6 phương pháp hàng đầu để ước tính xả lũ
Bài viết này đưa ra ánh sáng dựa trên sáu phương pháp hàng đầu để ước tính xả lũ. Các phương pháp là: 1. Phương pháp bắt-chạy-tắt 2. Công thức thực nghiệm 3. Phương pháp hợp lý 4. Diện tích mặt cắt ngang và độ dốc của giường 5. Diện tích mặt cắt ngang và vận tốc như được quan sát tại vị trí cầu 6. Các bản ghi có sẵn.
Phương pháp # 1. Phương pháp Bắt-Chạy-Tắt:
Khu vực lưu vực là khu vực chỉ huy của một con sông nơi dòng sông lấy nguồn cung cấp nước. Diện tích lưu vực được tính toán từ bản đồ đường viền và lưu lượng xả lũ được ước tính từ công thức Run Run-off .
Lượng mưa được đo bằng máy đo mưa tính bằng milimét. Từ kỷ lục lượng mưa hàng ngày, lượng mưa hàng năm cho một khu vực được xác định. Lượng mưa hàng năm thay đổi từ nơi này sang nơi khác và do đó, lượng mưa được ghi nhận trong một khoảng thời gian đáng kể, ví dụ như năm mươi năm, rất hữu ích trong việc thu được lượng mưa tối đa được ghi lại trong giai đoạn này.
Ước tính lượng xả lũ tối đa phải dựa trên lượng mưa tối đa được ghi nhận này. Bảng 3.1 đưa ra kỷ lục lượng mưa ở các khu vực khác nhau của Liên minh Ấn Độ trong khoảng thời gian 15 năm (1935-1949).
Dòng chảy được định nghĩa là tỷ lệ nước trong tổng lượng mưa trong khu vực lưu vực chảy đến dòng nước, kênh hoặc sông. Không cần phải đề cập rằng lượng mưa đầy đủ không đến được dòng nước vì một số lượng được ngâm trong đất để tạo thành tầng nước dưới đất, một lượng được hấp thụ bởi thảm thực vật, một số lượng bị bay hơi và phần còn lại chỉ chảy đến kênh hoặc sông.
Làm thế nào nước mưa đến kênh hoặc sông từ khu vực lưu vực được thể hiện trong Hình 3.1 và Hình 3.2.
Diện tích lưu vực của dòng suối hoặc thượng nguồn của vị trí cầu có được bằng cách đánh dấu đường sườn núi của bản đồ đường viền và đo diện tích được bao quanh bởi đường sườn núi này với sự trợ giúp của máy đo mặt phẳng hoặc vẽ đồ thị bằng giấy.
Khả năng lượng mưa lớn rơi đồng thời trên toàn bộ diện tích của một lưu vực lớn là ít hơn và do đó, một tỷ lệ nhỏ hơn có thể được thực hiện. Một yếu tố quan trọng khác quyết định tỷ lệ phần trăm của dòng chảy là hình dạng của lưu vực.
Hình 3.1 và hình 3.2 cho thấy hai loại lưu vực. Trong lưu vực đơn thông thường, lưu vực dài và hẹp có một số nhánh ngắn tham gia vào dòng chính.
Trong lưu vực như vậy, các cơn bão có thời gian ngắn hơn gây ra lũ lụt tối đa, sẽ không đến được vị trí cầu gần như cùng một lúc và do đó dòng chảy trong khu vực lưu vực như vậy sẽ ít hơn so với lưu vực giống như hình quạt.
Trong trường hợp thứ hai, các nhánh sông dài hơn và ít về số lượng và do đó, dòng chảy của chúng sẽ đến vị trí cầu gần như đồng thời gây ra sự tập trung dòng chảy trong các cơn bão có thời gian ngắn hơn. Do đó, ngay cả khi diện tích lưu vực, số lượng, thời lượng mưa, v.v ... giống nhau cho cả hai loại lưu vực, dòng chảy tại vị trí cầu sẽ nhiều hơn cho lưu vực hình quạt so với lưu vực đơn thông thường.
Tỷ lệ phần trăm thay đổi từ 20 phần trăm đến 70 phần trăm tùy thuộc vào hình dạng và tính chất của lưu vực. Độ xốp của đất; đó là, cho dù là cát, đất sét hay đá; mức độ bão hòa trước đó; diện tích được che phủ bởi rừng; sự hiện diện của hồ, ao, đầm lầy, hồ chứa nhân tạo, v.v.; xác định tỷ lệ phần trăm hết.
Do đó, trong khi ước tính việc xả lũ từ khu vực lưu vực, các yếu tố nói trên sẽ được xem xét hợp lệ.
Như đã thảo luận trước đây, việc hết hạn phụ thuộc vào các yếu tố sau:
(i) Mức độ xốp và mức độ bão hòa của đất trong khu vực lưu vực.
(ii) Hình dạng và độ dốc của khu vực lưu vực.
(iii) Chướng ngại vật chảy như rễ cây, bụi rậm, v.v.
(iv) Mức độ thảm thực vật.
(v) Nhà nước tu luyện.
(vi) Lượng bốc hơi.
(vii) Cường độ mưa; Run-off sẽ nhiều hơn nếu cùng một lượng mưa nói rằng 50 mm trong khoảng thời gian rất ngắn, giả sử, hai giờ so với lan truyền trong một khoảng thời gian lớn hơn, giả sử, 24 giờ trong trường hợp đó là ở dạng mưa phùn.
(viii) Tổng lượng mưa trong khu vực lưu vực.
Phương pháp # 2. Công thức thực nghiệm :
Việc xả lũ có thể được đánh giá bằng cách sử dụng các công thức thực nghiệm khác nhau liên quan đến diện tích lưu vực và một số hệ số tùy thuộc vào vị trí của lưu vực.
i) Công thức của Dicken
Công thức này (ban đầu được phát minh cho miền Bắc Ấn Độ nhưng hiện có thể được sử dụng ở hầu hết các bang của Ấn Độ với việc sửa đổi giá trị của hệ số C) được đưa ra bởi:
Ví dụ minh họa 1:
Diện tích của một lưu vực là 800 sq.km. Khu vực này nằm ở phía Tây Ấn Độ trong vòng 150 km. từ bờ biển. Ước tính mức xả lũ tối đa bằng cách sử dụng các công thức thực nghiệm khác nhau và so sánh lưu lượng xả lũ:
Công thức này chỉ áp dụng cho Nhà nước Madras (Tamil N Nikol) và như vậy mang lại giá trị thấp không được xem xét
So sánh việc xả lũ được thực hiện bằng nhiều công thức khác nhau:
Phương pháp # 3. Phương pháp hợp lý:
Nếu R là tổng lượng mưa tính bằng cm trong thời gian T giờ thì cường độ trung bình của lượng mưa, tôi tính bằng cm mỗi giờ trong tổng thời gian của cơn bão được đưa ra bởi
I = R / T (3.6)
Trong một khoảng thời gian nhỏ, t, cường độ mưa, i, có thể rõ ràng hơn từ Hình 3.3 vì cường độ trung bình trong một khoảng thời gian nhỏ, t, nhiều hơn cường độ trung bình trong toàn bộ khoảng thời gian, T
Mối quan hệ giữa tôi và tôi có thể được hiển thị là:
Trong đó C là một hằng số và có thể được coi là sự thống nhất cho tất cả các mục đích thực tế.
Nếu t = một giờ và i tương ứng được lấy là i và giá trị của I được lấy từ phương trình 3.6
Từ phương trình 3.9, i o (Lượng mưa một giờ) có thể được tính toán nếu biết tổng lượng mưa R và thời gian của cơn bão nghiêm trọng nhất. Nên xem xét một số cơn bão lớn lan rộng trong một thời gian dài và tôi có thể được tính cho từng trường hợp và giá trị tối đa của U sẽ được lấy theo lượng mưa trong một giờ của khu vực để ước tính xả lũ.
Từ một hồ sơ của Cục Khí tượng, Govt. của Ấn Độ, các giá trị của i o cho các địa điểm khác nhau của Liên minh Ấn Độ được sao chép trong Bảng 3.2:
Thời gian tập trung được định nghĩa là thời gian của dòng chảy để đến vị trí cầu từ điểm xa nhất của lưu vực được gọi là điểm tới hạn.
Vì thời gian tập trung phụ thuộc vào độ dài, độ dốc và độ nhám của lưu vực, nên mối quan hệ được thiết lập với các yếu tố như sau:
Ở đâu = Thời gian cô đặc tính bằng giờ.
H = Giảm cấp độ từ điểm tới hạn đến vị trí của cây cầu tính bằng mét.
L = Khoảng cách từ điểm tới hạn đến vị trí của cây cầu tính bằng Km.
Các giá trị của H và L có thể được tìm thấy từ bản đồ đường viền của khu vực lưu vực.
Cường độ tới hạn của lượng mưa, I c, tương ứng với thời gian tập trung, T c, được lấy từ phương trình 3.9 xem xét I = I c tương ứng với T = T c .
Ước tính của Run-off:
Một centimet lượng mưa trên diện tích một ha cho ra 100 cu. m mỗi giờ. Do đó, lượng mưa I c cm mỗi giờ trên diện tích A ha sẽ gây ra sự cạn kiệt 100 AI c cu. m mỗi giờ.
Nếu tổn thất do hấp thụ, vv được xem xét thì việc hết hạn được đưa ra bởi:
Q = 100 PI C Một giờ mỗi giờ
= 0, 028 PI C A cu.m / giây (3.12)
Trong đó P = Hệ số phụ thuộc vào độ xốp của đất, lớp phủ thực vật, trạng thái bão hòa ban đầu của đất, v.v.
Các giá trị của P đối với các điều kiện khác nhau của cung tròn lưu vực được đưa ra trong Bảng 3.3:
Ngoài hệ số, P, một hệ số khác, f, được giới thiệu trong công thức tính toán hết. Khi diện tích lưu vực ngày càng lớn hơn, khả năng tiếp cận dòng chảy đến vị trí cầu đồng thời từ tất cả các phần của lưu vực ngày càng ít đi và do đó giá trị của f giảm dần khi diện tích lưu vực tăng lên.
Bảng 3.4 đưa ra giá trị của f trong phương trình 3.13 xuất phát từ phương trình 3.12 với việc giới thiệu hệ số, f, trong đó.
Q = 0, 028PfI c A cu.m / giây. (3.13)
Ví dụ minh họa 2:
Diện tích lưu vực của một con sông là 800 Sq. Km. và bao gồm đất cát với thảm thực vật dày. Chiều dài của lưu vực là 30 Km. và mức độ giảm của điểm tới hạn và vị trí cây cầu lần lượt là 200 m và 50 m.
Tìm ra lưu lượng bão lớn nhất bằng Phương pháp Rational giả sử rằng lượng mưa trong 5 giờ là 20 cm. Điều gì sẽ là xả cao điểm nếu khu vực lưu vực là đất sét phủ nhẹ hoặc bằng đá dốc nhưng có rừng?
Tối đa hết hạn, từ phương trình 3.13
Q = 0, 028 Pfl c A cu.m / giây
Trong trường hợp hiện tại đối với diện tích lưu vực gồm đất cát với thảm thực vật dày,
A = 800 sq.km = 80.000 ha; P từ bảng 3.3 = 0.10; f từ bảng 3, 4 = 0, 60; Tôi c = 2, 98 cm / giờ
. . . Q = 0, 028 PfI c A = 0, 028 x 0, 10 x 0, 60 x 2, 98 x 80.000 = 400 cum / giây.
Khi diện tích lưu vực là đất sét phủ nhẹ, P từ bảng 3.3 = 0, 50, các giá trị của A, f và I c vẫn như trước.
. . . Q = 0, 028 PfI c A = 0, 028 x 0, 50 x 0, 60 x 2, 98 x 80.000 = 2003 cum / giây.
Trong trường hợp diện tích lưu vực có đá dốc nhưng có rừng, P từ bảng 3.3 = 0, 80
. . . Q = 0, 028 PfI c A = 0, 028 x 0, 80 x 0, 60 x 2, 98 x 80.000 = 3204 cum / giây.
Do đó, có thể lưu ý từ ví dụ minh họa rằng dòng chảy cực đại phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của lưu vực, các yếu tố khác vẫn giữ nguyên và thay đổi từ 400 cum / giây đến 3204 cum / giây khi mức độ xốp và hấp thụ của khu vực lưu vực là rất cao hoặc rất thấp.
Do đó, Phương pháp Rational rất thực tế và xem xét tất cả các yếu tố có liên quan điều chỉnh mức cao điểm. Các công thức thực nghiệm không xem xét các yếu tố này ngoại trừ một số điều chỉnh về giá trị của hệ số C và do đó, không thực tế lắm.
Phương pháp # 4. Diện tích mặt cắt ngang và độ dốc của giường :
Theo phương pháp này, lưu lượng được tính từ công thức của Manning,
Trong đó A = diện tích mặt cắt ngang của luồng được đo từ HFL
n = độ co đồng hiệu quả.
R = độ sâu trung bình thủy lực và bằng tỷ lệ của diện tích mặt cắt ngang, với chu vi ướt, P
S = độ dốc đáy của luồng đo được trên một khoảng cách hợp lý.
Trong một dòng suối có bờ và bờ không bị xói mòn, hình dạng và kích thước của mặt cắt thực tế vẫn giống nhau trong trận lụt như ở thời điểm bình thường và do đó, mặt cắt bình thường và chu vi có thể được sử dụng để tính toán lưu lượng .
Nhưng trong một dòng chảy qua vùng phù sa, diện tích mặt cắt ngang và chu vi có thể thay đổi khi lũ lụt cao nhất do sự cọ rửa của các bờ và lòng sông và do đó để ước tính mức xả lũ tối đa, độ sâu của quét phải được xác định đầu tiên và các giá trị của diện tích mặt cắt ngang và chu vi sau đó có thể được tính bằng cách lấy các mức của giường theo các khoảng nhất định.
Giá trị của hệ số độ đục phụ thuộc vào bản chất của giường và bờ suối và cần có sự chăm sóc thích hợp trong việc lựa chọn giá trị đúng của hệ số này để có được lưu lượng chính xác. Một số giá trị của hệ số rugosity, n, được đưa ra trong bảng dưới đây cho các loại điều kiện bề mặt khác nhau.
Ví dụ minh họa 3:
Một con sông có mực nước ở mức lũ cao nhất trong những khoảng thời gian nhất định như trong Hình 3.4. RL của các giường thấp nhất ở thượng nguồn 500 m và 500 hạ lưu lần lượt là 107, 42 m và 105JO m. Tính toán xả lũ tối đa nếu dòng sông có bờ khá sạch, thẳng nhưng có một ít cỏ dại và đá.
Dung dịch:
Có thể tìm thấy diện tích của mặt cắt A tại HFL bằng cách chia khu vực thành các dải như BPC, PCDO, ODEN, v.v.:
Chu vi ướt P tại HFL là đường giường BCDEFGHI là tổng của độ dài của đường BC, CD, DE, v.v. Độ dài này có thể được xử lý như dưới đây (Xem hình 3.5):
Độ dốc của giường, S, là mức chênh lệch mức của giường thấp nhất ở thượng nguồn 500 m và hạ lưu 500 m chia cho khoảng cách.
Phương pháp # 5. Diện tích mặt cắt ngang và vận tốc như được quan sát tại vị trí cầu :
Diện tích mặt cắt ngang được đo bằng cách lấy một loạt các cấp của dòng sông tại HFL theo các khoảng nhất định. Vận tốc trong trường hợp này được xác định tại chỗ bằng cách đo trực tiếp vận tốc thay cho tính toán lý thuyết từ độ dốc giường, v.v.
Để đo vận tốc trực tiếp, dòng sông được chia thành vài phần chiều rộng và sau đó vận tốc cho mỗi phần được xác định bởi bề mặt nổi được đặt ở trung tâm của mỗi phần.
Thời gian của phao mất khoảng cách cố định được ghi nhận bằng đồng hồ bấm giờ và quãng đường di chuyển của phao chia cho thời gian thực hiện là vận tốc bề mặt của luồng. Vận tốc bề mặt như vậy sẽ được xác định cho từng phần và giá trị trung bình trọng lượng đạt được cho mục đích ước tính xả lũ.
Vận tốc nhỏ nhất ở vùng lân cận của giường và bờ và có nghĩa là tại đường trung tâm của dòng chảy tại điểm 0, 3 d dưới bề mặt, trong đó, d, là độ sâu của nước (xem Hình 3.6). Nếu V, là vận tốc trên bề mặt, V b là vận tốc ở đáy và V m là vận tốc trung bình thì mối quan hệ của chúng có thể được thiết lập theo phương trình sau,
V m = 0, 7 V s = 1, 3 V b (3, 15)
Sau khi xác định vận tốc trung bình của dòng chảy, việc xả lũ được lấy bằng;
Q = AV m (3.16)
Phương pháp # 6. Bản ghi có sẵn :
Trong một số trường hợp, có thể có lưu lượng xả lũ tối đa được đo tại các vị trí đập hoặc đập. Giá trị này có thể được so sánh với giá trị gia công lý thuyết và giá trị cuối cùng có thể được chọn. Do đó, việc xả lũ thu được, mặc dù rất thực tế, phải chịu một nhược điểm. tuổi của hồ sơ, vì đập hoặc rào chắn chủ yếu là xây dựng gần đây.
Lưu lượng xả lũ tốt nhất là giá trị được ghi nhận tối đa 100 năm đối với các cây cầu quan trọng và giá trị được ghi nhận là 50 năm đối với các cây cầu ít quan trọng hơn. Các thuật ngữ Giá trị 100 năm của Giá trị và các giá trị của 50 năm được xác định là mức xả đỉnh cao nhất thời xảy ra trên mức trung bình một lần trong 100 năm hoặc một lần trong 50 năm.
Cụm từ trên trung bình có nghĩa là tất cả các lần xả đỉnh được quan sát trong khoảng thời gian 100 năm hoặc 50 năm như trường hợp có thể và trung bình của các đỉnh được thực hiện.
