Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0

XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐƯỜNG ĐƠN VỊ
KHÔNG THỨ NGUYÊN TỪ TÀI LIỆU LŨ THỰC ĐO
Nguyễn Thị Thu Nga
Trường Đại học Thủy lợi, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Đường quá trình lũ được phân chia thành
bốn loại sau: (1) đường quá trình tự nhiên,
được xác định từ tài liệu thực đo; (2) đường
quá trình tổng hợp được xác định từ các đặc
trưng hình thái lưu vực và quá trình mưa; (3)
đường q trình đơn vị là đường q trình
dịng chảy sinh ra từ 1 đơn vị lượng mưa hiệu
quả rơi đều trên tồn lưu vực; (4) đường đơn
vị khơng thứ ngun là đường quá trình sử
dụng tỉ lệ thời gian đạt đỉnh và tỉ lệ lưu lượng
so với đỉnh lũ, còn gọi là đường quá trình chỉ
số [1].
Ở nước ta, khi tính tốn q trình lũ thiết
kế cho trường hợp có nhiều tài liệu, sẽ ưu
tiên sử dụng quá trình lũ thực đo. Khi lưu vực
khơng có tài liệu đo lũ, các đơn vị tư vấn
cũng vẫn có thể mượn mơ hình lũ thực đo
của lưu vực tương tự hoặc lựa chọn ba loại
còn lại. Tuy nhiên, để lựa chọn được một lưu
vực tương tự là rất khó khăn, nhất là khi tính
tốn cho các lưu vực vừa và nhỏ. Thơng
thường, mơ hình lũ dạng hình học đơn giản

sẽ được sử dụng như dạng tam giác, dạng
hình thang, dạng parabol (Sokolovskii). Trên
thế giới, người ta hay sử dụng dạng đường
đơn vị để mơ phỏng q trình lũ từ mưa, bao
gồm đường đơn vị Clark, Snyder, SCS,
đường đơn vị tổng hợp... Các dạng đường
đơn vị được tích hợp sẵn trong các mơ hình
mưa dịng chảy như mơ hình HEC-HMS. Tuy
nhiên, để áp dụng mơ hình thì việc đầu tiên
cần hiệu chỉnh, kiểm định bộ thơng số. Để
làm việc này, ngồi số liệu trích lũ thì cịn
u cầu dữ liệu mưa thời đoạn ngắn. Thế
nhưng đây cũng là một điểm khó ở Việt Nam

khi mạng lưới trạm đo mưa thưa và tài liệu
mưa thời đoạn ngắn rất ít. Trong những năm
gần đây, tài liệu mưa thời đoạn ngắn đã được
đo đạc dày hơn, chi tiết hơn nhưng tài liệu
trích lũ lại bị ảnh hưởng bởi sự khai thác các
cơng trình trên sơng. Chính vì vậy, rất khó để
tìm được các lưu vực vừa có tài liệu đo mưa
giờ, vừa có tài liệu đo lũ đầy đủ.
Nghiên cứu này tập trung vào khai thác dữ
liệu đo lũ để xây dựng mơ hình lũ khơng thứ
nguyên. Từ đó, có thể kết hợp với các đặc
trưng lưu lượng đỉnh lũ, thời gian lũ lên, lưu
lượng dòng chảy ngầm để tính tốn q trình
lũ thiết kế cho các lưu vực khơng có tài liệu.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU


Đường đơn vị không thứ nguyên SCS do
Victor Mockus [1] xây dựng từ nhiều đường
đơn vị tự nhiên của nhiều lưu vực khác nhau
về kích thước và vị trí địa lý. Các đường đơn
vị được trung bình hóa và chuyển về dạng
khơng thứ ngun, với trục hồnh là tỉ lệ t/tlên
và trục tung tỉ lệ Q/Qmax. Đường có đặc điểm
là thời gian đạt đỉnh xấp xỉ 20% thời gian kéo
dài trận lũ và điểm gãy trên đường nước rút ở
thời gian xấp xỉ 1,7 lần thời gian đạt đỉnh.
Trong Sổ tay kỹ thuật quốc gia do Cơ quan
bảo vệ tài nguyên Mỹ biên soạn [1], các
đường đơn vị không thứ ngun được mơ tả
gần đúng bằng hàm gamma có dạng như sau:
(1)
y  x me m (1 x )
Tọa độ đường SCS với hệ số đỉnh lũ từ
100-600, tương ứng với m trong khoảng từ
0,26 đến 5 được xây dựng sẵn trong Sổ tay và
tích hợp trong mơ hình HEC-HMS.

555


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0

Trong Quy phạm C6-77 [2], dạng hàm mũ
(hàm Gudrich) sau đây được đề xuất để xác
định quá trình lũ thiết kế cho các lưu vực
khơng có tài liệu:

a

Ở một số trận lũ kép, sử dụng phương pháp
đồ giải để tách ra sóng lũ chính (Hình 2).

1 x 2
x

(2)
y  10
Trong cả hai cơng thức (1) và (2) thì y tung độ của đường q trình lũ tính tốn biểu
thị bằng tỷ số so với lưu lượng đỉnh lũ, x hồnh độ của đường q trình lũ tính tốn
biểu thị bằng tỷ số so với thời gian nước lên,
a và m là hệ số hình dạng. Phụ lục của Quy
phạm C6-77 có bảng tra tọa độ đường q
trình khơng thứ nguyên tương ứng với a
trong khoảng từ 0,21 đến 9,4.
Nghiên cứu này dựa trên quá trình lũ thực
đo tại trạm thủy văn trong nhiều năm để xác
định các thông số a, m và nhận xét về sự phù
hợp của từng dạng đường không thứ nguyên.
Các trạm thủy văn được lựa chọn là trạm An
Khê và Sông Hinh thuộc lưu vực sơng Ba. Hai
trạm có diện tích lưu vực lần lượt là 1440km2
và 752km2. Với mỗi trạm, lựa chọn một số trận
lũ lớn thực đo và tiến hành các bước như sau:
Bước 1: Tách dòng chảy ngầm
Phương pháp đơn giản nhất là lựa chọn giá
trị dòng chảy ngầm là hằng số, lấy bằng giá
trị lưu lượng khi lũ bắt đầu lên. Ở một số trận

lũ có đường nước rút kéo dài (Hình 1), sử
dụng phương pháp thời gian đáy khơng đổi
[3]. Gọi N là số ngày kể từ đỉnh lũ đến khi
kết thúc dịng chảy trực tiếp, được tính theo
cơng thức sau:
N = 0,827F0,2
(3)
2
trong đó F là diện tích lưu vực (km ).

Hình 2. Tách sóng lũ chính trận lũ 1983
Bước 2: Xác định q trình lưu lượng
dịng chảy trực tiếp bằng chênh lệch giữa
dòng chảy thực đo và dòng chảy ngầm.
Bước 3: Xác định thời gian lũ lên và lưu
lượng đỉnh lũ.
Bước 4: Chuyển đổi tung độ, hoành độ của
đường q trình dịng chảy trực tiếp về dạng
khơng thứ ngun.
Bước 5: Dị tìm các thơng số a và m để hàm
Gudrich và SCS phù hợp với giá trị thực đo.
Hàm được coi là phù hợp nếu hình dạng
tương đối bám sát q trình thực đo và tổng
lượng dịng chảy mơ hình lũ đơn vị xấp xỉ với
tổng lượng dịng chảy mơ hình lũ thực đo.
Bước 6: Đánh giá sự phù hợp của q trình
lũ khơng thứ ngun mơ phỏng và thực đo.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Trạm Sơng Hinh chỉ có số liệu đo lũ từ

1980 đến 1991. Trạm An Khê có số liệu đo
dài hơn nhưng do ảnh hưởng của hồ Ka Nak
nên chỉ lấy số liệu đến 2009. Tổng hợp một
số trận lũ được chọn của hai trạm được thống
kê trong Bảng 1.
Bảng 1. Thống kê các trận lũ lớn thực đo
Trận lũ

Hình 1. Tách nước ngầm trận lũ 2001

XI/1981
X/1983
XI/1984
XI/1985
X/1988
X/2009

556

Trạm An Khê
Qmax
Tlên
(m3/s) (giờ)
2440
18
1300
29
1790
21
747

20
1680
16
1410
26

Tlũ
(giờ)
124
78
252
120
84
468

Trạm Sông Hinh
Qmax
Tlên Tlũ
Trận lũ
(m3/s) (giờ) (giờ)
XI/1980 2640
22 168
X/1983 1210
42
90
XI/1985 2620
25 105
XI/1987 1550
12
27

XI/1988 3410
27
52
XI/1990 2660
34
77


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0

Với mỗi trận lũ, xác định được các đường
SCS và Gudrich không thứ nguyên phù hợp
với lũ thực đo (Hình 3). Nghiên cứu sử dụng
cơng cụ Solver trong Excel với hàm mục
tiêu tổng lượng dịng chảy mơ hình lũ mơ
phỏng xấp xỉ tổng lượng dịng chảy mơ hình
lũ thực đo.

Hình 4. Mơ hình lũ trạm An Khê

Hình 3. Mơ hình lũ 1988
Kết quả tính tốn cho thấy mơ hình lũ SCS
có nhánh lũ lên thoải hơn nhưng lũ xuống lại
dốc hơn so với mơ hình lũ Gudrich. Tập hợp
các kết quả xác định hệ số hình dạng lũ m, a
cho các trận lũ được trình bày trong Bảng 2.
Bảng 2. Các hệ số hình dạng lũ
Trạm An Khê

Trạm Sơng Hinh


Lũ

m

a

Lũ

m

a

1981

3,78

0,92

1980

7,50

1,74

1983

7,69

1,75


1983

16,15

3,61

1984

5,51

1,30

1985

7,56

1,75

1985

3,16

0,78

1987

11,46

2,59


1988

4,98

1,16

1988

13,20

2,94

2009

4,26

1,02

1990

12,65

2,85

TB

4,90

1,15


11,42

2,58

Mặc dù hai trạm Sông Hinh và An Khê
cùng thuộc lưu vực sơng Ba nhưng lại có
điều kiện hình thành lũ khác nhau, vì thế hình
dạng đường quá trình lũ cũng khác biệt. Với
giá trị trung bình của m và a, so sánh đồ thị
giữa đường đơn vị SCS và Gudrich với các
đường q trình lũ khơng thứ ngun thực đo
được thể hiện trong Hình 4 và Hình 5.

Hình 5. Mơ hình lũ trạm Sơng Hinh
Nhìn chung, các mơ hình lũ không thứ
nguyên SCS và Gudrich đều bám khá sát ở
nhánh lũ lên. Ở nhánh lũ xuống, cả hai đường
cong đều có xu hướng rút nhanh hơn so với
thực tế. Và vì mơ hình lũ Gudrich có nhánh
lũ lên dốc hơn nên có thể có hình dạng bất lợi
hơn trong các bài tốn thiết kế cơng trình.
Phương pháp thực hiện khá đơn giản và có
thể xác định được các thơng số a, m của mơ
hình lũ đơn vị SCS hoặc Gudrich thay vì lựa
chọn theo kinh nghiệm như trước đây. Việc
lựa chọn giá trị trung bình từ các trận lũ lớn
cũng tránh được tính chủ quan khi chọn mơ
hình lũ điển hình.
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Natural Resources Conservation Service.
2007. Part 630 Hydrology - National
Engineering Handbook.
[2] Bộ Thủy lợi. 1979. Quy phạm Tính tốn các
đặc trưng thủy văn thiết kế C6-77
[3] R.K.Linsley,
M.A.Kohler,
and
J.L.H.Paulhus,
Applied
Hydrology,
NewYork:McGraw-Hill, 1949.

557