Lựa chọn hàm phân bố xác suất phù hợp cho dòng chảy năm và dòng chảy lũ ở Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhằm giúp cho các nhà tư vấn thiết kế thuỷ văn có thể lựa chọn nhanh các hàm phân bố tần suất phù hợp trong tính toán dòng chảy năm và dòng chảy lũ, nghiên cứu này sẽ đánh giá một số hàm phân bố tần suất thông dụng ở Việt Nam dựa trên một số chỉ tiêu kiểm định và ứng dụng cho một số trạm thuỷ văn có số liệu tin cậy.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Lựa chọn hàm phân bố xác suất phù hợp cho dòng chảy năm và dòng chảy lũ ở Việt Nam

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5 LỰA CHỌN HÀM PHÂN BỐ XÁC SUẤT PHÙ HỢP CHO DÒNG CHẢY NĂM VÀ DÒNG CHẢY LŨ Ở VIỆT NAM Ngô Lê An Trường Đại học Thuỷ lợi, email: nlan@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG  i1 (yi  yi )2 n ˆ RMSE  Trong tính toán thuỷ văn thiết kế, các hàm n phân bố xác suất thường được sử dụng để trong đó: k là số tham số của hàm, n là kích ước tính các giá trị lưu lượng thiết kế ứng với  thước mẫu, L là giá trị lớn nhất của hàm hợp một thời kỳ lặp lại nào đó. Theo tiêu chuẩn ˆ lý đối với phân bố, yi là giá trị ước tính thứ i 13615:2022 về Tính toán các đặc trưng thuỷ văn có đưa ra một số các dạng hàm phân bố và yi là giá trị đo đạc thứ i. Cả ba chỉ tiêu xác suất thường dùng trong thuỷ văn, và việc này có trị số càng bé thì hàm phân bố càng lựa chọn phân bố phù hợp sẽ dựa trên việc vẽ phù hợp. đường tần suất lý luận hoặc dựa trên chỉ tiêu Dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu là các kiểm định thống kê. dữ liệu đo dòng chảy trung bình năm (Qn) và Hiện nay, các nghiên cứu về lưạ chọn giá trị dòng chảy tức thời lớn nhất năm hàm phân bố xác suất tính toán thuỷ văn thiết (Qmax) tại 12 trạm thuỷ văn phân bố đều ở kế đã được thực hiện tại Việt Nam [1], [2]... Việt Nam. Để đảm bảo chuỗi dữ liệu được Tuy nhiên, các nghiên cứu này chủ yếu tập đồng nhất, các số liệu đo dòng chảy chỉ được trung vào đối tượng mưa cực trị, các nghiên thu thập trong giai đoạn không bị ảnh hưởng cứu về phân tích tần suất dòng chảy năm và bởi các công trình điều tiết trên hệ thống. dòng chảy lũ tại Việt Nam còn chưa nhiều. Bảy phân bố xác suất được dùng trong Nhằm giúp cho các nhà tư vấn thiết kế nghiên cứu này là : Gamma, GEV (Generalized thuỷ văn có thể lựa chọn nhanh các hàm phân Extreme Value), Gumbel (EVI), Log-Normal, bố tần suất phù hợp trong tính toán dòng Log-Pearson Type III, Normal, Pearson Type III. chảy năm và dòng chảy lũ, nghiên cứu này sẽ Với mỗi chuỗi số liệu dòng chảy, từng đánh giá một số hàm phân bố tần suất thông hàm phân bố lý thuyết sẽ được khớp với dụng ở Việt Nam dựa trên một số chỉ tiêu chuỗi số liệu thực đo sử dụng phương pháp kiểm định và ứng dụng cho một số trạm thuỷ ước lượng hợp lý tối đa (Maximum văn có số liệu tin cậy. Likelihood Estimation - MLE). 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Kết quả tính toán cho mỗi trạm thuỷ văn theo từng chỉ tiêu sẽ được sử dụng để xếp Để đánh giá hàm phân bố xác suất phù hạng. Hàm phân bố nào cho giá trị chỉ tiêu hợp, nghiên cứu sẽ sử dụng ba chỉ tiêu kiểm thấp nhất sẽ được xếp hạng 1, các hàm cho định là AIC, BIC và RMSE. giá trị chỉ tiêu cao hơn sẽ xếp các hạng sau, Công thức của 3 chỉ tiêu như sau [3]: 2 hàm cho giá trị chỉ tiêu cao nhất sẽ xếp hạng  2k  2k AIC  2k  2ln(L)  7. Hàm phân bố phù hợp nhất là sẽ hàm có n  k 1 tổng các thứ hạng thấp nhất đánh giá trên cả  BIC  ln(n)k  2ln(L) số liệu của 12 trạm thuỷ văn. 529
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU + Theo chỉ tiêu RMSE: Krong Buk Sơn Giang Thành Mỹ Dữ liệu dòng chảy năm và dòng chảy lũ Nông Sơn Bình Liêu Lạng Sơn Xếp hạng Lâm Sơn Bản Yên An Hoà An Chỉ Tà Pao Dừa lớn nhất từng năm được thu thập tại 12 trạm Lạng Sơn (1958-2013), An Hoà (1982-2000), Bình Liêu (1962-2000), Dừa (1959-2000), 1 3 5 3 5 7 5 4 3 7 7 1 3 Thành Mỹ (1977-2010), Nông Sơn (1977- 2010), An Chỉ (1981-2017), Sơn Giang 2 1 7 7 7 5 3 3 4 2 5 7 7 (1979-2014), Tà Pao (1976-2007), Bản Yên 3 2 2 4 2 2 2 2 5 6 2 4 1 (1976-2013), Krong Buk (1977-2010), Lâm 4 7 4 5 6 4 4 1 2 5 3 5 4 Sơn (1970-2020). Các chuỗi dữ liệu nhìn chung đảm bảo yêu cầu do được lấy trong 5 5 1 2 1 1 7 5 7 1 4 2 5 giai đoạn không bị tác động bởi các công 6 4 3 1 4 3 1 7 1 4 1 3 2 trình điều tiết nước. 7 6 6 6 3 6 6 6 6 3 6 6 6 Kết quả tính toán cho từng chỉ tiêu tại từng trạm cũng như thứ hạng như sau: * Dòng chảy lũ Qmax: * Dòng chảy năm Qn: + Theo chỉ tiêu AIC: + Theo chỉ tiêu AIC: Krong Buk Sơn Giang Thành Mỹ Nông Sơn Bình Liêu Lạng Sơn Xếp hạng Lâm Sơn Bản Yên An Hoà An Chỉ Krong Buk Tà Pao Sơn Giang Thành Mỹ Nông Sơn Bình Liêu Lạng Sơn Xếp hạng Lâm Sơn Bản Yên Dừa An Hoà An Chỉ Tà Pao Dừa 1 1 1 1 4 7 4 6 1 7 2 4 7 1 1 4 4 1 3 3 3 4 6 3 1 1 2 3 7 3 1 1 1 3 4 3 5 7 4 2 3 3 3 6 4 4 1 3 5 4 6 3 3 7 5 4 3 4 3 1 3 4 4 5 1 3 2 1 1 5 1 1 4 1 2 7 3 4 4 5 3 7 7 3 7 2 7 5 7 2 5 4 7 7 7 4 7 2 2 2 1 1 2 5 5 4 4 5 5 5 6 7 5 2 3 3 2 5 5 5 5 2 5 5 7 5 7 5 5 7 6 2 2 2 2 6 5 5 2 1 1 1 3 6 6 2 2 7 2 7 5 7 4 2 7 2 7 4 6 6 3 6 6 6 6 3 6 4 6 7 6 6 6 6 2 2 4 6 6 6 6 6 + Theo chỉ tiêu BIC: + Theo chỉ tiêu BIC: Krong Buk Sơn Giang Thành Mỹ Nông Sơn Bình Liêu Lạng Sơn Xếp hạng Lâm Sơn Krong Buk Bản Yên Sơn Giang Thành Mỹ Nông Sơn An Hoà Bình Liêu Lạng Sơn Xếp hạng An Chỉ Tà Pao Lâm Sơn Bản Yên An Hoà An Chỉ Tà Pao Dừa Dừa 1 1 4 4 1 3 3 3 4 6 3 1 1 1 1 1 1 4 7 4 6 1 3 4 4 4 2 3 3 3 6 4 4 1 3 5 4 6 3 2 3 7 3 1 1 1 3 4 4 2 7 7 3 6 1 1 4 1 1 4 1 1 1 3 4 3 4 3 4 3 4 3 1 3 7 5 3 1 4 4 7 7 3 7 2 2 2 2 7 4 5 4 7 5 7 7 3 7 2 7 1 7 5 5 5 2 5 5 5 5 5 7 5 7 5 2 7 5 5 4 5 5 5 6 7 5 5 3 2 2 6 7 2 2 2 2 7 5 7 4 2 5 2 6 2 2 2 2 6 5 5 2 2 1 1 3 7 5 6 6 7 6 6 6 6 3 6 7 6 7 6 6 6 6 2 2 4 6 6 6 6 6 530
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5 + Theo chỉ tiêu RMSE: Dựa trên kết quả tính toán tổng hợp, có thể thấy các hàm phân bố xác suất có tổng thứ Krong Buk Sơn Giang Thành Mỹ Nông Sơn Bình Liêu Lạng Sơn Xếp hạng Lâm Sơn Bản Yên hạng thấp nhất ứng với từng chỉ tiêu sẽ là các An Hoà An Chỉ Tà Pao Dừa hàm số phù hợp nhất. Có thể thấy, các hàm Gamma, Gumbel nhìn chung có tổng thứ 1 2 7 4 4 5 4 7 4 7 2 2 7 hạng thấp nhất cho việc phân tích chuỗi dữ 2 7 1 7 2 1 5 2 7 5 5 5 4 liệu dòng chảy năm. Trong khi, các hàm Gamma, Log-Normal, và Pearson type III 3 1 2 2 7 2 1 5 2 2 7 7 5 phù hợp với dòng chảy lũ. 4 5 5 5 5 3 3 6 5 4 4 4 1 5 3 4 3 1 4 2 3 1 3 1 1 2 4. KẾT LUẬN 6 4 3 1 3 6 7 1 3 1 3 3 3 Nghiên cứu này đã đánh giá 07 hàm phân 7 6 6 6 6 7 6 4 6 6 6 6 6 bố xác suất thông dụng ở Việt Nam cho chuỗi dòng chảy năm và dòng chảy lớn nhất Kí hiệu của từng hàm phân bố là: của 12 trạm đo thuỷ văn. Hàm phân bố Kí hiệu Kết quả nghiên cứu cho thấy, đối với dòng Gamma 1 chảy năm, hàm Gamma và Gumbel phù hợp Generalized Extreme Value 2 nhất theo chỉ tiêu AIC, BIC trong khi hàm Gumbel (EVI) 3 Log-Pearson type III phù hợp nhất theo chỉ Log-Normal 4 tiêu RMSE. Đối với dòng chảy lũ, hàm Gamma và Pearson type III phù hợp nhất Log-Pearson Type III 5 theo chỉ tiêu AIC, hàm Gamma và Log- Normal 6 Normal theo chỉ tiêu BIC, hàm GEV và Pearson Type III 7 Pearson type III theo chỉ tiêu RMSE. Dựa trên kết quả nghiên cứu tại 12 trạm Tổng hợp các thứ hạng theo từng chỉ tiêu thuỷ văn này, tác giả cho rằng, có thể sử dụng như sau: hàm Gamma và Gumbel cho phân tích dòng * Dòng chảy năm: chảy năm và hàm Gamma, Pearson type III Hàm phân bố AIC BIC RMSE cho phân tích dòng chảy lũ. Gamma 29 27 54 Để nâng cao độ tin cậy, nghiên cứu này Generalized Extreme Value 57 62 43 cần phải thực hiện trên nhiều trạm đo thuỷ Gumbel (EVI) 31 28 44 văn khác. Log-Normal 39 32 48 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO Log-Pearson Type III 55 60 37 [1] Nguyễn Trường Huy, Nguyễn Hoàng Lâm, Normal 67 64 77 Võ Ngọc Dương, Phạm Thành Hưng, Nguyễn Pearson Type III 58 63 33 Chí Công, ‘Chọn hàm phân phối xác suất đại diện cho phân phối mưa 1 ngày max ở Việt * Dòng chảy lũ: Nam’, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Hàm phân bố AIC BIC RMSE Môi trường, vol. 56, pp. 72-79, Mar. 2017. [2] Nguyễn Thị Thu Hà, Ngô Lê An, Hoàng Gamma 34 32 52 Thanh Tùng, “Lựa chọn hàm phân phối xác Generalized Extreme Value 63 66 32 suất trong phân tích tần suất lượng mưa lớn Gumbel (EVI) 41 37 64 nhất thời đoạn”, Hội nghị Thường niên Đại Log-Normal 36 30 41 học Thủy lợi, Nov. 2019, pp. 730-732. Log-Pearson Type III 52 57 35 [3] P. Stoica and Y. Selen, “Model-order selection: a review of information criterion rules”, IEEE Normal 75 75 80 Signal Process Mag, vol. 21, no. 4, pp. 36-47, Pearson Type III 35 39 32 Jul. 2004, doi: 10.1109/MSP.2004.1311138. 531