………… o0o………… LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Thuỷ Văn Công Trình
Đề cơng Thuỷ Văn Công Trình
Nguyễn Văn Lực a 45 TH
[ 1 \
Thuỷ văn công trình

1. Đặc điểm của hiện tợng THủy văn v Phơng pháp nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu
của môn học Thuỷ Văn Công Trình
Đặc điểm của hiện tợng Thuỷ Văn

dựa trên đặc điểm thứ hai của hiện tợng thuỷ văn là hiện tợng ngẫu nhiên
Nhiệm vụ của phơng pháp
ứng dụng lý thuyết thống kê - xác suất vào hiện tợng thuỷ văn
Kết quả của phơng pháp
xác định đợc các trị số định lợng của hiện tợng thuỷ văn

design by ryp
Đề cơng Thuỷ Văn Công Trình
Nguyễn Văn Lực a 45 TH
[ 2 \
Nội dung nghiên cứu của môn học Thuỷ Văn Công Trình
Nhiệm vụ của môn học
tính toán nguồn nớc, đánh giá tiềm năng của tài nguyên nớc trong hệ thống
phơng pháp tính toán cân bằng nớc trong hệ thống khi cấu trúc của hệ thống đã đợc
xác định
sự thay đổi của dòng chảy khi có tác động của con ngời vào trong hệ thống
Nội dung của môn Thủy Văn Công Trình
những nhiệm vụ trên quy định nội dung của môn học Thuỷ Văn Công Trình, nội dung môn
học cung cấp các kiến thức cơ bản về sự hình thành dòng chảy sông ngòi, các phơng pháp nghiên
cứu, các phơng pháp tính toán đặc trng thiết kế cho hệ thống. Nội dung môn học gồm hai phần:
Phần một : Tính toán thuỷ văn
cung cấp các kiến thức cơ bản về quy luật dòng chảy sông ngòi, các phơng pháp tính toán
các đặc trng Thủy Văn thiết kế phục vụ cho quy hoạch và thiết kế hệ thống nớc.
Phần hai : Điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa
trình bày nguyên lý cơ bản của cân bằng nớc và các phơng pháp tính toán điều tiết dòng
chảy bằng kho nớc và nguyên tắc lựa chọn các thông số cấu trúc của hệ thống nguồn nớc.
1. Đặc điểm của hiện tợng THủy văn v Phơng pháp nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu
của môn học Thuỷ Văn Công Trình
Đặc điểm của hiện tợng Thuỷ Văn
là hiện tợng tất định ( tất nhiên )

Sông nhánh cấp II là những sông trực tiếp đổ vào sông chính cấp I . . .
Toàn bộ sông nhánh, sông chính hợp thành hệ thống sông.
Việt Nam có 2360 sông dài hơn 25 km, có 9 hệ thống sông lớn :
538 sông nhánh cấp I X Cửu Long
808 sông nhánh cấp II Y Hồng
583 sông nhánh cấp III Z Đồng Nai
224 sông nhánh cấp IV [ Cả
51 sông nhánh cấp V \ M
5 sông nhánh cấp VI ] Ba
^ Thái Bình
_ Thu Bồn
` Kì cùng + Bắc Giang
Các đặc trng hình thái của sông ngòi ( bao gồm
6 đặc trng )
X Chiều dài sông
Y Mặt cắt ngang sông
Z Mặt cắt dọc sông
[ Độ dốc lòng sông
\ Hệ số uốn khúc
] Mật độ lới sông
Đề cơng Thuỷ Văn Công Trình

B
( m )
h
A

( m )
o xác định hớng nớc chảy
o lấy mặt cắt vuông góc
mặt cắt ngang sông

o độ rộng sông: đo khoảng
cách hai mép bờ
o độ sâu sông: đo độ sâu từ
điểm đó đến đáy
o luôn luôn thay đổi theo lợng nớc
o chia thành mặt cắt đơn và mặt cắt kép
o độ rộng sông và độ sâu sông tại mỗi điểm là
khác nhau
3
Mặt cắt dọc
sông
là mặt cắt thẳng đứng dọc theo chiều
dài đoạn sông biểu thị sự thay đổi độ
dốc đáy sông, độ dốc mặt nớc theo
chiều dọc sông

o cắt dọc theo chiều dài sông
o thờng cắt qua những nơi có
địa hình biến hoá rõ rệt
o biểu thị sự theo đổi độ dốc của đáy sông, độ

đến cửa ra

( không thứ
nguyên )
o xác định chiều dài sông
o xác định đờng thẳng nối từ
nguồn đến cửa ra
Hệ số uốn khúc càng lớn thì khả năng tập
trung nớc càng chậm
6
Mật độ lới
sông
F
l
D
i

= l
i
: tổng chiều dài các
con sông trong lu vực
F : diện tích lu vực
D
o xác định tổng chiều dài của
tất cả các con sông trong lu
vực
o xác định diện tích lu vực

o phân tích đợc đặc điểm của nguồn nớc,
chế độ lũ trong sông

\ Độ dốc bình quân
] Hệ số hình dạng
ý nghĩa nghiên cứu
Nghiên cứu lu vực và các đặc trng hình thái lu vực, cho biết khả năng sinh dòng chảy
trên lu vực, khả năng tập trung nớc . . .
đờng phân lu
Biển
điểm cao nhất so với hai bên
điểm chia nớc
Phần I : Phân tích, tính toán Thuỷ Văn
Nguyễn Văn Lực a 45 TH
[ 6 \
Các đặc trng hình thái của lu vực

Stt Đặc trng Định nghĩa Kí hiệu Cách xác định
ảnh hởng
1
Diện tích
lu vực
là phần diện tích đợc khống chế bởi đờng
phân lu

L
( km )

thông thờng lấy chiều dài lu
vực bằng chiều dài sông chính
o ảnh hởng đến khả năng tập trung nớc và
khả năng sinh dòng chảy của lu vực
4
Độ cao bình
quân






=
=


=
=
n
1i
i
n
1i
i
f
f



=
=
n
1i
i
n
1i
i
f
l
F
hJ
J
( không
thứ
nguyên )
o chia mảng
o vẽ các đờng đồng mức
o tính độ chênh cao giữa hai
đờng đồng mức
o tính khoảng các bình quân
giữa hai đờng đồng mức
độ dốc bình quân
o ảnh hởng đến quá trình tập trung dòng
chảy

đờng đồng mức
f
i
: diện tích giữa hai
đờng đồng mức
n: số mảng diện tích
h: chênh lệch cao
độ giữa hai đờng
đồng mức
l
i
: khoảng cách
bình quân giữa hai đờng đồmg mức
Đề cơng Thuỷ Văn Công Trình
Nguyễn Văn Lực a 45 TH
[ 7 \
2. Hệ thống sông ngòi v lu vực sông. Các đặc trng hình thái của sông ngòi
v lu vực. ý nghĩa nghiên cứu chúng.
Hệ thống sông ngòi và lu vực sông
Hệ thống sông
Toàn bộ sông nhánh, sông chính hợp thành hệ thống sông.
Các đặc trng hình thái của sông ngòi ( bao gồm 6 đặc trng )
X Chiều dài sông
Y Mặt cắt ngang sông
Z Mặt cắt dọc sông
[ Độ dốc lòng sông
\ Hệ số uốn khúc
] Mật độ lới sông
Lu vực sông
Các đặc trng hình thái của lu vực sông ( bao gồm 6 đặc trng )

3
/s
lợng nớc chảy ra mặt cắt cửa ra sau một đơn vị thời gian là 1s
lu lợng tại một thời điểm bất kì gọi là lu lợng tức thời
Y W tổng lợng dòng chảy m
3
tổng lợng nớc chảy qua mặt cắt ngang trong một thời đoạn nào đó
nếu thời đoạn = 1 s trùng với lu lợng Q
Z m moduyn dòng chảy l/s.km
2
lợng nớc bình quân trên một đơn vị diện tích của lu vực
[ Y lớp dòng chảy ( độ sâu dòng chảy ) mm
lợng nớc bình quân trên lu vực tại một thời đoạn
nếu đem tổng lợng dòng chảy tại thời đoạn đem rải đều trên toàn bộ diện tích
lu vực thì ta đợc lớp dòng chảy này
\ hệ số dòng chảy
không thứ nguyên
tỷ số giữa lớp dòng chảy và lợng ma tơng ứng sinh ra lớp dòng chảy đó
càng lớn tổn thất càng bé và ngợc lại
ý nghĩa nghiên cứu
Việc nghiên cứu hai đại lợng lu lợng Q và tổng lợng W phản ánh toàn bộ lợng
nớc của lu vực
lu vực lớn : Q lớn, W lớn
lu vực nhỏ : Q nhỏ, W nhỏ
Hai đại lợng : moduyn dòng chảy m và lớp dòng chảy y cho biết lợng nớc trên một
đơn vị diện tích của lu vực .
Cho phép ta so sánh đợc mức độ phong phú dòng chảy của lu vực này so với lu vực
khác
Đại lợng hệ số dòng chảy đánh giá mức độ tổn thất của lu vực, phản ánh tình hình
sản sinh dòng chảy trên lu vực.

2

y=
3
10.
F
W
mm
=
X
Yk
o
thứ nguyên
ý nghĩa
Q
lu lợng
dòng chảy TQ.

3
10.
F

3
10.
F
W


3
10.
F.X
W


o tổng lợng dòng chảy trong thời đoạn
o phản ánh toàn bộ lợng nớc của lu vực
m
moduyn
dòng chảy

3
10

Fm
3
10

FTm

6
10


o lợng nớc bình quân trên lu vực
o phản ánh khả năng phong phú nguồn
nớc của lu vực

Hệ số
dòng chảy

T
XF
3
10


3
10 XF


T
X
6
10


X.
o là tỉ số giữa lớp dòng chảy và lợng ma
tơng ứng sinh ra nó
o phản ánh tình hình sản sinh dòng chảy
W
đến
= X + Y
m1
+ Y
ng1
+ Z
1 W
ra
= Z
2
+ Y
m2
+ Y
ng2
U


Ym1
X ma
Z1
Z2
lợng nớc ma
rơi xuống bề
mặt khu vực

lợng dòng chảy
mặt đến khu
vực đang xét

lợng dòng chảy
ngầm đến khu
vực đang xét
lợng nớc ngng
tụ trên bề mặt
khu vực đang xét

lợng nớc bốc
hơi khỏi khu
vực đang xét

lợng dòng chảy
mặt ra khỏi
khu vực đang xét

lợng dòng chảy
ngầm ra khỏi

1
Phơng trình cân bằng cho lu vực hở :
( X + Y
ng1
) - ( Z + Y
m2
+ Y
ng2
) = U
1
- U
2

Lu vực kín
Đối với lu vực nói chung : Y
m1
= 0
Đối với lu vực kín ta có : Y
ng1
= 0
X - ( Z + Y
m2
+ Y
ng2
) = U
1
- U
2

Đặt :


Do đó ta có :
Phơng trình cân bằng nớc cho lu vực kín trong thời kì nhiều năm:
X
0
- Y
0
- Z
0
= 0

Y
0
= X
0
- Z
0

Cách xác định các thành phần của phơng trình
Các thành phần của phơng trình đợc xác định : từ các tài liệu đo ma ta xác định đợc X
0
, từ
các tài liệu đo bốc hơi ta xác định đợc Z
0
và xác định đợc Y
0
từ X

4. Nguyên lý cân bằng nớc. Phơng trình cân bằng nớc tổng quát cho một khu
vực bất kì; cho lu vực hở, lu vực kín trong thời đoạn bất kì v thời kì nhiều năm. Các
xác định các thnh phần của chúng.
Nguyên lý cân bằng nớc
Hiệu số giữa lợng nớc đến và lợng nớc đi khỏi một khu vực bằng sự thay đổi
trữ lợng nớc chứ trong khu vực đó tính trong thời đoạn bất kì
Phơng trình cân bằng nớc tổng quát
Phơng trình cân bằng nớc tổng quát cho một khu vực bất kì
( X + Y
m1
+ Y
ng1
+ Z
1
) - ( Z
2
+ Y
m2
+ Y
ng2
) = U
1
- U
2

Phơng trình cân bằng nớc tổng quát cho lu vực
Lu vực hở
( X + Y
ng1
) - ( Z + Y

Đề cơng Thuỷ Văn Công Trình
Nguyễn Văn Lực a 45 TH
[ 13 \
n : số trạm đo ma

X
i
: lợng ma trong thời đoạn nào đó của trạm thứ i

5. Ma. Cách đo ma v đại lợng biểu thị ma. Các phơng pháp tính lợng ma bình
quân lu vực. Phân tích ảnh hởng của ma tới dòng chảy.
Ma. Các đại lợng biểu thị ma và Cách đo ma
Định nghĩa
Ma là hiện tợng nớc ở thể lỏng hoặc thể rắn trong khí quyển rơi xuống bề mặt trái đất
Cách biểu thị
lợng ma X mm
là lớp nớc ma rơi xuống mặt đất trong khoảng thời gian nào đó
( thờng đợc tính bằng đơn vị mm )
cờng độ ma a , i mm/ph mm/h
là lợng ma rơi xuống trong một đơn vị thời gian
thông thờng ma hình thành từng trận, hoặc xảy ra trong từng trận, nên để mô tả trận ma

n
n
i
i
X
X

=
=
1 Phơng pháp này chỉ sử dụng tốt khi trên lu vực có nhiều trạm đo ma và đợc bố trí ở
những vị trí đặc trng.
a
t
thời
g
ian
bắt đầu m
a

kết thúc ma
mô tả cờng độ ma biến
đổi theo thời gian
giai đoạn cuố
i
lợn
g


o Nối các trạm đo ma trên bản đồ thành các tam giác
o Vẽ các đờng trung trực của các tam giác đó thành đa giác
o Lợng ma nằm trong trạm nằm trên đa giác đó là lợng ma đại diện cho phần diện
tích đó.







=

=
=

=
n
i
i
i
Ff
n
i
i
Xf
X
1
1


i
i
i
Ff
n
i
i
X
i
X
f
X
1
1
2
1 Phơng pháp này có độ chính xác cao và khắc phục đợc những phức tạp về phân bố ma
theo không gian do ảnh hởng của địa hình.
Tuy nhiên, khi sử dụng phơng pháp này phải xây dựng các đờng đẳng trị nên khối lợng
công việc khá lớn.
Phân tích ảnh hởng của ma tới dòng chảy
Trong các yếu tố ảnh hởng tới dòng chảy thì ma là yếu tố quan trọng nhất. Nếu không có
ma thì không hình thành dòng chảy.
Nớc ma rơi xuống mặt đất một phần chảy tràn trên mặt đất sau đó tập trung vào các
lòng, rãnh khe suối và tập trung vào sông tạo thành dòng chảy mặt của sông ngòi. Một phần nớc
thấm xuống lòng đất sau đó dồn dần vào trong sông bằng con đờng dới mặt đất tạo thành dòng
chảy ngầm.
Quá trình hình thành dòng chảy trên lu vực trải qua 4 giai đoạn :

p Phơng pháp bản đồ đẳng trị
Phân tích ảnh hởng của ma tới dòng chảy
Quá trình hình thành dòng chảy trên lu vực trải qua 4 giai đoạn :
n Quá trình ma
o Quá trình tổn thất
p Quá trình chảy tràn trên sờn dốc
q Quá trình tập trung dòng chảy trong sông Đề cơng Thuỷ Văn Công Trình
Nguyễn Văn Lực a 45 TH
[ 16 \
6. Các loại Bốc hơi. Cách biểu thị v phơng pháp đo, xác định chúng.
Các loại bốc hơi
Định nghĩa
Bốc hơi là hiện tợng nớc ở thể lỏng hoặc thể rắn biến thành thể hơi.
Phân loại
bốc hơi nớc mặt
bốc hơi mặt đất
bốc hơi qua lá, qua thảm thực vật
Cách biểu thị và phơng pháp đo, xác định bốc hơi

1
. Z
GGI3000
K
2
. Z
Pitche
K
2
. Z
bè
Đo bốc mặt đất
Đo bốc hơi qua lá, qua thảm thực vật

Đề cơng Thuỷ Văn Công Trình
Nguyễn Văn Lực a 45 TH
[ 17 \
7. Biến cố ngẫu nhiên. Xác suất của biến cố. Các định nghĩa về tính xác suất.
Biến cố ngẫu nhiên
Hiện tợng ngẫu nhiên
Hiện tợng ngẫu nhiên là hiện tợng mà mỗi lần xảy ra một kết quả mà ta không thể biết
Phép thử
Phép thử là sự thực hiện một nhóm các điều kiện nào đó (thí nghiệm, quan sát, hiện tợng)
Biến cố

m
P
A
=

tuy nhiên nhiều trờng hợp ta không thể biết đợc tổng số trờng hợp thuận lợi cho biến cố
Đề cơng Thuỷ Văn Công Trình
Nguyễn Văn Lực a 45 TH
[ 18 \
A xảy ra là bao nhiêu ? cũng nh tổng số trờng hợp của biến cố cơ bản ?
Định nghĩa thống kê
o Định nghĩa thống kê
Có biến cố A tiến hành thí nghiệm
trong n lần thí nghiệm có m lần xuất hiện biến cố A
tỉ số
n
m
đợc gọi là tấn số xuất hiện của biến cố A : tần suất
Nếu ta thực hiện thí nghiệm nhiều lần, tỷ số này dao động xung quanh một giá trị ổn định
gọi là xác suất xuất hiện của biến cố A
Xác suất xuất hiện của biến cố A trong một lần thí nghiệm là tần số xuất hiện của biến cố
A khi số lần thí nghiệm tăng lên vô hạn
n
m
P
n
A

= lim


[ 19 \
8. Biến ngẫu nhiên ( Đại lợng ngẫu nhiên ). Luật phân bố xác suất v Các cách biểu thị
luật phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên.
Đại lợng ngẫu nhiên ( Biến ngẫu nhiên )
Định nghĩa
Đại lợng ngẫu nhiên là đại lợng trớc khi thí nghiệm ta không biết nó bằng bao
nhiêu, nhng sau khi thí nghiệm nó luôn nhận giá trị cụ thể
Phân loại
Đại lợng ngẫu nhiên đợc chia làm 2 loại:
Đại lợng ngẫu nhiên rời rạc
là những đại lợng ngẫu nhiên nhận những giá trị rời rạc
VD. số chấm của xúc sắc 1, 2, 3, 4 ,5 ,6
Đại lợng ngẫu nhiên liện tục
là những đại lợng ngẫu nhiên nhận những giá trị liên tiếp nhau.
VD. lu lợng của con sông Q = { 0, }
Trị số có thể của đại lợng ngẫu nhiên là những giá trị mà đại lợng ngẫu nhiên có thể
nhận
X = { x
1
, x
2
, . . . x
n
}
mỗi giá trị có thể của đại lợng ngẫu nhiên đợc coi là một biến cố, mỗi biến cố sẽ có một
xác suất xuất hiện tơng ứng
{ p
1
, p
2

x
2
. . .
x
n
p
p
1
p
2

. . .
p
n

Đề cơng Thuỷ Văn Công Trình
Nguyễn Văn Lực a 45 TH
[ 20 \
o Đa giác phân bố xác suất
gồm hai trục
o trục hoành : biểu thị trị số
có thể của đại lợng ngẫu nhiên
o trục tung : biểu thị giá trị
xác suất tơng ứng
Phơng pháp này có thể biểu diễn
cả đại lợng ngẫu nhiên rời rạc và đại lợng ngẫu nhiên liên tục
có thể biểu diễn trị số hữu hạn, vô hạn
p Hàm phân bố luỹ tích
F ( x ) = P ( X < x )
hàm phân bố luỹ tích là xác suất để đại lợng ngẫu nhiên nhận một trị số trong
để đảm bảo độ chính xác nên vẽ
đờng tần suất trên giấy tần suất
x
1 b
x
2
x
3
. . .

x
n
x

P
y =

( x )
1
0
x
Đề cơng Thuỷ Văn Công Trình
Nguyễn Văn Lực a 45 TH
[ 21 \

r Hàm phân bố mật độ tần suất
x
xxXxP

p Hàm phân bố luỹ tích
F ( x ) = P ( X < x )
q Đờng tần suất

( x ) = P ( X x )
r Hàm phân bố mật độ tần suất

x
1 0
p
Đề cơng Thuỷ Văn Công Trình
Nguyễn Văn Lực a 45 TH
[ 22 \
9. Hm phân bố luỹ tích, hm mật độ phân bố xác suất của đại lợng ngẫu nhiên. Tính
chất, đặc điểm v đồ thị của chúng.
Hàm phân bố luỹ tích
Định nghĩa
F ( x ) = P ( X < x )

xxXxP
xf
x


+


=

)(
lim)(
0

Tính chất
o f(x) là hàm không âm (x) 0
x
1
< x
2
(x
2
)
o Hàm phân bố mật độ tần suất là đạo hàm của hàm phân bố luỹ tích

dx
xdF
xf
)(
)( =

9. Hm phân bố luỹ tích, hm mật độ phân bố xác suất của đại lợng ngẫu nhiên. Tính
chất, đặc điểm v đồ thị của chúng.
Hàm phân bố luỹ tích
F ( x ) = P ( X < x )
Tính chất
Đồ thị
Hàm phân bố mật độ tần suất
x
xxXxP
xf
x


+


=

)(
lim)(
0

, Cv, Cs ) tới hm mật độ xác suất v đờng tần suất. ý nghĩa
của việc phân tích ảnh hởng ny.
Các đặc trng thống kê của đại lợng ngẫu nhiên
Kì vọng toán
Kí hiệu : M (x)
đợc xác định nh sau :
X là đại lợng ngẫu nhiên liên tục
M (x) =

+

dxxfx )(.

X là đại lợng ngẫu nhiên rời rạc
M (x) =

=
n
i
ii
px
1
p
i
= P ( x = x
i
)
Nếu các giá trị x
i
xuất hiện đều nhau, đồng khả năng p


Để đánh giá mức độ phân tán của đại lợng ngẫu nhiên dùng các đặc trng sau:
Phơng sai và khoảng lệch quân phơng
Khoảng lệch x = x - M
x

Phơng sai D ( X )
Kí hiệu : D (X)
đợc xác định nh sau :
X là đại lợng ngẫu nhiên liên tục
D (x) =

+

dxxfMxx )()(
2

X là đại lợng ngẫu nhiên rời rạc
D (x) =
i
n
i
xi
pMx
2
1
)(

=