Chương 5: Tính toán dòng
chảy lũ thiết kế

I. 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 Q
max
(m
3
/s): là giá trị lớn nhất của lưu
lượng trong một trận lũ.

Tổng lượng lũ W
max
(m
3
): là tổng lượng dòng chảy trong
một trận lũ

W
max
T
(Q~t)

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 T
l
là thời gian kể từ khi bắt đầu
có lũ đến thời điểm xuất hiện đỉnh lũ Q
max
.

Thời gian lũ xuống T
x
là thời gian kể từ thời điểm
xuất hiện đỉnh lũ Q
max
đến khi lũ kết thúc.
Như vậy: T= T
l
+T
x

Hệ số bất đối xứng: γ = T
x


Tại t
0
: thời điểm bắt đầu mưa

Từ t
0
÷ t
1
: a
t
<K
t
giai đoạn tổn thất hoàn toàn
H
0
: lượng tổn thất ban đầu

Tại t
1
: a
t1
=K
t1
bắt đầu quá trình dòng chảy

Từ t
1
÷ t
2



Tại t
3
: kết thúc quá trình dòng chảy lũ
( )
∫∫
−==
2
1
2
1
t
t
tt
t
t
tcn
dtKadthY


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


∆
=
− 21

Đường quá trình mưa a
t
~t
a
t

(mm/ph)
t
T
t
1
t
2
a
t max
H
t1-t2
a
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


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 (α
T
) là tỷ số giữa lớp nước lũ trong khoảng
thời gian cấp nước T
cn
với lượng mưa lớn nhất trong khoảng thời
gian đó (H
Tcn
). Thường chọn T=τ (thời gian tập trung dòng chảy)

Hệ số dòng chảy trận lũ (ϕ): 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

ta
ctct
t
eKaKK
.
t
A
KK
ct
+=
( )
t
cct
eKKKK
λ
−
−+=
0

Chú thích:

K
t
: Cường độ thấm tại thời điểm tính toán (mm/phút)

K
0
: Cường độ thấm ban đầu (mm/phút)

K

: tổn thất ban đầu, giả thiết bằng 0.2S

S: Giới hạn độ sâu nước bị cầm giữ tiềm năng (mm)

Khi đó:
( )
SP
SP
P
e
8.0
2.0
2
+
−
=
Khi P≥0.2S
P
e
=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.

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: τ < T
cn
Ví dụ 1:

Giả sử có một trận mưa với thời gian mưa hiệu
quả là 5 giờ với lượng mưa tương ứng là h
1
, h
2
,
h
3
, h
4
, h
5
.

1
= h
1
f
1

Sau 2h: Q
2
= h
1
f
2
+ h2f1

Sau 3h: Q
3
= h
1
f
3
+h
2
f
2
+h
3
f
1

Sau 4h: Q

6
= h
4
f
3
+h
5
f
2

Sau 7h: Q
7
= h
5
f
3

Sau 8h: Q
8
=0Trường hợp 2: τ = T
cn
Ví dụ 2:

Giả sử có một trận mưa với thời gian mưa hiệu
quả là 3 giờ với lượng mưa tương ứng là h
1
, h