Khoa Thuỷ văn – Tài nguyên nước
Bộ môn Thuỷ văn – Tài nguyên nước

THUỶ VĂN CÔNG TRÌNH
Chương 4: Tính toán các đặc trưng
thuỷ văn thiết kế

1


4.1 Nhiệm vụ và nội dung
Nhiệm vụ:
Khi thiết kế các công trình thuỷ lợi cần đảm bảo yêu
cầu ở một mức độ nhất định về quy mô kích thước
công trình, mức bảo đảm cấp nước. Trong khi các đặc
trưng thủy văn thay đổi liên tục theo thời gian(ngày,
tháng, năm) ngẫu nhiên. Do vậy phải tính toán xác
định, lựa chọn đặc trưng đại biểu làm tài liệu thiết kế.
 Mức độ đảm bảo thường được biểu thị qua tần suất
đảm bảo Pđb = P(qcấp ≥ q) trong đó q là yêu cầu cấp
nước, qcấp là lượng nước mà công trình cấp được.
2


• Tần suất bảo đảm một số ngành
- Cấp nước tưới:

75% 85%

- Thuỷ điện:

85% 95%

- Cấp nước cho nhà máy nhiệt điện:

85% 95%

- Cấp nước cho các ngành luyện kim: 90% 95%

3


m3/s

4.1 Nhiệm vụ và nội dung
4500

Dòng chảy tháng trạm Tạ Bú

4000

3500

3000

Các đặc trưng thuỷ văn biến đổi theo thời
2500

2000

1962


gian và mang tính ngẫu nhiên.

1963

1500

1000

500

0

4

1961

1

2

3

4

5

6

7


8

9

10

11

12


4.1 Nhiệm vụ và nội dung
Nội dung tính toán:
•

Dòng chảy năm thiết kế (cấp nước…)

•

Dòng chảy lũ thiết kế (chống lũ…)

•

Dòng chảy kiệt thiết kế (cấp nước…)

•

Mực nước thiết kế


•

Dòng chảy bùn cát

5


4.2 Tài liệu phục vụ tính toán
Quy phạm, quy định, tiêu chuẩn tính toán (QPTL C6-77)
2. Các nguồn tài liệu sẵn có:
Tài liệu đặc trưng thủy văn do Tổng cục khí tượng thủy văn
chỉnh biên và đã xuất bản dưới hình thức niên giám và sổ đặc
trưng; Tuy nhiên tại các vị trí công trình không phải lúc cũng có
đầy đủ số liệu. Do vậy trong khi tính toán chia ra 3 trường hợp
(trường hợp có đủ số liệu, có ít số liệu, không có số liệu). Khi đó
phải thu thập thêm :
- Tài liệu thủy văn ở các trạm dùng riêng;
- Tài liệu điều tra khảo sát thủy văn vùng công trình;
1.

6


4.2 Tài liệu phục vụ tính toán
- Tài liệu tổng hợp tình hình thủy văn từng địa phương, đặc điểm
thủy văn các tỉnh.
- Tài liệu điều tra khảo sát thủy văn vùng công trình;
- Tài liệu tổng hợp tình hình thủy văn từng địa phương, đặc điểm
thủy văn các tỉnh.
3. Thiết lập hệ thống các trạm đo (trạm quan trắc) để thu thập

thông tin khí tượng thuỷ văn
+ Trạm KT: trạm chỉ đo một số yếu tố khí tượng: mưa, gió, bốc
hơi…
+ Trạm KH: đo tương đối đầy đủ các yếu tố KTvà mức độ chi tiết
+ Trạm thuỷ văn: phân cấp (Giáo trình TVCT – Tr. 76)
7


4.2 Ti liu phc v tớnh toỏn
Lữ Vân

Cẩm Khê

Tân Yên

Phú Thọ

Vùng Trung Du Sông Thái Bình

Văn Tập

L-ơng Lỗ

Yên Lập

Tứ Hiệp

Lâm Thao
Vĩnh Yên


g Du Sông Hồng

Thanh Lanh
Bắc Giang

Phú C-ờng
Việt Trì
Vĩnh T-ờng
Thái Hoà

Việt Yên

Đa Phúc
Phúc Lộc Ph-ơng

Phúc Yên

Yên Lạc

Thanh Sơn
Bắc Ninh

Yên Phong

Bằng Luân
Thanh Sơn

Phú C-ờng
Thanh Thuỷ


Đài Dinh
Yên Lãng
Quế Võ Thắng C-ơng

Đông Anh

Sơn Tây
Sơn Tây

Võ Miếu

Phả Lại
Phả Lại
Châu Cầu
Nhân Thắng

Từ Sơn
Liên Mạc

Ba Vì Ba Vì
Thạch Thất

Minh Quang

Yên Viên
Th-ợng Cát
Trung H-ng

Bến Hồ


Bến Bính
Việt Tiến

Thuận Thành
Gia L-ơng

Láng
Quốc Oai

Yên L-ơng

Cẩm Giàng

Hà Đông

Phù Cát

Văn Giang

Kẻ Sặt

Chúc Sơn

Dân Hoà

Hải D-ơng

Bần Yên Nhân

Xuân Mai


Tu Lý
L-ơng Sơn

Khoái Châu

Thanh Oai

Yên Th-ờng

Ân Thi

Ba Thá
Ba Thá

Hoà Bình
Bắc Sơn

Gia Lộc

Th-ờng Tín

Cao Sơn

Đồng Quan
Phú Xuyên

Thanh Miện

Ninh G


Chợ Bờ

Mng li quan trc khớ tng thu vn min Bc
8
Vùng Hữu Ngạn Sông Hồng

Vùng Tả Sông Hồng


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy
năm thiết kế
I. Các khái niệm
a. Dòng chảy năm: là lượng dòng chảy sinh ra của lưu vực trong
thời đoạn bằng một năm cùng với sự thay đổi của nó trong năm.
Các đại lượng biểu thị:

Wn (m3), Qn (m3/s), Mn (l/s.km2), Yn (mm), n
Wn = 31,5.106.Qn = 31,5.103.M.F = Yn.F.103
b. Chuẩn dòng chảy năm: là trị số trung bình đặc trưng dòng chảy

năm trong thời kỳ nhiều năm đã tiến tới ổn định, với điều kiện
cảnh quan địa lý, địa chất không thay đổi…
9


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy
năm thiết kế
I. Các khái niệm
Các đại lượng biểu thị chuẩn dòng chảy năm:

W0 (m3), Q0 (m3/s), M0 (l/s.km2), Y0 (mm), 0

Khi n đủ lớn thì Q0 tính theo công thức:

Qo 

1

n

Q

n

i

.

i1

Tính ổn định nhận biết khi ta thêm vào chuỗi số liệu m
năm thì giá trị Q0 thay đổi rất ít.

Q0 
n

10

1


n

Q

n
i1

nm

i

 Q0



1
nm

nm

Q
i1

i


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy
năm thiết kế
Khái niệm


c. Dòng chảy năm thiết kế: là dòng chảy năm được tính ứng
với một tần suất thiết kế nào đó.
Các đặc trưng biểu thị:

Wnp(m3), Qnp(m3/s), Mnp(l/s.km2), Ynp(mm)
d. Mùa dòng chảy. Trong năm dòng chảy thường chia thành
2 mùa có tính chất khác nhau giữa mùa lũ và mùa kiệt. Do
vậy việc NC cũng tiến hành cho các mùa. Có 2 khái niệm
năm: năm lịch và năm thuỷ văn (bắt đầu vào mùa lũ và kết
thúc vào mùa kiệt kế tiếp).
11


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy
năm thiết kế
I. Các khái niệm

Tiêu chuẩn phân mùa: lũ và kiệt
Các tháng mùa lũ là tháng có lưu lượng dòng chảy bình quân
tháng lớn hơn lưu lượng dòng chảy bình quân năm với một

tần suất xuất hiện lớn hơn 50%:

12


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy
năm thiết kế
11000


Năm 1981

Năm 1982

L-u l-îng b×nh qu©n ngµy Q(m3/s)

9000

7000

5000

3000

1000

I

-1000

Mïa kiÖt

13

II

III

IV V


VI VII

VIII IX

X

XI

XII

I

II

III

IV

V

VI

VII VIII

IX

X

XI


XII

Năm thuỷ văn
t (ngµy)
Từ tháng VI đến tháng V năm sau
Mïa lò

Mïa kiÖt

Mïa lò


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy
năm thiết kế
Năm

I

II

III

IV

V

VI

VII


VIII

IX

X

XI

XII

Năm

1962

5.7

1.82

1.38

3.82

25.3

99.4

84.7

51.4


20.9

13.3

7.85

4.85

26.7

1963 2.66

2.48

2.37

2.79

5.27

5.5

33.9

73

45.9

15


11

6.09

17.2

1964 4.36

2.6

2.42

18.2

12.2

29.6

75.4

28.8

96.2

30.4

12.1

7.92


26.7

1965 4.19

3.62

3.5

30.2

19.4

127

98.2

28.7

21.3

18.5

12

9.18

31.3

1966 4.59


4.2

3.63

8.02

3.79

70.4

40.1

33.1

18.8

6.14

5.12

4.31

16.9

1967 2.28

2.66

2.94


11.6

19.4

18.1

12.7

27.4

51.6

7.38

5.21

3.52

13.7

1968

2.7

2.7

4.42

22


9.86

65.9

60.8

131

56.4

20.2

8.44

6.66

32.6

1969 3.77

3.69

2.97

6.74

30.2

16.4


9.81

95.1

28.4

10.1

9.03

4.24

18.4

1970 2.57

2.24

2.2

5.6

14.4

56.3

83

54


27

8.65

4.91

3.6

22.0

1971 2.24

1.65

2.16

2.34

43.4

33.4

157

164

40.1

13.6


6.12

3.62

39.1

14


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy
năm thiết kế
Năm

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX


X

XI

XII

Năm

1962

5.7

1.82

1.38

3.82

25.3

99.4

84.7

51.4

20.9

13.3


7.85

4.85

26.7

1963 2.66

2.48

2.37

2.79

5.27

5.5

33.9

73

45.9

15

11

6.09


17.2

1964 4.36

2.6

2.42

18.2

12.2

29.6

75.4

28.8

96.2

30.4

12.1

7.92

26.7

1965 4.19


3.62

3.5

30.2

19.4

127

98.2

28.7

21.3

18.5

12

9.18

31.3

1966 4.59

4.2

3.63


8.02

3.79

70.4

40.1

33.1

18.8

6.14

5.12

4.31

16.9

1967 2.28

2.66

2.94

11.6

19.4


18.1

12.7

27.4

51.6

7.38

5.21

3.52

13.7

1968

2.7

2.7

4.42

22

9.86

65.9


60.8

131

56.4

20.2

8.44

6.66

32.6

1969 3.77

3.69

2.97

6.74

30.2

16.4

9.81

95.1


28.4

10.1

9.03

4.24

18.4

1970 2.57

2.24

2.2

5.6

14.4

56.3

83

54

27

8.65


4.91

3.6

22.0

1971 2.24

1.65

2.16

2.34

43.4

33.4

157

164

40.1

13.6

6.12

3.62


39.1

15


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy
năm thiết kế
Năm

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X


XI

XII

Năm

1962

5.7

1.82

1.38

3.82

25.3

99.4

84.7

51.4

20.9

13.3

7.85


4.85

26.7

1963 2.66

2.48

2.37

2.79

5.27

5.5

33.9

73

45.9

15

11

6.09

17.2


1964 4.36

2.6

2.42

18.2

12.2

29.6

75.4

28.8

96.2

30.4

12.1

7.92

26.7

1965 4.19

3.62


3.5

30.2

19.4

127

98.2

28.7

21.3

18.5

12

9.18

31.3

1966 4.59

4.2

3.63

8.02


3.79

70.4

40.1

33.1

18.8

6.14

5.12

4.31

16.9

1967 2.28

2.66

2.94

11.6

19.4

18.1


12.7

27.4

51.6

7.38

5.21

3.52

13.7

1968

2.7

2.7

4.42

22

9.86

65.9

60.8


131

56.4

20.2

8.44

6.66

32.6

1969 3.77

3.69

2.97

6.74

30.2

16.4

9.81

95.1

28.4


10.1

9.03

4.24

18.4

1970 2.57

2.24

2.2

5.6

14.4

56.3

83

54

27

8.65

4.91


3.6

22.0

1971 2.24

1.65

2.16

2.34

43.4

33.4

157

164

40.1

13.6

6.12

3.62

39.1


16


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy
năm thiết kế
Năm

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII


Năm

1962

5.7

1.82

1.38

3.82

25.3

99.4

84.7

51.4

20.9

13.3

7.85

4.85

26.7


1963 2.66

2.48

2.37

2.79

5.27

5.5

33.9

73

45.9

15

11

6.09

17.2

1964 4.36

2.6


2.42

18.2

12.2

29.6

75.4

28.8

96.2

30.4

12.1

7.92

26.7

1965 4.19

3.62

3.5

30.2


19.4

127

98.2

28.7

21.3

18.5

12

9.18

31.3

1966 4.59

4.2

3.63

8.02

3.79

70.4


40.1

33.1

18.8

6.14

5.12

4.31

16.9

1967 2.28

2.66

2.94

11.6

19.4

18.1

12.7

27.4


51.6

7.38

5.21

3.52

13.7

1968

2.7

2.7

4.42

22

9.86

65.9

60.8

131

56.4


20.2

8.44

6.66

32.6

1969 3.77

3.69

2.97

6.74

30.2

16.4

9.81

95.1

28.4

10.1

9.03


4.24

18.4

1970 2.57

2.24

2.2

5.6

14.4

56.3

83

54

27

8.65

4.91

3.6

22.0


1971 2.24

1.65

2.16

2.34

43.4

33.4

157

164

40.1

13.6

6.12

3.62

39.1

17 P

30% 70%


80% 90% 80% 10%


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy
năm thiết kế
Khái niệm
e. Phân phối dòng chảy năm.
Sự thay đổi dòng chảy theo thời đoạn thời gian (∆t = ngày, tuần,
tháng hoặc mùa) trong một năm là phân phối dòng chảy năm.
Để mô tả phân phối dòng chảy năm có hai cách:
•Dạng quá trình thời gian. Biểu thị sự thay đổi dòng chảy (lưu
lượng hoặc tổng lượng dòng chảy) theo với thời đoạn tuần, tháng

hoặc mùa)
18


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế
Lưu
lượng
trung
bình
tháng
Q(m3/s)

45
38.5

40

35

31.5

30
25

22.8
20.6

20
15
9.7

10
5.4

5

3.7

3.5 3.4
0.8 0.5 0.4

0

I

II


III IV

V

VI

VII VIII IX

X

XI

XII

(tháng)

Biểu đồ phân phối dòng chảy năm: Quá trình lưu lượng trung bình tháng
trong năm tại trạm thuỷ văn Phú ninh, sông Tam kỳ-Quảng nam
19


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế
I. Các khái niệm
•Đường duy trì lưu lượng bình quân ngày
Đường duy trì lưu lượng là đường cong quan hệ giữa hai đại lượng Ti
và Qi . Trong đó: Qi là lưu lượng bình quân ngày tương ứng với cấp i
nào đó; Ti là thời gian duy trì một lưu lượng lớn hơn hoặc bằng giá trị
Qi của cấp đó, Ti =T(Q  Qi).

• Thống kê lưu lượng bình quân ngày xác định giá trị Qmin, Qmax

• Chọn số cấp lưu lượng trong khoảng từ Qmin đến Qmax (n cấp)
• Đếm số ngày có lưu lượng lớn hơn hoặc bằng các giá trị của mỗi

cấp lưu lượng (Ti)
• Tính tỉ lệ % của Ti so với tổng số ngày của chuỗi tài liệu thống kê

20


Đường duy trì lưu lượng bình quân ngày

21


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế
I. Các khái niệm

f. Đường luỹ tích sai chuẩn
Gọi Ki=Qi/Q0 là hệ số mô đun (hoặc còn gọi là hệ số biến
suất). Khi đó, đường quan hệ giữa giá trị

với thời

gian t được gọi là đường luỹ tích sai chuẩn.
Đường lũy tích sai chuẩn cho ta thấy được các pha dòng
chảy(nước lớn, nước nước trung bình), tính chu kỳ của dòng

chảy trong thời kỳ nhiều năm
22



Đường lũy tích sai chuẩn

23


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế
II. Xác định dòng chảy năm thiết kế:
1.Xác định các đặc trưng thống kê dòng chảy năm:
-Lưu lượng bình quân nhiều năm(Chuẩn dòng chảy năm)
Q bq 

1

n

Q

n

i

n



i 1

-Hệ số phân tán:


( k i  1)

2

i 1

C v (Q ) 

n 1

;ki 

n

-Hệ số thiên lệch:
24


Cs 

( k i  1)

3

i 1

( n  3 ). C v

3


;ki 

Qi
Q bq

Qi
Q bq


4.3 Tính toán đặc trưng dòng chảy năm thiết kế
II. Xác định dòng chảy năm thiết kế:
2. Xác định các đặc trưng dòng chảy năm thiết kế:

Lưu lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế
Qp = Kp.Q0

trong đó

Kp hệ sô biến xuất dòng chảy năm thiết kế:

- Với phân phối tần suất P-III

Kp = ((Cs, P).Cv + 1)

(Cs, P) tra bảng Foxtơ – Rưpkin
- Với phân phối tần suất K-M tra phụ lục 4 trang 573gt

25