giảm đi của lưu lượng hoặc mực nước. Trong quá trình thay đổi đó lưu lượng hoặc mực nước đạt một hoặc vài trị số cực đại. Nếu có một trị số cực đại gọi là quá trình lũ đơn. Nếu có hai trị số cực đại trở lên gọi là quá trình lũ kép.
b. Các đặc trưng biểu thị
Lưu lượng đỉnh lũ Qmax (m3/s): là giá trị lớn nhất của lưu lượng trong một trận lũ.
Tổng lượng lũ Wmax (m3): là tổng lượng dòng chảy trong một trận lũ


Đường quá trình lũ Q~t: là sự thay đổi của lưu lượng theo thời gian của một trận lũ, bao gồm nhánh nước lên và nhánh nước xuống. Tương ứng với quá trình thay đổi lưu lượng là quá trình thay đổi mực nước trong sông H~t.
Sơ họa một đường quá trình lũ
Các đặc trưng biểu thị khác
Thời gian lũ T (giờ, ngày): là khoảng thời gian kể từ thời điểm bắt đầu có lũ đến khi kết thúc lũ
Thời gian lũ lên Tl là thời gian kể từ khi bắt đầu có lũ đến thời điểm xuất hiện đỉnh lũ Qmax.
Thời gian lũ xuống Tx là thời gian kể từ thời điểm xuất hiện đỉnh lũ Qmax đến khi lũ kết thúc.
Như vậy: T= Tl+Tx
Hệ số bất đối xứng: g = Tx/Tl
Đối với các lưu vực vừa và nhỏ g  2  3.
2. Sự hình thành dòng chảy lũ
t
Ycn
H0
2. Sự hình thành dòng chảy lũ
Tại t0: thời điểm bắt đầu mưa
Từ t0  t1: at H0: lượng tổn thất ban đầu
Tại t1: at1=Kt1 bắt đầu quá trình dòng chảy
Từ t1  t2: at >Kt thời kỳ cấp nước
ht=at – Kt gọi là cường độ cấp nước (hoặc cường độ mưa hiệu quả)
Tại t2: at = Kt kết thúc thời kỳ cấp nước



Trong đó Ycn: Lớp cấp nước (lượng mưa hiệu quả)
Từ t2 t3: atTại t3: kết thúc quá trình dòng chảy lũ
Quá trình hình thành dòng chảy lũ phụ thuộc vào:
Quá trình mưa
Quá trình tổn thất (chủ yếu do thấm)
Quá trình tập trung nước về tuyến cửa ra
3. Các đặc trưng lượng mưa và cường độ mưa
Cường độ mưa tức thời:
là lượng mưa đo được trong một đơn vị thời gian tại một thời điểm bất kỳ ở một vị trí quan trắc. Ký hiệu: at. Đơn vị mm/h hoặc mm/phút
Đường quá trình mưa:
Sự thay đổi của cường độ mưa theo thời gian trong một trận mưa gọi là quá trình mưa.
Đồ thị biểu thị sự thay đổi của cường độ mưa theo thời gian gọi là đường quá trình mưa. K/h: at ~t
Cường độ mưa bình quân thời đoạn:
Là cường độ mưa tính bình quân trong khoảng thời gian Dt, được tính theo công thức:
Đường quá trình mưa at ~t
3. Các đặc trưng lượng mưa và cường độ mưa (tiếp)
Lượng mưa lớn nhất thời đoạn:
Là lượng mưa trong khoảng thời gian T được chọn trên đường quá trình mưa at ~t sao cho lượng mưa trong thời đoạn đó là lớn nhất. K/h: HT
Thông thường, khoảng thời gian T có chứa đỉnh mưa amax, sẽ cho lượng mưa lớn nhất thời đoạn T.
Cường độ mưa bình quân lớn nhất thời đoạn:
Là cường độ mưa trong khoảng thời gian T được chọn trên đường quá trình mưa at ~t sao cho cường độ mưa trong thời đoạn đó là lớn nhất
4. Tổn thất dòng chảy lũ
Bao gồm:
Tổn thất thấm (chủ yếu)
Điền trũng
Bốc hơi
Giữ lại ở lớp thảm thực vật
Các phương pháp tính toán tổn thất:
Sử dụng hệ số dòng chảy lũ
Tính tổn thất theo cường độ thấm
Sử dụng đường cong SCS
a. Hệ số dòng chảy lũ
Hệ số dòng chảy đỉnh lũ (aT) là tỷ số giữa lớp nước lũ trong khoảng thời gian cấp nước Tcn với lượng mưa lớn nhất trong khoảng thời gian đó (HTcn). Thường chọn T=t (thời gian tập trung dòng chảy)




Hệ số dòng chảy trận lũ (j): là tỷ số giữa lớp dòng chảy lũ của toàn trận lũ với lượng mưa tương ứng sinh ra trận lũ đó (H).




Hệ số dòng chảy lũ phụ thuộc vào lượng mưa, cường độ mưa, và các yếu tố mặt đệm như loại đất trên lưu vực, mật độ che phủ của rừng…
b. Một số công thức tính thấm
CT Horton


CT Philip


CT Phê-đô-rốp:
Chú thích:
Kt: Cường độ thấm tại thời điểm tính toán (mm/phút)
K0: Cường độ thấm ban đầu (mm/phút)
Kc: Cường độ thấm ổn định (mm/phút)
l: Hệ số biểu thị sự triết giảm cường độ thấm theo thời gian
A: Thông số đặc trưng cho loại đất và đặc điểm bề mặt lưu vực
d: Độ thiếu hụt bão hòa của độ ẩm đất
at: Cường độ mưa tại thời điểm tính toán (mm/phút)
t: thời gian tính toán kể từ khi bắt đầu mưa (phút)
c. Đường cong SCS của Cơ quan Bảo vệ Thổ nhưỡng Hoa Kỳ
Đặt:
P là lượng mưa của trận mưa (mm)
Pe là lượng mưa hiệu quả (mm)
Ia: tổn thất ban đầu, giả thiết bằng 0.2S
S: Giới hạn độ sâu nước bị cầm giữ tiềm năng (mm)
Khi đó:



Khi P0.2S
Pe=0 khi P<0.2S
Đường cong SCS (tiếp)
Trị số S được xác định theo quan hệ giữa S và CN (số hiệu đường cong dòng chảy) như sau:



CN lấy giá trị trong khoảng (0, 100). Đối với bề mặt không thấm nước hoặc mặt nước CN=100. Đối với bề mặt tự nhiên CN <100.
Các số hiệu CN được lập thành bảng sẵn dựa trên phân loại đất và tình hình sử dụng đất
Lượng mưa P (in)
Dòng chảy trực tiếp Q (in)
5. Thời gian tập trung dòng chảy
Khái niệm:
Là khoảng thời gian để một chất điểm nước tại vị trí xa nhất trên lưu vực chuyển động tới tuyến cửa ra. Ký hiệu: t
Quá trình tập trung nước gồm hai giai đoạn:
Tập trung dòng chảy trên sườn dốc (td)
Tập trung dòng chảy trong sông (ts)
Hai quá trình này thực chất không thể phân tách ra được
6. Công thức căn nguyên dòng chảy
CT được thiết lập nhằm khái quát hóa và tính toán quá trình lưu lượng ở tuyến cửa ra của lưu vực trên cơ sở lý thuyết đường đẳng thời.
Đường đẳng thời là đường cong nối tất cả các điểm trên lưu vực có cùng thời gian tập trung dòng chảy về tuyến cửa ra.
Trường hợp 1: t < Tcn
Ví dụ 1:
Giả sử có một trận mưa với thời gian mưa hiệu quả là 5 giờ với lượng mưa tương ứng là h1, h2, h3, h4, h5.
Tcn=5 (giờ)
Giả sử lưu vực A được phân chia bởi các đường đẳng thời thành các diện tích bộ phận f1, f2, f3.
t = 3 (giờ)
Như vậy t < Tcn
Xác định quá trình lưu lượng
Tại thời điểm ban đầu, lưu lượng đo tại tuyến cửa ra của lưu vực là:
Q0 = 0
Sau 1h: Q1= h1f1
Sau 2h: Q2= h1f2 + h2f1
Sau 3h: Q3= h1f3+h2f2+h3f1
Sau 4h: Q4= h2f3 +h3f2 +h4f1
Sau 5h: Q5= h3f3+ h4f2+h5f1
Sau 6h: Q6= h4f3+h5f2
Sau 7h: Q7= h5f3
Sau 8h: Q8=0
Trường hợp 2: t = Tcn
Ví dụ 2:
Giả sử có một trận mưa với thời gian mưa hiệu quả là 3 giờ với lượng mưa tương ứng là h1, h2, h3.
Tcn=3 (giờ)
Giả sử lưu vực A được phân chia bởi các đường đẳng thời thành các diện tích bộ phận f1, f2, f3.
t = 3 (giờ)
Như vậy t = Tcn
Xác định quá trình lưu lượng
Tại thời điểm ban đầu, lưu lượng đo tại tuyến cửa ra của lưu vực là:
Q0 = 0
Sau 1h: Q1= h1f1
Sau 2h: Q2= h1f2 + h2f1
Sau 3h: Q3= h1f3+h2f2+h3f1
Sau 4h: Q4= h2f3 +h3f2
Sau 5h: Q5= h3f3
Sau 6h: Q6=0
Trường hợp 3: t > Tcn
Ví dụ 3:
Giả sử có một trận mưa với thời gian mưa hiệu quả là 2 giờ với lượng mưa tương ứng là h1, h2, h3.
Tcn=2 (giờ)
Giả sử lưu vực A được phân chia bởi các đường đẳng thời thành các diện tích bộ phận f1, f2, f3.
t = 3 (giờ)
Như vậy t > Tcn
Xác định quá trình lưu lượng
Tại thời điểm ban đầu, lưu lượng đo tại tuyến cửa ra của lưu vực là:
Q0 = 0
Sau 1h: Q1= h1f1
Sau 2h: Q2= h1f2 + h2f1
Sau 3h: Q3= h1f3+h2f2
Sau 4h: Q4= h2f3
Sau 5h: Q5= 0

Công thức tổng quát




Trong đó:
i: thời điểm tính toán
k  m, với m là số thời đoạn mưa hiệu quả
i-k Sự hình thành lưu lượng đỉnh lũ
Từ công thức căn nguyên dòng chảy tổng quát, ta có:



TH 1: t < Tcn, theo VD1 thì Qmax = Q4 = h2f3 +h3f2 +h4f1
TH 2: t = Tcn, theo VD2 thì Qmax = Q3 = h1f3+h2f2+h3f1
NX: toàn bộ thành phần diện tích lưu vực tham gia vào sự hình thành lưu lượng đỉnh lũ  Dòng chảy hoàn toàn.
TH 3: t > Tcn, theo VD3 thì Qmax = Q2 = h1f2 + h2f1
NX: Chỉ một phần diện tích lưu vực tham gia vào sự hình thành lưu lượng đỉnh lũ  Dòng chảy không hoàn toàn.
II. Xác định dòng chảy lũ thiết kế
1. Khái niệm
Dòng chảy lũ thiết kế là dòng chảy lũ được tính ứng với tần suất thiết kế nào đó.
Tần suất thiết kế lũ là tần suất nhằm đảm bảo chống được trận lũ nào đó theo yêu cầu. Ký hiệu: P (%). Tần suất này được chọn tùy theo quy mô cấp bậc công trình.
Các đặc trưng biểu thị dòng chảy lũ thiết kế:
Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Qmaxp (m3/s)
Tổng lượng dòng chảy lũ thiết kế Wmaxp (m3)
Quá trình lũ thiết kế (Q~t)p
2. Bài toán tính lũ thiết kế
Cho biết:
Tài liệu khí tượng thủy văn
Tài liệu địa hình địa chất
Tài liệu dân sinh kinh tế
Tần suất thiết kế P
Yêu cầu tính toán dòng chảy lũ thiết kế:
Tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Qmaxp
Tính tổng lượng lũ thiết kế Wmaxp
Xác định quá trình lũ thiết kế (Q~t)p
Phương pháp giải:
Phương pháp thống kê xác suất
Phương pháp công thức kinh nghiệm
Phương pháp lưu vực tương tự
Phương pháp mô hình toán
3. Trường hợp có đủ tài liệu đo đạc thủy văn
a) Xác định Qmaxp
Lược đồ giải:
Chọn mẫu thống kê
Xử lý lũ đặc biệt lớn (nếu có)
Lựa chọn dạng phân phối xác suất
Nếu là PIII: Qmaxp = Qmax (F(Cs,P).Cv+1)
Nếu là KM: Qmaxp = Qmax.Kp
Tính hệ số an toàn (nếu cần)
i) Chọn mẫu thống kê: 2 phương pháp
Phương pháp mỗi năm chọn một trị số:
Chọn giá trị lưu lượng lớn nhất trong năm.Nếu có n năm chọn được n giá trị.
Đặc điểm:
Đảm bảo tính độc lập, tính đồng nhất nhưng tính đại biểu không cao
Tổng số mẫu lấy được S = Tổng số năm n
Tần suất tính toán lũ là tần suất năm.
(VD: P=1% nghĩa là lũ 100 năm xuất hiện 1 lần).
Chọn mẫu thống kê (tiếp)
Phương pháp chọn mỗi năm nhiều trị số:
Cách 1: Chọn mỗi năm một số mẫu cố định (2, 3, 4 trị số lớn nhất)
Cách 2: Thống kê tất cả các giá trị lớn hơn hoặc bằng Qgh. Trong đó: Qgh là giá trị lưu lượng giới hạn, có thể là:
3 đến 5 lần Q0
Là giá trị lớn nhất của năm có lũ nhỏ nhất
Đặc điểm:
Bảo đảm tính đại biểu nhưng tính đồng nhất và độc lập thường bị vi phạm
Tổng số mẫu S khác với tổng số năm n
Tần suất tính toán lũ là tần suất lần Ps. Trong tính toán phải chuyển về tần suất năm.
Với m = S/n
ii) Xử lý lũ đặc biệt lớn
Khái niệm: Lũ đặc biệt lớn là trận lũ có trị số rất lớn do tổ hợp thời tiết bất lợi trên lưu vực sinh ra và rất lâu mới gặp lại.
Nội dung:
Xác định thời kỳ xuất hiện lại N
Tính tần suất xuất hiện của trận lũ đặc biệt lớn
Xác định lại các tham số thống kê
Xử lý lũ đặc biệt lớn (tiếp)
Xác định thời kỳ xuất hiện lại:
Căn cứ vào năm phát sinh con lũ
Căn cứ vào mức độ lặp lại con lũ đó
Tính tần suất của lũ đặc biệt lớn theo công thức:

Trong đó: M là số thứ tự của lũ đặc biệt lớn; N là thời kỳ xuất hiện lại lớn nhất

Khi chưa xử lý lũ đặc biệt lớn
Xử lý lũ đặc biệt lớn (tiếp)
Xác định các tham số thống kê:
Trường hợp lũ đặc biệt lớn nằm trong liệt thực đo





CsN = m. CvN
Trong đó kmaxi = Qmaxi/QmaxN
Xử lý lũ đặc biệt lớn (tiếp)
Xác định các tham số thống kê:
Trường hợp lũ đặc biệt lớn nằm ngoài liệt thực đo





CsN = m. CvN
Sau khi xử lý lũ đặc biệt lớn
iii) Xác định Qmaxp
Nếu là PIII: Qmaxp = Qmax (F(Cs,P).Cv+1)
Nếu là KM: Qmaxp = Qmax.Kp, trong đó Kp =f(P, Cv, Cs)
Đối với các công trình thủy công lâu dài xét trong điều kiện làm việc bất thường (tần suất <0.01%), sẽ không an toàn nếu không xét đến sai số do mẫu có dung lượng nhỏ gây ra.
Hệ số hiệu chỉnh an toàn:



Trong đó:
a là hệ số phụ thuộc vào mức độ tin cậy của tài liệu thủy văn
a=0.7 với các lưu vực đã được nghiên cứu đầy đủ
a=1.5 với các lưu vực ít được nghiên cứu
Ep xác định trên biểu đồ hoặc tra bảng
DQ không được vượt quá 20%Qmp
b) Xác định Wmaxp
Tổng lượng lũ toàn trận là lượng dòng chảy sinh ra trong một trận lũ. K/h: Wmax.



tc-tđ = T (thời gian kéo dài trận lũ)
Tổng lượng lũ thời khoảng là lượng dòng chảy sinh ra trong một thời khoảng nào đó



t2-t1 = DT (thời khoảng tính toán)
Trong thực tế DT có thể là 1 ngày, 3 ngày, 5 ngày, 7 ngày, …
i) Xác định Wmax cho một trận lũ bất kỳ
Do số liệu lưu lượng dòng chảy thực đo là rời rạc nên các công thức định nghĩa được chuyển về:






Trong đó:
Qi, Qj là lưu lượng bình quân trong thời đoạn thứ i, j.
n, m là số thời đoạn tính toán
ii) Xác định Wmaxp hoặc WDT,p
Tùy theo yêu cầu tính Wmaxp hoặc WDT,p
Cách làm giống như xác định Qmaxp
Nếu là PIII: Wmaxp = Wmax (F(Cs,P).Cv+1)
Nếu là KM: Wmaxp = Wmax.Kp, trong đó Kp =f(P, Cv, Cs)
c) Xác định quá trình lũ thiết kế (Q~t)p
Phương pháp:
chọn một trận lũ điển hình, sau đó thu phóng để có quá trình lũ thiết kế
Yêu cầu của một trận lũ điển hình
Phải là một trận lũ thực đo
Đỉnh lũ (hoặc lượng lũ) của trận lũ điển hình xấp xỉ với đỉnh lũ (hoặc lượng lũ) thiết kế
Có hình dạng bất lợi đối với công trình
VD: đỉnh lũ lớn, thời gian duy trì đỉnh kéo dài
i) Phương pháp thu phóng cùng tỷ số
Nhân tung độ của đường quá trình lũ điển hình với cùng một tỷ số KQ hoặc KW thời gian giữ nguyên không đổi được đường quá trình lũ thiết kế.



Trong đó:
Qmp, Qmđh: Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế và lũ điển hình
Wmp, Wmđh: Tổng lượng lũ thiết kế và lũ điển hình

Khi đó:
Qip = Qiđh. KQ hoặc Qip = Qiđh. KW
Trong đó Qip, Qiđh là tung độ của đường quá trình lũ thiết kế và lũ điển hình
Hoặc
Nhận xét:
Nếu thu phóng theo tỉ số KQ thì đảm bảo đường quá trình lũ thiết kế có đỉnh lũ bằng đỉnh lũ thiết kế
Nếu thu phóng theo tỉ số KW thì đảm bảo đường quá trình lũ thiết kế có tổng lượng lũ bằng tổng lượng lũ thiết kế
Nếu quan hệ tương quan giữa đỉnh lũ và tổng lượng lũ là chặt chẽ thì KQ  KW. Khi đó sẽ đảm bảo cả đỉnh lũ và tổng lượng lũ xấp xỉ đỉnh lũ thiết kế và tổng lượng lũ thiết kế
ii) Phương pháp thu phóng Oghiepxki
Để đảm bảo đỉnh lũ sau khi thu phóng bằng đỉnh lũ thiết kế, các tung độ của đường quá trình lũ điển hình được nhân với tỉ số KQ để có tung độ của đường quá trình lũ thiết kế



Giả sử sau khi thu phóng, diện tích khống chế bởi đường quá trình lũ thiết kế là Wp, thời gian kéo dài trận lũ thiết kế là Tp



f: hệ số hình dạng của đường quá trình lũ. Với lũ tam giác f =1.
Tương tự với trận lũ điển hình
Phương pháp thu phóng Oghiepxki (tiếp)
Nếu gọi KT là tỉ số thu phóng theo trục hoành thì:


Trong đó:




Nhận xét: Nếu nhân tung độ của quá trình lũ điển hình theo tỉ số KQ, hoành độ theo KT thì sẽ đảm bảo đường quá trình lũ thiết kế có đỉnh lũ là Qmp và tổng lượng lũ là Wp.
Các bước thực hiện:
Chọn đường quá trình lũ điển hình
Tính KQ, KW và KT theo công thức
Chia thời gian kéo dài trận lũ điển hình (Tđh) ra nhiều thời đoạn T1đh, T2đh, …Tiđh…; Lưu lượng lũ lấy trên đường quá trình lũ điển hình ở cuối các thời đoạn trên sẽ là Q1đh, Q2đh, … Qiđh …
Tính
Qip = Qiđh x KQ
Tip = Tiđh x KT
Chấm các điểm (Qip, Tip) và nối chúng lại với nhau sẽ được đường quá trình lũ thiết kế.
4. Trường hợp không có tài liệu
Công thức lý luận: là loại công thức được xây dựng trên cơ sở công thức căn nguyên dòng chảy, từ đó xây dựng mối liên hệ giữa đỉnh lũ với các đặc trưng mưa gây lũ và các yếu tố ảnh hưởng của mặt đệm. Điển hình: công thức cường độ giới hạn
Công thức kinh nghiệm: là loại công thức đã hoàn toàn dựa trên cơ sở tổng hợp tài liệu thực đo về lũ nhằm xác định mối quan hệ giữa lưu lượng đỉnh lũ với các nhân tố ảnh hưởng, từ đó dùng một công thức toán học để thể hiện mối quan hệ đó. Điển hình: công thức triết giảm mô đun đỉnh lũ theo diện tích lưu vực sông.
Công thức bán kinh nghiệm: là loại công thức trung gian của 2 loại trên, nghĩa là vừa dựa vào phân tích căn nguyên của sự hình thành dòng chảy lũ vừa tổng hợp theo tài liệu thực đo để tham số hóa các công thức tính toán. Điển hình: công thức Xôkôlôpxki
a) Công thức cường độ giới hạn
Dựa theo công thức căn nguyên dòng chảy, lưu lượng đỉnh lũ cho trường hợp dòng chảy hoàn toàn có thể viết dưới dạng:
Qmax=ht.F
Trong đó:
ht – cường độ mưa hiệu quả
t - thời gian tập trung dòng chảy
F - diện tích lưu vực
ht có thể tính theo cường độ mưa at theo công thức:
ht = a. at
Trong đó:
a – hệ số dòng chảy lũ
Công thức cường độ giới hạn (tiếp)
Công thức viết lại thành:
Qmax= K. a. at.F
Trong đó K – hệ số chuyển đổi đơn vị.
Với Qmax (m3/s); F (km2):
Khi at tính theo mm/phút thì K = 16.67
Khi at tính theo mm/h thì K=2.78
Khi tính đỉnh lũ thiết kế:
Qmaxp= K. a. atp.F
Trong đó atp là cường độ mưa thiết kế
i) Cường độ mưa thiết kế
Khái niệm: là cường độ mưa bình quân lớn nhất thời đoạn t ứng với tần suất thiết kế
Trong đó t là thời gian tập trung dòng chảy của lưu vực
Xác định cường độ mưa thiết kế theo 2 phương pháp:
Công thức kinh nghiệm
Đường cong triết giảm mưa
Đường cong triết giảm mưa
Tác giả: Alechxayep
Dựa vào tài liệu mưa tự ghi lập tỉ số giữa lượng mưa lớn nhất thời đoạn t ứng với tần suất thiết kế P và lượng mưa ngày lớn nhất ứng với tần suất thiết kế P.



Trong đó:
Htp – Lượng mưa thiết kế
Hnp – Lượng mưa ngày thiết kế
Đường cong triết giảm mưa (tiếp)
Hàm y(tp) có các tính chất sau:
Có tính phân vùng rõ rệt:
Lãnh thổ Việt Nam được chia làm 15 vùng mưa ứng với 15 cụm đường y(tp) ~ t
Trong một vùng mưa các đường tần suất rất sít nhau, nghĩa là tọa độ của đường cong không phụ thuộc vào P. Bởi vậy, chọn đường bình quân của các đường cong trong cùng khu vực để sử dụng. Khi đó thay y(tp) bằng y(t)
Đường cong triết giảm mưa (tiếp)
Đặt



Ứng với mỗi đường y(t) ~ t sẽ có một đườngy(t) ~ t
Khi t tăng thì y(t) giảm. Nên đường y(t) ~ t được gọi là đường cong triết giảm mưa.
Ứng dụng đường cong triết giảm mưa tính cường độ mưa thiết kế
Trong thực hành, đường cong triết giảm mưa được cho dưới dạng bảng tọa độ và bản đồ phân khu mưa rào.
Công thức cường độ giới hạn (tiếp)
Sau khi biết atp theo đường cong triết giảm mưa, thay vào công thức cường độ giới hạn tính lưu lượng đỉnh lũ:
Qmaxp= K. a. atp.F
Qmaxp= K. a. (Hnp.y(t)).F
Nếu t tính theo phút thì
Qmaxp= 16.67y(t). a. Hnp.F
ii) Thời gian tập trung dòng chảy
Thời gian tập trung nước là thời gian để cho một chất điểm nước nào đó trên lưu vực di chuyển về tuyến cửa ra.
Quá trình tập trung nước gồm hai giai đoạn:
Quá trình tập trung nước trên sườn dốc
Quá trình tập trung nước trong lòng sông về tuyến cửa ra
Thời gian chảy tụ trên sườn dốc td


Trong đó:
Ld: chiều dài bình quân sườn dốc lưu vực (km)
md: thông số tập trung dòng chảy trên sườn dốc, phụ thuộc vào tình hình bề mặt sườn dốc
Jd: độ dốc sườn dốc (0/00)
htd: cường độ cấp nước bình quân lớn nhất trong thời đoạn td.


Với lưu vực cụ thể thì a và Hnp đã biết.
Thời gian chảy tụ trên sườn dốc (tiếp)
Thay htd vào biểu thức có:



Không thể giải trực tiếp ra td nên biến đổi như sau:



Trong đó:
Fd: hệ số địa mạo thủy văn sườn dốc
Quan hệ td ~ Fd được xây dựng dưới dạng bảng tọa độ cho từng vùng mưa khác nhau.
Thời gian chảy tụ trong sông ts


Trong đó:
Ls: chiều dài sông
ms: thông số tập trung nước trong sông phụ thuộc vào tình hình sông suối của lưu vực
Js: độ dốc lòng sông
Qmaxp: lưu lượng đỉnh lũ thiết kế
Qmaxp= 16.67y(t). a. Hnp.F
Thời gian chảy tụ trong sông ts
Thay Qmaxp vào công thức và diễn đạt lại như sau:


Trong đó:
A = 16,67()
Fs = hệ số thủy địa mạo lòng sông
Quan hệ A ~ s ~ d ~ vùng mưa được cho dưới dạng bảng tọa độ
Trình tự tính toán thời gian tập trung dòng chảy t
Xác định td:
Xác định Hnp
Xác định Ld, md, Jd
Xác định Fd
Tra bảng Fd ~ td ~ vùng mưa xác định td
Xác định ts:
Xác định Ls, ms, Js
Xác định Fs
Tra bảng A ~ s ~ d ~ vùng mưa xác định A
Thay vào công thức tính ts
Xác định t = f(td, ts)
Một công thức kinh nghiệm thường dùng:
Công thức cường độ giới hạn (tiếp)
Qmaxp=16,67.y(t). Hnp. a.F.d1.d2
Trong đó:
Hnp: lượng mưa thiết kế, được xác định từ tài liệu mưa
a: hệ số dòng chảy lũ phụ thuộc vào loại đất cấu tạo nên lưu vực, Hnp và F
d1: hệ số triết giảm đỉnh lũ do ao hồ



fa – tỉ lệ diện tích ao hồ (fa = Fao hồ/F)
c – hệ số phụ thuộc vào lớp dòng chảy lũ
Đối với vùng mưa lũ kéo dài c = 0.1
Đối với vùng mưa lũ ngắn c = 0.2
d2: hệ số triết giảm đỉnh lũ do rừng



fr – tỉ lệ diện tích rừng (fr = Frừng/F)
b) Công thức triết giảm môđun đỉnh lũ theo diện tích
Môđun đỉnh lũ:


Môđun đỉnh lũ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: đặc điểm mưa, đặc điểm địa hình, lớp phủ thực vật, diện tích lưu vực
Môđun đỉnh lũ thiết kế: qmaxp (m3/s.km2)
Công thức triết giảm môđun đỉnh lũ theo diện tích (tiếp)
Theo nhiều nghiên cứu, môđun đỉnh lũ giảm khi diện tích lưu vực tăng và được mô tả bằng hàm số mũ:



Trong đó: n là hệ số triết giảm; Ap là tham số địa lý khí hậu thay đổi theo vùng lãnh thổ; F là diện tích lưu vực sông.
Hệ số n và tham số Ap có thể xác định theo tài liệu thực đo, bằng cách lấy logarit 2 vế:

lgqmaxp = lgAp – nlgF
n chính là hệ số góc của đường quan hệ lgqmaxp ~ lgF
n là hệ số triết giảm được tổng hợp từ tài liệu thực đo lũ và được phân vùng theo lãnh thổ
Lg(F)
Lg(qmaxp)
Lg(qmaxp)= 1.5509 – 0.4459 lg(F)
i) Xác định lưu lượng đỉnh lũ theo trị số quy chuẩn của môđun đỉnh lũ
Môđun đỉnh lũ quy chuẩn q100 ứng với diện tích 100km2 và tần suất 10% được xây dựng thành bản đồ đẳng trị
Theo công thức triết giảm:


n là hệ số triết giảm được tổng hợp từ tài liệu thực đo lũ và được phân vùng theo lãnh thổ
Từ đó suy ra:
i) Xác định lưu lượng đỉnh lũ theo trị số quy chuẩn của môđun đỉnh lũ (tiếp)
Đặt gọi là hệ số chuyển đổi tần suất
(tra bảng theo phân vùng lãnh thổ)
Viết lại công thức dưới dạng:



Từ đó có lưu lượng đỉnh lũ thiết kế
ii) Xác định Qmaxp theo lưu vực tương tự
Giả sử chọn được lưu vực có điều kiện khí hậu, mặt đệm tương tự như lưu vực nghiên cứu
Coi tham số Ap của hai lưu vực là như nhau


Dùng hệ số triết giảm n theo bản đồ phân vùng
Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế:
c) Công thức Xô-kô-lốp-sky
Công thức được xây dựng trên các sơ sở:
Chỉ xét các nhân tố chủ đạo ảnh hưởng đến dòng chảy lũ trong phạm vi độ chính xác thực dụng và các nhân tố đó có thể xác định dễ dàng
Coi tần suất mưa là tần suất lũ
Không những xét đến đỉnh lũ, mà còn xét đến lượng lũ, đường quá trình lũ
Tổn thất lũ tính bằng hệ số dòng chảy tổng lượng
Xây dựng công thức Xô-kô-lốp-sky
Tác giả đã đơn giản hóa quá trình lũ thành hai đường cong parabol gặp nhau tại đỉnh
Phương trình của nhánh lũ lên



Phương trình của nhánh lũ xuống


Trong đó m và n là các bậc của đường Parabol
Xây dựng công thức Xô-kô-lốp-sky (tiếp)
Khi đó, tổng lượng lũ được xác định theo phép tích phân:




Đặt tx = g.tl


Từ đó rút ra
Xây dựng công thức Xô-kô-lốp-sky (tiếp)
Cho gọi là hệ số hình dạng lũ

Ta có:


Mặt khác, tổng lượng lũ Wmp có thể tính theo lớp dòng chảy lũ yTp theo công thức:
Wmp = yTp.F
Trong đó yTp = a(HTP-H0)
a: hệ số dòng chảy lũ;
HTP = lượng mưa thiết kế trong thời đoạn T;
H0 = lớp tổn thất ban đầu.
Xây dựng công thức Xô-kô-lốp-sky (tiếp)
Từ đó có dạng công thức cuối cùng:



Trong đó K là hệ số chuyển đổi đơn vị. Khi thời gian lũ lên Tl tính theo giờ, cường độ mưa tính theo mm/h thì K =0.278
Xây dựng công thức Xô-kô-lốp-sky (tiếp)
Khi xét đến ảnh hưởng của ao hồ, lớp phủ thực vật và lưu lượng nước ngầm thì:




d1: hệ số triết giảm đỉnh lũ do ảnh hưởng ao hồ
d2: hệ số triết giảm đỉnh lũ do ảnh hưởng lớp phủ thực vật
d3: hệ số triết giảm đỉnh lũ do ảnh hưởng điều tiết của lòng sông
Qng: lưu lượng nước ngầm trước khi có lũ
Cách xác định các tham số trong công thức:
Thời gian lũ lên tính bằng thời gian tập trung nước trong sông:
L- chiều dài sông chính (km)
(3,6 hệ số đổi đơn vị);
V = (0,60,7)Vm;
với Vm – tốc độ trung bình lớn nhất ở mặt cắt cửa ra
Nhóm thông số (Hp- H0) được xác định theo sơ đồ phân khu mưa rào dòng chảy. Trong đó Hp là lượng mưa thiết kế được xác định từ đường cong triết giảm mưa
Hệ số hình dạng lũ f được xác định theo sơ đồ phân khu hoặc mượn lưu vực tương tự


Trị số Qng được lấy bằng trị số Q0 đối với lưu vực lớn và bỏ qua đối với lưu vực nhỏ.
Phạm vi ứng dụng các công thức tính lưu lượng đỉnh lũ:
Công thức cường độ giới hạn: F  100 km2
Công thức triết giảm môđun đỉnh lũ theo diện tích lưu vực: F  100km2
Công thức Xô-kô-lốp-sky: F  100km2
d) Xác định Wmaxp
Mượn quan hệ Qmaxp ~ Wmaxp của lưu vực tương tự
Sử dụng công thức kinh nghiệm:
Với lưu vực nhỏ F<1km2 thì: wmp = 103(150).Hnp.F
Với lưu vực có F =1 50km2: 103.Hnp.F
Trong đó: Hnp – lượng mưa ngày thiết kế
e) Xác định đường quá trình lũ thiết kế
Phương pháp sử dụng mô hình toán thủy văn
Phương pháp khái quát hóa đường quá trình lũ theo dạng toán học nào đó
i) Đường quá trình lũ dạng tam giác
Thời gian kéo dài trận lũ:


Tlũ = Tl + Tx
Có

Đối với lưu vực nhỏ ít điều tiết g =1,52
Đối với lưu vực điều tiết nhiều g =2,53,5 hoặc lấy theo lưu vực tương tự
Qmaxp
Tlũ
Wmaxp
ii) Đường quá trình lũ dạng hình thang
Thời gian kéo dài trận lũ
iii) Đường quá trình lũ dạng Xô-kô-lốp-sky






Đối với lũ do mưa rào đề nghị lấy m=2, n=3