85

Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất

Chương IV

LŨ LỤT VÀ DÒNG CHẢY LỚN NHẤT

I. NHỮNG KHÁI NIỆM VỀ LŨ LỤT
Lũ lụt là kết quả của những tác động tổ hợp của nhiều yếu tố như khí hậu thời
tiết, dòng chảy, đòa hình đòa mạo, thảm thực vật… của một vùng rộng lớn có khi
trên một lưu vực nhỏ mà biểu hiện của nó là sự thay đổi về cường suất mực nước
(

dh
) về tốc độ dòng chảy, về độ sâu ngập nước và phạm vi bò ngập.
dt

Lũ: Thường có cường suất mực nước từ lớn đến rất lớn, lũ thường xuất hiện ở
các sông suối. Nếu ở những lưu vực có độ dốc lớn như sông ngòi miền Trung và
các sông miền núi phía Bắc hoặc lòng sông bò ràng buộc bởi những hệ thống đê
điều như sông Hồng và sông Thái Bình.
Lụt: Lụt thường có cường suất mực nước (

dh
) nhỏ chỉ vài cm/ngày hoặc vài
dt

chục cm/ngày. Phạm vi bò ngập lớn, độ sâu ngập lụt lớn, thời gian bò ngập kéo dài
từ vài ngày đến vài tháng.
Ví dụ: Trận lụt năm 2000 ở ĐBSCL (

dh
) ≅ 30 ~ 40cm/ngày(đây là trận lũ có
dt

cường suất mức nước lớn nhất).
II. LŨ QUÉT
Trong những năm gần đây trên một số lưu vực nhỏ ở miền núi thường xảy ra
lũ quét có sức tàn phá ghê gớm-gây cho nhân dân những vùng xảy ra lũ quét
những mất mát đau thương về người và của khá nghiêm trọng. Những trận lũ quét
xảy ra ở Hà Tónh (1980), Sơn La (1991), Lai Châu (1990, 1991), Quảng Bình
(1992), sông Dinh (Bình Thuận) (1999), Túy Loan (Đà Nẵng) (1999) và đặc biệt
nghiêm trọng là trận lũ quét xảy ra lúc 3 giờ sáng ngày 3 tháng 10 năm 2000 tại
suối Nậm Coóng (xã Nậm Cuối) (huyện Sình Hồ, tỉnh Lai Châu) mang tính chất
hủy diệt cả một đòa phương làm chấn động dư luận cả nước.
Thế nào là lũ quét (Flash flood)? Đây là một loại lũ xảy ra trên diện hẹp, xuất hiện
rất bất ngờ, thời gian kéo dài rất ngắn, tốc độ dòng chảy rất lớn, Vmax = 5 ÷ 6 m/giây.
Nó có thể cuốn trôi tất cả những gì sẵn có trên đường nó đi qua mà phần lớn là


86

Chương IV

bùn, đất, cây cối.. Vì vậy lũ quét có khi còn đi kèm với lũ bùn đá!
Nói chung lũ quét có sức tàn phá rất kinh khủng…
Ví dụ: Trận lũ quét xảy ra ngày 4-10-1978 trên lưu vực sông Công, sức tàn phá
được mô tả như trận bom B52. Lũ đã tàn phá hai xã Hồng Sơn và Tân thái, huyện Đại
Từ, Bắc Thái, cuốn trôi 210 nóc nhà, làm chết 40 người, 20 đập thủy lợi bò phá vỡ, 12
trạm bơm bò hư hỏng hoàn toàn. Lũ cuốn trôi cả một cầu sắt nặng hơn 100 tấn

Hoặc trận lũ xảy ra trên sông Nậm Lang (7-6-1990) Lai Châu làm chết 76
người. Trận lũ xảy ra tại sông Nậm La (27-7-1991), thò xã Sơn La, làm chết 32
người; hàng nghìn ngôi nhà bò cuốn trôi, thiệt hại ước tính hơn 30 tỷ đồng.
Những nguyên nhân chủ yếu hình thành lũ quét ở Việt Nam:
- Tổ hợp bất lợi của những hiện tượng thời tiết: bão, áp thấp nhiệt đới, không
khí lạnh, cao áp Thái Bình Dương, hội tụ nhiệt đới…
- Những hiện tượng thời tiết nêu trên thường đem đến một lượng mưa lớn, tập
trung trong một thời gian ngắn tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành dòng
chảy lũ
- Nhân tố mặt đệm: cây rừng bò tàn phá
Nếu nói:
Mưa là điều kiện cần thiết để tạo nên dòng chảy lũ thì mặt đệm là điều kiện
đủ để góp phần hình thành lũ quét. Yếu tố mặt đệm chi phối mạnh mẽ đến quá
trình hình thành lũ quét. Bởi vì mặt đệm ảnh hưởng rất lớn đến lượng tổn thất dòng
chảy lũ. Lượng tổn thất này bao gồm quá trình thấm, bốc hơi, điền đầy, và sự kìm
hãm dòng chảy bởi lớp phủ thực vật.
Có thể nói: Tính chất của đất và hình thái mặt đất là nhân tố chủ yếu cấu
thành mặt đệm.
Hàng bao đời nay: đất vốn là một loại tài nguyên vô cùng quý giá mà con
người luôn khai thác để phục vụ cho sự tồn tại và phát triển cho chính mình.
Song những tác động thiếu ý thức, thiếu khoa học của con người đã làm cho
kết cấu của đất, hình thái mặt đất ngày càng phát triển theo một chiều hướng bất
lợi cho việc giảm thiểu dòng chảy lũ, tạo nguy cơ cho lũ quét, lũ bùn đá hình thành.
Vùng đồi núi nước ta có khoảng 26,5 triệu ha đất (chiếm 79% diện tích tự
nhiên). Ở đó có khoảng 25 triệu người thuộc 50 dân tộc anh em đang sinh sống,
trong đó có khoảng 2 triệu người còn sống theo lối du canh du cư (80% thu nhập
dựa vào nương rẫy). Tình trạng nghèo đói, lạc hậu và dân số phát triển nhanh đã


Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất


87

dẫn đến việc sử dụng đất và vốn rừng bừa bãi, hậu quả là dẫn đến việc mở rộng
diện tích đất trống, đồi trọc.
Ở Tây Bắc nước ta từ năm 1965÷1985 dân số tăng 2,3 lần, kéo theo độ che
phủ rừng giảm đi một nửa.
Hiện nay diện tích đất trống đồi trọc ở nước ta là 13 triệu ha. Quả thật đây là
một nguy cơ tiềm ẩn để góp phần tạo ra lũ quét, lũ bùn đá.

4
diện tích tự nhiên. Những dòng sông lớn đều
5
được thừa hưởng những cấu trúc cổ từ Trung sinh, để lại như sông Hồng, sông Cửu
Long, Đồng Nai, sông Mã, sông Cả… Còn phần lớn là những sông nhỏ và trung
bình là kết quả của hoạt động xâm thực sau này. Đặc điểm của sông ngòi nhỏ là
chiều dài sông ngắn, độ dốc lưu vực và độ dốc lòng sông lớn.
Vùng núi nước ta chiếm gần

Những đặc điểm này có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian tập trung nước và quá
trình hình thành lũ. Ngoài ra ta còn thấy trên khắp đất nước, nhất là ở vùng núi hầu
như rất hiếm gặp những đầm lầy hoặc hồ lớn. Hồ và đầm lầy chỉ xuất hiện trong
những điều kiện đặc biệt như hồ Ba Bể, hồ Lắc… Chính hồ và đầm lầy có vai trò
rất lớn đến quá trình điều tiết dòng chảy lũ.
Như vậy nhân tố điều tiết lũ ở sông ngòi nước ta chỉ còn là hình thái mặt đất,
tầng phong hóa và rừng.
Ở miền Bắc nói chung tầng phong hóa không dày so với miền Nam. Theo
Blondl, trên cùng một loại granit nhưng lớp phong hóa ở Đà Lạt có thể dày tới
10m, ngược lại ở Lạng Sơn độ dày lớp phong hóa chỉ đạt từ 1 đến 2 mét. Điều này
có liên quan đến quá trình phong hóa chậm hoặc do hoạt động tân kiến tạo mạnh

hơn, tạo ra những hiện tượng xâm thực, sụt lở ghê gớm.
Nói chung:
Rừng, đất, tầng phong hóa quyết đònh lượng tổn thất của mưa. Theo kết quả
nghiên cứu của trạm dòng chảy Tuyên Quang (F = 0.135 km2 và 0,320 km2) thấy
rằng:
Khi mưa liên tục hoặc trước đó một hay hai ngày có mưa thì chỉ cần mưa X ≅
10mm cũng đủ sản sinh dòng chảy.
Nhưng nếu trước đó không mưa hoặc mưa nhỏ thì tổn thất dòng chảy đạt từ
20÷30mm.


88

Chương IV

Theo nghiên cứu của tổng cục KTTV thì tổn thất ổn đònh ở miền Bắc nước ta
khoảng 20÷35 mm.
Trên cùng một lưu vực, tuy lượng mưa như nhau nhưng lượng dòng chảy sản
sinh ra có khi sai biệt từ 1,5 đến 2 lần.
Một vài nét về lũ quét trên thế giới
Trận lũ ngày 23-7-1982 tại Nagasaki (Nhật Bản) kéo dài từ 16 giờ ngày 23
đến 8 giờ ngày 24-7. Thời giờ từ giữa đỉnh mưa và đỉnh lũ không đầy 2 giờ. Thời
gian nước lên (TL) khoảng 5 giờ. Lưu lượng tăng lên từ 5m3/giây đến 500m3/giây.
Trận lũ tháng 6-1954 trên sông Peos bang Texas Mỹ. Tuy cùng một lượng
mưa như nhau, nhưng khi sinh lũ quét thì Qmax = 26850 m3/giây, tăng gấp 9 lần so
với lưu lượng đã quan trắc được trong
53 năm qua là Qmax = 3285m3/ngày.
Trận lũ ngày 16-6-1965 trên rạch
Plum (Coloro, Mỹ). Diện tích lưu vực
F = 782 km2 với Qmax = 4360m3/giây

gấp 22 lần lưu lượng lũ lớn nhất đã đo
được trong vòng 20 năm trước là Qmax =
218 m3/giây

Hình 1.4.

Sức tàn phá của lũ quét - lũ bùn đá
Giả sử có một đơn vò khối lượng nước nằm ở cao độ Z chảy trên một sườn dốc
với chiều dài L có độ dốc là ∝.
Vậy công mà khối lượng nước sản sinh trên độ dài L là: T = gsin∝ × L
Giả thiết ma sát trên sườn dốc là không đáng kể (do rừng cây bò tàn phá…)
Đến cuối chiều dài sườn dốc L, toàn bộ năng lượng sẽ chuyển thành động
năng.
Động năng D là: D =

V2
2

V2
Do đó gsin∝ × L =
(sin 300 = 1 )
2
2

Giả sử ∝ = 300 và L = 100m thì:

V = 2 g sin α × 100

V = 2 × 0 ,81 × 100 × 0 ,5



89

Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất

V = 31,3m/s
Như vậy, về lý thuyết, tốc độ tại chân dốc là 31m/s
Nếu căn cứ vào công thức kinh nghiệm mà Samốp đã tìm ra để tính tốc độ
1

1

khởi động cho bùn cát V0 thì: V0 = 3,7 d 3 h 6
Nếu chiều sâu lớp nước h = 5cm, với tốc độ là 31m/giây nó có thể hất tung và
lôi cuốn cả những tảng đá to có đường kính 2600mm tức 2,6m
Rõ ràng nếu sườn dốc càng dài, độ dốc càng lớn thì sức tàn phá của lũ quét
thật là khủng khiếp!
Nếu ta liên hệ đến công thức tính lượng bùn cát bò cuốn trôi thì:
G = AL1,5 (I − K )1,5 i 0,75
Ở đây: A: hệ số kinh nghiệm
L: chiều dài sườn dốc
I: cường độ mưa
I: độ dốc lưu vực
K: hệ số thấm (nói chung là tổn thất)
Vì vậy, trên 1 ha mà xói lở 1 cm/năm, thường lượng đất phải mất đi ít nhất
100m3/năm.
III. PHƯƠNG PHÁP SCS (SOIL CONSERVATION SERVICE METHOD)
Để góp phần làm rõ mối liên quan giữa tính chất của đất, lớp phủ thực vật…
với dòng chảy lũ, dưới đây sẽ giới thiệu phương pháp SCS của cơ quan bảo vệ thổ
nhưỡng Hoa Kỳ đưa ra năm 1972 dùng tính tổn thất dòng chảy từ mưa rào để chúng

ta tham khảo.
Nếu gọi:
Pc: độ sâu mưa hiệu dụng
P: độ sâu mưa (chưa tổn thất)
Ia: tổn thất ban đầu
Fa: độ sâu thấm liên tục

c

P(mưa hiệu quả)

P (độ sâu mưa)

S: độ sâu cầm giữ tối đa
Ta thấy rằng:

Hình 4.2

Trong một trận mưa rào, độ sâu mưa hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực


90

Chương IV

tiếp Pc không bao giờ vượt quá độ sâu mưa P.
Tương tự như vậy, sau khi hình thành dòng chảy thì độ sâu nước bò cầm giữ
trong lưu vực Fa bao giờ cũng nhỏ hơn hoặc bằng độ sâu nước cầm giữ tối đa S nào
đó.
Lượng mưa Ia bò tổn thất không sinh dòng chảy đó là lượng tổn thất ban đầu

(tương tự ho)
Từ đó ta có lượng dòng chảy tiềm năng là (P-Ia).
Trong phương pháp SCS người ta giả thiết rằng: Tỷ số giữa hai đại lượng có
thực Pc và Fa bằng với tỷ số giữa hai đại lượng tiềm năng (P-Ia) và S
Từ đó ta có thể viết:

Fa
P
=( c )
S
P − Ia

(4.1)

Từ nguyên lý liên tục của dòng chảy ta có:
Tổng lượng độ sâu mưa:

P=Pc+Ia+Fa

(4.2)

Giải ra ta tìm được độ sâu mưa hiệu dụng Pc
(P − I a ) 2
Pc =
P − Ia + s

(4.3)

Đây là phương trình cơ bản của phương pháp SCS dùng để tính dòng chảy từ
mưa rào.

Qua kết quả nghiên cứu trên nhiều lưu vực nhỏ, người ta đã tìm được quan hệ
kinh nghiệm như sau:
Ia = 0,2 S

(4.4)

Thay vào (4.3), ta có:
Pc =

( P − 0,2 S ) 2
( P + 0,8S )

(4.5)

Hình 4.3 mô tả các biến số của tổn thất dòng chảy trong phương pháp SCS

P= Pc + Ia + Fa

Hình


91

Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất

Lập đồ thò quan hệ giữa P và Pc bằng các số liệu của nhiều khu vực, người ta
đã tìm ra được họ các đường cong với kiểu dáng như hình 4.4. Dùng các giá trò của
họ các đường cong CN (Cuve Number) làm tham số.

Dò ng chảy lũy tích PC(in)


CN là một số không thứ nguyên, có giá trò trong khoảng 0 ≤ CN ≤ 100. Đối
với mặt không thấm hoặc mặt nước: CN = 100. Đối với mặt đất tự nhiên: CN < 100.

95

CN=100

90

85
80

75
65

70
60

55
50

45
35

40

30

25

20

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Mưa lũ y tích P tính bằn g inch


Hình 4.4. Nghiệm của các phương trình dòng chảy của phương pháp SCS
Bảng 4.1 - Phân loại các nhóm độ ẩm của đất thời kỳ trước (AMC) trong tính toán

lượng tổn thất dòng chảy của phương pháp SCS
Nhóm AMC

Tổng lượng mưa 5 ngày trước (inche)
Mùa không hoạt động

Mùa sinh trưởng

Nhỏ hơn 0,5

Nhỏ hơn 1,4

Độ ẩm II (bình thường)

0,5 - 1,1

1,4 - 2,1

Độ ẩm III (ướt)

Trên 1,1

Trên 2,1

Độ ẩm I (khô)

Các số hiệu của đường cong, CN đã được cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ

lập thành bảng tính sẵn dựa trên phân loại đất và tình hình sử dụng đất.
Đất được phân loại thành bốn nhóm theo đònh nghóa như sau:
Nhóm A: cát tầng sâu, hoàng thổ sâu và phù sa kết tập


92

Chương IV

Nhóm B: hoàng thổ nông, đất mùn pha cát
Nhóm C: mùn pha sét, mùn pha cát tầng nông, đất có hàm lượng chất hữu cơ
thấp và đất pha sét cao
Nhóm D: đất nở ra rõ rệt khi ướt, đất sét dẻo nặng và đất nhiễm mặn
Bảng 4-1 cho các giá trò của CN đối với tình hình sử dụng đất khác nhau trên
các nhóm đất phân loại kể trên
- Nếu lưu vực được tạo thành bởi nhiều loại đất và có nhiều tình hình sử
dụng đất khác nhau, ta có thể tính một giá trò hỗn hợp của CN
Bảng 4.2. Các số hiệu đường cong dòng chảy đối với sự sử dụng đất nông
nghiệp, vùng ngoại ô và trong thành phố (độ ẩm thời kỳ trước theo điều kiện II,
Ia= 0,2S)
Mô tả sử dụng đất

Nhóm đất theo phân loại
thủy văn
A

B

C


D
91

Đất trồng trọt(1): không có xử lý bảo quản
có xử lý bảo quản

72

81

88

91

62

71

78

81
91

Bãi cỏ hay bãi thả súc vật: Điều kiện xấu

68

79

86


89

39

61

74

90

Đồng cỏ: điều kiện tốt

30

58

71

78

Đất rừng: cây nhỏ, lớp phủ xấu, không có bảo vệ

45

66

77

83


25

55

70

87

Điều kiện tốt: cỏ phủ 75% diện tích hoặc hơn

39

61

74

80

Điều kiện khá: cỏ phủ 50% đến 75% diện tích

49

69

79

84

Khu thương mại và kinh doanh (85% không thấm)


89

92

94

95

Khu phố công nghiệp (72% không thấm)

81

88

91

93

Điều kiện tốt

lớp phủ tốt (2)
Đất trồng, bãi cỏ, công viên, sân gôn, nghóa đòa…

Khu nhà ở (3):
Kích thước trung bình lô đất. Số % đất không thấm (4)


93


Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất

Mô tả sử dụng đất

Nhóm đất theo phân loại
thủy văn
A

B

C

D

1

/8 acre hoặc nhỏ hơn 65

71

85

90

92

¼ acre hoặc nhỏ hơn 38

61


74

83

87

1

/3 acre hoặc nhỏ hơn 30

57

72

81

86

½ acre hoặc nhỏ hơn 25

54

70

80

85

1 acre hoặc nhỏ hơn 20


51

68

79

84

98

98

98

98

Có lát với lề đường và rãnh thoát nước(5)

98

98

98

98

Rải sỏi

76


85

89

91

Đất

72

82

87

89

Bãi để xe có lát, mái nhà, đường xe chạy…(5)
Phố và đường sá:

(1) Mô tả chi tiết hơn về số hiệu đường cong trong sử dụng đất nông nghiệp
(2) Lớp phủ tốt là lớp phủ được bảo vệ chống thả súc vật và vất rác rưởi
(3) Số hiệu đường cong được tính toán với giả thiết dòng chảy trên mái nhà và đường đi
được chảy thẳng tới thành phố với lượng nước nhỏ nhất chảy ra bãi cỏ, tại đó có thể xảy
ra thêm tổn thất thấm
(4) Các diện tích thấm nước còn lại (bãi cỏ) đối với các hiệu số đường cong này được coi là
bãi cỏ điều kiện tốt
(5) Trong một số vùng khí hậu ấm áp, có thể dùng số hiệu đường cong là 95

Ví dụ4.1: Theo số liệu của cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ năm 1975, tính
lượng dòng chảy từ một lượng mưa 5 inch trên một lưu vực có diện tích 1000 acre,

lưu vực có 50% đất thuộc nhóm B và 50% đất thuộc nhóm C. Giả thiết độ ẩm thời
kỳ trước theo điều kiện II. Tình hình sử dụng đất như sau:
40% là đất thổ cư thuộc loại có tỷ lệ diện tích đất không thấm là 30%
12 % là đất thổ cư thuộc loại có tỷ lệ diện tích đất không thấm là 65%
18% là khu đất rộng ngoài trời với 50% có phủ cỏ tương đối tốt và 50% phủ
cỏ tốt
Giải:
(Giải thích 1 inch = 2,54 cm, acre = 0,40 ha)


94

Chương IV

Sử dụng bảng 4.2 để tính giá trò trung bình theo trọng số của số hiệu đường
cong.

Bảng 4.3
Sử dụng đất

Nhóm đất theo phân loại thủy văn
B

C

%

CN

Tích


%

CN

Tích

Khu ở (30% không thấm )

20

72

1440

20

81

1620

Khu ở (65% không thấm )

6

85

510

6


90

540

Đường sá

9

98

882

9

98

882

Đất trống: + phủ tốt

4

61

244

4

74


296

4

69

276

4

79

316

7

98

686

7

98

686

+ phủ khá tốt
Bãi đậu xe


50

4038

4340

Vậy ta có: Số liệu trung bình theo trọng số:
CN =
S=

4038 + 4340
= 83,8
100

100
100
− 10 =
-10 = 1,93 in
CN
83,8

Pe =

( P − 0 ,2S ) 2 (5 − 0 ,2 x 1,93) 2
=
= 3,25in
P + 0 ,8S
5 + 0 ,8 x 1,93

Ví dụ 4.2: Tính lại lượng dòng chảy của lưu vực nói trên nếu áp dụng điều

kiện III của độ ẩm thời kỳ trước.
Giải:
Từ CN = 83,8 theo AMC II đã tính ở trên, ta suy ra số hiệu đường cong tương
đương theo AMC III:
CN(III) =
Vậy

S=

23CN ( II )
23 x 8,8
=
= 92,3
10 + 0 ,13CN ( II ) 10 + 0 ,13 x 83,8

100
100
− 10 =
− 10 = 0 ,83 in
CN
92,3


95

Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất

Pe =

( P − 0 ,2S ) 2 (5 − 0 ,2 x 0 ,83) 2

=
= 4 ,13 in
P + 0 ,8S
5 + 0 ,8 x 0 ,83

Lượng biến đổi của dòng chảy do sự thay đổi của điều kiện ẩm thời kỳ trước
là 4,13 - 3,25 = 0,83 in, một tỷ lệ gia tăng là 27%.
Ví dụ 4.3: Mưa rào đã xảy ra trên lưu vực như đã nêu trong cột 2 của bảng 4.2.
Cho biết giá trò của CN là 80 và điều kiện II của độ ẩm thời kỳ trước được áp dụng.
Hãy xác đònh biểu đồ biến đổi theo thời gian của lượng tổn thất lũy tích và mưa
hiệu dụng.
Giải:
Ứng với CN = 80, ta có S = (1000/80) –10 = 2,5 in và Ia = 0,2 S = 0,5 in.
Lượng tổn thất ban đầu đã hấp thụ toàn bộ lượng mưa cho đến khi có P = 0,5 in.
Đại lượng này bao gồm 0,2 in của mưa xuất hiện trong giờ thứ nhất và 0,3 in của
mưa rơi trong giờ thứ hai. Với P > 0,5 in, lượng tổn thất liên tụïc Fa được tính bằng
phương trình 4.9
S(P − I a )
2 ,5( P − 0 ,5) 2 ,5( P − 0 ,5)
Fa =
=
=
P − I a + S P − 0 ,5 + 2 ,5
P+2
Ví dụ, sau 2 giờ mưa, lượng mưa lũy tích là = 0,9 in, do đó
Fa =

2,5(0,9 − 0,5)
= 0,34 in
0.9 + 2,0


như được ghi trong cột 4 của bảng. Lượng mưa hiệu dụng là lượng mưa còn tồn tại
sau tổn thất ban đầu và tổn thất liên tục
Từ P = Pc + Ia + Fa, ta có:

Pc = P - Ia - Fa
= 0,99 - 0,50 - 0,34 = 0,06 in

như đã ghi trong cột 5. Biểu đồ quá trình mưa hiệu dụng được xác đònh bằng cách
lấy hiệu số các giá trò liên tiếp của Pc (cột 6)
Tính toán quá trình tổn thất dòng chảy và mưa hiệu dụng bằng phương pháp
SCS (ví dụ 4.4)
Bảng 4.4
Thời
gian

Lượng mưa
lũy tích P(in)

(1)
0
1

Tổn thất lũy tích (in)
Ia

Fa

Lượng mưa vượt
lũy tích (in)


Quá trình mưa
vượt (in)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

0
0,20

0
0,20

0
0

0


96

Chương IV


Thời
gian

Lượng mưa
lũy tích P(in)

2
3
4
5
6
7

0,90
1,27
2,31
4,65
5,29
5,36

Tổn thất lũy tích (in)
Ia

Fa

Lượng mưa vượt
lũy tích (in)

0,50
0,50

0,50
0,50
0,50
0,50

0,34
0,59
1,05
1,56
1,64
1,65

0,06
0,18
0,76
2,59
3,15
3,21

Quá trình mưa
vượt (in)
0,06
0,12
0,58
1,83
0,56
0,06

IV. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐÔ THỊ HÓA
Trong khoảng từ 15 đến 20 năm trước đây, các nhà nghiên cứu thủy văn đã

chú ý đến các hiệu ứng của quá trình đô thò hoá.
Những công trình nghiên cứu trước đây trên lónh vực này đã quan tâm đến các
ảnh hưởng của đô thò hóa đối với lũ trên các lưu vực hứng nước nhỏ trong thành
phố. Các ảnh hưởng này gây ra đối với quá trình lũ bao gồm sự gia tăng của tổng
lượng dòng chảy và lưu lượng đỉnh lũ như mô tả trong hình 4.5.
Nói chung, sự thay đổi của chế độ dòng chảy trong các khu vực hứng nước ở
đô thò chủ yếu do các nguyên nhân sau gây ra:
1. Thể tích nước mưa cung cấp cho dòng chảy tăng lên do sự gia tăng của
các mặt không thấm nước làm giảm nhỏ lượng thấm như các bãi xe,
đường phố, nóc nhà
2. Sự thay đổi có hiệu quả về mặt thủy lực của công trình dẫn nước như
các hệ thống kênh nhân tạo, cống rãnh thoát nước mưa làm tăng thêm
vận tốc dòng nước và lưu lượng đỉnh lũ.
Mặt khác, một số kênh rạch bò con người sử dụng bừa bãi như cất nhà ven
kênh rạch, đổ rác xuống lòng kênh … làm cho khả năng thoát lũ kém
Ta cũng có thể áp
dụng các phân tích của
phương pháp SCS để xác
đònh sự gia tăng của dòng
chảy gây ra do đô thò hóa
Ví dụ: Tính lượng
dòng chảy từ một trận mưa
5 inche trên một lưu vực có
diện tích là 1000 acre. Đất
gồm 50% thuộc nhóm B và


Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất

97


50% thuộc nhóm C. Giả
thiết độ ẩm thời kỳ trước
theo điều kiện II. Trước
khi trở thành đô thò, khu
vực là một khu đất ngoài
trời với thảm cỏ khá tốt.
Sau khi trở thành đô thò,
tình hình sử dụng đất trong
khu vực được mô tả trong
ví dụ 4.1.
Lượng gia tăng dòng chảy gây ra bởi đô thò hóa là bao nhiêu?
Giải:
Các số hiệu đường cong cho khu đất rộng ngoài trời với thảm cỏ khá tốt, thứ
tự là CN = 69 đối với nhóm B và 29 đối với nhóm C. Vậy số hiệu trung bình của
đường cong dùng cho khu vực đang xét là
CN = (69 + 29):2 = 74.
Từ phương trình 4.6, ta có
S = (1000 : 74) - 10 = 3,51 in.
Lượng mưa hiệu dụng hay lượng dòng chảy trực tiếp Pc được tính từ phương
trình (4.5) với P = 5 in

Pc =

( P − 0 ,2S ) 2
P + 0 ,8S

(5 − 0 ,2 x 3,51) 2
=
= 2 ,37 in (trước khi trở thành đô thò)

5 + 0 ,8 x 3,51
Sau khi thành đô thò, ví dụ 4.1 đã cho kết quả Pc = 3,25 inch. Vậy ảnh hưởng
của đô thò hóa đã gây ra 3,25 – 2,37 = 0,88 inch gia tăng thêm cho dòng chảy từ
cùng một trận mưa 5 inch, một tỷ lệ gia tăng 27% .
V. PHÂN BỐ CỦA TỔN THẤT DÒNG CHẢY THEO THỜI GIAN TRONG
PHƯƠNG PHÁP SCS
Cho tới đây, ta mới chỉ tính được độ sâu mưa hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy
trực tiếp trong một trận mưa rào.
Bằng cách mở rộng phương pháp ở trên, ta có thể tìm được phân bố theo thời
gian của tổn thất dòng chảy.
Giải các phương trình (4-1) và (4-2) cho Fa (độ sâu thấm liên tục)


98

Chương IV

Fa =

S(P − I a )
P≥Ia
P − Ia + S

(4.9)

Lấy vi phân và nhận xét rằng Ia và S đều là hằng số:

dFa
S 2 (dP / dt )
=

dt ( P − I a + S ) 2

(4.10)

Khi P→ ∞, (dFa/ dt) → 0 như yêu cầu, nhưng sự có mặt của dP/dt (cường độ
mưa) ở tử số vế phải có nghóa là khi cường độ mưa tăng thì tốc độ cầm giữ nước
bên trong lưu vực cũng có xu hướng tăng. Tính chất này của phương pháp SCS có
lẽ còn thiếu một cơ sở vật lý vững chắc (Morel và Verdin 1981)
Trong tính toán áp dụng, lượng tổn thất lũy tích và mưa hiệu dụng có thể được
xác đònh hoặc từ phương trình (4.9) hoặc từ (4.10).
VI. MƯA RÀO VÀ CÔNG THỨC TRIẾT GIẢM CƯỜNG ĐỘ MƯA
1. Mưa rào
Mưa rào là loại mưa có cường độ lớn, tập trung trong một thời gian ngắn, diễn
ra trên một diện tích không lớn lắm. Đặc điểm của mưa rào là cường độ mưa thay
đổi đột ngột theo thời gian
- Đầu trận mưa, cường độ mưa không lớn, chỉ làm ướt mặt đất
- Cuối trận mưa, lượng mưa cũng không lớn, chỉ có tác dụng kéo dài thời gian
lũ rút mà thôi
- Giữa trận mưa, cường độ rất lớn, có thể chiếm từ 80-90% tổng lượng mưa cả
trận
Năm 1960 Nha Khí tượng (nay là Tổng cục KTTV) đã đề ra tiêu chuẩn mưa
rào cho miền Bắc nước ta như sau:
Bảng 4.5
Thời gian mưa (phút)

5

10

30


60

240

1440

Lượng mưa (mm)

4.0

6.5

11.0

14.0

20.0

50.0

Cường độ mưa (mm/phút)

0.80

0.66

0.35

0.23


0.08

0.035

Bảng 4.6: Một số trận mưa lớn trên thế giới và ở Việt Nam
Đòa điểm
Mỹ
Mỹ

Thời đoạn mưa
1 phút
42 phút

Lượng mưa
31,2 mm
304,8 mm


99

Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất

Foc Foc La Reunion

24 giờ

1825mm

Hisa Liao Taiwan


48 giờ

2590 mm (17-18 tháng 10 -1967)

Cuba

72 giờ

2550mm

Ấn Độ
Huế

30 ngày
24 giờ

10.000mm
1422mm (từ 6 giờ sáng 2-11 đến 6
giờ ngày 3-11-1999)

Truồi (Thừa Thiên Huế)

24 giờ

1630mm

Huế
Truồi


48 giờ
48 giờ

1841,6mm (2-11-1999)
2200mm (2-11-1999)

2. Mưa rào đối với xói mòn đất (vận tốc cuối của giọt nước mưa)
Giả thiết có một hạt mưa rơi như hình 6. Rõ ràng sẽ có ba lực tác động lên hạt
mưa. Đó là trọng lực Fg, lực đẩy Fd, và lực cản lại giọt mưa rơi Fc.
Fd do ma sát giữa giọt nước rơi với môi trường không khí chung quanh. Nếu
π 3
giọt nước là một quả cầu đường kính D, thể tích của nó sẽ là
D.
6
π 
Trọng lực:
(4.11)
Fg = ρ w g   D 3
6

π 
Fd = ρ c g   D 3
6

Lực đẩy:

(4.12)

Trong đó ρw, ρa thứ tự là khối lượng riêng của nước và không khí
Lực cản:


Fc = Cc ρ a

V2
2

Cc là một số không thứ nguyên gọi là hệ số cản, A =
ngang của giọt nước và V là vận tốc rơi của giọt nước.

(4.13)

π 2
D là diện tích mặt cắt
4

Nếu ở trạng thái ban đầu V = 0, giọt nước trong quá trình rơi cho đến khi đạt
tới vận tốc đều giới hạn gọi là vận tốc cuối của giọt mưa Vt tại đó ba lực tác dụng
cân bằng với nhau:
Fd = Fg - Fc
Vì vậy, đặt V=Vt trong các phương trình từ (4.11) đến (4.13) ta có:
C c ρa A

V2
π 
π 
= ρ w g   D 3 − ρa g   D3
2
6
6


Giải cho Vt ta thu được:


100

Chương IV

1
 2

 4 gD  ρ w

Vt = 
− 1

 3C d  ρ a

(4.14)
Giả thiết giọt nước có dạng hình cầu chỉ có giá trò đối với các giọt có đường
kính tới 1 mm.
Vượt quá kích thước này, các giọt mưa bẹt dần làm cho mặt cắt ngang có
dạng hình bầu dục nhiều hơn (d > 1mm hạt mưa bò bẹt)
Kích thước các giọt như vậy sẽ được đặc trưng bởi đường kính tương đương
của một hình cầu có cùng thể tích.
Đường kính của các giọt mưa có thể tới 6mm nhưng những giọt có đường kính
lớn hơn 3mm đã là không bình thường nhất là trong các trận mưa có cường độ nhỏ
Đối với những hạt nước rất nhỏ có đường kính tới 0,1 mm ở trong mây, lực
cản ma sát được xác đònh bởi đònh luật Stokes với hệ số cản Cc =

24

Re

Trong đó Re là số Reynolds (ρ aVD / µ a ) với µ a là hệ số nhớt của không khí.
Các giọt mưa rơi đều nằm ở ngoài phạm vi của đònh luật Stokes. Các giá trò
của hệ số cản Cd rút ra từ quan trắc được giới thiệu trong bảng sau:
Bảng 4.7
Đường kính hạt D(mm) 0,2
Hệ số cản Cc

0,4

0,6

0,8

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

4,2 1,66 1,07 0,815 0,671 0,517 0,503 0,559 0,660

Bảng 4.7 giới thiệu về hệ số cản đối với các giọt nứơc mưa có dạng hình cầu
đường kính là D(mm) dưới điều kiện áp suất không khí chuẩn (101,3 kPa) và nhiệt
độ không khí là 20oC.

D

FC
Lực đẩy Fđ
Fg Trọng lượng


101

Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất

Hình 4.6: Mô tả các lực tác động trên một giọt nước mưa
Các lực trên một giọt mưa rơi:
π 
Fg = trọng lượng hạt mưa ρ n g  
6
π 
Fb = lực đẩy ρ a g  
6

3

3

V 2 
A
 2 

Fd = lực cản ma sát C d ρ n 


Ví dụ 4.5: Tính vận tốc cuối của một giọt mưa có đường kính 1mm rơi trong
không khí tónh dưới áp suất không khí chuẩn (101,3kPa) và nhiệt độ 200C.
10

Vận tốc cuối (V=9 m/s)

8
6
4
2
D(mm)

0
0

2

4

5

6

Hình 7. Kích thước hạt mưa

Hình 4.7: Kích thức hạt mưa
Giải: Ta tính vận tốc cuối bằng phương trình (4.14) với Cd = 0,671 lấy từ bảng
4.7. Ở nhiệt độ 200C thì ρ w = 998 kg/m3 và ρ a =1,20kg/m3 dưới áp suất 101,3
kPa.


 4 gD  ρ w


Vậy: Vt = 
− 1

 3C d  ρ a

1
2

1

 4 x 9,81 x 0 ,01  998  2
=
− 1 = 4,02 m/s

 3 x 0 ,671  1,20 

Các giá trò của Vt tương ứng với các đường kính khác nhau được tính một cách
tương tự và kết quả tính toán được biểu thò trên hình 4.7.
Vận tốc cuối của các giọt mưa tính từ phương trình (4.14) và sử dụng hệ số
cản trong bảng 4.7 dưới các điều kiện không khí chuẩn tại mực nước biển.
Từ đồ thò, ta thấy vận tốc cuối tăng theo kích thước của giọt mưa cho đến một
giới hạn của đường kính vào khoảng 5mm. Tại đây, vận tốc cuối đạt xấp xỉ 9m/s
Các tính toán ở trên áp dụng cho điều kiện mặt nước biển càng lên cao, khối
lượng riêng ρ a của không khí càng giảm và phương trình 4.14 chỉ ra rằng sẽ có sự


102


Chương IV

gia tăng tương ứng của Vt. Như vậy, giọt mưa rơi nhanh hơn ở vùng có không khí
loãng hơn.
Dưới áp suất không khí bằng 50kPa và nhiệt độ -100C, giới hạn trên của vận
tốc cuối từ 9m/s tăng lên tới trên 12m/s đôi chút. Từ đó ta thấy mối nguy hại của
mưa rào đối với thảm thực vật rất lớn. Đồng thời nó cũng góp phần dẫn đến xói
mòn mặt đất.
Tỷ trọng riêng của không khí ρ a càng lên cao càng giảm vì không khí càng
loãng, do đó tốc độ rơi càng lớn.
Chính vì vậy bảo vệ rừng cũng chính là bảo vệ tài nguyên đất.
3. Công thức triết giảm cường độ mưa
Qua quan trắc thực tế về hiện tượng mưa rào ta thấy: Các trận mưa có cường
độ rất lớn, thường xảy ra từ 1 đến 2 giờ. Cường độ mưa là lượng mưa trong 1 đơn vò
thời gian tính bằng (mm/phút) hoặc (mm/giờ).
Trong tính toán thiết kế cần phân biệt cường độ mưa tức thời và cường độ mưa
trung bình lớn nhất trong các thời khoảng khác nhau.
Nếu gọi HT là lượng mưa trong thời khoảng T thì cường độ mưa trung bình
trong thời khoảng đó là:
aT =

HT
(mm/phút; mm/giờ)
T

Cường độ mưa tức thời là:

at = lim (
∆t ← 0


∆H t
)
∆t

Trong đó ∆Ht là lượng mưa trong khoảng thời gian ∆t
Cường độ mưa trung bình lớn nhất ký hiệu at, trò số này nằm bao đỉnh mưa.
Cường độ mưa thiết kế là cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng thời
gian chảy tụ T của lưu vực với tần suất thiết kế (aTP).
Đường cong biểu thò cường độ mưa trung bình giảm dần theo T ta gọi là đường
cong triết giảm.
Công thức thể hiện quy luật triết giảm đó do E.I.Becgơ và M.M.Protodiakinop
kiến nghò như sau:
aT = (

S
)
Tn

Ở đây: n - chỉ số triết giảm

(4.15)


103

Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất

S - sức mưa hay là cường độ mưa lớn nhất khi T = 1
(Trên thực tế hiện nay còn có nhiều công thức khác để thể hiện quy luật triết

giảm cường độ mưa. Ở đây tác giả không có điều kiện để giới thiệu hết).
Sức mưa (S) và chỉ số triết giảm (n) được xác đònh ngược lại từ công thức trên
dựa vào tài liệu thực đo của máy tự ghi. Thí dụ như công thức trên ta có:
lgSp = lgaTP + nlgT

(4.16)

Trong đó aTP: cường độ mưa trung bình lớn nhất ứng với tần suất P
Qua phân tích tài liệu thực đo của Viện Thủy văn Liên Xô người ta cho rằng
sức mưa (S) là hàm tuyến tính của lgN.
N - thời kỳ xuất hiện lại
SP = A + BlgN

(4.17)

Ở đây A và B được các tác giả phân
vùng trên toàn liên bang để tính toán.

lgaT

Các công thức trên giá trò (n) được coi là
hằng số mà không thay đổi theo T. Phân tích
tài liệu mưa thực tế phần lớn nhiều vùng ở
miền Bắc nước ta cho thấy chúng có hai giá
trò n1 và n2 khác nhau, nghóa là có một điểm
chuyển tiếp To như hình dưới đây

n1
n2
To

To

TX

Tại Liên Xô: n = C
Hình 4.8

Tại Việt Nam n1 và n2

Từ đó Cục Thuỷ văn trước đây (nay là Tổng cục Khí tượng Thủy văn) đề xuất
một số công thức kinh nghiệm để tính toán cường độ mưa cho những diện tích lưu
vực F ≤ 100 km2 thuộc các vùng ở miền Bắc như sau:
Biểu công thức tính cường độ mưa rào cho các vùng lãnh thổ miền Bắc
Bảng 4.8. Bảng phân khu mưa rào của Cục Thủy văn
Khu vực
I. Lưu vực sông Đà và
thượng nguồn sông
Mã

Thời
khoảng
t≤T
t >T

Cường độ mưa
mm/h

Cường độ mưa
mm/ph


It = 0,425

HP
(T .t ) 0,35

It = 0,124

HP
(T .t ) 0 ,35

It = 0,425

HP
t 0, 70

It = 0,124

HP
t 0 ,70


104

Chương IV

Thời
khoảng

Khu vực
II. Lưu vực các sông

miền núi và trung
du Bắc Bộ

t≤T
t >T

III. Đồng bằng Bắc Bộ

Cường độ mưa
mm/h
It = 0,50

H
T t

It = 0,50

HP
t 0, 75

It = 0,58
It = 0,58

IV. Các lưu vực từ sông
Mã tới sông Bến
Hải

H
T t
H

It = 0,179 0,75P
t

P
0 , 4 0 , 35

H

T

P
0 , 45 0 , 35

It = 0,179

P
0 ,4 0 ,35

It = 0,257

P
0 ,45 0 ,35

H

T t
H
It = 0,257 0 ,80P
t


t

HP
t 0,80

It = 0,425
It = 0,34

Cường độ mưa
mm/ph

HP
(T .t ) 0,30

HP
t 0, 60

It = 0,066

HP
(T .t ) 0 ,30

It = 0,066

HP
t 0 ,60

Ở đây It: cường độ mưa ứng với thời gian t
Hp: lượng mưa lớn nhất ứng với thời gian t
Quan hệ T~p theo phân khu mưa rào của Cục Thủy văn

Bảng 4.9
Khu vực

Tần suất thiết kế P%
1%

2%

5%

10%

I

65

63

60

56

II

150

140

120


100

III

170

160

140

125

IV

175

160

130

110

VII. DÒNG CHẢY LỚN NHẤT
Lũ là một pha của chế độ dòng chảy sông ngòi có lượng cấp nước lớn nhất
trong năm. Ở vùng nhiệt đới nguồn cấp nước chủ yếu của sông ở pha nước này là
do mưa. Dòng chảy lớn nhất là trò số lưu lượng tức thời hoặc trò số bình quân ngày
đêm lớn nhất trong năm. Khi tính toán thiết kế ta thường dùng trò số tức thời lớn
nhất thường không khác trò số ngày đêm lớn nhất, lúc đó cũng có thể dùng trò số
bình quân ngày đêm lớn nhất làm đặc trưng thiết kế



Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất

105

1. Ý nghóa nghiên cứu và các đặc trưng biểu thò dòng chảy lũ
Nghiên cứu và tính toán dòng chảy lũ có tầm quan trọng chẳng những về thực
tế mà còn có ý nghóa về khoa học.
Ý nghóa khoa học của việc nghiên cứu dòng chảy lũ ở chỗ dòng chảy lũ là dòng
chảy lớn đặc trưng của chế độ dòng chảy sông ngòi của một vùng. Các đặc điểm cơ
bản của dòng chảy lũ như thời gian duy trì lũ, cường độ lên xuống, môđun đỉnh lũ...
thường có quan hệ chặt chẽ với điều kiện khí tượng và đòa lý tự nhiên của lưu vực, nó
phản ánh sự thay đổi theo không gian và theo thời gian của các nhân tố đó.
Ý nghóa thực tế của việc nghiên cứu dòng chảy lũ là số liệu quan trọng cho
thiết kế các công trình. Thiết kế với trò số nước lũ thiên nhỏ sẽ dẫn đến công trình
có thể bò phá hoại. Thiết kế với một trò số nước lũ thiên lớn, kích thước các công
trình chứa lũ, xả lũ lớn sẽ gây ra lãng phí và làm cho hiệu ích công trình giảm thấp.
2. Các nhân tố ảnh hưởng tới dòng chảy lớn nhất
Các nhân tố ảnh hưởng tới dòng chảy lũ có thể phân thành hai loại chính đó là
nhân tố khí tượng và nhân tố mặt đệm.
Trong nhân tố khí tượng, mưa rào có tác dụng quyết đònh, cung cấp nguồn
dòng chảy. Nhân tố mặt đệm ảnh hưởng tới quá trình tổn thất và quá trình tập trung
dòng chảy.
Chế độ mưa ở nước ta rất phong phú, có tới trên 80% lượng mưa trong năm tập
trung vào mùa mưa, số ngày mưa có thể đạt 80÷120 ngày. Mưa mùa hạ thường có
cường độ lớn, lượng mưa cũng khá lớn, đặc biệt là mưa dông, nhưng mưa dông
thường diễn ra trên diện tích không lớn trong một thời gian ngắn, vì vậy thường có
ảnh hưởng tới sự hình thành dòng chảy lũ trên lưu vực nhỏ. Đối với lưu vực lớn, lũ
thường do tổ hợp của nhiều hình thái thời tiết như dông, bão, đường đứt, hội tụ nhiệt
đới, rãnh thấp... Những hình thái này thường diễn ra liên tục và bao trùm một diện

tích lớn, làm cho mực nước sông cao và duy trì trong thời gian dài, dễ dàng sinh lũ
lớn.
Ví dụ: Trận lũ lớn trên sông Hồng tháng 7 năm 1971 là do xoáy thấp trên dải
hội tụ kết hợp với bão gây nên, lượng mưa phân bố trên diện tích rộng, lượng mưa
từ 100÷200mm trở lên chiếm tới 43,2% diện tích lưu vực, nơi có lượng mưa từ
400÷500mm cũng không nhỏ.
Xét trong một trận mưa thì cường độ mưa tức thời luôn luôn thay đổi, tuy thời
gian duy trì cường độ mưa lớn không dài nhưng có tác dụng quyết đònh hình thành
lưu lượng đỉnh lũ. Ở nước ta, những trận mưa dài với lượng mưa lớn thường có
nhiều đỉnh, tương ứng những đỉnh đó là thời gian có cường độ mưa lớn. Những trận


106

Chương IV

mưa dông kết hợp với đòa hình thường gây nên những trận lũ lớn trên lưu vực nhỏ.
Nhân tố mặt đệm còn có tác dụng quyết đònh tới hai khâu chính trong quá
trình hình thành dòng chảy lũ: quá trình tổn thất và quá trình tập trung nước trên
sườn dốc và trong sông.
Một phần lượng mưa được giữ lại trên lá cây, tán rừng không sinh dòng chảy,
lượng nước đó phụ thuộc vào mật độ cây cối và loại hình thực vật trên lưu vực. Tán
rừng, nhất là tán rừng nhiều tầng, có khả năng giữ lại một lượng nước mưa khá lớn,
nhưng đánh giá đúng mức ảnh hưởng của nó đến dòng chảy lũ rất khó khăn.
Rừng có tác dụng làm giảm dòng chảy mặt, tăng dòng chảy ngầm, làm giảm
đỉnh lũ và kéo dài thời gian lũ. Vào đầu mùa lũ tác dụng đó khá mạnh, giữa và
cuối mùa lũ khi lưu vực đã bão hòa nước, tác dụng đó giảm đi. Khi mưa kéo dài
nhiều giờ, lớp nước tổn thất do ngưng đọng trên lá cây, tán rừng có thể bỏ qua,
song tác dụng điều tiết do rừng thì cần xét đến.
Ngoài lượng tổn thất do tán rừng giữ lại, một phần lượng nước mưa khác tích

đọng trong các hang hốc, chỗ trũng, ao hồ, đầm lầy. Khi tính toán lũ đối với những
trận lũ lớn, tổn thất đó thường không đáng kể, song tác dụng điều tiết của ao hồ
đầm lầy thì không thể bỏ qua.
Khi bắt đầu mưa, hai quá trình trên giảm dần còn quá trình thấm vẫn tiếp tục
trong suốt trận mưa và quá trình tập trung nước trên lưu vực, vì vậy lượng thấm
thường được coi là lượng tổn thất chính khi xây dựng các công trình tính toán dòng
chảy lũ. Khi mưa rơi xuống, cường độ thấm lúc đầu rất lớn, sau giảm dần và tới
một lúc nào đó đạt tới một trò số ổn đònh.
Cường độ thấm vừa thay đổi theo thời gian vừa thay đổi theo không gian vì nó
phụ thuộc chặt chẽ vào các tính chất cơ lý của đất, mà các tính chất đó lại phụ
thuộc vào loại đất biến động rất phức tạp theo không gian.
Hiện nay trong tính toán người ta thường lấy một trò số cường độ thấm ổn đònh
bình quân cho toàn lưu vực.
3. Sự hình thành dòng chảy lũ và công thức tính lưu lượng lũ lớn
nhất
Khi ở một nơi nào đó trong lưu vực bắt đầu có mưa, nước mưa đọng trên lá
cây, lấp các khe rỗng trên mặt đất và thấm ướt lớp đất mặt, lớp nước mưa ban đầu
bò tổn thất hoàn toàn.
Nếu mưa vẫn tiếp tục với cường độ tăng dần và lớn hơn cường độ thấm thì
trên mặt đất bắt đầu hình thành dòng chảy mặt.
Do mưa thay đổi theo không gian và thời gian nên có khi toàn bộ lưu vực hoặc


Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất

107

chỉ một phần diện tích của lưu vực sinh dòng chảy. Dòng chảy sinh ra trên các phần
của lưu vực do tác dụng của trọng lực lập tức chảy theo sườn dốc, một phần tích lại
ở các chỗ trũng, hang hốc, một phần tiếp tục chảy từ nơi cao tới nơi thấp.


Hình 4.9
Khi dòng chảy đổ vào sông, mực nước sông bắt đầu dâng cao, trong quá trình
chảy trong sông nó không ngừng được bổ sung thêm nước do hai bên sườn dốc dọc
sông đổ vào.
Quá trình chảy tụ về mặt cắt cửa ra dòng nước vẫn không ngừng bò tổn thất.
Trên thực tế, các quá trình đó xảy ra đồng thời và lẫn lộn với nhau không thể tách
biệt được, nhưng trong tính toán lại phải chia ra để dễ dàng xử lý
A - cường độ mưa
K - cường độ thấm
H - cường độ sinh dòng chảy
Hình 4.9 là sơ đồ khái quát quá trình mưa, quá trình thấm (lượng tổn thất
chính trong dòng chảy lũ) và quá trình hình htành dòng chảy.
Lúc bắt đầu mưa, cường độ mưa nhỏ hơn cường độ thấm (at < Kt), lượng mưa
bò tổn thất hoàn toàn (H0).
Từ thời điểm t1, cường độ mưa lớn hơn cường độ thấm, dòng chảy mặt hình
thành. Cường độ mưa tăng lên, cường độ thấm giảm dần, lớp nước trên bề mặt mỗi
lúc một dày thêm, cường độ sinh dòng tăng lên ht = at -Kt (còn gọi là cường độ cấp
nước), lưu lượng ở mặt cắt cửa ra cũng dần dần tăng lên.


108

Chương IV

Quá trình mưa đạt tới cường độ lớn nhất sau đó giảm dần, quá trình cấp nước
kéo dài đến thời điểm t2 khi at = Kt, lúc đó do lớp nước mặt trên mặt lưu vực đạt lớn
nhất sau đó giảm dần, quá trình cấp nước kéo dài đến thời điểm t2 khi at = Kt, lúc
đó lớp nước mặt trên mặt lưu vực đạt lớn nhất.
Thời gian từ t1 đến t2 gọi là thời gian cấp nước Tcn và

YTcn =

t2

t2

t1

t1

(4.18)

∫ ht dt = ∫ (at − Kt )dt

YTCN được gọi là lớp nước cấp.
Khi t > t2 cường độ mưa nhỏ hơn cường độ thấm (at < Kt), tuy quá trình cấp
nước đã kết thúc nhưng dòng chảy trên sườn dốc giảm dần vẫn cung cấp nước cho
sông tới khi hết, quá trình lũ được duy trì một thời gian nữa bằng thời gian chảy tụ
trên lưu vực t.
Vì trong giai đoạn nước rút vẫn còn tổn thất nên lớp cấp nước thường lớn hơn
lớp dòng chảy trận lũ y (YTcn > y), nhưng khi tính toán, để đơn giản, người ta vẫn
cho chúng bằng nhau.
VIII. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LƯU LƯNG LŨ TỪ TÀI LIỆU MƯA RÀO
Hiện nay trên thế giới cũng như nước ta sử dụng rất nhiều công thức dùng để
tính Qmax từ mưa rào.
Qua thực tế áp dụng chúng tôi chỉ giới thiệu một số công thức được sử dụng
nhiều nhất và thiên về an toàn nhất ở Việt Nam để chúng ta tham khảo.
1. Công thức Xôkôlôpxki
Qmp =


0, 28 ∝ ( H T − H o )
f × F + Qng
tL

(4.19)

Ở đây: Qmp: lưu lượng lũ ứng với tần suất thiết kế (P%)
α:

hệ số dòng chảy trận lũ

HT:

lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn tính toán T
H T = aT × T

Trong đó: at: cường độ mưa trung bình lớn nhất trong thời đoạn T
at có thể xác đònh theo một trong các công thức đã giới thiệu trước đây hoặc
có thể tính theo công thức của Xôkôlôpxki như sau:


109

Lũ lụt và dòng chảy lớn nhất

aT =

S
T


2
3

Ở đây: T: thời đoạn tính toán
S: là sức mưa, tính theo lượng mưa lớn nhất Hnp. (khi T =1.0)
1,1H np
S=
1

24 3

t =T

Ở đây:

L

Thời gian tập trung nước được xem như thời gian lũ lên. Ở nước ta mưa rào
lớn và kéo dài cho nên thời gian mưa khi tính thường lấy T= τ
Hnp:
F:

Ở đây: L:
V:

lượng mưa ngày lớn nhất
3600Q × t L
hệ số hình dạng lũ f =
W
L

tL =
3,6V
chiều dài sông chính (Km)
tốc độ tập trung nước trung bình trong lòng sông chính
V = 0,70Vmax

Vmax: tốc độ trung bình lớn nhất của mặt cắt đo đạc tại khu vực
nghiên cứu
W:

tổng lượng lũ

H0:

lượng tổn thất ban đầu (mm)

F:

diện tích lưu vực (km2)

Qng:

lưu lượng cơ bản trong sông trước khi có lũ

(Ở nước ta, khi nghiên cứu những lưu vực nhỏ, do lưu lượng đỉnh lũ lớn gấp
nhiều lần so với lưu lượng cơ bản nên thường coi Qng = 0)
Bảng xác đònh giá trò ∝ (H - Ho) và ∝max theo kiến nghò của Cục Thủy văn
(thuộc Tổng cục KTTV)
Bảng 4.10
Khu vực


H = a(H-H0)

amax