- Trang Chủ
- Địa Lý
- Kỹ thuật và quản lý hệ thống nguồn nước ( Đại học Quốc gia Hà Nội ) - Chương 10
Xem mẫu
- phÇn
3
kü thuËt vµ
qu¶n lý níc
d thõa
410
- Ch¬ng
10
Thñy v¨n vµ thñy lùc
trong qu¶n lý
níc d thõa
Ch¬ng nµy tr×nh bµy mét sè ph¬ng ph¸p luËn vÒ thñy v¨n vµ thñy lùc
c¬ b¶n cÇn thiÕt cho viÖc qu¶n lý níc d thõa, nh»m môc ®Ých kh¶o luËn
c¸c ph¬ng ph¸p ®îc sö dông réng r·i h¬n. Ngêi ®äc cã thÓ tham kh¶o
c¸c cuèn s¸ch (Bedient vµ Huber, 1988; Chow vµ céng sù, 1988; Vessman
vµ céng sù, 1989 vµ Bras, 1990) ®Ó biÕt chi tiÕt h¬n vÒ c¸c nguyªn lý cña
c¸c ph¬ng ph¸p nµy. C¸c lo¹i ph¬ng ph¸p kh¸c nhau bao gåm c¶ c¸c m«
h×nh ngÉu nhiªn hoÆc tÊt ®Þnh vµ c¶ c¸c m« h×nh th«ng sè tËp trung hoÆc
ph©n phèi. C¸c ®Þnh nghÜa vÒ c¸c lo¹i m« h×nh nµy lÊy theo c¸c ®Þnh nghÜa
cña Chow vµ céng sù (1988). C¸c m« h×nh tÊt ®Þnh kh«ng xem xÐt tÝnh
ngÉu nhiªn trong khi c¸c m« h×nh ngÉu nhiªn cã c¸c ®Çu ra Ýt nhÊt lµ ngÉu
nhiªn côc bé. C¸c m« h×nh th«ng sè tËp trung tÝnh trung b×nh theo kh«ng
gian cña mét hÖ thèng, xem hÖ thèng nh mét ®iÓm ®¬n lÎ kh«ng cã thø
nguyªn trong kh«ng gian. C¸c m« h×nh ph©n phèi xem xÐt c¸c ®iÓm kh¸c
nhau trong kh«ng gian vµ x¸c ®Þnh c¸c biÕn m« h×nh nh c¸c hµm cña c¸c
thø nguyªn kh«ng gian. C¸c chñ ®Ò chÝnh th¶o luËn ë ®©y lµ ph©n tÝch ma
- dßng ch¶y (tÊt ®Þnh, tËp trung), diÔn to¸n thñy v¨n s«ng vµ hå chøa (tÊt
®Þnh, tËp trung), ph©n tÝch tÇn suÊt dßng ch¶y lò (ngÉu nhiªn, tËp trung),
ph©n tÝch tr¾c diÖn däc mÆt níc (tÊt ®Þnh, ph©n phèi) vµ diÔn to¸n thñy lùc
(tÊt ®Þnh, ph©n phèi) ®Ó dù b¸o lò.
10.1. ph©n tÝch thñy v¨n vµ thñy lùc ®ång b»ng ngËp lôt
Ph©n tÝch thñy v¨n vµ thñy lùc lò ®îc yªu cÇu trong quy ho¹ch, thiÕt kÕ vµ qu¶n lý nhiÒu
lo¹i thµnh phÇn bao gåm c¸c hÖ thèng thñy v¨n trong ®ång b»ng ngËp lôt hoÆc lu vùc s«ng. C¸c
ph©n tÝch nµy cÇn thiÕt cho viÖc x¸c ®Þnh c¸c cao tr×nh vµ ®é s©u ngËp lôt kh¶ n¨ng, c¸c diÖn tÝch
ngËp lôt, kÝch thíc c¸c kªnh m¬ng, c¸c cao tr×nh ®ª, c¸c giíi h¹n cña ®êng, thiÕt kÕ c¸c nót
giao th«ng vµ c¸c cèng níc cïng nhiÒu viÖc kh¸c. C¸c yªu cÇu ®iÓn h×nh bao gåm:
391
- 1. C¸c nghiªn cøu th«ng tin vÒ ®ång b»ng ngËp lôt. Ph¸t triÓn c¸c th«ng
tin vÒ c¸c sù kiÖn lò lôt ®Æc trng nh c¸c sù kiÖn cã tÇn sè xuÊt hiÖn
10 n¨m, 100 n¨m vµ 500 n¨m.
2. §¸nh gi¸ c¸c ph¬ng ¸n sö dông ®Êt trong t¬ng lai. Ph©n tÝch mét
lo¹t c¸c sù kiÖn lò lôt (cã c¸c tÇn sè xuÊt hiÖn kh¸c nhau) ®èi víi viÖc
sö dông ®Êt hiÖn t¹i vµ trong t¬ng lai ®Ó x¸c ®Þnh nguy c¬ tiÒm Èn
rñi ro do lò lôt, thiÖt h¹i do lò lôt vµ ¶nh hëng cña lò lôt ®èi víi m«i
trêng.
3. §¸nh gi¸ c¸c biÖn ph¸p lµm gi¶m tæn thÊt do lò lôt. Ph©n tÝch mét
lo¹t c¸c sù kiÖn lò lôt (cã c¸c tÇn sè xuÊt hiÖn kh¸c nhau) ®Ó x¸c ®Þnh
viÖc lµm gi¶m thiÖt h¹i do lò lôt kÕt hîp víi c¸c dßng ch¶y thiÕt kÕ
®Æc trng.
4. C¸c nghiªn cøu thiÕt kÕ. Ph©n tÝch c¸c sù kiÖn lò lôt ®Æc trng ®Ó x¸c
®Þnh kÝch thíc c¸c ph¬ng tiÖn, ®¶m b¶o sù an toµn cña chóng vµ
tr¸nh thÊt b¹i.
5. C¸c nghiªn cøu ho¹t ®éng. §¸nh gi¸ mét hÖ thèng ®Ó x¸c ®Þnh xem
c¸c yªu cÇu ®· ®Æt ra víi nã theo c¸c sù kiÖn lò lôt ®Æc trng cã thÓ
®îc tháa m·n hay kh«ng.
C¸c ph¬ng ph¸p sö dông trong ph©n tÝch thñy v¨n vµ thñy lùc ®îc x¸c ®Þnh theo môc
®Ých, ph¹m vi cña dù ¸n vµ c¸c tµi liÖu s½n cã ®Ó sö dông. h×nh 10.1,1 lµ s¬ ®å ph©n tÝch thñy v¨n
vµ thñy lùc ®èi víi c¸c nghiªn cøu ®ång b»ng ngËp lôt. C¸c kiÓu ph©n tÝch thñy v¨n lµ ph©n tÝch
ma - dßng ch¶y hoÆc ph©n tÝch tÇn suÊt dßng ch¶y lò. NÕu mét sè lîng thÝch hîp c¸c lu
lîng ®Ønh lò tøc thêi hµng n¨m lÞch sö (chuçi cùc ®¹i hµng n¨m) s½n cã ®Ó sö dông th× ph©n
tÝch tÇn suÊt dßng ch¶y lò cã thÓ thùc hiÖn ®Ó x¸c ®Þnh lu lîng ®Ønh lò cho c¸c thêi kú xuÊt
hiÖn l¹i kh¸c nhau. NÕu kh«ng th× viÖc ph©n tÝch ma - dßng ch¶y ph¶i ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch
sö dông ma lò lÞch sö hoÆc ma lò thiÕt kÕ ®èi víi thêi kú xuÊt hiÖn l¹i ®Æc trng ®Ó ph¸t triÓn
mét biÓu ®å qu¸ tr×nh ma - dßng ch¶y.
ViÖc x¸c ®Þnh c¸c cao tr×nh mÆt níc cã thÓ ®îc thùc hiÖn nhê sö dông ph©n tÝch tr¾c diÖn
däc mÆt níc ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh nÕu chØ biÕt c¸c lu lîng ®Ønh hoÆc cã thÓ lùa chän c¸c lu
lîng ®Ønh tõ c¸c biÓu ®å qu¸ tr×nh ma - dßng ch¶y t¹o ra. §Ó ph©n tÝch chi tiÕt vµ toµn diÖn
h¬n, ph©n tÝch dßng ch¶y kh«ng æn ®Þnh ph¶i dùa trªn mét m« h×nh diÔn to¸n thñy lùc vµ cã thÓ
cÇn sö dông biÓu ®å qu¸ tr×nh ma - dßng ch¶y ®Ó x¸c ®Þnh chÝnh x¸c h¬n c¸c cao tr×nh mÆt
níc cùc ®¹i. Ph©n tÝch dßng ch¶y kh«ng æn ®Þnh còng cung cÊp th«ng tin chi tiÕt h¬n nh c¸c
biÓu ®å qu¸ tr×nh lu lîng ®· diÔn to¸n t¹i c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau trªn kh¾p ®o¹n s«ng nghiªn cøu.
10.2. X¸c ®Þnh biÓu ®å qu¸ tr×nh ma lò: ph©n tÝch ma -dng chßy
BiÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y s«ng hay qu¸ tr×nh lu lîng lµ ®å thÞ hoÆc b¶ng thÓ hiÖn
dßng ch¶y íc lîng lµ mét hµm cña thêi gian t¹i vÞ trÝ ®· cho trªn s«ng (Chow vµ nnk, 1988).
Trong thùc tÕ, mét biÓu ®å thñy v¨n lµ “mét biÓu hiÖn trän vÑn c¸c ®Æc trng ®Þa lý tù nhiªn vµ
khÝ hËu chi phèi c¸c quan hÖ gi÷a ma vµ dßng ch¶y cña mét lu vùc s«ng riªng biÖt” (Chow,
1964).
392
- H×nh 10.1.1
C¸c thµnh phÇn cña mét ph©n tÝch thñy v¨n - thñy lùc ®ång b»ng ngËp lôt
§Çu vµo: HÖ thèng: §Çu ra:
Ma Lu vùc s«ng BiÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y
H×nh 10.2.1 M« h×nh ho¸ ma - dßng ch¶y
393
- H×nh 10.2.2
C¸c bíc x¸c ®Þnh dßng ch¶y do ma
§èi tîng ph©n tÝch ma - dßng ch¶y ®îc minh häa trong h×nh 10.2,1 trong ®ã, hÖ thèng
lµ mét lu vùc s«ng, ®Çu vµo lµ biÓu ®å qu¸ tr×nh ma vµ ®Çu ra lµ biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y
hoÆc lu lîng. h×nh 10.2,2 ®Þnh râ c¸c qu¸ tr×nh (hoÆc c¸c bíc) kh¸c nhau sö dông ®Ó x¸c
®Þnh biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y tæng céng tõ ®Çu vµo ma. Môc nµy m« t¶ ph¬ng ph¸p biÓu
®å thñy v¨n ®¬n vÞ vµ øng dông nã ®Ó x¸c ®Þnh biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y do ma.
10.2.1. C¸c tæn thÊt thñy v¨n
Lîng ma vît qu¸ hoÆc lîng ma hiÖu qu¶ lµ lîng ma kh«ng
®îc gi÷ l¹i trªn mÆt ®Êt mµ còng kh«ng thÊm vµo trong ®Êt. Sau khi ch¶y
qua bÒ mÆt lu vùc, lîng ma vît qu¸ trë thµnh dßng ch¶y trùc tiÕp t¹i
cöa ra cña lu vùc. BiÓu ®å qu¸ tr×nh ma vît qu¸ lµ mét thµnh phÇn quan
träng trong viÖc nghiªn cøu c¸c quan hÖ ma - dßng ch¶y. HiÖu sè gi÷a
biÓu ®å qu¸ tr×nh lîng ma tæng céng vµ biÓu ®å qu¸ tr×nh lîng ma vît
qu¸ chÝnh lµ c¸c tæn thÊt. C¸c tæn thÊt chñ yÕu lµ níc hÊp thu do thÊm
cïng víi mét sè lîng khÊu trõ do bÞ chÆn vµ tr÷ l¹i trªn bÒ mÆt.
ThÊm lµ qu¸ tr×nh níc th©m nhËp tõ mÆt ®Êt vµo ®Êt. Cã nhiÒu nh©n tè
¶nh hëng ®Õn tèc ®é thÊm, bao gåm: ®iÒu kiÖn mÆt ®Êt vµ líp phñ thùc vËt,
c¸c tÝnh chÊt cña ®Êt (nh ®é rçng vµ tÝnh dÉn thñy lùc cña nã) vµ tr÷ lîng
Èm hiÖn cã trong ®Êt. Tèc ®é thÊm f biÓu diÔn b»ng inch/h hoÆc cm/h lµ
tèc ®é níc vµo ®Êt t¹i bÒ mÆt. Díi c¸c ®iÒu kiÖn níc t¹o thµnh vòng trªn
bÒ mÆt, thÊm x¶y ra víi tèc ®é thÊm kh¶ n¨ng. ThÊm tÝch lòy F lµ ®é s©u
lòy tÝch cña níc thÊm trong mét kho¶ng thêi gian ®Æc trng vµ b»ng tÝch
ph©n cña tèc ®é thÊm trong toµn bé kho¶ng thêi gian ®ã:
t
(10.2.1)
Ft F (t ) f ( )d
0
Tèc ®é thÊm b»ng ®¹o hµm cña thÊm lòy tÝch. Ba ph¬ng tr×nh thÊm ®·
®îc c«ng nhËn vµ ®· ®îc sö dông réng r·i (Green-Ampt, Horton vµ SCS)
394
- ®îc tr×nh bµy trong b¶ng 10.2,1, C¸c mèi t¬ng quan cña lîng ma, tèc
®é thÊm vµ thÊm lòy tÝch ®îc thÓ hiÖn trong h×nh 10.2.3.
10.2.2. Ph¬ng ph¸p biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ
BiÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ lµ biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y trùc tiÕp do
lîng ma vît qu¸ 1 inch (hoÆc 1 cm theo c¸c ®¬n vÞ SI) g©y ra mét c¸ch
®ång ®Òu trªn mét lu vùc s«ng víi tèc ®é kh«ng ®æi trong kho¶ng thêi
gian hiÖu qu¶. VÒ c¬ b¶n, biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ lµ hµm ph¶n øng dao
®éng ®¬n vÞ cña hÖ thñy v¨n tuyÕn tÝnh. BiÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ lµ mét m«
h×nh tuyÕn tÝnh ®¬n gi¶n cã thÓ ®îc sö dông ®Ó nhËn ®îc biÓu ®å thñy
v¨n tõ tæng lîng ma hiÖu qu¶ bÊt kú. Ph¬ng ph¸p biÓu ®å thñy v¨n ®¬n
vÞ lu«n dùa trªn c¸c gi¶ thiÕt díi ®©y:
1. Lîng ma hiÖu qu¶ cã cêng ®é kh«ng ®æi trong kho¶ng thêi gian
h÷u hiÖu.
2. Lîng ma hiÖu qu¶ ®îc ph©n bè ®ång ®Òu trªn toµn bé lu vùc
s«ng.
3. Thêi gian c¬ së cña c¸c biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y trùc tiÕp do
lîng ma hiÖu qu¶ sinh ra lµ kh«ng ®æi trong kho¶ng thêi gian ®·
cho.
4. C¸c tung ®é cña tÊt c¶ c¸c biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y trùc tiÕp
trong mét thêi gian c¬ së th«ng thêng tû lÖ thuËn víi tæng lîng
dßng ch¶y trùc tiÕp m« t¶ b»ng mçi mét biÓu ®å qu¸ tr×nh lu lîng.
5. §èi víi mét lu vùc s«ng ®· cho, biÓu ®å qu¸ tr×nh lu lîng do
lîng ma hiÖu qu¶ ®· cho sinh ra ph¶n ¸nh c¸c ®Æc trng kh«ng
thay ®æi cña lu vùc.
B¶ng 10.2.1
C¸c ph¬ng tr×nh thÊm
ThÊm lòy tÝch (Ft) Tèc ®é thÊm (ft) Chó gi¶i
* K : dÉn suÊt thñy lùc
* : cét níc hót cña mÆt thÊm ít trong
P h¬ng tr×nh Green-Ampt:
®Êt
ft K
F 1
F
Ft ln 1 t Kt : Lîng thay ®æi tr÷ lîng Èm
*
t
i
* : ®é rçng
395
- i : tr÷ lîng Èm ban ®Çu
* f c : tèc ®é thÊm kh«ng ®æi
P h¬ng tr×nh Horton:
fo fc f t f c f o f c e kt * f o : tèc ®é thÊmban ®Çu
1 e
kt
Ft f c t
k * k : h»ng sè ph©n r·
* S : lîng gi÷ l¹i cùc ®¹i kh¶ n¨ng
1000
S 10
dPt CN
P h¬ng ph¸p SCS:
S2
S Pt I a * CN : sè ®êng cong kh«ng thø nguyªn
dt
ft
Ft
Pt I a S 2 0 CN 100
Pt I a S
* I a : Tæn thÊt ban ®Çu. I a 0,2 S
* Pt : Lîng ma tæng céng theo thêi gian t
Ph¬ng tr×nh cuèn rêi r¹c díi ®©y ®îc sö dông ®Ó tÝnh dßng ch¶y
trùc tiÕp Qn c¨n cø vµo lîng ma hiÖu qu¶ Pm vµ biÓu ®å qu¸ tr×nh lu
lîng ®¬n vÞ U n m1 (Chow vµ céng sù, 1988):
n M
P U (10.2.2)
Qn m n m 1
m 1
trong ®ã: n m« t¶ thêi gian. Qu¸ tr×nh ngîc l¹i gäi lµ ph¸ cuèn ®îc sö
dông ®Ó nhËn ®îc biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ Pm vµ Qn ®· cho. Gi¶ sö cã
M dao ®éng cña lîng ma hiÖu qu¶ vµ N dao ®éng cña dßng ch¶y trùc tiÕp
trong trËn ma ®îc xem xÐt: khi ®ã, N ph¬ng tr×nh cã thÓ ®îc viÕt cho
Qn ( n 1,2,..., N ) díi d¹ng N M 1 tung ®é cña biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ
cha biÕt.
Khi c¸c tµi liÖu ma - dßng ch¶y kh«ng s½n cã ®Ó sö dông, ph¶i dïng
mét biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ nh©n t¹o. Ph¬ng ph¸p thêng ®îc sö dông
nhÊt lµ ph¬ng ph¸p cña Snyder. Ph¬ng ph¸p nµy liªn kÕt thêi gian tõ
träng t©m cña lîng ma ®Õn ®Ønh cña biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ víi c¸c ®Æc
trng ®Þa lý tù nhiªn cña lu vùc s«ng.
396
- H×nh 10.2.3
Lîng ma, tèc ®é thÊm vµ thÊm lòy tÝch
Mét khi biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ ®· ®îc x¸c ®Þnh, nã cã thÓ ®îc ¸p
dông ®Ó t×m dßng ch¶y trùc tiÕp vµ c¸c biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y s«ng.
Tõ biÓu ®å qu¸ tr×nh ma lùa chän víi c¸c khÊu trõ ®îc lîc ®i ®Ó x¸c
®Þnh biÓu ®å qu¸ tr×nh lîng ma hiÖu qu¶. Kho¶ng thêi gian sö dông trong
viÖc x¸c ®Þnh c¸c tung ®é cña biÓu ®å qu¸ tr×nh ma hiÖu qu¶ ph¶i gièng
hÖt nh kho¶ng thêi gian ®· x¸c ®Þnh cho biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ.
10.2.3. Côc C«ng binh Hoa kú, Trung t©m Kü thuËt Thñy v¨n, HEC-1
Ch¬ng tr×nh tÝnh HEC-1 ®· ®îc ph¸t triÓn bëi Trung t©m Kü thuËt
Thñy v¨n (HEC), Côc C«ng binh Hoa kú, ®Ó m« pháng qu¸ tr×nh ma -
dßng ch¶y ®èi víi c¸c lu vùc s¾p xÕp theo kÝch thíc vµ ®é phøc t¹p tõ c¸c
lu vùc ®« thÞ nhá ®Õn c¸c hÖ thèng s«ng ®a lu vùc lín. M« h×nh nµy cã
thÓ ®îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh dßng ch¶y tõ c¸c sù kiÖn nh©n t¹o còng nh
c¸c sù kiÖn lÞch sö. Mét lu vùc s«ng ®îc m« t¶ nh mét hÖ thèng c¸c
thµnh phÇn nèi liÒn víi nhau (xem h×nh 10.2,4), mçi mét trong c¸c thµnh
phÇn ®ã m« h×nh ho¸ mét mÆt cña qu¸ tr×nh ma - dßng ch¶y trong mét tiÓu
lu vùc. C¸c thµnh phÇn lµ thµnh phÇn dßng ch¶y trªn mÆt ®Êt, thµnh phÇn
diÔn to¸n dßng ch¶y s«ng, thµnh phÇn hå chøa, thµnh phÇn chuyÓn níc vµ
thµnh phÇn b¬m.
Quy tr×nh biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ hoÆc sãng ®éng häc cã thÓ ®îc sö
dông trong thµnh phÇn dßng ch¶y trªn mÆt ®Êt ®Ó x¸c ®Þnh biÓu ®å qu¸ tr×nh
dßng ch¶y trùc tiÕp. C¸c thµnh phÇn dßng ch¶y trªn mÆt ®Êt ®èi víi lu vùc
s«ng vÝ dô trong h×nh 10.2,4 lµ: 10. 20, 30, 40, 50 vµ 60, C¸c thµnh phÇn
397
- diÔn to¸n dßng ch¶y: 1020, 3040, 2050, 5060 vµ 6070 trong h×nh 10.2,4
®îc sö dông ®Ó m« t¶ chuyÓn ®éng cña lò trong lßng dÉn nhê sö dông diÔn
to¸n thñy v¨n. §Çu vµo lµ biÓu ®å thñy v¨n thîng lu ®îc diÔn to¸n tíi
mét ®iÓm h¹ lu b»ng c¸ch sö dông ph¬ng ph¸p Muskingum, ph¬ng ph¸p
diÔn to¸n mùc níc ao hå hoÆc ph¬ng ph¸p diÔn to¸n sãng ®éng häc. Mét
thµnh phÇn hå chøa nh 70 trong h×nh 10.2,4 ch¼ng h¹n, t¬ng tù víi thµnh
phÇn diÔn to¸n dßng ch¶y s«ng sö dông quy tr×nh diÔn to¸n mùc níc ao
hå. Thµnh phÇn chuyÓn níc cã thÓ ®îc sö dông ®Ó miªu t¶ nh÷ng chç
chuyÓn níc, c¸c nh¸nh rÏ cña s«ng hoÆc sù di chuyÓn cña dßng ch¶y tõ
mét ®iÓm trong mét lu vùc ®Õn ®iÓm kh¸c ë trong hoÆc ë ngoµi lu vùc
s«ng riªng biÖt. Thµnh phÇn b¬m cã thÓ ®îc sö dông trong viÖc m« pháng
c¸c tr¹m b¬m n©ng dßng ch¶y khái c¸c diÖn tÝch thÊp t¹o thµnh ao hå ch¼ng
h¹n nh c¸c diÖn tÝch ë sau c¸c ®ª.
H×nh 10.2.4
M« h×nh ho¸ ma - dßng ch¶y nhê sö dông HEC-1 (HiÖp héi Kü s Qu©n
®éi Hoa Kú, 1989)
10.2.4. C¸c m« h×nh m« pháng liªn tôc
M« h×nh HEC-1 dïng ph¬ng ph¸p biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ lµ mét m«
h×nh sù kiÖn ®îc sö dông ®Ó m« pháng c¸c sù kiÖn ma - dßng ch¶y riªng
lÎ. C¸c m« h×nh sù kiÖn nhÊn m¹nh ®Õn thÊm vµ dßng ch¶y mÆt cïng víi
c¸c ®èi tîng ®Ó x¸c ®Þnh dßng ch¶y trùc tiÕp. C¸c m« h×nh nµy ®îc sö
dông ®Ó tÝnh to¸n c¸c dßng ch¶y lò ë n¬i mµ dßng ch¶y trùc tiÕp ®ãng gãp
398
- chÝnh cho dßng ch¶y. C¸c m« h×nh sù kiÖn kh«ng xem xÐt ®Õn viÖc tÝnh ®é
Èm gi÷a c¸c trËn ma.
C¸c m« h×nh liªn tôc tÝnh to¸n têng minh cho tÊt c¶ c¸c thµnh phÇn dßng ch¶y, kÓ c¶ dßng
ch¶y mÆt vµ dßng ch¶y gi¸n tiÕp (nhËp lu vµ dßng ch¶y ngÇm). C¸c m« h×nh nµy tÝnh to¸n ®èi
víi c©n b»ng Èm toµn diÖn cña mét lu vùc trªn c¬ së thêi h¹n dµi vµ v× thÕ phï hîp ®Ó dù b¸o
tæng lîng dßng ch¶y thêi h¹n dµi. C¸c m« h×nh liªn tôc xem xÐt ®Õn bèc tho¸t h¬i vµ c¸c thÊt
tho¸t dµi h¹n, x¸c ®Þnh tèc ®é kh«i phôc ®é Èm trong c¸c thêi kú kh«ng cã ma.
Ba m« h×nh liªn tôc ®· sö dông ë Hoa Kú lµ: (1) m« h×nh dßng ch¶y s«ng vµ ®iÒu khiÓn hå
chøa nh©n t¹o (SSARR) ph¸t triÓn bëi Côc C«ng binh Hoa Kú - S ®oµn B¾c Th¸i B×nh D¬ng
(1986); (2) m« h×nh lu vùc Stanford (SWM) ph¸t triÓn t¹i Trêng §¹i häc Stanford (Crawford
vµ Linsley, 1966) vµ (3) m« h×nh Sacramenko ph¸t triÓn bëi nhãm kÕt hîp gi÷a Trung t©m Dù
b¸o s«ng cña Bang – Liªn bang, Côc Thêi tiÕt Quèc gia Hoa Kú vµ Ban Tµi nguyªn níc cña
bang Califorlia (Burnach, Ferral vµ McGuire, 1973). Mét phiªn b¶n ®· söa ®æi cña m« h×nh
Sacramenko ®· ®îc kÕt hîp trong HÖ thèng Dù b¸o s«ng - Côc Thêi tiÕt Quèc gia (NWSRFS)
(Peck, 1976). M« h×nh Sacramenko ®îc th¶o luËn ë møc chi tiÕt h¬n trong c¸c ®o¹n díi ®©y.
Do viÖc tÝnh to¸n dßng ch¶y tõ ma ®îc dùa trªn c¬ së tÝnh to¸n ®é Èm ®Êt nªn m« h×nh
Sacramenko còng ®îc biÕt ®Õn nh lµ m« h×nh tÝnh to¸n ®é Èm ®Êt Sacramenko.
M« h×nh Sacramenko lµ m« h×nh tÊt ®Þnh, cã ®Çu vµo vµ c¸c tham sè tËp trung trong ph¹m
vi diÖn tÝch tÝnh ®é Èm ®Êt. M« h×nh nµy cã thÓ ®îc sö dông ®Ó lµm m« h×nh ¸p suÊt níc, ph©n
chia ®Êt theo chiÒu th¼ng ®øng thµnh hai ®íi tÝnh to¸n ®é Èm chÝnh. §íi trªn cao tÝnh to¸n ®èi
víi lîng tr÷ bÞ chÆn l¹i vµ líp ®Êt bªn díi; ®íi díi thÊp tÝnh to¸n ®èi víi phÇn chñ yÕu cña ®é
Èm ®Êt vµ kh¶ n¨ng chøa níc ngÇm. Mét biÓu ®å kh¸i niÖm cña m« h×nh Sacramenko ®îc thÓ
hiÖn trong h×nh 10.2.5.
C¸c ®íi trªn cao vµ díi thÊp chøa níc ¸p lùc vµ níc tù do (xem h×nh 10.2,5). Níc ¸p
lùc ®îc giíi h¹n chÆt chÏ víi c¸c h¹t ®Êt vµ v× vËy, kh«ng thÓ s½n sµng ®Ó chuyÓn ®éng. Níc
tù do kh«ng bÞ giíi h¹n víi c¸c h¹t ®Êt vµ cã thÓ chuyÓn ®éng theo c¶ hai ph¬ng ®øng vµ ngang
tõ ®Çu ®Õn cuèi tr¾c diÖn ®Êt. Níc ¸p lùc chØ ®îc x¶ hÕt ra b»ng c¸ch bèc tho¸t h¬i níc trong
khi níc tù do ®îc di chuyÓn b»ng c¸ch thÊm qua, ch¶y hßa vµo nhau, bèc tho¸t h¬i níc vµ bæ
sung cho níc ¸p lùc. Trong ®íi trªn cao, nhu cÇu níc ¸p lùc (lîng tr÷ níc ¸p lùc cña ®íi
trªn cao, UZTWS) ph¶i ®îc tháa m·n tríc khi níc ®îc di chuyÓn tíi chç chøa níc tù do.
Trong ®íi díi thÊp, phÇn níc ®Õn cã thÓ trë thµnh níc tù do kh«ng ®¸p øng c¸c yªu cÇu cña
níc ¸p lùc.
Sù chuyÓn ®éng cña níc tõ ®íi trªn cao ®Õn ®íi díi thÊp ®îc x¸c ®Þnh b»ng mét hµm
thÊm cã liªn quan víi c¸c n¨ng lùc vµ dung tÝch cña c¶ hai ®íi vµ c¸c hÖ sè x¶ níc tù do. Hai
lo¹i th«ng tin bèc tho¸t h¬i níc ®îc sö dông lµ: (1) ®êng cong bèc tho¸t h¬i níc thay ®æi
theo mïa bao gåm c¸c gi¸ trÞ trung b×nh th¸ng hoÆc (2) c¸c sè liÖu bèc tho¸t h¬i níc kh¶ n¨ng
thùc tÕ cïng c¸c hÖ sè hiÖu chØnh hµng th¸ng ®Ó tÝnh c¸c thay ®æi mïa theo líp phñ thùc vËt vµ
®iÒu kiÖn mÆt ®Êt.
Phiªn b¶n NWS cña m« h×nh Sacramenko sö dông c¸c kho¶ng thêi gian
tÝnh to¸n 6 giê ®èi víi c¸c m« pháng kiÓm tra vµ c¸c dù b¸o cã thÓ sö dông
(Brazil vµ Hudlow, 1981). C¶ hai khu vùc u tiªn vµ kh«ng u tiªu ®Òu
®îc xem xÐt. C¸c khu vùc kh«ng u tiªn nèi trùc tiÕp víi mét s«ng ®ãng
gãp dßng ch¶y trùc tiÕp vµo dßng ch¶y s«ng mµ kh«ng di chuyÓn qua ®Êt.
C¸c ®Êt ®· b·o hßa gÇn s«ng còng t¸c ®éng nh c¸c khu vùc kh«ng u tiªn
399
- vµ khu vùc nµy cã thÓ thay ®æi vÒ kÝch thíc tïy thuéc vµo ®é Èm ®Êt. M«
h×nh Sacramenko t¹o ra 5 thµnh phÇn cña dßng ch¶y s«ng (Brazil vµ
Hudlow, 1981):
1. Dßng ch¶y trùc tiÕp do ma g©y ra ¸p dông ®èi víi c¸c khu vùc
kh«ng thÊm vµ c¸c khu vùc kh«ng thÊm t¹m thêi.
2. Dßng ch¶y mÆt do ma lín h¬n lîng gi÷ l¹i ë ®íi trªn cao.
3. Dßng ch¶y s¸t mÆt ch¶y theo ph¬ng ngang tõ lîng tr÷ níc tù
do cña ®íi trªn cao.
4. Dßng ch¶y c¬ së bæ sung ch¶y tõ lîng tr÷ bæ sung níc tù do
cña ®íi díi thÊp.
5. Dßng ch¶y c¬ së chÝnh ch¶y tõ lîng tr÷ níc tù do cña ®íi díi
thÊp.
Dßng ch¶y vµo lßng dÉn ®èi víi mçi thêi ®o¹n ®îc céng víi c¸c thµnh
phÇn dßng ch¶y ë trªn.
H×nh 10.2.5
BiÓu ®å kh¸i niÖm cña m« h×nh Sacramenko (Brazil vµ Hudlow, 1981)
400
- 10.¶. 3iDn tÔ¸n thñy v¨n: c¸c hå choa vµ øsng
DiÔn to¸n dßng ch¶y lµ mét quy tr×nh ®Ó x¸c ®Þnh thêi gian vµ ®é lín
cña dßng ch¶y (nghÜa lµ biÓu ®å qu¸ tr×nh lu lîng) t¹i mét ®iÓm trªn dßng
s«ng tõ c¸c biÓu ®å thñy v¨n ®· biÕt hoÆc gi¶ thiÕt t¹i mét ®iÓm hoÆc nhiÒu
h¬n mét ®iÓm ë thîng lu. NÕu dßng ch¶y lµ lò, quy tr×nh ®îc nhËn biÕt
mét c¸ch râ rµng nh diÔn to¸n lò. DiÔn to¸n b»ng c¸c ph¬ng ph¸p hÖ
thèng tËp trung ®îc gäi lµ diÔn to¸n thñy v¨n vµ diÔn to¸n b»ng c¸c
ph¬ng ph¸p hÖ thèng ph©n phèi ®îc gäi lµ diÔn to¸n thñy lùc. DiÔn to¸n
dßng ch¶y b»ng c¸c ph¬ng ph¸p hÖ thèng ph©n phèi ®îc m« t¶ trong môc
10.6.
§Ó diÔn to¸n thñy lùc, ®Çu vµo I t , ®Çu ra Qt vµ lîng tr÷ ST t ®îc liªn
kÕt bëi ph¬ng tr×nh liªn tôc:
dST (T )
(10.3.1)
I (t ) Q(t )
dt
NÕu mét biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo I t ®îc biÕt, ph¬ng tr×nh
10.3.1 kh«ng thÓ ®îc gi¶i trùc tiÕp ®Ó nhËn ®îc biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng
ch¶y ra Qt bëi v× c¶ Q vµ ST ®Òu cha biÕt. Mét quan hÖ thø hai hoÆc
hµm lîng tr÷ ®îc yªu cÇu ®Ó liªn kÕt ST , I vµ Q ; liªn kÕt hµm lîng tr÷
vµ dßng ch¶y vµo hå chøa thµnh mùc níc hå chøa. Trong ph¬ng ph¸p
Muskingum ®èi víi diÔn to¸n dßng ch¶y trong lßng dÉn, lîng tr÷ cã quan
hÖ tuyÕn tÝnh víi I vµ Q .
T¸c ®éng cña lîng tr÷ lµ ph©n phèi l¹i biÓu ®å qu¸ tr×nh lu lîng
b»ng c¸ch di chuyÓn träng t©m cña biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo ®Õn vÞ
trÝ cña träng t©m cña biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y ra trong thêi gian ph©n
phèi l¹i. Trong c¸c lßng dÉn rÊt dµi, toµn bé sãng lò còng di chuyÓn mét
kho¶ng c¸ch ®¸ng kÓ vµ träng t©m cña biÓu ®å qu¸ tr×nh lu lîng cña nã
cã thÓ ®îc di chuyÓn trong mét thêi gian dµi h¬n thêi gian ph©n phèi l¹i.
Thêi gian thªm vµo nµy cã thÓ ®îc xem b»ng thêi gian tÞnh tiÕn. Tæng thêi
gian truyÒn lò gi÷a träng t©m cña biÓu ®å dßng ch¶y vµo vµ biÓu ®å dßng
ch¶y ra, b»ng tæng thêi gian cña ph©n phèi l¹i vµ tÞnh tiÕn. Qu¸ tr×nh ph©n
phèi l¹i thay ®æi h×nh d¹ng biÓu ®å qu¸ tr×nh lu lîng trong khi, qu¸ tr×nh
tÞnh tiÕn thay ®æi vÞ trÝ cña nã.
10.3.1. DiÔn to¸n thñy v¨n hå chøa
DiÔn to¸n mùc níc ao hå lµ quy tr×nh ®Ó tÝnh biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng
ch¶y ra tõ mét hå chøa nhê gi¶ thiÕt mÆt níc n»m ngang, cho biÕt biÓu ®å
qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo vµ c¸c ®Æc trng lîng tr÷ - dßng ch¶y ra cña nã.
Sù thay ®æi lîng tr÷ trong thêi ®o¹n t ST j 1 ST j cã thÓ ®îc biÓu diÔn
tõ ph¬ng tr×nh 10.3,1 b»ng:
I j I i 1 Q Qi 1
t j (10.3.2)
t
S j 1 S j
2 2
401
- C¸c gi¸ trÞ cña dßng ch¶y vµo t¹i lóc ®Çu vµ cuèi thêi ®o¹n thø j t¬ng
øng lµ I j vµ I j 1 vµ c¸c gi¸ trÞ t¬ng øng cña dßng ch¶y ra lµ Q j vµ Q j 1 .
C¸c gi¸ trÞ I j vµ I j 1 ®îc biÕt tõ ®êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo. C¸c gi¸
trÞ Q j vµ ST j cho tríc t¹i ®Çu thêi ®o¹n thø j tõ c¸c tÝnh to¸n ®èi víi thêi
®o¹n tríc. Do ®ã, ph¬ng tr×nh 10.3.2 bao gåm hai Èn sè Q j 1 vµ ST j 1
®îc t¸ch ra b»ng c¸ch nh©n ph¬ng tr×nh 10.3.2 víi 2 / t vµ s¾p xÕp l¹i ®Ó
®em l¹i kÕt qu¶ lµ:
2 ST j 1 2 ST j
Q j 1 I j I j 1 (10.3.3)
t Q j
t
§Ó tÝnh dßng ch¶y ra Q j 1 , mét hµm lîng tr÷ - dßng ch¶y ra liªn kÕt
2 ST
Q vµ Q ®îc yªu cÇu. Hµm nµy cã thÓ ®îc ph¸t triÓn b»ng c¸ch sö
t
dông c¸c quan hÖ cao tr×nh - lîng tr÷ vµ cao tr×nh - dßng ch¶y ra. Quan hÖ
gi÷a cao tr×nh mÆt níc vµ tr÷ lîng níc hå chøa cã thÓ nhËn ®îc tõ c¸c
b¶n ®å ®Þa h×nh. Quan hÖ cao tr×nh - lu lîng nhËn ®îc tõ c¸c ph¬ng
tr×nh liªn kÕt cét níc vµ lu lîng ®èi víi c¸c lo¹i ®Ëp trµn vµ c«ng tr×nh
cöa x¶ kh¸c nhau. Gi¸ trÞ cña t ®îc lÊy b»ng bíc thêi gian cña ®êng
qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo. §èi víi mét gi¸ trÞ cao tr×nh mÆt níc ®· cho, c¸c
2 ST
gi¸ trÞ lîng tr÷ ST vµ lu lîng Q ®îc x¸c ®Þnh, khi ®ã, gi¸ trÞ Q
t
®îc tÝnh to¸n vµ vÏ thµnh ®å thÞ trªn trôc hoµnh cïng víi gi¸ trÞ dßng ch¶y
ra Q trªn trôc tung.
Trong diÔn to¸n dßng ch¶y tõ ®Çu ®Õn cuèi thêi ®o¹n j , tÊt c¶ c¸c sè
h¹ng trªn RHS cña ph¬ng tr×nh 10.3,3 ®Òu ®îc biÕt vµ v× thÕ, gi¸ trÞ cña
2 ST j 1
Q j 1 cã thÓ tÝnh to¸n ®îc. Gi¸ trÞ t¬ng øng cña Q j 1 cã thÓ ®îc
t
2 ST
x¸c ®Þnh tõ hµm lîng tr÷ - dßng ch¶y ra Q øng víi Q hoÆc b»ng ®å
t
thÞ, hoÆc b»ng c¸ch néi suy tuyÕn tÝnh c¸c gi¸ trÞ ®îc tr×nh bµy thµnh b¶ng.
§Ó cung cÊp ®Çy ®ñ c¸c sè liÖu yªu cÇu cho thêi ®o¹n tiÕp theo, gi¸ trÞ
2 ST j 1
Q j 1 ®îc tÝnh b»ng c¸ch sö dông:
t
2 ST j 1 2 ST j 1
(10.3.4)
Q j 1 Q j 1 2Q j 1
t t
Sau ®ã, c¸c tÝnh to¸n ®îc lÆp l¹i cho c¸c thêi kú diÔn to¸n tiÕp theo.
402
- 10.3.2. DiÔn to¸n thñy v¨n s«ng
Ph¬ng ph¸p Muskingum lµ ph¬ng ph¸p diÔn to¸n thñy v¨n s«ng
thêng ®îc sö dông, dùa trªn c¬ së quan hÖ biÕn thiªn lu lîng - lîng
tr÷. Ph¬ng ph¸p nµy m« pháng thÓ tÝch tr÷ lò cña mét s«ng b»ng c¸ch kÕt
hîp c¸c thÓ tÝch tr÷ h×nh nªm vµ h×nh l¨ng trô. Trong thêi gian chuyÓn ®éng
cña mét sãng lò, dßng ch¶y vµo vît qu¸ dßng ch¶y ra g©y ra mét nªm tr÷.
Trong thêi gian rót ®i, dßng ch¶y ra vît qu¸ dßng ch¶y vµo còng g©y ra
mét nªm tr÷. Thªm vµo ®ã, cã mét l¨ng trô tr÷ ®îc h×nh thµnh do thÓ tÝch
cña mÆt c¾t ngang kh«ng ®æi däc theo chiÒu dµi mét kªnh l¨ng trô.
Gi¶ thiÕt r»ng diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña dßng ch¶y lò tû lÖ tuyÕn tÝnh
víi lu lîng t¹i mÆt c¾t ngang th× thÓ tÝch l¨ng trô tr÷ b»ng KQ trong ®ã K
lµ hÖ sè tû lÖ vµ thÓ tÝch nªm tr÷ b»ng KX I Q , trong ®ã X lµ träng sè cã
ph¹m vi biÕn ®æi 0 X 0,5 . Lîng tr÷ tæng céng ®îc x¸c ®Þnh b»ng tæng
cña hai thµnh phÇn:
(10.3.5)
ST KQ KX ( I Q)
cã thÓ ®îc s¾p xÕp l¹i ®Ó ®a ra hµm lîng tr÷ ®èi víi ph¬ng ph¸p
Muskingum:
ST K XI 1 X Q (10.3.6)
vµ m« t¶ mét m« h×nh tuyÕn tÝnh ®Ó diÔn to¸n dßng ch¶y trong c¸c s«ng.
Gi¸ trÞ cña X phô thuéc vµo h×nh d¹ng cña nªm tr÷ ®· m« h×nh hãa. Gi¸
trÞ cña X biÕn ®æi trong ph¹m vi tõ 0 ®èi víi tr÷ kiÓu hå chøa ®Õn 0,5 ®èi
víi nªm tr÷ ®Çy. Khi X = 0, kh«ng cã nªm tr÷ vµ v× vËy, kh«ng cã níc
vËt; ®©y lµ trêng hîp ®èi víi hå chøa møc ao tï. Trong c¸c s«ng thùc tÕ,
X n»m gi÷a 0 vµ 0,3 víi gi¸ trÞ trung b×nh gÇn b»ng 0,2, §é chÝnh x¸c lín
trong viÖc x¸c ®Þnh X cã thÓ kh«ng cÇn thiÕt v× c¸c kÕt qu¶ cña ph¬ng
ph¸p t¬ng ®èi Ýt nhËy ®èi víi gi¸ trÞ cña tham sè nµy. Tham sè K lµ thêi
gian chuyÓn ®éng cña sãng lò tõ ®Çu ®Õn cuèi ®o¹n lßng dÉn. §èi víi diÔn
to¸n thñy v¨n, c¸c gi¸ trÞ cña K vµ X ®îc gi¶ thiÕt lµ kh«ng ®æi trong suèt
ph¹m vi cña dßng ch¶y.
C¸c gi¸ trÞ lîng tr÷ t¹i c¸c thêi gian j vµ j 1 cã thÓ ®îc viÕt t¬ng
øng b»ng:
ST j K XI j 1 X Q j (10.3.7)
vµ
ST j 1 K XI j 1 1 X Q j 1 (10.3.8)
Nhê sö dông c¸c ph¬ng tr×nh 10.3,7 vµ 10.3,8, ®¹i lîng thay ®æi lîng tr÷ trong thêi
®o¹n t b»ng:
403
-
ST j 1 ST j K XI j 1 1 X Q j 1 XI j 1 X Q j
(10.3.9)
§¹i lîng thay ®æi lîng tr÷ còng cã thÓ ®îc biÓu diÔn b»ng c¸ch sö
dông ph¬ng tr×nh 10.3,2, KÕt hîp c¸c ph¬ng tr×nh 10.3,9 vµ 10.3,2 vµ ®¬n
gi¶n ho¸ sÏ cho:
(10.3.10)
Q j 1 C1 I j 1 C 2 I j C 3 Q j
lµ ph¬ng tr×nh diÔn to¸n ®èi víi ph¬ng ph¸p Muskingum, trong ®ã:
t 2KX
(10.3.11)
C1
2 K (1 X ) t
t 2 KX
(10.3.12)
C2
2 K (1 X ) t
2KX t
(10.3.13)
C3
2 K (1 X ) t
Chó ý r»ng C1 C 2 C3 1 .
NÕu c¸c ®êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo vµ ra quan tr¾c ®îc s½n cã ®Ó
sö dông ®èi víi mét ®o¹n s«ng, c¸c gi¸ trÞ cña K vµ X cã thÓ x¸c ®Þnh
®îc. Gi¶ thiÕt c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña X vµ b»ng c¸ch sö dông c¸c gi¸ trÞ
®· biÕt cña dßng ch¶y vµo vµ ra, c¸c gi¸ trÞ liªn tiÕp cña tö sè vµ mÉu sè cña
biÓu thøc díi ®©y ®èi víi K nhËn ®îc tõ c¸c ph¬ng tr×nh 10.3.9 vµ
10.3.2 cã thÓ ®îc tÝnh to¸n nhê sö dông:
0,5t I j 1 I j Q j 1 Q j
(10.3.14)
K
X I j 1 I j 1 X Q j 1 Q j
C¸c gi¸ trÞ tÝnh to¸n cña tö sè vµ mÉu sè ®îc vÏ thµnh ®å thÞ ®èi víi mçi thêi ®o¹n víi tö
sè trªn trôc tung vµ mÉu sè trªn trôc hoµnh. §iÒu nµy thêng t¹o ra ®å thÞ d¹ng vßng d©y. Gi¸ trÞ
X t¹o ra vßng d©y gÇn s¸t nhÊt víi mét ®êng ®¬n ®îc lÊy lµm gi¸ trÞ chÝnh x¸c cho ®o¹n
s«ng vµ theo ph¬ng tr×nh 10.3.14, K b»ng ®é dèc cña ®êng nµy. V× K lµ thêi gian cÇn thiÕt
®Ó sãng lò vît qua ®o¹n s«ng nªn gi¸ trÞ cña nã còng cã thÓ íc lîng b»ng thêi gian di chuyÓn
cña dßng ch¶y ®Ønh qua ®o¹n s«ng ®· quan tr¾c ®îc.
10.«. 4h©n tÝch tPn øuÇt thñy v¨n ®Ó ʸc ®Þnh phPn ngËp lò
10.4.1. Ph©n tÝch tÇn suÊt dßng ch¶y lò
Môc tiªu chÝnh cña ph©n tÝch tÇn suÊt c¸c sè liÖu thñy v¨n lµ ®Ó x¸c ®Þnh kho¶ng thêi gian
xuÊt hiÖn l¹i cña mét sù kiÖn thñy v¨n cã ®é lín ®· cho. Kho¶ng thêi gian xuÊt hiÖn l¹i ®îc
®Þnh nghÜa b»ng kho¶ng thêi gian trung b×nh trong ®ã, ®é lín cña sù kiÖn thñy v¨n sÏ lín h¬n
hoÆc b»ng víi sè trung b×nh dï chØ mét lÇn. TÇn suÊt giíi h¹n thêng ®îc sö dông thay thÕ cho
kho¶ng thêi gian xuÊt hiÖn l¹i; tuy nhiªn, nã kh«ng ®îc ph©n tÝch ®Ó biÓu thÞ sù chÝnh t¾c hoÆc
nãi râ kho¶ng thêi gian xuÊt hiÖn hoÆc xuÊt hiÖn l¹i. Ph©n tÝch tÇn suÊt thñy v¨n lµ ph¬ng ph¸p
sö dông ph©n tÝch x¸c xuÊt vµ thèng kª ®Ó ®¸nh gi¸ c¸c tÇn suÊt trong t¬ng lai (c¸c x¸c suÊt x¶y
ra c¸c sù kiÖn thñy v¨n) dùa trªn th«ng tin trong c¸c tµi liÖu thñy v¨n s½n cã. Do ph¹m vi kh«ng
ch¾c ch¾n vµ ®a d¹ng cña c¸c ph¬ng ph¸p trong viÖc x¸c ®Þnh c¸c íc lîng vÒ dßng ch¶y lò
mµ c¸c kÕt qu¶ kh¸c nhau cã thÓ nhËn ®îc b»ng c¸ch sö dông c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c nhau. Héi
404
- ®ång Tµi nguyªn níc (WRC) (1981) ®· cè g¾ng â©y dùng mét ph¬ng ph¸p thèng nhÊt hoÆc
thÝch hîp cho c¸c nghiªn cøu tÇn suÊt dßng ch¶y lò.
Ph¬ng ph¸p hÖ sè tÇn suÊt. ViÖc tÝnh to¸n ®é lín cña c¸c sù kiÖn cùc ®oan
nh c¸c dßng ch¶y lò ch¼ng h¹n, yªu cÇu hµm ph©n phèi x¸c suÊt cã thÓ ®¶o ngîc, nghÜa lµ cho
mét gi¸ trÞ ®èi víi thêi kú xuÊt hiÖn l¹i T hoÆc F xT T /(T 1) , cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc gi¸
trÞ t¬ng øng cña xT . §é lín cña xT cña mét sù kiÖn thñy v¨n cã thÓ ®îc m« t¶ b»ng trÞ trung
b×nh x céng víi mét kho¶ng lÖch biÕn thiªn tõ trÞ trung b×nh. Kho¶ng lÖch nµy b»ng tÝch sè cña
®é lÖch s x vµ hÖ sè tÇn suÊt K T . Kho¶ng lÖch xT vµ hÖ sè tÇn suÊt K T lµ c¸c hµm cña thêi kú
xuÊt hiÖn l¹i vµ kiÓu ph©n phèi x¸c suÊt ®îc sö dông trong ph©n tÝch, gièng nh Chow (1951)
®· ®Ò xuÊt ph¬ng tr×nh hÖ sè tÇn suÊt sau ®©y:
xT x K T s x (10.4.1)
Khi biÕn ph©n tÝch lµ y lg x hoÆc y ln x th× ph¬ng ph¸p t¬ng tù ®îc ¸p dông ®èi
víi c¸c sè liÖu thèng kª cho c¸c l«garÝt cña c¸c sè liÖu b»ng viÖc sö dông:
yT y K T s y (10.4.2)
vµ gi¸ trÞ yªu cÇu cña xT t×m ®îc b»ng c¸ch lÊy ®èi l«ga cña yT . §èi víi mét ph©n phèi ®·
cho, mét quan hÖ K T cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh gi÷a hÖ sè tÇn suÊt vµ thêi kú xuÊt hiÖn l¹i t¬ng
øng. B¶ng 10.4.1 liÖt kª c¸c gi¸ trÞ cña hÖ sè tÇn suÊt ®èi víi ph©n phèi Peason lo¹i III (vµ log-
Peason lo¹i III) cho c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña thêi kú xuÊt hiÖn l¹i vµ hÖ sè thiªn lÖch.
10.4.2. C¸c Híng dÉn cña Héi ®ång Tµi nguyªn níc Hoa Kú
Héi ®ång tµi nguyªn níc Hoa kú (WRC) ®· ®Ò nghÞ r»ng: log-Pearson
III ®îc sö dông nh mét ph¬ng ph¸p c¬ b¶n ®èi víi c¸c nghiªn cøu tÇn
suÊt dßng ch¶y lò (Héi ®ång Tµi nguyªn níc Hoa Kú, 1981). §©y lµ mét cè
g¾ng ®Ó thóc ®Èy mét ph¬ng ph¸p thÝch hîp, gièng nhau ®Ó x¸c ®Þnh tÇn
suÊt dßng ch¶y lò sö dông trong quy ho¹ch tµi nguyªn níc vµ ®Êt cã liªn
quan ë tÊt c¶ c¸c bang.
Tuy nhiªn, viÖc lùa chän log-Pearson lo¹i III nµy lµ h¬i tuú tiÖn, trong khi
®ã hiÖn kh«ng cã mét tiªu chuÈn thèng kª nghiªm ngÆt nµo ®Ó lµm c¬ së
cho viÖc so s¸nh c¸c ph©n phèi.
HÖ sè thiªn lÖch (bÊt ®èi xøng) rÊt nh¹y ®èi víi ®é lín cña mÉu; v× vËy,
rÊt khã nhËn ®îc mét íc lîng chÝnh x¸c tõ c¸c mÉu nhá. Do vËy, Héi
®ång Tµi nguyªn
405
- níc Hoa Kú (1981) ®· ®Ò nghÞ sö dông mét íc lîng tæng qu¸t hãa cña
hÖ sè thiªn lÖch khi ®¸nh gi¸ ®é thiªn lÖch cña c¸c chuçi tµi liÖu ng¾n. §é
thiªn lÖch
B¶ng 10.4.1
C¸c gi¸ trÞ KT ®èi víi ph©n phèi Peason lo¹i III
Kho¶ng thêi gian xuÊt hiÖn l¹i trong n¨m
1,0101 1,0526 1,1111 1,2500 2 5 10 25 50 100 200
X¸c suÊt vît qu¸
0,99 0,95 0,90 0,50 0,80 0,20 0,10 0,04 0,02 0,01 0,05
HÖ sè
thiªn
lÖch LÖch d¬ng
3,0 -0,667 -0,665 -0,660 -0,396 -0,396 0,420 1,180 2,278 3,152 4,051 4,970
2,9 -0,690 -0,688 -0,681 -0,390 -0,390 0,440 1,195 2,277 3,134 4,013 4,909
2,8 -0,714 -0,711 -0,702 -0,384 -0,384 0,460 1,210 2,275 3,114 3,973 4,847
2,7 -0,740 -0,736 -0,724 -0,376 -0,376 0,479 1,224 2,272 3,093 3,932 4,783
2,6 -0,769 -0,762 -0,747 -0,368 -0,368 0,499 1,238 2,267 3,071 3,889 4,718
2,5 -0,799 -0,790 -0,771 -0,360 -0,360 0,518 1,250 2,262 3,048 3,845 4,652
2,4 -0,832 -0,819 -0,795 -0,351 -0,351 0,537 1,262 2,256 3,023 3,800 4,484
2,3 -0,857 -0,850 -0,819 -0,341 -0,341 0,555 1,274 2,248 2,997 3,753 4,515
2,2 -0,905 -0,882 -0,844 -0,330 -0,330 0,574 1,284 2,240 2,970 3,705 4,444
2,1 -0,946 -0,914 -0,869 -0,319 -0,319 0,592 1,294 2,230 2,942 3,656 4,372
2,0 -0,990 -0,949 -0,895 -0,307 -0,307 0,609 1,302 2,219 2,912 3,605 4,298
1,9 -1,037 -0,984 -0,920 -0,294 -0,294 0,627 1,310 2,207 2,881 3,553 4,223
1,8 -1,087 -1,020 -0,945 -0,282 -0,282 0,643 1,318 2,193 2,848 3,499 4,147
1,7 -1,140 -1,056 -0,970 -0,268 -0,268 0,660 1,324 2,179 2,815 3,444 4,069
1,6 -1,197 -1,093 -0,994 -0,254 -0,254 0,675 1,329 2,136 2,780 3,388 3,990
1,5 -1,256 -1,131 -1,018 -0,240 -0,240 0,690 1,333 2,146 2,743 3,330 3,910
1,4 -1,318 -1,168 -1,041 -0,225 -0,225 0,705 1,337 2,128 2,706 3,271 3,838
1,3 -1,383 -1,260 -1,064 -0,210 -0,210 0,719 1,339 2,108 2,666 3,211 3,745
1,2 -1,449 -1,243 -1,086 -0,195 -0,195 0,732 1,340 2,087 2,626 3,149 3,661
1,1 -1,518 -1,280 -1,107 -0,180 -0,180 0,745 1,341 2,066 2,585 3,087 3,575
1,0 -1,588 -1,317 -1,128 -0,164 -0,164 0,758 1,340 2,043 2,542 3,022 3,489
0,9 -1,660 -1,353 -1,147 -0,148 -0,148 0,769 1,339 2,018 2,498 2,957 3,401
0,8 -1,733 -1,388 -1,166 -0,132 -0,132 0,780 1,336 1,993 2,453 2,891 3,312
406
- 0,7 1,333 1,967 2,407
-1,806 2,824
-1,423 3,223
-1,183 -0,116 -0,116 0,790
0,6 1,328 1,939 2,359
-1,880 2,755
-1,458 3,132
-1,200 -0,099 -0,099 0,800
0,5 1,323 1,910 2,311
-1,955 2,686
-1,491 3,041
-1,216 -0,083 -0,083 0,808
0,4 1,317 1,880 2,261
-2,029 2,615
-1,524 2,949
-1,231 -0,066 -0,066 0,816
0,3 1,309 1,849 2,211
-2,104 2,544
-1,555 2,856
-1,245 -0,050 -0,050 0,824
0,2 1,301 1,818 2,159
-2,178 2,472
-1,586 2,763
-1,258 -0,033 -0,033 0,830
0,1 1,292 1,785 2,107
-2,252 2,400
-1,616 2,670
-1,270 -0,017 -0,017 0,836
0 1,282 1,751 2,054
-2,326 2,326
-1,645 2,576
-1,282 0 0 0,842
thêng ®¸ng tin cËy h¬n khi ®é dµi hå s¬ t¨ng lªn. C¸c Híng dÉn vÒ ®é
thiªn lÖch träng sè Gw ®îc ®Ò nghÞ sö dông ph¬ng tr×nh:
(10.4.3)
Gw WGs (1 W )Gm
B ¶ng 10.4.1
KT
C ¸c gi¸ trÞ ®èi víi ph©n phèi Peason lo¹i III (tiÕp)
Kho¶ng thêi gian xuÊt hiÖn l¹i trong n¨m
HÖ 1,01 1,05 1,11 1,250 2 5 10 25 50 100 200
01 26 11 0
sè
thiª X¸c suÊt vît qu¸
n 0,99 0,95 0,90 0,50 0,80 0,20 0,10 0,04 0,02 0,01 0,05
lÖch LÖch ©m
- 0,1 -2,400 -1,673 -1,292 -0,836 0,017 0,846 1,270 1,176 1,000 2,252 2,482
-0,2 -2,472 -1,700 -1,301 -0,830 0,033 0,850 1,258 1,680 1,945 2,178 0,388
-0,3 -2,544 -1,726 -1,309 -0,824 0,050 0,853 1,245 1,643 1,890 2,104 0,294
-0,4 -2,615 -1,750 -1,317 -0,816 0,066 0,855 1,231 1,606 1,834 2,029 2,201
-0,5 -2,686 -1,774 -1,323 -0,808 0,083 0,856 1,216 1,567 1,777 1,955 2,108
-0,6 -2,755 -1,797 -1,328 -0,800 0,099 0,857 1,200 1,528 1,720 1,880 2,016
-0,7 -2,824 -1,819 -1,333 -0,790 0,116 0,857 1,183 1,488 1,663 1,806 1,929
-0,8 -2,891 -1,839 -1,336 -0,780 0,132 0,856 1,166 1,448 1,606 1,733 1,837
-0,9 -2,957 -1,858 -1,339 -0,769 0,148 0,854 1,147 1,407 1,549 1,660 1,749
-1,0 -3,022 -1,877 -1,340 -0,758 0,164 0,852 1,128 1,366 1,492 1,588 1,664
-1,1 -3,087 -1,894 -1,341 -0,745 0,180 0,848 1,107 1,324 1,435 1,518 1,581
-1,2 -3,149 -1,910 -1,340 -0,732 0,195 0,844 1,086 1,282 1,379 1,449 1,501
-1,3 -3,211 -1,925 -1,339 -0,719 0,210 0,838 1,064 1,240 1,324 1,383 1,424
-1,4 -3,271 -1,938 -1,337 -0,705 0,225 0,832 1,041 1,198 1,270 1,318 1,351
-1,5 -3,330 -1,951 -1,333 -0,690 0,240 0,825 1,018 1,157 1,217 1,256 1,282
-1,6 -3,388 -1,962 -1,329 -0,675 0,254 0,817 0,994 1,116 1,166 1,197 1,216
-1,7 -3,444 -1,972 -1,324 -0,660 0,268 0,808 0,970 1,075 1,116 1,140 1,155
-1,8 -3,499 -0,981 -1,318 -0,643 0,282 0,799 0,945 1,035 1,069 1,087 1,097
-1,9 -3,553 -1,989 -1,310 -0,627 0,294 0,788 0,920 0,996 1,023 1,037 1,044
-2,0 -3,605 -1,996 -1,302 -0,609 0,307 0,777 0,895 0,959 0,980 0,990 0,995
-2,1 -3,656 -2,001 -1,294 -0,592 0,319 0,765 0,869 0,923 0,939 0,946 0,949
-2,2 -3,705 -2,006 -1,284 -0,574 0,330 0,752 0,844 0,888 0,900 0,905 0,907
-2,3 -3,753 -2,009 -1,274 -0,555 0,341 0,739 0,819 0,855 0,864 0,867 0,869
-2,4 -3,800 -2,011 -1,262 -0,537 0,351 0,725 0,795 0,823 0,830 0,832 0,833
-2,5 -3,845 -2,012 -1,250 -0,518 0,360 0,711 0,771 0,793 0,798 0,799 0,800
-2,6 -3,889 -2,013 -1,238 -0,499 0,368 0,696 0,747 0,764 0,768 0,769 0,769
-2,7 -3,932 -2,012 -1,224 -0,479 0,376 0,681 0,724 0,738 0,740 0,740 0,741
-2,8 3,973 -2,010 -1,210 -0,460 0,384 0,666 0,702 0,712 0,714 0,714 0,714
-2,9 -4,013 -2,007 -1,195 -0,440 0,390 0,651 0,681 0,683 0,689 0,690 0,690
-3,0 -4,051 -2,003 -1,180 -0,420 0,396 0,636 0,660 0,666 0,666 0,667 0,667
407
- trong ®ã: W lµ träng sè, Gs lµ hÖ sè thiªn lÖch tÝnh to¸n b»ng c¸ch sö dông
mÉu sè liÖu vµ Gm lµ ®é lÖch b¶n ®å mµ c¸c gi¸ trÞ cña nã ®îc t×m thÊy
trong h×nh 10.4,1, §é thiªn lÖch träng lîng nhËn ®îc b»ng trÞ trung b×nh
cã träng sè gi÷a c¸c hÖ sè thiªn lÖch ®· tÝnh to¸n tõ mÉu sè liÖu (®é lÖch
mÉu ) vµ c¸c hÖ sè thiªn lÖch vïng hoÆc b¶n ®å (xem nh ®é thiªn lÖch
chung theo Héi ®ång Tµi nguyªn níc Hoa Kú, 1981). Träng sè lµm gi¶m
thiÓu sù kh¸c biÖt hoÆc sai sè trung b×nh b×nh ph¬ng cña ®é thiªn lÖch
träng sè cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh bëi:
Var (Gm )
(10.4.4)
W
Var (Gs ) Var (Gm )
trong ®ã: Var Gs lµ dao ®éng cña ®é thiªn lÖch cña mÉu vµ Var Gm lµ dao
®éng cña ®é thiªn lÖch b¶n ®å. ViÖc x¸c ®Þnh W b»ng c¸ch dïng ph¬ng
tr×nh 10.4.4 yªu cÇu c¸c gi¸ trÞ cña Var Gs vµ Var Gm . Gi¸ trÞ cña Var Gm
®· íc lîng ®èi víi ®é lÖch b¶n ®å do WRC cung cÊp lµ 0,3025, Nh mét
sù lùa chän, Var Gm cã thÓ nhËn ®îc tõ mét nghiªn cøu håi quy liªn quan
®Õn ®é thiªn lÖch ®èi víi c¸c ®Æc trng ®Þa lý tù nhiªn vµ khÝ tîng cña c¸c
lu vùc vµ x¸c ®Þnh Var Gm b»ng b×nh ph¬ng cña sai sè tiªu chuÈn cña
ph¬ng tr×nh håi quy (Tung vµ Mays, 1981).
§é thiªn lÖch träng lîng G w cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch thÕ ph¬ng
tr×nh 10.4.4 vµo ph¬ng tr×nh 10.4.3, kÕt qu¶ lµ:
Var (Gm ).Gs Var (Gs ).Gm
(10.4.5)
Gw
Var (Gm ) Var (Gs )
Ph¬ng sai (sai sè trung b×nh b×nh ph¬ng) cña ®é thiªn lÖch t¹i tr¹m
®èi víi c¸c biÕn ngÉu nhiªn log-Pearson lo¹i III cã thÓ nhËn ®îc tõ c¸c kÕt
qu¶ cña c«ng tr×nh cña Wallis vµ céng sù (1974). C¸c kÕt qu¶ cña hä cho
thÊy r»ng: Var(Gs) lµ mét hµm cña ®é dµi chuçi vµ ®é thiªn lÖch tæng thÓ.
§Ó sö dông trong tÝnh to¸n Gw, hµm Var(Gs) cã thÓ ®îc xÊp xØ ®ñ chÝnh
x¸c b»ng c¸ch sö dông:
Var(G s ) 10 A -Blg N/10 (10.4.6)
trong ®ã: nÕu G s 90
A 0,33 0,88 G s
(10.4.7a)
nÕu Gs 90 (10.4.7b)
A 0,52 0,30 G s
nÕu G s 1,50 (10.4.7c)
B 0,94 0,26 Gs
nÕu G s 1,50 (10.4.7d)
B 0,55
trong ®ã: Gs lµ gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña ®é thiªn lÖch cña mÉu ®èi víi tµi liÖu
(sö dông nh lµ mét íc lîng cña ®é thiªn lÖch cña tæng thÓ) vµ N lµ ®é
dµi chuçi tÝnh b»ng n¨m.
408
nguon tai.lieu . vn