Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13615:2022 Tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13615:2022

TÍNH TOÁN

CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN THIẾT KẾ

Calculation of Design Hydrological Elements

MỤC LỤC

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Quy định chung

4.1  Các đặc trưng thủy văn thiết kế

4.2  Yêu cầu số liệu khí tượng thủy văn

4.3  Yêu cầu các tài liệu khác

4.4  Phân loại chuỗi số liệu đo đạc

4.5  Phương pháp tính toán

4.6  Điều kiện lựa chọn trạm tương tự và lưu vực tương tự:

4.6.1  Trạm mưa, khí tượng tương tự

4.6.2  Trạm mực nước tương tự

4.6.3  Lưu vực tương tự

4.7  Các đặc trưng hình thái của lưu vực

5  Tính toán mưa, bốc hơi thiết kế

5.1  Tính toán lượng mưa và phân phối mưa năm thiết kế

5.1.1  Trường hợp có nhiều số liệu đo đạc

5.1.2  Trường hợp có ít số liệu đo đạc

5.1.3  Trường hợp không có số liệu đo đạc

5.2  Tính toán lượng mưa và phân phối mưa vụ thiết kế

5.2.1  Tính toán lượng mưa vụ thiết kế

5.2.2  Tính toán phân phối mưa vụ thiết kế

5.3  Tính toán lượng mưa ngày lớn nhất thiết kế

5.3.1  Trường hợp có nhiều số liệu đo đạc

5.3.2  Trường hợp có ít số liệu đo đạc

5.3.3  Trường hợp không có số liệu đo đạc

5.4  Tính toán trận mưa thiết kế

5.4.1  Tính toán trận mưa thiết kế với thời gian của trận mưa   ≥ 1 ngày

5.4.2  Tính toán trận mưa thiết kế với thời gian của trận mưa  ≤ 24 giờ

5.5  Tính toán mưa lớn nhất khả năng (PMP)

5.5.1  Phương pháp cực đại hoá trận mưa lớn thực đo

5.5.2  Phương pháp thống kê

5.5.3  Tính toán quá trình PMP

5.6  Tính toán lượng và phân phối bốc hơi phụ thêm thiết kế

5.6.1  Tính toán lượng bốc hơi phụ thêm

5.6.2  Tính toán phân phối bốc hơi phụ thêm thiết kế

6  Tính toán dòng chảy năm thiết kế

6.1  Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có nhiều số liệu đo đạc

6.1.1  Tính toán dòng chảy năm thiết kế

6.1.2  Tính toán phân phối dòng chảy năm thiết kế

6.2  Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có ít số liệu đo đạc

6.2.1  Tính toán lượng dòng chảy năm thiết kế

6.2.2  Tính toán phân phối dòng chảy năm thiết kế

6.3  Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi không có số liệu đo đạc

6.3.1  Tính toán dòng chảy năm thiết kế

6.3.2  Tính toán phân phối dòng chảy năm thiết kế

6.4  Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi xét đến BĐKH

6.4.1  Tính toán các đặc trưng khí tượng dựa trên kịch bản BĐKH

6.4.2  Tính lượng dòng chảy năm thiết kế khi xét đến BĐKH

6.4.3  Tính toán phân phối dòng chảy năm thiết kế khi xét đến BĐKH

6.5  Tính toán dòng chảy năm thiết kế đối với công trình có tác động của các công trình thượng và hạ lưu

6.5.1  Tính toán dòng chảy năm thiết kế đối với công trình có tác động của các công trình thượng lưu

6.5.2  Tính toán dòng chảy năm thiết kế đối với công trình có tác động của các công trình hạ lưu

6.5.3  Tính toán dòng chảy năm thiết kế đối với công trình có tác động của cả công trình thượng lưu và hạ lưu

7  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế

7.1  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế khi có nhiều số liệu đo đạc

7.1.1  Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

7.1.2  Tính toán tổng lượng lũ thiết kế

7.1.3  Tính toán quá trình lũ thiết kế

7.2  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế khi có ít số liệu đo đạc

7.2.1  Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

7.2.2  Tính toán tổng lượng lũ thiết kế

7.2.3  Tính toán quá trình lũ thiết kế

7.3  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế khi không có số liệu đo đạc

7.3.1  Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

7.3.2  Tính toán tổng lượng lũ thiết kế

7.3.3  Tính toán quá trình lũ thiết kế

7.4  Tính toán lũ lớn nhất khả năng (PMF)

7.5  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế khi xét đến BĐKH

7.5.1  Tính toán lượng mưa một ngày lớn nhất dựa trên kịch bản BĐKH

7.5.2  Tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế khi xét đến BĐKH

7.5.3  Tính toán tổng lượng lũ thiết kế khi xét đến BĐKH

7.5.4  Tính toán quá trình lũ thiết kế khi xét đến BĐKH

7.6  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế đối với công trình có tác động của các công trình thượng và hạ lưu

7.6.1  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế đối với công trình có tác động của các công trình thượng lưu

7.6.2  Lựa chọn lưu lượng an toàn tại tuyến phòng lũ và dung tích phòng lũ cho hệ thống hồ chứa:

8  Tính toán dòng chảy nhỏ nhất thiết kế

8.1  Tính toán dòng chảy nhỏ nhất thiết kế khi có nhiều số liệu đo đạc

8.2  Tính toán dòng chảy nhỏ nhất thiết kế khi có ít số liệu đo đạc

8.3  Tính toán dòng chảy nhỏ nhất thiết kế khi không có số liệu đo đạc

9  Tính toán dòng chảy bùn cát

9.1  Tính toán bùn cát lơ lửng trong trường hợp có nhiều số liệu đo đạc bùn cát lơ lửng

9.2  Tính toán bùn cát lơ lửng trong trường hợp có ít số liệu đo đạc bùn cát lơ lửng

9.3  Tính toán bùn cát lơ lửng trong trường hợp không có số liệu đo đạc bùn cát lơ lửng

9.4  Tính toán tổng lượng bùn cát

10  Tính toán mực nước và lưu lượng thiết kế cho các công trình trên sông, kênh

10.1  Tính toán mực nước thiết kế

10.1.1  Lựa chọn mực nước tính toán

10.1.2  Tính toán mực nước thiết kế khi có nhiều số liệu

10.1.3  Tính toán mực nước thiết kế khi có ít số liệu

10.2  Xác định đường quá trình mực nước thiết kế

10.2.1  Xác định quá trình mực nước thiết kế khi có nhiều số liệu đo đạc

10.2.2  Xác định quá trình mực nước thiết kế khi có ít số liệu đo đạc

10.2.3  Xác định quá trình mực nước thiết kế khi không có số liệu đo đạc

10.3  Tính toán lưu lượng và quá trình lưu lượng thiết kế

10.4  Tính toán mực nước thiết kế khi xét đến biến đổi khí hậu và nước biển dâng

10.4.1  Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng

10.4.2  Phương pháp cộng thêm độ gia tăng ΔH

10.4.3  Phương pháp mô hình toán thủy văn, thủy lực

10.5  Tính toán mực nước và lưu lượng thiết kế vùng ảnh hưởng thủy triều cho các công trình nằm trong hệ thống

Phụ lục A: Hỗ trợ tính toán mưa, bốc hơi thiết kế (Quy định)

A.1  Ranh giới phân vùng mưa rào ở Việt Nam

A.2  Bảng tra cường độ mưa không thứ nguyên

A.3  Phương trình hồi quy xác định giá trị trung bình của cường độ mưa lớn nhất thời đoạn  theo vùng mưa

A.4  Tọa độ đường cong triết giảm mưa

A.5  Các mô hình mưa trận lũ tổng hợp không thứ nguyên cho các phân vùng mưa rào ở Việt Nam

A.6  Bản đồ đẳng trị chuẩn mưa năm toàn quốc (Xo) (mm)

A.7  Bản đồ đẳng trị mưa một ngày lớn nhất bình quân toàn quốc (mm)

A.8  Phân phối mưa năm trung bình nhiều năm (%)

A.9  Các bảng biểu và biểu đồ phụ trợ tính toán lượng mưa lớn nhất khả năng theo phương pháp cực đại hoá trận mưa lớn thực đo

A.10  Các biểu đồ phụ trợ tính toán lượng mưa lớn nhất khả năng theo phương pháp Hershfield

Phụ lục B: Hỗ trợ tính toán dòng chảy năm thiết kế (Quy định)

B.1  Bản đồ đẳng trị mô đun dòng chảy chuẩn toàn quốc (Mo) (l/s/km²)

B.2  Bảng tra tính toán dòng chảy năm thiết kế cho các phân vùng để sử dụng trong trường hợp không có số liệu

B.3  Bảng tra hệ số dòng chảy chuẩn

B.4  Bảng tra thông số hiệu chỉnh hệ số phân tán dòng chảy năm

B.5  Bản đồ phân vùng thủy văn

Phụ lục C: Hỗ trợ tính toán dòng chảy lũ thiết kế (Quy định)

C.1  Phân cấp đất

C.2  Các bảng tra hỗ trợ tính lũ theo công thức quan hệ

C.3  Bảng tra hỗ trợ tính lũ theo công thức cường độ giới hạn

C.4 Hệ số triết giảm mô đun đỉnh lũ theo diện tích lưu vực

C.5  Bản đồ đẳng trị mô đun đình lũ quy về diện tích 100km² ứng với các tần suất

C.6  Quan hệ mưa rào dòng chảy trong công thức Xokolopski

C.7  Hệ số chuyển đổi tần suất

C.8  Đường quá trình lũ không thứ nguyên (hàm Gudrich)

Phụ lục D: Hỗ trợ tính toán dòng chảy nhỏ nhất thiết kế (Tham khảo)

D.1  Bản đồ phân vùng mô đun dòng chảy nhỏ nhất

D.2  Bản đồ phân vùng hệ số phân tán C_v dòng chảy nhỏ nhất

Phụ lục E: Hỗ trợ tính toán dòng chảy bùn cát (Tham khảo)

Phụ lục F: Hỗ trợ phân tích tần suất và kiểm định thống kê (Tham khảo)

F.1  Kiểm tra sàng lọc dữ liệu thông qua một số kiểm định thống kê

F.1.1  Kiểm định số liệu có chứa giá trị ngoại lệ (outlier)

F.1.2  Kiểm định tính ngẫu nhiên của chuỗi số liệu sử dụng Kiểm định Yule - Kendal

F.1.3. Kiểm định tính độc lập sử dụng Kiểm định Wald - Wolfowit

F.1.4  Kiểm định tính đồng nhất sử dụng Kiểm định Mann - Whitney

F.1.5  Kiểm định tính dừng của chuỗi số liệu sử dụng Kiểm định Spearman’s ρ

F.2  Một số hàm phân phối xác suất (ppxs) thường dùng trong thủy văn và kiểm định thống kê sự phù hợp của hàm ppxs

F.2.1  Dạng phân phối xác suất thường dùng trong thủy văn

F.2.2  Phương pháp ước tính tham số của các hàm PPXS

F.2.3  Lựa chọn dạng hàm phân phối xác suất phù hợp dựa trên đồ giải

F.2.4  Lựa chọn dạng hàm phân phối xác suất phù hợp nhất dựa trên tiêu chuẩn kiểm định thống kê về độ phù hợp (GoF)

F.3  Bảng Fôxtơ - Rưp-kin tra khoảng lệch tung độ Φ của đường tần suất Pearson III (Tần suất P từ 0,001 % đến 40 %)

F.3  Bảng Fôxtơ - Rưp-kin tra khoảng lệch tung độ Φ của đường tần suất Pearson III (Tần suất P từ 0,001 % đến 40 %) (kết thúc)

F.4  Bảng Fôxtơ - Rưp-kin tra khoảng lệch tung độ Φ của đường tần suất Pearson III (Tần suất P từ 50 % đến 100 %)

F.4  Bảng Fôxtơ - Rưp-kin tra khoảng lệch tung độ Φ của đường tần suất Pearson III (Tần suất P từ 50 % đến 100 %) (kết thúc)

F.5 - Bảng tra hệ số mô đun Kp của đường tần suất Kritsky - Menken

F.5 - Bảng tra hệ số mô đun Kp của đường tần suất Kritsky - Menken (tiếp theo)

F.5 - Bảng tra hệ số mô đun Kp của đường tần suất Kritsky - Menken (tiếp theo)

F.5 - Bảng tra hệ số mô đun Kp của đường tần suất Kritsky - Menken (kết thúc)

F.6  Bảng tra giá trị Z của phân phối chuẩn tắc

F.8  Bảng tra giá trị X² của phân phối Khi-bình phương (Chi-square distribution)

F.8  Bảng tra giá trị X² của phân phối Khi-bình phương (Chi-square distribution) (kết thúc)

F.8  Bảng tra giá trị X² của phân phối Khi-bình phương (Chi-square distribution) (kết thúc)

F.9  Bảng tra giá trị F của phân phối Fisher Snedecor

Thư mục tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

TCVN 13615 : 2022 do Trường Đại học Thủy lợi biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN THIẾT KẾ

Calculation of Design Hydrological Elements

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định trong tính toán các đặc trưng thủy văn khi thiết kế công trình thủy lợi, phòng chống thiên tai (sau đây gọi là công trình).

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có):

TCVN 10778, Hồ chứa - Xác định các mực nước đặc trưng.

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Tần suất thiết kế (design frequency)

Tần suất được quy định theo từng loại và cấp công trình để đảm bảo cấp nước và an toàn công trình.

3.2

Trận mưa thiết kế (design storm)

Trận mưa sinh ra trận lũ thiết kế, được đặc trưng bởi lượng mưa trận lũ thiết kế, cường độ mưa trận lũ thiết kế và quá trình mưa trận lũ thiết kế.

3.3

Lượng mưa lớn nhất khả năng (probable maximum precipitation - PMP)

Lớp nước mưa lớn nhất về mặt lý thuyết có thể xuất hiện trên một vùng lãnh thổ xác định và trong một khoảng thời gian nhất định, thường có đơn vị đo là mm.

3.4

Chuẩn mưa năm (normal annual rainfall)

Lượng mưa năm trung bình nhiều năm tại một vị trí trên lưu vực, ký hiệu là X₀, đơn vị là mm.

3.5

Chuẩn bốc hơi năm (normal annual evaporation)

Lượng bốc hơi năm trung bình nhiều năm tại một vị trí trên lưu vực, ký hiệu là Z₀, đơn vị là mm.

3.6

Dòng chảy (runoff)

Dòng chảy là lượng nước của một lưu vực chảy qua mặt cắt cửa ra sau một khoảng thời gian nhất định cùng với sự thay đổi của nó trong khoảng thời gian đó.

3.7

Chuẩn dòng chảy năm (normal annual runoff)

Trị số dòng chảy năm trung bình nhiều năm gồm các nhóm năm nước ít, nước nhiều và nước trung bình với số năm các nhóm xấp xỉ nhau của một lưu vực xác định trong điều kiện khí hậu, địa chất thủy văn, mặt đệm lưu vực và tác động của con người hầu như không đổi.

3.8

Năm thủy văn (hydrological year)

Thời gian 12 tháng bắt đầu từ đầu mùa lũ và kết thúc vào cuối mùa kiệt đầu mùa lũ năm kế tiếp.

3.9

Phân phối dòng chảy năm (annual runoff distribution)

Dòng chảy của sông được phân phối theo thời gian trong năm với thời đoạn khác nhau.

3.10

Lũ thiết kế (design flood)

Trận lũ bất lợi theo tính toán tại tuyến xây dựng công trình ứng với tần suất thiết kế.

3.11

Lũ kiểm tra (check flood)

Trận lũ bất lợi theo tính toán tại tuyến xây dựng công trình ứng với tần suất kiểm tra.

3.12

Lũ lớn nhất khả năng (probable maximum flood - PMF)

Trận lũ lớn nhất được hình thành từ tổ hợp bất lợi nhất của các điều kiện khí tượng thủy văn xảy ra trên lưu vực đã bão hoà ẩm.

3.13

Mực nước thiết kế (design water level)

Mực nước theo tính toán tại tuyến xây dựng công trình ứng với tần suất thiết kế.

3.14

Quá trình mực nước thiết kế (design water level hydrograph)

Quá trình mực nước thiết kế là sự thay đổi mực nước liên tục theo thời gian tại vị trí tính toán ứng với tần suất thiết kế.

3.15

Thủy triều (tide)

Dao động có chu kỳ của mực nước biển tại một vị trí hoặc một khu vực.

3.16

Vùng sông ảnh hưởng triều (tidal affected region)

Vùng sông từ ranh giới triều, nơi xuất hiện biên độ triều bằng không hoặc rất nhỏ đến cửa sông.

3.17

Mực nước đỉnh triều (high tide)

Mực nước cao nhất chuyển tiếp từ nước lên sang nước xuống.

3.18

Mực nước chân triều (low tide)

Mực nước thấp nhất chuyển tiếp từ nước xuống sang nước lên.

3.19

Bốc hơi phụ thêm (additional evaporation)

Chênh lệch giữa bốc hơi mặt nước và bốc hơi lưu vực khi xây dựng công trình hồ chứa nước, ký hiệu là AZ, đơn vị là mm.

3.20

Dòng chảy nhỏ nhất (minimum flow)

Dòng nước trong sông trong thời kỳ dòng chảy đạt tới trị số bé nhất (ngày, tuần, tháng, mùa, ...).

3.21

Dòng chảy bùn cát (sediment transport)

Dòng chảy mang các sản phẩm bào mòn bề mặt lưu vực do tác động của các yếu tố nhiệt độ, mưa, gió, hoạt động của con người.

3.22

Biến đổi khí hậu (climate change)

Là sự thay đổi của khí hậu trong một khoảng thời gian dài do tác động của các điều kiện tự nhiên và hoạt động của con người. Biến đổi khí hậu hiện nay biểu hiện bởi sự nóng lên toàn cầu, mực nước biển dâng và gia tăng các hiện tượng khí tượng thủy văn cực đoan.

4  Quy định chung

4.1  Các đặc trưng thủy văn thiết kế

Tùy thuộc yêu cầu thiết kế của từng loại công trình theo quy định hiện hành mà nội dung cần tính toán có thể bao gồm một hoặc nhiều đặc trưng sau:

4.1.1  Các đặc trưng khí tượng

a) Lượng mưa năm, mưa mùa, mưa vụ, mưa ngày lớn nhất, trận mưa thiết kế;

b) Phân phối mưa năm thiết kế, phân phối mưa vụ thiết kế;

c) Mô hình trận mưa thiết kế;

d) Mưa lớn nhất khả năng;

e) Bốc hơi phụ thêm và phân phối bốc hơi phụ thêm thiết kế.

4.1.2  Dòng chảy năm thiết kế

a) Lưu lượng dòng chảy năm thiết kế;

b) Phân phối dòng chảy năm thiết kế;

c) Đường duy trì lưu lượng bình quân ngày;

d) Lưu lượng dòng chảy năm thiết kế và phân phối dòng chảy năm thiết kế khi xét đến biến đổi khí hậu (BĐKH).

4.1.3  Dòng chảy lũ thiết kế

a) Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế;

b) Tổng lượng lũ thiết kế;

c) Quá trình lũ thiết kế;

d) Lũ lớn nhất khả năng;

e) Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế, tổng lượng lũ thiết kế và quá trình lũ thiết kế khi xét đến BĐKH.

4.1.4  Dòng chảy nhỏ nhất thiết kế

a) Lưu lượng dòng chảy trung bình ngày nhỏ nhất thiết kế;

b) Lưu lượng dòng chảy trung bình tháng nhỏ nhất thiết kế;

c) Lưu lượng dòng chảy trung bình 3 tháng nhỏ nhất thiết kế.

4.1.5  Dòng chảy bùn cát

Tổng lượng bùn cát trung bình nhiều năm.

4.1.6  Mực nước thiết kế và lưu lượng thiết kế công trình

a) Mực nước và quá trình mực nước thiết kế;

b) Mực nước triều và quá trình mực nước triều thiết kế;

c) Lưu lượng và quá trình lưu lượng thiết kế;

d) Mực nước và quá trình mực nước thiết kế, lưu lượng và quá trình lưu lượng thiết kế khi xét đến BĐKH và nước biển dâng.

4.2  Yêu cầu số liệu khí tượng thủy văn

a) Các số liệu cần thu thập:

1) Số liệu đo đạc các yếu tố khí tượng (mưa, bốc hơi, tốc độ gió, nhiệt độ ...) trên lưu vực và khu vực lân cận;

2) Số liệu đo đạc dòng chảy (lưu lượng, mực nước, bùn cát lơ lửng và quan hệ mực nước-lưu lượng).

b) Yêu cầu về số liệu:

1) Số liệu đo đạc thu thập từ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn Quốc gia, các trạm chuyên dùng và các nguồn khác nếu có;

2) Chuỗi số liệu đưa vào tính toán phải đảm bảo tính đại biểu, tính đồng nhất, tính độc lập. Việc kiểm tra và sàng lọc chuỗi số liệu có thể tiến hành thông qua một số kiểm định thống kê phổ biến trình bày trong F.1.

4.3  Yêu cầu các tài liệu khác

a) Đặc điểm địa chất thủy văn, địa hình, địa mạo, thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật lưu vực;

b) Tài liệu thiết kế và tài liệu vận hành công trình trong hệ thống (nếu có);

c) Tài liệu điều tra về những trận mưa, lũ lịch sử (đặc biệt lớn) đã xảy ra trong vùng nghiên cứu và khu vực lân cận. Trong trường hợp cần bổ sung tài liệu, có thể tổ chức điều tra thực địa;

d) Tài liệu về thiên tai có liên quan đã xảy ra trên lưu vực;

e) Kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng mới nhất của Việt Nam;

f) Các tài liệu dân sinh kinh tế xã hội khu vực thượng và hạ lưu công trình;

g) Trong trường hợp công trình quan trọng mà thiếu hoặc không có tài liệu quan trắc thủy văn cần thiết lập các trạm đo chuyên dùng quan trắc thủy văn để bổ sung tài liệu.

4.4  Phân loại chuỗi số liệu đo đạc

a) Có nhiều số liệu đo đạc:

1) số năm đo đạc n ≥ 30 đối với các đặc trưng khí tượng;

2) số năm đo đạc n ≥ 20 đối với các đặc trưng thủy văn;

b) Có ít số liệu đo đạc:

1) số năm đo đạc n < 30 đối với các đặc trưng khí tượng;

2) số năm đo đạc n < 20 đối với các đặc trưng thủy văn;

c) Không có số liệu đo đạc.

4.5 Phương pháp tính toán

a) Trường hợp có nhiều số liệu đo đạc sử dụng phương pháp thống kê xác suất;

b) Trường hợp có ít số liệu đo đạc, cần kéo dài số liệu theo phương pháp trực tiếp hoặc phương pháp gián tiếp. Sau khi kéo dài số liệu, tính toán như trường hợp có nhiều số liệu đo đạc. Số năm kéo dài số liệu không vượt quá số năm thực đo. Các phương pháp kéo dài số liệu đo đạc khí tượng thủy văn bao gồm:

1) Phương pháp phân tích tương quan và xây dựng phương trình hồi quy, chỉ sử dụng khi hệ số tương quan ≥ 0,8 và số năm đo đạc n ≥ 10. Trường hợp n < 10 chỉ nên sử dụng để tham khảo.

2) Phương pháp mô hình toán thủy văn, thủy lực chỉ sử dụng khi các thông số của mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định đạt yêu cầu;

c) Trường hợp không có số liệu đo đạc

1) Đối với các đặc trưng khí tượng: phương pháp trạm tương tự, phương pháp tính trung bình lưu vực;

2) Đối với các đặc trưng dòng chảy: phương pháp lưu vực tương tự, phương pháp bản đồ đẳng trị, phương pháp công thức kinh nghiệm, phương pháp mô hình toán thủy văn, thủy lực.

d) Với các đặc trưng mô tả sự biến đổi theo thời gian

1) Phân phối mưa năm, mưa vụ thiết kế: phương pháp phân phối mưa năm, vụ đại biểu;

2) Quá trình mưa lũ thiết kế: phương pháp quá trình mưa lũ đại biểu, phương pháp khối xen kẽ; phương pháp hình học;

3) Phân phối dòng chảy năm thiết kế: phương pháp năm đại biểu, phương pháp đường duy trì lưu lượng bình quân ngày;

4) Quá trình lũ thiết kế: phương pháp lũ điển hình, phương pháp dạng hình học, phương pháp công thức kinh nghiệm, phương pháp mô hình toán thủy văn, thủy lực.

4.6  Điều kiện lựa chọn trạm tương tự và lưu vực tương tự:

4.6.1  Trạm mưa, khí tượng tương tự

a) Có vị trí trong hoặc lân cận lưu vực tính toán, cùng trong một vùng mưa, cùng hướng đón gió gây mưa. Hướng đón gió gây mưa được xác định dựa vào địa hình và vị trí của sườn núi.

b) Có nhiều số liệu đo đạc.

4.6.2  Trạm mực nước tương tự

a) Vị trí gần với tuyến tính toán, ưu tiên các trạm trên cùng một dòng sông;

b) Đồng bộ trong dao động dòng chảy theo thời gian;

c) Tương tự về hình dạng mặt cắt, điều kiện lòng dẫn, độ dốc lòng sông;

d) Có nhiều số liệu đo đạc.

4.6.3  Lưu vực tương tự

a) Tương tự về điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng, địa chất thủy văn, thảm phủ thực vật;

b) Đồng bộ trong dao động dòng chảy theo thời gian;

c) Tỷ số giữa diện tích không vượt quá 10 lần; chênh lệch giữa cao trình bình quân của lưu vực không vượt quá 300m;

d) Có nhiều số liệu đo đạc. Trong trường hợp có yếu tố làm thay đổi điều kiện tự nhiên của dòng chảy chỉ sử dụng chuỗi số liệu đo đạc đến trước thời điểm thay đổi.

4.7  Các đặc trưng hình thái của lưu vực

Khi tính toán dòng chảy lũ thiết kế theo các phương pháp của tiêu chuẩn này, cần thu thập hoặc xác định các đặc trưng địa lý thủy văn của lưu vực nghiên cứu tính đến tuyến hoặc vị trí xây dựng công trình và của lưu vực tương tự từ các bản đồ có tỷ lệ ít nhất là 1:50.000 hoặc mô hình số độ cao (DEM) từ nguồn tin cậy và có độ chi tiết tương tự. Đối với các lưu vực nhỏ dưới 10 km² thì cần sử dụng bản đồ có tỷ lệ ít nhất là 1:10.000.

Các đặc trưng này bao gồm:

a) Diện tích lưu vực F (km²);

b) Chiều dài sông chính L (km);

c) Độ dốc lòng sông chính J_s (‰). Độ dốc này tính theo đường thẳng kẻ dọc sông trên biểu đồ trắc dọc sao cho các phần diện tích thừa thiểu khống chế bởi đường thẳng và đường đáy sông bằng nhau;

d) Cao trình bình quân của lưu vực so với mặt biển H_BQ(m);

e) Tỷ lệ rừng f_r = (F_r / F )x100%;

f) Tỷ lệ hồ ao f_a = (F_a / F )x100%:

g) Tỷ lệ đầm lầy f_đl = (F_đl / F )x100%;

h) Tỷ lệ đá vôi f_đv = (F_đv / F )x100%;

trong đó F_r, F_a, F_đl, F_đv là diện tích rừng, ao hồ, đầm lầy và đá vôi trên lưu vực;

i) Loại địa hình lưu vực (đồng bằng, trung du, núi...);

j) Loại địa chất thổ nhưỡng cấu tạo trên bề mặt lưu vực;

k) Mức độ điều tiết dòng chảy của các hồ chứa (số lượng, vị trí, dung tích điều tiết);

l) Đối với các lưu vực <100 km² cần xác định thêm:

1) Độ dốc bình quân lưu vực J_d ‰) tính theo một trong những phương pháp sau đây:

- Theo trị số bình quân của một số trị số độ dốc lớn nhất (5÷10) xác định trên bản đồ địa hình hoặc bình đồ;

- Theo công thức:

trong đó: Δh_i  là chênh lệch cao độ giữa các đường đồng mức (m);

l_i  là chiều dài các đường đồng mức thứ i nằm trong phạm vi lưu vực (km);

n  là số đường đồng mức nằm trong phạm vi lưu vực;

F  là diện tích lưu vực (km²).

2) Mật độ lưới sông và khe suối ρ (km/km2)

trong đó: F  là diện tích lưu vực (km²);

L  là chiều dài sông chính (km);

 là tổng chiều dài các khe suối phụ (km).

5  Tính toán mưa, bốc hơi thiết kế

5.1  Tính toán lượng mưa và phân phối mưa năm thiết kế

5.1.1  Trường hợp có nhiều số liệu đo đạc

5.1.1.1  Tính toán lượng mưa năm thiết kế

Tính toán lượng mưa năm thiết kế theo phương pháp thống kê xác suất:

a) Chọn chuỗi số liệu lượng mưa năm tính toán. Trường hợp trên lưu vực hoặc khu vực tính toán có từ 2 trạm đo mưa trở lên cùng có nhiều số liệu đo đạc thì nên tính lượng mưa bình quân;

b) Lựa chọn hàm phân phối xác suất phù hợp với chuỗi số liệu lượng mưa năm theo phương pháp vẽ đường tần suất lý luận (xem mục F.2.3) hoặc dựa theo các chỉ tiêu kiểm định thống kê (xem mục F.2.4);

c) Lượng mưa năm thiết kế có thể tính trực tiếp theo hàm phân phối xác suất đã chọn hoặc tra từ đường tần suất lý luận;

d) Nếu lựa chọn hai hàm phân phối xác suất Pearson III và Kritsky Menken có thể sử dụng các bảng tra phụ trợ như sau:

1) Xác định ba tham số thống kê (X₀, C_v, C_s) (xem mục F.2.2) rồi tính lượng mưa năm thiết kế theo công thức:

X_P = k_P x X₀                 (3)

trong đó k_P là hệ số phụ thuộc vào C_s, C_v và tần suất P; X₀ là chuẩn mưa năm (mm).

2) Nếu sử dụng dạng hàm phân phối xác suất Pearson III thì

trong đó Φ(C_S,P) tung độ đường cong Pearson III lấy từ bảng tra Fôxtơ - Rưp-kin, phụ thuộc C_s và P (xem mục F.3 hoặc F.4);

3) Nếu sử dụng hàm Kritsky Menken thì k_P tra trực tiếp từ bảng tra Kritsky Menkel, phụ thuộc vào P, C_s và C_v (xem mục F.5).

5.1.1.2  Tính toán phân phối mưa năm thiết kế

a) Phân mùa mưa và mùa khô

Mùa mưa là thời kỳ liên tục có lượng mưa tháng từ 100mm trở lên với xác suất lớn hơn hoặc bằng 50% với những vùng không có thời kỳ chuyển tiếp và lớn hơn hoặc bằng 75% đối với những vùng còn lại. Thời kỳ chuyển tiếp là thời kỳ chuyển từ mùa mưa sang mùa khô và mùa khô sang mùa mưa, thường có thời gian kéo dài khoảng 1 tháng.

b) Phương pháp năm đại biểu

Phân phối mưa năm thiết kế được xác định theo phương pháp năm đại biểu.

1) Tiêu chí chọn năm đại biểu:

- Năm có đầy đủ số liệu thực đo;

- Lượng mưa năm của năm đại biểu xấp xỉ lượng mưa năm thiết kế;

- Dạng phân phối bất lợi đối với yêu cầu dùng nước, ví dụ lượng mưa mùa khô nhỏ, các tháng liên tục ít mưa kéo dài.

2) Phương pháp thu phóng

- Phương pháp cùng hệ số

Phân phối lượng mưa năm thiết kế được xác định theo công thức:

trong đó

X_i,p và X_i,đb là lượng mưa thời đoạn i của năm thiết kế và năm đại biểu (mm);

X_p và X_đb là lượng mưa năm thiết kế và năm đại biểu (mm).

5.1.2  Trường hợp có ít số liệu đo đạc

5.1.2.1  Tính toán lượng mưa năm thiết kế

Phân tích tương quan giữa số liệu mưa tính toán với trạm tương tự. Nếu hệ số tương quan ≥ 0,8 thì bổ sung, kéo dài số liệu. Sau đó, tính toán lượng mưa năm thiết kế như trường hợp có nhiều số liệu (xem 5.1.1.1).

5.1.2.2  Tính toán phân phối mưa năm thiết kế

Phương pháp tính toán phân phối mưa năm thiết kế tương tự trường hợp có nhiều tài liệu (xem 5.1.1.2).

5.1.3  Trường hợp không có số liệu đo đạc

5.1.3.1  Tính toán lượng mưa năm thiết kế

5.1.3.1.1  Phương pháp trạm tương tự

Chọn trạm tương tự (xem 4.6.1), tính toán lượng mưa năm thiết kế như trường hợp có nhiều số liệu (xem 5.1.1.1).

5.1.3.1.2  Phương pháp bản đồ đẳng trị

a) Xác định chuẩn mưa năm của lưu vực X₀ sử dụng bản đồ đẳng trị trong mục A.6. Trong trường hợp có thêm thông tin, số liệu có thể xây dựng lại bản đồ đẳng trị chi tiết hơn cho vùng nghiên cứu. Có thể tham khảo các kết quả nghiên cứu bản đồ đẳng trị chuẩn mưa năm của các Bộ Ngành nếu thông tin có độ tin cậy;

b) Chọn trạm tương tự có chuẩn mưa năm xấp xỉ giá trị xác định ở mục a);

c) Xác định hệ số phân tán C_v và hệ số không đối xứng C_s cho chuỗi số liệu trạm tương tự;

d) Dựa trên các tham số thống kê X₀, C_v và C_s, xác định lượng mưa năm thiết kế như trong trường hợp có nhiều tài liệu (xem 5.1.1.1).

5.1.3.2  Tính toán phân phối mưa năm thiết kế

5.1.3.2.1  Phương pháp trạm tương tự

Chọn trạm tương tự (xem 4.6.1), tính toán phân phối mưa năm thiết kế như trường hợp có nhiều số liệu (xem 5.1.1.2).

5.1.3.3.2  Phương pháp tính theo phân phối năm đại biểu

a) Chọn phân phối dạng tỷ lệ phần trăm của một trạm mưa trong mục A.8 làm phân phối năm đại biểu cho khu vực tính toán. Trạm mưa được chọn từ mục A.8 phải gần khu vực tính toán và có lượng mưa năm trung bình nhiều năm xấp xỉ lượng mưa năm trung bình nhiều năm của khu vực tính toán;

b) Tính toán lượng mưa năm thiết kế theo công thức sau:

trong đó

X_i,p, X_p tương ứng là lượng mưa thời đoạn i và lượng mưa năm thiết kế (mm);

γ_i là tỷ lệ phân phối mưa năm trung bình nhiều năm cho tháng thứ i (%)(xem mục A.8)

5.2  Tính toán lượng mưa và phân phối mưa vụ thiết kế

5.2.1  Tính toán lượng mưa vụ thiết kế

a) Chọn thời vụ và các thời kỳ dùng nước tính toán theo yêu cầu thiết kế;

b) Lượng mưa vụ thiết kế và lượng mưa các thời kỳ dùng nước thiết kế được tính cho các trường hợp có nhiều số liệu, có ít số liệu và không có số liệu đo đạc tương tự như tính toán lượng mưa năm thiết kế (xem 5.1.1.1, 5.1.2.1 và 5.1.3.1 ).

5.2.2  Tính toán phân phối mưa vụ thiết kế

5.2.2.1  Trường hợp có nhiều số liệu đo đạc

a) Chọn phân phối mưa vụ đại biểu có lượng mưa vụ xấp xỉ lượng mưa vụ thiết kế (X_vụ,p) và có dạng phân phối bất lợi cho yêu cầu cấp nước;

b) Thu phóng phân phối mưa vụ đại biểu thành phân phối mưa vụ thiết kế theo các hệ số thu phóng tùy thuộc vào từng thời kỳ của yêu cầu cấp nước.

VÍ DỤ

Vụ lúa chiêm xuân khu vực nghiên cứu kéo dài từ tháng I đến tháng V, được chia thành 3 thời kỳ cấp nước là thời kỳ đổ ải (tháng I), thời kỳ ngậm sữa chắc xanh (tháng IV) và thời kỳ còn lại (các tháng II, III, V). Khi đó, việc xác định phân phối lượng mưa vụ thiết kế được thực hiện theo các bước sau:

Bước 1 : Tính các hệ số thu phóng

1 ) Hệ số thu phóng toàn vụ, k_vụ, là:

2) Hệ số thu phóng cho thời kỳ đổ ải (tháng I), k_I, là:

3) Hệ số thu phóng cho thời kỳ ngậm sữa chắc xanh (tháng IV), k_IV, là:

4) Hệ số thu phóng cho các tháng còn lại trong toàn vụ, k_II,III,V, là:

trong đó

k_i, X_i,p và X_i,đb là hệ số thu phóng, lượng mưa thiết kế (mm) và lượng mưa đại biểu (mm) cho thời kỳ i.

Bước 2: Xác định phân phối mưa vụ thiết kế

X_{ng j,p} = k_i x X _{ng j,đb}

trong đó

X_{ng j,p} và X _{ng j,đb} là lượng mưa ngày thứ j thuộc thời kỳ i vụ thiết kế và vụ đại biểu (mm).

5.2.2.2  Trường hợp có ít số liệu đo đạc

Việc xác định phân phối mưa vụ thiết kế trong trường hợp ít số liệu được tiến hành tương tự như trong trường hợp có nhiều số liệu (xem 5.2.2.1).

5.2.2.3  Trường hợp không có số liệu đo đạc

Chọn một trạm tương tự có lượng mưa năm trung bình nhiều năm xấp xỉ với lượng mưa năm trung bình nhiều năm của khu vực tính toán. Tính toán phân phối mưa vụ thiết kế của khu vực tính toán giống như trường hợp có nhiều số liệu (xem 5.2.2.1).

5.3  Tính toán lượng mưa ngày lớn nhất thiết kế

5.3.1  Trường hợp có nhiều số liệu đo đạc

Chọn chuỗi số liệu mưa ngày lớn nhất và tính toán lượng mưa ngày lớn nhất thiết kế tương tự như tính toán lượng mưa năm thiết kế khi có nhiều số liệu (xem 5.1.1.1).

5.3.2  Trường hợp có ít số liệu đo đạc

Phân tích tương quan giữa số liệu mưa tính toán với trạm tương tự. Nếu hệ số tương quan ≥ 0,8 thì bổ sung, kéo dài số liệu. Sau đó, tính toán lượng mưa ngày lớn nhất thiết kế như trường hợp có nhiều số liệu (xem 5.3.1).

5.3.3  Trường hợp không có số liệu đo đạc

5.3.3.1  Phương pháp trạm tương tự

Tính toán trực tiếp lượng mưa ngày lớn nhất thiết kế cho trạm tương tự giống như trường hợp có nhiều tài liệu (xem 5.3.1).

5.3.3.2  Phương pháp sử dụng bản đồ đẳng trị lượng mưa một ngày lớn nhất bình quân toàn quốc

a) Xác định lượng mưa một ngày lớn nhất bình quân của lưu vực tính toán dựa trên bản đồ đẳng trị lượng mưa một ngày lớn nhất bình quân toàn quốc trong mục A.7;

b) Mượn các hệ số C_v, C_s của trạm tương tự có lượng mưa ngày lớn nhất bình quân xấp xỉ lượng mưa ngày lớn nhất bình quân của lưu vực đã xác định ở mục a;

c) Tính toán lượng mưa ngày lớn nhất thiết kế dựa trên các tham số thống kê X_1Maxtb, C_v và C_s (xem 5.1.1.1).

5.4  Tính toán trận mưa thiết kế

5.4.1  Tính toán trận mưa thiết kế với thời gian của trận mưa  ≥ 1 ngày

5.4.1.1  Tính toán lượng mưa trận lũ thiết kế

Xác định chuỗi số liệu mưa lớn nhất thời đoạn  (ví dụ,  = 1, 3, 5, 7 ngày) và tính toán lượng mưa trận lũ lớn nhất thiết kế tương tự như tính toán lượng mưa năm thiết kế (xem 5.1.1.1).

Việc chọn chuỗi số liệu lượng mưa lớn nhất thời đoạn tính toán  hàng năm cần đảm bảo ngày đầu tiên có mưa và lượng mưa lớn nhất của nhóm ngắn ngày nằm trong nhóm dài ngày.

5.4.1.2  Tính toán quá trình mưa trận lũ thiết kế

5.4.1.2.1  Trường hợp có nhiều số liệu đo đạc

a) Chọn quá trình mưa đại biểu thỏa mãn yêu cầu: đã xảy ra trong thực tế; có số ngày mưa hiệu quả nằm trong nhóm ngày mưa tính toán và có lượng mưa toàn trận xấp xỉ lượng mưa trận lũ thiết kế;

b) Thu phóng quá trình mưa đại biểu thành quá trình mưa trận lũ thiết kế theo một trong các cách sau:

1) Thu phóng cùng hệ số: thường áp dụng cho vùng có diện tích lưu vực lớn, tính theo công thức sau:

trong đó

 là lượng mưa trận lũ thiết kế và đại biểu (mm);

X_i,p và X_i,đb là lượng mưa ngày thứ i của trận mưa thiết kế và trận mưa đại biểu (mm).

2) Thu phóng cùng tần suất: thường dùng cho lưu vực tính toán có diện tích lưu vực nhỏ. Thu phóng quá trình mưa trận lũ đại biểu thành quá trình mưa trận lũ thiết kế theo các hệ số thu phóng tùy thuộc vào từng thời đoạn của trận mưa thiết kế.

VÍ DỤ

Tinh toán quá trình mưa trận lũ thiết kế kéo dài 5 ngày.

Bước 1: Xác định các hệ số thu phóng:

- Ngày có lượng mưa lớn nhất thu phóng theo hệ số k₁:

- Hai ngày còn lại trong ba ngày lớn nhất thu phóng theo hệ số k₂:

- Hai ngày còn lại trong năm ngày lớn nhất thu phóng theo hệ số k₃:

trong đó

X_{i Maxp}, X_{i Maxđb} là lượng mưa lớn nhất thời đoạn I thiết kế và đại biểu với i = 1, 3, 5 ngày (mm).

Bước 2: Xác định quá trình mưa lũ thiết kế

X_{ng j,p} = k_i x X _{ng j,đb}

trong đó

X _{ng j,p} và X_{ng j,đb} là lượng mưa ngày thứ j thuộc thời đoạn i (mm).

5.4.1.2.2  Trường hợp có ít số liệu đo đạc

Tính toán quá trình mưa trận lũ thiết kế trong trường hợp ít số liệu tương tự như trong trường hợp có nhiều số liệu (xem 5.4.1.2.1).

5.4.1.2.3  Trường hợp không có số liệu đo đạc

Chọn trạm tương tự và tính toán quá trình mưa trận lũ thiết kế như trường hợp có đủ tài liệu (xem 5.4.1.2.1).

5.4.2  Tính toán trận mưa thiết kế với thời gian của trận mưa  ≤ 24 giờ

5.4.2.1  Tính toán lượng mưa trận lũ thiết kế

5.4.2.1.1  Trường hợp có nhiều số liệu đo đạc

a) Phương pháp trực tiếp

Chọn và xử lý chuỗi số liệu cường độ mưa lớn nhất thời đoạn tính toán  cho lưu vực tính toán và tính toán cường độ mưa thiết kế tương tự mục 5.1.1.1.

b) Phương pháp gián tiếp

1) Chọn và xử lý chuỗi số liệu cường độ mưa lớn nhất thời đoạn tính toán  cho lưu vực tính toán;

2) Xác định giá trị trung bình nhiều năm của chuỗi số liệu đã chọn và xử lý, ký hiệu là ;

3) Chọn phân vùng mưa rào của lưu vực tính toán (xem mục A.1);

Xác định cường độ mưa không thứ nguyên ứng với tần suất thiết kế P và thời đoạn tính toán  tương ứng với phân vùng mưa rào của lưu vực tính toán, ký hiệu là , sử dụng bảng tra mục A.2;

5) Tính toán giá trị cường độ mưa trận lũ thiết kế cho lưu vực theo công thức:

6) Tính toán lượng mưa trận lũ thiết kế cho lưu vực theo công thức:

trong đó

 là cường độ mưa thiết kế (mm/giờ hoặc mm/phút) và lượng mưa trận lũ thiết kế (mm);

 là giá trị trung bình cường độ mưa lớn nhất thời đoạn (mm/giờ hoặc mm/phút) và cường độ mưa không thứ nguyên.

5.4.2.1.2  Trường hợp có ít số liệu đo đạc

Phân tích tương quan giữa số liệu mưa tính toán với trạm tương tự. Nếu hệ số tương quan ≥ 0,8 thì bổ sung, kéo dài số liệu. Sau đó, tính toán lượng mưa trận lũ thiết kế như trường hợp có nhiều số liệu (xem 5.4.2.1.1).

5.4.2.1.3  Trường hợp không có số liệu đo đạc

Tính toán theo phương pháp gián tiếp trong 5.4.2.1.1 với giá trị xác định theo các công thức trong bảng A.25.

5.4.2.2  Tính toán quá trình mưa trận lũ thiết kế

5.4.2.2.1  Trường hợp có nhiều số liệu đo mưa thời đoạn ngắn

a) Chọn quá trình mưa trận đại biểu thỏa mãn yêu cầu: đã xảy ra trong thực tế; có thời gian mưa hiệu quả xấp xỉ thời gian mưa tính toán ; có lượng mưa toàn trận mưa bằng hoặc xấp xỉ lượng mưa trận lũ thiết kế;

b) Thu phóng quá trình mưa đại biểu thành quá trình mưa trận lũ thiết kế:

trong đó

 là lượng mưa trận lũ thiết kế và đại biểu (mm);

 là lượng mưa thời đoạn i của trận mưa thiết kế và trận mưa đại biểu (mm).

5.4.2.2.2  Trường hợp lưu vực tính toán không có tài liệu đo mưa thời đoạn ngắn

Có thể sử dụng một trong các phương pháp sau:

a) Phương pháp khối xen kẽ được tiến hành theo các bước sau:

1) Xác định phân vùng mưa rào cho lưu vực tính toán (xem mục A. 1);

2) Xác định cường độ mưa thiết kế cho mỗi thời đoạn ∆t, 2∆t, 3∆t... theo phương pháp gián tiếp trong 5.4.2.1.1 với giá trị ... xác định theo các công thức trong mục A.3 và cường độ mưa không thứ nguyên  sử dụng bảng tra mục A.2;

3) Tính lượng mưa lũy tích cho toàn thời gian trận mưa  = n∆t từ các giá trị cường độ mưa thiết kế cho mỗi thời đoạn ∆t, 2∆t, 3∆t....;

4) Lấy hiệu số giữa hai giá trị liên tiếp của lượng mưa mưa lũy tích, gọi là số gia, sẽ tính được lượng mưa thiết kế ứng với mỗi ∆t và các số gia này được gọi là các khối;

5) Sắp xếp các khối theo thời gian để tạo ra quá trình mưa trận lũ thiết kế, với cường độ mưa lớn nhất được xếp ở giữa của thời gian mưa thiết kế  và các khối còn lại được sắp xếp theo thứ tự giảm dần một cách xen kẽ nhau ở bên phải và bên trái của khối trung tâm.

b) Phương pháp hình học theo dạng tam giác: Xét một biểu đồ mưa hình tam giác với chiều dài đáy  biểu thị thời gian của trận mưa tính toán và chiều cao I biểu thị giá trị cường độ mưa lớn nhất của quá trình mưa (ví dụ như Hình 1).

Hình 1 - Quá trình mưa trận lũ thiết kế dạng tam giác

trong đó  là lượng mưa trận lũ thiết kế (mm);

Hệ số trước đỉnh r:

trong đó  là thời gian xuất hiện đỉnh mưa (giờ) và  là tổng thời gian mưa (giờ)

Hệ số r lấy theo kinh nghiệm hoặc mượn trạm tương tự. Giá trị r được xác định từ nhiều trận mưa thực đo với thời gian mưa khác nhau và lấy giá trị trung bình theo trọng số thời gian mưa.

c) Phương pháp tổng hợp theo phân vùng mưa

1) Xác định phân vùng mưa rào cho lưu vực tính toán (xem mục A.1);

2) Xác định cường độ mưa trận lũ thiết kế tương tự như trong 5.4.2.1.1, ký hiệu là ;

3) Tính lượng mưa trận lũ thiết kế theo công thức (9)

4) Tung độ và hoành độ của đường quá trình mưa trận lũ thiết kế được xác định như sau:

Tung độ:

Hoành độ:

trong đó  và  tra từ mục A.5 cho các phân vùng mưa rào tương ứng.

5.5  Tính toán mưa lớn nhất khả năng (PMP)

5.5.1  Phương pháp cực đại hoá trận mưa lớn thực đo

5.5.1.1  Chọn và xử lý số liệu

a) Chọn các trạm mưa đại biểu trên lưu vực tính toán có nhiều số liệu mưa thời đoạn ngắn;

b) Từ mỗi trạm, chọn từ 3 đến 5 trận mưa đại biểu, thỏa mãn 3 điều kiện sau:

1) Trận mưa đã xảy ra trên lưu vực với lượng mưa lớn, phân bố rộng trên toàn lưu vực;

2) Tâm mưa nằm ở vị trí bất lợi, đã tạo ra lũ lớn trên lưu vực sông;

3) Có đủ các số liệu thực đo theo thời đoạn ngắn như nhiệt độ điểm sương, hướng gió, tốc độ gió, mưa, lưu lượng.

c) Phân tích tương quan giữa lượng mưa lớn nhất thời đoạn X_T(T= 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10 ngày) và lượng mưa toàn trận X với lớp dòng chảy trận lũ Ymax và lưu lượng đỉnh lũ Qmax tương ứng. Từ đó chọn thời đoạn T có hệ số tương quan lớn nhất là thời đoạn đặc trưng gây ra lũ lớn trên lưu vực;

d) Với thời đoạn T đã chọn, xác định lượng mưa trung bình lưu vực của các trận mưa đại biểu theo thời đoạn T;

e) Có thể xây dựng quan hệ lượng mưa với thời đoạn X_T~T cho tất cả các trận mưa lớn đã chọn lên cùng một biểu đồ, sau đó lấy đường bao trên làm quan hệ tính toán;

5.5.1.2  Xác định hệ số hiệu chỉnh cực đại

a) Xác định các hệ số hiệu chỉnh cực đại K_MA:

trong đó:

W_PM  là lượng nước có thể mưa ứng với nhiệt độ điểm sương lớn nhất trong chuỗi số liệu đo đạc nhiều năm (mm) (tra ở Bảng A.58);

W_PS là lượng nước có thể mưa tính từ nhiệt độ điểm sương của trận mưa lớn thực đo được chọn để tính toán hiệu chỉnh toàn lưu vực hoặc 1 phần lưu vực:

1) Trích nhiệt độ điểm sương của trận mưa lớn nhất 12 giờ hoặc 24 giờ của các tháng mưa lớn nhất (mùa mưa) trong chuỗi số liệu của các trạm đo (tính W_PM) và nhiệt độ điểm sương của trận mưa lớn thực đo được chọn (tính W_PS);

2) Chuyển các nhiệt độ điểm sương này của các trạm tương ứng (ứng với độ cao của từng trạm) về điểm sương của mặt chuẩn 1000 mb (mặt biển) theo hình A.4. Từ độ cao trạm tại đo ở trục tung, dịch chuyển đến vị trí có nhiệt độ điểm sương tương ứng ở trục hoành, sau đó đi theo đường chéo trong hình về đến độ cao 0 km để có được nhiệt độ điểm sương ở mức 1000mb tại độ cao 0 m;

3) Từ nhiệt độ điểm sương ở mức 1000 mb, tra bảng A.52 sẽ được W_PM và W_PS tương ứng;

b) Hệ số K_MA có xét hiệu chỉnh theo độ cao:

trong đó:

W_PM12000 là lượng nước có thể mưa ứng với nhiệt độ điểm sương lớn nhất trong chuỗi số liệu đo đạc nhiều năm tại độ cao lớn nhất của cột không khí (12000m) (mm);

W_PMh là lượng nước có thể mưa mưa ứng với nhiệt độ điểm sương lớn nhất trong chuỗi số liệu đo đạc nhiều năm tại độ cao của trạm đo (mm);

W_PS12000 là lượng nước có thể mưa tính từ nhiệt độ điểm sương của trận mưa lớn thực đo được chọn ứng với độ cao lớn nhất của cột không khí (12000m) (mm);

W_PSh là lượng nước có thể mưa tính từ nhiệt độ điểm sương của trận mưa lớn thực đo được chọn ứng với độ cao của trạm đo (mm).

c) Hệ số hiệu chỉnh theo tốc độ gió của dòng ẩm.

Lựa chọn hướng gió và tốc độ gió mang ẩm tới trận mưa:

1) Hướng gió: Phải từ hướng có nguồn ẩm đến khối không khí gây mưa;

2) Tốc độ gió:

- Từ chuỗi số liệu tốc độ gió trong nhiều năm, chọn ra tốc độ gió bình quân 24h lớn nhất V_WM của chuỗi số liệu trong mùa mưa lớn theo hướng đã xác định;

- Đối với trận mưa lớn được chọn để hiệu chỉnh, xác định được tốc độ gió bình quân 24 giờ ứng với thời đoạn mưa lớn nhất theo cùng hướng gió đã xác định.

Tính hệ số hiệu chỉnh cực đại gió K_WA:

trong đó:

V_WM là tốc độ gió trung bình lớn nhất bình quân 24 giờ đã đo đạc được theo hướng gió mang nguồn ẩm tới lưu vực;

V_WS là tốc độ gió trung bình lớn nhất thời đoạn mưa theo hướng gió nói trên của trận mưa điển hình.

d) Hệ số hiệu chỉnh tổng hợp

1) Đối với từng trạm đo:

K_MW = K_MA x K_WA            (18)

2) Đối với toàn lưu vực:

+ Nếu các K_Mwi sai khác không lớn thì:  với n là số trạm        (19)

+ Nếu sai khác đáng kể thì chia lưu vực thành các bộ phận, hoặc dùng đường đẳng trị K_MW.

5.5.1.3  Tính lượng mưa PMP

a) Tính PMP 1 ngày tại 1 trạm đo hay trung bình lưu vực:

PMP₁ = X₁ x K_MW              (20)

trong đó:

PMP1 là lượng mưa 1 ngày lớn nhất khả năng (mm);

X₁ là lượng mưa 1 ngày lớn nhất của trận mưa đại biểu được chọn (mm).

Nếu lưu vực không lớn mà đã tính K_MW trung bình lưu vực thì PMP₁ tính trực tiếp theo công thức (20).

Nếu lưu vực lớn mà K_MW thay đổi lớn giữa các trạm thì tính PMP₁ theo từng trạm, sau đó xây dựng bản đồ đẳng trị PMP₁, từ đó xác định PMP₁ trung bình toàn lưu vực.

b) Tính PMP_T các thời đoạn khác nhau (T = 2, 3, 4... ngày)

PMP_T = PMP₁ x K_T                (21)

trong đó:

PMP_T là PMP thời đoạn T ngày (mm);

PMP₁ là PMP thời đoạn 1 ngày (mm);

K_T là hệ số hiệu chỉnh theo công thức  với X_T, X₁ được xác định tại bước e ở mục 5.5.1.1.

5.5.2  Phương pháp thống kê

a) Phương pháp này được sử dụng để tính PMP cho những vùng có nhiều tài liệu mưa nhưng thiếu các tài liệu khí tượng khác như nhiệt độ điểm sương, gió, áp suất, v.v... và đặc biệt thích hợp cho những yêu cầu tính toán nhanh các giá trị PMP;

b) Các bước tính toán lượng mưa lớn nhất khả năng thời đoạn ngắn theo phương pháp thống kê tại một trạm đo như sau:

Bước 1: Đối với một vùng cụ thể, chọn những trận mưa lớn của trạm đo mưa trong vùng hoặc trong vùng lân cận (thường mỗi năm chọn 1 trận mưa, cũng có thể chọn mỗi năm một số trận mưa lớn tương tự như phương pháp chọn mẫu khi tính lũ thiết kế trong trường hợp có nhiều tài liệu);

Bước 2: Chọn các thời đoạn tính toán;

Bước 3: Tính lượng mưa trung bình  và độ lệch chuẩn S_n theo các thời đoạn tính toán;

 là trị số trung bình của các giá trị mưa lớn nhất trong thời đoạn T:

S_n(T) là độ lệch chuẩn, xác định theo công thức:

Bước 4: Hiệu chỉnh giá trị lượng mưa trung bình  và độ lệch chuẩn S_n nếu trong chuỗi số liệu thực đo có những trận mưa đặc biệt lớn. Các giá trị tính ở bước 3 được nhân với hệ số hiệu chỉnh (tra theo các hình A.4 và A.5 ). Bước này có thể không cần thực hiện nếu trong chuỗi thực đo không có những trận mưa đặc biệt lớn;

Bước 5: Hiệu chỉnh lượng mưa trung bình  và độ lệch chuẩn S_n theo chiều dài chuỗi tài liệu thực đo. Các giá trị  và S_n đã tính ở bước 3 và 4 được nhân với số hiệu chỉnh đã xác định theo hình A.6. Nếu số liệu thực đo là đủ lớn thì không cần hiệu chỉnh (hệ số hiệu chỉnh bằng 1);

Bước 6: Xác định hệ số K_m theo biểu đồ hình A.7 và so sánh với giá trị K_m xác định theo công thức (24) để lựa chọn trị số phù hợp nhất:

trong đó:

K_m(T) là thông số thống kê tùy thuộc vào dạng phân phối xác suất tương ứng với giá trị lớn nhất X_m (T) của chuỗi thực đo trong thời đoạn T;

 và S_n-1 (T) lần lượt là giá trị lượng mưa trung bình và độ lệch chuẩn của chuỗi số liệu thực đo thời đoạn T sau khi loại bỏ đi giá trị mưa lớn nhất X_m(T) (mm).

Bước 7: Tính lượng mưa lớn nhất có khả năng xảy ra theo các thời đoạn tính toán T theo công thức của Hershtield:

Bước 8: Hiệu chỉnh lượng mưa tính toán theo thời đoạn cố định của số liệu thực đo. Giá trị PMP tính toán ở các bước trên tương ứng với các thời đoạn được chọn trên đường quá trình mưa sao cho lượng mưa đó là lớn nhất;

Các biểu đồ lập sẵn nêu trên chỉ được xây dựng với các thời đoạn 5 phút, 1 giờ, 6 giờ và 24 giờ. Trong trường hợp thời đoạn tính toán khác với các thời đoạn đã mặc định trên biểu đồ thì các đặc trưng cần tìm được xác định theo phương pháp nội suy tuyến tính.

c) Để tính lượng mưa PMP theo diện cho lưu vực nghiên cứu, sử dụng các phương pháp tính mưa trung bình từ các giá trị mưa PMP tính tại từng trạm đo. Nếu tâm mưa nằm trong lưu vực thì có thể sử dụng quan hệ giữa lượng mưa - thời đoạn - diện tích (DDA) để hiệu chỉnh mưa PMP theo trạm;

d) Phương pháp này chỉ ứng dụng phù hợp cho những vùng có diện tích nhỏ hơn 1000 km².

5.5.3  Tính toán quá trình PMP

a) Quá trình mưa thời đoạn ngày được xác định theo quá trình mưa điển hình tương tự đã trình bày ở mục 5.4.2.2;

b) Xác định quá trình PMP theo thời đoạn ngắn (giờ):

1) Tùy theo độ lớn của lưu vực mà chọn thời đoạn t, với điều kiện t ≤  là thời gian tập trung dòng chảy;

2) Dạng quá trình mưa thời đoạn ngắn chọn theo dạng quá trình điển hình của một trận mưa thực đo có dạng hình thành trận lũ bất lợi;

3) Lượng mưa PMP theo thời đoạn ngắn là:

PMP_t = PMP_T x γ_t                     (26)

với

trong đó X_đht, X_đhT là lượng mưa điển hình trong thời đoạn ngắn t và thời đoạn T (mm)

Nếu diện tích lưu vực F lớn, có thể chia nhiều lưu vực bộ phận dựa vào đặc điểm mưa và địa hình... sẽ tính được PMP và phân bố của chúng theo thời đoạn riêng song đảm bảo bình quân của các PMP bộ phận phải bằng PMP bình quân cả lưu vực.

5.6  Tính toán lượng và phân phối bốc hơi phụ thêm thiết kế

5.6.1  Tính toán lượng bốc hơi phụ thêm

a) Tính toán lượng bốc hơi phụ thêm thiết kế tương tự như tính toán lượng mưa năm thiết kế (xem 5.1.1.1).

∆Z_Pz = f(∆Z₀, C_v, C_s, P_z)                   (27)

trong đó:

∆Z_Pz là lượng bốc hơi phụ thêm thiết kế (mm);

∆Z₀ là lượng bốc hơi phụ thêm bình quân nhiều năm (mm);

Cv, Cs là hệ số phân tán và hệ số thiên lệch xác định từ chuỗi số liệu đo bốc hơi mặt nước tại trạm khí tượng trong lưu vực hoặc lân cận;

P_z là tần suất thiết kế được xác định theo các trường hợp sau:

1) Nếu quan hệ giữa bốc hơi và lượng mưa (hoặc lượng dòng chảy) là quan hệ nghịch biến thì P_z=100-P, trong đó P là tần suất thiết kế;

2) Nếu quan hệ giữa bốc hơi và lượng mưa (hoặc dòng chảy) không rõ ràng thì có thể lấy giá trị trung bình nhiều năm.

b) Lượng bốc hơi phụ thêm bình quân nhiều năm ∆Z₀ được xác định theo công thức như sau:

∆Z₀ = Z_n0 - Z_lv0                         (28)

trong đó:

Z_n0 là lớp bốc hơi mặt nước bình quân nhiều năm, thường được xác định từ tài liệu thực đo bốc hơi thùng nhân với hệ số chuyển đổi (theo thiết bị đo) mượn theo tài liệu thực đo của trạm khí tượng trên lưu vực hoặc trong khu vực lân cận (mm);

Z_lv0 là lớp bốc hơi lưu vực bình quân nhiều năm được xác định từ phương trình cân bằng nước:

Z_lv0 = X₀ - Y₀              (29)

X₀ là chuẩn mưa năm (mm) và Y₀ là chuẩn dòng chảy năm của lưu vực (mm).

5.6.2  Tính toán phân phối bốc hơi phụ thêm thiết kế

Phân phối bốc hơi phụ thêm thiết kế được tính toán theo các bước sau:

a) Mượn dạng phân phối bốc hơi mặt nước tính bình quân trong nhiều năm Z_ni ~ t;

b) Lượng bốc hơi phụ thêm hàng tháng trong năm được xác định theo công thức:

trong đó

∆Z_i là lượng bốc hơi phụ thêm tháng thứ i (mm);

Z_ni là lượng bốc hơi mặt nước tháng thứ i (mm), Z_n là lượng bốc hơi mặt nước năm (mm);

∆Z₀ là lượng bốc hơi phụ thêm bình quân nhiều năm (mm);

6  Tính toán dòng chảy năm thiết kế

6.1  Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có nhiều số liệu đo đạc

6.1.1  Tính toán dòng chảy năm thiết kế

6.1.1.1  Phân mùa dòng chảy

Mùa lũ là thời kỳ liên tục có lưu lượng dòng chảy bình quân tháng lớn hơn lưu lượng dòng chảy bình quân năm với tần suất xuất hiện lớn hơn 50%:

Những tháng còn lại thuộc mùa kiệt. Dòng chảy năm được tính theo năm thủy văn.

6.1.1.2  Tính dòng chảy năm thiết kế theo phương pháp thống kê xác suất

Thu thập chuỗi số liệu dòng chảy năm (tính theo năm thủy văn) và tính toán dòng chảy năm thiết kế tương tự như mục 5.1.1.1.

6.1.2  Tính toán phân phối dòng chảy năm thiết kế

6.1.2.1.  Chọn năm điển hình

Năm điển hình là năm có các tiêu chí sau:

- Năm có đầy đủ số liệu thực đo;

- Lượng dòng chảy năm của năm điển hình xấp xỉ lượng dòng chảy năm thiết kế tương ứng;

- Dạng phân phối bất lợi đối với công trình, thí dụ thời kỳ kiệt dài, phân phối trong thời kỳ kiệt không đều.

6.1.2.2  Phương pháp thu phóng

a) Phương pháp cùng tỷ số:

Phân phối dòng chảy năm điển hình được thu phóng với tỷ số giữa trị số (lưu lượng, tổng lượng) thiết kế với trị số (lưu lượng, tổng lượng) điển hình để được phân phối dòng chảy năm thiết kế:

trong đó:

Q_i,dh là lưu lượng bình quân của thời đoạn i của phân phối dòng chảy năm điển hình (m³/s);

Q_i,p là lưu lượng bình quân của thời đoạn i của phân phối dòng chảy năm thiết kế (m³/s);

 là lưu lượng trung bình năm thiết kế và lưu lượng trung bình năm điển hình.

b) Phương pháp cùng tần suất.

Phương pháp thu phóng theo nhiều tỷ số khống chế các thời đoạn trong năm cùng tần suất để tìm phân phối dòng chảy năm thiết kế.

VÍ DỤ

Yêu cầu lượng dòng chảy 3 tháng, 5 tháng và cả năm đều phù hợp với tần suất thiết kế p, khi đó tỷ lệ thu phóng của các thời đoạn là:

3 tháng nhỏ nhất: K₍₃₎ = W_(3)p/W_(3)đh

2 tháng trong 5 tháng nhỏ nhất:

7 tháng còn lại:

trong đó W là tổng lượng dòng chảy trong thời đoạn tính toán (m³), K là hệ số thu phóng.

6.1.2.3  Đường duy trì lưu lượng bình quân ngày

Đường duy trì lưu lượng bình quân ngày là đường cong quan hệ giữa hai đại lượng T_i và Q_i. Trong đó: Q_i 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 Q_i của cấp đó, T_i =T(Q ≥ Q_i).

Các bước xây dựng đường duy trì lưu lượng bình quân ngày:

a) Thống kê lưu lượng bình quân ngày và tìm giá trị nhỏ nhất (Q_min), giá trị lớn nhất (Q_max) của chuỗi lưu lượng bình quân ngày. Chọn các cấp lưu lượng Q₁, Q₂, ..., Q_m (m cấp lưu lượng) trong khoảng thay đổi từ Q_min đến Q_max của chuỗi thống kê lưu lượng bình quân ngày;

b) Đếm số ngày có lưu lượng lớn hơn hoặc bằng các giá trị của mỗi cáp lưu lượng Q_i, chính là thời gian duy trì của mỗi cấp lưu lượng (T_i). Tính tỷ lệ % của T_i so với tổng số ngày của chuỗi tài liệu thống kê;

c) Đường quan hệ cấp Q_i và tỷ lệ thời gian T_i tương ứng là đường duy trì lưu lượng bình quân ngày.

6.2  Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi có ít số liệu đo đạc

6.2.1  Tính toán lượng dòng chảy năm thiết kế

6.2.1.1  Bổ sung, kéo dài chuỗi số liệu đo đạc bằng phương pháp phân tích tương quan hoặc bằng phương pháp mô hình toán thủy văn rồi tính toán dòng chảy năm thiết kế tương tự trường hợp có đủ tài liệu.

6.2.1.2  Kéo dài chuỗi số liệu theo phương pháp trực tiếp

6.2.1.2.1  Phương pháp phân tích tương quan

Phương pháp được dựa trên phân tích:

a) Quan hệ tương quan giữa lượng dòng chảy năm của lưu vực nghiên cứu (lưu vực cần tính toán các đặc trưng dòng chảy năm thiết kế) với lượng dòng chảy năm của lưu vực tương tự;

b) Quan hệ giữa mưa năm bình quân lưu vực và lớp dòng chảy năm của lưu vực nghiên cứu. Tương quan giữa mưa và dòng chảy phải chặt chẽ (hệ số tương quan lớn hơn hoặc bằng 0,8);

c) Quan hệ mực nước - lưu lượng. Nếu lưu vực nghiên cứu có số liệu đo mực nước đủ dài và có đường quan hệ giữa mực nước H và lưu lượng Q thì có thể sử dụng quan hệ này để kéo dài số liệu dòng chảy từ mực nước. Khi sử dụng đường quan hệ H-Q cần lưu ý về điều kiện mặt cắt tại vị trí đo đạc và sai số sẽ càng nhiều nếu thời điểm tính toán càng xa thời điểm xây dựng đường quan hệ H-Q. Nếu mặt cắt có xu hướng thay đổi mạnh về hình dạng theo thời gian thì cần sử dụng đường quan hệ H-Q đo trong thời gian gần nhất. Nếu mặt cắt có xu thế ổn định trong thời gian dài thì có thể sử dụng đường quan hệ H-Q trung bình.

6.2.1.2.2  Phương pháp mô hình toán thủy văn

a) Phương pháp mô hình toán thủy văn thường dùng là dạng mô hình mưa - dòng chảy. Các thông số của mô hình toán thủy văn được xác định thông qua các bước hiệu chỉnh và kiểm định tại lưu vực nghiên cứu dựa trên chuỗi số liệu đo đạc mưa, bốc hơi và lưu lượng dòng chảy (xem thêm trình tự các bước áp dụng mô hình toán thủy văn trong mục 7.2.1.3.2). Các chỉ số đánh giá mức độ phù hợp khi hiệu chỉnh và kiểm định mô hình như các chỉ số Nash (Ef), hệ số tương quan R, sai số tổng lượng EV (xem Bảng 1) được sử dụng tùy thuộc vào mục tiêu bài toán. Khi đã tìm được bộ thông số phù hợp, sử dụng bộ thông số mô hình đã được chọn để tính toán khôi phục số liệu dòng chảy cho lưu vực nghiên cứu từ lượng mưa và lượng bốc hơi giai đoạn không có số liệu dòng chảy thực đo. Từ đó xác định chuỗi dòng chảy năm tại lưu vực nghiên cứu. Với lưu vực có diện tích ≥ 2000 km², nên sử dụng mô hình toán thủy văn thông số phân bố hoặc bán phân bố để mô tả hợp lý sự biến động các đặc trưng khí tượng, thủy văn theo không gian. Khi sử dụng mô hình toán thủy văn thông số phân bố hoặc bán phân bố, các chỉ số đánh giá sự phù hợp giữa mô phỏng và thực đo có thể được tính toán độc lập tại từng trạm đo tương ứng với chuỗi số liệu dòng chảy sẵn có.

b) Các chỉ tiêu đánh giá sai số:

trong đó:

 lần lượt là lưu lượng dòng chảy thực đo và mô phỏng thời điểm i (m³/s);

 lần lượt là lưu lượng dòng chảy thực đo và mô phỏng trung bình chuỗi số liệu (m³/s).

Bảng 1 - Các chỉ tiêu đánh giá sai số

Trong trường hợp chuỗi số liệu thực đo sử dụng để đánh giá chất lượng mô phỏng đủ dài (≥ 20 năm), các số liệu mưa và bốc hơi đại biểu cho lưu vực thì chỉ số đánh giá cần đạt ở mức độ Tốt. Trong các trường hợp khác, có thể sử dụng mô hình mô phỏng cho chất lượng đánh giá Khá. Mức độ Trung bình chỉ dùng để tham khảo.

6.2.1.3  Kéo dài chuỗi số liệu theo phương pháp gián tiếp

6.2.1.3.1  Xác định dòng chảy chuẩn

a) Theo phương pháp lưu vực tương tự

Dựa trên chuỗi số liệu dòng chảy cùng giai đoạn giữa lưu vực nghiên cứu và lưu vực tương tự, giả thiết hai chuỗi số liệu này có quan hệ tương quan bậc nhất, xác định phương trình hồi quy tuyến tính có dạng:

Q = k x Q_a + b                    (36)

M = k_m x M_a + b_m                   (37)

trong đó:

Q, M tương ứng là lưu lượng bình quân (m³/s) và mô đun dòng chảy năm của lưu vực nghiên cứu (l/s/km²);

Q_a, M_a tương ứng là lưu lượng bình quân (m³/s) và mô đun dòng chảy năm của lưu vực tương tự (l/s/km²);

k, k_m, b, b_m là các hằng số và hệ số của phương trình hồi quy tuyến tính mô tả quan hệ giữa lưu vực nghiên cứu và lưu vực tương tự.

Lưu vực tương tự có nhiều tài liệu thực đo nên xác định được các tham số thống kê Q_0a, M_0a, C_va và C_Sa. Sử dụng các phương trình (36), (37) để xác định các tham số Q₀, M₀ tại lưu vực nghiên cứu.

b) Theo quan hệ tương quan mưa - dòng chảy

Nếu quan hệ giữa lượng mưa năm và lớp dòng chảy năm có quan hệ chặt chẽ thì có thể lập quan hệ tương quan bậc nhất giữa chúng, phương trình mô tả quan hệ tương quan có dạng:

Y = a x X + b                                      (38)

trong đó:

Y là lớp dòng chảy năm (mm);

X là lượng mưa năm bình quân của lưu vực tính toán (mm);

a, b là các hằng số.

Tài liệu lượng mưa năm đủ dài có thể xác định được chuẩn lượng mưa năm X₀ từ đó tính được Y₀ và các giá trị Q₀, W₀ và M₀.

6.2.1.3.2  Xác định hệ số phân tán C_v

a) Phương pháp Kritsky - Menken

Trong trường hợp quan hệ tương quan giữa lưu lượng hoặc mô đun dòng chảy năm của hai lưu vực có hệ số tương quan tương đối lớn (r ≥ 0,8), hệ số phân tán được tính theo công thức Kritsky- Menken:

trong đó:

σ_na là khoảng lệch quân phương của chuỗi lưu lượng bình quân năm lưu vực tương tự tính cho thời kỳ có thời gian đo đạc song song (n năm) với lưu vực nghiên cứu; σ_Na là khoảng lệch quân phương của chuỗi lưu lượng bình quân năm lưu vực tương tự tính cho thời kỳ có tài liệu đo đạc dài hơn N năm N > n; r là hệ số tương quan;

σ_n là khoảng lệch quân phương của chuỗi lưu lượng bình quân năm lưu vực nghiên cứu trong thời kỳ có thời gian đo đạc (n năm); σ_N là khoảng lệch quân phương của chuỗi lưu lượng bình quân năm lưu vực nghiên cứu tính cho cho thời kỳ N năm; C_vN là hệ số phân tán của chuỗi lưu lượng bình quân năm lưu vực nghiên cứu được kéo dài đến thời kỳ N năm; Q₀ là lưu lượng dòng chảy chuẩn.

b) Phương pháp của Viện thủy năng Matxcơva

Công thức Viện tính toán thủy năng Matxcơva có dạng:

trong đó:

M_0a và C_va tương ứng là chuẩn mô đun dòng chảy (l/s/km²) và hệ số phân tán của lưu vực tương tự;

M₀ và C_v tương ứng là chuẩn mô đun dòng chảy (l/s/km²) và hệ số phân tán của lưu vực nghiên cứu;

tgα là hệ số góc của đường hồi quy, trong đó trục hoành biểu thị mô đun dòng chảy của lưu vực tương tự.

6.2.1.3.3  Xác định hệ số thiên lệch C_s

Hệ số thiên lệch C_s được tính toán theo biểu thức C_s = m x C_v, trong đó m lấy theo lưu vực tương tự: m = C_Sa/C_Va.

6.2.2  Tính toán phân phối dòng chảy năm thiết kế

Phân phối dòng chảy năm được xác định bằng cách mượn dạng phân phối của lưu vực tương tự. Các bước tính toán như sau:

Bước 1: Chọn lưu vực tương tự;

Bước 2: Xác định phân phối dòng chảy năm thiết kế của lưu vực tương tự bằng một trong những phương pháp đã trình bày ở mục 6.1.2;

Bước 3: Tính tỷ số phân phối dòng chảy năm thiết kế của lưu vực tương tự γ_i:

Với  tương ứng là tổng lượng dòng chảy tháng thứ i và dòng chảy năm thiết kế của lưu vực tương tự (m³).

Bước 4: Xác định phân phối dòng chảy năm thiết kế của lưu vực tính toán theo công thức:

W_i, W_P tương ứng là tổng lượng dòng chảy tháng i và tổng lượng dòng chảy năm thiết kế của lưu vực cần tính toán (m³).

Trường hợp sử dụng mô hình toán thủy văn để kéo dài chuỗi số liệu thì có thể sử dụng trực tiếp chuỗi số liệu kéo dài này để lựa chọn mô hình phân phối dòng chảy như trường hợp có đủ tài liệu.

Kết quả tính toán phân phối dòng chảy năm thiết kế có thể được hiệu chỉnh theo kết quả điều tra khảo sát thủy văn lưu vực nghiên cứu trong trường hợp lưu vực nghiên cứu nhỏ.

6.3  Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi không có số liệu đo đạc

6.3.1  Tính toán dòng chảy năm thiết kế

6.3.1.1  Xác định chuẩn dòng chảy năm

6.3.1.1.1  Phương pháp lưu vực tương tự

a) Theo chuẩn mưa năm:

Chuẩn dòng chảy năm Y₀ được tính theo công thức:

trong đó: X₀ là chuẩn mưa năm của lưu vực nghiên cứu (mm);

Y_0a và X_0a tương ứng là chuẩn dòng chảy năm và chuẩn mưa năm của lưu vực tương tự (mm).

b) Theo chuẩn mô đun dòng chảy của lưu vực tương tự:

M₀ = K x M_0a                                                      (45)

trong đó:

M₀ là chuẩn mô đun dòng chảy lưu vực nghiên cứu (l/s/km²);

M_0a là chuẩn mô đun dòng chảy lưu vực tương tự (l/s/km²);

K là hệ số hiệu chỉnh.

1) Nếu có sự khác biệt về chuẩn mưa năm X₀ và chuẩn bốc hơi năm Z₀ thì hệ số K có thể được hiệu chỉnh theo công thức:

trong đó:

Z₀ và Z_0a là chuẩn bốc hơi năm của lưu vực nghiên cứu và lưu vực tương tự (mm);

X₀ và X_0a là chuẩn mưa năm của lưu vực nghiên cứu và lưu vực tương tự (mm);

2) Nếu lưu vực nghiên cứu và lưu vực tương tự trong cùng vùng khí hậu thì hệ số hiệu chỉnh được tính theo công thức:

trong đó:

F và F_a tương ứng là diện tích lưu vực nghiên cứu và lưu vực tương tự (km²);

X₀ và X_0a là chuẩn mưa năm của lưu vực nghiên cứu và lưu vực tương tự (mm);

c) Sử dụng mô hình toán thủy văn: bộ thông số của mô hình toán thủy văn được xác định qua các bước hiệu chỉnh và kiểm định tại lưu vực tương tự cùng với các chuỗi số liệu khí tượng thủy văn tương ứng (xem 6.2.1.2.2). Sau khi có bộ thông số đạt yêu cầu, sử dụng mô hình toán thủy văn cùng với bộ thông số này mô phỏng dòng chảy của lưu vực nghiên cứu với chuỗi số liệu khí tượng tại lưu vực nghiên cứu.

6.3.1.1.2  Phương pháp tổng hợp địa lý

a) Dùng bản đồ đẳng trị chuẩn mô đun dòng chảy M₀ theo công thức sau:

trong đó:

F là diện tích lưu vực (km²);

M_i là mô đun chuẩn dòng chảy năm tại đường đẳng trị thứ i (l/s/km²);

f_i là diện tích lưu vực giữa đường đẳng trị thứ i-1 và thứ i (km²);

1) Trường hợp lưu vực không có đường đẳng trị đi qua, có thể lấy mô đun dòng chảy chuẩn của lưu vực bằng giá trị nội suy giữa 2 đường đẳng trị gần nhất.

2) Đối với lưu vực có diện tích lưu vực F ≥ 100 km², tra theo bản đồ đẳng trị mô đun dòng chảy trong hình B.1. Đối với lưu vực có diện tích nhỏ hơn 100 km² sử dụng công thức hiệu chỉnh:

trong đó:

F là diện tích lưu vực (km²);

M_oBd là trị số trực tiếp tính từ bản đồ đẳng trị M₀ (l/s/km²);

n là số mũ biến đổi trong phạm vi n = 0,2 ~ 0,25.

4) Tại thời điểm tính toán, nếu số liệu đo đạc có nhiều thay đổi thì có thể điều chỉnh lại bản đồ đẳng trị M₀ trong hình B.1 cho phù hợp;

5) Khi sử dụng Bản đồ đẳng trị mô đun dòng chảy chuẩn toàn quốc có thể tham khảo các kết quả nghiên cứu mô đun dòng chảy chuẩn vùng dự án của các Bộ Ngành nếu thông tin có độ tin cậy.

b) Công thức quan hệ giữa chuẩn dòng chảy năm Y₀ (mm), chuẩn mưa năm X₀ (mm) theo vùng thủy văn:

Y₀ = α₀ x X₀                          (50)

α₀ là các hệ số dòng chảy theo vùng (xem mục B.3).

Hoặc công thức:

trong đó:

X₀ là chuẩn mưa năm (mm);

Y₀ là chuẩn dòng chảy năm (mm);

Z là khả năng bốc hơi lớn nhất của lưu vực (mm) (xem mục B.2);

n là thông số phản ánh đặc điểm của địa hình (xem mục B.2).

6.3.1.2  Xác định hệ số phân tán dòng chảy năm C_v

6.3.1.2.1  Phương pháp gần đúng

Khi diện tích lưu vực F <1000 km² có thể xác định hệ số phân tán của dòng chảy năm theo công thức:

trong đó:

M₀, M_0a là mô đun dòng chảy bình quân nhiều năm của sông đến vị trí tính toán và đến trạm đo trên sông tương tự (l/s/km²);

C_v, C_va là hệ số phân tán của dòng chảy bình quân nhiều năm đến vị trí tính toán và đến trạm đo trên sông tương tự.

6.3.1.2.2  Công thức kinh nghiệm:

a) Công thức Va-kre-xen-ski:

trong đó:

F, M₀ lần lượt là diện tích (km²), mô đun dòng chảy bình quân nhiều năm (l/s/km²) của lưu vực tính toán;

A' là thông số phản ánh điều kiện địa lý khí hậu của lưu vực, phụ thuộc vào từng vùng khác nhau gọi là tham số địa lý khí hậu.

1) Thông số A' có thể lấy theo lưu vực tương tự:

trong đó:

F_a, C_va M_0a lần lượt là diện tích (km²), mô đun dòng chảy bình quân nhiều năm (l/s/km²) và hệ số phân tán của lưu vực tương tự;

2) Trong trường hợp không có lưu vực tương tự, A' tra trong bảng B.3.

b) Công thức Xokolopski:

trong đó:

C_va là hệ số phân tán của lưu vực tương tự;

F và F_a lần lượt là diện tích của lưu vực tính toán và lưu vực tương tự (km²).

6.3.1.3  Xác định hệ số thiên lệch dòng chảy năm C_s

Hệ số thiên lệch Cs được xác định theo công thức C_s = m x C_v, trong đó m được lấy theo lưu vực tương tự. Trong trường không chọn được lưu vực tương tự có thể lấy C_s = 2 x C_v.

6.3.2  Tính toán phân phối dòng chảy năm thiết kế

Phân phối dòng chảy năm thiết kế trong trường hợp không có tài liệu có thể được tính toán tương tự như trường hợp có ít tài liệu dựa trên phân phối dòng chảy của lưu vực tương tự hoặc từ kết quả mô phỏng dòng chảy bằng mô hình toán thủy văn.

6.4  Tính toán dòng chảy năm thiết kế khi xét đến BĐKH

6.4.1  Tính toán các đặc trưng khí tượng dựa trên kịch bản BĐKH

6.4.1.1  Tính toán nhiệt độ

a) Tính toán nhiệt độ tại các trạm nghiên cứu theo kịch bản BĐKH mới nhất của Việt Nam;

b) Tính toán nhiệt độ tại các trạm nghiên cứu khi xét đến BĐKH được tiến hành như sau:

Bước 1: Chọn các trạm đo nhiệt độ sử dụng cho lưu vực tính toán thuộc tỉnh, thành phố. Từ đó, xác định ∆T_tl,mùa là sự thay đổi của nhiệt độ trung bình mùa thời kỳ tương lai so với thời kỳ nền. Ví dụ, giá trị ∆T_tl,mùa tương ứng với các mùa đông, xuân, hè, thu có thể tra từ Bảng B1, B2, B3, B4 trong Báo cáo kịch bản BĐKH năm 2020;

Bước 2: Tính nhiệt độ trung bình các mùa thời kỳ tương lai của các trạm theo công thức:

trong đó  là nhiệt độ trung bình mùa của thời kỳ tương lai và thời kỳ nền (°C). Ví dụ, thời kỳ nền theo kịch bản BĐKH 2020 là (1986-2005);

Bước 3: Nhiệt độ tháng tương ứng với các kịch bản trong các thời kỳ tương lai tại các trạm đo nhiệt độ sử dụng cho lưu vực tính toán được tính theo công thức dưới đây:

trong đó T_th,tl(m,y), T_{tk nền}(m, y) là nhiệt độ của tháng m, thuộc mùa tương ứng, trong năm y của thời kỳ tương lai và thời kỳ nền (°C);

Bước 4: Nhiệt độ ngày tương ứng với các kịch bản trong các thời kỳ tương lai tại các trạm nhiệt độ sử dụng cho lưu vực tính toán được tính theo công thức dưới đây:

trong đó T_ng,tl(d, m, y), T_{tk nền}(d,m,y) là nhiệt độ ngày d, tháng m, thuộc mùa tương ứng, trong năm thứ y của thời kỳ tương lai và thời kỳ nền (°C);

6.4.1.2  Tính toán mưa

a) Tính toán mưa tại các trạm nghiên cứu theo kịch bản BĐKH mới nhất của Việt Nam;

b) Tính toán mưa tại các trạm nghiên cứu theo kịch bản BĐKH tương tự như đối với nhiệt độ (xem 6.4.1.1). Tuy nhiên trong Bước 2, lượng mưa trung bình mùa các thời kỳ tương lai của các trạm tính theo công thức:

trong đó

 là lượng mưa trung bình mùa của thời kỳ tương lai và thời kỳ nền (mm);

∆_Rtl,mùa là sự thay đổi của lượng mưa trung bình mùa thời kỳ tương lai so với thời kỳ nền tương ứng với các mùa (mm). Ví dụ, giá trị ∆_Rtl,mùa có thể tra từ các bảng B5, B6, B7, B8 trong Báo cáo kịch bản BĐKH năm 2020.

Các bước còn lại tính tương tự như đối với nhiệt độ.

c) Báo cáo kịch bản BĐKH (ví dụ kịch bản BĐKH năm 2020) chủ yếu thể hiện sự thay đổi các đặc trưng khí hậu trong tương lai về mật độ lớn trung bình, tính trung bình cho một phạm vi không gian cấp tỉnh và trung bình cho các mùa và cho cả giai đoạn phân tích tương lai. Do vậy, trong trường hợp cần tính toán chi tiết với độ chính xác cao hơn bao gồm cả sự thay đổi về mật độ lớn trung bình và tính biến thiên của các đặc trưng khí hậu về từng trạm tính toán, kiến nghị tiến hành chi tiết hóa các kịch bản BĐKH về lưu vực tính toán dựa trên sản phẩm mô phỏng mưa và nhiệt độ từ mô hình khí hậu toàn cầu hay mô hình khí hậu vùng.

6.4.2  Tính lượng dòng chảy năm thiết kế khi xét đến BĐKH

a) Sử dụng phương pháp mô hình toán thủy văn (xem 6.2.1.2.2) mô phỏng quá trình dòng chảy cho thời kỳ tương lai khi xét đến BĐKH, sau đó tính toán các đặc trưng dòng chảy năm thiết kế khi xét đến BĐKH tương tự như ở mục 6.1.1. Số liệu mưa và nhiệt độ đầu vào của các mô hình toán thủy văn lấy từ kết quả tính toán các đặc trưng khí tượng (mưa, nhiệt độ) về lưu vực tính toán dựa trên kịch bản BĐKH (xem 6.4.1).

b) Trong trường hợp không thiết lập được mô hình toán thủy văn thì có thể sử dụng các công thức kinh nghiệm để tính toán đặc trưng chuẩn dòng chảy năm khi xét đến BĐKH dựa trên các công thức kinh nghiệm (50), (51). Các giá trị X₀, Z₀ trong các công thức này được tính toán hiệu chỉnh tương tự như công thức ở mục 6.4.1. Hệ số C_v, C_s khi xét đến BĐKH được tính toán dựa trên các công thức:

trong đó các chỉ số kí hiệu BĐKH, nền chỉ các đặc trưng được xác định trong thời kì có xét đến BĐKH và thời kì nền tương ứng.

6.4.3  Tính toán phân phối dòng chảy năm thiết kế khi xét đến BĐKH

a) Sử dụng mô hình toán thủy văn để mô phỏng số liệu dòng chảy khi xét đến BĐKH từ mưa và nhiệt khi xét đến BĐKH. Sau đó tiến hành xác định phân phối dòng chảy năm thiết kế khi xét đến BĐKH tương tự như đã trình bày trong Mục 6.1.2.

b) Trường hợp không thiết lập được mô hình toán thủy văn để mô phỏng dòng chảy thì có thể tham khảo phân phối dòng chảy năm thiết kế của lưu vực tương tự.

6.5  Tính toán dòng chảy năm thiết kế đối với công trình có tác động của các công trình thượng và hạ lưu

6.5.1  Tính toán dòng chảy năm thiết kế đối với công trình có tác động của các công trình thượng lưu

6.5.1.1  Công trình không có chung nhiệm vụ cấp nước với các công trình thượng lưu

a) Trình tự tính toán:

Bước 1: Thu thập hoặc khôi phục chuỗi dòng chảy tự nhiên đến tuyến công trình bậc trên cùng và các khu giữa. Thời kỳ đo đạc hoặc tính toán đồng bộ của chuỗi số liệu cần đảm bảo độ dài lớn hơn hoặc bằng 20 năm;

Bước 2: Diễn toán quá trình dòng chảy trên sông hoặc qua hồ chứa lần lượt từ tuyến công trình bậc trên cùng xuống:

- Đối với đoạn sông sử dụng các phương pháp diễn toán thủy văn hoặc thủy lực;

- Đối với hồ chứa sử dụng phương pháp tính toán điều tiết (xem TCVN 10778);

- Việc diễn toán dòng chảy về tuyến công trình được tính toán cho từng năm riêng rẽ;

- Mực nước ban đầu tại các hồ chứa được giả thiết là mực nước chết;

- Lưu lượng cáp nước là lưu lượng thiết kế, không thay đổi giữa các năm.

Bước 3: Phân tích tần suất chuỗi dòng chảy đến tuyến công trình tính toán, xác định dòng chảy năm thiết kế (xem 5.1.1.1).

b) Nếu bước thời gian tính toán là tuần hoặc tháng thì có thể giản lược các phương pháp diễn toán dòng chảy bằng quan hệ cân bằng nước.

c) Khi công trình tính toán có mức bảo đảm cấp nước hoặc quy mô công trình nhỏ hơn các công trình bậc trên có thể giản hóa bằng cách chỉ tính cho một năm thiết kế. Dòng chảy năm thiết kế đến tuyến công trình được xác định từ quá trình tính toán điều tiết công trình bậc trên liền kề và dòng chảy khu giữa. Trong đó, dòng chảy đến tuyến công trình bậc trên liền kề là dòng chảy năm thiết kế đã xác định trong các tài liệu thiết kế. Dòng chảy khu giữa hai tuyến công trình ứng với tần suất thiết kế được xác định tương tự như ở Mục 6.

6.5.1.2  Công trình có chung nhiệm vụ cấp nước với các công trình thượng lưu

a) Lưu lượng yêu cầu cấp nước chung là lưu lượng cấp nước tổng, trong đó phần lấy từ công trình bậc trên không bị tiêu hao mà xả xuống công trình bậc dưới liền kề.

b) Trình tự tính toán tương tự trong mục 6.5.1.1.

6.5.2  Tính toán dòng chảy năm thiết kế đối với công trình có tác động của các công trình hạ lưu

a) Trường hợp này chỉ xảy ra với công trình thủy điện trong hệ thống bậc thang khi mực nước công trình bậc dưới dềnh lên ngập chân mực nước hạ lưu nhà máy thủy điện bậc trên. Quá trình ngập chân có thể diễn ra theo thời kỳ hoặc toàn thời gian.

b) Dòng chảy năm thiết kế đến tuyến công trình thủy điện bậc trên được xác định tương tự như Mục 6.

c) Công suất phát điện của công trình thủy điện bậc trên phụ thuộc vào mực nước công trình bậc dưới tại thời điểm tính toán. Ngược lại, mực nước công trình bậc dưới phụ thuộc vào lưu lượng xả hồ chứa bậc trên. Vì vậy, nội dung tính toán điều tiết cần phải thực hiện đồng thời cho cả hai công trình, trong đó đảm bảo nguyên lý cân bằng nước. Lưu lượng dòng chảy xả xuống hạ lưu từ công trình thủy điện bậc trên bao gồm cả lưu lượng chạy máy, lưu lượng dòng chảy tối thiểu và lưu lượng xả thừa. Lưu lượng dòng chảy đến công trình bậc dưới bao gồm lưu lượng xả từ hồ bậc trên và lưu lượng khu giữa. Tùy theo yêu cầu tính toán, giả thiết nhiều phương án dung tích hồ chứa, độ sâu công tác hoặc công suất bảo đảm của hồ chứa thượng lưu. Phương án lựa chọn sẽ là phương án có lợi nhất về kinh tế và kỹ thuật. Nguyên lý và phương pháp tính toán điều tiết hồ chứa thủy điện xem TCVN 10778.

d) Trường hợp công trình bậc dưới là công trình thủy điện và bị ảnh hưởng bởi công trình bậc thấp hơn, quá trình tính toán tương tự như ở mục c) nhưng thực hiện đồng thời cho cả hệ thống.

6.5.3  Tính toán dòng chảy năm thiết kế đối với công trình có tác động của cả công trình thượng lưu và hạ lưu

a) Trường hợp này chì xảy ra với công trình thủy điện chịu ảnh hưởng của các hồ chứa thượng lưu và mực nước công trình hạ lưu.

b) Dòng chảy năm thiết kế đến tuyến công trình xác định tương tự trong 6.5.1.

c) Phương pháp tính toán điều tiết thực hiện cho cả hệ thống và cho toàn bộ chiều dài chuỗi số liệu, tương tự trong 6.5.2.

7  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế

7.1  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế khi có nhiều số liệu đo đạc

7.1.1  Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

7.1.1.1  Xác định các đặc trưng thống kê

Tần suất bảo đảm của các trị số thực đo tính theo công thức:

trong đó:

m là số thứ tự của chuỗi sắp xếp từ lớn đến bé;

n là số năm đo đạc (dùng cho trường hợp mỗi năm chọn một trị số lớn nhất).

Các đặc trưng thống kê xác định theo các phương pháp trình bày trong mục F.1. Nội dung lựa chọn hàm phân phối xác suất phù hợp tương tự như trong 5.1.1.1.

7.1.1.2  Xử lý lũ đặc biệt lớn

a) Trận lũ có lưu lượng đỉnh lũ thỏa mãn điều kiện dưới đây được xem là lũ đặc biệt lớn:

với

trong đó:

Q_maxN là lưu lượng đỉnh lũ đang xem xét (m³/s);

Q_maxi là lưu lượng đĩnh lũ năm thứ i (m³/s);

N là số năm thực đo (đã loại trừ giá trị đang xem xét);

Kn là giá trị K lấy trong Bảng 2 tương ứng với số năm thực đo n.

Bảng 2 - Giá trị K_n

b) Thời kỳ xuất hiện lại N được xác định gần đúng theo năm xuất hiện của lũ đặc biệt lớn. Nếu lũ đặc biệt lớn nằm ngoài chuỗi thực đo, thời kỳ xuất hiện lại N tính bằng thời gian từ năm xuất hiện lũ lớn điều tra được cho đến nay. Nếu lũ lớn nằm trong chuỗi thực đo cần tìm hiểu xem trước đây khoảng thời gian nào đã xuất hiện một trận lũ tương tự như thế. Thời gian xuất hiện lại N sẽ bằng thời gian tính từ lũ điều tra được cho đến nay (T), nếu lũ lớn trong chuỗi thực đo lớn hơn trận lũ trong quá khứ khôi phục lại; hoặc bằng thời gian T chia đôi nếu trận lũ đo được bằng hoặc bé hơn lũ điều tra.

c) Tần suất bảo đảm của lũ đặc biệt lớn tính theo công thức:

trong đó M là số thứ tự của lũ đặc biệt lớn xếp thứ tự từ lớn đến nhỏ; N là thời kỳ xuất hiện lại của lũ đặc biệt lớn nhất.

Tần suất bảo đảm của các đỉnh lũ bình thường tính theo công thức (62).

d) Xác định lại các thông số thống kê khi xét lũ đặc biệt lớn tiến hành theo các công thức sau đây:

1) Khi lũ đặc biệt lớn nằm ngoài chuỗi thực đo.

2) Khi lũ đặc biệt lớn nằm trong chuỗi thực đo và dựa vào tài liệu điều tra xác minh được rằng trong thời gian N năm chưa có trận lũ nào trước đây vượt quá trận lũ lớn đo đạc được:

trong đó:

a là số trận lũ đặc biệt lớn;

n là số năm đo đạc;

N là thời kỳ xuất hiện lại của lũ đặc biệt lớn;

Q_maxi là trị số lưu lượng đỉnh lũ trong thời kỳ có đo đạc (m³/s);

Q_maxN là trị số lưu lượng đỉnh lũ đặc biệt lớn (m³/s).

7.1.1.3  Lựa chọn mẫu thống kê

a) Nếu chuỗi số liệu thực đo lớn hơn hoặc bằng 20 năm, có thể chọn mỗi năm một trị số lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất. Nếu chuỗi số liệu thực đo nhỏ hơn 20 năm nhưng không dưới 15 năm, có thể chọn mỗi năm nhiều trị số lưu lượng đỉnh lũ. Số lượng trị số lưu lượng đỉnh lũ được chọn mỗi năm không vượt quá 3 và không ít hơn 1. Các trận lũ được chọn trong từng năm phải độc lập với nhau, trận lũ trước không gây ảnh hưởng đến trận lũ sau.

b) Trong trường hợp mỗi năm chọn nhiều trận lũ, khi tính toán cần chuyển tần suất lần (p_e) sang tần suất năm (p) theo công thức sau đây:

trong đó:

λ là số đỉnh lũ được chọn tính trung bình hàng năm;

p_e tính theo công thức (62), trong đó n thay bằng tổng số các trận lũ được chọn.

7.1.1.4  Xác định khoảng tin cậy

Giới hạn trên và dưới của khoảng tin cậy cho một giá trị Q_maxp*, với độ tin cậy c, lần lượt là U_p,c(Q) và L_p,c(Q) được xác định như sau:

với

trong đó:

z_C là giá trị z của hàm phân phối chuẩn tắc (xem mục F.6) ứng với xác suất c. (z_c = 1,64485 với c=0,05);

N là độ dài chuỗi;

ϕ là khoảng lệch tung độ tra bảng Fôxtơ - Rưpkin (xem mục F.3).

7.1.1.5 Xác định hệ số an toàn

Khi tính lũ thiết kế bằng phương pháp thống kê cho công trình có tần suất thiết kế 0,01% trở lên cần cộng thêm vào trị số lưu lượng tính được trên đây một trị số ∆Q_p an toàn, ∆Q_p được chọn như sau:

trong đó:

 là trị số lưu lượng ứng với tần suất thiết kế p đã xác định (m³/s);

U_p,c(Q) là giới hạn trên khoảng tin cậy Q_maxp (xem 7.1.1.4) (m³/s).

Trị số lưu lượng thiết kế sẽ bằng:

Trong mọi trường hợp thì ∆Q_p không lấy vượt quá 20% .

7.1.2  Tính toán tổng lượng lũ thiết kế

Tổng lượng lũ có thể xác định cho một trận lũ đơn, một đợt lũ liên tục hoặc thời đoạn cố định nào đó tùy theo yêu cầu cần thiết kế. Khi tính tổng lượng lũ không cần tách riêng nước mặt và nước ngầm. Tổng lượng lũ có thể xác định theo công thức sau:

trong đó:

W_max là tổng lượng lũ (m³);

Q_i là lưu lượng bình quân thời đoạn i (m³/s);

∆t_i là bước thời gian tính toán (giây);

n là số thời đoạn tính toán.

Trường hợp có nhiều số liệu đo đạc việc tính tổng lượng lũ thiết kế cũng tiến hành theo phương pháp thống kê như các đặc trưng khác (Xem 5.1.1.1).

7.1.3  Tính toán quá trình lũ thiết kế

7.1.3.1  Lựa chọn trận lũ điển hình

Chọn một trong số những trận lũ lớn đã xảy ra làm trận lũ điển hình. Đỉnh lũ và tổng lượng trận lũ điển hình càng gần với đỉnh lũ thiết kế và tổng lượng lũ thiết kế thì càng bảo đảm khả năng xuất hiện của trận lũ trong tương lai. Trường hợp không chọn được trận lũ có cả đỉnh và tổng lượng xấp xỉ trị số thiết kế thì có thể chọn 2 trận lũ điển hình (1 trận theo đỉnh, 1 trận theo tổng lượng). Sau đó thông qua tính toán điều tiết lũ chọn lấy trận lũ bất lợi hơn cho công trình.

7.1.3.2  Phương pháp chuyển quá trình lũ điển hình thành quá trình lũ thiết kế

Có thể dùng một trong các phương pháp sau:

a) Khi quá trình lũ ít dao động và có một đỉnh, sử dụng hệ số thu phóng lưu lượng (k_Q) và hệ số thu phóng thời gian (k_t).

trong đó:

Q_maxp, Q_maxđh là lưu lượng đỉnh lũ thiết kế và lưu lượng đỉnh lũ điển hình (m³/s);

W_maxp, W_maxđh là tổng lượng lũ thiết kế và tổng lượng lũ điển hình (m³).

Tọa độ quá trình lũ thiết kế (Q_ip, t_ip) tính như sau:

trong đó:

Q_ip, Q_ip là tung độ quá trình lũ thiết kế và lũ điển hình (m³/s);

t_ip, t_iđh là hoành độ quá trình lũ thiết kế và lũ điển hình (giờ).

b) Khi quá trình lũ dao động nhiều và có từ 2 đỉnh trở lên, trên quá trình lũ tách phần có lưu lượng lớn (sóng lũ chính) và thu phóng tung độ theo 3 hệ số sau:

Hệ số thu phóng tung độ 1 ngày lớn nhất:

Hệ số thu phóng tung độ sóng lũ chính (trừ 1 ngày lớn nhất):

Hệ số thu phóng phần còn lại của đường quá trình:

trong đó:

W_1maxp, W_cmaxp, và W_maxp là tổng lượng lũ 1 ngày lớn nhất, tổng lượng lũ trong đợt lũ chính và tổng lượng lũ của cả trận lũ ứng với tần suất thiết kế (m³);

W_1maxđh, W_cmaxđh, và W_maxđh là tổng lượng lũ 1 ngày lớn nhất, tổng lượng lũ trong đợt lũ chính và tổng lượng cả trận của trận lũ điển hình (m³);

Hoành độ quá trình lũ (thời gian) giữ nguyên như lũ điển hình.

Chú ý nếu các hệ số k₁, k₂, và k₃ khác nhau nhiều thì quá trình lũ thiết kế bị biến dạng nhiều so với quá trình lũ điển hình và ở các thời đoạn khác nhau sẽ không liên tục. Khi vẽ cần phải xử lý để quá trình lũ thành một đường cong trơn và đảm bảo cho tổng lượng lũ trong từng thời đoạn không thay đổi.

7.2  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế khi có ít số liệu đo đạc

7.2.1  Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

7.2.1.1  Khi số năm đo đạc dưới 20 năm có thể sử dụng phương pháp chọn mẫu mỗi năm nhiều trị số như trong 7.1.1.3. Hoặc có thể kéo dài chuỗi tài liệu bằng các phương pháp phân tích tương quan (xem 7.2.1.2) hoặc phương pháp mô hình toán thủy văn (xem 7.2.1.3). Sau khi đã xử lý, bổ sung số liệu, có thể trực tiếp ứng dụng phương pháp thống kê để xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế giống như trường hợp có nhiều tài liệu (xem 7.1.1).

7.2.1.2  Phương pháp phân tích tương quan

Các quan hệ tương quan có thể sử dụng để tính toán khôi phục số liệu lũ bao gồm:

- Quan hệ giữa lưu lượng đỉnh lũ và lưu lượng ngày lớn nhất của cùng một trạm;

- Quan hệ giữa lưu lượng đỉnh lũ và mực nước đỉnh lũ của cùng một trạm;

- Quan hệ giữa lưu lượng đỉnh lũ của hai trạm trên cùng một con sông;

- Quan hệ giữa lưu lượng đỉnh lũ và mực nước đỉnh lũ của hai trạm trên cùng một con sông.

Điều kiện ứng dụng là hệ số tương quan lớn hơn hoặc bằng 0,8, số năm có số liệu đo đạc đồng bộ lớn hơn hoặc bằng 10, số năm bổ sung không vượt quá số năm thực đo.

7.2.1.3  Phương pháp mô hình toán thủy văn

7.2.1.3.1  Mô hình toán thủy văn được ứng dụng với điều kiện có số liệu khí tượng thủy văn đạt yêu cầu cho hiệu chỉnh và kiểm định.

7.2.1.3.2  Các bước ứng dụng mô hình toán thủy văn:

a) Thu thập số liệu mưa, dòng chảy thực đo với bước thời gian (∆t) ≤ 6 giờ và số liệu bốc hơi. Phân chia chuỗi số liệu thu thập được thành hai giai đoạn: giai đoạn hiệu chỉnh (60 - 70 % độ dài chuỗi số) và giai đoạn kiểm định (30 - 40 % độ dài chuỗi số);

b) Lựa chọn mô hình: tùy theo điều kiện của từng lưu vực có thể lựa chọn mô hình cho phù hợp. Với các lưu vực có diện tích < 2000 km² sử dụng mô hình thông số tập trung, mô hình toán thủy văn dạng bể chứa, mô hình tập trung nước tổng hợp, mô hình đường đơn vị... Với lưu vực có diện tích ≥ 2000 km² chia nhỏ thành các tiểu lưu vực, kết nối giữa các tiểu lưu vực bằng các phương pháp diễn toán dòng chảy thủy văn hoặc thủy lực;

c) Hiệu chỉnh mô hình: mô hình được hiệu chỉnh để tìm bộ thông số phù hợp bằng cách thử dần hoặc dò tìm tối ưu với chuỗi số liệu dùng để hiệu chỉnh. Chỉ tiêu đánh giá việc hiệu chỉnh mô hình xem 7.2.1.3.3;

d) Kiểm định mô hình: sử dụng bộ thông số tìm được để đánh giá sự phù hợp với chuỗi số liệu giai đoạn kiểm định. Chỉ tiêu đánh giá việc kiểm định mô hình xem 7.2.1.3.3;

e) Ứng dụng mô hình: với bộ thông số đã tìm được, sử dụng số liệu khí tượng và mặt đệm phù hợp với lưu vực nghiên cứu để tính toán trận lũ thiết kế từ trận mưa thiết kế.

7.2.1.3.3  Các chỉ tiêu đánh giá sai số:

a) Chỉ số NASH (xem công thức 33);

b) Sai số tổng lượng (xem công thức 35);

c) Sai số đỉnh lũ

d) Sai số thời gian đạt đỉnh

trong đó Q_maxtđ, Q_maxmp lần lượt là lưu lượng đỉnh lũ thực đo và mô phỏng (m³/s); T_td, T_mp lần lượt là thời gian đạt đỉnh lũ thực đo và mô phỏng (giờ);

e) Việc đánh giá sai số mô hình nên dựa vào cả 04 chỉ tiêu có trong Bảng 3. Tùy theo loại công trình mà có thể thay đổi mức ưu tiên của các chỉ tiêu. Ví dụ, đối với hồ chứa thì ưu tiên sai số tổng lượng, đối với thiết kế tràn xả lũ ưu tiên chỉ tiêu sai số đỉnh lũ.

Bảng 3 - Các chỉ tiêu đánh giá sai số

7.2.2  Tính toán tổng lượng lũ thiết kế

Trong trường hợp có ít số liệu đo đạc, việc xác định tổng lượng lũ cho các trận lũ vẫn được thực hiện giống như trường hợp có nhiều số liệu đo đạc (xem 7.1.2).

Để tính toán kéo dài, bổ sung số liệu đo tổng lượng lũ có thể sử dụng phương pháp phân tích tương quan giữa đỉnh lũ và tổng lượng lũ hoặc sử dụng phương pháp mô hình toán thủy văn (xem 7.2.1.3).

Sau khi đã xử lý, bổ sung số liệu, có thể trực tiếp ứng dụng phương pháp thống kê để xác định tổng lượng lũ thiết kế giống như trường hợp có nhiều tài liệu (xem 7.1.2).

7.2.3  Tính toán quá trình lũ thiết kế

Việc xác định quá trình lũ thiết kế trong trường hợp có ít số liệu đo đạc được thực hiện tương tự như trường hợp có nhiều số liệu đo đạc (xem 7.1.3). Trong trường hợp không chọn được quá trình lũ điển hình trong các trận lũ thực đo thì có thể lựa chọn quá trình lũ mô phỏng từ mô hình mưa thời đoạn ngắn thực đo (xem 7.2.1.3) hoặc mượn quá trình lũ của lưu vực tương tự.

7.3  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế khi không có số liệu đo đạc

7.3.1  Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

7.3.1.1  Trường hợp áp dụng

Để tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế, tùy theo diện tích lưu vực có thể sử dụng một trong các công thức dưới đây:

a) Đối với các lưu vực nhỏ hơn hoặc bằng 10 km², chiều rộng sông suối hoặc lòng dẫn không quá 30m khi có lũ, có thể sử dụng công thức quan hệ để tính lưu lượng đỉnh lũ như trình bày trong 7.3.1.2. Công thức quan hệ thường được sử dụng trong các bài toán thiết kế công trình giao thông, tiêu thoát nước đô thị;

b) Đối với lưu vực nhỏ có lòng sông rõ ràng, có diện tích nhỏ hơn hoặc bằng 100 km² có thể dùng công thức cường độ giới hạn (xem 7.3.1.3);

c) Đối với các lưu vực có diện tích lớn hơn 100 km² có thể dùng công thức Xokolopski (xem 7.3.1.4) hoặc công thức triết giảm (xem 7.3.1.5) hoặc phương pháp mô hình toán thủy văn (xem 7.2.1.3). Việc lựa chọn phương pháp tính toán nên căn cứ vào điều kiện cụ thể của từng lưu vực, mức độ chi tiết và độ tin cậy của các số liệu thu thập. Sử dụng phương pháp mô hình toán thủy văn cho lưu vực có đầy đủ số liệu đo mưa thời đoạn ngắn và đáp ứng tiêu chuẩn hiệu chỉnh, kiểm định mô hình. Sử dụng công thức triết giảm cho lưu vực thuộc khu vực (tham khảo mục B.2) có nhiều trạm thủy văn, có quan hệ triết giảm mô đun đỉnh lũ theo diện tích lưu vực một cách rõ ràng. Sử dụng công thức Xokolopski cho lưu vực thuộc khu vực có ít hơn 03 trạm thủy văn hoặc khi quan hệ triết giảm mô đun đỉnh lũ theo diện tích lưu vực là không rõ ràng;

d) Đối với các lưu vực có diện tích ≥ 2000 km² nên phân chia thành các tiểu lưu vực và ứng dụng phương pháp mô hình toán thủy văn (xem 7.2.1.3).

Ngoài việc tính toán theo các phương pháp trên, đối với lưu vực vừa và lớn, cần đối chiếu kết quả tính toán với phương pháp hình thái đoạn sông (lũ lịch sử) và các phương pháp khác để quyết định số liệu thiết kế.

7.3.1.2  Công thức quan hệ

7.3.1.2.1  Dạng công thức:

Q_maxp = 0,278 x C x I x F            (89)

trong đó:

Q_maxp là lưu lượng đỉnh lũ thiết kế (m³/s);

C là hệ số dòng chảy;

I là cường độ mưa thiết kế (mm/giờ) tương ứng với thời gian tập trung dòng chảy;

F là diện tích lưu vực (km²).

7.3.1.2.2  Trình tự tính toán:

a) Xác định hệ số dòng chảy. Hệ số dòng chảy được xác định từ Bảng C.3 khi tính toán lưu lượng đỉnh lũ có tần suất lớn hơn hoặc bằng 10%. Với các tần suất khác có thể sử dụng hệ số hiệu chỉnh C_f trong Bảng 4. Khi đó công thức (89) có dạng như sau:

Q_maxp = 0,278 x C_f x C x I x F         (90)

Bảng 4 - Hệ số hiệu chỉnh tần suất

b) Xác định thời gian tập trung dòng chảy.

1) Thời gian chảy tràn trên bề mặt:

Công thức kinh nghiệm Morgali & Linsley (1965):

trong đó:

t_t là thời gian chảy tràn trên bề mặt (giờ);

i là cường độ mưa thiết kế (mm/giờ);

S là độ dốc đường nước chảy trung bình (m/m);

n là hệ số Manning dòng chảy tràn tra Bảng C.4;

L là chiều dài đường nước chảy (m).

Do cường độ mưa chưa xác định nên có thể dùng phép tính thử dần hoặc sử dụng công thức kinh nghiệm sau:

trong đó:

n là hệ số nhám dòng chảy tràn, tra Bảng C.4;

L là chiều dài đường nước chảy (m);

P_24-50% là lượng mưa 24h, tần suất 50% (mm);

S là độ dốc đường nước chảy (m/m).

2) Thời gian chảy truyền (giờ) trong dòng nông được tính như sau:

trong đó:

L là chiều dài đường nước chảy (m);

K = 4,916 đối với trường hợp bề mặt không lát và 6,194 đối với trường hợp bề mặt có lát;

S là độ dốc đường nước chảy (m/m).

3) Thời gian chảy truyền (giờ) trong lòng dẫn được tính như sau:

trong đó:

n là hệ số nhám Manning cho dòng hở (tra Bảng C.5);

R là bán kính thủy lực (diện tích mặt cắt ướt /chu vi ướt);

S là độ dốc đường nước chảy (m/m);

L là chiều dài đường nước chảy (m).

4) Thời gian tập trung dòng chảy T­­_c được xác định như sau:

T_c= t_t1 + t_t2 + t_t3            (95)

trong đó:

t_t1 là thời gian chảy tràn trên bề mặt (giờ);

t_t2 là thời gian chảy truyền trong dòng nông (giờ);

t_t3 là thời gian chảy truyền trong lòng dẫn (giờ).

5) Trường hợp đường nước chảy có nhiều đoạn khác nhau về độ nhám, thảm phủ, độ dốc, mặt cắt... thì việc tính toán thời gian chảy truyền được tính bằng tổng thời gian của tất cả các đoạn. Trường hợp có nhiều đường nước chảy khác nhau thì thời gian tập trung dòng chảy được chọn là thời gian tập trung lớn nhất.

c) Xác định cường độ mưa thiết kế. Cường độ mưa thiết kế có thể xác định theo phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp tùy theo tình hình tài liệu thực đo (xem 5.4.2.1). Lưu ý, thời gian mưa được lấy bằng thời gian tập trung dòng chảy đã xác định ở trên;

d) Xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế theo công thức (90).

7.3.1.3. Công thức cường độ giới hạn (Alechxayep)

7.3.1.3.1  Dạng công thức

Q_maxp = A_p x φ x X_1Maxp x F x δ₁      (96)

hoặc

Q_maxp = 16,67 x φ x a_ƬMaxp x F x δ₁               (97)

trong đó:

X_1Maxp là lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế p (mm);

a_ƬMaxp là cường độ mưa bình quân lớn nhất thời đoạn Ƭ ứng với tần suất thiết kế p (mm/phút);

φ là hệ số dòng chảy lũ tra Bảng C.6, tùy thuộc vào loại đất cấu tạo nên lưu vực, lượng mưa ngày lớn nhất thiết kế (X_1Maxp) và diện tích lưu vực (F);

A_p là mô đun tương đối đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế trong điều kiện δ₁=1. Trị số A_p biểu thị bằng tỷ số so với φ x X_1Maxp như sau:

A_p lấy trong Bảng C.10 tùy thuộc vào đặc trưng địa mạo thủy văn của lòng sông ϕ_s và thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc т_d;

δ₁ là hệ số xét tới ảnh hưởng làm giảm nhỏ lưu lượng đỉnh lũ do ao, hồ, đầm lầy xác định theo công thức:

trong đó:

f_a là tỷ lệ diện tích ao hồ, xác định theo điều 4.7;

c là hệ số phụ thuộc vào lớp dòng chảy lũ. Đối với các vùng mưa lũ kéo dài hệ số c có thể lấy bằng 0,10. Trong trường hợp thời gian mưa lũ ngắn lấy c = 0,20;

F là diện tích lưu vực (km²).

7.3.1.3.2  Trình tự tính toán Q_maxp theo công thức cường độ giới hạn như sau:

a) Xác định thời gian tập trung nước trên sườn dốc (Ƭ_d). Thời gian tập trung nước trên sườn dốc (Ƭ_d) xác định từ Bảng C.9 tùy thuộc vào hệ số địa mạo thủy văn của sườn dốc (ϕ_d) và vùng mưa (xem bản đồ phân vùng mưa rào ở mục A.1).

Hệ số ϕ_d xác định theo công thức sau:

trong đó: b_c - Chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực

hoặc

trong đó:

L+Σl là chiều dài sông chính và tổng chiều dài các khe suối phụ trên lưu vực (km);

p là mật độ lưới sông và khe suối (km/km²);

m_d là thông số tập trung dòng chảy trên sườn dốc, phụ thuộc vào tình hình bề mặt sườn dốc lưu vực lấy theo Bảng C.7);

J_d là độ dốc sườn dốc, tính theo ‰;

φ, X_1Maxp như trên.

b) Xác định thời gian tập trung nước trong sông. Tính hệ số địa mạo thủy văn của lòng sông ϕ_s theo công thức sau đây:

trong đó:

m_s là thông số tập trung nước trong sông, phụ thuộc vào tình hình sông suối của lưu vực, lấy theo Bảng C.8;

J_s là độ dốc lòng sông chính, tính theo ‰;

L_s là chiều dài lòng sông chính (km).

Các đặc trưng khác như trên.

Xác định trị số A_p theo Bảng C.10, tùy thuộc theo vùng mưa, thời gian tập trung dòng chảy trên sườn dốc (Ƭ_d) và hệ số địa mạo thủy văn của lòng sông (ϕ_s) đã xác định được ở trên.

Tính Ƭ_s theo công thức:        

c) Xác định thời gian tập trung dòng chảy

Ƭ = Ƭ_d + Ƭ_s             (105)

trong đó:

Ƭ, Ƭ_d, Ƭ_s là thời gian tập trung dòng chảy, thời gian chảy truyền trên sườn dốc, thời gian chảy truyền trong sông (phút);

d) Tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Q_maxp

1) Trường hợp trên lưu vực hoặc khu vực lân cận có trạm đo mưa thời đoạn ngắn, có thể xác định cường độ mưa thiết kế theo phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp (xem 5.4.2.1). Lưu ý, thời gian mưa được lấy bằng thời gian tập trung dòng chảy đã xác định ở công thức (105). Khi đó, lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tính theo công thức (97).

2. Trường hợp trên lưu vực hoặc khu vực lân cận không có trạm đo mưa thời đoạn ngắn, có thể tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế theo công thức (96).

7.3.1.4  Công thức thể tích (công thức Xokolopski)

7.3.1.4.1  Dạng công thức:

trong đó:

α là hệ số dòng chảy trận lũ;

X_Tp là lượng mưa lớn nhất thời đoạn T ứng với tần suất thiết kế (mm);

H₀ là lớp nước tổn thất ban đầu (mm);

F là diện tích lưu vực (km²);

t_l là thời gian lũ lên (giờ);

Q_ng là lưu lượng dòng chảy ngầm (m³/s).

7.3.1.4.2  Trình tự tính toán như sau:

a) Nhóm tham số α x (X_Tp – H_o) biểu thị quan hệ giữa mưa và dòng chảy, phụ thuộc vào phân vùng mưa rào dòng chảy lấy theo Bảng C.12;

b) f là hệ số hình dạng trận lũ lấy theo Bảng C.13 hoặc lấy theo lưu vực tương tự.

trong đó:

Q_maxa, W_a, t_la là các đặc trưng lưu lượng đỉnh lũ (m³/s), tổng lượng dòng chảy lũ (m³) và thời gian lũ lên (giờ) của trận lũ điển hình tại lưu vực tương tự. Đối với lưu vực lớn, cần tách dòng chảy ngầm khi xác định trị số W_a.

c) t_l là thời gian lũ lên (giờ), theo đề nghị của Xokolopski lấy bằng thời gian tập trung dòng chảy trong sông.

trong đó:

L là chiều dài sông chính (km);

 là vận tốc truyền lũ trung bình trong sông (m/s), lấy bằng (0,6 ~ 0,7) vận tốc bình quân lớn nhất ở cửa ra xác định theo tài liệu đo đạc ở lưu vực tương tự:

( là vận tốc bình quân lớn nhất ở cửa ra).

Trường hợp không chọn được lưu vực tương tự có thể xác định t_l = Ƭ_s như công thức (104);

d) Lượng mưa thiết kế

1) Trường hợp trên lưu vực hoặc khu vực lân cận có trạm đo mưa thời đoạn ngắn, có thể xác định lượng mưa thiết kế theo phương pháp xác suất thống kê, hoặc sử dụng quan hệ cường độ mưa không thứ nguyên theo thời gian mưa và tần suất mưa tương ứng với vùng mưa. Phương pháp thực hiện xem 5.4. Lưu ý, thời gian mưa được lấy bằng thời gian lũ lên đã xác định ở công thức ở mục c).

2) Trường hợp trên lưu vực hoặc khu vực lân cận không có trạm đo mưa thời đoạn ngắn, có thể tính lượng mưa thiết kế theo công thức sau:

X_Tp = ψ_T   x X_1Maxp            (110)

trong đó:

ψ_T là tung độ đường cong triết giảm mưa ứng với thời gian T lấy bằng thời gian lũ lên t_l (tra Bảng A.26):

X_1Maxp là lượng mưa ngày ứng với tần suất thiết kế p (mm).

Đối với lưu vực vừa và lớn cần xét sự triết giảm của lượng mưa ngày theo diện tích.

e) Tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế theo công thức (106)

7.3.1.5  Công thức triết giảm

7.3.1.5.1  Dạng công thức

trong đó:

q_100p là mô đun đỉnh lũ ứng với tần suất p% quy về diện tích lưu vực 100 km² lấy trên bản đồ đẳng trị C.1, C.2 và C.3 tương ứng với các tần suất 10%, 5% và 1%: Có thể tham khảo các bản đồ mô đun đỉnh lũ thiết kế vùng nghiên cứu của các Bộ Ngành nếu thông tin có độ tin cậy.

n là hệ số triết giảm mô đun đỉnh lũ theo diện tích, tra Bảng C.11;

F là diện tích lưu vực tính toán (km²);

λ_p là hệ số chuyển đổi tần suất tra trong Bảng C.14 (trường hợp p=1% và 5% có thể tra trực tiếp q_100p trên bản đồ thì λ_p = 1);

δ là hệ số xét tới ảnh hưởng điều tiết của các ao, hồ, đầm lầy và xác định theo công thức (99).

7.3.2  Tính toán tổng lượng lũ thiết kế

7.3.2.1  Trường hợp không có số liệu đo đạc có thể xác định tổng lượng lũ từ mưa rào.

a) Đối với các lưu vực nhỏ có diện tích từ 1 đến 50 km², có thể dùng lượng mưa ngày để tính tổng lượng lũ:

W_maxp = 10³ x X_1Maxp x φ x F              (112)

b) Đối với các lưu vực có diện tích nhỏ hơn 1 km², tổng lượng lũ tính theo lượng mưa rơi trong thời gian 150 phút.

W_maxp = 10³ x ψ₍₁₅₀₎ x X_1Maxp x φ x F    (113)

trong đó X_1Maxp là lượng mưa ngày thiết kế (mm); W_maxp là tổng lượng lũ thiết kế (10⁶m³); F là diện tích lưu vực (km²);

ψ₍₁₅₀₎ lấy trong Bảng A.26.

Hệ số dòng chảy φ trong cả 2 trường hợp lấy theo φ ổn định ứng với F>100 km² trong Bảng C.6.

c) Đối với lưu vực có diện tích trên 50 km², có thể tính tổng lượng lũ theo phương pháp lưu vực tương tự (7.3.2.2) hoặc phương pháp mô hình toán thủy văn (7.3.2.3).

7.3.2.2  Phương pháp lưu vực tương tự

Trường hợp chọn được lưu vực tương tự có đầy đủ tài liệu đo lũ, xây dựng quan hệ tương quan giữa đỉnh và tổng lượng lũ. Nếu quan hệ chặt chẽ với hệ số tương quan r ≥ 0,8, có thể mượn quan hệ này để xác định tổng lượng lũ thiết kế theo lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Q_maxp đã xác định ở các bước trên.

7.3.2.3  Phương pháp mô hình toán thủy văn

Trường hợp chọn được mô hình toán thủy văn đã được hiệu chỉnh, kiểm định với kết quả tốt (xem 7.2.1.3), có thể mô phỏng quá trình lũ thiết kế từ trận mưa thiết kế (xem 5.4), từ đó xác định tổng lượng lũ thiết kế.

7.3.3  Tính toán quá trình lũ thiết kế

7.3.3.1  Để tính toán quá trình lũ thiết kế trong trường hợp không có số liệu đo đạc thủy văn, tùy theo diện tích lưu vực có thể sử dụng một trong các phương pháp dưới đây:

a) Đối với lưu vực nhỏ có thể sử dụng dạng đường quá trình lũ tam giác, dạng đường cong không thứ nguyên (hàm Gudrich), phương pháp mô hình toán thủy văn.

b) Đối với lưu vực vừa có thể sử dụng dạng đường cong không thứ nguyên (hàm Gudrich) và phương pháp mô hình toán thủy văn.

c) Đối với các lưu vực lớn có thể sử dụng phương pháp mô hình toán thủy văn, thủy lực.

7.3.3.2  Dạng đường cong không thứ nguyên (hàm Gudrich)

trong đó:

y là tung độ của đường quá trình lũ tính toán biểu thị bằng tỷ số so với lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

x là hoành độ của đường quá trình lũ tính toán biểu thị bằng tỷ số so với thời gian nước lên

α là thông số mượn theo lưu vực tương tự hoặc tra Bảng C.15 ứng với hệ số hình dạng lũ;

Thời gian lũ lên t_l được tính theo công thức (104);

Tọa độ y, x của phương trình xác định theo theo Bảng C.15;

Tung độ của đường quá trình lũ thiết kế sẽ bằng:

Q_i = Q_maxp x y                           (117)

Hoành độ của đường quá trình lũ thiết kế sẽ bằng:

t_i = t_l x x                          (118)

7.3.3.3  Dạng đường quá trình tam giác

Để xây dựng đường quá trình tam giác, ngoài hai đặc trưng đỉnh lũ thiết kế (Q_maxp) và lượng lũ thiết kế (W_maxp) cần biết thêm tỷ số giữa thời gian lũ xuống (t_x) và thời gian lũ lên (t_l).

- Đối với lưu vực ít điều tiết: β = 2,0;

- Đối với lưu vực điều tiết nhiều: β = 3,0;

Có thể xác định β theo lưu vực tương tự.

Thời gian lũ T (giờ) tính theo công thức sau đây:

trong đó W_maxp và Q_maxp là tổng lượng lũ thiết kế (m³) và lưu lượng đỉnh lũ thiết kế (m³/s).

7.3.3.4  Phương pháp mô hình toán thủy văn, thủy lực

Trường hợp chọn được mô hình toán thủy văn, thủy lực đã được hiệu chỉnh, kiểm định với kết quả tốt (xem 7.2.1.3), có thể mô phỏng quá trình lũ thiết kế từ trận mưa thiết kế (xem 5.4).

7.4  Tính toán lũ lớn nhất khả năng (PMF)

a) Lũ lớn nhất khả năng (PMF) được tính từ mưa lớn nhất khả năng PMP.

b) Đối với lưu vực vừa và nhỏ có mưa tương đối đồng đều trên lưu vực thường chọn phương pháp mô hình lũ đơn vị, mô hình thông số tập trung.

c) Đối với các lưu vực lớn, mưa không đồng nhất trên mặt lưu vực, sự hình thành lũ trên lưu vực phức tạp, thường ứng dụng các mô hình toán thủy văn phân bố hoặc bán phân bố để diễn toán lũ về tuyến cửa ra.

d) Trình tự tính toán:

Bước 1: Chọn thời gian của trận mưa lớn nhất khả năng (1 ngày, 2 ngày,..., 5ngày,...), thời gian của trận mưa tùy thuộc vào diện tích lưu vực được chọn trên cơ sở phân tích thời gian mưa sinh lũ của những trận lũ đã xảy ra trên lưu vực;

Bước 2: Tính lượng mưa của trận mưa lớn nhất khả năng bằng một trong những phương pháp đã trình bày ở mục 5.5;

Bước 3: Tính quá trình mưa của trận mưa lớn nhất khả năng theo dạng điển hình của một trận mưa lớn đã xảy ra trong thực tế (xem 5.5.3);

Bước 4: Chọn mô hình diễn toán lũ từ mưa, xác định thông số mô hình và kiểm định mô hình. Trong trường hợp không có tài liệu đo lũ trên lưu vực có thể chọn thông số theo sự tổng hợp kinh nghiệm cho vùng nghiên cứu;

Bước 5: Tính toán quá trình lũ lớn nhất khả năng theo mô hình đã chọn.

7.5  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế khi xét đến BĐKH

7.5.1  Tính toán lượng mưa một ngày lớn nhất dựa trên kịch bản BĐKH

a) Sử dụng kịch bản BĐKH mới nhất được công bố để hiệu chỉnh lượng mưa một ngày lớn nhất có xét đến BĐKH.

b) Xác định lượng mưa một ngày lớn nhất thiết kế có xét đến BĐKH theo công thức:

X_{1Maxp BĐKH} = X_{1Maxp nền} x X_{1Maxp nền} x (ΔX_1Max/100)                          (120)

trong đó:

X_{1Maxp BĐKH}, X_{1Maxp nền} lần lượt là lượng mưa một ngày lớn nhất thiết kế có xét đến BĐKH và ở thời kì nền (mm);

ΔX_1Max  là hệ số biến đổi (%), dựa trên kịch bản và giai đoạn tính toán (ví dụ như được xác định từ hình 4.10 và 4.11 của kịch bản BĐKH 2020).

7.5.2  Tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế khi xét đến BĐKH

Tùy vào tình hình số liệu mưa lũ có sẵn trên lưu vực tính toán và phương pháp xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế thời kỳ nền, việc xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế khi xét đến BĐKH có thể tiến hành theo các cách sau:

Cách 1: Tính từ lượng mưa một ngày lớn nhất thiết kế

Tính lượng mưa một ngày lớn nhất thiết kế khi xét đến BĐKH theo cách tương tự như trong mục 5.3 và mục 7.5.1. Sau đó tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế khi xét đến BĐKH tương tự như các phương pháp trình bày trong mục 7.3.1;

Cách 2: Tính từ quan hệ giữa lưu lượng ngày lớn nhất với lưu lượng tức thời lớn nhất:

Xây dựng quan hệ giữa lưu lượng ngày lớn nhất (Q_{ngày max}) với lưu lượng tức thời lớn nhất (Q_{max tức thời}) thời kỳ nền để từ đó có thể xác định được sự thay đổi của Q_{max tức thời} khi xét đến BĐKH dựa trên sự thay đổi của Q_{ngày max} khi xét đến BĐKH. Dòng chảy thời đoạn ngày khi xét đến BĐKH có thể mô phỏng trực tiếp từ số liệu kịch bản của lượng mưa ngày khi xét đến BĐKH đã tính toán về lưu vực tính toán (mục 6.4.1) sử dụng mô hình toán thủy văn đã thiết lập cho thời kỳ nền (mục 6.2). Sau khi có số liệu dòng chảy ngày khi xét đến BĐKH, tiến hành xác định Q_{max tức thời} khi xét đến BĐKH dựa vào quan hệ giữa Q_{ngày max} với Q_{max tức thời}  thời kỳ nền. Có Q_{max tức thời}  khi xét đến BĐKH, tiến hành xác định lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế khi xét đến BĐKH. Độ chính xác của kết quả tính toán phụ thuộc mức độ chặt chẽ của quan hệ giữa Q_{ngày max} và Q_{max tức thời} và giả thiết mối quan hệ này không thay đổi trong tương lai;

Cách 3: Tính theo mô hình toán thủy văn thời đoạn ngắn như sau:

a) Xác định thời gian mưa thiết kế Ƭ cho lưu vực tính toán;

b) Xây dựng mô hình toán thủy văn mô phỏng dòng chảy thời đoạn ngắn tương tự như mục 7.2.1.3;

c) Xác định lượng mưa năm trung bình nhiều năm X_n khi xét đến BĐKH tương tự mục 6.4.1;

d) Xác định lượng mưa lớn nhất thời đoạn Ƭ thiết kế khi xét đến BĐKH tương tự như mục 5.4.2.1 với lượng mưa năm trung bình nhiều năm khi xét đến BĐKH đã được xác định ở bước c;

e) Xác định quá trình mưa lớn nhất thời đoạn Ƭ thiết kế khi xét đến BĐKH tương tự như mục 5.4.2.2;

f) Sử dụng mô hình toán thủy văn đã xây dựng ở bước b) để xác định lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất thiết kế khi xét đến BĐKH.

7.5.3  Tính toán tổng lượng lũ thiết kế khi xét đến BĐKH

Tùy vào tình hình số liệu mưa lũ thu thập cho lưu vực tính toán và phương pháp xác định tổng lượng lũ thời kỳ nền, việc xác định tổng lượng lũ thiết kế khi xét đến BĐKH được tiến hành theo các cách sau đây:

Cách 1: Tính theo quan hệ tương quan giữa đỉnh và tổng lượng lũ thời kỳ nền

Với giả thiết mối quan hệ này không thay đổi, tiến hành xác định tổng lượng lũ thiết kế khi xét đến BĐKH từ lưu lượng đỉnh lũ thiết kế khi xét đến BĐKH (tương tự như mục 7.2.2);

Cách 2: Tính theo quá trình mưa trận lũ thiết kế khi xét đến BĐKH

Tính chuyển mưa thời đoạn ngày khi xét đến BĐKH về mưa thời đoạn ngắn hơn và xác định quá trình mưa trận lũ thiết kế khi xét đến BĐKH như trình bày trong 5.4.2 2. Sau đó tính tổng lượng lũ thiết kế khi xét đến BĐKH từ quá trình lũ thiết kế khi xét đến BĐKH mô phỏng thông qua mô hình toán thủy văn thời đoạn ngắn đã thiết lập cho thời kỳ nền với đầu vào là quá trình mưa trận lũ thiết kế khi xét đến BĐKH;

Cách 3: Tính theo dòng chảy lũ khi xét đến BĐKH mô phỏng từ mô hình toán thủy văn thời đoạn ngắn.

Tổng lượng lũ thiết kế khi xét đến BĐKH được xác định từ dòng chảy lũ thiết kế mô phỏng từ mô hình toán thủy văn thời đoạn ngắn tương tự như cách 3 ở mục 7.5.2.

7.5.4  Tính toán quá trình lũ thiết kế khi xét đến BĐKH

Tùy vào tình hình số liệu mưa lũ thu thập cho lưu vực tính toán và phương pháp xác định quá trình lũ thiết kế thời kỳ nền, việc xác định quá trình lũ thiết kế khi xét đến BĐKH có thể tiến hành theo các cách sau đây:

Cách 1: Dựa trên dạng hình học kinh nghiệm đã trình bày trong 7.3.3. Tuy nhiên, các giá trị lưu lượng đỉnh lũ và tổng lượng lũ ứng với tần suất thiết kế sử dụng trong các công thức xác định các dạng hình học này là các giá trị khi xét đến BĐKH;

Cách 2: Xác định quá trình lũ thiết kế theo quá trình mưa trận lũ thiết kế khi xét đến BĐKH. Theo cách này, cần tính chuyển mưa thời đoạn ngày khi xét đến BĐKH về mưa thời đoạn ngắn hơn, sau đó xác định quá trình mưa trận lũ thiết kế khi xét đến BĐKH như trình bày trong 5.4. Cuối cùng, quá trình lũ thiết kế khi xét đến BĐKH được xác định thông qua mô hình toán thủy văn thời đoạn ngắn đã thiết lập cho thời kỳ nền với đầu vào là quá trình mưa trận lũ thiết kế khi xét đến BĐKH;

Cách 3: Xác định quá trình lũ thiết kế theo thu phóng quá trình lũ điển hình từ mô hình toán thủy văn thời đoạn ngắn. Theo cách này, quá trình lũ thiết kế khi xét đến BĐKH được xác định từ dòng chảy lũ thiết kế mô phỏng từ mô hình toán thủy văn thời đoạn ngắn tương tự như cách 3 ở mục 7.5.2.

7.6  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế đối với công trình có tác động của các công trình thượng và hạ lưu

7.6.1  Tính toán dòng chảy lũ thiết kế đối với công trình có tác động của các công trình thượng lưu

a) Trình tự tính toán:

Bước 1: Thu thập hoặc tính toán chuỗi trận lũ đến tuyến công trình. Thời kỳ đo đạc hoặc tính toán đồng bộ của chuỗi số liệu cần đảm bảo độ dài lớn hơn hoặc bằng 20 năm. Có thể thực hiện theo một trong hai cách sau:

1. Thu thập hoặc khôi phục chuỗi trận lũ tự nhiên đến tuyến công trình;

2. Thu thập hoặc khôi phục chuỗi trận lũ tự nhiên đến tuyến công trình bậc trên cùng và các khu giữa. Sau đó diễn toán quá trình dòng chảy trên sông hoặc qua hồ chứa lần lượt từ tuyến công trình bậc trên cùng xuống:

- Đối với đoạn sông có thể sử dụng các phương pháp diễn toán thủy văn hoặc thủy lực;

- Đối với hồ chứa sử dụng phương pháp tính toán điều tiết lũ (xem TCVN 10778). Giả định mực nước hồ ban đầu là Mực nước dâng bình thường, công trình xả lũ mở hoàn toàn.

Bước 2: Từ chuỗi số liệu đến tuyến công trình xác định trong Bước 1, phân tích tần suất xác định dòng chảy lũ thiết kế.

Việc lựa chọn lũ thiết kế tại tuyến công trình sẽ căn cứ vào điều kiện công trình cụ thể và kết quả tính toán theo hai cách.

b) Khi công trình tính toán có tần suất lũ thiết kế hoặc quy mô công trình nhỏ hơn các công trình bậc trên có thể giản hóa bằng cách chỉ tính cho một trận lũ thiết kế. Trong đó, dòng chảy lũ đến tuyến công trình bậc trên liền kề là dòng chảy lũ thiết kế đã xác định trong tài liệu thiết kế. Dòng chảy lũ khu giữa hai tuyến công trình ứng với tần suất thiết kế được xác định tương tự như ở Mục 7. Thực hiện phương pháp diễn toán lũ tương tự bước 1 mục a) để xác định quá trình lũ thiết kế đến công trình tính toán.

7.6.2  Lựa chọn lưu lượng an toàn tại tuyến phòng lũ và dung tích phòng lũ cho hệ thống hồ chứa:

Trình tự tính toán:

Bước 1: Thu thập hoặc khôi phục chuỗi số liệu lũ tự nhiên đến tuyến phòng lũ và các khu giữa;

Bước 2: Phân tích tần suất chuỗi lưu lượng đỉnh lũ tại tuyến phòng lũ, xác định lưu lượng đỉnh lũ tương ứng với tiêu chuẩn phòng lũ gọi là lưu lượng an toàn (q_at);

Bước 3: Lựa chọn một số trận lũ điển hình tại tuyến phòng lũ và tiến hành thu phóng về tần suất thiết kế;

Bước 4: Thu phóng quá trình lũ điển hình tại các khu giữa theo nguyên tắc đảm bảo cân bằng nước

trong đó W_{max pl} là tổng lượng lũ thiết kế tại tuyến phòng lũ (m³); W_{max i} là tổng lượng lũ tại các tiểu lưu vực (m³); n là số tiểu lưu vực. Các tiểu lưu vực có thể giới hạn bởi tuyến công trình hoặc trạm thủy văn. Trường hợp có hai hồ chứa trở lên trên cùng một dòng sông nhánh thì tính toán quá trình lũ cho hồ dưới cùng trước. Quá trình lũ đến hồ bậc trên có thể xác định theo tỷ lệ diện tích với quá trình lũ hồ bậc dưới hoặc thông qua phương pháp diễn toán dòng chảy;

Bước 5: Giả định dung tích phòng lũ cho các hồ chứa trong hệ thống và phương án vận hành hệ thống hồ chứa. Tính toán điều tiết lũ cho hệ thống hồ chứa theo thứ tự từ bậc trên cùng xuống và diễn toán dòng chảy đến tuyến phòng lũ;

Bước 6: Kiểm tra lưu lượng lớn nhất tại tuyến phòng lũ.

- Nếu q_{max pl} > q_at thì quay lại bước 5;

- Nếu q_{max pl} ≤ q_at thì xác định được dung tích phòng lũ của các hồ chứa và phương án vận hành phù hợp. Phân tích lựa chọn phương án có lợi nhất về kinh tế và kỹ thuật;

Trường hợp không tìm được phương án dung tích phòng lũ và vận hành đảm bảo yêu cầu phòng lũ thì cần quay lại bước 2 để hạ thấp tiêu chuẩn phòng lũ.

8  Tính toán dòng chảy nhỏ nhất thiết kế

8.1  Tính toán dòng chảy nhỏ nhất thiết kế khi có nhiều số liệu đo đạc

a) Khi có chuỗi số liệu đo đạc dòng chảy nhỏ nhất (lưu lượng một ngày nhỏ nhất Q_{ngay min}, một tháng nhỏ nhất Q_{thang min}, và ba tháng nhỏ nhất Q_{3thang min}), cần kiểm định chuỗi số liệu thông qua các chỉ tiêu thống kê (xem mục F.1). Ngoài ra còn cần đánh giá tài liệu thông qua quan hệ giữa lưu lượng nhỏ nhất ngày và nhỏ nhất tháng và tìm các điểm đột xuất để phân tích tính hợp lý hoặc loại bỏ nó;

b) Từ chuỗi số liệu đủ dài sau bước phân tích trên, tiến hành xác định các tham số thống kê của đường tần suất dòng chảy nhỏ nhất (Q_{min tb}, C_v, C_s) từ đó tính ra dòng chảy nhỏ nhất thiết kế (xem 5.1.1.1).

8.2  Tính toán dòng chảy nhỏ nhất thiết kế khi có ít số liệu đo đạc

a) Sử dụng phương pháp lưu vực tương tự để tính toán. Có 2 trường hợp xảy ra:

1) Chuỗi số liệu đo đạc đủ để phân tích tương quan với lưu vực tương tự với hệ số tương quan ≥ 0.8 thì tiến hành kéo dài chuỗi số liệu của lưu vực nghiên cứu theo lưu vực tương tự rồi tính toán như khi có nhiều số liệu. Khi chọn lưu vực tương tự cần chú ý tới đặc điểm các nhân tố ảnh hưởng tới dòng chảy nhỏ nhất của hai lưu vực. Để đánh giá mức độ tương quan cần kiểm tra tỷ số Q_{thang tt}/ Q_{thang nc}, trong đó Q_{thang tt} và Q_{thang nc} lần lượt là lưu lượng bình quân tháng của lưu vực tương tự và lưu vực nghiên cứu (m³/s). Nếu tỷ số ổn định thì hai lưu vực được coi là tương tự;

2) Nếu chuỗi đo đạc ngắn không đủ để phân tích tương quan thì tính toán một cách gián tiếp theo các bước sau:

Bước 1: Chọn lưu vực tương tự có chuỗi đo đạc dài;

Bước 2: Xét sự tương tự của dòng chảy bình quân một tháng nhỏ nhất giữa hai lưu vực có ổn định không (tính α = Q_{thang min tt} /Q_{thang min nc}). Nếu hệ số α trong mấy năm đo đạc không biến đổi nhiều thì chuyển sang bước 3. Còn nếu hệ số α mà biến đổi nhiều thì phải tính toán như trường hợp không có số liệu đo đạc;

Bước 3: Tính dòng chảy bình quân một tháng nhỏ nhất ứng với tần suất thiết kế của lưu vực tương tự;

Bước 4: Tính dòng chảy bình quân một tháng nhỏ nhất ứng với tần suất thiết kế của lưu vực nghiên cứu:

Q _{thang min nc P%} = α_tb x Q_{thang min tt P%}                        (122)

trong đó:

Q _{thang min nc P%}, Q_{thang min tt P%} là lưu lượng bình quân một tháng nhỏ nhất của lưu vực tính toán và lưu vực tương tự ứng với tần suất thiết kế (m³/s);

α_tb là trị số trung bình của các năm có số liệu.

b) Sử dụng mô hình toán thủy văn với thời đoạn ngày để tính toán kéo dài dòng chảy từ dữ liệu mưa và bốc hơi. Các thông số mô hình được xác định dựa trên chuỗi dòng chảy thực đo tại trạm thủy văn trên lưu vực nghiên cứu. Sau khi kéo dài chuỗi số liệu thì tính toán tương tự như trường hợp có nhiều số liệu đo đạc.

8.3  Tính toán dòng chảy nhỏ nhất thiết kế khi không có số liệu đo đạc

a) Dòng chảy nhỏ nhất thiết kế được tính toán từ việc ước tính gần đúng các đặc trưng thống kê của đường tần suất lưu lượng dòng chảy nhỏ nhất như Q_{min tb}, C_v và C_S;

b) Tính gần đúng giá trị lưu lượng bình quân dòng chảy nhỏ nhất (Q_{min tb}) theo các phương pháp sau:

1) Mượn mô đun dòng chảy nhỏ nhất của lưu vực tương tự;

2) Dùng bản đồ phân vùng mô đun dòng chảy nhỏ nhất (xem mục D.1);

3) Sử dụng các quan hệ tương quan giữa lưu lượng bình quân dòng chảy nhỏ nhất với lưu lượng bình quân năm (chỉ sử dụng đối với lưu vực lớn):

trong đó Q _{ngay min tb} , Q _{thang min tb}, Q _{3thang min tb}, Q _{năm tb} lần lượt là lưu lượng bình quân một ngày nhỏ nhất, một tháng nhỏ nhất, ba tháng nhỏ nhất và lưu lượng bình quân năm (m³/s);

c) Tính gần đúng hệ số C_v, C_s dòng chảy nhỏ nhất như sau:

1) Tính C_v dựa vào bảng tra hoặc bản đồ phân vùng hệ số C_v (xem mục D.2);

2) Hệ số thiên lệch C_s được xác định theo công thức C_s = m x C_v, trong đó m được lấy theo lưu vực tương tự. Trong trường không chọn được lưu vực tương tự có thể lấy C_s = 2C_v.

9  Tính toán dòng chảy bùn cát

9.1  Tính toán bùn cát lơ lửng trong trường hợp có nhiều số liệu đo đạc bùn cát lơ lửng

Khi có nhiều số liệu đo đạc, các đặc trưng bùn cát lơ lửng được tính toán theo các công thức sau:

a) Lưu lượng bùn cát lơ lửng trung bình nhiều năm:

b) Hàm lượng bùn cát lơ lửng bình quân nhiều năm:

c) Tổng lượng bùn cát lơ lửng qua mặt cắt trong một năm bình quân nhiều năm:

trong đó:

Ri là lưu lượng bùn cát lơ lửng năm thứ i (kg/s);

n là độ dài chuỗi số lưu lượng bùn cát lơ lửng;

Qo là lưu lượng dòng chảy chuẩn (m³/s);

β là khối lượng riêng bùn cát lơ lửng được xác định theo thực nghiệm và thường dao động từ 1,1 tấn/m³ đến 1,25 tấn/m³.

9.2  Tính toán bùn cát lơ lửng trong trường hợp có ít số liệu đo đạc bùn cát lơ lửng

Trong trường hợp có ít số liệu đo đạc, có thể tính toán bùn cát lơ lửng theo 2 cách sau:

a) Dùng quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy trung bình năm (Q_i) và lưu lượng bùn cát lơ lửng trung bình năm (R_i) để kéo dài chuỗi số liệu lưu lượng bùn cát lơ lửng trung bình năm sau đó tính như trường hợp có nhiều tài liệu;

b) Sử dụng mô hình toán thủy văn, thủy lực để tính toán lưu lượng bùn cát lơ lửng. Các thông số mô hình sử dụng từ các thông số mô hình của lưu vực tương tự.

9.3  Tính toán bùn cát lơ lửng trong trường hợp không có số liệu đo đạc bùn cát lơ lửng

Tính bùn cát lơ lửng của lưu vực nghiên cứu theo tài liệu bùn cát lơ lửng của lưu vực tương tự: tiến hành tính toán cho lưu vực tương tự rồi tính chuyển đổi về lưu vực nghiên cứu (tham khảo tài liệu các trạm đo đạc bùn cát lơ lửng tại Phụ lục E).

9.4  Tính toán tổng lượng bùn cát

Tổng lượng bùn cát trong sông trong một thời đoạn nào đó được tính bằng tổng lượng bùn cát lơ lửng và lượng bùn cát đáy. Trường hợp không có số liệu thực đo bùn cát đáy có thể tính theo kinh nghiệm bằng lượng bùn cát lơ lửng nhân kệ số K= (1,2 ~ 1,4) với sông vùng núi và K= (1,05 ~1,2) với sông vùng đồng bằng.

10  Tính toán mực nước và lưu lượng thiết kế cho các công trình trên sông, kênh

10.1  Tính toán mực nước thiết kế

10.1.1  Lựa chọn mực nước tính toán

Việc xác định mực nước tính toán tùy thuộc vào nhiệm vụ thiết kế công trình, khu vực tính toán có bị ảnh hưởng triều hay không, và mực nước đặc trưng của từng bài toán.

a) Đối với công trình thuộc vùng không ảnh hưởng triều

Mực nước tính toán có thể là trung bình của các mực nước đặc trưng giờ hoặc ngày trong thời đoạn tính toán (T); là mực nước lớn nhất của từng thời đoạn (trận lũ, tuần, tháng, năm); là mực nước nhỏ nhất từng thời đoạn (đợt kiệt, tuần, tháng, năm).

b) Đối với công trình thuộc vùng ảnh hưởng triều

Mực nước tính toán là trung bình của các mực nước đặc trưng tại các đỉnh triều hoặc chân triều của một quá trình triều được chọn đại biểu cho từng năm với thời đoạn tính toán T, được tính theo công thức:

trong đó: Hi là mực nước đặc trưng tại các đỉnh triều (hoặc chân triều) (m); m là số đỉnh triều (hoặc chân triều) của quá trình triều được chọn với thời đoạn tính toán T.

- Đối với công trình tiêu nước từ đồng ra sông: chọn mỗi năm một con triều cao nhất với thời đoạn tính toán (T), xác định mực nước H_i tại các đỉnh triều của con triều đã chọn.

Trong thời kỳ triều kém sẽ xuất hiện chân triều cao gây bất lợi cho quá trình tiêu thì có thể xem xét bất lợi về mặt thời gian, nhưng vẫn sử dụng mực nước đỉnh triều làm mực nước đặc trưng để đảm bảo tính bất lợi về cao trình mực nước thiết kế. Trong vùng bán nhật triều, hàng ngày có 2 đỉnh triều thì chọn đỉnh triều cao làm mực nước đặc trưng.

- Đối với công trình tưới lấy nước từ sông vào đồng: chọn mỗi năm một con triều thấp nhất với thời đoạn tính toán (T), xác định mực nước H_i tại các chân triều của con triều đã chọn.

Vào thời kỳ triều cường sẽ xuất hiện các chân triều thấp gây bất lợi cho quá trình tưới nên có thể chọn chân triều thấp làm mực nước đặc trưng. Trong vùng bán nhật triều, hàng ngày có 2 chân triều thì chọn chân triều thấp làm mực nước đặc trưng để đảm bảo tính bất lợi cho công trình tưới.

c) Đối với hệ thống sông có tiêu chuẩn thiết kế riêng đã được ban hành, đã có lưu lượng thiết kế và mực nước thiết kế thì chỉ cần tính truyền dẫn thủy lực đến tuyến công trình.

d) Đối với những công trình đặc thù, ngoài việc áp dụng tiêu chuẩn này, khi thiết kế cần vận dụng kinh nghiệm khai thác và nghiên cứu của các công trình tương tự.

10.1.2  Tính toán mực nước thiết kế khi có nhiều số liệu

a) Nếu chuỗi số liệu thực đo mực nước bị ảnh hưởng bởi việc xây dựng công trình ở thượng và hạ lưu, thì cần tách chuỗi số liệu thực đo thành 2 giai đoạn (trước và sau khi xây dựng công trình) để kiểm định tính đồng nhất theo một trong các phương pháp quy định trong mục F.1.4.

b) Nếu chuỗi có tính đồng nhất, tiến hành xác định mực nước thiết kế theo phương pháp thống kê xác suất (xem 5.1.1.1);

c) Nếu chuỗi số liệu không đồng nhất, chỉ lựa chọn thời kỳ gần nhất và tính như trường hợp ít tài liệu (xem 10.1.3).

10.1.3  Tính toán mực nước thiết kế khi có ít số liệu

Trong trường hợp có ít số liệu đo đạc, có thể sử dụng một trong hai phương pháp: Phương pháp phân tích tương quan và phương pháp mô hình toán thủy văn, thủy lực:

10.1.3.1  Phương pháp phân tích tương quan

Bước 1: Phân tích tương quan giữa số liệu trạm nghiên cứu với các trạm tương tự. Nếu hệ số tương quan ≥ 0,8 thì xây dựng phương trình hồi quy;

Bước 2: Xác định mực nước thiết kế của trạm tương tự như trường hợp có nhiều tài liệu (xem 10.1.2);

Bước 3: Sử dụng phương trình hồi quy đã xác định ở bước 1, xác định mực nước thiết kế của trạm nghiên cứu theo mực nước thiết kế của trạm tương tự.

10.1.3.2  Phương pháp mô hình toán thủy văn, thủy lực

Đề nghị dùng phương pháp mô hình toán thủy văn, thủy lực. Các bước tính toán đối với mô hình thủy lực như sau:

Bước 1: Căn cứ tuyến hoặc vị trí công trình và nguồn tài liệu (mặt cắt sông, mưa, mực nước, lưu lượng, thông số các công trình...) để thiết lập sơ đồ thủy lực, xác định biên trên và biên dưới;

Bước 2: Xác định quá trình lưu lượng tại các nút biên Q;

Bước 3: Xác định quá trình mực nước các nút biên H;

Bước 4: Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình xác định bộ thông số của mô hình;

Bước 5: Sử dụng mô hình để mô phỏng đường quá trình mực nước tại mặt cắt tuyến hoặc vị trí công trình;

Bước 6: Trích kết quả mực nước (hoặc lưu lượng) tại tuyến hoặc vị trí công trình để phân tích tần suất lựa chọn mực nước thiết kế.

10.1.4  Tính toán mực nước thiết kế khi không có số liệu

Có thể sử dụng 2 phương pháp sau:

a) Phương pháp nội suy (hoặc tương quan) được tiến hành khi có số liệu đo đạc cả ở tuyến trên và tuyến dưới của công trình, tính toán theo quy luật tuyến tính với khoảng cách từ công trình đến trạm đo mực nước. Điều kiện ứng dụng là: tuyến công trình có khoảng cách không lớn đến tuyến trạm đo; nhập lưu khu giữa nhỏ; điều kiện địa hình lòng sông biến đổi đều;

b) Phương pháp mô hình toán thủy văn, thủy lực như đã trình bày trong 10.1.3.

10.2  Xác định đường quá trình mực nước thiết kế

10.2.1  Xác định quá trình mực nước thiết kế khi có nhiều số liệu đo đạc

a) Bước 1: Xác định thời gian tính toán T, phụ thuộc vào nhiệm vụ của công trình;

b) Bước 2: Lựa chọn đường quá trình mực nước điển hình (H~t_đh) thuộc năm điển hình có trị số mực nước H_đh xấp xỉ H_P% đã xác định ở mục 10.1.2 và có hình dạng bất lợi cho bài toán thiết kế.