TÍNH TOÁN THỦY VĂN ( Nguyễn Thanh Sơn - NXB Đại học Quốc gia Hà Nội ) CHƯƠNG 5

DAO ĐỘNG DÒNG CHẢY NĂMTrong qui hoạch lãnh thổ và thiết kế công trình thủy không chỉ cần biết được chuẩn dòng chảy năm, mà còn cần biết cả sự biến đổi của đại lượng đó theo cả thời gian lẫn không gian. Chuẩn dòng chảy năm là một đặc trưng dòng chảy mang tính chất xử lý thống kê của chuỗi thời gian, nên việc xét các dao động của nó liên quan mật thiết đến các kiến thức thống kê trong thủy văn. Các khái niệm về xác suất và tần suất đảm bảo càng có ý...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
TÍNH TOÁN THỦY VĂN ( Nguyễn Thanh Sơn - NXB Đại học Quốc gia Hà Nội ) CHƯƠNG 5 Chương 5 DAO ĐỘNG DÒNG CHẢY NĂM Trong qui hoạch lãnh thổ và thiết kế công trình thủy không chỉ cần biết được chuẩn dòng chảy năm,mà còn cần biết cả sự biến đổi của đại lượng đó theo cả thời gian lẫn không gian. Chuẩn dòng chảy năm là một đặc trưng dòng chảy mang tính chất xử lý thống kê của chuỗi thời gian,nên việc xét các dao động của nó liên quan mật thiết đến các kiến thức thống kê trong thủy văn. Các kháiniệm về xác suất và tần suất đảm bảo càng có ý nghĩa thực tế khi áp dụng vào thủy văn học. Độ đảm bảo của một đại lượng thủy văn là xác suất giá trị đang xét của nó có tính trội. Xác suất làthước đo đánh giá độ tin cậy việc xuất hiện giá trị này hay giá trị khác của đặc trưng hay hiện tượng đangxét. Xác suất là tỷ số giữa số các trường hợp thuận lợi m với tổng các trường hợp n: m. (5.1) p= n Người ta phân biệt giữa xác suất lý thuyết lim p = m và xác suất thực nghiệm p = m . Trong thực tế n ntính toán thủy văn mà cụ thể là tính toán các đặc trưng của dòng chảy (dòng chảy, mực nước) thường sửdụng các tần suất thực nghiệm được tính toán theo các công thức phổ biến nhất là: Công thức S. N. Kriski và M.Ph. Menkel: m p= .100% . (5.2) n +1 Công thức Shegodaev: m − 0,3 (5.3) p= .100 % n + 0,4với n số thành phần chuỗi; m - số thứ tự số hạng chuỗi dòng chảy xếp thứ tự giảm dần. Công thức (5.2) cho giá trị thiên lớn về đoạn đầu của đường cong đảm bảo và nó được sử dụng khitính toán dòng chảy cực đại; ngược lại công thức (5.3) cho giá trị thiên nhỏ về phần cuối đường cong đảmbảo và nó được dùng để tính các giá trị dòng chảy trung bình, dòng chảy cực tiểu. Đôi khi người ta còn dùng công thức Hazen A., rất phổ biến trong tính toán thủy văn thực hành ở Mỹ: m − 0,5 p= 100% . (5.4) n Dao động xác suất dòng chảy năm và giá trị độ đảm bảo cho trước của nó có thể được xác định nhờcác đường cong đảm bảo thực nghiệm dựng theo các số liệu quan trắc. Các đường cong này hoặc dưới dạngđồ thị hoặc công thức giải tích đều cho phép nội (ngoại suy) với việc sử dụng các phương trình đường congphân bố đại lượng ngẫu nhiên tương ứng với dạng đường cong thực nghiệm. Sai số khi thực hiện nội (ngoại suy) các đường cong này để xác định các giá trị dòng chảy với tần suấtđảm bảo tương ứng thường không lớn lắm nếu trong trường hợp khoảng ngoại suy không vượt ra ngoàikhoảng quan trắc nhiều lắm. Việc ngoại suy và làm trơn bằng phương pháp giải tích (mà thực tế thường hay sử dụng) được áp dụngvới chuỗi quan trắc ngắn và dài khi có nhu cầu sử dụng phương pháp tương tự thủy văn trên các sông chưađược nghiên cứu.58 Cơ sở của các phương pháp là coi chuỗi dòng chảy năm là một chuỗi của các đại lượng ngẫu nhiên vànhư thế có thể sử dụng lý thuyết xác suất thống kê để mô phỏng các quá trình dòng chảy. Để xây dựng cácđường cong phân bố lý thuyết cần có ba tham số thống kê cơ bản: 1. Đại lượng trung bình nhiều năm (chuẩn dòng chảy năm) Q0 nếu biểu diễn dưới dạng hệ số mô đuncó giá trị bằng 1. 2. Hệ số biến đổi Cv . 3. Hệ số bất đối xứng Cs.5.1. ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT XÁC SUẤT THỐNG KÊ TÍNH DAO ĐỘNG DÒNG CHẢY NĂM Mọi đặc trưng dòng chảy: trung bình năm, cực đại, cực tiểu, phân bố trong năm và sự thay đổi của nótheo thời gian và không gian được xác định bởi nhiều yếu tố địa đới và phi địa đới. Bởi vậy sự hình thànhdòng chảy sông ngòi là một hiện tượng thiên nhiên chịu tác động của nhiều yếu tố. Ngày nay đã có nhiều phương pháp tính toán dòng chảy được xây dựng dựa trên việc phân tích tácđộng của các yếu tố khí tượng và mặt đệm riêng rẽ. Điều đó đạt được nhờ xử lý các đo đạc trực tiếp cácthành phần dòng chảy và khí tượng. Vấn đề này ta sẽ tiếp tục bàn đến khi nghiên cứu các mô hình dòngchảy. Cơ sở lý thuyết của việc áp dụng lý thuyết xác suất vào nghiên cứu và tính toán dao động dòng chảynăm là lý thuyết xác suất giới hạn trung tâm. Lý thuyết này được sử dụng để nghiên cứu các tác động tíchphân nhiề ...