1. Trang Chủ
  2. Địa Lý
  3. Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 9

Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 9

Những vấn đề thiết kế trong thuỷ văn học ảnh: Trạm bơm nước mưa đô thị 9.1 Giới thiệu Trong chương này, các phương pháp tính toán lượng mưa và lượng dòng chảy thiết kế được nhấn mạnh đối với những lưu vực đô thị hoá nhỏ và rộng lớn. Cả các đường cong cường độ ư thời gianư tần suất (IDF) và các biểu đồ mưa thiết kế đã được giới thiệu sẽ được đề cập khá chi tiết. Trong phần 9.3 thiết kế trên lưu vực nhỏ gồm cả việc nghiên cứu phát triển phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng... Ch−¬ng 9. Nh÷ng vÊn ®Ò

Thể loại Tài liệu miễn phí Địa Lý

Số trang 37

Ngày tạo 8/29/2018 11:39:07 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.96 M

Tên tệp

Tải Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Ch−¬ng 9. Nh÷ng vÊn ®Ò thiÕt kÕ trong thuû v¨n häc ¶nh: Tr¹m b¬m n−íc m−a ®« thÞ 9.1 Giíi thiÖu Trong ch−¬ng nµy, c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n l−îng m−a vµ l−îng dßng ch¶y thiÕt kÕ ®−îc nhÊn m¹nh ®èi víi nh÷ng l−u vùc ®« thÞ ho¸ nhá vµ réng lín. C¶ c¸c ®−êng cong c−êng ®é - thêi gian- tÇn suÊt (IDF) vµ c¸c biÓu ®å m−a thiÕt kÕ ®· ®−îc giíi thiÖu sÏ ®−îc ®Ò cËp kh¸ chi tiÕt. Trong phÇn 9.3 thiÕt kÕ trªn l−u vùc nhá gåm c¶ viÖc nghiªn cøu ph¸t triÓn ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ¸p dông ®èi víi lo¹i hÖ thèng cèng trßn trªn mét ph©n khu (VÝ dô 9.2). C¸c ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ kÝch th−íc cña c¸c cèng trßn vµ kªnh dÉn sö dông ®−êng l−u l−îng ®¬n vÞ gÇn nh− ®−îc thiÕt kÕ theo nh÷ng giíi h¹n tiªu chuÈn ®èi víi c¸c khu vùc ®« thÞ. VÝ dô 9.3 m« t¶ mét c¸ch chi tiÕt viÖc thiÕt kÕ kiÓm so¸t lò ®èi víi mét ph©n khu sö dông m« h×nh HEC-1 víi l−îng tr÷ khèng chÕ vµ tr÷ l−îng trµn (VÝ dô 9.4). KÕt thóc ch−¬ng b»ng mét tr−êng hîp nghiªn cøu duy nhÊt trªn ®ång b»ng ngËp lò sö dông m« h×nh HEC-1 vµ HEC-2 ph©n tÝch vµ thiÕt kÕ t¹i c¸c vïng rõng, gÇn thµnh phè Houston, bang Texas. 545
  2. 9.2. L−îng m−a thiÕt kÕ C¸c ®−êng cong IDF Nh÷ng l−îng m−a thiÕt kÕ ®· ®−îc m« t¶ ®Çu tiªn vµ chi tiÕt trong phÇn 5.6 vµ phÇn 6.3, cïng víi viÖc ®Ò cËp tíi nguån d÷ liÖu vµ sù lùa chän mét l−îng m−a thiÕt kÕ ®Æc tr−ng. C¸c ®−êng cong IDF quan hÖ víi c−êng ®é l−îng m−a, thêi gian m−a vµ mét chuçi c¸c chu kú kh¸c nhau. C¸c vÝ dô ®Æc tr−ng vÒ ®−êng cong IDF ®èi víi c¸c chu kú tõ 2 ®Õn 100 n¨m ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh 1.8 cho thµnh phè Houston, bang Texas, vµ h×nh 6.5 cho thµnh phè Tallahassee, bang Florida. C¸c ®−êng cong IDF còng ®−îc sö dông ®Ó x¸c lËp biÓu ®å m−a lò thiÕt kÕ tæng hîp khi cho thêi gian vµ tÇn suÊt m−a, nh− ®−îc m« t¶ trong vÝ dô 6.4, h×nh E6.4 thÓ hiÖn kÕt qu¶ trËn m−a thiÕt kÕ víi chu kú 5 n¨m thêi gian m−a 24 giê ®èi víi vïng Tallahassee, bang Florida. TrËn m−a thiÕt kÕ 24 giê th−êng ®¹t gi¸ trÞ 1 giê m−a lín nhÊt t¹i giê thø 12. Gi¸ trÞ m−a 2 giê t−¬ng øng víi tæng c¸c gi¸ trÞ t¹i giê thø 12 vµ 13, vµ gi¸ trÞ m−a 3 giê t−¬ng øng víi tæng gi¸ trÞ t¹i c¸c giê thø 11, 12, 13, ... §−êng cong thiÕt kÕ tæng hîp ë thµnh phè Houston, bang Texas, ®èi víi c¸c chu kú 10 n¨m vµ 100 n¨m, thêi gian m−a 24 giê lµ t−¬ng tù vµ ®−îc m« t¶ trong h×nh 5.11. TrËn m−a thiÕt kÕ tæng hîp gÆp ph¶i ®iÒu kiÖn kh«ng thuËn lîi ®ã lµ tr¹ng th¸i vµ thêi gian m−a cã phÇn tuú ý (xem phÇn 6.3), nh−ng viÖc sö dông c¸c ®−êng cong IDF ®Ó ®−a ra c¸c trËn m−a tæng hîp lµ t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n vµ ®−îc x¸c ®Þnh tèt ®èi víi nhiÒu vïng ®« thÞ ë Mü. B¶ng 9.1 C¸c hÖ sè cña ph−¬ng tr×nh l−îng m−a Khu vùc c e f Atlanta 97,5 0,83 6,88 Chicago 94,9 0,88 9,04 Cleveland 73,7 0,86 8,25 Denver 96,6 0,97 13,90 Houston 97,4 0,77 4,80 Los Angeles 20,3 0,63 2,06 Miami 124,2 0,81 6,19 New York 78,1 0,82 6,57 Santa Fe 62,5 0,89 9,10 St. Louis 104,7 0,89 9,44 C¸c ®−êng cong IDF còng ®−îc biÓu diÔn theo mét d¹ng ph−¬ng tr×nh v× r»ng kh«ng thÓ ®äc trªn ®å thÞ IDF ®Ó x¸c ®Þnh ®−îc c−êng ®é m−a. Wenzel (1982) cung cÊp c¸c hÖ sè tõ mét sè thµnh phè cña n−íc Mü ®èi víi ph−¬ng tr×nh cã d¹ng c i= (9.1) T +f e d trong ®ã: i lµ c−êng ®é m−a thiÕt kÕ (in/giê). Td lµ thêi gian m−a (phót). 546
  3. c, e, vµ f lµ nh÷ng h»ng sè ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng 9.1 víi chu kú 10 n¨m ®èi víi mét vµi thµnh phè n−íc Mü. V× vËy, trËn m−a thiÕt kÕ cã chu kú 10 n¨m, thêi gian m−a 20 phót ®èi víi khu vùc Denver lµ 3,0 in/giê. TÇn suÊt m−a thiÕt kÕ cho l−u vùc lín Mét vÊn ®Ò thiÕt thùc trong thiÕt kÕ thuû v¨n lµ viÖc tÝnh to¸n tÇn suÊt m−a thiÕt kÕ ®èi víi mét sè c¸c tr¹m ®o m−a trªn mét l−u vùc réng lín. Vµo ngµy 17-18 th¸ng 5 n¨m 1989 x¶y ra mét trËn m−a lín tËp trung ë phÇn h¹ l−u s«ng Cypress Creek gÇn thµnh phè Houston, bang Texas, kÐo dµi trªn 24 giê, nã ®· g©y ra mét vïng ngËp lôt réng lín ë h¹ l−u l−u vùc. Theo ghi chÐp cña 9 tr¹m ®o ®¹c dßng ch¶y n»m trªn hoÆc gÇn s«ng Cypress Creek ho¹t ®éng liªn tôc trong suÊt thêi gian diÔn ra sù kiÖn trªn ®· cung cÊp nh÷ng sè liÖu vÒ l−îng m−a vµ l−u l−îng dßng ch¶y. VÞ trÝ c¸c tr¹m nµy ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 9.1 cïng víi b¶n ®å ®−êng ®¼ng trÞ l−îng m−a x©y dùng tõ sè liÖu l−îng m−a cña trËn m−a th¸ng 5 n¨m 1989 (Harris County Flood Control District, 1991). H×nh 9.1. B¶n ®å ®−êng ®¼ng trÞ l−îng m−a x©y dùng tõ sè liÖu l−îng m−a cña trËn m−a th¸ng 5 n¨m 1989 (Harris County Flood Control District, 1991). §iÓm cã tæng l−îng m−a lín nhÊt trong 9 tr¹m víi thêi gian m−a thay ®æi tõ 1 dÕn 24 giê ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng 9.2. Tõ ®ã cã thÓ thÊy r»ng tæng l−îng m−a ë vïng th−îng l−u ng· ba s«ng Little Cypress Creek kh«ng v−ît qu¸ chu kú 3 n¨m. PhÝa d−íi cña l−u vùc, quan tr¾c ®−îc chu kú thay ®æi tõ 10 ®Õn 80 n¨m ®èi víi thêi gian m−a 24 giê. L−îng m−a 24 giê lín nhÊt quan tr¾c ®−îc t¹i tr¹m 1140 n»m ë trung t©m h¹ l−u l−u vùc, theo ®ã l−îng m−a lµ 12,11 in trªn 24 giê, l−îng m−a nµy cã chu kú 80 n¨m. §iÓm hoÆc c¸c tr¹m ®o m−a ph¶i ®−îc ®Æt sao cho phï hîp víi diÖn tÝch l−u vùc ®Ó tÝnh to¸n c¸c chu kú trung b×nh l−u vùc. H×nh 9.2a thÓ hiÖn kh¸i qu¸t sù biÕn ®æi cña 547
  4. ®å thÞ chiÒu s©u líp n−íc - diÖn tÝch trªn n−íc Mü ®−îc c«ng bè bëi Côc thêi tiÕt Mü. §èi víi vïng h¹ l−u s«ng Little Cypress Creek, chu kú lÆp trung b×nh l−u vùc thay ®æi tõ 15 n¨m víi l−îng m−a 12 giê ®Õn trªn 100 n¨m ®èi víi thêi gian m−a 30 phót vµ 1 giê. Trong khu vùc nµy, chu kú lÆp ®èi víi thêi gian m−a 12 giê ®−îc x¸c ®Þnh lµ 60 n¨m, so víi chu kú lÆp 80 n¨m t¹i tr¹m 1140. Sè liÖu m−a qu¸ khø nµy cã thÓ ®−îc sö dông trong m« h×nh HEC- 1 (xem phÇn 5.4 vµ 5.6) ®Ó m« pháng ®Ønh lò thiÕt kÕ trªn l−u vùc. B¶ng 9.2. Sè liÖu trËn m−a th¸ng 5 n¨m 1989 ë Cypress Creek Thêi ®o¹n m−a Sè 1 giê 2 giê 3 giê 6 giê 12 giê 24 giê 48 giê Tªn tr¹m tr¹m §é Chu §é Chu §é Chu §é Chu §é Chu §é Chu §é Chu s©u kú s©u kú s©u kú s©u kú s©u kú s©u kú s©u kú San Jacinto 760 2.55 2 3.7 5 5.21 20 6.14 15 8.92 40 12.59 100 12.59 50 at US 59 Spring at 1050 3.88 27 4.72 20 5.12 18 5.74 10 5.84 5 8.06 10 8.06 7 Riley-Fussel 1120 Cypress at I-45 2.39 1 3.56 4 4.67 10 5.84 11 6.14 6 11.49 60 11.49 40 Cyypress at 1140 3.93 30 5.3 45 5.97 45 7.09 30 7.69 20 12.11 80 12.11 50 Stuebner Airline Cypress at 1160 2.86 4 4.13 10 4.45 8 4.94 5 5.29 4 9.62 25 9.62 15 Grant Cypress at 1170 2.4 2 3.81 6 4.03 5 4.03 2 4.31 2 8.43 15 8.43 10 Huffmeister Cypress at 1180 1.72 1.8 1.85 2.24 2.58 3.77 3.77 Katy-Hockley Little Mound 1190 0.3 0.5 0.55 0.6 0.6 0.94 0.94 at Betka L. Cypress at 1220 2.24 1 2.24 1 2.52 3.58 1 3.81 2 5.57 3 5.57 2 Cypress-Rosehill m−a cùc h¹n (PMP) U.S. NWS c«ng bè hai b¸o c¸o quan träng liªn quan ®Õn tÇn suÊt m−a vµ c¸c trËn m−a thiÕt kÕ. TP 40 tõ Hershield (1961) thÓ hiÖn nh÷ng b¶n ®å ®èi víi thêi gian m−a tõ 30 phót tíi 1 giê vµ chu kú lÆp tõ 1 dÕn 100 n¨m (H×nh 9.2b). GÇn ®©y h¬n, NWS ®−a ra HYDRO 35 (1977a) thÓ hiÖn chiÒu s©u líp n−íc ®èi víi thêi gian m−a 5, 15, vµ 60 phót víi chu kú lÆp tõ 2 ®Õn 100 n¨m, thay thÕ mét phÇn TP 40. Nh÷ng tµi liÖu nµy cã thÓ sö dông ®Ó x¸c ®Þnh biÓu ®å m−a thiÕt kÕ hoÆc c¸c ®−êng cong IDF ®èi víi c¸c khu vùc x¸c ®Þnh cña n−íc Mü. Trong nh÷ng dù ¸n thiÕt kÕ lín nh−: ®Ëp trµn, ®Ëp, hoÆc c¸c hå chøa quan träng, viÖc ph©n tÝch chiÒu s©u líp n−íc- thêi gian m−a -tÇn suÊt m−a víi chu kú lÆp 100 n¨m thËm chÝ 500 n¨m còng kh«ng thÓ lo¹i trõ kh¶ n¨ng sù cè cã thÓ x¶y ra. T¹i n−íc Mü l−îng m−a lín nhÊt cã thÓ x¶y ra (PMP) lµ ®−îc sö dông, b»ng viÖc ph©n tÝch ®¸nh gi¸ chiÒu s©u líp n−íc m−a lín nhÊt ®èi víi mét thêi gian m−a x¸c ®Þnh ®ã lµ quy luËt tù nhiªn trªn mét vïng ®Þa h×nh riªng biÖt t¹i mét thêi gian x¸c ®Þnh trong n¨m. TrËn m−a lín nhÊt cã thÓ x¶y ra (PMP) bao gåm sù ph©n bè l−îng m−a theo thêi gian. 548
  5. H×nh 9.2 (a). Tæng ®é s©u - diÖn tÝch H×nh 9.2(b) .B¶n ®å m−a 24 giê, 100 n¨m Nh÷ng kh¸i niÖm vµ ph−¬ng ph¸p luËn liªn quan ®−îc m« t¶ trong c¸c b¸o c¸o cña Trung t©m qu¶n lý ®¹i d−¬ng vµ khÝ quyÓn quèc gia (NOAA) NWS, c¸c b¸o c¸o khÝ t−îng thuû v¨n (HMR), ®Æc biÖt lµ HMR 51 (1978) vµ HMR 52 (1982) ®èi víi vïng phÝa §«ng kinh tuyÕn 105. PMF hay lò lín nhÊt cã thÓ x¶y ra lò cùc h¹n liªn quan chÆt chÏ víi PMP. §èi víi khu vùc phÝa T©y kinh tuyÕn 105, mét sè b¶n b¸o c¸o NWS kh¸c cã thÓ dïng ®−îc vµ ®−îc viÕt bëi ViÖn khoa häc quèc gia (1983). VÝ dô nh−: California ®−îc m« t¶ trong HMR 36 (Côc thêi tiÕt quèc gia, 1969), vïng T©y B¾c trong HMR 43 (Côc thêi tiÕt quèc gia, 1966), vµ vïng T©y Nam trong HMR 49 (Côc thêi tiÕt quèc gia, 1977). Trung t©m thuû v¨n c«ng tr×nh cña qu©n ®éi Mü (HEC) cã mét ch−¬ng tr×nh m¸y 549
  6. tÝnh gäi lµ HMR 52 ®Ó tÝnh to¸n l−îng m−a b×nh qu©n l−u vùc ®èi víi trËn m−a lín nhÊt cã thÓ x¶y ra (PMS) trªn c¬ së PMP −íc l−îng tõ HMR 51. Ch−¬ng tr×nh nµy cã thÓ sö dông víi m« h×nh HEC-1 ®Ó x¸c ®Þnh PMF ®èi víi mét hå chøa hoÆc l−u vùc lín. PMP x¸c ®Þnh cho mét l−u vùc cã c¸c thµnh phÇn quan träng bao gåm: (1) ®−êng cong líp n−íc- diÖn tÝch- thêi gian m−a, (2) kiÓu ®−êng ®¼ng trÞ l−îng m−a chuÈn cã d¹ng h×nh ellipse, (3) chiÒu h−íng biÕn chuyÓn, (4) diÖn tÝch m−a giíi h¹n, (5) tham sè biÕn chuyÓn ®−êng ®¼ng trÞ l−îng m−a tham sè nµy chØ râ tû lÖ phÇn tr¨m cña ®é s©u líp n−íc øng víi l−îng m−a lín nhÊt ®èi víi mçi d¹ng ®−êng ®¼ng trÞ l−îng m−a. 9.3. ThiÕt kÕ trªn l−u vùc nhá thiÕt kÕ lý t−ëng Thùc tÕ cho thÊy r»ng trong kho¶ng thêi gian dµi ngay khi cã sù ph¸t triÓn ®« thÞ trªn mét bån thu n−íc hay l−u vùc tù nhiªn kÕt qu¶ sÏ th−êng lµ lµm t¨ng ®Ønh dßng ch¶y ra vµ rót ng¾n thêi gian tËp trung n−íc (xem phÇn 2.4). Nh÷ng thay ®æi nµy lµ kÕt qu¶ cña sù thay ®æi ®é dèc trªn nh÷ng vïng ®Êt trèng vµ nh÷ng ®−êng phè, diÖn tÝch ®Êt kh«ng thÊm t¨ng, thªm vµo ®ã sù tËp trung dßng ch¶y xuèng h¹ l−u cña c¸c vïng bªn c¹nh. L−îng tr÷ tù nhiªn trªn l−u vùc th−êng gi¶m cïng víi sù ph¸t triÓn ®« thÞ ho¸. NhiÒu vÊn ®Ò tr÷ n−íc l¹i ph¶i ®−îc thùc hiÖn ®Ó xö lÝ tØ lÖ t¨ng dßng ch¶y, gi¶m l−îng tr÷ tù nhiªn còng nh− tæn thÊt trong c¸c cèng, sù më réng lßng dÉn, hoÆc trªn hÖ thèng ®−êng phè. NÕu ®Ønh dßng ch¶y ra t¨ng m¹nh lµ kÕt qu¶ cña sù ph¸t triÓn trªn mét khu vùc, khÝ ®ã nhiÒu kh¶ n¨ng x¶y ra tr÷ l−îng n−íc khèng chÕ trªn c¸c vÞ trÝ vµo vµ ra cã thÓ ®−îc yªu cÇu. Nh÷ng thiÕt kÕ l−u vùc nhá th−êng bao gåm viÖc sö dông ph−¬ng ph¸p thÝch hîp (phÇn 6.4) hoÆc mét ph−¬ng ph¸p biÓu ®å thuû v¨n ®¬n vÞ (phÇn 2.4) ®Ó dù b¸o c¸c l−u l−îng cùc ®¹i t¹i nh÷ng vÞ trÝ kh¸c nhau ®èi víi l−îng m−a vµ thêi gian m−a thiÕt kÕ ®· cho. Sù lùa chän chÝnh x¸c ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ thuû v¨n phô thuéc lín vµo nhu cÇu thiÕt kÕ riªng ®èi víi tõng thµnh phè hoÆc thÞ x· vµ kÝch th−íc cña tõng vïng ph¸t triÓn. C¸c khu vùc quan träng nhÊt thuéc thñ ®« hiÖn nay cã c¸c s¸ch quy ph¹m thiÕt kÕ, c¸c s¸ch nµy chØ râ c¸c nguyªn t¾c vµ quy ph¹m ®èi víi l−îng n−íc m−a thiÕt kÕ. Nh÷ng yªu cÇu tõ Quy ph¹m ®èi víi thiÕt kÕ kiÓm so¸t lò vµ hÖ thèng tho¸t n−íc thÝch øng kh¸ ®Æc tr−ng vµ sÏ ®−îc sö dông ®Ó lµm s¸ng tá c¸c vÝ dô ®−a ra trong ch−¬ng nµy. C¸c ph−¬ng ph¸p m−a - dßng ch¶y ®−îc ¸p dông trªn c¸c l−u vùc cã diÖn tÝch x¸c ®Þnh. Quy ph¹m cã thÓ ®−îc dïng ®èi víi viÖc thiÕt kÕ c¸c lßng dÉn hë, cÇu, cèng ngÇm, m¸ng n−íc kÝn, c¸c cöa cèng tho¸t n−íc lò, c¸c c«ng tr×nh ®iÒu tiÕt vËn tèc dßng ch¶y, vµ c¸c hå tr÷ n−íc nhá. Mçi khu vùc ®« thÞ sÏ cã nh÷ng yªu cÇu kh¸c nhau nh−ng tæng qu¸t l¹i th× môc ®Ých lµ t−¬ng tù nhau: x©y dùng vµ duy tr× tÝnh phï hîp ®· dù tÝnh ®Ó gi¶m thiÓu tèi ®a sù ®e do¹ cña lò ®çi víi tÊt c¶ c¸c thµnh phè, thÞ x·. C¸c vïng cã ®é 550
  7. dèc lín sÏ cã c¸c thiÕt kÕ vµ ch−¬ng tr×nh ®Æc biÖt, nhÊt lµ c¸c vÊn ®Ò liªn quan tíi tèc ®é dßng ch¶y vµ tèc ®é xãi mßn ®Êt. dßng ch¶y cùc ®¹i trong khu vùc kh«ng ph¸t triÓn Dßng ch¶y cùc ®¹i trong khu vùc kh«ng ph¸t triÓn ®−îc sö dông trong giai ®o¹n ban ®Çu ®Ó so s¸nh ¶nh h−ëng cña dù ¸n ph¸t triÓn ®èi víi mét l−u vùc ®· cho. §Ønh lò ®èi víi vïng kh«ng ph¸t triÓn cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc b»ng c¸ch sö dông mét sè c¸c ph−¬ng ph¸p bao gåm ph−¬ng ph¸p thÝch hîp víi c¸c hÖ sè kh«ng ph¸t triÓn, ph−¬ng ph¸p diÖn tÝch - l−u l−îng hoÆc vÞ trÝ c¸c ®−êng cong dßng ch¶y mÆt thu ®−îc tõ sè liÖu c¸c tr¹m ®o, hoÆc c¸c ph−¬ng ph¸p biÓu ®å thuû v¨n ®¬n vÞ víi c¸c hÖ sè kh«ng ph¸t triÓn thÝch hîp. C¸c kÕt qu¶ th−êng sÏ kh¸c nhau phô thuéc vµo sù lùa chän c¸c ph−¬ng ph¸p, vµ mét sè ph−¬ng ph¸p cho kÕt qu¶ dù b¸o phÝa trªn trong khi nh÷ng ph−¬ng ph¸p kh¸c l¹i ë phÝa d−íi ®Ønh lò. Nh− vËy, ph−¬ng ph¸p thÝch hîp kh«ng ®−îc sö dông ®Ó thiÕt kÕ trªn nh÷ng diÖn tÝch lín h¬n 1,0 mi2 (2,5 km2). C¸c ph−¬ng ph¸p biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ sÏ kh«ng ®−îc sö dông trªn c¸c l−u vùc bé phËn lín h¬n kho¶ng 3-5 mi2. C¸c m« h×nh m¸y tÝnh nh− m« h×nh HEC-1 hoÆc SWMM th−êng ®−îc yªu cÇu sö dông cho c¸c khu vùc cã diÖn tÝch lín h¬n kho¶ng 2000 mÉu (kho¶ng 3 mi2) bëi v× cÇn ph¶i xÐt tíi c¸c l−u vùc bé phËn vµ diÔn to¸n lò trong lßng dÉn, nh− ®· thÓ hiÖn trong phÇn 5.6. VÝ dô 9.1 so s¸nh ba ph−¬ng ph¸p trong viÖc tÝnh to¸n tèc ®é thay ®æi dßng ch¶y cùc ®¹i tõ c¸c khu vùc kh«ng ph¸t triÓn. VÝ dô 9.1 TÝnh to¸n dßng ch¶y cùc ®¹i tõ c¸c l−u vùc kh«ng ph¸t triÓn X¸c ®Þnh tèc ®é thay ®æi dßng ch¶y cùc ®¹i khu vùc kh«ng ph¸t triÓn víi chu kú 100 n¨m tÝnh theo ®¬n vÞ ft3/s ®èi víi diÖn tÝch l−u vùc 403 mÉu gÇn thµnh phè Houston, bang Texas, nh− trong h×nh E9.1. Sö dông ph−¬ng ph¸p phÇn tö víi Tc= 60 phót vµ c¸c ®−êng cong IDF (h×nh 1.8). Sö dông ph−¬ng ph¸p TC + R trong b¶ng 5.13 víi tØ lÖ ph¸t triÓn 0%. Sö dông ph−¬ng ph¸p SCS ®èi víi biÓu ®å thuû v¨n ®¬n vÞ (UH) vµ l−îng m−a trong mét giê lµ 4,3 in víi chu kú 100 n¨m. Ph−¬ng ph¸p thÝch hîp tc = 60 phót QP = CiA C = 0.4 = 4.3 in/giê (tõ ®−êng cong IDF, h×nh 1.8) i A = 403 ac QP = (0,4)(4,3)(hÖ sè biÕn ®æi) HÖ sè biÕn ®æi = (43560/(12 × 3600)) 551
  8. QP = 699 ft3/s Ph−¬ng ph¸p TC + R Xem b¶ng 5.13. = 0,63 mi2 A = 4400 ft = 0,78 mi L ∆y= 22 ft/mi = 0,42 % tØ lÖ ph¸t triÓn = 0 %: C = 7,25 0.706 ⎛L⎞ TC + R = C⎜ ⎟ ⎜ S⎟ ⎝ 0⎠ 0 , 706 ⎛ 0,78 ⎞ = 7,25⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 22 ⎠ = 2,04 1, 06 ⎛L ⎞ TC = C ⎜ ac ⎟ ' ⎜S ⎟ ⎝ ⎠ 0 1, 06 ⎛ 0,39 ⎞ = 3,79⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ 22 ⎠ = 0,27 R = (TC + R) – TC = 2,04 - 0,27 = 1,77 QP = 635 ft3/s (tõ m« h×nh HEC-1) H×nh E9.1 DiÖn tÝch l−u vùc kh«ng ph¸t triÓn 552
  9. Ph−¬ng ph¸p SCS Tham kh¶o vÝ dô 2.8c. Gi¶ thiÕt hÖ sè ®−êng cong (CN) = 80. L = 4100 ft A = 0,63 mi2 SCS CN = 80 (b¶ng 2.1) S = (1000/CN) - 10 = 1000/80 - 10 = 2,5 ∆y = 0,42 % = 1,52 giê TR = D/2 + tP = (1,0/2) + 1,52 (S + 1) 41000 ,8 (3,5) 0,7 0,7 0,8 L tp = = 1900 ∆y 1900 0,42 = 2,02 giê QP = (484)A/TR = (484)(0,63)/2,02 = 151 ft3/s(giê/in) (trong biÓu ®å thuû v¨n ®¬n vÞ) i.QP = 4,3 in /giê.151ft3/s(giê/in) = 649,3 ft3/s Ph−¬ng ph¸p thÝch hîp thiÕt kÕ ®èi víi mét ph©n khu Ph−¬ng ph¸p thÝch hîp ®−îc m« t¶ chi tiÕt trong phÇn 6.4 vµ vÝ dô 6.6 vµ c¸c hÖ sè ®Æc tr−ng ®èi víi hÖ sè dßng ch¶y mÆt C trong c«ng thøc Q = CiA ®−îc liÖt kª trong b¶ng 6.6. C−êng ®é l−îng m−a i th−êng ®−îc x¸c ®Þnh tõ ®−êng cong IDF víi thêi gian m−a b»ng thêi gian tËp trung n−íc hoÆc thêi gian ®¹t tíi sù c©n b»ng trªn l−u vùc. MÆc dï, ph−¬ng ph¸p cã mét sè h¹n chÕ nh− ®· ®Ò cËp trong phÇn 6.4, nh−ng nã th−êng ®−îc sö dông trªn kh¾p n−íc Mü ®Ó thiÕt kÕ hÖ thèng tho¸t n−íc m−a thÝch øng. VÝ dô 9.2 thÓ hiÖn mét thiÕt kÕ tiªu biÓu ®èi víi mét ph©n khu nhá sö dông ph−¬ng ph¸p phÇn tö ®Ó x¸c ®Þnh kÝch th−íc hÖ hÖ thèng cèng trßn. C−êng ®é l−îng m−a cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc tõ c¸c ®−êng cong IDF cho c¸c thµnh phè hoÆc khu vùc. Th−êng mét chu kú lò lôt tõ 2 ®Õn 5 n¨m sÏ ®−îc sö dông ®Ó l¾p ®Æt ®−êng èng tiªu tho¸t n−íc lò mÆt do m−a, mÆc dï trong mét sè tr−êng hîp ®Æc biÖt l−u l−îng cã chu kú 10 n¨m thËm chÝ 100 n¨m sÏ ®−îc tÝnh to¸n ®Õn. VÝ dô, khu vùc thµnh phè Houston yªu cÇu mét dßng ch¶y thiÕt kÕ víi chu kú lµ 3 n¨m tõ viÖc tÝnh to¸n theo ph−¬ng ph¸p phÇn tö b»ng c¸ch sö dông mét tËp hîp c¸c ®−êng cong dßng ch¶y mÆt tõ thµnh phè Houston. Dung tÝch cèng th−êng ®−îc x¸c ®Þnh tõ ph−¬ng tr×nh Manning’s ®èi víi dßng ch¶y trong èng cã ¸p, ë ®©y cã thÓ thÊy r»ng ®−êng kÝnh èng cÇn thiÕt øng víi mét tèc ®é thay ®æi l−u l−îng x¸c ®Þnh lµ: 553
  10. 3/8 ⎛ 2,16Qn ⎞ D=⎜ ⎟ ⎜ (S )0, 5 ⎟ ⎝0 ⎠ trong ®ã Q tÝnh theo ®¬n vÞ ft3/s, n lµ hÖ sè Manning’s, S0 lµ ®é dèc, vµ D lµ ®−êng kÝnh cèng tÝnh b»ng ft. VÝ dô 9.2 Ph−¬ng ph¸p thÝch hîp thiÕt kÕ trªn mét ph©n khu sö dông b¶ng tÝnh ViÖc ®¸nh gi¸ l−u vùc kh«ng ph¸t triÓn trong vÝ dô 9.1 ®−îc chia thµnh c¸c ph©n khu ph¸t triÓn, vµ hÖ thèng cèng dÉn ®−îc bè trÝ nh− trong h×nh E9.2. C¸c b¶n ®å ®Þa h×nh ®−îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh c¸c diÖn tÝch khu vùc kÕt hîp víi mçi ®iÓm vµo chÝnh nh− thÓ hiÖn trªn b¶n ®å. Ph−¬ng ph¸p b¶ng tÝnh lµ rÊt tiÖn Ých trong viÖc tæ chøc d÷ liÖu vµ sÏ ®−îc sö dông trong vÝ dô nµy. B¶ng E9.2 ThiÕt kÕ cèng trßn b»ng ph−¬ng ph¸p t−¬ng quan Nh÷ng tÝnh to¸n cho cèng trßn khu vùc phô 2 §o¹n cèng L ChiÒu dµi cèng mÆt S0 (ft/ft) §é dèc bÒ tæng A (mÉu) DiÖn tÝch l−u trung n−íc phót) Thêi gian tËp (C=0,3) Tæng C.i (in/giê)(3 n¨m) C−êng ®é m−a i thiÕt kÕ Q (ft3/s) L−u l−îng (ft) § − êng kÝnh (ft) KÝch th−íc ch¶yQ/A (ft/s) Tèc ®é dßng Thêi gian vùc tho¸t n−íc cèng tÝnh to¸n cèng sö dông ch¶y (L/V)(phót) VW 900 0.0018 40.63 15 1.29 4.30 52 3.99 4.0 4.2 3.6 WX 300 0.0026 50.79 19 1.22 4.00 62 3.96 4.0 5.0 1.0 XY 300 0.0021 62.98 20 1.20 3.90 76 4.45 4.5 4.9 1.0 YZ 400 0.0016 67.72 21 1.18 3.85 80 4.78 5.0 4.5 1.5 Nh÷ng tÝnh to¸n cho cèng trßn khu vùc phô 3 §o¹n cèng L ChiÒu dµi cèng mÆt S0 (ft/ft) §é dèc bÒ tæng A (mÉu) DiÖn tÝch l−u (phót) trung n−íc Thêi gian tËp (C=0,3) Tæng C.i (in/giê)(3 n¨m) C−êng ®é m−a i Q (ft3/s) kÕ L−u l−îng thiÕt (ft) cèng tÝnh to¸n § − êng kÝnh (ft) KÝch th−íc ch¶yQ/A (ft/s) Tèc ®é dßng Thêi gian vùc tho¸t n−íc cèng sö dông ch¶y (L/V)(phót) AB 185 0.0022 6.02 14.0 1.09 3.63 7 1.76 2.0 2.7 1.1 BC 310 0.0024 16.11 15.1 1.07 3.57 17 2.49 2.5 3.5 1.5 CD 279 0.0022 25.19 16.6 1.05 3.50 26 2.97 3.0 3.8 1.2 DE 272 0.0020 34.05 17.8 1.04 3.47 35 3.38 3.5 4.0 1.1 EF 582 0.0023 52.99 19.0 1.03 3.43 55 3.87 4.0 4.6 2.1 FG 520 0.0022 69.92 21.1 1.02 3.40 71 4.31 4.5 4.9 1.8 GH 716 0.0022 93.23 22.8 1.00 3.33 93 4.77 5.0 5.2 2.3 HI 282 0.0022 102.41 25.1 1.00 3.33 102 4.94 5.5 5.3 0.9 IJ 1150 0.0018 139.84 26.0 1.00 3.33 140 5.76 6.0 5.4 3.6 JK 1100 0.0022 149.20 29.6 1.00 3.33 147 5.66 6.0 5.9 3.1 554
  11. Ph−¬ng ph¸p thÝch hîp cÇn thiÕt ®Ó x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña C trong thµnh phè Houston, trong tr−êng hîp nµy C = 0,3 vµ i x¸c ®Þnh tõ mét chuçi c¸c b¶ng víi thêi gian tËp trung dßng ch¶y x¸c ®Þnh. Mçi diÖn tÝch tiªu tho¸t n−íc b¾t ®Çu luü tÝch víi phÇn lín c¸c th−îng l−u ®−îc x¸c ®Þnh theo chiÒu dµi èng, ®é dèc, thêi gian tËp trung n−íc, c−êng ®é m−a, tham sè C, l−u l−îng thiÕt kÕ Q, ®−êng kÝnh tÝnh to¸n, kÝch th−íc cèng ®−îc sö dông, vËn tèc dßng ch¶y V, vµ thêi gian ch¶y. VÝ dô, trong ph©n khu 3 cèng AB trong h×nh E9.2 vµ b¶ng E9.2 cã diÖn tÝch tiªu tho¸t n−íc lµ 6,02 mÉu, chiÒu dµi cèng lµ 185 ft, vµ ®é dèc cña cèng lµ 0,0022 ft/ft. Tõ b¶ng IDF ®èi víi thµnh phè Houston, gi¸ trÞ cña i lµ 3,63 in/giê vµ thêi gian ban ®Çu tc ®−îc gi¶ thiÕt b»ng 14 phót ®èi víi diÖn tÝch ®Çu tiªn. L−u l−îng trong cèng tÝnh ®−îc lµ 6,56 ft3/s, tõ ph−¬ng tr×nh Manning’s l−u l−îng nµy cÇn mét cèng dÉn cã ®−êng kÝnh tèi thiÓu lµ 1,76 ft hoÆc mét cèng cã ®−êng kÝnh hiÖu dông trªn 2,0 ft (24 in). Chia l−u l−îng Q cho diÖn tÝch mÆt c¾t èng thu ®−îc l−u tèc lµ 2,7 ft/s. Thêi gian ch¶y trong èng AB ®−îc tÝnh tõ L/V b»ng 1,1 phót céng víi thêi gian tËp trung dßng ch¶y ®èi víi cöa vµo B cña cèng tiÕp. TiÕp ®ã èng BC cã tC = 15,1 phót vµ qu¸ tr×nh trªn tiÕp tôc ®−îc lÆp l¹i. NÕu cã thÓ cã nhiÒu h−íng ch¶y l−u l−îng h¬n ®Ó tíi mét ®iÓm vµo, sau ®ã gi¸ trÞ tC lín nhÊt sÏ ®−îc lùa chän cho viÖc thiÕt kÕ. Chó ý r»ng cèng BC cÇn cã ®−êng kÝnh lµ 2,5 ft. HÖ thèng cèng cuèi cïng ®ßi hái ®−êng kÝnh cèng thay ®æi tõ 2,0 ®Õn 6,0 ft (24-72 in) ®èi víi ph©n khu 3 vµ tõ 4,0 ®Õn 5,0 ft (48-60 in) ®èi víi ph©n khu 2 nh− trong h×nh E9.2. Chó ý r»ng l−u l−îng trong c¸c cèng dÉn nhá h¬n ch¶y vµo c¸c cèng dÉn lín h¬n th−êng gÆp t¹i nh÷ng èng nèi hoÆc cöa cèng. Nh÷ng ®iÓm thu n−íc ph¶i ®−îc s¾p ®Æt mét c¸ch hîp lÝ ®èi víi c¸c m¸ng dÉn ®Ó ®−a n−íc vµo hÖ thèng cèng tho¸t n−íc . HÖ thèng ®−îc thiÕt kÕ ®Ó tiªu tho¸t toµn bé dßng ch¶y mÆt mét trËn lò víi chu kú 3 n¨m vµo trong cèng dÉn mµ kh«ng cã bÊt cø mét l−îng n−íc nµo tån ®äng trªn phè hoÆc nh÷ng vïng thÊp. Tèc ®é thay ®æi l−îng m−a lín h¬n l−îng m−a thiÕt kÕ víi chu kú 3 n¨m cÇn sö dông c¸c biÓu ®å thuû v¨n vµ sÏ ®−îc chØ dÉn trong phÇn 9.4. 9.4. ThiÕt kÕ c¸c biÓu ®å thuû v¨n cho dßng ch¶y trong cèng trßn, dßng ch¶y trµn vµ dßng ch¶y trong c¸c lßng dÉn hë ThiÕt kÕ c¸c cöa s«ng l−u vùc nhá Ph−¬ng ph¸p thÝch hîp thiÕt kÕ cho mét ph©n khu nhá phï hîp trong viÖc thiÕt kÕ hÖ thèng cèng trßn, ph−¬ng ph¸p nµy kh«ng chó träng nhiÒu ®Õn l−îng m−a víi c−êng ®é lín cã thÓ xuÊt hiÖn. PhÇn lín c¸c l−u vùc ®« thÞ ®−îc thiÕt kÕ theo tiªu chuÈn liªn quan ®Õn nh÷ng trËn m−a cùc ®¹i trong thêi ®o¹n tõ 25 ®Õn 100 n¨m. Trong thµnh phè Houston tiªu chuÈn thiÕt kÕ ®ã ®−îc ¸p dông víi khu vùc cã diÖn tÝch tõ 100 ®Õn 200 mÉu, ®é dèc thuû lùc víi thêi ®o¹n 25 n¨m ph¶i nhá h¬n hoÆc b»ng ®é dèc cña c¸c r·nh 555
  12. n−íc tiªu tho¸t cho mét khu vùc cã diÖn tÝch tiªu tho¸t lín h¬n 100 mÉu. BÒ mÆt mùc n−íc thiÕt kÕ víi thêi ®o¹n 25 n¨m ®−îc gi¶ thiÕt trong lßng dÉn cöa ra lµm c¬ së cho toµn bé c¸c ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn. L−îng nhËp l−u trong c¸c ®o¹n ®Æc tr−ng cña hÖ thèng ®¸p øng cho mét khu vùc cã diÖn tÝch lín h¬n 200 mÉu, l−u l−îng øng víi tÇn xuÊt 100 n¨m cho toµn bé c¸c ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn ®−îc sö dông ®Ó ®¶m b¶o r»ng ®é dèc thuû lùc øng víi l−u l−îng thêi ®o¹n 100 n¨m ph¶i nhá h¬n ®é dèc tù nhiªn cña bÒ mÆt ®Êt t¹i tÊt c¶ c¸c ®iÓm däc theo ®o¹n ®Æc tr−ng nµy cña hÖ thèng. Mùc n−íc bÒ mÆt thiÕt kÕ øng víi chu kú 25 n¨m ®−îc gi¶ thiÕt trong lßng dÉn cöa ra. H×nh 9.3 Sù t−¬ng t¸c lßng dÉn - cèng ngÇm lò H×nh 9.3 thÓ hiÖn mèi quan hÖ th«ng th−êng gi÷a hÖ thèng cèng trßn, lßng dÉn thu nhËn, vµ hÖ thèng ®−êng phè trong mét ph©n vïng tiªu biÓu trong thµnh phè Houston, n¬i ®é dèc ®−îc trung b×nh ho¸ víi biªn ®é biÕn ®æi nhá h¬n 5%. C¸c ®−êng phè lµ mét 556
  13. phÇn cña viÖc thiÕt kÕ hÖ thèng tiªu tho¸t n−íc lò do nh÷ng trËn m−a víi c−êng ®é lín vµ ®é dèc t−¬ng ®èi b»ng ph¼ng g©y nªn. C¸c khu vùc ®« thÞ kh¸c cã thÓ cã c¸c tiªu chuÈn thiÕt kÕ kh¸c nhau tuú thuéc vµo c−êng ®é m−a, ®é dèc mÆt ®Êt, ®é dèc lßng dÉn, vµ tû lÖ phÇn tr¨m khu vùc kh«ng thÊm n−íc. Ph©n khu thiÕt kÕ sö dông m« h×nh HEC-1 Mét trong nh÷ng vÊn ®Ò thiÕt kÕ thó vÞ trong trong thñy v¨n n−íc mÆt lµ x¸c ®Þnh nguyªn nh©n cña lò lôt tån t¹i trong mét khu vùc ®· ph¸t triÓn vµ tõ ®ã thiÕt lËp nhiÒu ph−¬ng ¸n gi¶i quyÕt kh¸c nhau ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò. HÖ thèng cèng l−u vùc nhá ®−îc thiÕt kÕ trong vÝ dô 9.2 cã cÊu tróc trong mét ph©n khu gÇn thµnh phè Houston. Mét khu vùc ph¸t triÓn cã diÖn tÝch 403 mÉu (0.63 spmi) ®−îc x©y dùng trong kho¶ng thêi gian 10 n¨m tõ n¨m 1972 ®Õn n¨m 1982, gi÷a n¨m 1980 (1984, 1987, vµ 1989) b¾t ®Çu tr¶i qua chuçi sè liÖu lò lôt kÐo dµi trong kho¶ng 12 nhµ trong c¸c thµnh phè trong ph©n khu. H×nh d¹ng khu vùc trong h×nh 9.4 thÓ hiÖn nh÷ng khu vùc chÝnh cña lò lôt. Ph©n tÝch hÖ thèng cèng trßn víi thêi ®o¹n thiÕt kÕ lµ 3 n¨m phï hîp trong ph©n khu nh− ®−îc lý gi¶i trong vÝ dô 9.2, nh−ng hÖ thèng ®ã d−êng nh− bÞ qu¸ t¶i tõ ®é cao c¸c mùc lò lôt trong suèt thêi kú c¸c biÕn cè l−îng m−a lín h¬n cã chu kú tõ 10 ®Õn 25 n¨m. H×nh 9.4 DiÖn tÝch tiªu tho¸t cho ph©n khu. 557
  14. Trong vÝ dô 9.3 m« h×nh HEC-1 sÏ ®−îc sö dông ®Ó dù b¸o tèc ®é thay ®æi l−u l−îng phô tréi dßng ch¶y trµn vµ thÓ tÝch hiÖu dông th«ng qua viÖc xem xÐt c¸c chiÒu h−íng biÕn ®æi cña l−îng m−a c¸c thêi ®o¹n tr−íc vµ l−îng m−a thiÕt kÕ ch¶y xuèng hÖ thèng cèng ngÇm. C¸c b−íc tiÕp theo ®−îc yªu cÇu ®Ó thùc hiÖn viÖc ph©n tÝch lò lôt vµ phôc vô thiÕt kÕ: 1, X¸c ®Þnh c¸c l−u l−îng phô riªng biÖt, n¬i nhËp l−u cña dßng ch¶y trµn vµ dßng ch¶y trong cèng trßn ®Õn c¸c bé phËn kiÓn so¸t sù thay ®æi (c¸c cöa vµo cèng trßn hoÆc cèng ngÇm) trong ph©n khu. 2, X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña m« h×nh HEC-1 ë c¸c khu vùc phô ®Æc biÖt trong khu vùc ®· ph¸t triÓn (xem phÇn 5.6). 3, §¸nh gi¸ c¸c khu vùc chÝnh n¬i n−íc ®−îc chuyÓn h−íng vµo trong hÖ thèng cèng vµ x¸c ®Þnh tèc ®é thay ®æi l−u l−îng cùc ®¹i trªn c¬ së h−íng, ®é dèc vµ ®−êng kÝnh cña cèng trßn. 4, Thu thËp c¸c sè liÖu l−îng m−a thiÕt kÕ vµ lÞch sö tõ c¸c dông cô ®o gÇn ph©n khu nhÊt, vµ tÝnh to¸n chu kú cña c¸c trËn lò lÞch sö. 5, X¸c ®Þnh cÊu tróc ho¹t ®éng tiÕp theo trong l−u vùc hå chøa, nh− nã cã thÓ ¶nh h−ëng ®Õn tèc ®é thay ®æi dßng ch¶y vµ dung tÝch cña hå. 6, Sö dông th«ng tin ®· ®−îc nghiªn cøu, ®¸nh gi¸ c¸c mèi liªn hÖ tiªu tho¸t tr÷ l−îng trong nh÷ng ®−êng phè chÝnh vµ c¸c khu vùc kh¸c n¬i mµ lò lôt cã thÓ quan tr¾c ®−îc. Cè g¾ng sö dông tiÖn dông c¸c mùc n−íc cao ®Ó tÝnh to¸n sè liÖu lò lôt quan tr¾c ®−îc. ViÖc tÝnh to¸n c¸c l−u l−îng ra sö dông ph−¬ng tr×nh Manning’s. 7, Cµi ®Æt vµ ch¹y m« h×nh HEC-1 cho nh÷ng l−îng m−a thiÕt kÕ vµ lÞch sö vµ so s¸nh c¸c mùc tr÷ l−îng dù b¸o víi c¸c kÕt qu¶ quan tr¾c ®Ó cã thÓ ®¸nh gi¸ quy m« cña nã. VÝ dô 9.3 ThiÕt kÕ víi m« h×nh HEC-1 Sè liÖu ®Çu vµo m« h×nh HEC-1 trong ph©n khu ®−îc ph¸c ho¹ trong h×nh 9.4 vµ sè liÖu l−îng m−a trong thêi ®o¹n 6 giê víi chu kú 100 n¨m ®−îc liÖt kª trong b¶ng E9.3. Ph−¬ng ph¸p TC vµ R ®−îc sö dông tõ b¶ng 5.13, ph−¬ng ph¸p tæn thÊt luü thõa ®−îc sö dông ®Ó tÝnh thÊm, vµ ph−¬ng ph¸p thêi gian trÔ ®¬n gi¶n ®−îc sö dông cho ®−êng qu¸ tr×nh lò (xem ch−¬ng 5). Nh÷ng l−îng m−a thiÕt kÕ vµ lÞch sö kh¸c nhau (1987 vµ 1989) sÏ ®−îc tÝnh to¸n sau ®ã trong vÝ dô nµy. Toµn bé qu¸ tr×nh l−u l−îng tiÕp theo lµ l−u l−îng tiªu tho¸t t¹i ph©n khu 1 t¹i ®iÓm 1 (®−îc lan truyÒn trong h×nh 9.4) sau ®ã l−u l−îng cùc ®¹i 158ft3/s bÞ ®æi h−íng lÇn ®Çu vµo mét cèng trßn cã ®−êng kÝnh 54 (in) ch¶y ®Õn bÊt kú mét hå chøa nµo theo h−íng t©y. Sau ®ã ®−êng qu¸ tr×nh l−u l−îng ph©n khu 1 tíi ®iÓm 2, khi ®ã dßng ch¶y t¹i ph©n khu 2 ®−îc tÝnh to¸n vµ nhËp l−u l¹i tr−íc khi qu¸ tr×nh l−u l−îng di chuyÓn ®Õn ®iÓm 6, gÇn cöa ra lßng dÉn hë trong h×nh 9.4. L−u l−îng cùc ®¹i 558
  15. víi chu kú 100 n¨m t¹i ®iÓm 6 tõ ph©n khu 1 vµ 2 lµ 517 ft3/s. B¶ng E9.3 Sè liÖu ®Çu vµo m« h×nh HEC-1 cho vïng ph©n chia. ID CYPRESSWAY SUBDIVISION 100 - YEAR 6 - GIÊ STORM HEC-1 RUN IT 5 72 IO 5 12 KK 1 KM Dßng ch¶y tõ ph©n khu 1 BA 0.226 PH 1.0 2.7 4.6 6.0 6.8 8.5 LE 0.3 1.3 3.00 0.55 30.0 UC 0.14 0.83 KK 1 48"=88ft3/s KM L−u l−îng cèng ngÇm: 54"=70ft3/s KM DT Ph©n khu 1 DI 0. 30. 60. 100. 158. 200. 258. DQ 0. 30. 55. 75. 108. 130. 158. KK 2 KM Qu¸ tr×nh ®Õn ph©n khu 2 RT 1. 6. 3. KK 2 KM Dßng ch¶y tõ ph©n khu 2 BA 0.098 LE 0.30 1.3 3.00 0.55 35. UC 0.08 0.70 KK 2 KM KÕt hîp HC 2 KK 6 KM Qu¸ tr×nh ch¶y qua c¸c cèng trßn ®Õn cöa ra lßng dÉn RT 1. 2. 1. KK 3 KM Dßng ch¶y tõ ph©n khu 3 BA 0.230 LE 0.30 1.30 3.00 0.55 35. UC 0.16 1.72 KK 3 KM L−u l−îng cèng ngÇm: 72" DT Ph©n khu 3 DI 0. 0. 75. 150. 220. 240. 300. DQ 0. 30. 75. 150. 220. 220. 225. KK 4 KM Dßng ch¶y tõ ph©n khu 4 559
  16. ID CYPRESSWAY SUBDIVISION 100 - YEAR 6 - GIÊ STORM HEC-1 RUN BA 0.076 LE 0.30 1.30 3.00 0.55 35. UC 0.13 1.34 KK 4 KM L−u l−îng cèng ngÇm: 42" DT Ph©n khu 4 DI 0. 60. 65. 80. 120. 300. DQ 0. 60. 64. 64. 66. 75. KK 5 KM KÕt hîp HC 2 KK 5 KM L−u l−îng cèng tr¶i réng xuèng ®−êng phè DT Ph©n khu 5 DI 0. 18. 76. 100. 140. 285. 400. DQ 0. 18. 38. 46. 60. 105. 160. KK 6 Qu¸ tr×nh dßng ch¶y ®Õn cöa ra KM lßng dÉn RT 1. 6. 3. KK 6 KM KÕt hîp t¹i 6: Dßng ch¶y trµn cùc ®¹i HC 2 ZZ TiÕp theo xem xÐt dßng ch¶y t¹i ph©n khu 3 vµ 4, chóng nhËp l−u t¹i ®iÓm 5 vµ ®−êng qu¸ tr×nh ®ã di chuyÓn ®Õn ®iÓm 6, sau khi bÞ ®æi h−íng ë ®iÓm 3 vµ ch¶y vµo cèng trßn cã ®−êng kÝnh 72 (in) n¬i dßng ch¶y ch¶y tíi ®iÓm k vµ bÞ ®æi h−íng ë ®iÓm 4 ch¶y vµo mét cèng trßn cã ®−êng kÝnh 42 (in) sau ®ã ch¶y theo h−íng nam tíi bÊt kú mét hå chøa nµo, vµ bÞ ®æi h−íng ë ®iÓm 5 n¬i dßng ch¶y trµn tr¶i réng trªn mÆt ®Êt theo h−íng nam tíi bÊt kú mét bÓ chøa nµo. KÕt qu¶ l−u l−îng cùc ®¹i lµ 88 ft3/s tõ c¸c ph©n khu 3 vµ 4 nhËp l−u víi l−u l−îng 517 ft3/s tõ c¸c ph©n khu 1 vµ 2 t¹o nªn l−u l−îng cùc ®¹i t¹i ®iÓm 6 lµ 605 ft3/s. H×nh E9.3 (a) thÓ hiÖn h×nh d¹ng cuèi cïng cña biÓu ®å thuû v¨n dßng ch¶y trµn víi l−îng m−a chu kú 100 n¨m trªn ph©n khu. M« h×nh HEC-1 cung cÊp mét c«ng cô rÊt cã Ých cho viÖc ph©n tÝch sù biÕn ®æi c¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng l−u vùc bao gåm l−u l−îng trong cèng trßn, c¸c chç ®æi dßng, vµ dßng ch¶y trµn. H×nh E9.3 (b) thÓ hiÖn c¸c kÕt qu¶ cña m« h×nh HEC-1 víi 3 trËn m−a kh¸c nhau t¹i c¸c ®iÓm biÕn ®æi trong hÖ thèng bao gåm c¸c trËn lò ®o ®¹c ®−îc vµo th¸ng 11 n¨m 1987 vµ th¸ng 5 n¨m 1989 víi l−îng m−a thiÕt kÕ lµ 10 n¨m (xem h×nh 5.11). Do vËy, l−u l−îng cùc ®¹i øng víi c¸c biÕn cè lò ®o ®¹c ®−îc vµo n¨m 1987 vµ 1989 ®−îc x¾p xÕp thµnh mét d·y c¸c biÕn cè cã chu kú tõ 10 ®Õn 100 n¨m. L−u l−îng t−¬ng øng víi biÕn cè cã chu kú 25 n¨m lµ 428 ft3/s, nã t−¬ng øng víi phÇn lín biÕn cè th¸ng 5 n¨m 1989. 560
  17. H×nh E9.3 (a) C¸c biÓu ®å thuû v¨n dßng ch¶y ra tõ m« h×nh HEC-1. H×nh E9.3 (b) Nh÷ng so s¸nh l−u l−îng cùc ®¹i trong m« h×nh HEC-1. T¹i ®iÓm nµy trong viÖc nghiªn cøu thiÕt kÕ, sù ®¸nh gi¸ cÈn thËn c¸c tÝnh chÊt biÕn ®æi tr÷ l−îng n−íc cña c¸c khu vùc lò lôt lµ cÇn thiÕt, do ®ã thÓ tÝch hoÆc l−u l−îng trong suèt thêi kú 1987 vµ 1989 cã thÓ ®−îc so s¸nh víi nh÷ng mùc n−íc cao quan tr¾c ®−îc trong c¸c s©n, nhµ, ®−êng phè trong khu vùc. Nh÷ng nghiªn cøu ®Þa h×nh chi tiÕt th−êng ®−îc yªu cÇu nÕu ®é chÝnh x¸c cho phÐp nhá h¬n 10 (ft), chóng th−êng ®−îc thùc hiÖn trong nh÷ng l−u vùc nhá. M« h×nh HEC-1 còng cã thÓ ®−îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ sù t¸c ®éng cña tr÷ l−îng n−íc khèng chÕ hiÖu qu¶ trong c¸c khu vùc bÞ ¶nh h−ëng, c¸c cöa ra cña cèng trßn më réng, c¸c lßng dÉn më réng, hoÆc lµm lÖch h−íng c¸c dßng ch¶y nhËp l−u tíi c¸c bÓ kh¸c. 561
  18. C¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm so¸t lò lôt C¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm so¸t lò lôt kh¸c nhau trong ph©n khu lò lôt ®−îc nghiªn cøu kh¸ chi tiÕt vµ chØ nhÊn m¹nh c¸c kÕt qu¶ cuèi cïng. Tr−íc tiªn khu vùc ph¸t triÓn cao víi nh÷ng hé gia ®×nh riªng biÖt, ngo¹i trõ viÖc nghiªn cøu mét vïng réng lín bªn ngoµi kh«ng ph¸t triÓn vµ c¸c lßng dÉn cöa ra kh«ng x¸c ®Þnh hiÓn nhiªn bÞ lo¹i trõ ë ®iÓm 6 trong h×nh 9.4. ViÖc x©y dùng nh÷ng ng«i nhµ trong nh÷ng khu vùc phÝa b¾c cã xu h−íng lò lôt cña ®iÓm K vµ ®iÓm Z ®−îc x©y dùng trong mét lßng s«ng cò n¬i ®· bÞ lÊp ®Çy tr−íc lóc ph¸t triÓn, vµ trong khi c¸c cèng trßn ®−îc thiÕt kÕ chÝnh x¸c, kh«ng cã sù tån t¹i cña dung tÝch bæ xung cho dßng ch¶y phô tréi ®Ó tiªu tho¸t khái khu vùc. Lßng dÉn më réng ë cña ra ®−îc t×m thÊy kh«ng chÞu ¶nh h−ëng cña lò lôt trong ph©n khu. Lßng dÉn hë cã thÓ ®−îc më réng tíi th−îng l−u vµ c¾t ngang víi c¸c ®iÓm K vµ Z, nh−ng ®iÒu nµy dÉn ®Õn ph¸ huû mét c©y cÇu vµ nhiÒu nhµ ë møc lín nhÊt. HÖ thèng cèng ngÇm (tõ ®iÓm V ®Õn ®iÓm Z) cã thÓ ®−îc më réng ®Ó kiÓm so¸t trËn lò víi chu kú 100 n¨m, nh−ng ë møc ®é thiÖt h¹i lín nhÊt vµ ®¶m b¶o kh«ng râ rµng r»ng nh÷ng l−u l−îng víi chu kú 100 n¨m trong nh÷ng ®−êng phè hiÖn t¹i cã thÓ ch¶y vµo trong c¸c cèng trßn. HÖ thèng cèng (tõ A ®Õn K) cã thÓ ®−îc thay ®æi vµ di chuyÓn däc theo h−íng nam víi sù tån t¹i cña c¸c ®iÓm ®æi dßng 4 vµ 5, nh−ng ®iÒu nµy chØ cã thÓ lµm gi¶m l−u l−îng cùc ®¹i t¹i ®iÓm 6 xuèng 88 ft3/s dÉn ®Õn kh«ng ®ñ ®Ó cã nhiÒu t¸c ®éng m¹nh. Cuèi cïng tr÷ l−îng n−íc khèng chÕ cã thÓ ®−îc bæ xung ®Ó tho¸t xuèng c¸c ph©n khu, tr÷ l−îng nµy dïng ®Ó kiÓm so¸t l−u l−îng lò phô tréi. NÕu l−u l−îng lèi vµo cã thÓ thu ®−îc trong mét ®o¹n ®Æc tr−ng cña khu vùc kh«ng ph¸t triÓn t¹i phÝa ®«ng cña cöa vµo cèng trßn V. Tõ ph©n khu 1 bæ xung mét l−u l−îng 364 ft3/s t¹o nªn l−u l−îng tæng céng 605 ft3/s, viÖc kiÓm so¸t mét phÇn lín dßng ch¶y tõ ph©n khu 1 b»ng mét ao khèng chÕ lµ mét lùa chän tèi −u vµ ®iÒu ®ã cã thÓ ®−îc tÝnh to¸n dÔ dµng b»ng viÖc sö dông m« h×nh HEC-1 ®Ó gi¶i quyÕt qu¸ tr×nh lò th«ng qua mét ao khèng chÕ. Mét ao khèng chÕ t−¬ng tù 29 ac-ft ®−îc thiÕt kÕ trong vÝ dô 9.4 (®−îc thÓ hiÖn ë bªn d−íi cña ch−¬ng nµy) ®−îc nhËp vµo m« h×nh HEC-1 sau khi tÝnh to¸n l−u l−îng t¹i ph©n khu 1, n¬i l−u l−îng cùc ®¹i lµ 364 ft3/s. Ao khèng chÕ sÏ lµm gi¶m l−u l−îng xuèng 85 ft3/s ë h¹ l−u cña ao, vµ do ®ã ¶nh h−ëng ®Õn biÓu ®å thuû v¨n ë ®iÓm 6 ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh E9.3 (a). KÕt qu¶ l−u l−îng cùc ®¹i ë cöa s«ng bÞ gi¶m tõ 605 ft3/s xuèng 337 ft3/s, ®ñ ®Ó gi¶i quyÕt xong vÊn ®Ò lò lôt ë mùc cã chu kú 100 n¨m trong ph©n khu. 9.5. ThiÕt kÕ ao khèng chÕ trong viÖc kiÓm so¸t lò lôt Nh÷ng thiÕt kÕ ao khèng chÕ cã ý nghÜa tÝch cùc trong suèt thêi kú cuèi n¨m 1970 ®Õn 1980 còng nh− ®−îc c¸c ®oµn thÓ c«ng nhËn nh÷ng lîi Ých cña nã trong viÖc kiÓm so¸t lò lôt vµ chÊt l−îng n−íc cña c¸c hÖ thèng nh− vËy (xem phÇn 6.6). Craig vµ Rankl (1978) ®· c¶i tiÕn vµ ph¸t triÓn mét ph−¬ng ph¸p phÇn tö ®Ó nghiªn cøu tr÷ l−îng n−íc 562
  19. trªn c¬ së thêi ®o¹n m−a lín h¬n thêi gian tËp trung n−íc. Donahue, McCuen, vµ Bordedid (1981) ®· ph¸t triÓn mét ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch sö dông c¸c biÓu ®å thuû v¨n h×nh lËp ph−¬ng vµ tû sè l−u l−îng cùc ®¹i tr−íc vµ sau khi ph¸t triÓn. Smith vµ Badient (1980), Mays vµ Badient (1982) ®· tÝnh to¸n c¸c lîi Ých cña viÖc kiÓm so¸t lò lôt vµ sù ph©n bè theo kh«ng gian cña c¸c ao khèng chÕ trong c¸c l−u vùc ®« thÞ. C¸c vÝ dô m« t¶ mét c¸ch chi tiÕt vÒ viÖc thiÕt kÕ mét ao khèng chÕ cã thÓ t×m thÊy tõ c¸c tµi liÖu cña Chow vµ c¸c céng sù (1988). Stagiêe vµ Urbonas (1990) viÕt mét bµi luËn gÇn ®©y vÒ viÖc khèng chÕ n−íc lò trong c¸c khu vùc ®« thÞ, chóng bao gåm c¶ viÖc th¶o luËn kh¸ chi tiÕt c¸c d¹ng cña ao khèng chÕ, chØnh trÞ dßng ch¶y, tÝnh to¸n dung tÝch tr÷ l−îng n−íc, vµ n©ng cao chÊt l−îng n−íc lò. Trong khu vùc thµnh phè Houston, c¸c ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ ao khèng chÕ ®−îc c¶i tiÕn hµng n¨m víi nhiÒu b¶n thiÕt kÕ ®Çu tiªn ®−îc hoµn thµnh trong n¨m 1970. NhiÒu thiÕt kÕ ao khèng chÕ tiªu biÓu ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh 6.10. Xu h−íng thiÕt kÕ cña c¸c ao khèng chÕ ®−îc thiÕt lËp cè ®Þnh vµo n¨m 1984. C¸c tiªu chuÈn thiÕt kÕ cho viÖc kiÓm so¸t lò lôt vµ nh÷ng lîi Ých cña hÖ thèng tiªu tho¸t n−íc lò trong ®Þa phËn Harris. Víi c¸c khu vùc tiªu tho¸t n−íc cã diÖn tÝch nhá h¬n 50 mÉu, chØ ®ßi hái cùc ®¹i cña biÓu ®å thuû v¨n, vµ tèc ®é thay ®æi l−u l−îng cùc ®¹i dßng ch¶y ra cho phÐp víi dßng ch¶y chu kú 100 n¨m ë khu vùc kh«ng ph¸t triÓn tõ vÞ trÝ n¬i l−u l−îng øng víi tÇn xuÊt: Qp = 1,2A trong ®ã: A: Lµ diÖn tÝch l−u vùc tÝnh b»ng mÉu Qp: L−u l−îng øng víi tÇn xuÊt p tÝnh b»ng ft3/s Dung tÝch tr÷ l−îng n−íc hiÖu dông biÕn ®æi tõ 0,45 ®Õn 0,55 (ac - ft/ac). C¸c khu vùc ®« thÞ kh¸c cã thÓ biÕn ®æi tuú thuéc vµo ®é dèc, phÇn tr¨m khu vùc kh«ng thÊm n−íc (tû lÖ vïng ®Êt kh«ng thÊm n−íc), vµ c−êng ®é m−a. Víi c¸c khu vùc cã diÖn tÝch tõ 50 mÉu ®Õn 2000 mÉu sö dông ph−¬ng ph¸p biÓu ®å thuû v¨n ®¬n vÞ ®−îc tr×nh bµy râ trong tiªu chuÈn h−íng dÉn, tèc ®é thay ®æi l−u l−îng cùc ®¹i cöa ra cho phÐp bÞ h¹n chÕ tõ tèc ®é thay ®æi l−u l−îng vïng réng lín kh«ng ph¸t triÓn, ®©y còng lµ nÒn t¶ng cho viÖc ph©n tÝch mét biÓu ®å thuû v¨n. Trong c¸c khu vùc cã diÖn tÝch lín h¬n 2000 mÉu, mét ph−¬ng ph¸p thuû v¨n chi tiÕt ®−îc yªu cÇu trªn c¬ së m« h×nh HEC-1 vµ c¸c ph−¬ng ph¸p TC vµ R (b¶ng 5.13) trong viÖc x¸c ®Þnh c¸c biÓu ®å thuû v¨n dßng ch¶y vµo vµ tèc ®é thay ®æi l−u l−îng cùc ®¹i cho phÐp ë cöa ra. TiÕp theo vÝ dô 9.4 thÓ hiÖn sù thiÕt kÕ mét c¸ch chi tiÕt cho viÖc tiªu tho¸t n−íc th¶i sinh ho¹t trong mét l−u vùc cã kÝch th−íc trung b×nh, theo khu vùc kiÓm so¸t lò khu vùc Harris (1984). VÝ dô 9.4 ThiÕt kÕ c¸c ao khèng chÕ cho viÖc tiªu tho¸t n−íc th¶i sinh ho¹t N−íc th¶i cña mét khu vùc ph¸t triÓn cã diÖn tÝch 122 mÉu ®−îc ®−a ra gÇn mét m−¬ng tiªu tho¸t. C¸c tÝnh chÊt lßng dÉn cöa ra ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh E9.4 (a) n¬i ao khèng chÕ ®−îc ®Æt ë ®é cao 116,4 ft vµ cöa ra cña m−¬ng cã ®é cao ë ®¸y lµ 104,8 ft. 563
  20. Khu vùc réng lín ®−îc ®Ò xuÊt víi tû lÖ ph¸t triÓn lµ 80 % vµ ph¶i giíi h¹n l−u l−îng cùc ®¹i cöa ra lµ 93 ft3/s do nh÷ng ¶nh h−ëng cña h¹ l−u. H×nh E9.4(a) MÆt c¾t ao khèng chÕ Ph¹m vi vµ cÊu tróc dßng ch¶y träng lùc t¹i cöa ra cña ao khèng chÕ lµm t¨ng l−îng dßng ch¶y mÆt cã chu kú 100 n¨m do sù ph¸t triÓn cña mét khu vùc réng lín. Sau ®ã sö dông c¸c tiªu chuÈn tiªu tho¸t n−íc c¬ b¶n khu vùc Harris (1984). Gi¶i 1, Theo tiªu chuÈn thiÕt kÕ khu vùc Harris th× ®−êng l−u l−îng cöa ra cña cÊu tróc dßng ch¶y ra tõ ao khèng chÕ lµ trªn1 ft so víi ®−êng l−u l−îng lßng dÉn cöa ra, hoÆc trong tr−êng hîp nµy lµ 105,8 ft. §é cao cho phÐp gi¶m 0,3 ft tõ cÊu tróc cöa ra vµo ®−êng l−u l−îng ®Ó ®−êng l−u l−îng cöa ra sÏ t¹o nªn trong mét ®é cao ®−êng l−u l−îng hå chøa ®Ò xuÊt lµ 106,1 ft. Nh÷ng ph©n tÝch ban ®Çu mét cèng lò cã thÓ ®−îc thùc hiÖn ®Ó ®¶m b¶o phï hîp víi ®é s©u cöa ra trong ao ®Ó cho sù tiªu tho¸t n−íc lò trong c¸c cèng ngÇm ®−îc dÔ dµng. 2, Sö dông c¸c ®−êng cong tiªu tho¸t khu vùc Harris trong s¸ch thuû v¨n (1988), mét ®−êng cong cã thÓ x¸c ®Þnh nh÷ng l−u l−îng cùc ®¹i tiÕp theo víi chu kú 100 n¨m vµ chu kú 25 n¨m. Gi¶ thiÕt h×nh d¹ng biÓu ®å thuû v¨n dßng ch¶y vµo (h×nh E9.4 b). DiÖn tÝch PhÇn tr¨m khu vùc TÇn suÊt lò lôt L−u l−îng cùc ®¹i (ft3/s) (mÉu) ph¸t triÓn (n¨m) 122 80 100 375 122 80 25 275 3, KÝch th−íc cÊu tróc cöa s«ng ®Ó tiªu tho¸t mét l−u l−îng xÊp xØ 93 ft3/s trong suèt thêi kú mét biÕn cè cã chu kú 100 n¨m. Ph−¬ng tr×nh thÓ hiÖn l−îng tæn thÊt ban ®Çu cã thÓ chÊp nhËn ®−îc cho toµn bé l−u l−îng c¸c cèng ngÇm tiÕp theo lµ: ⎡ 2,52(1 + ke ) 466n 2 L ⎤ Q 2 HT = ⎢ + D5,3 ⎥ 100 ⎣ ⎦ D4 trong ®ã: D: §−êng kÝnh cña cèng ch−a x¸c ®Þnh ®o b»ng ft HT: §é cao ban ®Çu ®o b»ng ft (®−îc gi¶ thuyÕt lµ 2) ke: HÖ sè tæn thÊt cöa vµo = 0,5 n: HÖ sè nh¸m Manning’s = 0,024 L: ChiÒu dµi cèng ngÇm = 158 (ft) Q: Tèc ®é thay ®æi l−u l−îng thiÕt kÕ = 93 ft3/s 564
nguon tai.lieu . vn
Toán học Môi trường Vật lý Sinh học Địa Lý Hoá học Nông - Lâm - Ngư Cơ khí - Chế tạo máy Tiếng Anh phổ thông Khoa học ứng dụng Nông - Lâm Kiến thức tổng hợp Giáo dục học Xã hội học