Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự biến động của mưa lũ và đề xuất cơ sở khoa học tính lũ cho công trình giao thông vùng núi Đông Bắc - Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

DOÃN THỊ NỘI

NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỘNG CỦA MƢA LŨ VÀ ĐỀ XUẤT

CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH LŨ CHO CÔNG TRÌNH GIAO

THÔNG VÙNG NÚI ĐÔNG BẮC–VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỘNG CỦA MƢA LŨ VÀ ĐỀ XUẤT

CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH LŨ CHO CÔNG TRÌNH GIAO

THÔNG VÙNG NÚI ĐÔNG BẮC–VIỆT NAM

Chuyên ngành: Thủy văn học

Mã số: 62-44-02-24

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS Ngô Lê Long

2. PGS.TS Hoàng Thanh Tùng

HÀ NỘI, NĂM 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một

nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã

đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án

Doãn Thị Nội

i

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tác giả xin đƣợc bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Ngô Lê Long,

PGS.TS Hoàng Thanh Tùng đã tận tình hƣớng dẫn tác giả trong suốt thời gian nghiên

cứu và thực hiện luận án.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu, Phòng Đào tạo ĐH&SĐH, Tập

thể các Thầy cô giáo khoa Thủy văn và Tài nguyên nƣớc, Phòng Khoa học Công nghệ,

Trƣờng Đại Học Thủy Lợi - Hà Nội, đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn

thành luận án.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Trƣờng Đại Học Giao Thông Vận Tải, Khoa Công

Trình, Bộ môn Thủy Lực - Thủy Văn, nơi tác giả đang công tác, đã tạo điều kiện về

thời gian và công việc giúp tác giả hoàn thành luận án.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè luôn sát cánh động viên tác giả

vƣợt qua mọi khó khăn để thực hiện luận án của mình.

Tác giả luận án

ii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii

MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ...................................................................................... v

DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. x

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 2

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 2

4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu........................................................... 3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .............................................................................. 3

6. Những đóng góp mới của luận án ........................................................................ 3

7. Cấu trúc của luận án ............................................................................................. 4

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TÍNH LŨ THIẾT KẾ CHO CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ................................................................................................... 5

1.1 Tổng quan về tính lũ thiết kế ............................................................................ 5

Các nghiên cứu về tính lũ thiết kế trên thế giới ........................................ 5

1.1.1

Các nghiên cứu về tính lũ thiết kế ở Việt Nam ......................................... 6

1.1.2

1.2 Tổng quan tính lũ thiết kế cho công trình giao thông ....................................... 8

1.2.1 Tính lũ thiết kế ở các nƣớc Nhật, phƣơng Tây và Mỹ .............................. 9

1.2.2 Tính lũ thiết kế ở các nƣớc Đông Âu và Nga .......................................... 14

1.2.3 Tính lũ thiết kế ở Việt Nam ..................................................................... 15

1.3 Những hạn chế trong tính lũ thiết kế cho giao thông ở Việt Nam .................. 20

1.4 Đề xuất hƣớng tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu ..................................... 22

Đặc điểm tự nhiên ................................................................................... 24

1.5.1

1.5 Tổng quan về khu vực nghiên cứu.................................................................. 24

Đặc điểm khí tƣợng thủy văn .................................................................. 26

1.5.2

1.5.3 Tình trạng giao thông và các sự cố công trình trong mùa mƣa lũ........... 30

1.5.4 Tình hình tài liệu nghiên cứu .................................................................. 36

iii

1.6 Kết luận chƣơng I ........................................................................................... 39

CHƢƠNG 2 XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH LŨ THIẾT KẾ CHO CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG KHU VỰC NGHIÊN CỨU ................................................... 41

2.1 Cơ sở lý thuyết của các phƣơng pháp tính lũ thiết kế .................................... 41

2.1.1 Phƣơng pháp của Cơ quan bảo vệ thổ nhƣỡng Hoa Kỳ (SCS - CN) ...... 41

2.1.2 Phƣơng pháp mô hình quan hệ ................................................................ 47

2.1.3 Phƣơng trình hồi quy ............................................................................... 51

2.2 Cơ sở dữ liệu của các phƣơng pháp tính lũ thiết kế ....................................... 53

Xây dựng cơ sở dữ liệu mƣa ................................................................... 53

2.2.1

Xây dựng cơ sở dữ liệu mặt đệm ............................................................ 82

2.2.2

2.3 Kết luận chƣơng II .......................................................................................... 96

CHƢƠNG 3 TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM VÀ ĐỀ XUẤT PHƢƠNG PHÁP TÍNH LŨ THIẾT KẾ CHO CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG......................................... 98

3.1 Cơ sở phân nhóm công trình thoát nƣớc trong tính lũ thiết kế ....................... 98

3.2 Tính thử nghiệm theo các phƣơng pháp khác nhau ...................................... 100

3.2.1 Thông số tính toán của các lƣu vực cầu tính thử nghiệm ..................... 100

3.2.2 Tính lũ thiết kế theo phƣơng pháp SCS - CN ....................................... 108

3.2.3 Tính lũ thiết kế theo mô hình quan hệ ................................................... 111

3.2.4 Tính lũ thiết kế theo phƣơng trình hồi quy tƣơng quan ........................ 112

3.2.5 Tính lũ theo pp Xokolopsky và CĐGH (TCVN 9845:2013) ................ 115

Đánh giá kết quả tính theo các phƣơng pháp ........................................ 117

3.2.6

3.3 Đề xuất phƣơng pháp tính phù hợp .............................................................. 119

3.4 Xây dựng chƣơng trình tính lũ thiết kế cho các công trình giao thông ........ 120

Giới thiệu chung về chƣơng trình tính .................................................. 120

3.4.1

Cấu trúc của chƣơng trình tính .............................................................. 121

3.4.2

Hƣớng dẫn sử dụng chƣơng trình tính .................................................. 123

3.4.3

3.5 Kêt luận chƣơng III ....................................................................................... 125

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 126

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................ 130

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 131

PHỤ LỤC .................................................................................................................... 136

iv

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các phƣơng pháp tính lũ cho giao thông trên thế giới ..................................... 8 Hình 1.2 Các phƣơng pháp tính lũ cho giao thông ở Việt Nam .................................... 17 Hình 1.3 Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu .............................................................................. 23 Hình 1.4 Bản đồ khu vực nghiên cứu (vùng Đông Bắc) ............................................... 24 Hình 1.5 Bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu (Tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn) .............. 25 Hình 1.6 Bản đồ các tuyến đƣờng chính khu vực nghiên cứu ...................................... 31 Hình 1.7 Bản đồ bố trí các công trình thoát nƣớc khu vực nghiên cứu ........................ 32 Hình 1.8 Nƣớc chảy gây xói mái ta luy dƣơng vì không có rãnh dọc tuyến [39] ......... 34 Hình 1.9 Tuyến đƣờng nội tỉnh ở Lạng Sơn bị ngập năm 2013 và xói ta luy âm ......... 34 Hình 1.10 Nƣớc lũ tràn mặt đƣờng................................................................................ 34 Hình 1.11 Cầu Sam Lang lúc khánh thành và bị lũ cuốn trôi (sau hai tháng sử dụng) . 35 Hình 1.12 Bản đồ các trạm khí tƣợng khu vực nc (Tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn) ......... 36 Hình 2.1 Đƣờng quá trình lũ đơn vị theo phƣơng pháp SCS ........................................ 44 Hình 2.2 Sơ đồ tính lũ thiết kế theo phƣơng pháp SCS-CN ......................................... 46 Hình 2.3 Sơ đồ tính lƣu lƣợng thiết kế theo phƣơng pháp mô hình quan hệ ................ 51 Hình 2.4 Đƣờng đi của các trận bão năm 2012 và năm 2013 ....................................... 57 Hình 2.5 Đƣờng đi của trận bão Utor năm 2013 ........................................................... 57 Hình 2.6 Thành Phố Lạng Sơn ngập trong nƣớc lũ năm 2014 ...................................... 59 Hình 2.7 Đƣờng đi của các trận bão năm 2014 và 2015 ............................................... 59 Hình 2.8 Biến đổi lƣợng mƣa ngày lớn nhất trạm Bắc Kạn và Bắc Sơn ...................... 62 Hình 2.9 Biến đổi lƣợng mƣa ngày lớn nhất trạm Hữu Lũng và Lạng Sơn .................. 63 Hình 2.10 Biến đổi lƣợng mƣa ngày lớn nhất trạm Ngân Sơn và Thất Khê ................. 63 Hình 2.11 Bản đồ hệ số biến thiên lƣợng mƣa ngày max (CV) vùng Đông Bắc .......... 64 Hình 2.12 Sơ đồ xây dựng IDF theo hàm mũ ............................................................... 67 Hình 2.13 Tƣơng quan X1ng max-X1h max; X1ng max-X3hmax Bắc Kạn-Lạng Sơn (T=100) . 68 Hình 2.14 Tƣơng quan X1ng max-X6h max; X1ng max-X12h max Bắc Kạn-Lạng Sơn(T=100) . 69 Hình 2.15 Tƣơng quan X1ng max- X24 h max tỉnh Bắc Kạn-Lạng Sơn (T=100) ................. 69 Hình 2.16 Tƣơng quan X1ng max-X1h max; X1ngay max-X3hmax Bắc Kạn-Lạng Sơn (T=50) . 69 Hình 2.17 Tƣơng quan X1ng max-X6h max; X1ng max-X12hmax Bắc Kạn-Lạng Sơn (T=50) ... 70 Hình 2.18 Tƣơng quan X1ng max-X24h max Bắc Kạn-Lạng Sơn (T=50) ............................ 70 Hình 2.19 Sơ đồ các bƣớc xây dựng đƣờng cong IDF (khu vực nghiên cứu) .............. 75 Hình 2.20 Bộ đƣờng cong IDF (Lạng Sơn, T = 5 năm và T = 10 năm phút) ............... 76 Hình 2.21 Bộ đƣờng cong IDF (Lạng Sơn, T = 25 năm và T = 50 năm, phút) ............ 76 Hình 2.22 Bộ đƣờng cong IDF (Lạng Sơn, T = 100 và T = 200 năm, phút) ................ 76 Hình 2.23 Bộ đƣờng cong IDF trạm Lạng Sơn và Đình Lập ........................................ 77 Hình 2.24 Bản đồ đẳng trị cƣờng độ mƣa (I-1-100) (Bắc Kạn và Lạng Sơn) .............. 78 Hình 2.25 Phân bố lũy tích mƣa 24h trạm Bắc Kạn và Bắc Sơn .................................. 80 Hình 2.26 Phân bố lũy tích mƣa 24h trạm Chợ Rã và Đình Lập .................................. 80

v

Hình 2.27 Phân bố lũy tích mƣa 24h trạm Lạng Sơn và Ngân Sơn .............................. 81 Hình 2.28 Phân bố lũy tích mƣa 24h trạm Thất Khê..................................................... 81 Hình 2.29 Sơ đồ các bƣớc xây dựng bản đồ chỉ số CN ................................................. 84 Hình 2.30 Bản đồ loại đất tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn .................................................. 86 Hình 2.31 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn .......................... 88 Hình 2.32 Bản đồ chỉ số CN tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn .............................................. 90 Hình 2.33 Sơ đồ các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số dòng chảy C ................................... 91 Hình 2.34 Bản đồ hệ số dòng chảy tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn (S > 6%) ..................... 92 Hình 2.35 Sơ đồ các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số nhám Manning n ............................ 93 Hình 2.36 Bản đồ hệ số nhám Manning tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn ............................ 94 Hình 2.37 Bản đồ lƣu vực cầu Bắc Khƣơng ................................................................. 95 Hình 3.1 Bản đồ lƣu vực cầu Can ............................................................................... 100 Hình 3.2 Bản đồ lƣu vực cầu Bản Chắt ....................................................................... 101 Hình 3.3 Bản đồ lƣu vực cầu Pắc Vằng ...................................................................... 102 Hình 3.4 Bản đồ lƣu vực cầu Kỳ Lừa .......................................................................... 103 Hình 3.5 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất và hệ số nhám lƣu vực cầu Can................... 104 Hình 3.6 Bản đồ hệ số dòng chảy và chỉ số CN lƣu vực cầu Can ............................... 104 Hình 3.7 Bản đồ hiện trạng và chỉ số CN lƣu vực cầu Bản Chắt ................................ 105 Hình 3.8 Bản đồ hệ số dòng chảy và hệ số nhám lƣu vực cầu Bản Chắt .................... 105 Hình 3.9 Bản đồ hiện trạng và chỉ số CN lƣu vực cầu Pắc Vằng ............................... 106 Hình 3.10 Bản đồ hệ số nhám và hệ số dòng chảy C lƣu vực cầu Pắc Vằng .............. 106 Hình 3.11 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất và chỉ số CN lƣu vực cầu Kỳ Lừa ............. 107 Hình 3.12 Bản đồ hệ số nhám và hệ số dòng chảy lƣu vực cầu Kỳ Lừa ..................... 107 Hình 3.13 Quá trình lũ thực đo và tính toán tại Trạm Lạng Sơn (2008 và 2013) ....... 109 Hình 3.14 Quá trình mƣa và lũ thiết kế lƣu vực cầu Kỳ Lừa và cầu Pắc Vằng .......... 110 Hình 3.15 Quá trình mƣa và lũ thiết kế lƣu vực cầu Bản Chắt và cầu Can ................ 111 Hình 3.16 Các bƣớc tính theo phƣơng pháp CIA ........................................................ 112 Hình 3.17 Tƣơng quan giữa Q100 ~A và Q50~A tại Bắc Kạn - Lạng Sơn ................ 114 Hình 3.18 Tƣơng quan giữa Q25~A và Q10 ~A tại Bắc Kạn - Lạng Sơn .................. 114 Hình 3.19 Giao diện ban đầu trên nền ảnh vệ tinh của Google map ........................... 121 Hình 3.20 Sơ đồ khối xây dựng chƣơng trình tính ...................................................... 122 Hình 3.21 Giao diện ban đầu của chƣơng trình tính trên nền bản đồ.......................... 123 Hình 3.22 Kết quả tính lũ cầu Can theo pp CIA (Trên nền ảnh vệ tinh) .................... 124 Hình 1 Bộ đƣờng cong IDF các trạm khi T = 5 năm và T = 10 năm .......................... 136 Hình 2 Bộ đƣờng cong IDF các trạm khi T = 25 năm và T = 50 năm ........................ 136 Hình 3 Bộ đƣờng cong IDF các trạm khi T = 100 năm và T = 200 năm .................... 136 Hình 4 Bộ đƣờng cong IDF trạm Thác Giềng và Chợ Mới ........................................ 137 Hình 5 Bộ đƣờng cong IDF trạm Chợ Đồn và An Tịnh .............................................. 137 Hình 6 Bộ đƣờng cong IDF trạm Bằng Khẩu và Bằng Lũng ...................................... 137 Hình 7 Bộ đƣờng cong IDF trạm Bằng Phúc và Cốc Đán .......................................... 137

vi

Hình 8 Bộ đƣờng cong IDF trạm Côn Minh và Đông Lạc ......................................... 137 Hình 9 Bộ đƣờng cong IDF trạm Dƣơng Phong và Hảo Nghĩa .................................. 137 Hình 10 Bộ đƣờng cong IDF trạm Liên Thụy và Nà Pạc ........................................... 137 Hình 11 Bộ đƣờng cong IDF trạm Thuận Mang và Xuân Dƣơng .............................. 137 Hình 12 Bộ đƣờng cong IDF trạm Xuân Lạc và Yên Hán .......................................... 137 Hình 13 Bộ đƣờng cong IDF trạm Yên Nhuận và Yên Tịnh ...................................... 137 Hình 14 Bộ đƣờng cong IDF trạm Vu Loan ............................................................... 137 Hình 15 Bản đồ lƣu vực cầu Khuổi Lu ....................................................................... 137 Hình 16 Bản đồ phân vùng mƣa theo Đa giác Theissen cầu Can và Bản Chắt .......... 137 Hình 17 Bản đồ phân vùng mƣa theo Đa giác Theissen cầu Pắc Vằng và Kỳ Lừa .... 137 Hình 18 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Thất Khê .................................. 137 Hình 19 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Thất Khê ................................ 137 Hình 20 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Ngân Sơn ................................. 137 Hình 21 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Ngân Sơn ............................... 137 Hình 22 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Lạng Sơn ................................. 137 Hình 23 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Lạng Sơn ............................... 137 Hình 24 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Hữu Lũng ................................ 137 Hình 25 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Hữu Lũng .............................. 137 Hình 26 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Đình Lập ................................. 137 Hình 27 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Đình Lập ............................... 137 Hình 28 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Chợ Rã .................................... 137 Hình 29 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Chợ Rã .................................. 137 Hình 30 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Bắc Sơn ................................... 137 Hình 31 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Bắc Sơn ................................. 137 Hình 32 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Bắc Kạn ................................... 137 Hình 33 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Bắc Kạn ................................. 137 Hình 0.34 Kết quả tính lũ cầu Pắc Vằng theo pp SCS (Trên nền ảnh vệ tinh) ........... 137 Hình 0.35 Kết quả tính lũ cầu Pắc Vằng theo pp SCS (Trên nền ảnh vệ tinh) ........... 137

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tóm tắt các phƣơng pháp tính lũ thiết kế cho giao thông ở Mỹ .................... 10 Bảng 1.2 Bảng thống kê các phƣơng pháp tính lũ thiết kế ở Đông Âu và Nga ............ 15 Bảng 1.3 Quy định về tần suất lũ .................................................................................. 16 Bảng 1.4 Các đặc trƣng khí tƣợng trung bình nhiều năm ............................................. 27 Bảng 1.5 Dòng chảy trung bình nhiều năm khu vực nghiên cứu .................................. 29 Bảng 1.6 Bảng phân loại cầu theo chiều dài khu vực nghiên cứu................................. 33 Bảng 1.7 Các sự cố công trình giao thông khu vực nghiên cứu .................................... 35 Bảng 1.8 Các trạm đo mƣa thuộc tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn ....................................... 37 Bảng 1.9 Các trạm quan trắc thủy văn thuộc tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn ..................... 38 Bảng 2.1 Xác suất bão, ATNĐ có lƣợng mƣa 24 giờ cực đại các cấp (%) ................... 54 Bảng 2.2 Xác suất bão, ATNĐ có tổng lƣợng mƣa theo các cấp (%) ........................... 54 Bảng 2.3 Kết quả kiểm định xu thế lƣợng mƣa ngày lớn nhất ...................................... 63 Bảng 2.4 Bảng hệ số CV lƣợng mƣa ngày lớn nhất vùng Đông Bắc ............................ 65 Bảng 2.5 Bảng thông số ở các trạm, tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn (T=100 năm) ............ 68 Bảng 2.6 Bảng hệ số của phƣơng trình đƣờng cong IDF, I = a.Dn ............................... 77 Bảng 2.7 Bảng hệ số của phƣơng trình đƣờng cong IDF, I = a.Dn ............................... 77 Bảng 2.8 Kết quả tính cƣờng độ mƣa theo hàm mũ cho khu vực nghiên cứu .............. 78 Bảng 2.9 Bảng so sánh kết quả tính theo luận án và TCVN 9845:2013 ....................... 81 Bảng 2.10 Bảng phần trăm sai số giữa kết quả tính theo luận án và TCVN ................. 82 Bảng 2.11 Bảng phân loại các nhóm đất khu vực nghiên cứu ...................................... 86 Bảng 2.12 Bảng thống kê hiện trạng sử dụng đất trên khu vực nghiên cứu ................. 87 Bảng 2.13 Bảng giá trị CN đối với tình hình sử dụng đất và các nhóm đất .................. 89 Bảng 2.14 Bảng tra hệ số dòng chảy C (nhóm A và B) ................................................ 91 Bảng 2.15 Bảng tra hệ số dòng chảy C (nhóm C và D) ................................................ 92 Bảng 2.16 Bảng tra hệ số nhám Manning ..................................................................... 94 Bảng 2.17 Kết quả tính các đặc trƣng (lƣu vực cầu Bắc Khƣơng) ............................... 95 Bảng 3.1 Các đặc trƣng lƣu vực (tính toán từ GIS) tại cầu Can ................................. 100 Bảng 3.2 Các đặc trƣng trƣng lƣu vực (tính toán từ GIS) tại cầu Bản Chắt ............... 101 Bảng 3.3 Các đặc trƣng trƣng lƣu vực (tính toán từ GIS) tại Cầu Pắc Vằng .............. 102 Bảng 3.4 Các đặc trƣng trƣng lƣu vực (tính toán từ GIS) tại Kỳ Lừa ........................ 103 Bảng 3.5 Các thông số CN, hệ số nhám và hệ số dòng chảy của cầu Can .................. 104 Bảng 3.6 Các thông số CN, hệ số nhám và hệ số dòng chảy của cầu Bản Chắt ......... 105 Bảng 3.7 Các thông số CN, hệ số nhám và hệ số dòng chảy của cầu Pắc Vằng ......... 106 Bảng 3.8 Các thông số CN, hệ số nhám và hệ số dòng chảy của cầu Kỳ Lừa ............ 108 Bảng 3.9 Kết quả tính lƣu lƣợng thiết kế theo phƣơng pháp SCS-CN ....................... 110 Bảng 3.10 Kết quả tính lƣu lƣợng thiết kế theo mô hình quan hệ............................... 112 Bảng 3.11 Kết quả tính lƣu lƣợng thiết kế theo phƣơng trình hồi quy ....................... 115 Bảng 3.12 Kết quả tính lƣu lƣợng thiết kế Xokolopsky .............................................. 116

viii

Bảng 3.13 Kết quả tính lƣu lƣợng thiết kế theo phƣơng pháp cƣờng độ giới hạn ...... 117 Bảng 3.14 Kết quả tính lƣu lƣợng thiết kế theo 5 phƣơng pháp khác nhau ................ 117 Bảng 3.15 Kiến nghị phƣơng pháp tính lũ cho công trình giao thông ........................ 120 Bảng 1 Bảng hệ số của phƣơng trình đƣờng cong IDF, I = a.Dn ................................ 137 Bảng 2 Bảng hệ số của phƣơng trình đƣờng cong IDF, I = a.Dn ................................ 137 Bảng 3 Các công trình cầu đƣợc tính thử nghiệm trong luận án ................................. 137 Bảng 4 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 trạmLạng Sơn ( Gumbel) ................................... 137 Bảng 5 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 theo pp Gumbel (Thất Khê) ............................... 137 Bảng 6 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 theo pp Gumbel (Bắc Kạn) ................................ 137 Bảng 7 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 theo pp Gumbel (Bắc Sơn) ................................. 137 Bảng 8 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 theo pp Gumbel (Chợ Rã) .................................. 137 Bảng 9 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 theo pp Gumbel (Ngân Sơn) .............................. 137

ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials (Hiệp

hội đƣờng cao tốc liên bang và quốc lộ Hoa Kỳ)

AASHTO - LRFD American Association of State Highway and Transportation

Officials - Load & Resistance Factor Design (Tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số tải

trọng và hệ số sức kháng - Hiệp hội đƣờng cao tốc liên bang và quốc lộ Hoa Kỳ).

C50 hệ số dòng chảy ứng với thời kỳ lặp lại T = 50 năm.

AR&R Australian Rainfall & Runoff

CTBD Cao Áp Thái Bình Dƣơng

CN Curve Number

EVT 1 Extreme Value Type - I distribution

FHWA Federal Highway Administration (Cục liên bang đƣờng bộ Mỹ)

GIS Geographical Information Systems (Hệ thống thông tin địa lý)

GTVT Giao Thông Vận Tải GEV Gumbel's Extreme Value distribution HTNĐ Hội tụ nhiệt đới

HEC-HMS Hydrologic Engineering Center- Hydrologic Modeling System

IDF Intensity - Duration - Frequency (Cƣờng độ mƣa - Thời gian - Tần suất)

ID Identification (Mã kí hiệu)

MIKE Viện nghiên cứu tài nguyên nƣớc Đan Mạch

DHI Danish Hydraulic Institute (Viện Thủy lực Đan Mạch)

NHI National Highway Institute (Viện nghiên cứu đƣờng bộ Mỹ)

NRCS Natural Resources Conservation Service (Cơ quan bảo vệ tài nguyên thiên

nhiên - Mỹ)

PMP Probable Maximum Precipitation (Mƣa lớn nhất khả năng)

PMF Probable Maximum Flood (Lũ lớn nhất khả năng)

QP Quy phạm

QPTL C - 6 - 77 Quy phạm tính toán các đặc trƣng thủy văn thiết kế

SCS - CN Soil Conversation service - Curve Number (Cơ quan bảo vệ thổ nhƣỡng -

chỉ số đƣờng cong)

x

TCN Tiêu chuẩn ngành

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TR55 Technical Release 55 (Tiêu chuẩn kỹ thuật 55)

TxDOT Texas Department of Transportation (Sở giao thông Bang Texas)

USGS United state Geological Survey (Cơ quan khảo sát địa chất Mỹ)

XT Xoáy thuận

XN Xoáy nghịch

RTN Rãnh thấp nóng

USACE United States Army Corps of Engineers (Hiệp hội kỹ sƣ quân sự Mỹ)

xi

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Giao thông đƣợc coi là huyết mạch của mỗi quốc gia, muốn phát triển đất nƣớc cần

phải hoàn thiện và hiện đại hệ thống giao thông. Hàng năm nhà nƣớc đã đầu tƣ rất

nhiều kinh phí cho phát triển giao thông trên toàn quốc. Các tuyến đƣờng đƣợc đầu tƣ

xây mới, nâng cấp và mở rộng để đảm bảo giao thƣơng kinh tế văn hóa các vùng trên

cả nƣớc và quốc tế.

Với trên 2/3 diện tích của đất nƣớc là địa hình đồi núi, theo thống kê của Bộ GTVT

đƣờng miền núi chiếm hơn 70% km trong tổng km chiều dài đƣờng bộ cả nƣớc.

Đƣờng miền núi chủ yếu cấp V, chỉ một số km là cấp III và IV cho nên các công trình

thoát nƣớc nhƣ cầu, cống và rãnh thoát nƣớc chƣa đƣợc chú trọng trong thiết kế và xây

dựng, việc tính toán thủy văn thủy lực còn hạn chế.

Trong những năm gần đây, việc thiết kế đƣờng ô tô đã chuyển từ tiêu chuẩn 22 - TCN

- 4054 - 85 sang 22 - TCN - 4054 - 98, 22TCN - 4054 - 2005 và các tiêu chuẩn tính

toán lũ thoát nƣớc cũng chuyển từ 22TCN - 1995, 22TCN 273 - 01; 22TCN 273 - 05

sang TCVN 9845:2013 với các yêu cầu kỹ thuật cao hơn, các tuyến đƣờng cần cải tạo

theo tiêu chuẩn mới để tăng mức độ an toàn chạy xe nhằm đáp ứng chiến lƣợc an toàn

giao thông quốc gia và nâng cao hiệu quả vận tải.

Việt Nam là quốc gia nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa với chế độ mƣa lũ

rất khắc nghiệt và dƣờng nhƣ mức độ đó ngày càng tăng lên do biến đổi khí hậu toàn

cầu làm cho các công trình giao thông thƣờng bị hƣ hỏng nặng nề. Các hƣ hỏng của hệ

thống đƣờng bộ có nhiều nguyên nhân nhƣ: chế độ khí hậu có sự thay đổi đáng kể và

xu thế ngày càng ác liệt; do các nguyên nhân địa chất, nền móng và có thể do công tác

xây dựng, vận hành và bảo dƣỡng. Tuy nhiên trong các nhóm nguyên nhân kể trên thì

vấn đề ảnh hƣởng của mƣa, lũ là nguyên nhân chính gây tác động đáng kể tới các hƣ

hỏng của công trình. Các hƣ hỏng thƣờng kể đến nhƣ hiện tƣợng sạt lở ta luy dƣơng,

âm, trôi cầu cống, hỏng mố trụ đều do nguyên nhân tính lũ thiết kế chƣa đúng hoặc

chƣa phù hợp.

1

Trong TCVN 9845:2013,''Tiêu chuẩn tính toán đặc trƣng dòng chảy lũ'' (đƣợc biên

soạn dựa theo QP.TL C - 6 - 77) đã giới thiệu một số phƣơng pháp tính lũ thiết kế từ

mƣa rào nhƣ Cƣờng độ giới hạn, Xokolopsky, phƣơng pháp của trƣờng Đại học Xây

dựng. Các phƣơng pháp trên do các tác giả Liên Xô (cũ) xây dựng và đã đƣợc đƣa vào

sử dụng ở nƣớc ta. Tuy nhiên, các công thức này có nhiều thông số đƣợc xác định

trong điều kiện của nƣớc Nga, khi đƣa vào quy phạm tính toán của Việt Nam dù đã

đƣợc hiệu chỉnh nhƣng trong điều kiện rất thiếu số liệu nên chƣa đƣợc chuẩn hóa; có

những thông số rất khó xác định, với phạm vi thay đổi quá lớn, dẫn tới kết quả tính

toán có độ chính xác không cao, tùy thuộc vào quan điểm lựa chọn thông số của mỗi

ngƣời sử dụng và hậu quả là rủi ro hƣ hỏng công trình cũng tăng lên.

Khó khăn chính trong tính toán lũ thiết kế cho công trình giao thông ở Việt Nam là

thiếu các tài liệu từ các đặc trƣng lƣu vực, đất đai, lớp phủ, đặc biệt là mƣa và dòng

chảy thực đo thời đoạn ngắn thƣờng chỉ có tài liệu mƣa ngày, tuy nhiên khối lƣợng

cũng rất hạn chế. Vì vậy, luận án“Nghiên cứu sự biến động của mưa lũ và đề xuất cơ

sở khoa học tính lũ cho công trình giao thông vùng núi Đông Bắc - Việt Nam” mà

NCS lựa chọn là rất cấp thiết và có ý nghĩa khoa học.

Kết quả của luận án là cơ sở khoa học đề xuất các phƣơng pháp tính lũ thiết kế đơn

giản với độ tin cậy và mức độ ổn định cao hơn, phục vụ xây dựng các công trình thoát

nƣớc trên đƣờng, góp phần cập nhật và xây dựng qui trình tính hợp lý cho công tác

duy tu, bảo dƣỡng và nâng cấp các công trình hiện có, cũng nhƣ xây dựng các công

trình mới an toàn, giảm thiểu các thiệt hại cho các công trình giao thông.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu những biến động của mƣa lũ, chi tiết hóa mƣa và mặt đệm, xác lập cơ sở

khoa học tính lũ thiết kế cho công trình giao thông.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu của luận án gồm hai tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn nằm trong vùng

núi Đông Bắc - Việt Nam;

- Đối tƣợng nghiên cứu là mƣa và lũ thiết kế phục vụ xây dựng các công trình thoát

nƣớc nằm trên các quốc lộ QL3, 3B, 279, 3, 4A, 4B, 1A thuộc khu vực nghiên cứu.

2

4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu

Để đạt đƣợc mục tiêu đề ra, tác giả đã thu thập các số liệu, tài liệu cần thiết, tiến hành

nghiên cứu tổng quan những biến động về mƣa lũ (mƣa sinh lũ), các phƣơng pháp tính

lũ thiết kế cho công trình giao thông ở trong nƣớc và trên thế giới từ đó lựa chọn

hƣớng tiếp cận phù hợp, vừa mang tính kế thừa vừa đảm bảo tính sáng tạo trong

nghiên cứu.

Các phƣơng pháp đƣợc sử dụng trong luận án bao gồm: i) phƣơng pháp phân tích,

thống kê, kế thừa có chọn lọc các tài liệu đã có nhằm tập hợp, đánh giá những biến

động về mƣa lũ trong khu vực nghiên cứu; ii) phƣơng pháp phân tích ảnh viễn thám,

GIS phục vụ mô phỏng lƣu vực trong các mô hình toán và xây dựng các bản đồ chyên

đề làm cơ sở khoa học cho các phƣơng pháp tính lũ kiến nghị; iii) phƣơng pháp mô

hình toán, tính toán thử nghiệm làm cơ sở cho việc kiến nghị các phƣơng pháp tính lũ

thiết kế phù hợp cho các công trình giao thông khu vực Đông Bắc - Việt Nam.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Quá trình phát triển dân sinh kinh tế ở Việt Nam hiện nay đòi hỏi phải nâng cấp và xây

mới hàng loạt các tuyến đƣờng giao thông huyết mạch, đặc biệt là các tuyến đƣờng

giao thông miền núi vì vậy kết quả nghiên cứu của luận án có ý nghĩa thực tiễn cao vì

đã giải quyết những khó khăn hiện nay trong tính toán thủy văn, thủy lực hiện nay.

Việc nghiên cứu biến động của mƣa lũ cho khu vực Đông Bắc và xác lập cơ sở khoa

học tính lũ thiết kế cho các công trình giao thông ở khu vực này có ý nghĩa khoa học

trong việc tiếp cận với những phƣơng pháp tính toán hiện đại và tiện lợi làm tiền đề

cho việc xây dựng một quy trình tính toán phù hợp với điều kiện của Việt Nam trong

tƣơng lai gần.

6. Những đóng góp mới của luận án

- Luận án đã hoàn thiện phƣơng pháp tính lũ thiết kế cho công trình giao thông có xét

đến biến động của mƣa lũ và chi tiết hóa đặc điểm tự nhiên của khu vực Đông Bắc,

trên cơ sở ứng dụng thành tựu công nghệ hiện đại là hệ thống thông tin địa lý (GIS);

- Đã bƣớc đầu xây dựng đƣợc phần mềm hỗ trợ tính lũ cho công trình thoát nƣớc trên

đƣờng giao thông.

3

7. Cấu trúc của luận án

Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và kiến nghị, luận án đƣợc trình bày trong 3 chƣơng:

Chƣơng 1: Tổng quan về nghiên cứu tính lũ thiết kế cho công trình giao thông.

Chƣơng 2: Xây dựng cơ sở khoa học tính lũ cho công trình giao thông vùng núi Đông

Bắc - Việt Nam.

Chƣơng 3: Tính thử nghiệm và đề xuất phƣơng pháp tính lũ cho công trình giao thông

vùng núi Đông Bắc - Việt Nam.

4

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TÍNH LŨ THIẾT KẾ

CHƢƠNG 1 CHO CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

1.1 Tổng quan về tính lũ thiết kế

1.1.1 Các nghiên cứu về tính lũ thiết kế trên thế giới

Dòng chảy lũ là đặc trƣng quan trọng trong tính toán thiết kế các công trình, bởi vậy

tính toán lũ là một vấn đề đặc biệt đƣợc quan tâm nghiên cứu. Lũ thiết kế là trận lũ

đƣợc sử dụng trong thiết kế công trình có trạng thái bất lợi, độ lớn phụ thuộc vào cấp

công trình và đƣợc quy định bởi từng quốc gia. Lũ thiết kế bao gồm đỉnh lũ, tổng

lƣợng và quá trình lũ. Hiện nay, tính lũ thiết kế phân thành hai nhóm: phƣơng pháp

trực tiếp (phân tích thống kê xác suất) và phƣơng pháp gián tiếp (phân tích mƣa và mặt

đệm). Việc tính lũ thiết kế trải qua một quá trình dài nghiên cứu mang tính kế thừa và

phát triển nhằm chính xác và hiện đại hóa phục vụ xây dựng các công trình an toàn

trong mùa mƣa lũ đặc biệt trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện tại. Một số nghiên cứu

về lũ thiết kế điển hình có thể kể đến nhƣ:

Chow (1964), Shaw [1] là cuốn sổ tay tính toán thủy văn có đề cập đến phƣơng pháp

tính toán lũ thiết kế phụ thuộc vào diện tích lƣu vực và tình trạng số liệu: đối với lƣu

vực lớn, đủ số liệu thì dùng phƣơng pháp ngẫu nhiên (thống kê xác suất), đối với lƣu

vực nhỏ dùng phƣơng pháp mô hình quan hệ, đường lũ đơn vị và quan hệ lưu lượng

với diện tích và thời gian.

Chow, Maidment (1988) [2] là tài liệu cơ bản nhất có đề cập đến tính toán thủy văn

và các đặc trƣng thủy văn thiết kế nhƣ quá trình thu phóng, lựa chọn mƣa thiết kế và

xây dựng đƣờng cong IDF, biểu đồ mƣa thiết kế dạng đƣờng cong tích lũy 24h, ƣớc

tính thời gian mƣa giới hạn, tính toán lƣợng mƣa lớn nhất khả năng (PMF), các bản đồ

đẳng trị mƣa với các thời gian mƣa, D = 5 - 60 phút hay 30 phút - 24h cho các thời kỳ

lặp lại T = 1 - 100 năm. Các phƣơng pháp chuyển đổi mƣa hiệu quả và xác định dòng

chảy thiết kế gồm đỉnh lũ, tổng lƣợng và quá trình lũ thiết kế dùng để thiết kế công

trình thoát nƣớc, mô phỏng vùng ngập lụt, thiết kế hồ chứa, sử dụng và quản lý tài

nguyên nƣớc. Đối với thoát nƣớc, Chow cũng giới thiệu phương pháp tính lũ cho lưu

vực vừa và nhỏ theo mô hình quan hệ với A là diện tích lưu vực, I là cường độ mưa, C

5

là hệ số dòng chảy. Ngoài ra, các đường lũ đơn vị cũng được đề cập sử dụng cho các

lưu vực vừa và nhỏ.

Vijay (2002) [3] trình bày các mô hình toán ứng dụng để tính lũ cho lƣu vực lớn và

các lƣu vực nhỏ. Đối với các lƣu vực nhỏ các mô hình ứng dụng trình bày 15 mô hình

đại diện trên toàn thế giới. Về lý thuyết cơ bản để xây dựng các mô hình đều là những

kiến thức ứng dụng từ các tài liệu của Chow hay Maidment.

Raghunath (2006) [4] là tài liệu về nguyên lý thủy văn, trình bày các vấn đề về tính

thủy văn vùng Tapti, Ấn độ (miền trung Ấn độ). Phần tính lũ thiết kế gồm tổng lƣợng

lũ, đỉnh lũ, tần suất lũ, xác suất rủi ro với các phƣơng pháp đề xuất nhƣ: Đƣờng lũ đơn

vị tức thời, mô hình Nash, mô hình Clark, đƣờng lũ đơn vị SCS, hồi quy tuyến tính,

phân tích thống kê xác suất, mô hình toán, tính lũ tại vị trí không có số liệu quan trắc

theo phƣơng pháp hồi quy đa biến.

Ngoài các tài liệu cơ bản đã nêu, còn có rất nhiều các tài liệu nghiên cứu liên quan đề

cập đến các phƣơng pháp tính lũ thiết kế trên thế giới. Về cơ bản, lý thuyết tập trung

dòng chảy hay phƣơng thức chuyển đổi mƣa hiệu quả vẫn nhƣ những tài liệu trên, tuy

nhiên từ hai thập kỷ trở lại đây với sự phát triển vƣợt bậc của công nghệ máy tính, kỹ

thuật viễn thám và GIS cho phép các nhà khoa học phân tích và thử nghiệm, cập nhật

những công nghệ hiện đại nhằm chính xác hóa các tham số mà các phƣơng pháp trƣớc

đây chƣa xây dựng đƣợc.

Các nghiên cứu về tính lũ thiết kế ở Việt Nam 1.1.2

Một số các tài liệu điển hình đề cập đến tính lũ thiết kế ở Việt Nam nhƣ:

Quy phạm QP.TL C-6-77 (1977) [5] trình bày phƣơng pháp tính toán các đặc trƣng

thủy văn cần thiết cho việc thiết kế các công trình thủy lợi trên các sông không bị ảnh

hƣởng của thủy triều ở Việt Nam. Các đặc trƣng thủy văn đƣợc hƣớng dẫn tính trong

quy phạm này bao gồm: lƣu lƣợng bình quân năm, lƣu lƣợng lớn nhất, lƣu lƣợng nhỏ

nhất, sự phân phối dòng chảy năm, các loại mực nƣớc thiết kế và các thông số khác.

Khi tính lũ phục vụ thiết kế các công trình trên sông trong trƣờng hợp đủ số liệu thì

tiến hành phân tích tần suất, trong trƣờng hợp không có số liệu thì sử dụng các công

thức kinh nghiệm nhƣ: công thức cƣờng độ giới hạn cho lƣu vực có diện tích nhỏ hơn

6

100 km2, công thức Triết giảm và Xokolopxky cho lƣu vực có diện tích trên 100 km2.

Cho đến nay quy định về phƣơng pháp tính lũ thiết kế vẫn chủ yếu dựa trên quy phạm

này nên có một số bất cập nhƣ các bảng tra không đƣợc cập nhập; việc xác định một

số thông số vẫn phụ thuộc vào kinh nghiệm và chủ quan của ngƣời tính toán.

Đỗ Cao Đàm và nnk (1990) [6] đã xuất bản cuốn Thủy văn công trình, trong tài liệu

có trình bày cách tính lũ thiết kế, các phƣơng pháp này chủ yếu cũng là các phƣơng

pháp đã đƣợc đề cập trong QP.TL C - 6 - 77.

Lê Đình Thành (1997) [7] đã nghiên cứu tìm ra khả năng và điều kiện ứng dụng

phƣơng pháp tính mƣa lớn nhất khả năng (PMP) và lũ lớn nhất khả năng (PMF), từ đó

kiến nghị một tiêu chuẩn tính lũ thiết kế hợp lý hơn cho điều kiện Việt Nam. Kết quả

nghiên cứu đã đề cập một cách chi tiết đến các phƣơng pháp cũng nhƣ tính lũ liên

quan đến lũ lớn nhất khả năng, tuy nhiên đối với công trình giao thông mức độ và tiêu

chuẩn cũng nhƣ tính chất của công trình nếu xét theo bài toán này cần phải có những

nghiên cứu cụ thể hơn nữa trong tƣơng lai.

Lê Văn Nghinh (2000) [8] đã biên soạn cuốn Nguyên lý Thủy văn, đây cũng là một

tài liệu quan trọng đề cập đến tính toán các đặc trƣng thiết kế nhƣ dòng chảy năm,

tháng, lũ, kiệt và mực nƣớc thiết kế. Các phƣơng pháp tính lũ thiết kế cũng bao gồm

các phƣơng pháp nằm trong QP.TL C - 6 - 77. Tuy nhiên, tài liệu chủ yếu đề cập đến

dòng chảy tháng và năm thiết kế phục vụ cho xây dựng và vận hành hồ chứa.

Bộ môn TV&TNN (2003) [9] đã biên soạn cuốn Thủy văn thiết kế, đây cũng là tài

liệu quan trọng dùng để tính toán các đặc trƣng thiết kế công trình. Tuy nhiên các

phƣơng pháp và cách tiếp cận cũng dựa trên nền của QP.TL C - 6 - 77.

Phạm Ngọc Quý và nnk (2005) [10], đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: “Nghiên

cứu cảnh báo dự báo lũ vƣợt thiết kế - Giải pháp tràn sự cố” đã tiến hành xây dựng

phần mềm tính lũ thiết kế. Phần mềm này cho phép tính lũ theo tần suất thiết kế dựa

vào các công thức kinh nghiệm trong QP.TL C - 6 - 77 nêu trên, phƣơng pháp tính lũ

đơn vị SCS, tính lũ lớn nhất khả năng PMF theo phƣơng pháp thống kê của Hasfield.

Tuy nhiên phần mềm này cũng chƣa có sự cập nhập mới nào về bảng tra.

7

Hà Văn Khối và nnk (2012) [11] đã cập nhật và cho tái bản cuốn giáo trình Thủy văn

công trình (ấn phẩm đầu tiên đƣợc xuất bản năm 1993) gồm 2 tập trong đó Tập 1 trình

bày các phƣơng pháp tính toán lũ thiết kế. Về cơ bản các phƣơng pháp tính toán đều

theo QP.TL C - 6 - 77, tuy nhiên cuốn giáo trình có cập nhập và giới thiệu thêm các kỹ

thuật mới sử dụng trong tính toán lũ thiết kế nhƣ mô hình toán thủy văn bao gồm các

mô hình thủy văn tất định tính toán dòng chảy từ mƣa, các mô hình lũ đơn vị.

Ngô Lê Long và nnk (2015) [12] trong đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nƣớc

“Nghiên cứu cơ sở khoa học đề xuất các tiêu chuẩn thiết kế lũ, đê biển trong điều kiện

biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng ở Việt Nam và giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt

hại” đã tiến hành nghiên cứu và đề xuất phƣơng pháp tính lũ thiết kế cho các công

trình hồ chứa có xét tới tác động của biến đổi khí hậu. Nghiên cứu cũng đã xác lập

đƣợc cơ sở khoa học và thực tiễn của các tiêu chuẩn thiết kế lũ đƣợc đề xuất trong điều

kiện biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng ở nƣớc ta đảm bảo an toàn, an sinh xã hội.

1.2 Tổng quan tính lũ thiết kế cho công trình giao thông

Việc tính lũ phục vụ thiết kế các công trình giao thông trên thế giới đƣợc nhiều nhà

khoa học quan tâm nghiên cứu. Qua tìm hiểu và phân tích các tài liệu liên quan, có thể

phân các phƣơng pháp tính lũ thiết kế cho các công trình thoát nƣớc trong giao thông

nói chung thành hai nhóm chính: i) nhóm các phương pháp sử dụng ở các nước Nhật,

phương Tây và Mỹ và ii) nhóm các phương pháp sử dụng ở các nước Đông Âu, Nga

và Việt Nam (hình 1.1).

Hình 1.1 Các phƣơng pháp tính lũ cho giao thông trên thế giới

8

1.2.1 Tính lũ thiết kế ở các nước Nhật, phương Tây và Mỹ

+) Các phƣơng pháp tính lũ thiết kế ở Nhật bản

Tính lũ thiết kế ở Nhật đƣợc đề cập trong nhiều tài liệu tính toán thủy văn ở các hƣớng

dẫn, quy phạm, quy chuẩn thiết kế công trình; một trong những tài liệu cơ bản mang

tính pháp lý đƣợc sử dụng nhiều cho ngành giao thông là: Hƣớng dẫn tính thủy văn

thủy lực - Hƣớng dẫn và tiêu chuẩn kỹ thuật cho các dự án thiết kế (phần kiểm soát lũ)

[13], [14]. Nội dung của tài liệu đề cập đến việc sử dụng phƣơng pháp mô hình quan hệ cho những lƣu vực có diện tích A < 20km2 (dùng đƣờng cong IDF cho các vùng có

số liệu mƣa, trƣờng hợp không có số liệu mƣa thì có thể sử dụng từ vùng có diện tích A > 100km2). Đối với các lƣu vực A > 20km2 ngoài phƣơng pháp mô hình quan hệ còn

sử dụng đƣờng lũ đơn vị và phƣơng trình lƣợng trữ. Tại các công trình có số liệu lũ

thực đo sử dụng phƣơng pháp thống kê xác suất theo lý thuyết của Bulletin (1982) với

yêu cầu tối thiểu n ≥ 10 năm đo đạc.

+) Các phƣơng pháp tính lũ thiết kế ở Anh

Tính lũ thiết kế đƣợc trình bày trong Hƣớng dẫn thiết kế cầu đƣờng Tiêu chuẩn kỹ

thuật của Cơ quan đƣờng bộ quốc gia [15], [16] hoặc nhiều tài liệu khác, ở đây các phƣơng pháp cũng phân theo diện tích: đối với diện tích lƣu vực nhỏ (A < 20km2) và

không đủ số liệu đo đạc lũ thì sử dụng các công thức đơn giản từ mƣa (mƣa năm), diện

tích lƣu vực và các chỉ số về đất; còn đối với trƣờng hợp nhiều số liệu lũ thực đo thì

tính theo phƣơng pháp thống kê xác suất.

+) Các phƣơng pháp tính lũ thiết kế ở Mỹ

Các phƣơng pháp dùng tính lũ thiết kế trong giao thông ở Mỹ thƣờng đƣợc đề cập

trong các tài liệu nhƣ: [17] Hƣớng dẫn tính thoát nƣớc trên đƣờng (AASHTO) [18];

Tài liệu giới thiệu mô hình toán thủy văn HEC; Thủy văn đƣờng bộ (FHWA) [19],

[20]; Hƣớng dẫn kỹ thuật (TR55) hay các tiêu chuẩn thiết kế [21], [22], [23], [24];

Nhìn chung, các phƣơng pháp này đƣợc chia thành hai nhóm: i) Đối vùng rộng lớn, có

số liệu thực đo sử dụng phƣơng pháp thống kê xác suất với các phân bố nhƣ Log

Normal, PIII, Gumbell; ii) Đối với vùng không có số liệu thì dựa vào đặc tính của

vùng để tính theo các phƣơng pháp nhƣ: mô hình quan hệ; đƣờng lũ đơn vị tổng hợp

9

SCS; các phƣơng trình hồi quy vùng và hồi quy theo USGS (dùng trong quy hoạch).

Ngoài ra, phƣơng pháp TR55 (mô hình WinTR55) thƣờng dùng để tính lũ cho lƣu vực nhỏ A(F) < 65km2 cho kết quả khá tốt. Do điều kiện số liệu đầy đủ chi tiết về mƣa và

mặt đệm nên ở Mỹ xây dựng rất nhiều bảng tra, bản đồ cƣờng độ mƣa thiết kế trên

toàn quốc, lƣợng mƣa thời đoạn dài (d > 1h) đƣợc chuyển đổi thành lƣợng mƣa thời

Bảng 1.1 Tóm tắt các phƣơng pháp tính lũ thiết kế cho giao thông ở Mỹ

đoạn ngắn hơn (d < 1h). Các phƣơng pháp đƣợc tóm tắt trong bảng sau:

Phƣơng pháp

Tóm tắt yêu cầu của phƣơng pháp

Số liệu yêu cầu

1)Mô hình quan hệ * Lƣu vực nhỏ (A < 1,3 km2)

* Tc thời gian tập trung dòng chảy (h);

* Thời gian tập trung dòng chảy Tc < 1h

* A Diện tích lƣu vực (km2)

* Mƣa phân bố đều theo không gian và thời gian

* C hệ số dòng chảy

* Dòng chảy tràn trên bề mặt là chủ yếu

* I cƣờng độ mƣa (mm/h)

* Lƣợng trữ trong kênh không đáng kể

* Diện tích lƣu vực giới hạn từng vùng

* Diện tích lƣu vực A (km2)

2) Phƣơng trình hồi quy vùng USGS

* Mƣa trung bình năm P(mm)

* Độ cao (độ dốc lƣu vực)

* Giá trị đỉnh lũ do điều kiện tự nhiên chứ không chịu tác động của các yếu tố khác. Thƣờng dùng trong quy hoạch.

* Lƣu vực vừa và nhỏ A < 65 km2

* Mƣa 24h

3) NRCS

* Tc = 0,1–10h

* Phân bố mƣa dạng I, II, IA, III

4) TR55

* Chỉ số CN

* Dòng chảy gồm chảy tràn và chảy trong kênh

* Tc (h)

* Diễn toán trong kênh đơn giản

* A (km2)

* A = 0,4–2500 km2

* Bản đồ đẳng trị, phân bố mƣa

5) Đƣờng lũ đơn vị SCS

* Thời gian mƣa và cƣờng độ mƣa đều

* Diện tích A (km2)

* Chiều dài lƣu vực L (km; m)

* Quan hệ mƣa và dòng chảy là tuyến tính

* Chiều dài lƣu vực Lc (km; m)

* Biểu đồ lũ đơn vị tổng hợp

*n > 10 năm

* Lƣu vực vừa và lớn có trạm đo đạc, số liệu đầy đủ

* Số liệu H, Q

6) Phƣơng pháp thống kê: Log PIII; Bullentin 17B

* Lƣu vực tƣơng tự

* Q, A1 (km2) và A2 (km2)

7) Chuyển đổi

+) Các phƣơng pháp tính lũ thiết kế ở Úc. Phƣơng pháp tính lũ thiết kế đƣợc đề cập

10

trong các tài liệu nhƣ các văn bản hƣớng dẫn tính toán thoát nƣớc các tiêu chuẩn, các

nghiên cứu, kiến nghị. Các phƣơng pháp tính lũ bao gồm: phƣơng pháp mô hình quan

hệ cho lƣu vực nhỏ với hệ số dòng chảy cho vùng nông thôn và đô thị với mức độ lặp

lại khác nhau (C50 cho nông thôn, C10 cho đô thị). Trong đó, điều kiện ứng dụng mô hình quan hệ là diện tích A < 25 km2 (nông thôn) và A < 1km2 (đô thị). Cƣờng độ mƣa

thiết kế (IDF) đƣợc đề cập trong hệ thống dữ liệu cƣờng độ mƣa lớn nhất của Viện khí

tƣợng và thủy văn quốc gia của NewZealand và của Cục khí tƣợng Úc (Bureau of

Meteorology).

+) Ở Columbia, theo tài liệu đại biểu nhƣ ''Hƣớng dẫn và tiêu chuẩn thiết kế cầu'',

(2007) đã trình bày tính lũ theo cỡ lƣu vực, đối với lƣu vực có diện tích thoát nƣớc A > 20 km2 dùng các phƣơng pháp: phân tích tần suất trạm - thống kê xác suất (Các phân

phối xác suất đƣợc sử dụng gồm EVT1, Log Normal, Log Pearson III); phân tích tần

suất vùng (hồi quy vùng); mô hình quan hệ. Đối với diện tích lƣu vực nhỏ và đô thị (A < 10 km2) dùng mô hình quan hệ.

Một số nghiên cứu tiêu biểu về các phƣơng pháp tính lũ thiết kế cho công trình giao

thông ở Mỹ, Anh, Úc, Nhật nhƣ sau:

Richard H.Mc Cuen (2002) [25] biên soạn tài liệu hƣớng dẫn tính lũ thiết kế cho

công trình giao thông ở Mỹ. Tài liệu đề cập đến cách tiếp cận, phƣơng pháp và điều

kiện áp dụng trong thiết kế các công trình thoát nƣớc qua đƣờng bộ. Trong đó đề cập

đến phƣơng pháp tính mƣa thiết kế tính riêng cho vùng có và không có trạm; Các

phƣơng pháp xác định đỉnh lũ thiết kế bao gồm thống kê xác suất theo Gumbel và log

Pearson III, phương trình hồi quy, phương pháp SCS - CN, mô hình quan hệ. Các

công thức kinh nghiệm để xác định lƣu lƣợng đỉnh lũ và các đƣờng lũ đơn vị dạng

phân tích và tổng hợp để xác định quá trình lũ thiết kế; các công thức xác định thời

gian tập trung dòng chảy Tc.

DPWH(2002) [26] đã biên soạn ''Hƣớng dẫn và tiêu chuẩn kỹ thuật ở Nhật bản, 2002,

phần phân tích thủy văn thiết kế. Nội dung tính toán thủy văn gồm: quá trình khảo sát,

điều tra, phân tích mƣa và dòng chảy (trạm đại biểu). Số liệu yêu cầu để tính lũ bao

gồm mƣa ngày, mƣa giờ, biểu đồ mƣa thiết kế theo hình hình thế thời tiết, mực nƣớc

11

lớn nhất ngày, lƣu lƣợng lũ tự ghi, quan hệ H~Q. Trong đó, phƣơng pháp tất định dùng

để xác định lũ thiết kế trong trƣờng hợp không có số liệu đo đạc. Phần tính mƣa thiết

kế, tài liệu đã trình bày cách xây dựng và ứng dụng đƣờng cong IDF dùng tính lũ theo công thức mô hình quan hệ trong trƣờng hợp A < 20km2, trong trƣờng hợp không đủ

số liệu mƣa có thể lấy đƣờng cong IDF của lƣu vực tƣơng tự có số liệu. Đối với diện tích lƣu vực A > 20km2 thì tính theo các bƣớc: Ứng dụng GIS xây dựng lƣu vực với

bản đồ địa hình 1:50.000; tính mƣa thiết kế trung bình bao gồm lƣợng mƣa trung bình

năm lớn nhất, lƣợng mƣa trung bình theo thời kỳ lặp lại theo phƣơng pháp số học, đa

giác Thessien; lựa chọn phân bố mƣa điển hình và thiết lập đƣờng cong lũy tích điển

hình cho mỗi thời khoảng; Tính lũ thiết kế theo các phƣơng pháp mô hình quan hệ,

đường lũ đơn vị và phương trình lượng trữ.

USACE - AED [27] có trình bày hai phƣơng pháp tính lũ thiết kế gồm đường lũ đơn

vị (SCS) và mô hình quan hệ, trong đó đề cập đến các yếu tố chính cần xác định gồm:

bộ đƣờng cong IDF của mƣa 24h (thời kỳ lặp lại T = 10, 20 và 50 năm), hệ số dòng

chảy C, thời gian tập trung dòng chảy Tc và các đặc trƣng lƣu vực (diện tích, chiều

dài, độ dốc).

Engineers Australia (2006), (2013) [28], [29] trong tài liệu Hƣớng dẫn tính mƣa -

dòng chảy phần tổn thất ở Úc, đề cập chi tiết trong AR&R các phƣơng pháp tính lũ

thiết kế: mô hình quan hệ với hệ số dòng chảy đƣợc thiết lập theo thời kỳ lặp lại. C2,

C5, C20, C50 các giá trị này đều tính theo C10; Phương pháp mô hình quan hệ, mô hình

toán (RORB). Trong đó phƣơng pháp mô hình quan hệ và chỉ số lũ dùng cho lƣu vực nhỏ (A < 50 km2), còn phƣơng pháp RORB thì ứng dụng cho A ≥ 50 km2. Đƣờng quá

trình lũ thiết kế đƣợc xây dựng bằng phƣơng pháp RORB cho lƣu vực lớn, còn đối với

lƣu vực nhỏ phải sử dụng đƣờng quá trình lũ điển hình.

Bruce (2007) [30] đã tổng quan các phƣơng pháp tính lũ thiết kế và xác định khẩu độ

thoát nƣớc qua công trình cống và cầu nhỏ trên đƣờng ô tô ở Mỹ, từ năm 1911 các

nhân viên bảo trì và kỹ sƣ đƣờng sắt của Mỹ - Hiệp hội đƣờng (AREMWA) dùng 6

công thức tính diện tích thoát nƣớc và 21 công thức cho lƣu lƣợng đỉnh lũ thiết kế.

Đến năm 1962, Chow đã xây dựng 12 công thức tính diện tích thoát nƣớc và 62 công

thức tính lƣu lƣợng lũ thiết kế. Tuy nhiên chỉ một vài công thức đƣợc ứng dụng rộng

12

rãi dành cho ngành cầu đƣờng Mỹ nhƣ: Bảng Dun (Dun’s table), công thức Myers và

Talbot để tính diện tích cần thiết thoát nƣớc và công thức của Burkli - Ziegler để tính

lƣu lƣợng đỉnh lũ. Bảng Dun đƣợc phát triển bởi James Dun, một kỹ sƣ trƣởng của

đƣờng sắt Atchison, Topeka và Santa Fe, phiên bản đầu tiên năm 1890 và bản cuối

cùng năm 1906. Công thức Myers đƣợc kỹ sƣ đƣờng sắt, E.T.C Myers phát triển đầu

tiên vào năm 1879 có dạng √ với A diện tích thoát nƣớc và D là diện tích lƣu

vực, C là hệ số phụ thuộc vào điều kiện mặt đệm. Công thức Talbot đƣợc xây dựng

năm 1887 do giáo sƣ A.N.Talbot của đại học Illinois với diện tích thoát nƣớc cần thiết

bao gồm: . Công thức tính lƣu lƣợng lũ do Burkli - Ziegler, một kỹ sƣ

với q lƣu lƣợng lũ ngƣời Thụy Sĩ xây dựng năm 1880; Công thức dạng √

đơn vị (cfs/arce); C là hệ số dòng chảy có giá trị từ 0,31 đến 0,75; I là cƣờng độ mƣa

(in/h); S là độ dốc lƣu vực; A là diện tích lƣu vực(arcres). Phƣơng pháp mô hình quan

hệ theo Dooge (1957) (thực tế đƣợc xây dựng bởi Thomas Mulvany, 1851) để tính

toán lũ thiết kế với công thức Q = C.I.A. Đến nay phƣơng pháp đã cải tiến vì thêm thời

khoảng lặp lại và tần suất mƣa (TR40). Ngoài ra, Các phƣơng pháp nhƣ phân tích tần

suất lũ theo Bullentin 17, phƣơng pháp mô hình quan hệ và SCS theo TR55 cũng đƣợc

giới thiệu và ứng dụng trong các thời đoạn tiếp theo. Phƣơng pháp BPR của Cục giao

thông công chính năm 1950 xác định lũ thiết kế theo thời khoảng 5, 10, 25 và 50 cho

lƣu vực nông thôn và nhỏ hơn 1000 arces ở Đông và trung Mỹ. Phƣơng trình hồi quy

vùng ứng với tần suất lũ, xây dựng năm 1960 do USGS thay vì sử dụng đồ thị để tra

nhƣ trƣớc đây. Những phƣơng trình hồi quy này đƣợc ứng dụng rộng rãi tính lũ cho

vùng nông thôn ở Mỹ.

Và còn rất nhiều các nghiên cứu khác nữa cũng đề cập đến các vấn đề này, tuy nhiên

nội dung cũng tƣơng tự nhƣ các phƣơng pháp đã nêu ở phần trên.

Kết luận, từ tổng quan các phƣơng pháp nghiên cứu cho thấy, phương pháp mô hình

quan hệ và đường lũ đơn vị SCS đƣợc sử dụng hầu hết ở các nƣớc Nhật, phƣơng Tây

và Mỹ dùng để thiết kế công trình giao thông. Điều này chứng tỏ, mức độ tin cậy và

tính hiệu quả của các phƣơng pháp.

13

1.2.2 Tính lũ thiết kế ở các nước Đông Âu và Nga

Các phƣơng pháp tính lũ thiết kế đƣợc đề cập chủ yếu trong các tài liệu và quy trình,

tiêu chuẩn ở Nga bao gồm:

Quy trình BCH 63-67,''Quy trình khảo sát và thiết kế công trình vƣợt sông trên đƣờng

sắt và đƣờng ô tô'' (quy trình BCH 63-67) trình bày các phƣơng pháp tính đặc trƣng lũ

thiết kế trong điều kiện thiếu số liệu thực đo là các phƣơng pháp Cƣờng độ giới hạn,

Xokolopsky. Phƣơng pháp cƣờng độ giới hạn đƣợc xây dựng dựa theo lý thuyết tập

trung dòng chảy dạng tổng quát là: Qp = K.aτ.ατ.F với K là hệ số chuyển đổi đơn vị; aτ

là cƣờng độ mƣa ứng với thời đoạn lớn nhất; ατ là hệ số dòng chảy; F là diện tích lƣu

vực. Còn phƣơng pháp Xokolopsky là dạng công thức thể tích.

Tiêu chuẩn thiết kế CH 435-72 (1972) ''Những chỉ dẫn về xác định các đặc trƣng

thủy văn tính toán'' đã trình bày một số phƣơng pháp tính toán lƣu lƣợng thiết kế từ

mƣa và mặt đệm trong trƣờng hợp thiếu số liệu thực đo lũ, các phƣơng pháp tính toán

dòng chảy lũ đề cập đến nhƣ: phƣơng pháp Cƣờng độ giới hạn, phƣơng pháp

Xokolopsky cho trƣờng hợp thiếu số liệu thực đo. Các phƣơng pháp này chính là các

phƣơng pháp giới thiệu trong QP.TL C - 6 - 77 và TCVN 9845:2013 ở Việt Nam.

Bapkov V.F., Andreev O.V (1972) xuất bản cuốn Thiết kế đƣờng ô tô, nội dung của

cuốn sách phần tính toán thủy văn thiết kế trình bày các phƣơng pháp tính lũ thiết kế

đối với trƣờng hợp không có số liệu thực đo bao gồm các phƣơng pháp Cƣờng độ giới

hạn, Xokolopsky tƣơng tự nhƣ trong TC CH 435-72.

Pêrêvôđonhekov B.F (1975) ''Tính toán dòng chảy cực đại trong thiết kế các công

trình đƣờng ô tô''. Trình bày phƣơng pháp tính lũ thiết kế cũng bằng phƣơng pháp

Cƣờng độ giới hạn, Xokolopsky trong trƣờng hợp thiếu số liệu. Ngoài ra, còn rất nhiều

nhà khoa học uy tín của Nga nghiên cứu xây dựng theo các dạng khác nhau, điển hình

nhƣ Kocherin; Protodiakonov; Bephan; Alekceev. Có thể tóm tắt các phƣơng pháp sử

dụng ở các nƣớc này nhƣ bảng sau:

14

Bảng 1.2 Bảng thống kê các phƣơng pháp tính lũ thiết kế ở Đông Âu và Nga

Phƣơng pháp

Tóm tắt yêu cầu của phƣơng pháp

Số liệu yêu cầu

* Số liệu lũ thực đo (Q) (giờ), (m3/s)

1) Thống kê xác suất

* Có trạm đo đạc mực nƣớc và lƣu lƣợng lũ

* Dòng chảy do mƣa rào

* Lƣu vực lớn

* Số liệu dài, tin cậy, đồng nhất, ngẫu nhiên; n > 30 năm

* Đồng nhất về địa hình và khí hậu

* Diện tích lƣu vực A (km2)

2) Lƣu vực tƣơng tự

* Trạm tƣơng tự

* Q, A1, A2

* Diện tích A < 100 km2

* Diện tích lƣu vực A (km2)

3) Cƣờng độ giới hạn

* Mƣa đồng đều trên lƣu vực

* Hệ số dòng chảy, α, υ

* Cƣờng độ mƣa không đổi

* Mô đun đỉnh lũ lớn nhất, Ap%

* Lƣợng mƣa ngày thiết kế, Hnp%

* Dòng chảy đƣợc sinh hoàn toàn từ các diện tích cấp nƣớc

* Hệ số ao hồ đầm lầy, δ

* Tần suất mƣa bằng tần suất dòng chảy.

4) Xokolopsky

* Diện tích lƣu vực A > 100 km2

* Hệ số dòng chảy, α

* Đƣờng cong triết giảm mƣa

* Hệ số hình dạng lũ, f

* Lƣu lƣợng sông trƣớc lũ

* Diện tích lƣu vực, A (km2)

* Lớp tổn thất ban đầu, Ho (mm)

* Lƣợng mƣa thiết kế Hτ tính từ Ψτ

* Hệ số ao hồ đầm lầy δ

* Thời gian lũ lên bằng thời gian tập trung dòng chảy

* Thời gian lũ lên Tl (h)

* Tần suất mƣa bằng tần suất lũ

* Lƣợng mƣa ngày , Hnp%

1.2.3 Tính lũ thiết kế ở Việt Nam

1.2.3.1 Quy định về cấp đường và tần suất lũ thiết kế

Công trình giao thông ở Việt Nam đƣợc quy hoạch và xây dựng theo các tuyến phục

vụ giao thƣơng giữa các tỉnh thành và các nƣớc trong khu vực. Quy định cấp đƣờng

15

dựa vào mật độ phƣơng tiện giao thông (lƣu lƣợng phƣơng tiện đi lại trên đƣờng),

những nơi tuyến đƣờng đi qua nhƣ đô thị hoặc vùng trọng yếu xây dựng theo cấp cao

(I, II, III) còn nhƣ vùng nông thôn, vùng đồi núi hay trung du là đƣờng cấp thấp (IV,

V, VI). Các tuyến đƣờng đều có yêu cầu tính lũ thiết kế và có báo cáo thủy văn, thủy

lực (sau năm 1995), đặc trƣng thủy văn thiết kế quan trọng là mực nƣớc đỉnh lũ và lƣu

lƣợng đỉnh lũ, giá trị này dùng để xây dựng cầu, cống, rãnh thoát nƣớc. Những nơi

không có đủ số liệu thì tính lũ thiết kế từ lƣợng mƣa 1ngày max và đặc trƣng mặt đệm.

Đƣờng miền núi chiếm 70% tổng số km đƣờng trên toàn quốc đƣợc thiết kế với cấp

IV, V và VI với tần suất lũ 2 - 4% các hạng mục thoát nƣớc không đầy đủ hoặc không

đủ năng lực thoát nƣớc. Các phƣơng pháp tính phụ thuộc vào diện tích, tình trạng số

liệu thủy văn và mức độ quan trọng của công trình. Đối với cầu lớn và cầu trung

(chiều dài cầu L > 25m) và có nhiều số liệu thủy văn thì tính lƣu lƣợng thiết kế theo

phƣơng pháp thống kê xác suất; ngƣợc lại nếu không có số liệu thủy văn thì tính theo

phƣơng pháp Xokolopsky. Đối với lƣu vực nhỏ, các công trình thoát nƣớc trên đƣờng

nhƣ cầu nhỏ, cống và đƣờng tràn thƣờng dùng các công thức kinh nghiệm hoặc bán

kinh nghiệm nhƣ: công thức Cƣờng độ giới hạn, Triết giảm. Tần suất thiết kế công

trình thoát nƣớc trên đƣờng giao thông theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 - 01

và tiêu chuẩn thiết kế đƣờng ôtô 22 TCN 273 - 01 [21] [31].

Bảng 1.3 Quy định về tần suất lũ

Cấp đƣờng

Loại công trình

Đƣờng cao tốc, đƣờng cấp I

II và III

IV

Nhƣ đối với cầu nhỏ và cống

Nền đƣờng

1: 100

1: 100

1: 50

Cầu lớn và cầu trung

1: 100

1: 50

1: 25

Cầu nhỏ và cống

1: 25

1: 25

1: 25

Rãnh

Ghi chú:1. Đối với các cầu có khẩu độ Lc ≥10m và các kết cấu vĩnh cửu thì tần suất lũ

16

tính toán lấy bằng 1:100 và không phụ thuộc vào cấp đƣờng II. Đối với đƣờng nâng

cấp cải tạo nếu có khó khăn lớn về kỹ thuật hoặc phát sinh khối lƣợng lớn thì cho phép

hạ tiêu chuẩn về tần suất lũ tính toán nếu đƣợc sự đồng ý của cơ quan có thẩm quyền.

1.2.3.2 Các nghiên cứu về tính lũ thiết kế

Tính lũ thiết kế cho công trình giao thông ở Việt Nam phụ thuộc vào diện tích lƣu vực,

tình trạng số liệu thủy văn và mức độ quan trọng của công trình (cấp công trình). Có

thể phân thành hai nhóm: i) nhóm phƣơng pháp phân tích thống kê và ii) nhóm phân

tích nguyên nhân hình thành (hình 1.2):

Hình 1.2 Các phƣơng pháp tính lũ cho giao thông ở Việt Nam

i) Nhóm phƣơng pháp thống kê xác suất khi có nhiều số liệu đo đạc lũ (các phân phối

gồm Log Pearson III, Pearson III, Kritsky - Mennkel). Hiện nay, có nhiều phần mềm

vẽ đƣờng tần suất đƣợc xây dựng để tính các tham số thống kê nhằm tăng độ chính xác

và tiện dụng. Tuy vậy, các công trình giao thông phần lớn đều có vị trí tại các sông,

suối không có số liệu lũ thực đo để ứng dụng phƣơng pháp thống kê xác suất.

ii) Nhóm phƣơng pháp phân tích nguyên nhân hình thành, gồm các công thức kinh

nghiệm theo Liên xô cũ (1-1); (1-2); (1-4) và các công thức kinh nghiệm xây dựng cho

từng vùng:

+ Công thức Cƣờng độ giới hạn cho lƣu vực F  100 km2

(1-1)

17

+ Công thức Cƣờng độ giới hạn cho lƣu vực nhỏ F  30 km2

(1-2)

(1-3) Trong đó a ,p tính từ Hn,p và T: 

+ Công thức Xokolopsky cho lƣu vực F > 100 km2

(1-4)

( )

Thực tế, công thức Cƣờng độ giới hạn (A < 100 km2) là công thức tính đỉnh lũ theo

cƣờng độ mƣa lớn nhất giới hạn trong khoảng thời gian tập trung dòng chảy. Các công

thức đều cần các bảng tra nhƣ: Bảng tra hệ số dòng chảy; bảng tra thời gian tập trung

dòng chảy; bảng tra mô đun đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế, bảng tra hệ số triết giảm

ao hồ, đầm lầy, bảng tra hệ số nhám sƣờn dốc và lòng sông. Công thức Xokolopsky

thuộc nhóm công thức thể tích phụ thuộc vào lƣợng mƣa thời đoạn, lớp nƣớc tổn thất

ban đầu (H0), hệ số hình dạng biểu đồ lũ và các thông số mặt đệm khác. Các phƣơng

pháp khi áp dụng ở Việt Nam cho đến nay bộc lộ rất nhiều hạn chế.

Một số nghiên cứu điển hình có đề cập đến tính lũ thiết kế cho công trình giao thông ở

Việt Nam bao gồm:

Mai Anh Tuấn (2003) [32] là luận án tiến sỹ nghiên cứu về các hạn chế trong tính

thủy lực thủy văn, lũ thiết kế trong ngành giao thông, tác giả đã thống kê các hƣ hỏng

trên đƣờng giao thông và đánh giá nguyên nhân xảy ra sự cố. Có nhiều nhóm nguyên

nhân đƣợc đề cập nhƣ: do địa chất, kết cấu và thi công và do thủy lực thủy văn. Với

những nguyên nhân này, tác giả đã kết luận một số vấn đề còn hạn chế trong tính thủy

lực thủy văn nhƣ: việc quy định tần suất lũ, các hệ số, các bảng tra và các vấn đề liên

quan đến tích nƣớc trƣớc cống và khẩu độ. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu mới dừng ở

việc tổng kết những nhƣợc điểm của phƣơng pháp tính toán thủy văn, thủy lực chƣa

đƣa ra lời giải thích hay cách khắc phục một cách triệt để.

Trần Đình Nghiên (2003) [33] trình bày những thông tin cơ bản và cập nhật nhằm

đáp ứng nhu cầu của sinh viên, các kỹ sƣ, học viên cao học trong lĩnh vực xây dựng

công trình cầu, đƣờng nói riêng và cơ sở hạ tầng nói chung khi giải quyết vấn đề tác

động tƣơng hỗ giữa công trình và dòng sông, đây một tài liệu cập nhật các kiến thức

18

thuỷ lực, động lực học dòng sông và thuỷ lực công trình cầu cống. Tác giả đã đƣa ra

một số công thức mới của các nƣớc. Các phƣơng pháp mới dừng ở việc giới thiệu các

phƣơng pháp cho ngƣời đọc.

Nguyễn Quang Chiêu & Trần Tuấn Hiệp (2004) [34] đề cập đến việc điều tra khảo

sát thủy văn, tính toán lƣu lƣợng nƣớc, chọn loại cống, cầu nhỏ, xác định khẩu độ cầu

nhỏ, cống đƣờng tràn, tính toán các thiết bị tiêu năng, tính xói hạ lƣu các cầu cống.

Trong tài liệu này có trình bày đến phƣơng pháp tính lũ theo công thức đơn giản của

Bônđakôp (Nga), phƣơng pháp đƣợc cho là tiện dụng đối với công trình thoát nƣớc

nhỏ. Tuy nhiên, trong điều kiện hiện nay cũng còn nhiều vấn đề chƣa đƣợc cập nhật.

Bộ GTVT, Sổ tay tính toán thủy văn - thủy lực cầu đƣờng (2006) [35], [36], [31]

Do nhóm kỹ sƣ thuộc Vụ khoa học công nghệ, Bộ Giao thông Vận tải viết về cách tính

thủy văn, thủy lực cho các công trình giao thông trong các điều kiện về địa hình và tài

liệu khác nhau. Các công thức vẫn chủ yếu dựa theo QP.TL C - 6 - 77 với các bảng tra

đã đƣợc xây dựng từ những năm 80 trở về trƣớc, đƣợc áp dụng theo QP của Nga hoặc

xây dựng trong điều kiện chuỗi số liệu còn ngắn, đến nay vẫn chƣa đƣợc cập nhập.

Các phƣơng pháp mới chỉ mang tính giới thiệu chứ chƣa có quy trình tính và cập nhật

theo các kỹ thuật hiện đại.

Nguyễn Xuân Trục (2009 [37] đề cập theo hai vấn đề lớn: Đối với công trình vƣợt

qua sông suối lớn (cầu lớn và cống), đề xuất công thức tính toán lƣu lƣợng và mực

nƣớc thiết kế, xói lở lòng cầu và thƣợng hạ lƣu cầu, ảnh hƣởng nƣớc dâng khu vực

cầu, đề xuất cao trình cầu, đƣờng dẫn theo các công thức của Liên xô và công thức

thực nghiệm. Đối với công trình vƣợt qua sông suối nhỏ (cầu nhỏ và cống) tác giả đề

xuất công thức tính lƣu lƣợng từ lƣợng mƣa thiết kế. Các công thức chính là các công

thức thực nghiệm của Liên xô cũ có điều chỉnh các tham số. Thực tế, cho đến nay các

công trình đều tính theo các phƣơng pháp nêu trong tài liệu này.

Đoàn Nhƣ Thái Dƣơng (2012) [38] (Luận văn thạc sỹ), cũng chỉ ra các sự cố trên

đƣờng miền núi sau mƣa lũ và đƣa ra các giải pháp thiết kế thiết kế nhằm giảm thiểu

những ảnh hƣởng của mƣa lũ đến công trình giao thông. Giải pháp chỉ mang tính cải

tiến về mặt xây dựng.

Nguyễn Tiến Cƣơng (2012) [39] (Luận văn thạc sỹ), đã đề cập về thực trạng công

trình giao thông thuộc tỉnh Hòa bình về những sự cố sau mƣa lũ: sụt trƣợt, xói lở công

19

trình cầu cống, công trình thoát nƣớc và xác định nguyên nhân tác động là do nƣớc

mƣa, nƣớc ngầm, từ đó đề xuất các biện pháp công trình nâng cao hiệu quả khai thác.

Trong tính thử nghiệm, vẫn sử dụng các phƣơng pháp tính lũ thiết kế theo TCVN

9845. Đề tài mới chỉ là đƣa ra giải pháp nhằm nâng cao năng lực của công trình chứ

chƣa nghiên cứu chi tiết về phần tính lũ và đề xuất phƣơng pháp tính lũ thiết kế cho

công trình giao thông.

Nguyễn Anh Tuấn (2014) [40] (Luận án tiến sỹ kỹ thuật), đã tính lại Hn,p (lƣợng

mƣa ngày lớn nhất ứng với tần suất) tại 14 trạm khí tƣợng điển hình trên toàn quốc và

tọa độ đƣờng cong mƣa cho 1 - 1440 phút tại một số trạm trên phục vụ cho công tác

tính lƣu lƣợng bằng công thức cƣờng độ giới hạn. Trong luận án có nghiên cứu cụ thể

việc tính đặc trƣng mƣa ngày cho các trạm điển hình, tuy nhiên mới dừng lại ở phần

tính toán đặc trƣng mƣa mà chƣa cụ thể đƣợc phƣơng pháp tính lũ cho công trình giao

thông cho vùng nghiên cứu.

1.3 Những hạn chế trong tính lũ thiết kế cho giao thông ở Việt Nam

Qua nghiên cứu, phân tích và đánh giá tổng quan cho thấy tính toán lũ thiết kế cho

công trình giao thông ở Việt Nam có một số hạn chế nhƣ:

i) Hiện nay, việc chọn tần suất mới dựa vào cấp đƣờng mà chƣa xét đến các điều kiện

bất lợi khác nhƣ điều kiện tự nhiên và khí tƣợng thủy văn của vùng xây dựng công

trình dẫn đến tình trạng công trình không đủ năng lực và gặp nhiều sự cố. Điển hình

nhƣ lũ 2014 trên toàn tỉnh Lạng Sơn (lũ lịch sử năm 1986, 2008, 2014) rất nhiều tuyến

đƣờng bị hƣ hỏng phải sửa, các taluy bị sạt lở, đƣờng bị ngập nhiều giờ gây ách tắc

giao thông, công trình cầu cống bị hƣ hỏng nặng nề.

ii) Việc tính lũ thiết kế mới chú trọng xác định đỉnh lũ mà chƣa xét đến tổng lƣợng lũ

(W) dẫn đến tổng lƣợng nƣớc đổ dồn vào công trình, không kịp thoát (khẩu độ nhỏ),

tạo hiện tƣợng tích nƣớc ở thƣợng lƣu đối với các công trình, tạo áp lực khí gây hỏng

mố cầu cống hay đuôi cống, mặt đƣờng bị phá hai bên thân cống [32].

iii) Tiêu chuẩn 22TCN-220-95 [31] đƣợc xây dựng trong điều kiện tài liệu quan trắc

lúc bấy giờ còn ít, không có điều kiện kiểm nghiệm, nên hƣớng tiếp cận là sử dụng các

20

công thức chủ yếu từ Liên xô cũ với phƣơng pháp và các bảng tra chƣa đƣợc cập nhật

dẫn đến sai số trong tính toán:

- Việc tra hệ số dòng chảy (phụ thuộc vào cấp đất, diện tích lƣu vực và lƣợng

mƣa). Cơ sở khoa học của bảng tra này rất hạn chế vì bản đồ loại đất và thảm phủ thực

vật đều là các bản đồ giấy, đƣợc xây dựng từ lâu, nhất là cho khu vực Đông Bắc. Đặc

biệt trên lƣu vực có nhiều loại đất và thảm phủ sẽ rất khó xác định hệ số dòng chảy.

- Việc tra thời gian chảy truyền trên sƣờn dốc (phụ thuộc vào hệ số địa mạo

sƣờn dốc và vùng mƣa) với hệ số địa mạo sƣờn dốc phụ thuộc vào cấp đất, vùng mƣa

và các đặc trƣng lƣu vực; Các thông số này đều khó xác định chi tiết với cách tính

truyền thống.

- Việc tra mô đun dòng chảy theo tần suất (mô đun dòng chảy lớn nhất) phụ

thuộc vào (thời gian chảy trên sƣờn dốc; hệ số địa mạo lòng sông; vùng mƣa); bảng tra

đã đƣợc xây dựng từ lâu với điều kiện số liệu rất hạn chế, chuỗi số ngắn. Vùng mƣa

rộng lớn quy định không rõ, rất khó xác định chính xác vùng mƣa của lƣu vực thoát

nƣớc.

- Việc tra tọa độ đƣờng cong triết giảm mƣa phụ thuộc vào vùng mƣa, thời đoạn

mƣa, thời gian tập trung dòng chảy, trong đó thời tập trung dòng chảy phụ thuộc vào

điều kiện của lƣu vực; bảng tra này cũng đƣợc xây dựng từ lâu trong điều kiện hạn chế

về số liệu, chuỗi số liệu để xây dựng ngắn dẫn tính chính xác không đảm bảo. Vùng

mƣa quá lớn, các kết quả tính mƣa thiết kế sẽ bị thiên lớn hoặc thiên nhỏ.

- Việc tra hệ số nhám sƣờn dốc (n) (phụ thuộc vào hiện trạng sử dụng đất, tỷ lệ

cây cỏ); Tra hệ số nhám lòng sông (phụ thuộc vào đặc điểm của lòng sông); Tra hệ số

triết giảm do ảnh hƣởng của ao hồ (diện tích ao hồ đầm lầy). Các hệ số này cũng rất

khó xác định.

Kết luận, các bảng tra là cơ sở khoa học của các phƣơng pháp tính lũ thiết kế cho công

trình giao thông hiện tại đã cũ, chủ yếu sử dụng từ các nghiên cứu ở Liên Xô cũ và

đƣợc xây dựng từ số liệu rất hạn chế ở Việt Nam (bản đồ tỉ lệ nhỏ, chuỗi số liệu quan

trắc ngắn), khả năng hỗ trợ trong tính toán còn theo cách truyền thống, chƣa cập nhập

21

các công cụ hiện đại nên kết quả không tránh khỏi những sai số không mong muốn và

phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm ngƣời tính.

1.4 Đề xuất hƣớng tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu

Từ những hạn chế trong các phƣơng pháp tính lũ cho ngành giao thông ở Việt Nam, và

ƣu điểm trong một số phƣơng pháp tính lũ thiết kế đang đƣợc sử dụng ở các nƣớc

phƣơng Tây, Nhật và Mỹ (Tính ƣu việt bởi khả năng cập nhật thông tin liên tục về bề

mặt và việc sử dụng các mô hình toán, các kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin

địa lý (GIS) hỗ trợ tính toán), luận án đã lựa chọn hƣớng tiếp cận các phƣơng pháp

nghiên cứu tính lũ thiết kế (Mô hình quan hê, SCS-CN và hồi quy vùng) cho các công

trình thoát nƣớc cho khu vực vùng núi Đông Bắc nhƣ minh họa trong hình 1.3:

i) Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, điều kiện ứng dụng và yêu cầu số liệu (các thông số cần

xác định) của các phƣơng pháp lựa chọn (chi tiết ở mục 1.5);

ii) Nghiên cứu đặc trƣng mƣa (mục 2.2.1): gồm biến động của mƣa lũ thông qua thống

kê và đánh giá các hình thế thời tiết gây mƣa lũ trong khu vực; sự biến động của mƣa

lũ theo không gian và thời gian. Trong đó, phƣơng pháp Mann - Kendall và Sen đƣợc

sử dụng để đánh giá sự biến động của mƣa theo thời gian, phƣơng pháp phân tích tần

suất, xây dựng các bộ đƣờng cong IDF (Cƣờng độ mƣa - Thời gian mƣa - Tần suất)

cho các tiểu vùng khác nhau trong khu vực cũng nhƣ chuyển đổi (chi tiết hóa) mƣa

ngày thành mƣa thời đoạn ngắn. Kỹ thuật Viễn thám và GIS đƣợc sử dụng để cập nhập

các số liệu mới từ ảnh vệ tinh và phân tích không gian để đánh giá sự biến động của

mƣa theo không gian và xây dựng các bản đồ đẳng trị về biến đổi lƣợng mƣa, hệ số

biến đổi lƣợng mƣa Cv theo không gian trong khu vực nghiên cứu;

iii) Nghiên cứu phân tích điều kiện mặt đệm của khu vực Đông Bắc (mục 2.2.2) bao

gồm nghiên cứu phân tích các đặc trƣng hình thái của tiểu lƣu vực thoát nƣớc qua cầu,

nghiên cứu xây dựng bản đồ chỉ số CN, bản đồ hệ số dòng chảy C, bản đồ hệ số nhám

Manning và các bảng tra phụ trợ, kỹ thuật Viễn thám và mô hình phân tích không gian

trong GIS đƣợc sử dụng để tận dụng ƣu điểm của dữ liệu không gian và khả năng cập

nhật nhanh những dữ liệu này khi áp dụng thực tế;

22

iv) Tính toán thử nghiệm, đánh giá kết quả: phân tích cơ sở và các điều kiện áp dụng

từng phƣơng pháp lựa chọn đề xuất các phƣơng pháp phù hợp cho từng loại công trình

và phù hợp với đặc điểm của vùng nghiên cứu (chƣơng III).

Tổng quan tài liệu, các bài báo và các nghiên cứu.

Lựa chọn phƣơng pháp

Phƣơng pháp mô hình quan hệ

Phƣơng trình hồi quy vùng

Phƣơng pháp SCS–CN - Bản đồ chỉ số CN - Đƣờng lũ đơn vị - Diện tích lƣu vực A

- Diện tích lƣu vực A - Độ dốc lƣu vực S - Mƣa

- Hệ số dòng chảy C - Cƣờng độ mƣa I - Diện tích lƣu vực A

Nghiên cứu điều kiện mặt đệm

Nghiên cứu đặc trƣng mƣa

Xây dựng bản đồ chỉ số CN

Xây dựng bản đồ hệ số nhám Manning n

Xây dựng bản đồ hệ số dòng chảy C

Xây dựng và phân tích lƣu vực và đặc trƣng lƣu vực

- Biến động theo không gian: Biến động hệ số CV; - Biến động theo thời gian: Tăng giảmtheo xu thế của Mann Kendall và Sen

- Tính mƣa thiết kế: + Chi tiết hóa mƣa ngày thành thời đoạn ngắn + Cƣờng độ mƣa (IDF) + Lƣợng mƣa thiết kế + Đƣờng lũy tích mƣa 24h.

Xây dựng cơ sở khoa học tính mƣa và mặt đệm

Tính toán thử nghiệm cho công trình cầu - Nhóm cầu có A < 5 km2 - Nhóm cầu có A = 5-30 km2 - Nhóm cầu có A = 30-100 km2 - Nhóm cầu có A > 100 km2

Xây dựng phần mềm hỗ trợ và đề xuất áp dụng phƣơng pháp phù hợp cho khu vực nghiên cứu

Hình 1.3 Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu

23

v) Xây dựng chƣơng trình tính nhằm tích hợp tất cả các kết quả đạt đƣợc cùng với quy

trình hƣớng dẫn tính toán lũ thiết kế cho các công trình giao thông thuộc khu vực vùng

núi Đông Bắc với mong muốn chƣơng trình này giải quyết đƣợc một số hạn chế trong

tính toán hiện nay, đồng thời để mở cho phép ngƣời dùng tiếp tục cập nhật và hoàn

thiện các phƣơng pháp tính (mục 3.4).

1.5 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

Đặc điểm tự nhiên 1.5.1

1.5.1.1 Vị trí địa lý

Theo phân chia trƣớc đây, vùng Đông Bắc nƣớc ta gồm các tỉnh nhƣ Cao Bằng, Lạng

Sơn, Bắc Giang, Bắc Ninh, Quảng Ninh, Hải Phòng.Trong nghiên cứu này, vùng Đông

Bắc đƣợc giới hạn bởi các tỉnh Hà Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Lạng Sơn, Thái

Nguyên, Bắc Giang, Quảng Ninh. Lào Cai, Tuyên Quang, Yên Bái. Đông Bắc tiếp

giáp với Trung Quốc ở phía bắc và phía đông, phía Đông nam trông ra vịnh Bắc Bộ,

phía Nam giới hạn bởi dãy núi Tam Đảo và vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng.

Hình 1.4 Bản đồ khu vực nghiên cứu (vùng Đông Bắc)

24

1.5.1.2 Đặc điểm địa hình

Vùng Đông Bắc là khu vực có địa hình đồi núi dốc cao, vực thẳm, chia cắt mạnh, lại

nằm trong những tâm mƣa lớn, trong mùa mƣa lũ tình trạng sạt trƣợt núi, cắt đứt

đƣờng, làm trôi cầu giao thông xảy ra khá nghiêm trọng. Hai tỉnh Lạng Sơn và Bắc

Kạn thuộc vùng núi Đông Bắc với 80% diện tích đồi núi có địa hình thay đổi lớn nhƣ:

Địa hình vùng núi cao, địa hình vùng đồi núi thấp, địa hình núi đá vôi, địa hình thung

lũng kiến tạo - xâm thực. Ở đây là vùng đầu nguồn của các con sông lớn với độ dốc

phức tạp tạo điều kiện hình thành các trận lũ quét, lũ ống hay lũ cực hạn nếu diễn biến

về thảm phủ bị thay đổi theo chiều hƣớng xấu đi. Chiếm phần lớn là diện tích núi, đồi,

có nhiều dãy núi cao ở phía Tây, đặc biệt dãy Hoàng Liên Sơn, chạy dọc theo hƣớng

Đông Bắc - Tây Nam, ở phía Đông lại có những dãy núi cao chạy theo hình cánh

cung, đồng thời có nhiều con sông, suối bắt đầu nguồn từ núi cao đổ xuống phía đồng

bằng làm cho địa hình của Đông Bắc chia cắt phức tạp. Dƣới đây là bản đồ chi tiết về

Dãy núi Ngân Sơn

Dãy núi Mẫu Sơn

địa hình thuộc hai tỉnh nằm trong phạm vi nghiên cứu của luận án (Hình 1.5).

Hình 1.5 Bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu (Tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn)

25

1.5.1.3 Đặc điểm địa chất thổ nhưỡng

Sự hình thành cũng nhƣ quá trình phát sinh của lớp vỏ thổ nhƣỡng có mối liên quan

chặt chẽ với đá và khoáng chất hình thành thổ nhƣỡng. Có khoảng 20 phân vị địa tầng,

có tuổi từ Cambri đến Đệ Tứ. Đất đá chủ yếu trong các phân vị này nhƣ sau: Đá granit

(thuộc nhóm đất macma a xít có hàm lƣợng SiO2 rất cao), đất đƣợc hình thành từ loại

đá này thƣờng có thành phần cơ giới nhẹ, tầng mỏng, độ phì nhiêu thấp:

o Đá Anđêzit (là loại đá thuộc nhóm macma trung tính chƣa nhiều loại khoáng

chất, đây là loại đá dễ bị phong hóa cho lớp phủ thổ nhƣỡng dày, thành phần cơ

giới nặng, cấu trúc tơi xốp.

o Nhóm đá trầm tích gồm 6 loại đá và các mẫu đất:

 Đá vôi, Đá granit; Đá phiến sét; Đá cát; Đá Macma trung tính; Sản phẩm

bồi tụ;

 Nhóm đất nâu đỏ; Nhóm đất nâu vàng; Nhóm đất xám feralit; Nhóm đất

xám mùn trên núi; Nhóm đất phù sa chua, phèn tiềm tàng và xói mòn mạnh trơ sỏi đá

[41]. Trong đó: Nhóm đất feralít đỏ vàng phát triển trên đá phiến thạch sét, phiến sa và

biến chất. Loại đất này thƣờng có khả năng giữ nƣớc kém, tỷ lệ sắt trong đất cao, giầu

canxi. Nhóm đất feralít đỏ vàng phát triển trên đá macma a xít, phân bố tập trung ở

sƣờn một số dãy núi nằm ở phía Tây và Tây Nam khu vực; độ dày tầng đất vào loại

trung bình và mỏng. Nhóm đất phát triển trên đá kiềm (đá vôi, đá bazic), loại đất đá

vôi, đất tốt, thích hợp cho trồng cây nông nghiệp ngắn ngày, giầu chất canxi, nhƣng độ

dày không đồng đều và thiếu nƣớc mặt, loại đất phát triển trên đá giầu chất dinh

dƣỡng, độ dày thƣờng sâu. Nhóm đất phù sa, phát triển trên phù sa cổ tập trung ở phần

hạ lƣu sông, đất có tầng sâu dày, nhƣng bạc màu.

1.5.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn

a) Đặc điểm khí tƣợng

Vùng Đông Bắc là nơi tập trung tâm mƣa lớn của cả nƣớc nhƣ tâm mƣa Bắc Quang,

Móng Cái, Đình Lập. Mùa mƣa ở khu vực Đông Bắc từ tháng V đến tháng IX, lƣợng

mƣa chiếm từ 75 - 80% tổng lƣợng mƣa năm, tháng có lƣợng mƣa lớn nhất là tháng

26

VII và tháng VIII với lƣợng mƣa phân bố trên 300mm/ tháng. Các tâm mƣa lớn xuất

hiện ở những vùng núi cao đón gió mùa ẩm, nhƣ ở dãy núi Tam Đảo ở hữu ngạn sông

Công (trên 2600mm), dãy núi Yên Tử (trên 2000mm), vùng Bắc Quang, Đình Lập,

Móng Cái. Mùa mƣa vào các tháng V - IX, có năm sớm hơn từ tháng IV. Lƣợng mƣa

ngày lớn nhất đã quan trắc đƣợc ở một số trạm nhƣ sau: Tại Đình Lập: 306,4mm ngày

14/7/1971. Tại Bắc Kạn: 456,1mm ngày 17/10/1984.

Tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với đặc trƣng

khí hậu miền Bắc có mùa đông lạnh, mƣa ít; mùa hè nóng ẩm, mƣa nhiều. Nhiệt độ trung bình năm là 20-22 0C, cao nhất là 32,50C, thấp nhất là 1,60C [41]. Gió mùa đã

gây ra hiện tƣợng mƣa mùa và phân hoá theo không gian. Lƣợng mƣa trung bình năm

bình quân khoảng 1.084 mm, phân bố không đều theo vùng và theo mùa. Mùa mƣa từ

tháng IV đến tháng IX có mƣa nhiều, lƣợng mƣa chiếm khoảng 80 - 85% lƣợng mƣa

cả năm. Độ ẩm không khí trung bình hàng năm vào khoảng 82,0%. Có 2 hƣớng gió

chính là gió Đông Bắc thổi từ tháng XII đến tháng IV năm sau và gió Đông Nam thổi

từ tháng V đến tháng XI. Nơi đây cũng có các tháng mùa hạ mƣa lớn, mƣa tập trung

dễ gây ra lũ ống, lũ quét, xói mòn đất đai [41]. Các đặc trƣng trung bình nhiều năm có

thể nêu tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 1.4 Các đặc trƣng khí tƣợng trung bình nhiều năm

TT

Các đặc trƣng

Trung bình năm

Cao nhất

Thấp nhất

20- 22oC

32,5oC

1,6

1

Nhiệt độ

1000- 1510 mm

2 Mƣa

2000mm

800mm

Độ ẩm

3

84%

90%

61%

Bốc hơi

4

753,5 mm

823,2

682.8

5

Hƣớng gió thịnh hành

Đông Bắc, Đông Nam

Nguồn: Trung tâm Tư liệu Khí tượng thuỷ văn, Bộ TN&MT( 2015) và [55]

b) Đặc điểm thuỷ văn.

Kết quả của các nghiên cứu [7], [9], [11] cho thấy: nguyên nhân gây lũ lớn ở các sông

khu vực miền Bắc rất phức tạp do tổ hợp của nhiều loại hình thời tiết. Mùa lũ thƣờng

kéo dài 4-5 tháng từ VI - IX hoặc X, chiếm 75-80% lƣợng nƣớc cả năm, trong đó

27

tháng có lũ lớn nhất thƣờng là tháng VII, VIII. Mùa lũ trên tất cả các sông là khá ổn

định. Mùa lũ ở các sông vùng Đông và Đông Bắc kết thúc sớm hơn ở các sông vùng

phía Tây phù hợp với quy luật mƣa trên khu vực.Với đặc điểm mƣa gây lũ và điều

kiện địa hình lƣu vực, sông suối mà lũ ở các sông Miền Bắc có những đặc điểm nổi

bật: - Lũ xảy ra khá đồng bộ trên các lƣu vực sông vì nguyên nhân gây mƣa trên diện

rộng, nên có sự tƣơng quan đỉnh lũ lớn nhất hàng năm giữa các sông là khá chặt chẽ

với hệ số tƣơng quan 0,40-0,50 trên lƣu vực sông Đà và 0,70-0,90 trên lƣu vực sông

Thao, sông Lô; - Lũ thƣờng kéo dài nhiều ngày do nhiều hình thái thời tiết gây mƣa lũ

kết hợp hoặc nối tiếp nhau (có những trận mƣa gồm 4-5 đợt mƣa kế tiếp nhau). Do vậy

đa phần lũ có dạng kép nhiều đỉnh và thời gian lũ lên dài [7].

Trong khu vực nghiên cứu, đặc điểm của các hệ thống sông suối chính ở Bắc Kạn nhƣ

sau: các sông suối có đặc điểm chung là lòng nhỏ và dốc, nên tốc độ dòng chảy rất lớn,

nhất là trong mùa mƣa lũ. Sông Cầu chảy qua địa bàn tỉnh dài 103 km, diện tích lƣu

vực là 510 km2, Qtb năm là 73 m3/s, mùa lũ Qtb là 123 m3/s, độ dốc dòng chảy trung bình là 1,75 %0, tổng lƣợng nƣớc khoảng 798 triệu m3. Sông Bắc Giang chảy qua trên

địa bàn tỉnh dài 28,6 km, chiều rộng lòng sông từ 40 - 60 m, độ chênh cao giữa dòng

và mặt ruộng khoảng 4 - 5 m, lƣu lƣợng bình quân vào mùa lũ lên tới 2.100 m3/s (năm

1979), tổng lƣợng nƣớc trên lƣu vực khoảng 794 triệu m3. Sông Yến Lạc trên địa bàn

tỉnh dài 55,5 km uốn khúc theo chân các dãy núi cao, lƣu lƣợng thay đổi đột ngột, lòng

sông hẹp. Sông Năng trên địa bàn tỉnh dài 87 km, tổng lƣợng nƣớc khoảng 1,33 tỷ m3

là nguồn cung cấp nƣớc chính cho hồ Ba Bể. Sông Gâm chảy qua địa bàn tỉnh Bắc

Kạn dài 16 km với diện tích lƣu vực khoảng 154 km2. Sông Phó Đáy chảy qua trên địa

bàn tỉnh dài 36 km với diện tích lƣu vực khoảng 250 km2 [41]. Còn ở Lạng Sơn, mật

độ trung bình sông suối chính có từ 0,6 - 12 km/km2, có 3 hệ thống gồm: Sông Kỳ

Cùng thuộc hệ thống sông Tây Giang (Trung Quốc), bắt nguồn từ vùng núi Bắc Xa

(Đình Lập) chảy từ Đông Nam lên Tây Bắc qua Lộc Bình, thành phố Lạng Sơn, Văn

Lãng và Tràng Định. Sông Kỳ Cùng có 77 phụ lƣu, mật độ lƣới sông trung bình là

0,88 km/km2, bao gồm 26 sông nhánh cấp I; 34 sông nhánh cấp II; 16 sông nhánh cấp

III và 1 sông nhánh cấp IV với tổng chiều dài là 1.836 km. Sông Thƣơng, sông Lục

28

Nam thuộc hệ thống sông Thái Bình: Sông Thƣơng bắt nguồn từ dãy núi Na Pa Phƣớc

chảy qua Chi Lăng, Hữu Lũng đổ về Bố Hạ. Sông Thƣơng có 2 sông nhánh là sông

Hóa và sông Trung nằm trên tỉnh Lạng Sơn; Sông Lục Nam ở phía Đông nam của tỉnh,

bắt nguồn từ vùng núi Kham Sâu Chòm ở độ cao 700 m thuộc huyện Đình Lập, diện

tích lƣu vực ở Lạng Sơn là 612 km2 [41]. Sông Phố Cũ, sông Đông Quy thuộc hệ

thống sông ngắn Quảng Ninh: Sông Phố Cũ bắt nguồn từ xã Kiên Mộc huyện Đình

Lập, dài 53 km, diện tích lƣu vực ở Lạng Sơn là 166 km2, hƣớng chảy chính là Tây

Bắc - Đông Nam; Sông Đông Quy là nhánh của sông Ba Chẽ, bắt nguồn từ xã Cƣờng

Lợi, Đình lập, sông có chiều dài 25 km, diện tích lƣu vực ở Lạng Sơn là 104 km2 [41]

Bảng 1.5 Dòng chảy trung bình nhiều năm khu vực nghiên cứu

Thời kỳ quan trắc

Trung bình nhiều năm

TT

Trạm

Sông

Q

M

Y

Q

M

(m3/s)

(l/s.km2)

(m3/s)

(l/s.km2)

(mm)

1

Lạng Sơn

Kỳ Cùng

29,5

18,9

29,5

18,9

595

2

Vân Mịch

Bắc Giang

43,5

18,4

45,8

19,4

612

3

Bắc Khê

Bắc Khê

11,0

18,6

11,9

19,6

617

4

Chi Lăng

Thƣơng

3,62

14,7

3,83

15,5

489

5

Cầu Sơn

Thƣơng

36,4

15,6

36,8

15,8

498

6

Hữu Lũng

Trung

26,5

21,7

27,1

22,2

701

7

Thác Giềng

Cầu

17.3

24.3

17.3

24.3

650

Nguồn: Trung tâm Tư liệu Khí tượng thuỷ văn, Bộ TN&MT (2015) và [55]

Do ảnh hƣởng của địa hình và cấu tạo địa chất đã chi phối mạng lƣới sông suối trong

tỉnh. Phần lớn đồi núi bò sát thềm sông, thềm suối đã khống chế quá trình bồi tụ phù

sa. Chính vì vậy trong tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn không có những cánh đồng phù sa

rộng lớn, mà chỉ có những dải đất bồi tụ phù sa nhỏ hẹp và rải rác theo triền sông, triền

suối. Mặt khác, do ảnh hƣởng của tốc độ dòng chảy xiết cho nên trong đất phù sa bồi

tụ có nhiều hạt thô hơn so với vùng hạ lƣu [41]. Trong mùa mƣa, nƣớc chảy dồn từ các

sƣờn núi xuống các thung lũng hẹp, nƣớc sông suối lên rất nhanh gây lũ, ngập lụt ở

những vùng đất thấp, cộng với các tuyến đƣờng lại men theo đồi núi, một bên là núi

29

cao, một bên là vực sâu. Sự phân bố dòng chảy đối với các sông suối ở Bắc Kạn và

Lạng Sơn theo mùa rõ rệt. Hầu hết các sông, suối ở tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn chịu

ảnh hƣởng mạnh mẽ của mƣa lũ. Còn ở khu vực khác thuộc vùng núi Đông Bắc nơi có

các tuyến quốc lộ đi qua cũng có điều kiện tƣơng tự [41].

1.5.3 Tình trạng giao thông và các sự cố công trình trong mùa mưa lũ

1.5.3.1 Giao thông vùng Đông Bắc

Các quốc lộ chạy qua vùng Đông Bắc bao gồm: QL1A, QL4A, QL4B, QL31, QL3,

QL3B, QL4, QL70, QL18, QL12, QL32. Đƣờng miền núi chiếm 70% tổng số km

đƣờng trên toàn quốc có đặc thù là đƣờng cấp thấp (III - VI) với quy định tần suất thiết

kế lũ p = 2 - 4%. Theo thống kê của Bộ GTVT, tổng số km đƣờng và số lƣợng công

trình thoát nƣớc rất lớn gồm: 4079,99 km quốc lộ; 3216,96 km đƣờng tỉnh; 7789,14

km đƣờng huyện và hơn 1164 cây cầu chƣa kể các rãnh, cống (cứ 1km phải bố trí một

cống địa hình), bậc nƣớc, dốc nƣớc, để nghiên cứu đƣợc chi tiết và cụ thể các nội dung

yêu cầu khối lƣợng tính toán rất nhiều.

1.5.3.2 Giao thông ở hai tỉnh Bắc Kạn - Lạng Sơn

Do những hạn chế thu thập tài liệu, trong phạm vi luận án chỉ mới tập trung nghiên

cứu tính lũ thiết kế cho một số tuyến bao gồm: QL3, QL3B, QL279,QL1A, QL4A,

QL4B, QL31 (Hình 1.6) trong địa phận của hai tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn.Trên cơ sở

nghiên cứu này, những nghiên cứu tiếp theo sẽ mở rộng áp dụng cho các công trình

của vùng núi Đông Bắc Việt Nam.

Hệ thống giao thông ở Lạng Sơn chủ yếu là đƣờng bộ và đƣờng sắt, đƣờng thủy không

đáng kể. Đƣờng bộ phân bố khá hợp lý trên toàn tỉnh bao gồm hệ thống đƣờng quốc

lộ, tỉnh lộ, đƣờng huyện và các đƣờng liên xã, với tổng chiều dài 3,657 km. Tính đến

hết năm 2010 đã có 204/226 xã phƣờng thị trấn có đƣờng ô tô đi lại đƣợc cả 4 mùa đạt

tỷ lệ 90,3%. Đƣờng quốc lộ ở tỉnh có 7 tuyến với tổng chiều dài trên địa phận Lạng

Sơn là 555,1 km gồm: QL1A dài 94,7 km; QL1B dài 101 km; QL4A dài 66 km; QL4B

dài 80 km; QL31 dài 61 km; QL279 dài 90 km và QL3B dài 62,4 km. Nhìn chung chất

lƣợng mạng lƣới giao thông trên địa bàn tỉnh còn nhiều hạn chế, đặc biệt là giao thông

30

nông thôn, tỷ lệ đƣờng đất chiếm tới gần 80%, hệ thống cầu cống kết cấu tạm, việc đi

Hình 1.6 Bản đồ các tuyến đƣờng chính khu vực nghiên cứu

lại ở các xã vùng sâu, vùng xa còn gặp nhiều khó khăn [41].

Về phía Bắc Kạn, có 3 tuyến quốc lộ đi qua gồm: QL3 dài 125 km đạt cấp IV miền

núi; QL3B dài 66,3 km đạt cấp VI miền núi; QL279 dài 98 km đạt cấp V miền núi. Mật độ quốc lộ mới đạt 5,6 km/100 km2, mặt đƣờng hẹp, chất lƣợng đƣờng xấu, chƣa

đƣợc nâng cấp thƣờng xuyên nên giao thông vẫn còn nhiều khó khăn. Đƣờng tỉnh gồm

7 tuyến với tổng chiều dài 256,27 km, hầu hết các tuyến đƣờng tỉnh của Bắc Kạn đều

đạt cấp VI miền núi, chất lƣợng đƣờng ở mức trung bình, nhiều đoạn đƣờng chất

lƣợng còn xấu. Hệ thống giao thông của tỉnh vẫn còn nhiều hạn chế địa hình đồi núi

phức tạp, chia cắt, độ dốc dọc theo các tuyến đƣờng thƣờng lớn, vào mùa mƣa bão

thƣờng bị sạt lở, lún, kết cấu mặt đƣờng dễ bị phá hủy. Hiện vẫn còn trên 1,8 ngàn km

đƣờng đất và đƣờng cấp phối chƣa có điều kiện đầu tƣ, nâng cấp nên trong mùa mƣa

việc đi lại gặp rất nhiều khó khăn, thậm chí bị ách tắc, lầy lội. Quy mô các tuyến

đƣờng còn thấp, đƣờng tỉnh chủ yếu là cấp V, cấp VI; đƣờng huyện chủ yếu từ cấp VI

trở xuống; đồng thời với việc hệ thống cầu, cống còn yếu kém cũng gây cản trở trong

việc đi lại của nhân dân và giao thƣơng hàng hóa [41]. Với số liệu thống kê này cho

thấy, còn nhiều tuyến phải nâng cấp mở rộng (hơn 1.800 km đƣờng cấp phối và đất;

chiều rộng đƣờng 3,5 - 6 m, các công trình thoát nƣớc đƣợc đầu tƣ cải tạo, nâng cấp

31

đáp ứng để công trình an toàn trong mùa mƣa lũ trong điều kiện biến đổi khí hậu nhƣ

hiện nay.

1.5.3.3 Các loại công trình thoát nước

Các công trình thoát nƣớc trên đƣờng gồm: Cầu lớn và trung (Lc > 25m); cầu nhỏ và

cống (Lc < 25m); rãnh thoát nƣớc; dốc nƣớc; bậc nƣớc; đƣờng tràn; cầu tràn. Trên các

tuyến thuộc hai tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn, đa phần các công trình thoát nƣớc là cầu

bê tông hoặc bê tông cốt thép. Có 72/147 cầu lớn và cầu trung chiếm 48% (cầu lớn và

trung), có 75 chiếc cầu nhỏ (chiếm 52%). Có 07 cây cầu có chiều dài L > 50m có các

cầu nhƣ: Cầu Thác Giềng, Kỳ Lừa, Sáu Hai, Hát Deng, Pác Cáp, Nà làng, Nà Thi

(Bảng 1.6).

Hình 1.7 Bản đồ bố trí các công trình thoát nƣớc khu vực nghiên cứu

Hình 1.7 là bản đồ phân bố các công trình thoát nƣớc trong khu vực nghiên cứu với diện tích lƣu vực có độ lớn từ vài km2 đến hàng nghìn km2 và rất nhiều cống thoát

nƣớc qua đƣờng. Các cầu nhỏ và cầu trung về mùa kiệt lòng cầu không có nƣớc, hoặc

có nhƣng rất ít, nhƣng vào mùa lũ với lƣợng mƣa lớn và tập trung, độ dốc lƣu vực lớn,

các rừng cây bị chặt phá và diện tích bị thu hẹp dẫn đến dòng chảy tập trung với thời

gian ngắn cho nên các cầu thƣờng không đủ năng lực thoát nƣớc. Các cống với khẩu

độ xây dựng từ trƣớc (trƣớc năm 1995) đã không còn đủ để thoát nƣớc trong điều kiện

32

mƣa lũ lớn xảy ra bất thƣờng nhƣ hiện nay (lũ 2008, 2013, 2014). Để tăng mức độ

chính xác cho việc đánh giá, phân loại cũng nhƣ kiến nghị phƣơng pháp tính lũ cho

từng vùng, luận án tiến hành nghiên cứu tính lũ cho hàng loạt cáccông trình thoát nƣớc

trên khu vực nghiên cứu, số lƣợng công trình thoát nƣớc dùng để tính toán thử nghiệm

là 40 cây cầu thuộc hai tỉnh với chiều dài vài mét đến vài nghìn m. Các công trình

thoát nƣớc đƣợc liệt kê trong phụ lục của luận án (bảng 3).

Bảng 1.6 Bảng phân loại cầu theo chiều dài khu vực nghiên cứu

Quốc lộ

Tổng số

Số cầu L > 25m Số cầu L < 25m

TT

1

3

22

9

13

2

3B

22

13

9

3

279

10

5

5

4

1B

22

6

16

5

4A

16

8

8

6

4B

33

21

12

7

31

22

10

12

Tổng

147

72

75

1.5.3.4 Các sự cố công trình giao thông trong mùa mưa lũ

Đƣờng miền núi đi qua vùng Đông Bắc thƣờng chịu các trận mƣa lớn do tổ hợp nhiều

hình thế thời tiết bất lợi nhất khu vực. Đặc điểm của đƣờng miền núi là chênh lệch độ

cao giữa taluy âm và dƣơng rất lớn thậm chí một bên là núi cao một bên là vực sâu,

đƣờng nhiều khúc quanh co, với các hạng mục thoát nƣớc còn thiếu hoặc chƣa đủ

năng lực, vào mùa mƣa lũ thƣờng gặp các sự cố nhƣ: ngập cục bộ ở một số các vị trí

trên các tuyến, hƣ hỏng rãnh thoát nƣớc, hƣ hỏng cống thoát nƣớc, sạt lở taluy dƣơng,

taluy âm, gây hƣ hỏng mặt đƣờng và các công trình khác; Các cầu cống bị hỏng mố

trụ, xói mang cống, cầu bị cuốn trôi (cầu treo) thiệt hại rất nhiều về kinh tế và ảnh

hƣởng rất lớn đến an sinh xã hội.

Các nguyên nhân có thể kể đến: chế độ khí hậu có sự thay đổi đáng kể và xu thế ngày

càng ác liệt; do các nguyên nhân địa chất, nền móng và có thể do công tác xây dựng,

33

vận hành và bảo dƣỡng. Tuy nhiên, theo kết quả nghiên cứu [38], [32] chứng tỏ đƣờng

miền núi hƣ hỏng là do mƣa lũ, lũ vƣợt thiết kế. Sau đây là một số hình ảnh mô tả các

sự cố công trình thƣờng gặp trong mùa mƣa lũ và một vài con số thống kê chi tiết mô

tả những thiệt hại công trình giao thông do mƣa lũ ở Bắc Kạn và Lạng Sơn:

Hình 1.8 Nƣớc chảy gây xói mái ta luy dƣơng vì không có rãnh dọc tuyến [39]

a) Hình ảnh sự số công trình trong mùa mƣa lũ:

Hình 1.9 Tuyến đƣờng nội tỉnh ở Lạng Sơn bị ngập năm 2013 và xói ta luy âm

Hình 1.10 Nƣớc lũ tràn mặt đƣờng

34

Hình 1.11 Cầu Sam Lang lúc khánh thành và bị lũ cuốn trôi (sau hai tháng sử dụng)

b) Những thiệt hại trong ngành giao thông một số năm gần đây nhƣ sau:

Bảng 1.7 Các sự cố công trình giao thông khu vực nghiên cứu

Năm

Các loại sự cố

Đƣờng Tỉnh

Quốc lộ 3B

Quốc lộ 279

Sạt lở taluy dƣơng

62.703,3 m3

9.387,4 m3

3.365,5 m3

150 rọ (2x2x1)m và

44 rọ KT (2x2x1) và

Sạt lở taluy âm

28 rọ (2x1x0,5)

8 rọ KT (2x1x0,5)

Mặt đƣờng hỏng

1187,5m2

662 m3

2012

1/4 mố cầu

Mố cầu hỏng

Xói lề đƣờng

380m

Tổng thiệt hại (đồng)

1,3 tỷ

650 triệu

3,7 tỷ

Sạt lở taluy dƣơng

298.249 m3

4.237,2 m3

32.029 m3

Sạt lở taluy âm

2.863 rọ

322 rọ

Mặt đƣờng hỏng

2.664 m3; 2.900 m2

2013

Mố cầu hỏng

01 cống Km 312+880

Xói lề đƣờng

500m

Tổng thiệt hại (đồng)

51,2 tỷ

1,3 tỷ

3,1 tỷ

Nguồn: Báo cáo thống kê của Sở Giao thông tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn

Từ những mùa mƣa lũ cho thấy: một phần do tính chất phức tạp của địa hình địa mạo,

một phần do ảnh hƣởng của những hình thế thời tiết bất lợi, nhƣng chủ yếu vẫn là do

các công trình chƣa đƣợc đánh giá đúng mức để có thể đƣợc đầu tƣ tính toán các đặc

trƣng dòng chảy lũ trong điều kiện thời tiết bất thƣờng nhƣ hiện nay một cách đầy đủ

35

hiệu quả. Điều này chứng tỏ, vấn đề nghiên cứu liên quan đến tính lũ và công trình

giao thông mang tính thời sự và rất cần đƣợc nghiên cứu chi tiết; Việc thiếu rãnh thoát

nƣớc, kích thƣớc không đủ, tính toán và thiết kế công trình thoát nƣớc chƣa hợp lý dẫn

đến hƣ hỏng ngày càng nặng nề hơn ảnh hƣởng đến dân sinh kinh tế và xã hội. Từ đó

cần xây dựng cơ sở khoa học nhằm chính xác hóa trong tính lũ thiết kế ở khu vực này.

1.5.4 Tình hình tài liệu nghiên cứu

Tài liệu đã thu thập phục vụ tính lũ thiết kế trên khu vực nghiên cứu bao gồm:

i) Tài liệu mƣa

- Mưa ngày: vùng Đông Bắc có 154 trạm mƣa ngày, trong đó chỉ có 32 trạm đo với

thời gian đo dài từ 1975 đến nay (Bảng 1.8) còn một số trạm số liệu ngắn không sử

dụng đƣợc, số liệu này dùng để đánh giá xu thế biến đổi lƣợng mƣa trong khu vực. Hai

tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn có 42 trạm mƣa ngày, trong đó chỉ có 23 (thời đoạn đo đạc

dài) dùng để tính mƣa thiết kế bằng cách chuyển mƣa thời đoạn dài (ngày) thành mƣa

thời đoạn ngắn (giờ).

- Mưa giờ: Có 08 trạm mƣa giờ thuộc hai tỉnh dùng để tính mƣa thiết kế. Các trạm có

số năm quan trắc tƣơng đối dài, chất lƣợng số liệu tốt (Bảng 1.8).

Hình 1.12 Bản đồ các trạm khí tƣợng khu vực nc (Tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn)

36

Bảng 1.8 Các trạm đo mƣa thuộc tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn

Tỉnh Lạng Sơn

Tỉnh Bắc Kạn

TT

Trạm

Chuỗi năm

TT

Trạm

Chuỗi năm

Đo giờ

Đo ngày

Đo giờ

Đo ngày

Phủ Thông

1960-2013

Văn Mạch

1972-2013

1

1

×

×

Yên Lạc

1958-2013

Văn Lãng

1958-2014

2

2

×

×

3

Thác Riềng

1959-2013

Binh Gia

1959-2014

3

×

×

4

Chợ Mới

1960-2013

Điểm Hệ

1959-2014

4

×

×

5

Chợ Đồn

1959-2014

Lộc Bình

1958-2014

5

×

×

6

Ân Tình

1962-1981

Văn Linh

1959-2014

6

×

×

7

Bằng Khẩu

1964-1985

Chi Lăng

1959-2014

7

×

×

8

Bằng Lũng

1960-1980

Cấm Sơn

1972-2014

8

×

×

9

Bằng Phúc

1963-1981

Bản Giềng

1967-1991

9

×

×

10

Cốc Đán

1961-1991

Bản Quế

1966-1988

10

×

×

Côn Minh

1964-1981

Đông Quan

1967-1991

11

11

×

×

Dƣơng Phong

1966-1981

Khuổi Tang

1966-1988

12

12

×

×

13

Hảo Nghĩa

1960-1991

Văn Thủy

1967-1991

13

×

×

14

Liên Thủy

1964-1981

Na Keo

1965-1983

14

×

×

15

Nà Pặc

1963-1981

Bản Chắt

1964-1978

15

×

×

Thuận Mang

1958-1984

Vân Nham

1972-1991

16

16

×

×

17

Vu Loan

1964-1991

Tân Tiến

1965-1983

17

×

×

18

Xuân Đƣờng

1960-1981

Vải Cá

1969-1980

18

×

×

19

Xuân Lạc

1963-1981

Nà Lang

1967-1978

19

×

×

Yên Hán

1963-1991

Quốc Khánh

1967-1978

20

20

×

×

21

Yên Nhuận

1960-1982

Lạng Sơn

1975-2013

21

×

×

×

22

Yên Tĩnh

1960-1991

Hữu Lũng

2003-2013

22

×

×

×

23

Bắc Kạn

1975-2013

Thất Khê

1993-2013

23

×

×

×

×

24

Chợ Rã

1975-2013

Đình Lập

1996-2013

24

×

×

×

×

25

Ngân Sơn

2003-2013

×

×

26

Bắc Sơn

1997-2013

×

×

ii) Tài liệu dòng chảy: Số liệu dòng chảy (mực nƣớc và lƣu lƣợng giờ) rất ngắn và

thiếu, phần lớn các trạm đã ngừng hoạt động (bảng 1.9), luận án chỉ thu thập đƣợc 2

37

trạm gồm trạm Gia Bẩy trên sông Cầu (Thái Nguyên) và trạm Lạng Sơn trên sông Kỳ

Cùng.

Tọa độ trạm

Các chỉ tiêu quan trắc

Thời gian

TT

Trạm

Sông

F (km2)

quan trắc

Kinh độ

Vĩ độ

H

Q

R

T0C

Bản Lải

Kỳ Cùng

107000

21044

459

66 - 73

1

x

x

Lạng Sơn

Kỳ Cùng

106045

21050

1560

60-93

2

x

x

x

x

Vân Mịch

Bắc Giang

106022

22006

2360

60-76

3

x

x

x

x

Bắc Khê

Bắc Khê

106026

22016

591

68-71

4

x

x

Chi Lăng

Thƣơng

106032

21037

247

62-76

5

x

x

Cầu Sơn

Thƣơng

106019

21026

2330

62-73

6

x

x

Tràng Xá

Rong

106003

21042

133

63-67

7

x

x

8 Hữu Lũng

Trung

106020

21031

1220

62-80

x

x

An Mã

1053630

222630

Hồ Ba Bể

61-77

9

x

x

Bản Cấm

1053626

222656

Năng

61-76

10

x

x

Cầu Phà

1055000

220915

Cầu

363

71-81

11

x

x

Chợ Mới

1054649

215240

Cầu

61-nay

12

x

x

Cửa hồ

1053550

222645

Hồ Ba Bể

61-76

13

x

x

Đầu Đẳng

1053449

222708

Năng

1890

56-76

14

x

x

Thác Giềng

1055303

220514

Cầu

712

59-nay

15

x

x

Bảng 1.9 Các trạm quan trắc thủy văn thuộc tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn

iii) Tài liệu về loại đất và hiện trạng sử dụng đất: sử dụng tài liệu đất năm 2006 của

khu vực Đông Bắc và hiện trạng sử dụng đất năm 2000, 2013 của hai tỉnh Bắc Kạn và

Lạng Sơn.

iv) Tài liệu về công trình: Các tài liệu về công trình nhƣ số lƣợng, loại, vị trí công trình

thoát nƣớc, các tuyến, chiều dài, khẩu độ của các tỉnh vùng Đông Bắc từ số liệu của

Bộ Giao thông Vận tải.

v) Tài liệu về lƣu vực: Sử dụng bản đồ địa hình (DEM 30×30; 90×90) và các đặc trƣng

chung về lƣu vực nhƣ độ dốc, hƣớng dòng chảy, chiều dài, chiều rộng đƣợc xây dựng

từ ArcGIS.

38

Kết luận, đo mƣa trên khu vực nghiên cứu nằm chung trong tình trạng số liệu mƣa đo

đạc trên toàn quốc. Các trạm ở miền Bắc có số liệu đo đồng đều từ 1959 đến nay với

số trạm đo mƣa thời đoạn ngắn (d < 1 ngày) chiếm một tỷ lệ rất nhỏ (20%). Ở Bắc

Kạn có 22 trạm đo mƣa ngày và 4 trạm đo mƣa giờ còn ở tỉnh Lạng Sơn có 20 trạm đo

mƣa ngày và 4 trạm đo mƣa giờ (Bảng 2.5). Ngoài ra, số liệu đo lũ theo giờ rất ít (có

hai trạm trên hai tỉnh nghiên cứu), không thể dùngtrực tiếp mà phải tính gián tiếp từ

mƣa để tính lũ thiết kế. Tuy nhiên, công trình thoát nƣớc ở khu vực này có diện tích

lƣu vực nhỏ, thời gian tập trung dòng chảy ngắn (T = d < 1 ngày) chiếm tỷ lệ lớn, vì

vậy các nghiên cứu chuyển đổi (thu phóng) mƣa ngày thành mƣa có thời đoạn ngắn là

rất cần thiết. Luận án, kiến nghị hai phƣơng pháp chuyển mƣa ngày thành mƣa thời

đoạn ngắn gồm: phƣơng pháp thu phóng tỷ lệ không đổi và phƣơng pháp mô hình hóa

max, X24h max) đƣợc trình bày trong mục 2.2.1.2. Số liệu mƣa, mực nƣớc và lƣu lƣợng

để xây dựng các phƣơng trình tƣơng quan (X1ngày max và X1h max, X3h max, X6h max, X12h

đƣợc chỉnh biên chỉnh lý theo quy phạm của ngành khí tƣợng thủy văn. Số liệu về loại

đất chi tiết với tỷ lệ lớn rất khó thu thập. Số liệu công trình vẫn còn thiếu những thông

tin cơ bản. Số liệu về hiện trạng sử dụng đất cũng mới chỉ thu thập đƣợc tỷ lệ 1:50.000

vì vậy cần phải sử dụng thêm tƣ liệu không gian nhƣ ảnh viễn thám để bổ sung và cập

nhật mới.

1.6 Kết luận chƣơng I

Trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam đều chia phƣơng pháp tính toán lũ thành hai nhóm

chính: i) Nhóm phƣơng pháp phân tích thống kê xác suất (khi đủ số liệu đo đạc lũ

(H,Q)); ii) Nhóm phƣơng pháp phân tích nguyên nhân hình thành (khi không có số

liệu dòng chảy (H, Q) mà tính từ mƣa và điều kiện của lƣu vực).

Tùy theo điều kiện về tình hình tài liệu, cũng nhƣ lựa chọn cách tiếp cận và ứng dụng

có khác nhau tùy từng trƣờng hợp nhƣ sau:

a) Đối với các nƣớc phƣơng Tây (điển hình nhƣ: Mỹ, Nhật, Úc, Anh…) tính lũ theo

hai phƣơng pháp: i) Trƣờng hợp có tài liệu, tính lũ theo thống kê xác suất với các phân

phối xác suất Log Pearson III hoặc Gumbell; ii) Trƣờng hợp không có số liệu tính theo

phƣơng trình hồi quy vùng (thực chất là tổng hợp địa lý), đƣờng lũ đơn vị (dạng lƣu

vực tƣơng tự), căn nguyên dòng chảy (dạng cƣờng độ giới hạn hay phƣơng pháp mô

39

hình quan hệ). Các phƣơng pháp đƣợc đánh giá là chính xác và tiện dụng đối với

ngành giao thông ở các nƣớc phát triển. Tuy nhiên, các phƣơng pháp này đòi hỏi yêu

cầu hiện đại về công cụ tính, chi tiết cơ sở dữ liệu cho từng vùng cụ thể (bản đồ đẳng

trị mƣa, đƣờng cong IDF, bản đồ chỉ số CN, bản đồ hệ số dòng chảy C).

b) Đối với Việt Nam, Đông Âu và Liên Xô cũ, tính mƣa lũ cũng theo hai hƣớng trên

bao gồm: i) phƣơng pháp thống kê xác suất theo phân phối xác xuất Pearson - III,

Gumbell hay Kritsky - Mennken; ii) dạng mô hình hóa dòng chảy và các công thức

kinh nghiệm nhƣ Cƣờng độ giới hạn, Xokolopxky (QP C - 6 - 77, TCVN 9845:2013).

Xét về mức độ chính xác và yêu cầu số liệu, cả hai phƣơng pháp đều phụ thuộc vào

từng công trình và mục đích tính toán cụ thể. Có phƣơng pháp đối với lƣu vực này là

chính xác nhƣng đối với lƣu vực khác còn hạn chế. Các nghiên cứu trƣớc đây cho khu

vực và cho từng công trình cụ thể cũng đã xét đến bài toán mƣa, tổn thất và diễn toán

dòng chảy. Tuy nhiên, theo điều kiện về kinh tế, kỹ thuật và số liệu thì cách tiếp cận và

áp dụng của các phƣơng pháp hiện đại rất nhiều ƣu điểm trong điều kiện biến đổi khí

hậu hiện nay. Để có thể cập nhật và ứng dụng các phƣơng pháp hiện đại cần phải xây

dựng bộ thông số đầu vào (Cơ sở khoa học, quy trình tính, quy trình cập nhật, cơ sở dữ

liệu) cho các phƣơng pháp tính lũ từ mƣa đối với các lƣu vực vừa và nhỏ trong điều

kiện thiếu số liệu đo đạc mƣa, lũ ở vùng Đông Bắc nhƣ hiện nay. Qua nghiên cứu tổng

quan, luận án kiến nghị áp dụng các phƣơng pháp ƣu việt mà các nƣớc phát triển đang

áp dụng (Phƣơng pháp mô hình quan hệ, phƣơng pháp SCS - CN phƣơng pháp

phƣơng trình hồi quy) và xây dựng cơ sở khoa học cho việc áp dụng các phƣơng pháp

này cho khu vực Đông Bắc của Việt Nam (chƣơng II).

40

XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH LŨ THIẾT KẾ

CHƢƠNG 2 CHO CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG KHU VỰC NGHIÊN CỨU

2.1 Cơ sở lý thuyết của các phƣơng pháp tính lũ thiết kế

2.1.1 Phương pháp của Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ (SCS - CN)

Cơ quan bảo vệ thổ nhƣỡng Hoa Kỳ (SCS) đƣợc thành lập từ năm 1954 và đổi tên

thành Cơ quan bảo vệ tài nguyên thiên nhiên Hoa Kỳ (NRCS). Phƣơng pháp SCS-CN

đƣợc xây dựng và chính thức đƣa vào Sổ tay kỹ thuật Hoa Kỳ (National Engineering

Handbook) năm 2004 và hiện đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới. Ban đầu, việc

thành lập SCS dùng để bảo vệ thổ nhƣỡng ở Hoa Kỳ, nhƣng sau đó hiệu quả của

phƣơng pháp lại vƣợt xa so với dự định ban đầu và đƣợc pháp triển thành phƣơng

pháp diễn toán dòng chảy từ mƣa rào sử dụng phổ biến trong mô hình HEC - HMS để

đánh giá tổng lƣợng dòng chảy và lƣu lƣợng lớn nhất ở các khu vực không có số liệu

đo đạc nhƣ vùng nông thôn hay thành thị.

SCS là phƣơng pháp đơn giản, linh hoạt, dễ thực hiện và áp dụng tốt cho lƣu vực vừa

và nhỏ. Công cụ viễn thám và GIS thêm sự hỗ trợ mạnh mẽ trong vấn đề điều tra dòng

chảy mặt từ địa hình và mặt đệm, ứng dụng trong tính toán chỉ số thấm, đại lƣợng rất

khó xác định đối với các phƣơng pháp truyền thống. Các yếu tố nhƣ loại đất mức độ

che phủ hay thảm phủ thay đổi theo thời gian và không gian. Trong phƣơng pháp này

nhóm đất và thảm phủ đƣợc tích hợp để tính CN theo trọng số diện tích và để tính

dòng chảy trên lƣu vực. Phƣơng pháp này bao gồm 2 phần chính: tính tổn thất dòng

chảy (mƣa hiệu quả) và tính chuyển mƣa hiệu quả thành dòng chảy theo lũ đơn vị theo

phƣơng pháp SCS.

2.1.1.1 Tính tổn thất dòng chảy

Phƣơng pháp SCS đã dựa vào phƣơng trình cân bằng nƣớc để đƣa ra các quan hệ sau:

( )

(2-1)

Trong đó: Fa là lƣợng giữ nƣớc thực tế (mm); S là lƣợng giữ nƣớc tiềm năng (mm); Ia

là lƣợng tổn thất ban đầu (mm); Lƣợng dòng chảy tiềm năng là P - Ia; Pe là lƣợng mƣa

41

hiệu quả (mm); P là lƣợng mƣa (mm).

Qua nghiên cứu các kết quả thực nghiệm trên nhiều lƣu vực vừa và nhỏ SCS đã xây

( )

dựng đƣợc quan hệ kinh nghiệm:

( ) ( )

(2-2)

Lập đồ thị quan hệ giữa P(mm) và Pe(mm) từ số liệu của nhiều lƣu vực để tìm ra đƣợc

họ các đƣờng cong chỉ số CN. CN là số không thứ nguyên, lấy giá trị trong khoảng

[0,100]. Đối với bề mặt không thấm nƣớc hoặc mặt nƣớc, CN = 100; đối với bề mặt tự

nhiên, CN < 100. Theo phƣơng pháp này, lƣu vực đƣợc chia thành các lƣu vực con và

∑

CN lấy giá trị trung bình cho toàn lƣu vực:

∑

(2-3) ( )

Trong đó: CN(II) là độ ẩm thời kỳ trƣớc của đất trong điều kiện bình thƣờng; Ai là diện tích của từng ô tính toán (m2 hoặc km2); CNi là độ ẩm của từng ô tính toán; n là số

lƣu vực con. Độ ẩm của đất trƣớc trận mƣa đang xét đƣợc gọi là độ ẩm kỳ trƣớc. Độ

ẩm này đƣợc chia thành ba nhóm: độ ẩm kỳ trƣớc trong điều kiện bình thƣờng( ký

hiệu là AMC II), trong điều kiện khô (AMC I) và trong điều kiện ƣớt (AMC III). Đối

với điều kiện khô (AMC I) hoặc điều kiện ƣớt (AMC III), các số liệu đƣờng cong

( )

tƣơng đƣơng có thể đƣợc suy ra nhƣ sau:

( )

( )

(2-4) ( )

( )

(2-5) ( )

Các số hiệu của đƣờng cong CN đã đƣợc Cơ quan bảo vệ thổ nhƣỡng Hoa Kỳ lập

thành bảng tính sẵn dựa trên phân loại đất và tình hình sử dụng đất. Đất đƣợc phân

thành 4 nhóm theo định nghĩa sẵn nhƣ sau:

Nhóm A: cát tầng sâu, hoàng thổ sâu và phù sa kết tập;

Nhóm B: hoàng thổ nông, đất mùn pha cát;

Nhóm C: mùn pha sét, mùn pha cát tầng nông, đất có hàm lƣợng chất hữu cơ

thấp và đất pha sét cao;

42

Nhóm D: đất nở ra rõ rệt khi ƣớt, đất sét dẻo nặng và đất nhiễm mặn.

Nếu lƣu vực tạo thành bởi nhiều loại đất và có nhiều loại thảm phủ (hiện trạng sử dụng

đất) khác nhau phải tính giá trị trung bình CN trên lƣu vực.

Số liệu đầu vào của phƣơng pháp bao gồm: lƣợng mƣa, loại đất, địa hình, độ ẩm, thảm

phủ (tình hình sử dụng đất). Luận án đã ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám để

phân loại nhóm đất, thảm phủ, độ dốc, tính CN trung bình và dòng chảy mặt cho một

số lƣu vực cầu thuộc tỉnh Lạng Sơn và Bắc Kạn. Dữ liệu dùng để phân tích là bản đồ

DEM, bản đồ dất năm 2006 và bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2013.

2.1.1.2 Tính chuyển mưa hiệu quả thành dòng chảy.

Phƣơng pháp SCS dùng đƣờng lũ đơn vị để xây dựng đƣờng quá trình lũ thiết kế cho

lƣu vực (thực tế đây là quá trình thu phóng lũ thiết kế), [42], [43]. Đƣờng lũ đơn vị là

đồ thị hàm phản ứng của hệ thống thuỷ văn tuyến tính, do Sherman đề xuất lần đầu

vào năm 1932, đƣợc định nghĩa là đƣờng quá trình dòng chảy trực tiếp tạo ra bởi một

inch mƣa quá thấm (hay 1cm đơn vị SI). Phân bố đều trên lƣu vực theo một cƣờng độ

mƣa không đổi trong khoảng thời gian mƣa hiệu dụng. Khi đƣờng quá trình lũ đơn vị

đƣợc xác định, có thể áp dụng để tính các biểu đồ quá trình dòng chảy trực tiếp và quá

trình dòng chảy trên sông. Chọn ra một biểu đồ quá trình mƣa và ƣớc lƣợng các tổn

thất dòng chảy để xác định các tung độ của đƣờng mƣa quá thấm giống nhƣ thời

khoảng trong đƣờng quá trình đơn vị. Áp dụng phƣơng trình tích phân chập trong thời

gian rời rạc.

∑ (2-6)

Từ đây xác định đƣợc đƣờng quá trình dòng chảy trực tiếp. Đƣờng quá trình này cộng

thêm đƣờng quá trình dòng đáy ƣớc tính sẽ cho đƣờng quá trình dòng chảy trong sông.

Các giả thiết cơ bản xây dựng đƣờng lũ đơn vị: Cƣờng độ mƣa vƣợt thấm không thay

đổi theo thời gian; Phân bố mƣa theo không gian là tƣơng đối đều; Thời gian hình

thành dòng chảy cùng thời gian mƣa; Lƣu vực không đổi; Các dạng đƣờng lũ đơn vị

thƣờng dùng trong thủy văn bao gồm đƣờng lũ đơn vị Snyder, đƣờng lũ đơn vị SCS và

đƣờng lũ đơn vị Clark. Trong các đƣờng lũ đơn vị, đƣờng lũ đơn vị SCS đƣợc sử dụng

rộng rãi vì tính tiện dụng , đơn giản phù hợp với các bài toán thiết kế trong giao thông.

43

Sau đây là lý thuyết xây dựng đƣờng lũ đơn vị tổng hợp SCS. Tung độ đƣợc biểu thị

bằng tỷ số của lƣu lƣợng q so với lƣu lƣợng đỉnh và thời gian đƣợc biểu thị bằng tỉ

số của thời gian T so với thời gian nƣớc lên của đƣờng quá trình đơn vị. Khi cho

trƣớc lƣu lƣợng đỉnh và thời gian trễ đối với khoảng thời gian mƣa hiệu dụng, ta có thể

ƣớc tính đƣợc đƣờng quá trình đơn vị tổng hợp không thứ nguyên của lƣu vực cho

trƣớc. Phƣơng pháp SCS - CN đƣợc ứng dụng cho lƣu vực vừa và nhỏ với phân bố

mƣa lũy tích mƣa 24h từng vùng, số liệu về đất và thảm phủ. Phƣơng pháp có thể tính

nhanh và xác định đƣợc hệ số dòng chảy. Để xác định đƣờng lũ đơn vị SCS, cần phải

xác định đƣợc giá trị Qmax (tức là qp ở hình 1.3) và thời gian của đƣờng quá trình đơn

vị (tức Tp ở hình 1.3).

(2-7)

với C = 2,08; (C là hệ số chuyển đổi đơn vị, ở hệ Anh là 483,4; hệ SI là 2,08) A là diện tích ( ) + với là thời gian trễ của lƣu vực, là thời gian trận mƣa.

Hình 2.1 Đƣờng quá trình lũ đơn vị theo phƣơng pháp SCS

Trên thế giới, trong tính thủy văn giao thông dùng nhiều đƣờng lũ đơn vị và phƣơng

pháp SCS - CN để tính lũ cho lƣu vực vừa và nhỏ [44], [45], [46], [47], [48]. Các

44

nghiên cứu điển hình liên quan đến đƣờng lũ SCS-CN nhƣ: Mockus (1949) đã sử dụng

số liệu loại đất, hiện trạng sử dụng đất, độ ẩm kỳ trƣớc, thời gian mƣa, nhiệt độ trung

bình năm để ƣớc tính dòng chảy mặt cho những vùng không có số liệu thực đo. Các

phiên bản của phƣơng pháp SCS - CN đƣợc xây dựng và cập nhật năm 1954, 1956,

1964, 1965, 1971, 1972, 1985 và 1993 do (Cơ quan bảo vệ đất của Hoa Kỳ). Hàng

nghìn các thử nghiệm về thấm đƣợc xây dựng ở các vùng nông nghiệp từ 1930 - 1940

ở miền Trung Đông của Mỹ [44] để xác định mức độ thấm. Sherman (1949)[2] tính

dòng chảy và lƣợng mƣa hiệu quả bằng SCS với lƣợng tổn thất ban đầu Ia = λ.S; Theo

Ponce và Hawkins 1996, đề xuất Ia = 0,2.S, Bosznay,1989; Perone và Madramoto,

1988 và White 1988, Mishra và Singh 1999 cũng đề xuất λ = 0,2. Các nhà nghiên cứu

nhƣ McCuen (1982) [49]; Ponce và Hawkins (1996), Hjelmfelt (1991), Hawkins

(1993), Steenhuisetal (1995), Bonta (1997), Mishra và Singh (1999, 2002, 2003,

2004)[3], Misha và nnk (2004, 2006), Sahu và nnk (2007) trung nghiên cứu nhằm cập

nhật và cải tiến các hệ số λ trong phƣơng pháp, Springer và nnk, 1980 xây dựng mối

quan hệ giữa Ia = 0,2.S, tuy nhiên sau này Hawskin và nnk (2002) lại đề xuất tỷ lệ λ là

0,05. Stuebe và Johnston (1990) Michel và nnk (2005); Ramakrishnan (2008); Bhuyan

và nnk (2003) đã nghiên cứu điều kiện độ ẩm của lƣu vực (AMC) và thay đổi giá trị

CN phù hợp trong tính lũ.

Hiện nay, ở Việt Nam phƣơng pháp SCS cũng đƣợc một số tác giả quan tâm nghiên

cứu. Các nghiên cứu về SCS thƣờng đề cập trong các tài nghiên cứu khoa học, hay các

dạng khác trong đó sử dụng nhƣ một phƣơng thức, tính mƣa hiệu quả và chuyển đổi

mƣa hiệu quả thành dòng chảy theo một số mô hình điển hình nhƣ mô hình HEC-HMS

của Hiệp hội kỹ sƣ quân đội Mỹ. Trong Luận án tiến sỹ của Nguyễn Thanh Sơn, [50],

''Nghiên cứu mô phỏng quá trình mƣa - dòng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên

nƣớc và đất một số lƣu vực sông thƣợng nguồn miền Trung'' (2008). Tác giả đã tính

mƣa hiệu quả bằng SCS có hiệu chỉnh hệ số λ và mô phỏng dòng chảy trên sông bằng

mô hình sóng động học một chiều KW-1D, sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn.

Tuy nhiên đối với phƣơng pháp SCS, tài liệu này chƣa đề cập đến việc xây dựng cơ sở

khoa học, điều kiện áp dụng cũng nhƣ quy trình tính mà thiên về tính toán thử nghiệm

dùng để mô phỏng lũ.

45

Thực tế, trên thế giới có nhiều kết quả từ các bài báo, các nghiên cứu tính toán thử

nghiệm và đề xuất giá trị λ (công thức Ia = λ.S) có giá trị từ 0-1 trong công thức tính

lƣợng tổn thất ban đầu. Ở nghiên cứu này, với mục tiêu xây dựng cơ sở khoa học tính

lũ thiết kế bằng phƣơng pháp SCS - CN, luận án đã tính thử nghiệm khi λ = 0,2 cho

lƣu vực Kỳ Cùng, có so sánh đánh giá kết quả tính với số liệu đo đạc lũ tại trạm Lạng

Sơn (trình bày trong mục 3.2.2) cho kết quả mô phỏng lũ rất tốt (chỉ số Nash >0,8) và

có thể lấy Ia=0,2.S để nghiên cứu thử nghiệm. Sơ đồ tính theo phƣơng pháp SCS đƣợc

đề cập trong hình 2.2

Hình 2.2 Sơ đồ tính lũ thiết kế theo phƣơng pháp SCS-CN

Kết luận, để có thể áp dụng phƣơng pháp SCS-CN tính lũ thiết kế cho công trình giao

thông cần xác định các thông số nhƣ CN (hệ số đánh giá tổn thất dòng chảy), TLag (thời

gian trễ) thông qua tính thời gian tập trung dòng chảy Tc cho lƣu vực thoát nƣớc. Cơ

sở khoa học cần thiết lập cho khu vực nghiên cứu chính là bản đồ CN dạng ô lƣới từ

bản đồ đất và hiện trạng sử dụng đất, quy trình cập nhật thông tin từ viễn thám bởi đặc

trƣng về hiện trạng sử dụng đất có thể thay đổi theo thời gian, đặc trƣng tiểu lƣu vực

theo các cấp diện tích khác nhau trong khu vực nghiên cứu từ DEM. Kết quả xây dựng

các bản đồ, bảng tra đƣợc trình bày trong mục 2.2.2.

Ƣu điểm phƣơng pháp: Là phƣơng pháp đƣợc ứng dụng rộng rãi cho ngành giao thông

trên thế giới, đặc biệt là ở Mỹ; Có thể tính đƣợc cả đỉnh lũ và đƣờng quá trình lũ thiết

kế. Các thông số mặt đệm chỉ phụ thuộc chủ yếu vào chỉ số CN cho phép tính toán

46

chuyển đổi mƣa hiệu quả (có thể tận dụng đƣợc kết quả ứng dụng từ công nghệ hiện

đại nhƣ viễn thám và GIS trong việc cập nhật dữ liệu, xây dựng bản đồ, trích xuất dữ

liệu các dạng khác nhau). Kết quả tính toán đảm bảo độ chính xác cao.

2.1.2 Phương pháp mô hình quan hệ

Đối với tính toán lũ thiết kế thủy lực cho lƣu vực nhỏ, việc xây dựng đƣờng quá trình

lũ là khó thực hiện đƣợc. Bởi vậy đối với loại lƣu vực này thƣờng dùng phƣơng pháp

mô hình quan hệ để tính đỉnh lũ thiết kế. Đây là phƣơng pháp đƣợc đề cập hầu hết

trong các tiêu chuẩn thiết kế công trình giao thông ở các nƣớc trên thế giới. Công thức

đƣợc xây dựng đầu tiên bởi Kuichling (1989) để thiết kế cho lƣu vực nhỏ ở đô thị và

vùng nông thôn. Trong thực hành, có rất nhiều các công trình thoát nƣớc chỉ chiếm diện tích vài acres (hoặc chỉ vài km2) vì vậy phƣơng pháp này ứng dụng rất tốt. Các

nghiên cứu về mô hình quan hệ (hay gọi tắt là phƣơng pháp CIA) có thể kể đến nhƣ:

Nghiên cứu của Mc Kerchar and Macky, 2001; Maidment, 1997; Minstry of works,

1978. Phƣơng pháp đƣợc xây dựng dựa trên giả thiết phân bố mƣa đồng đều trên toàn

bộ lƣu vực và có cƣờng độ mƣa không thay đổi theo thời gian; Đỉnh lũ có tần suất xảy

ra bằng tần suất mƣa; Đỉnh lũ thời gian lũ lên cùng với thời gian tập trung dòng chảy;

Hệ số dòng chảy không thay đổi suốt trận mƣa. Phƣơng pháp đƣợc đề xuất để tính toán lũ thiết kế cho lƣu vực nhỏ ở đô thị, vùng nông thôn (A hoặc F < 65km2). Dùng

cho lƣu vực nhỏ có kết quả chính xác hơn lƣu vực lớn; không tính đến tổn thất ban đầu

nhƣ: thấm, điền trũng và bốc hơi. Hệ số dòng chảy đƣợc tính toán dựa vào đặc tính của

lƣu vực mà không quan tâm đến các nhân tố ảnh hƣởng khác nhƣ mùa và mƣa.

2.1.2.1 Cơ sở phương pháp mô hình quan hệ

Phƣơng pháp mô hình quan hệ dựa trên mối quan hệ giữa dòng chảy và các đặc trƣng

cơ bản của lƣu vực, cƣờng độ mƣa trung bình và diện tích lƣu vực. Công thức tính

đỉnh lũ thiết kế ban đầu có dạng:

(L3/T) (2-8)

Với Cu là hệ số chuyển đổi đơn vị; C là hệ số dòng chảy (không thứ nguyên); I là cƣờng độ mƣa (L/T) và A là diện tích lƣu vực (L2). Hệ số chuyển đổi đơn vị khi I

(mm/h); A (km2);

47

(m3/s) (2-9)

Trong đó C là hệ số dòng chảy; I là cƣờng độ mƣa ứng với thời gian tập trung dòng chảy (mm/h); A là diện tích lƣu vực (km2).

- Hệ số dòng chảy C là hệ số không thứ nguyên, tỷ lệ giữa tổng lƣợng dòng chảy trên

tổng lƣợng mƣa (C = R/P); đƣợc xác định theo cách tra bảng hoặc lập bản đồ.

- Cƣờng độ mƣa I (mm/h), là hàm giữa cƣờng độ mƣa và thời kỳ lặp lại; mối quan hệ

này đƣợc xây dựng bởi bộ đƣờng cong IDF (Intensity - Duration - Frequency), sử

dụng từ các Atlas nhƣ TP - 40 (1963) và HYDRO - 35(1977), hoặc đƣờng cong IDF ở

Mỹ. Các nội dung này đƣợc xây dựng tính toán và đề cập chi tiết ở ở bảng 2.12 và

bảng 2.13.

- Phạm vi và điều kiện áp dụng của phƣơng pháp:

o Ở Đan Mạch, mô hình toán MOUSE của MIKE (DHI) dùng trong thiết kế công

trình thoát nƣớc hoặc thoát nƣớc đô thị cho lƣu vực nhỏ;

o Ở Úc: A = 0 - 25km2 (nông thôn); A = 0 - 1km2 (đô thị), [28], [29], [51], [52];

o Ở Mỹ, Sổ tay tính toán thủy văn, Maidment [1] đề nghị tính lƣu lƣợng đỉnh lũ

cho lƣu vực nhỏ đến vừa 25-500 km2;

o Ở Columbia [15], đối với lƣu vực có diện tích thoát nƣớc A > 20 km2 dùng

phƣơng pháp mô hình quan hệ và khi diện tích lƣu vực nhỏ và đô thị A < 10 km2 cũng sử dụng mô hình quan hệ;

o Ở Nhật [26], lƣu vực có A > 20 km2 và A < 20 km2 đều sử dụng phƣơng pháp

mô hình quan hệ.

- Yêu cầu số liệu: để áp dụng phƣơng pháp mô hình quan hệ tính toán lũ thiết kế cho

công trình giao thông cần xác định: thông số A (diện tích lƣu vực), C (hệ số dòng

chảy, xác định dựa vào loại đất và hiện trạng sử dụng đất) và I (cƣờng độ mƣa tƣơng

ứng với thời gian chảy truyền, thông số này tính thông qua thời gian tập trung dòng

chảy Tc bằng cách tra quan hệ đƣờng cong Cƣờng độ - Thời gian - Tần suất (IDF)).

48

- Ƣu điểm phƣơng pháp: Dữ liệu đƣợc xây dựng sẵn từ ứng dụng của GIS với cơ sở

khoa học kết quả tính toán đƣợc kiểm nghiệm ở các nƣớc phát triển, các thông số ít,

các bƣớc tính đơn giản. Tính nhanh và cho kết quả với mức độ chính xác đảm bảo.

2.1.2.2 Tính thời gian tập trung dòng chảy

Thời gian chảy truyền Tc (thời gian tập trung dòng chảy) là thời gian để một phần tử

nƣớc từ điểm xa nhất của lƣu vực chảy đến điểm ra (cửa ra) của lƣu vực. Có rất nhiều

công thức để tính thời gian tập trung dòng chảy Tc. Trong thực tế, rất nhiều công thức

xây dựng từ thực nghiệm chỉ đúng cho từng vùng. Những công thức này không phải

công thức chung cho mọi trƣờng hợp, không phải dựa trên lý thuyết thủy động lực.

Tc phụ thuộc vào các đại lƣợng: L - chiều dài lƣu vực và chiều dài sông suối; V- tốc

độ tập trung dòng chảy trên lƣu vực và trên sông. Dƣới đây là một số công thức xác

định Tc thƣờng đƣợc sử dụng:

* TxDOT đề xuất Tc từ 10 phút đến 300 phút khi tính theo mô hình quan hệ, đối với

lƣu vực có thời gian tập trung dòng chảy càng bé độ chính xác càng cao.

* Công thức của Morgali và Linsley [53]

Đối với lƣu vực nhỏ ở đô thị với diện tích từ vài Acres đến 20 acres có thể ứng dụng

Morgali và Linsley (1965):

( )

(2-10)

Trong đó, Tc là thời gian tập trung dòng chảy tính theo phút; I (in/hr); n là hệ số nhám;

L chiều dài dòng chảy (ft) và S là độ dốc của dòng chảy.

/

(2-11)

* Công thức của Kirpich (1940) [54]

.

Trong đó Tc là thời gian tập trung dòng chảy (phút); L là chiều dài sông chính (ft) và h

là mức độ giảm dọc theo kênh chính (ft); Công thức Kirpich sử dụng cho các lƣu vực

có diện tích nhỏ hơn 200 acres.

49

√

1 (2-12) * Công thức của Kerby - Hatheway [55] 0

Trong đó: Tc là thời gian tập trung dòng chảy (phút); n hệ số nhám Kerby; S là độ dốc dòng chảy tràn.

* Công thức của Manning - Kinematic (hệ S.I) gồm ba loại:

( ) (2-13)

 Tính thời gian chảy tràn

(2-14) Hoặc công thức của Kirpich (1940)

Trong đó: T1 là thời gian chảy tràn tính theo phút; n là hệ số nhám; L là chiều dài dòng

chảy (m); P là lƣợng mƣa thiết kế (24h) (mm). S là độ dốc lƣu vực (m/m). Giá trị

0,0195 là hệ số chuyển đổi đơn vị (SI); hệ đơn vị Anh, Mỹ là 0,0078.

(2-15)  Tính thời gian chảy trên sƣờn dốc:

Trong đó: T2 là thời gian chảy tràn trên sƣờn dốc (phút); L là chiều dài lòng dẫn (m);

(2-16)

V (m/s) là tốc độ dòng chảy tính theo công thức:

(2-17)  Tính thời gian dòng chảy trong sông

⁄ (m3/s); Q là lƣu lƣợng; n là hệ số nhám; R = A/P là

Trong đó: T3 (phút) là thời gian chảy trong sông suối; L là chiều dài sông chính (m); V

⁄

= Q/A (m/s);

bán kính thủy lực (m); Thời gian tập trung dòng chảy trên lƣu vực sẽ là tổng của ba

thành phần:

(2-18)

Trong các công thức tính thời gian chảy tràn trên sƣờn dốc, hai đặc trƣng độ dốc và

thảm phủ (độ nhám) ảnh hƣởng lớn đến Tc. Đối với các lƣu vực nghiên cứu là miền

núi, độ đốc lƣu vực lớn, sử dụng công thức Kirpich (1-18) phù hợp nhất và đƣợc sử

dụng để tính Tc trong luận án.

- Sơ đồ tính theo phƣơng pháp mô hình quan hệ (hình 2.3).

50

Hình 2.3 Sơ đồ tính lƣu lƣợng thiết kế theo phƣơng pháp mô hình quan hệ

Nhƣ vậy, cơ sở khoa học cần thiết lập cho khu vực nghiên cứu chính là nghiên cứu xây

dựng bản đồ hệ số dòng chảy C dạng ô lƣới từ bản đồ loại đất và hiện trạng sử dụng

đất, quy trình cập nhật thông tin từ viễn thám khi cần thiết vì đặc trƣng về hiện trạng

sử dụng đất có thể thay đổi theo thời gian, đặc trƣng các tiểu lƣu vực theo các cấp diện

tích khác nhau từ bản đồ DEM và xây dựng họ đƣờng cong IDF trên khu vực.

2.1.3 Phương trình hồi quy

Phƣơng trình hồi quy có dạng hàm số giữa lƣu lƣợng lũ thiết kế với biến là lƣợng mƣa

và mặt đệm (độ dốc kênh, địa hình, chiều dài, hệ số hình dạng, chu vi lƣu vực, độ cao,

tình hình sử dụng đất). Phƣơng trình hồi quy có ƣu điểm là tiện dụng và cho phép ƣớc

lƣợng nhanh thông số thiết kế. Kết quả này phù hợp với các trƣờng hợp nhƣ bƣớc lập

dự án, quy hoạch, hay các công trình thoát nƣớc ở vùng không có số liệu. Phƣơng trình

hồi quy vùng là sự tổng hợp lũ đặc biệt lớn trong vùng theo quan hệ triết giảm

Mmax~A (M max là mô đun đỉnh lũ ứng lớn nhất; A là diện tích lƣu vực) với dạng

chung [7]:

(2-19)

⁄ (2-20)

- Ở Mỹ, Fanning đã xây dựng phƣơng trình hồi quy dạng:

- Ở Việt Nam, Ngô Đình Tuấn [7] đã xây dựng quan hệ Mmax = qo/(emAn) của vùng

51

các sông ngắn ven biển Đông Việt Nam:

+ Vùng Móng Cái - Đèo Cả

( ) (2-21) + Vùng Ninh Thuận - Bình Thuận

( ) (2-22)

- Ở Hoa Kỳ, Linseley xây dựng đƣờng hồi quy cho khu vực Nam Đại Tây Dƣơng và

Vịnh phía Đông, ở Ấn Độ có các đƣờng cong của Kanwar Sain và Karpov cho khu

vực Bắc và Trung Ấn [7].

/

(2-23)

- Francou et Rodier dùng phƣơng pháp đƣờng bao cho toàn cầu, công thức tổng quát :

.

Trong đó: Q0 = 106 m3/s ; F0 = 108 km2; hệ số khu vực K = (06) cho các vùng trên

toàn cầu. Phƣơng pháp đƣờng bao đƣợc coi là tốt hơn công thức kinh nghiệm vì các hệ

số bị loại bỏ và cho trị số cận trên an toàn trong thiết kế, song có nhƣợc điểm là tham

số chủ yếu chỉ có diện tích lƣu vực, nên chúng chỉ phù hợp cho từng vùng cụ thể có số

liệu thực đo đã đƣợc tổng hợp [7].

- Phƣơng trình hồi quy dạng USGS đƣợc phát triển bởi Cục đƣờng bộ Liên bang và Vụ

đƣờng bộ của Hoa Kỳ [19], phƣơng trình đƣợc công bố bởi Dawdy và nnk,1972;

Jennings và nnk, 1994, với việc sử dụng số liệu và mô hình mô phỏng mƣa - dòng

chảy. Các bƣớc xác định: phân thành các vùng đồng nhất về đặc điểm tự nhiên, khí

hậu và điều kiện hình thành lũ; Chia các vùng mƣa lũ từ tài liệu 60 trạm với độ dài chuỗi ít nhất là 10 năm. Xác định (với A là diện tích lƣu vực, S là độ dốc bình quân lƣu vực, ST là diện tích ao hồ đầm lầy trên lƣu vực. Thông thƣờng

ST = 1; Lập bảng hệ số tƣơng quan a, n1, n2 cho từng vùng; Đánh giá độ chính xác

bằng hệ số Se (tổng độ lệch quân phƣơng). So sánh giá trị tính toán với giá trị thực đo

tại vùng có trạm; Giới hạn và điều kiện sử dụng: Phƣơng trình thƣờng sử dụng cho lƣu

vực nông thôn; còn nếu sử dụng ở đô thị phải có hệ số chuyển đổi.

Khu vực Đông Bắc nói chung và hai tỉnh Bắc Kạn, Lạng Sơn nói riêng thiếu về số liệu

đo đạc lũ, vì vậy để xây dựng đƣợc phƣơng trình đơn giản tiện dụng cho tính toán đối

với công trình thoát nƣớc không đủ số liệu hoặc cho các bƣớc tính sơ bộ trong dự án

52

cầu đƣờng hay bƣớc lập quy hoạch phải tính nhanh các kết quả, cần xây dựng đƣợc

phƣơng trình hồi quy dạng vùng. Luận án đã tiến hành ứng dụng phân tích không gian

(viễn thám và GIS), đánh giá sự biến động của mƣa lũ, xây dựng bản đồ lƣu vực và

tính các đặc trƣng lƣu vực cầu cho hơn 40 cầu. Tính lũ bằng hai phƣơng pháp đã đề

xuất trong TCVN 9845:2013 (các phƣơng pháp đều sử dụng các thông số đã tính chi

tiết cập nhật theo luận án) cho các lƣu vực ở hai tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn, dùng hàm

Solver và các hàm tƣơng quan xây dựng phƣơng trình hồi quy dạng Q = f(A).

Yêu cầu cơ sở dữ liệu gồm: Đặc trƣng lƣu vực, mặt đệm, mƣa thiết kế.

Ƣu điểm phƣơng pháp: Phƣơng trình hồi quy vùng (quan hệ giữa lƣu lƣợng và diện

tích) đƣợc ứng dụng rộng rãi ở các nƣớc trên thế giới nhƣ Mỹ, Ấn Độ,.. do vậy cơ sở

phƣơng pháp đã đƣợc kiểm chứng. Phƣơng trình hồi quy vùng dựa trên tổng kết đặc

điểm lớn nhất trong khu vực, áp dụng cho khu vực Đông Bắc nói chung và hai tỉnh

Bắc Kạn, Lạng Sơn nói riêng, với số lƣợng công trình lớn, điều kiện số liệu đo đạc lũ

rất thiếu, vì vậy rất tiện dụng trong tính toán lũ thiết kế đối với công trình thoát nƣớc

trên đƣờng hoặc cho các bƣớc tính sơ bộ trong dự án cầu đƣờng.

2.2 Cơ sở dữ liệu của các phƣơng pháp tính lũ thiết kế

Sau khi nghiên cứu cơ sở lý thuyết, yêu cầu dữ liệu và điều kiện ứng dụng của các

phƣơng pháp (Mục 2.1) cho thấy để áp dụng đƣợc các phƣơng pháp đã lựa chọn cần

xây dựng cơ sở dữ liệu cho các phƣơng pháp (mƣa và mặt đệm). Nội dung xây dựng

cơ sở số liệu cho các phƣơng pháp trên bao gồm:

2.2.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu mưa

Mƣa là đặc trƣng quan trọng quyết định sự hình thành dòng chảy trên lƣu vực. Nghiên

cứu về mƣa bao gồm: Lượng mưa, thời gian mưa, cường độ mưa, phân bố mưa theo

không gian và thời gian (biến động mưa). Lƣợng mƣa phụ thuộc độ cao, địa hình,

hƣớng của khối không khí, kể cả vị trí đặt trạm đo mƣa cũng ảnh hƣởng đến kết quả

đo mƣa. Các đặc trƣng mƣa đƣợc nghiên cứu ở các phần sau:

2.2.1.1 Nghiên cứu biến động mưa lũ khu vực nghiên cứu

Vùng Đông Bắc là khu vực có địa hình đồi núi dốc cao, vực thẳm, chia cắt mạnh, lại

53

nằm trong tâm mƣa lớn (Bắc Quang, Đình lập, Móng Cái). Các dãy núi cao tạo thành

các sƣờn đón gió và khuất gió với các vùng mƣa rất khác nhau, nguyên nhân chính phá

hủy các công trình giao thông là do mƣa lũ. Vì vậy, việc nghiên cứu biến động của

mƣa lũ là một phần quan trọng giúp ngƣời thiết kế có thể tổng quát về mƣa lũ trong

khu vực

a) Các hình thế thời tiết gây mƣa lớn

Khu vực miền núi phía Bắc chịu sự khống chế của nhiều hệ thống thời tiết. Bởi vậy,

các hệ thống thời tiết thịnh hành theo thời gian trong năm quyết định chế độ thời tiết

nói chung và mƣa lũ nói riêng. Căn cứ vào cơ chế động lực, nhiệt lực và điều kiện

hoàn lƣu, các dạng hình thế thời tiết gây mƣa ở khu vực Đông Bắc bao gồm:

o Mƣa do bão, ATNĐ (xoáy thuận nhiệt đới).

Bão, ATNĐ là hệ thống thời tiết quy mô cỡ nhỏ và cỡ vừa, có phạm vi từ vài chục km

đến vài trăm km. Mƣa do bão, ATNĐ là loại mƣa bất ổn định có nguồn gốc từ phía

đông. Tổng lƣợng mƣa, thời gian mƣa, phân bố không gian mƣa phụ thuộc hoàn toàn

vào phạm vi, hƣớng, tốc độ di chuyển và thời gian tồn tại xoáy bão, ATNĐ. Thông

thƣờng một cơn bão, ATNĐ ảnh hƣởng trực tiếp đến Bắc bộ gây mƣa kéo dài vài ba

ngày tập trung trong hai ngày đầu. Kết quả thống kê tổng lƣợng mƣa bão, ATNĐ phổ

Bảng 2.1 Xác suất bão, ATNĐ có lƣợng mƣa 24 giờ cực đại các cấp (%)

 150mm

biến ở các khu vực từ 200-300mm (Bảng 2.1 và 2.2).

150 -  200mm

200 -  300mm

300 -  400mm

 400mm

15

20

45

15

5

Bảng 2.2 Xác suất bão, ATNĐ có tổng lƣợng mƣa theo các cấp (%)

150-200mm

200-300mm

300-400mm

400-500mm

500mm

12

25

45

15

5

Nếu bão, ATNĐ kết hợp với các hệ thống thời tiết khác nhƣ dải hội tụ nhiệt đới

(DHTNĐ) thì lƣợng mƣa có thể trội hơn, phổ biến cỡ 300 - 500mm. Các khu vực có

54

ảnh hƣởng địa hình, khu vực núi đón gió, thung lũng, lƣợng mƣa thƣờng lớn hơn các

nơi khác, có khi đạt tới 500 - 600mm. Từ bảng 2.7 và 2.8, lƣợng mƣa do bão, ATNĐ

trong 24h phổ biến 200-300mm (45%) và rất hiếm cơn bão, ATNĐ cho lƣợng mƣa

24h trên 400mm (5%) và tổng lƣợng mƣa do bão, ATNĐ phổ biến 300-400mm và

tổng lƣợng mƣa cũng rất ít khi đạt trên 500mm (5%). Số liệu thống kê đƣợc từ 23 trạm

mƣa trong 2 tỉnh cho thấy số trận mƣa có lƣợng mƣa 24h chiếm phần lớn.

o Mƣa do dải hội tụ nhiệt đới

Mƣa do dải hội tụ nhiệt đới là một dạng hình thế thời tiết đặc trƣng đối với vùng nhiệt

đới ở vùng Bắc Bộ. Đây là một dạng nhiễu động riêng trong cơ chế hoàn lƣu mùa hè.

Dải hội tụ nhiệt đới là một vùng thời tiết xấu (nhiều mây, kèm theo mƣa bất ổn định)

gây ra bởi sự hội tụ giữa hai luồng gió tín phong Bắc bán cầu và tín phong Nam bán

cầu hoặc giữa tín phong Bắc bán cầu và gió mùa mùa hè mà bản chất do tín phong

Nam bán cầu đổi hƣớng khi vƣợt qua xích đạo tạo nên gió mùa Tây Nam trên khu vực

Đông Nam Châu Á và Biển Đông. Do vậy, ở Bắc bộ hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới

thƣờng trùng vào thời kỳ hoạt động của gió mùa Tây Nam trên khu vực Nam Biển

Đông. Mƣa do dải hội tụ nhiệt đới xảy ra không liên tục, chủ yếu là dạng mƣa rào do

hệ thống mây Cb, Ns và chỉ xảy ra ở khu vực xuất hiện sự hội tụ gió trong tầng đối lƣu

và có chiều rộng khoảng 100-200km. Mƣa do dải hội tụ nhiệt đới ở khu vực chiếm tỷ

lệ khoảng 10% các đợt mƣa và cho lƣợng mƣa không lớn, khoảng 30-50mm và tập

trung vào các tháng VII, VIII và IX khi trục của dải hội tụ nhiệt đới ở vào khoảng 20-

23 độ vĩ bắc, có hƣớng Tây Bắc - Đông Nam đi qua bán đảo Lôi Châu, đảo Hải Nam

hoặc vùng Đông Nam Trung quốc.

o Mƣa do hoạt động của áp cao cận nhiệt đới Thái Bình Dƣơng.

Áp cao cận nhiệt đới nằm ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dƣơng là một trong những hệ

thống thời tiết quan trọng ảnh hƣởng tới khu vực Đông Nam Châu Á nói chung và Bắc

bộ Việt Nam nói riêng. Sự di chuyển trong các mùa, sự biến thiên dao động trong thời

gian ngắn cũng có tính quyết định hoặc chi phối thời tiết ở Bắc bộ. Mƣa do áp cao cận

nhiệt đới chỉ có tần suất trên 7% và thƣờng xuất hiện tập trung vào những tháng đầu

mùa hè, thời gian mƣa phần lớn xảy ra vào thời gian nửa đêm về sáng. Lƣợng mƣa do

tác động của áp cao cận nhiệt đới khoảng vài chục mm, kéo dài 1-2 ngày. Mƣa do áp

55

cao cận nhiệt đới có phạm vi tập trung ở các tỉnh phía Đông Bắc bộ đặc biệt các tỉnh

đồng bằng ven biển thuộc hạ lƣu sông Hồng và sông Thái Bình, ít có khả năng gây

mƣa lớn ở khu vực vùng núi phia Bắc Bắc bộ. Tuy vậy, do kết hợp với nhiều hệ thống

khác nhƣ dải hội tụ nhiệt đới, các xoáy thấp, sự hội tụ gió mùa Tây Nam, mƣa do áp

cao cận nhiệt đới có thể kéo dài nhiều ngày, phạm vi khá rộng và lƣợng mƣa có thể đạt

tới vài trăm milimét.

o Mƣa do hội tụ kinh hƣớng của đới gió vịnh Bengan và Biển Đông.

Hội tụ kinh hƣớng là sự hoà trộn của hai khối không khí nóng ẩm có nguồn gốc trên

Biển Đông và vịnh Bengan tạo thành đƣờng hội tụ theo chiều Bắc - Nam qua Bắc bộ.

Tùy thuộc mức độ hội tụ và thời gian tồn tại mà lƣợng mƣa có thể từ vài chục đến vài

trăm mm và mƣa lớn quyết định bởi mức độ hội tụ của gió trên cao, song ở tầng thấp

cần thiết có tác nhân động lực gây nén bởi các hệ thống thời tiết xung quanh làm tăng

độ cong xoáy thuận trong rãnh và tăng mức độ hội tụ ở các lớp khí quyển cao hơn.

o Mƣa do các nhiễu động trên cao khác trong tầng đối lƣu.

Những nhiễu động dạng sóng của các đới gió thịnh hành trên cao chuyển dịch qua

Bắc bộ cũng là loại hình thế gây mƣa bất ổn định ở Bắc bộ. Đó là nhiễu động dạng

sóng ngắn trong đới gió Tây trên cao và và nhiễu động dạng sóng ngƣợc lại trong đới

gió đông nhiệt đới. Sự di chuyển của các sóng ngắn từ Tây sang Đông hoặc từ Đông

sang Tây nêu trên có liên hệ chặt chẽ với nhau về cơ cấu và điều kiện hình thành.

b) Một số trận mƣa lũ điển hình xảy ra trên khu vực nghiên cứu

* Trận mƣa lũ tháng VIII - 1968 xảy ra trên lƣu vực sông Hồng - Thái Bình có tới 5

hình thế thời tiết kết hợp với nhau gây mƣa trên diện rộng và hình thành trận lũ lịch sử

vào năm đó trên lƣu vực sông Hồng.

* Rãnh thấp kết hợp với hoạt động của cao áp Thái bình dƣơng gây ra trận lũ quét

21/09/1969 tại Quận Cây, Phổ Yên, Thái Nguyên làm chết hơn 70 ngƣời, phá hủy toàn

bộ cơ sở hạ tầng giao thông của khu vực.

* Năm 2012 có 02 trận bão (tháng 08 và tháng 10) và năm 2013 có 5 trận bão đổ bộ

vào vùng Đông Bắc và hậu quả thiệt hại lên đến hàng trăm tỷ đồng.

56

* Ngày 12/08/2013, cơn bão Utor (ATNĐ) đi qua bán đảo Lôi Châu của Trung Quốc

với vùng gió cấp 10 bao trọn toàn bộ vùng Đông Bắc khiến các tỉnh chịu ảnh hƣởng và

có mƣa rất lớn nhƣ Quảng Ninh, Lạng Sơn, Bắc Kạn (Hình 2.4 và hình 2.5).

Hình 2.4 Đƣờng đi của các trận bão năm 2012 và năm 2013

Hình 2.5 Đƣờng đi của trận bão Utor năm 2013

* Ngày 19 - 20/07/2014 do hoàn lƣu và ảnh hƣởng của cơn bão Ramasun (Hình 2.6;

2.7) khiến cả thành phố Lạng Sơn bị ngập lụt, có nơi lũ dâng gần nóc nhà, mực nƣớc

sông Kỳ Cùng lên trên mức báo động III là 1m, đây là 1 trong 3 trận lũ lịch sử (năm

1986 mực nƣớc 260m, 2014 mực nƣớc 257,5m), huyện Đình Lập lƣợng mƣa đo đƣợc

57

350mm. Nƣớc dâng ngập lút mố cầu, các tuyến quốc lộ 1B, 4A, 279 và một số tuyến bị chia cắt, giao thông nhiều đoạn bị ngập úng sạt lở khoảng 32.500 m3 đất đá. Đặc

biệt, mƣa rất lớn đã xuất hiện trên diện rộng trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn. Trong đó, khu

vực Mẫu Sơn mƣa nhiều nhất với tổng lƣợng mƣa 519 mm, Chi Lăng là 158 mm, Bắc

Sơn 231 mm, Lộc Bình 181 mm, TP Lạng Sơn 209 mm, Đình Lập 237 mm, Thất Khê

155mm; Hữu Lũng 132mm. Do mƣa to đã gây ra lũ lớn trên lƣu vực sông Kỳ Cùng,

sông Thƣơng, sông Bắc Giang, đặc biệt trên địa bàn các huyện Tràng Định, Văn Lãng,

Cao Lộc, Lộc Bình, Đình Lập và thành phố Lạng Sơn, làm ngập lụt và gây thiệt hại

nghiêm trọng trên các tuyến đƣờng giao thông trên địa bàn toàn tỉnh. Toàn bộ thị trấn

Thất Khê và 6 xã: Đại Đồng, Đề Thám, Hùng Sơn, Kháng Chiến, Quốc Việt, Hùng

Việt của huyện Tràng Định bị ngập sâu trong nƣớc; một nửa thành phố Lạng Sơn bị

ngập úng, nhiều khu vực bị cô lập do đƣờng giao thông không đi lại đƣợc; nhiều đoạn

trên các tuyến Quốc lộ 1B, 4A, 4B, 279, 3B, 31, các tuyến đƣờng tỉnh trên địa bàn các

huyện: Lộc Bình, Đình Lập, Văn Lãng, Cao Lộc bị cô lập, chia cắt. Do ảnh hƣởng của

cơn bão số 02 đã gây ngập úng, ách tắc giao thông, làm hƣ hỏng nền mặt đƣờng, sạt lở

ta luy, kè chắn đất, xói lở mố cầu, cống thoát nƣớc, cây đổ gây ách tắc giao thông cục

bộ trên nhiều tuyến đƣờng bộ. Sở Giao thông vận tải tổng hợp báo tình hình thiệt hại

về đƣờng bộ do cơn bão số 02 gây ra nhƣ sau: Trên địa bàn tỉnh tất cả các tuyến quốc

lộ, đƣờng tỉnh, đƣờng huyện đều bị thiệt hại, trong đó có 3 tuyến quốc lộ bị ngập úng,

chia cắt nặng gồm: Quốc lộ 1B, 4A, 4B, 3B với 8 vị trí trọng điểm; có 9 tuyến đƣờng

tỉnh bị chia cắt hoàn toàn với 13 vị trí trọng điểm. Toàn tỉnh có hơn 130 vị trí bị sạt lở ta luy dƣơng lớn với tổng khối lƣợng đất đá sạt lở hơn 100.000m3 và hàng chục ngàn

mét khối đất đá có nguy cơ sạt lở cao. Ngoài ra có rất nhiều vị trí bị nƣớc lũ làm sạt lở

ta luy âm, xói lở nền, mặt đƣờng, làm hƣ hỏng mố, trụ cầu, cống. Tổng kinh phí khắc

phục thiệt hại khoảng 250 tỷ đồng, trong đó ở các tuyến quốc lộ khoảng là 206 tỷ

đồng, các tuyến đƣờng tỉnh, huyện là 44 tỷ đồng.

* Ngày 03/09/2015 vùng xoáy thấp gây mƣa lớn trên diện rộng cả vùng Đông Bắc,

lƣợng mƣa lớn hơn 50mm, điển hình có Thái Nguyên 110mm, Hữu Lũng 190mm,

thành phố Lạng Sơn 100mm, Cửa Ông 120mm, Đảo Cô Tô 100mm (Hình 2.5). Trận

bão làm tổn thất rất lớn về kinh tế và xã hội.

58

Nguồn Sở Giao thông tỉnh Lạng Sơn (2014)

Hình 2.6 Thành Phố Lạng Sơn ngập trong nƣớc lũ năm 2014

Hình 2.7 Đƣờng đi của các trận bão năm 2014 và 2015

Kết luận: Theo kết quả nghiên cứu và các số liệu công bố thiệt hại trong khu vực cho

thấy: đƣờng đi và số lƣợng trận bão đổ bộ vào khu vực nghiên cứu ở các năm là khác

nhau, mức độ nguy hiểm và phạm vi ảnh hƣởng cũng phụ thuộc vào các hình thế thời

tiết dạng đơn lẻ hay tổ hợp. Các trận bão thƣờng xuất hiện vào tháng 06, 07, 08 và 09

nhƣng có thể là tháng 10. Mức độ ảnh hƣởng của các trận bão thƣờng cả vùng rộng lớn

do tính chất phức tạp về địa hình và hƣớng di chuyển của khối không khí. Vì vậy, việc

nghiên cứu biến động mƣa theo không gian và thời gian là cần thiết nhằm tính chi tiết

cho từng tiểu lƣu vực nhỏ (lƣu vực thoát nƣớc qua cầu cống).

c) Nghiên cứu biến động mƣa theo thời gian

Dữ liệu mƣa đƣợc dùng trong tính lũ thiết kế từ mƣa và điều kiện mặt đệm. Khu vực

59

nghiên cứu nằm trong vùng rất thiếu trạm đo đạc mƣa giờ. Theo cách phân chia phạm

vi khống chế trạm theo phƣơng pháp của Theissen trong lƣu vực tính toán bằng ứng

dụng của GIS cho thấy lƣu vực thoát nƣớc qua công trình phần lớn nằm trong khu vực

chỉ có trạm đo mƣa ngày. Vì vậy, nghiên cứu thế biến đổi các đặc trƣng mƣa theo thời

gian làm cơ sở chi tiết hóa lƣợng mƣa ngày thành mƣa thời đoạn ngắn rất cần thiết.

Gần đây trên thế giới, nghiên cứu xu hƣớng biến đổi chuỗi số liệu mƣa (biến động)

của nhiều nhà khoa học, kết quả chứng tỏ sự biến động của khí hậu tác động đến mƣa

lũ và mức độ an toàn công trình [56]. Các nghiên cứu về xu hƣớng biến đổi của các

yếu tố khí hậu, quy mô vùng hay quốc gia nhƣ: Rosenblüth và nnk.,1997; Lindström

và nnk, 2004; Oguntunde và nnk., 2006; Le Quesne và nnk.,2009; Labraga, 2010; Trần

Thục và nnk, 2013, Chuan Chengzhao và nnk; 2014. Theo Trần Thục, xu thế biến đổi

của số liệu thủy văn là cơ sở trong nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu (Kingston

và nnk, 2011) [57] và Việt Nam là một trong những nƣớc chịu ảnh hƣởng của biến đổi

khí hậu lớn nhất (Wassmann và nnk, 2004 [58]; Dasgupta và nnk, 2007). Các hiện

tƣợng cực đoan của hạn hán, lũ lụt, bão, nƣớc biển dâng hay xâm nhập mặn ở ven biển

Việt Nam có tần suất xảy ra ngày càng tăng và mức độ ngày càng nặng nề. Endo và

nnk, 2009 đã phân tích xu hƣớng biến đổi của lƣợng mƣa lớn nhất ở các nƣớc Đông

Nam Á từ năm 1950 - 2000, kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, không chỉ tổng lƣợng mƣa

năm mà xu hƣớng biến đổi lƣợng mƣa lớn nhất cũng khác nhau ở miền Bắc và miền

Nam Việt Nam [59]. Biến động theo thời gian là biến động theo giờ, ngày, tháng và

năm. Biến động mƣa theo thời gian đƣợc xét cả ba thành phần (ngẫu nhiên, chu kỳ và

dài hạn) [4]:

o Biến động ngẫu nhiên là những biến động liên quan đến tần suất của mƣa. Trong

khi kiểu phân bố mƣa của một trận mang nhiều tính tất định;

o Biến động theo chu kỳ đƣợc thể hiện những biến động thông thƣờng với mƣa lớn

nhất và nhỏ nhất xuất hiện lại sau những khoảng thời gian xấp xỉ bằng nhau;

o Biến động dài hạn theo sự biến đổi khí hậu, mặc dù có thể nó sẽ có những thay

đổi đáng kể trong tƣơng lai tuy nhiên các nhà thủy văn vẫn dựa vào dự báo những

sự việc xảy ra trong quá khứ sẽ lặp lại theo chu kỳ trong tƣơng lai - phân tích theo

tần suất [4].

60

Để đánh giá sự biến động của mƣa theo thời gian trong khu vực nghiên cứu, luận án đã

sử dụng phƣơng pháp kiểm định Mann-Kendall và đánh giá xu thế độ dốc của Sen.

* Kiểm định Mann - Kendall [Mann, 1945; Kendall, 1975], [60] là phƣơng pháp

kiểm định phi tham số để xác định xu thế đơn điệu của chuỗi dữ liệu sắp xếp trình tự

theo thời gian. Phƣơng pháp này so sánh độ lớn tƣơng đối của các phần tử trong chuỗi

chứ không xét chính giá trị của các phần tử. Điều này giúp tránh đƣợc xu thế giả tạo

do một vài giá trị cực trị cục bộ gây ra nếu sử dụng phƣơng pháp tính toán xu thế

tuyến tính bằng bình phƣơng tối thiểu thông thƣờng. Giả sử ta có chuỗi thời gian {xt, t

= 1...n}; trong đó: xj, xk là giá trị dữ liệu tại năm j và năm k. Mỗi một thành phần trong

chuỗi sẽ đƣợc so sánh với tất cả các thành phần còn lại đứng sau nó (về thời gian). Giá

trị thống kê Mann - Kendall (S) ban đầu đƣợc gán bằng 0 (tức là chuỗi không có xu

thế). Nếu thành phần sau lớn hơn thành phần trƣớc thì tăng S lên 1 đơn vị. Ngƣợc lại,

thì S bị trừ đi 1 đơn vị. Nếu hai thành phần có giá trị bằng nhau thì S sẽ không thay

đổi. Tổng S sau tất cả các lần so sánh sẽ đƣợc dùng để đánh giá xu thế chung của

chuỗi. Tức là ta có:

∑ ∑ ( ) (2-24)

Trong đó { (2-25)

( ) ( ) ( )

Giá trị tuyệt đối của S càng lớn thì xu thế càng rõ. S dƣơng thể hiện xu thế tăng của

chuỗi và S âm thể hiện xu thế giảm của chuỗi. Thay cho S ta tính đại lƣợng thống kê Z

⁄

, ( )-

gọi là hệ số tƣơng quan Mann-Kendall:

⁄

, ( )-

(2-26)

{

Trong đó VAR(S) là phƣơng sai của S đƣợc tính theo công thức:

] (2-27) ( ) [ ( )( ) ∑ ( )( )

Trong đó: n là dung lƣợng mẫu, g là số các nhóm có các giá trị dữ liệu giống nhau, tp

61

là số các điểm dữ liệu trong nhóm thứ p. Biến Z đã đƣợc chứng minh là có phân bố

chuẩn chuẩn hóa, giá trị Z dƣơng thể hiện chuỗi có xu thế tăng, Z âm thể hiện chuỗi có

xu thế giảm. Trong tính toán thực hành, xu thế của chuỗi đƣợc kiểm tra bằng giá trị Z.

Nếu |Z| > Z1 - α/2 (tra bảng phân phối chuẩn) ta kết luận chuỗi có xu thế thỏa mãn mức

ý nghĩa α, ngƣợc lại, nếu |Z| < Z1 - α/2 thì chuỗi không có xu thế thỏa mãn mức ý nghĩa

α. Trong nghiên cứu này, các giá trị xu thế đƣợc chỉ ra với mức ý nghĩa 5%, nghĩa là

xác suất phạm sai lầm loại 1 là 5%.

* Phƣơng pháp đánh giá xu thế theo độ dốc của Sen [61].

Để xác định độ lớn Q của xu thế chuỗi, sử dụng cách ƣớc lƣợng của Sen. Q đƣợc xác

, với k=1, 2,.., n–1; j > k}. định là trung vị của dãy gồm n(n–1)/2 phần tử {

Q có cùng dấu với Z. Kết quả kiểm định theo Mann - Kendall và Sen ở khu vực nghiên

cứu đƣợc trình bày tóm tắt nhƣ sau:

Kết quả đánh giá xu thế theo Mann - Kendall (Bảng 2.3) cho thấy, lƣợng mƣa ngày lớn

nhất của các trạm đều có xu thế tăng ở một số nơi nhƣ thị xã Bắc Kạn, Bắc Sơn, Chợ

Rã, thành phố Lạng Sơn, Ngân Sơn thỏa mãn mức ý nghĩa 5% (Z1–α/2(α = 5%)= 1,96), đây

là vùng có địa hình đồi núi và trung du, có độ cao lớn hơn các vùng khác. Ảnh hƣởng

của địa hình dẫn đến xu thế mƣa tăng. Còn một số nơi nhƣ Đình Lập, Hữu Lũng, Thất

Khê là vùng có có độ cao thấp có lƣợng mƣa biến đổi và xu thế giảm. Các vùng có xu

thế giảm là những vùng có lƣợng mƣa rất lớn trong khu vực, chính vì vậy sự xuất hiện

các giá trị cực trị chi phối xu thế của chuỗi mƣa.

Hình 2.8 Biến đổi lƣợng mƣa ngày lớn nhất trạm Bắc Kạn và Bắc Sơn

62

Hình 2.9 Biến đổi lƣợng mƣa ngày lớn nhất trạm Hữu Lũng và Lạng Sơn

Hình 2.10 Biến đổi lƣợng mƣa ngày lớn nhất trạm Ngân Sơn và Thất Khê

Bảng 2.3 Kết quả kiểm định xu thế lƣợng mƣa ngày lớn nhất

Chuỗi mƣa

n

Test Z

Z1-α/2 (α = 5%)

Kết luận theo Mann-Kendall

Độ dốc theo Sen (mm/năm)

57

1,20

Xu thế tăng

176,0

1,96

Xn max Bắc Kạn

39

0,33

Xu thế tăng

28,0

1,96

Xn max Bắc Sơn

39

1,72

Xu thế tăng

143,0

1,96

Xn max Chợ Rã

39

- 0,93

Xu thế giảm

-78,0

1,96

Xn max Đình Lập

39

-0,80

Xu thế giảm

-67,0

1,96

Xn max Hữu Lũng

55

1,79

Xu thế tăng

247,0

1,96

Xn max Lạng Sơn

52

1,10

Xu thế tăng

141,0

1,96

Xn max Ngân Sơn

47

-1,72

Xu thế giảm

-189,0

1,96

Xn max Thất Khê

Theo kết quả của độ dốc Sen cho thấy lƣợng mƣa tăng từ 28mm - 247mm. Nếu chỉ xét

cả vùng mƣa rộng lớn, số liệu mƣa thời đoạn dài với xu thế biến đổi lƣợng mƣa ngày

63

lớn nhất và lƣợng mƣa giờ lớn nhất khác nhau dẫn cần thiết phải chuyển mƣa ngày

thành thời đoạn ngắn. Nội dung chuyển đổi (chi tiết hóa) từ mƣa ngày thành mƣa thời

đoạn ngắn đƣợc trình bày chi tiết trong mục 2.2.1.2.

d) Nghiên cứu biến động mƣa theo không gian

Ngoài biến động mƣa theo thời gian, phân tích biến thiên lƣợng mƣa theo không gian

rất quan trọng. Hiện nay, trên cả nƣớc đang đƣợc chia thành 18 vùng mƣa, nên vùng

mƣa thƣờng rộng lớn (cả tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn nằm trong vùng mƣa IV). Do vậy,

việc đánh giá biến đổi không gian nhằm phân vùng chi tiết theo biến đổi lƣợng mƣa,

cƣờng độ mƣa để tính lũ thiết kế là rất cần thiết. Thông thƣờng, để đánh giá mức độ

thay đổi theo từng vùng dùng hệ số biến sai CV [62]. Các nghiên cứu trƣớc đây trên

thế giới nhƣ: (Oguntunde và nnk., 2006; Anyah và Qiu, 2010; Coppolaand Giorgi,

2010) dùng CV để điều tra sự biến động lƣợng mƣa với công thức xác định dạng CV

̅ (2-28) Trong đó: là độ lệch tiêu chuẩn của chuỗi và Xtb là giá trị trung bình của chuỗi mƣa.

nhƣ sau:

Với chuỗi mƣa ngày tại 32 trạm ở vùng Đông Bắc, thời gian đo từ 1975 - nay, luận án

đã tính Cv cho lƣợng mƣa ngày lớn nhất theo công thức (2-5), kết quả đƣợc trình bày

tóm tắt ở (Hình 2.11 và bảng 2.4) cho thấy sự thay đổi của hệ số CV theo không gian

nhƣ sau:

Hình 2.11 Bản đồ hệ số biến thiên lƣợng mƣa ngày max (CV) vùng Đông Bắc

64

Bảng 2.4 Bảng hệ số CV lƣợng mƣa ngày lớn nhất vùng Đông Bắc

TT Tên trạm

CV

TT

Tên trạm

CV

CV

TT

Tên trạm

Bắc Hà

1

12

0,41

Đình Lập

0,39

0,34

23

Ngân Sơn

Bắc Mê

2

13

0,24

Hà Giang

0,32

24 Nguyên Bình

0,32

Bắc Kạn

3

14

0,37

Hàm Yên

0,43

0,27

25

Phố Ràng

Bắc Giang

4

15

0,25

Hiệp Hòa

0,29

0,75

26

Phu Hồ

Bắc Quang

5

0,24

16 Hoàng Su Phì

0,45

0,34

27

Sa Pa

Bắc Sơn

6

17

0,33

Hữu Lũng

0,34

0,41

28

Sơn Động

Bảo Lạc

7

18

0,36

Lạng Sơn

0,25

29

Thái Nguyên

0,39

Cao Bằng

8

19

0,34

Lào Cai

0,26

30

Than Uyên

0,32

9

Chiêm Hóa

0,59

20

Lục Yên

0,45

31

Thất Khê

0,46

10

Chợ Rã

21

0,38

Minh Đài

0,36

32

Trùng Khánh

0,33

11

Định Hóa

0,42

22 Mù Cang Chải

0,37

Các vùng có CV biến động lớn đó là Hoàng Su Phì, Chiêm Hóa, Bắc Hà, Lục Yên,

Tuyên Quang, Thất Khê; Tiếp đến là các khu vực nhƣ: Đình lập, Sơn Động, Thái

Nguyên, Bắc Kạn, Mù Cang Chải; Còn khu vực có hệ số CV nhỏ nhƣ Yên Bái, Sa Pa,

Bắc Quang, Văn Chấn, Bắc Mê, Lạng Sơn; Hiệp Hòa, Bắc Giang; với giá trị CV nhỏ,

hàm mật độ xác suất nhọn, hàm phân phối xác suất rất dốc; chuỗi số ít biến động so

với trị số bình quân.

Từ kết quả phân tích, tính toán các đặc trƣng liên quan đến biến động mƣa theo không

gian và thời gian cho thấy: Lƣợng mƣa trong khu vực biến đổi theo cả theo không gian

và thời gian, có khu vực thiên lớn, có khu vực thiên bé (phụ thuộc vào độ cao, địa hình

và hƣớng vận chuyển khối không khí) do vậy việc xây dựng bản đồ đẳng trị và chi tiết

hóa lƣợng mƣa cho tiểu lƣu vực làm cơ sở trong việc ứng dụng các phƣơng pháp thích

hợp cho từng vùng từng khu vực là rất cần thiết.

2.2.1.2 Tính toán các đặc trưng mưa thiết kế

Có hai quan điểm tính mƣa thiết kế gồm: tính mƣa theo tần suất và tính mƣa theo mức

lớn nhất khả năng (PMF) [7]. Các phƣơng pháp tính mƣa thiết kế trong cầu đƣờng

hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới đều theo quan điểm tính mƣa theo tần suất, do

vậy nghiên cứu chỉ tập trung nghiên cứu tính mƣa lũ theo tần suất thiết kế.

65

a) Chi tiết hóa mƣa ngày thành mƣa giờ cho khu vực nghiên cứu

Ở một số nƣớc đang phát triển và Việt Nam, tình hình số liệu mƣa giờ thực đo rất hạn

chế, thông thƣờng là dữ liệu mƣa ngày hoặc 6h. Để xây dựng bộ đƣờng cong IDF cần

phải chuyển đổi lƣợng mƣa thời đoạn dài (ngày) thành mƣa thời đoạn ngắn. Việc xây

dựng đƣờng cong IDF đã đƣợc áp dụng ở các nƣớc trên thế giới từ rất lâu. Năm 1961,

Cơ quan khí tƣợng quốc gia Mỹ (The U.S Weather Bureau) đã xuất bản Tiêu chuẩn kỹ

thuật TP40 (Hershfiel, 1961) bao gồm 49 bản đồ đẳng trị mƣa ở Mỹ theo thời gian

mƣa và thời kỳ lặp lại. Các bản đồ xây dựng đầu tiên với T = 2 năm; D = 1h và 24h,

tiếp đến là 3500 bản đồ đƣợc xây dựng, cuối cùng là bản đồ xây dựng khi T = 2-100

năm với D = 1h và 24h trên toàn quốc. Từ số liệu thực nghiệm, tài liệu cũng đã đề xuất

tỷ lệ chuyển từ mƣa 1h thành 5, 10, 15, 30 phút là 0,29; 0,45; 0,57 và 0,79. Những tỷ

lệ này có sai số từ 5 - 8%. Bell, 1969, [63] đã xây dựng IDF cho thời khoảng D < 2h,

và có nhận xét thú vị về sự xuất hiện giá trị cực trị là do mƣa đối lƣu và còn nhiều các

nghiên cứu khác cũng cùng mục đích nhƣ trong luận án. Trong TCVN 9845:2013 và

một số nghiên cứu ở Việt Nam, đã xây dựng đƣờng cong triết giảm mƣa (chuyển mƣa

ngày lớn nhất về mƣa thời đoạn ngắn).

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc chuyển mƣa thời đoạn dài thành thời đoạn ngắn phụ

thuộc vào công nghệ và kỹ thuật hiện đại. Ở Việt Nam, việc phân vùng mƣa (trong

TCVN 9845:2013) rất rộng lớn và khó xác định. Vùng núi phía Bắc và Đông Bắc có

các công trình thoát nƣớc nằm trên địa hình có độ dốc lớn, lƣợng mƣa lớn, thời gian

tập trung dòng chảy ngắn, kết hợp với các yếu tố dễ hình thành lũ quét dẫn đến chỉ vài

giờ mƣa cũng đủ ngập và phá hủy rất nhiều công trình giao thông.Việc chuyển đổi

mƣa ngày thành mƣa thời đoạn ngắn theo hai phƣơng pháp sau:

i) Phương pháp thu phóng với tỷ lệ không đổi (dạng hàm mũ)

Phƣơng pháp thu phóng với tỷ lệ không đổi theo thời gian dùng để xây dựng đƣờng

cong IDF cho thời đoạn ngắn (d < 1ngày) đƣợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Có thể

kể đến nhƣ: Gupta và Waymire (1990), [64] nghiên cứu chuyển đổi lƣợng mƣa theo

không gian và thời gian theo một tỷ lệ và nhiều tỷ lệ. Nguyen và nnk (2002), [65] đề

xuất mô hình phân bố cực trị GEV tính toán các vùng theo thời đoạn ngắn. Pao - shan

và nnk (2004), [66] trình bày phƣơng pháp thu phóng để chuyển đổi lƣợng mƣa ngày

thành lƣợng mƣa cho các thời đoạn ngắn hơn. Kuzuha và nnk, [67] chỉ ra sơ đồ thu

66

phóng và phân tích tần suất lũ theo đƣờng cong IDF. Nhật và nnk [68] nghiên cứu ứng

dụng lý thuyết thu phóng đơn giản theo thời gian và không gian ở một số vùng ở Việt

Nam và Nhật bản. Kết quả của các nghiên cứu đều chứng tỏ phƣơng pháp đƣợc ứng

dụng ở nhiều nơi và cho kết quả rất tốt.

+) Phƣơng pháp nghiên cứu

Dựa vào lý thuyết thu phóng theo không gian và thời gian của Gupta [64]. Gọi I(d) là

cƣờng độ mƣa với thời gian d:

( ) ( ) (2-29)

Với là hệ số tỷ lệ; H là hệ số mũ. Biến đổi về dạng sau:

,* ( )+ - ,* ( )+ - (2-30)

E là kỳ vọng mô men của I(d) và q là bậc của moment; I(d) là biến ngẫu nhiên đơn nếu

H tỷ lệ tuyến tính với q; I(d) là biến ngẫu nhiên đa biến khi H quan hệ phi tuyến với q.

Hàm phân phối xác suất theo I(d) nhƣ sau:

31 (2-31) ( ( )) 0 2 ( )

( ) ( ) (2-32) Với là giá trị trung bình và là khoảng lệch quân phƣơng. Tính toán tham số μ, σ

theo phƣơng pháp moment. Theo lý thuyết thu phóng, IDF ở các trạm không có số liệu

0 ( .

/)1

đƣợc đƣợc suy ra từ hệ phƣơng trình (2-10):

(2-33)

{ ( ) ( )

+ Sơ đồ tính theo phƣơng pháp thu phóng với tỷ lệ không đổi

Hình 2.12 Sơ đồ xây dựng IDF theo hàm mũ

Các thông số H, , đƣợc tính từ số liệu mƣa giờ của 8 trạm đại biểu, vẽ bản đồ

67

đẳng trị ba thông số với ứng dụng GIS, trích xuất H, , trên bản đồ đẳng trị.

Tính I (d < 1 ngày) với số liệu ở các trạm trên theo hệ (2-33). Kết quả tính bộ 3 thông

số trình bày trong bảng 2.5.

Bảng 2.5 Bảng thông số ở các trạm, tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn (T=100 năm)

TT

Trạm

(-H)

µ24

σ24

1

Bắc cạn

-0,66

4,14

2,15

2

Ngân Sơn

-0,68

4,78

1,92

3

Chợ Rã

-0,62

3,45

1,84

4

Bắc Sơn

-0,77

4,53

1,34

5

Đình Lập

-0,59

5,31

3,56

6

Hữu Lũng

-0,74

4,58

1,67

7

Lạng Sơn

-0,65

4,06

1,77

8

Thất Khê

-0,69

4,11

2,26

ii) Phương pháp tương quan giữa mưa ngày và mưa giờ

Cách khác dùng để chuyển đổi mƣa thời đoạn dài thành mƣa thời đoạn ngắn dựa vào

tƣơng quan giữa lƣợng mƣa giờ max với mƣa 24hmax. Lập phƣơng trình tƣơng quan

giữa lƣợng mƣa 1 ngày max (ứng với thời kỳ lặp lại là T = 2, 5, 10, 25, 50, 100 và 200

năm) với mƣa giờ 1h max, 3h max, 6h max tƣơng ứng. Ứng dụng phƣơng trình tƣơng

quan để xây dựng đƣờng cong IDF cho các vùng không có số liệu mƣa giờ. Dƣới đây

là kết quả của phƣơng trình tƣơng quan: y = a.x + b ngày max và 1h max, 3h max, 6h

max, 12 h max, 24h max trình bày ở hình 2.13-2.18.

Hình 2.13 Tƣơng quan X1ng max-X1h max; X1ng max-X3hmax Bắc Kạn-Lạng Sơn (T=100)

68

Hình 2.14 Tƣơng quan X1ng max-X6h max; X1ng max-X12h max Bắc Kạn-Lạng Sơn(T=100)

Hình 2.15 Tƣơng quan X1ng max- X24 h max tỉnh Bắc Kạn-Lạng Sơn (T=100)

Hình 2.16 Tƣơng quan X1ng max-X1h max; X1ngay max-X3hmax Bắc Kạn-Lạng Sơn (T=50)

69

Hình 2.17 Tƣơng quan X1ng max-X6h max; X1ng max-X12hmax Bắc Kạn-Lạng Sơn (T=50)

Hình 2.18 Tƣơng quan X1ng max-X24h max Bắc Kạn-Lạng Sơn (T=50)

Phƣơng trình tƣơng quan giữa mƣa 24h max và thời đoạn ngắn đƣợc trình bày trong

phụ lục. Với kết quả phân tích tƣơng quan giữa mƣa ngày và mƣa giờ của một số trạm,

cho thấy kết quả khá chặt chẽ (R > 0,8) có thể ứng dụng trong việc tính toán mƣa thời

đoạn ngắn ở các trạm không có dữ liệu mƣa giờ.

b) Xây dựng họ đƣờng cong IDF cho khu vực nghiên cứu

Hiện nay, tính đặc trƣng mƣa thiết kế theo phƣơng pháp thống kê xác suất thƣờng sử

dụng các hàm phân phối xác suất nhƣ: Hàm PIII, Log PIII, Kritsky - Mennken,

Gumbell I, III. Các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Anh, Úc việc tính toán mƣa lũ thiết kế

theo phƣơng pháp phân tích thống kê hầu nhƣ đã đƣợc chuẩn hoá bằng các bản đồ

đẳng trị cƣờng độ mƣa, các đƣờng cong quan hệ lƣợng mƣa - diện tích - thời khoảng

(DAD) đã đƣợc thiết lập sẵn cho các khu vực khác nhau. Ở Úc, các tài liệu mƣa đã

đƣợc phân tích một cách hoàn thiện bởi hệ thống máy tính với các ngân hàng dữ liệu

dễ khai thác sử dụng và cập nhật [7]. Ở Việt Nam, các phƣơng pháp tính mƣa bao gồm

70

xây dựng các đƣờng tần suất mƣa lƣợng mƣa ngày lớn nhất và bảng tọa độ đƣờng

cong triết giảm mƣa, [69]. Các hàm phân bố xác suất khác nhau sẽ cho những kết quả

tƣơng tự đối với những trận lũ có độ lặp lại xấp xỉ với tổng số năm quan trắc lũ. Sự

khác biệt của kết quả tính toán giữa các dạng phân bố càng tăng khi độ lặp khác nhau

nhiều đối với độ lớn của mẫu. Sự phù hợp giữa đƣờng phân bố lý thuyết và phân bố

thực nghiệm có thể đƣợc kiểm tra bằng hai cách [7]: (i) Kiểm tra theo các đặc trƣng

thống kê; (ii) kiểm tra phi thông số (theo chỉ tiêu 2; Kolmogorov - Smirnov;

Anderson).Việc sử dụng trận mƣa thiết kế để xây quan hệ giữa IDF (Intensity -

Duration - Frequency) thành các bảng tra hoặc các dạng công thức riêng cho từng

vùng. Cƣờng độ mƣa thƣờng ký hiệu là aT,p(mm/giờ; mm/phút); I(mm/h). Các công

thức xác định cƣờng độ mƣa ở các nƣớc trên thế giới nhƣ sau [7]:

( )

( )

( )

( ) (2-34)

- Các công thức ở Đông Âu và Nga, Việt Nam :

Trong đó: a là cƣờng độ mƣa (mm/h; mm/phút); n là hệ số triết giảm; S là sức mƣa

thƣờng đƣợc tính theo S = A+B.lgN với A, B là các hằng số và N là độ lặp lại; t là thời

gian mƣa (thời gian tập trung dòng chảy).

- Các công thức của các nƣớc khác nhƣ Mỹ, Nhật, Ấn độ dùng công thức tính cƣờng

độ mƣa (I) có dạng:

(2-35)

(2-36)

( ) 2-38)

(2-37)

Trong đó: I là cƣờng độ mƣa, T là thời kỳ lặp lại và d (D) là thời gian mƣa.

Cƣờng độ mƣa không những phụ thuộc vào thời đoạn tính toán D mà còn phụ thuộc

vào từng trận mƣa, từng khu vực mƣa hay từng trạm. Phƣơng pháp thống kê xác suất

đƣợc sử dụng để thiết lập mối quan hệ aT = f(T, N) với N là chu kỳ lặp lại và T là thời

đoạn tính toán [9].

71

* Các nghiên cứu trƣớc đây về đƣờng cong IDF

i) Trên thế giới

Bernard (1932) là tác giả đầu tiên xây dựng đƣờng cong IDF [70]. Tiếp đến là Chow

và nnk; Hershfied (1961) [71] cũng xây dựng bản đồ đẳng trị lƣợng mƣa thiết kế cho

thời khoảng 30 phút đến 24h với thời kỳ lặp lại 1 - 100 năm và các biểu đồ trong

trƣờng hợp không nội suy đƣợc cho cả nƣớc Mỹ và xuất bản trên TP40. US Weather

Bureau(1964), mở rộng thêm cho thời đoạn 2 - 10 ngày. El - sayed xây dựng đƣờng

cong IDF cho bƣớc lập kế hoạch và thiết kế dự án các công trình thủy lợi [72]. Bell đề 10 nhƣ một xuất một công thức tổng quát xác định IDF với cách sử dụng lƣợng mƣa P1

10, P1

tổng quát IDF ở Hoa Kỳ sử dụng ba lƣợng mƣa cơ sở: P1

chỉ số quan trọng để tính toán các lƣợng mƣa khác [73]. Chen phát triển công thức 10, P24 100 [74]. Kothyari 2 cho Ấn Độ [75]. Rất nhiều và nnk trình bày mối quan hệ giữa cƣờng độ mƣa và P24

các cống thoát nƣớc có thời gian thoát nƣớc nhỏ hơn 30 phút cho nên Frederick,

Meyers và Auciello (1977) đã xây dựng bản đồ cho thời khoảng 5 - 60 phút (thời kỳ

lặp lại 2 năm và 100 năm) và nội suy từ P10 theo 5 và 15 phút, P30 theo 15 và 60. PT

theo 2 năm và 100 năm đƣợc xuất bản trong Hydro 35. Phƣơng trình có dạng PT =

a.P2yr + b.P100yr; Miller, Frederick và Tracey (1973) đã xây dựng bản đồ của thời đoạn

6 và 24h cho 11 trạm vùng núi ở miền Tây nƣớc Mỹ (TP40). El - sayed (2011), [72]

xây dựng đƣờng cong IDF để lập kế hoạch và thiết kế dự án các công trình thủy lợi.

Bell đề xuất một công thức tổng quát xác định IDF với cách sử dụng lƣợng mƣa

. Nhat

nhƣ một chỉ số quan trọng để tính toán các lƣợng mƣa khác và phát triển công thức

,

,

tổng quát xây dựng IDF ở Hoa Kỳ sử dụng ba lƣợng mƣa cơ sở:

và nnk, [76] đã sử dụng hai phân phối xác suất là Gumbel và Log Pearson III để xây

dựng đƣờng cong IDF cho các vùng mƣa (Đồng Bằng sông Hồng). Bộ đƣờng cong

IDF xây dựng cho mỗi vùng đều có đặc tính riêng do tình hình số liệu và đặc thù địa

hình cũng nhƣ chế độ khí hậu, thủy văn khác nhau, vì vậy không thể xây dựng chỉ một

vùng đại diện cho các vùng khác đƣợc.

ii) Ở Việt Nam

Một số tài liệu [9], [8] và trong TCVN 9845:2013 [69], cƣờng độ mƣa ký hiệu là

aT,p(mm/phút) đƣợc xác định theo hai phƣơng pháp: tính trực tiếp (khi có số liệu mƣa

tự ghi thời đoạn ngắn (phút, giờ); tính gián tiếp từ mƣa ngày thiết kế theo (2-34):

72

(2-39)

Trong đó: là hệ số đặc trƣng hình dạng cơn mƣa; T là thời gian mƣa (coi bằng thời

gian tập trung dòng chảy; aT,p là cƣờng độ mƣa (mm/phút). T thời gian mƣa (phút,

giờ); Hn,p là lƣợng mƣa ngày ứng với tần suất thiết kế (mm). Các nghiên cứu về hệ số

(hệ số đặc trƣng hình dạng cơn mƣa - hệ số chuyển mƣa thời đoạn dài sang mƣa

thời đoạn ngắn):

(2-40)

o Năm 1977, Quy phạm thủy lợi QP.TL C-6 - 77 phân miền Bắc nƣớc ta thành 10

vùng mƣa và xác lập hệ số T cho từng vùng.

o Năm 1980, Hoàng Minh Tuyển (Viện khí tƣợng thủy văn) phân toàn quốc thành 15

vùng mƣa, xác lập hệ số T cho từng vùng.

o Năm 1991, Hoàng Niêm và Đỗ Đình Khôi phân toàn quốc thành 18 vùng mƣa, xác

lập hệ số T cho từng vùng.

o Năm 1993, TS Trịnh Nhân Sâm (Viện thiết kế giao thông) phân toàn quốc thành 18

vùng mƣa, xác lập hệ số T cho từng vùng có khác so với Hoàng Niêm và Đỗ Đình

Khôi. Phân vùng này hiện đang sử dụng trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN9845:2013.

Các công thức xác định cƣờng độ mƣa ở Việt Nam:

(2-41)

o Năm 1980, GS Nguyễn Xuân Trục lập cho 18 trạm với công thức:

(2-42)

( )

o Năm 1973, TS Trần Hữu Uyển lập cho 34 trạm với công thức:

( ) (2-43)

o Năm 1979, TS Trần Việt Liễn lập cho 47 trạm với công thức:

o Năm 1980, GS Ngô Đình Tuấn lập cho 11 trạm với công thức:

(2-44)

Các công thức trên, tính cƣờng độ mƣa theo sức mƣa S (S = A+BlgN) và hình dạng

cơn mƣa m cho các vùng khác nhau cho miền Bắc và toàn quốc. Tuy nhiên, có giới

73

hạn về số liệu thu thập cho nên các vùng ứng dụng rộng lớn (cả nƣớc chia thành 18

vùng mƣa).Việc ứng dụng cụ thể cho một lƣu vực cầu đƣờng rất khó xác định (phụ

thuộc vào xác định vùng mƣa). Chính vì vậy, trên cơ sở số liệu mƣa của các trạm, luận

án đã xây dựng bộ đƣờng cong IDF cho khu vực nghiên cứu cả trƣờng hợp có số liệu

và không có số liệu đo mƣa giờ.

*) Cơ sở phƣơng pháp xây dựng đƣờng cong IDF

Trong luận án, nhằm xây dựng chi tiết cho từng vùng cụ thể, để thống nhất ký hiệu,

cƣờng độ mƣa đƣợc ký hiệu là I (mm/h hoặc mm/phút) và xây dựng bộ đƣờng cong

IDF, thực chất là thiết lập mối quan hệ hàm mũ giữa I là hàm và D (thời gian mƣa) là

( ) (2-45)

biến. Một số hàm thông dụng trên thế giới có phƣơng trình dạng tổng quát trong [2] là:

Trong đó: a, b, e và v là các hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào điều kiện khí

tƣợng lƣu vực. Trƣờng hợp đặc biệt theo một số tác giả nghiên cứu trƣớc đây sử dụng

các hệ số nhƣ sau: Talbot v = 1 và e = 1; Sherman v = 1 và b = 0; Kimijima e = 1.Với

I(mm/giờ); D thời gian mƣa theo phút hoặc giờ, T thời khoảng lặp lại (năm). Luận án

tập trung nghiên cứu dạng thông dụng nhất ( công thức 2-22) theo Sherman ( khi v = 1

và b = 0) đã đƣợc đề cập trong [1], Bell [73], các tham số khác đƣa về hệ số a và n, xây dựng phƣơng trình dạng I = a.Dn.

*) Phƣơng pháp xây dựng đƣờng cong IDF (I = a.Dn)

Xây dựng đƣờng cong IDF đối với các khu vực có số liệu theo phƣơng pháp thống kê

xác suất. Có nhiều hàm phân bố đƣợc ứng dụng nhƣ: Phân bố cực trị tổng quát (GEV),

Gumbel, PIII, Log Pearson III hay Normal, trong đó phân phối thông dụng ở nhiều

nƣớc là Gumbel và Log Pearson III. Hàm phân phối Gumbel đƣợc ứng dụng trên toàn thế giới để tính cho giá trị cực hạn (lũ, kiệt), kết quả kiểm tra phi thông số theo χ2 cho

thấy đƣờng lý luận theo Gumbel phù hợp với số liệu mƣa thực đo (kết quả trình bày ở

bảng 04-09 phần phụ lục). Do vậy, luận án ứng dụng phân phối Gumbel (GEV) để xây

dựng bộ đƣờng cong IDF cho vùng nghiên cứu. Phân bố xác suất Gumbel (hay còn gọi

là phân bố xác suất cực trị loại I - EV1(Extreme Value type I)) thƣờng đƣợc dùng để

74

mô hình hoá thống kê các đại lƣợng cực trị nhƣ dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt, vận tốc

gió lớn nhất và các thiên tai nhƣ động đất. Hàm mật độ xác suất có dạng:

( ) /)- (2-46) , . / ( .

Với α là thông số tỷ lệ; u là trung bình của mẫu; 0.5772 là hằng số Euler:

̅ (2-47)

Hàm phân phối xác suất có dạng:

13 (2-48) ) 2 0 ( ) * + ∫ ( )

1

* + 0

* + ( ) ∫ ( )

(2-49)

Thông thƣờng, trong thiết kế dùng xác suất vƣợt ( * +), (2-25) sẽ thành:

Tuyến tính hóa phƣơng trình bằng cách Logarith; tính các tham số thống kê; tính giá

trị xT theo lý thuyết ứng với tần suất P (hoặc chu kì lặp lại T):

/1 (2-50) 0 .

Thu thập, chỉnh biên số liệu

Xây dựng bộ đƣờng cong IDF

Chọn phân phối, tính Xp, XT

Sắp xếp, tính tham số thống kê

Tính cƣờng độ mƣa IT

*) Các bƣớc xây dựng theo sơ đồ sau:

Hình 2.19 Sơ đồ các bƣớc xây dựng đƣờng cong IDF (khu vực nghiên cứu)

*) Kết quả xây dựng đƣờng cong IDF:

- Bộ đƣờng cong IDF cho thời đoạn mƣa phút tại trạm Lạng Sơn (1975-2013)

75

Hình 2.20 Bộ đƣờng cong IDF (Lạng Sơn, T = 5 năm và T = 10 năm phút)

Hình 2.21 Bộ đƣờng cong IDF (Lạng Sơn, T = 25 năm và T = 50 năm, phút)

Hình 2.22 Bộ đƣờng cong IDF (Lạng Sơn, T = 100 và T = 200 năm, phút)

- Bộ đƣờng cong gồm 8*6*5 = 240 đƣờng cong IDF (mƣa giờ) và 240 phƣơng trình đƣờng cong dạng (I = a.Dn). Trong phần này, chỉ trình bày đại diện một số bộ đƣờng

cong IDF ở hình 2.23 và hệ số phƣơng trình ở bảng 2.6 và 2.7. Các kết quả còn lại sẽ

trình bày ở phần phụ lục của luận án. Bảng hệ số a và n trong phƣơng trình tổng quát dạng I = a.Dn với R2 hệ số tƣơng quan cho kết quả từ 0,96 - 1,0 khá tốt. Từ kết quả

tính toán cho thấy cƣờng độ mƣa là hàm triết giảm theo thời gian mƣa (D ngắn, cƣờng

độ càng lớn). Đây là đƣờng cong phụ thuộc vào thời gian mƣa (thời gian tập trung

dòng chảy) hay phụ thuộc vào diện tích và độ dốc, đƣờng cong IDF còn thể hiện sự

triết giảm cƣờng độ mƣa theo diện tích.

76

Hình 2.23 Bộ đƣờng cong IDF trạm Lạng Sơn và Đình Lập

Bảng 2.6 Bảng hệ số của phƣơng trình đƣờng cong IDF, I = a.Dn

T = 5

T = 10

T = 25

Trạm

a

n

a

n

a

n

Bắc Cạn

50,9

-1,25

63,0

-1,25

79,1

-1,25

Bắc Sơn

59,3

-1,32

74,9

-1,38

95,9

-1,45

Chợ Rã

38,2

-1,18

47,5

-1,17

59,9

-1,16

Đình Lập

54,8

-1,14

71,1

-1,14

93,8

-1,14

Lạng Sơn

46,9

-1,24

56,2

-1,24

68

-1,24

Thất Khê

58,2

-1,32

72,5

-1,31

91,5

-1,29

Ngân Sơn

57,7

-1,25

71,8

-1,27

89,6

-1,3

Hữu Lũng

67,5

-1,36

83,9

-1,39

105,9

-1,41

Bảng 2.7 Bảng hệ số của phƣơng trình đƣờng cong IDF, I = a.Dn

T = 50

T = 100

T = 200

Trạm

a

n

n

a

a

n

Bắc Cạn

99,51

-1,25

-1,26

117,8

104,4

-1,26

Bắc Sơn

112,6

-1,49

-1,53

148,5

130,1

-1,56

Chợ Rã

69,73

-1,16

-1,15

90,39

79,85

-1,15

Đình Lập

112,2

-1,14

-1,14

152,8

131,8

-1,14

Lạng Sơn

76,96

-1,24

-1,24

95,25

86,02

-1,24

Thất Khê

106,3

-1,28

-1,28

137,8

121,7

-1,27

Ngân Sơn

102,9

-1,31

-1,32

129,2

116

-1,33

Hữu Lũng

123,2

-1,43

-1,44

159,7

141

-1,46

77

- Bộ đƣờng cong xây dựng cho các trạm đo mƣa ngày theo hai phƣơng pháp chuyển

đổi (chi tiết hóa) với thời kỳ lặp lại: T = 5, 10, 25, 50, 100 và 200 năm. Kết quả tính

cƣờng độ mƣa thời đoạn ngắn theo phƣơng pháp chuyển đổi đƣợc trình bày trong phụ

lục tính toán (Khi T = 200; 100; 50; 25; 10 năm). Dƣới đây là kết quả tính bằng

phƣơng pháp thu phóng dạng hàm mũ khi thời kỳ lặp lại T = 100 năm:

Bảng 2.8 Kết quả tính cƣờng độ mƣa theo hàm mũ cho khu vực nghiên cứu

I(1h)

I(3h)

I(6h)

I(12h)

I(24h)

TT

Trạm

H

µ24

σ24

Hữu Lũng

0,74

1

4,46

1,03

97,72

43,2

25,82

15,43

9,22

Văn Lãng

0,69

2

3,94

1,19

83,48

39,25

24,38

15,15

9,41

Bình Gia

0,75

3

4,43

1,58

128,31

56,11

33,29

19,76

11,72

Lộc Bình

0,65

4

4,07

1,26

77,28

37,94

24,22

15,46

9,87

Chi Lăng

0,70

5

4,64

1,96

125,5

58,3

35,94

22,16

13,66

Bản Giềng

0,73

6

4,42

1,82

128,45

57,84

34,97

21,14

12,78

Bản Quế

0,75

7

4,68

2,34

166,91

73,27

43,59

25,93

15,42

8 Đông Quan

0,64

5,96

3,87

182,75

90,27

57,85

37,07

23,75

9 Khuổi Tang

0,73

4,05

1,98

134,19

60,16

36,27

21,86

13,18

10

Bản Chắt

0,62

4,36

2,35

107,82

54,73

35,68

23,26

15,16

11

Chợ Đồn

0,66

5,35

2,55

138,03

67,06

42,53

26,97

17,1

Hình 2.24 Bản đồ đẳng trị cƣờng độ mƣa (I-1-100) (Bắc Kạn và Lạng Sơn)

78

- Kết quả xây dựng bản đồ đẳng trị cƣờng độ mƣa ở khu vực nghiên cứu đƣợc xây

dựng trên cơ sở tính toán cƣờng độ mƣa tại các trạm cho khu vực nghiên cứu nhờ ứng

dụng của phần mềm ArcGIS với thời gian là 1h và thời kỳ lặp lại là 200 năm. Kết quả

xây dựng bộ đƣờng cong IDF và bản đồ đẳng trị (Hình 2.24) là cơ sở để phân vùng và

đánh giá sự thay đổi của cƣờng độ mƣa theo không gian và thời gian. Bản đồ đẳng trị

cƣờng độ mƣa của 2 tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn cho thấy có sự biến đổi mƣa theo

không gian, sự biến đổi này phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ độ cao, địa hình, hƣớng

dòng không khí ẩm (hƣớng truyền ẩm). Nguyên nhân gây mƣa lớn (Xmax) có thể là do

bão (quỹ đạo bão và thời gian bão); hƣớng truyền ẩm, điều kiện địa hình.Vào mùa hè,

hƣớng gió Đông Nam thịnh hành (lũ từ tháng V - tháng IX) ở Đông Bắc. Gió từ biển

mang theo hơi ẩm đổ vào đất liền gặp dãy núi Tiên Yên tạo tâm mƣa Móng Cái. Trạm

Hữu Lũng và Đình Lập nằm gần tâm mƣa Móng Cái nên có lƣợng mƣa lớn nhất so với

các trạm khác trên lƣu vực nghiên cứu. Qua dãy núi Tiên Yên đến trạm Lạng Sơn,

Ngân sơn (thuộc sƣờn khuất gió) nên trạm này có giá trị mƣa ở mức thấp gần nhất so

với cả vùng Đông Bắc. Tiếp đến là dãy núi Bắc Sơn, dãy núi con Voi, dãy Hoàng Liên

Sơn tạo thành sƣờn khuất gió nên khu vực Bắc Nậm, Lạng Sơn có cƣờng độ mƣa bé;

Trong khi Đình Lập, Hữu Lũng, Thất Khê là nơi có cƣờng độ mƣa lớn. Điều này giải

thích tại sao trong số tám trạm đo mƣa thuộc khu vực nghiên cứu (thực tế nằm trong

vùng mƣa IV) lại có kết quả biến đổi rất lớn do đó cần thiết phải đánh giá sự biến

động, chi tiết hóa và phân vùng phù hợp hơn.

c) Xây dựng đƣờng cong lũy tích mƣa 24 giờ

Đƣờng cong lũy tích mƣa 24h chính là biểu đồ mƣa thiết kế đƣợc xây dựng cho vùng

nghiên cứu dùng để thiết kế thoát nƣớc đô thị hoặc các công trình thoát nƣớc trên

đƣờng. Phƣơng pháp xây dựng đƣờng cong lũy tích mƣa 24h đã đƣợc trình bày trong

cuốn Thủy văn ứng dụng của V.T.Chow. Trong phƣơng pháp đƣờng lũ đơn vị của

SCS (1973) đã dùng quá trình mƣa tổng hợp với hai thời đoạn 6h và 24h. Các phân bố

mƣa thiết kế gồm 4 loại: I, IA, II, III, trong đó loại I và IA xây dựng cho vùng biển

Thái Bình Dƣơng; loại III xây dựng cho các vùng ở Mexico và bờ biển Đại Tây

Dƣơng nơi có trận mƣa rào nhiệt đới với lƣợng mƣa 24h rất lớn; các vùng còn lại dùng

loại II. Nghiên cứu xây dựng đƣờng cong lũy tích phục vụ tính theo phƣơng pháp

đƣờng lũ đơn vị SCS ở Mỹ và nhiều nƣớc khác, điển hình là TR55 (Technical Release

79

55) dựa vào phân bố mƣa và đƣờng lũ đơn vị SCS tính lũ cho lƣu vực thoát nƣớc vừa

và nhỏ. Việc tính toán theo hƣớng đơn giản và đảm bảo độ chính xác đang đƣợc thịnh

hành trong ngành giao thông ở các nƣớc trên thế giới.

Trên cơ sở này, luận án tiến hành chọn các trận mƣa bất lợi, chia thành nhóm có lƣợng

mƣa X > 100mm và nhóm có lƣợng mƣa X < 100mm, xây dựng đƣờng cong lũy tích

mƣa, lấy đƣờng bao (bất lợi nhất) là đƣờng I và đƣờng II. Kết quả trình bày trong các

hình 2.25-2.34. Các đƣờng cong lũy tích thể hiện kết quả nhƣ sau: đối với trạm Bắc

Kạn cả hai đƣờng I, II đều là dạng xoáy thuận (X > 100mm và X < 100mm), đối với

trạm Bắc Sơn đƣờng I là xoáy thuận và đƣờng II là các trận mƣa do bão (hình 2.25).

Trạm Chợ Rã, có đƣờng I do xoáy thuận và đƣờng II do mƣa bão, đối với trạm Đình

Lập cả hai đƣờng đều do xoáy thuận (hình 2.26). Trạm Lạng Sơn, Ngân Sơn (hình

2.27) và Thất Khê (hình 2.28) có cả hai đƣờng I,II đều là xoáy thuận. Các dạng hình

thời tiết đặc biệt này đều nằm trong nhóm thời tiết bất lợi đe dọa sự an toàn của công

trình trong mùa mƣa lũ.

Hình 2.25 Phân bố lũy tích mƣa 24h trạm Bắc Kạn và Bắc Sơn

Hình 2.26 Phân bố lũy tích mƣa 24h trạm Chợ Rã và Đình Lập

80

Hình 2.27 Phân bố lũy tích mƣa 24h trạm Lạng Sơn và Ngân Sơn

Hình 2.28 Phân bố lũy tích mƣa 24h trạm Thất Khê

d) Kết quả tính lƣợng mƣa thiết kế từ đƣờng cong IDF và theo tọa độ đƣờng cong triết

giảm mƣa (TCVN 9845:2013) đƣợc trình bày trong bảng 2.9:

Bảng 2.9 Bảng so sánh kết quả tính theo luận án và TCVN 9845:2013

IDF

TCVN 9845:2013

Tên trạm

H1%

H2%

H4%

H10% H20% Ψτ

Hn1%

H1%

Hn2%

H2%

Hn10% H10% Hn20%

H20%

Bắc Cạn

104,4

99,5

79,1

63,0

50,9

0,37

277,6

102,7

247,6

91,6

177,2

65,6

145,86

54,0

Bắc Sơn

130,1

112,6

96,0

74,9

59,3

0,37

358,3

132,6

304,2

112,5

190,8

70,6

148,76

55,0

Chợ Rã

79,9

69,7

60,0

47,5

38,2

0,37

238,2

88,1

207,6

76,8

137,4

50,8

107,24

39,7

Lạng Sơn

86,0

77,0

68,0

56,2

46,9

0,37

231,2

85,5

208,4

77,1

155,2

57,4

131,89

48,8

Thất Khê

121,7

106,3

91,5

72,5

58,2

0,37

292,7

108,3

258,4

95,6

179

66,2

144,47

53,5

Ngân Sơn

116

102,9

89,6

71,8

57,7

0,37

274,3

101,5

243,1

89,9

171,5

63,5

140,77

52,1

Kết quả tính toán và so sánh (Bảng 2.9) cho thấy: Trạm Ngân Sơn nằm trong khu vực

81

có lƣợng mƣa bé nhất nếu tính theo TCVN sẽ giảm từ 10,7-14,5 % lƣợng mƣa, trạm

Thất Khê bị giảm từ 8,8-12,4%, các khu vực khác có tăng giảm nhƣng không quá lớn.

Kết quả có những sai khác đáng kể là do: hệ số Ψτ của vùng mƣa IV đƣợc xây dựng từ

số liệu mƣa ở trạm khí tƣợng Lạng Sơn, do đó chỉ phù hợp với trạm Lạng Sơn và các

trạm có lƣợng mƣa xấp xỉ với Lạng Sơn còn các trạm khác sẽ cho kết quả sai khác lớn.

Phƣơng pháp xây dựng đƣờng cong IDF theo chi tiết hóa từ mƣa ngày thành mƣa thời

đoạn ngắn đƣợc ứng dụng trên toàn thế giới bởi việc tính đơn giản thuận tiện mà vẫn

đảm bảo đƣợc độ chính xác.

Bảng 2.10 Bảng phần trăm sai số giữa kết quả tính theo luận án và TCVN

Sai số giữa hai phƣơng pháp (IDF và TCVN)

Trạm

H1%

H4%

H10%

H20%

1,7

8,6

-4

-5,7

Bắc Cạn

-1,9

0,1

6,1

7,8

Bắc Sơn

-9,3

-9,2

-6,5

-3,8

Chợ Rã

-0,6

-0,1

-2,1

-3,9

Lạng Sơn

12,4

11,2

9,5

8,8

Thất Khê

14,3

14,5

13,1

10,7

Ngân Sơn

2.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu mặt đệm

Xây dựng cơ sở dữ liệu mặt đệm phục vụ cho tính toán lũ thiết kế công trình giao

thông cho khu vực nghiên cứu bao gồm việc khoanh lƣu vực, xác định các đặc trƣng

lƣu vực (diện tích chiều dài, độ dốc..), xây dựng các bản đồ (bảng tra) hệ số dòng

chảy, xây dựng bản đồ (bảng tra) chỉ số CN, và xây dựng các bản đồ hệ số nhám.

Trong nghiên cứu này, luận án đã ứng dụng viễn thám và GIS vào nhằm cập nhật dữ

liệu, phân tích thuộc tính không gian và xây dựng các bản đồ chuyên dùng, phục vụ

tính lũ.

- Viễn thám là một kỹ thuật thu nhận, xử lý, giải đoán thông tin nhằm xây dựng các

bản đồ chuyên dụng. Năm 1960, Bộ Y tế và Bộ Lâm nghiệp Hoa Kỳ đã phát triển các

kỹ thuật máy tính để nghiên cứu chất lƣợng nƣớc và các vấn đề thuỷ văn. Cục Thống

kê Mỹ cũng tiên phong trong lĩnh vực sử dụng máy tính trong phân tích số liệu. Năm

82

1969, Ian McHarg đã nêu ra phƣơng pháp chồng chập các lớp bản đồ khi giải quyết

bài toán lựa chọn địa điểm và phân tích phù hợp. Nhiều phần mềm máy tính ứng dụng

trong quy hoạch đô thị đã ra đời trên khắp thế giới vào cuối những năm 1960. GIS -

Hệ thông tin địa lý, là “một hệ thống gồm các phần cứng, phần mềm, các quá trình để

lƣu trữ, quản lý, thao tác, phân tích, mô hình hoá, thể hiện và hiển thị các dữ liệu địa lý

nhằm mục đích giải quyết các bài toán phức tạp liên quan đến quy hoạch và quản lý tài

nguyên” hỗ trợ tốt nhất cho bài toán tính toán dự báo, quản lý, phòng chống thiên tai

và nhiều lĩnh vực khác.

Việc phân chia các lƣu vực cũng nhƣ tính diện tích và các đặc trƣng lƣu vực, tạo sản

phẩm trực quan, sinh động và chính xác, đây cũng là số liệu đầu vào các phần mềm

tính toán thủy văn hay thủy lực rất hữu hiệu. GIS đầu tiên đƣợc hình thành vào năm

1964 trong các chƣơng trình phục hồi đất nông nghiệp tại Canada. Đến cuối những

năm 1970 Viện nghiên cứu các hệ thống môi trƣờng (ESRI) ra đời ở Canifornia và đã

phát hành sản phẩm Arc/Info, đây là sản phẩm thƣơng mại trọn gói của GIS đầu tiên

trên thế giới. GIS quản lý theo dạng dữ liệu không gian đƣợc lƣu giữ dƣới dạng một

cấu trúc nhất định đƣợc gọi là cơ sở dữ liệu không gian. Cấu trúc dữ liệu sẽ quyết định

cách thức lƣu trữ, truy cập và thao tác xử lý thông tin. Có nhiều phần mềm GIS nhƣ

Mapinfor, Arcview, ArcGIS đang đƣợc sử dụng rộng rãi hiện nay. Phần mềm

ArcGIS (ESRI Inc. http://www.esri.com) là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp

một giải pháp toàn diện từ thu thập, nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối

thông tin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau theo. Về mặt công nghệ, hiện

nay các chuyên gia GIS coi công nghệ ESRI là một giải pháp mang tính chất mở, tổng

thể và hoàn chỉnh, có khả năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng

khác nhau nhƣ: desktop (ArcGIS Desktop), máy chủ (ArcGIS Server), các ứng dụng

Web (ArcIMS, ArcGIS Online), hoặc hệ thống thiết bị di động (ArcPAD) và có khả

năng tƣơng tích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau.

- Các ứng dụng của viễn thám và GIS: Việt Nam đã ứng dụng viễn thám vào nhiều các

lĩnh vực nhƣ: công tác đo đạc khí tƣợng và điều tra khảo sát tài nguyên; công tác xây

dựng bản đồ trên phạm vi toàn quốc; giám sát bảo vệ môi trƣờng và phòng chống thiên

tai; phục vụ cho các chƣơng trình phát triển kinh tế xã hội; điều tra nghiên cứu biển;

phục vụ các nhiệm vụ an ninh quốc phòng; nghiên cứu triển khai công nghệ viễn thám.

83

2.2.2.1 Xây dựng bản đồ chỉ số CN dạng ô lưới

Đặc trƣng thấm là đại lƣợng quan trọng thứ hai sau mƣa trong tính dòng chảy lũ trên

lƣu vực. Có nhiều phƣơng pháp tính thấm khác nhau nhƣ: phƣơng trình khuếch tán

ẩm, phƣơng trình Boussinerq, phƣơng pháp lý luận - thực nghiệm của Alechsseep,

phƣơng trình thấm của Green - Ampt, Horton, Phillip, phƣơng pháp hệ số dòng chảy

hay SCS. Các phƣơng pháp đều có công thức giải tích, rất thuận tiện để tính toán

nhƣng đòi hỏi số liệu về độ ẩm rất chi tiết, trong điều kiện Việt Nam, số liệu này rất

khó thực hiện đƣợc. Trong các phƣơng pháp trên (tính mƣa hiệu quả-mƣa trừ thấm),

có phƣơng pháp đƣờng lũ đơn vị SCS của Cục bảo vệ thổ nhƣỡng Hoa Kỳ. Đây là

phƣơng pháp thực nghiệm đƣợc ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Để ứng dụng

phƣơng pháp SCS tính thấm và lƣợng mƣa hiệu quả cần phải xây dựng bộ đƣờng cong

chỉ số CN phụ thuộc vào loại đất, lƣợng mƣa, độ ẩm của đất. Nhằm tích hợp và ứng

dụng GIS, luận án đã xây dựng bản đồ phân loại đất, bản đồ hiện trạng và bản đồ CN

(tích hợp) cho khu vực nghiên cứu:

* Dữ liệu: Các loại đất, các loại hiện trạng sử dụng đất trên khu vực nghiên cứu.

Thu thập và phân tích tài liệu

Ảnh vệ tinh

Google Earth

Bản đồ đất

Hiện trạng sử dụng đất qua giải đoán ảnh Vệ tinh

BĐ hiện trạng sử dụng đất

Hiện trạng sử dụng đất đã cập nhật

Phân tích không gian trong GIS

Bản đồ CN

cho vùng nghiên cứu

* Sơ đồ thực hiện:

Hình 2.29 Sơ đồ các bƣớc xây dựng bản đồ chỉ số CN

84

i) Xây dựng bản đồ đất khu vực nghiên cứu

Bản đồ đất trình bày sự phân bố của các loại đất hoặc các đơn vị bản đồ đất liên quan

đến những đặc tính môi trƣờng tự nhiên và nhân tạo chính yếu của bề mặt đất. Hiện

nay, phân loại đất đƣợc phân loại theo hệ thống của FAO - UNESCO và Việt Nam.

Trong một lƣu vực có nhiều loại đất, mức độ chi tiết và chính xác của số liệu là yêu

cầu quan trọng nhất để xác định loại đất và cấp đất. Luận án tiến hành thu thập các loại

đất thuộc các tỉnh vùng Đông Bắc (Báo cáo thuyết minh tổng hợp - Quy hoạch sử

dụng đất đến năm 2020 và kế hoạch sử dụng đất 5 năm kỳ đầu 2011 - 2015 tỉnh Lạng

Sơn) [41] và bản đồ số quy hoạch các loại đất (Viện Nông hóa và thổ nhƣỡng, tỷ lệ

1:50.000). Từ tài liệu thu thập, dựa vào tính chất cơ lý của các loại đất và hệ thống

phân loại đất của quốc gia và trên thế giới. Tiến hành phân nhóm các loại đất và xây

dựng bản đồ nhóm đất với 4 nhóm A, B, C, D theo tốc độ thấm từ lớn đến bé (phân

loại của Cơ quan bảo vệ đất Hoa Kỳ, nhóm đất phụ thuộc vào tốc độ thấm của các loại

đất). Các nhóm đất đƣợc phân loại đất nhƣ sau:

Nhóm A: cát tầng sâu, hoàng thổ sâu và phù sa kết tập;

Nhóm B: hoàng thổ nông, đất mùn pha cát;

Nhóm C: mùn pha sét, mùn pha cát tầng nông, đất có hàm lƣợng chất hữu cơ thấp và

đất pha sét cao;

Nhóm D: đất nở ra rõ rệt khi ƣớt, đất sét dẻo nặng và đất nhiễm mặn.Trong đó nhóm A

là nhóm có cƣờng độ thấm cao nhất và nhóm D là nhóm có cƣờng độ thấm ít nhất.

Các loại đất đƣợc ký hiệu bởi các mã (ID) dùng để phân tích không gian, lập bản đồ

đất và nhóm đất.

- Các bƣớc xây dựng:

+ Thu thập các loại đất, nguồn Viện thổ nhƣỡng nông hóa (2006);

+ Phân loại nhóm đất phụ thuộc vào tốc độ thấm của các loại đất (bảng 2.11);

+ Ứng dụng GIS, phân tích không gian tạo cơ sở dữ liệu dạng số về nhóm đất cho tỉnh

Bắc Kạn và Lạng Sơn.

- Kết quả, bản đồ phân loại đất hai tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn (hình 2.30).

85

Kết quả xây dựng bản đồ cho thấy: nhóm đất C, chiếm phần lớn diện tích khu vực nghiên cứu, tiếp đến là nhóm đất nâu đỏ, vàng (A và B) và các nhóm còn lại khác (D).

Bảng 2.11 Bảng phân loại các nhóm đất khu vực nghiên cứu

TT

ID

Loại đất

C

D

A

B

34 Đất nâu đỏ

1

B

×

35 Đất nâu vàng

2

A

×

31 Đất xám feralit

3

C

×

30 Đất xám feralit

4

C

×

29 Đất xám feralit

5

C

×

33 Đất xám mùn trên núi

6

B

×

40 Núi đá

7

D

×

10 Đất phù sa chua

8

D

×

41 Mặt nƣớc,Sông hồ

9

D

×

7

Đất phèn tiềm tàng lở

10

D

×

11

39 Đất xói mòn mạnh trơ sỏi đá

C

×

Hình 2.30 Bản đồ loại đất tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn

Nguồn: Viện thổ nhưỡng nông hóa (2006)

86

ii) Xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất

- Thống kê hiện trạng sử dụng đất: Theo số liệu thống kê đến 31 tháng 12 năm 2013

[41], trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn có 288,15 ngàn ha đất có rừng, trong đó có 151,46

ngàn ha rừng gỗ (5,69 ngàn ha rừng trung bình; 32,42 ngàn ha rừng nghèo; 113,28

ngàn ha rừng phục hồi); 7,82 ngàn ha rừng tre nứa; 31,5 ngàn ha rừng hỗn giao và

59,11 ngàn ha rừng trồng (chỉ có khoảng 24,96 ngàn ha rừng có trữ lƣợng). Ở Lạng

Sơn tổng diện tích đất lâm nghiệp của là 559.173,60 ha chiếm 67,2% diện tích tự nhiên

của tỉnh, bao gồm 3 loại rừng: rừng sản xuất 437.705,48 ha; rừng phòng hộ 113.175,21

ha và rừng đặc dụng 8.292,91 ha. Ngoài ra, diện tích đất trống, khu an ninh quốc

phòng, khu dân cƣ, khu phố, mặt nƣớc, chiếm một phần diện tích của khu vực nghiên

cứu. Hiện trạng sử dụng đất trên khu vực nghiên cứu đƣợc thống kê chi tiết ở bảng

Bảng 2.12 Bảng thống kê hiện trạng sử dụng đất trên khu vực nghiên cứu

2.12 và bản đồ hiện trạng sử dụng đất đƣợc trình bày ở hình 2.31.

TT

Hiện trạng sử dụng đất

ID

1

Bãi Bồi

ID01

2

Cây bụi

IB05

3

Cây ngắn ngày_rau màu

IB02

4

Cây hỗn hợp

IB04

5

Cây hỗn hợp_Tái sinh mới trồng

IB04

6

Cây lá kim

IB04

7

Cây lá kim_tái sinh mới trồng

IB04

8

Cây cối lau sậy, dừa nƣớc

IB03

9

Đất trống

ID01

10

Khu an ninh quốc phòng

IA01

11

Khu dân cƣ có thực phủ

IA02

12

Khu dân cƣ không có thực phủ

IA02

13

Khu khai thác

IA03

14

Khu phố

IA02

15

Lúa

IB02

16

Nƣớc mặt thƣờng xuyên

IG01

Nguồn: Bộ Tài Nguyên &Môi Trường (2013)

87

Hình 2.31 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn

Nguồn: Bộ Tài Nguyên &Môi Trường (2013)

Bản đồ hình 2.31 cho thấy, tỷ lệ rừng (phần diện tích có màu xanh lá cây) chiếm phần

lớn diện tích khu vực nghiên cứu, các vùng đất trống, mặt nƣớc, khu dân cƣ và quốc

phòng chiếm tỷ lệ thấp hơn. Tuy nhiên, do hiện tƣợng khai thác rừng và thay đổi cơ

cấu cây trồng, định hƣớng phát triển kinh tế cho nên tỷ lệ đất không thấm ngày càng

tăng, diện tích đất phi nông nghiệp, đất chƣa sử dụng tăng mạnh dẫn đến diện tích

không thấm tăng nhanh.

iii) Xây dựng bản đồ chỉ số CN cho vùng Đông Bắc (hai tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn).

Từ kết quả xây dựng xây dựng bản đồ các loại nhóm đất (A, B, C, D); bản đồ hiện

trạng sử dụng đất, ứng dụng thuộc tính phân tích không gian của phần mềm ArcGIS

tiến hành kết hợp các bản đồ lại để đƣợc bản đồ chỉ số CN phụ thuộc vào hiện trạng sử

dụng đất nhóm đất khác nhau cho khu vực nghiên cứu (bảng 2.13).

88

Bảng 2.13 Bảng giá trị CN đối với tình hình sử dụng đất và các nhóm đất

Bảng chỉ số CN phụ thuộc vào nhóm đất và hiện trạng sử dụng đất

Nhóm đất

Hiện trạng sử dụng đất

ID

A

B

C

D

5

Cây ăn quả

72

81

88

91

93

Cây bụi có gỗ rải rác

45

66

77

83

11

Cây cỏ xen nƣơng rẫy

68

79

86

89

1

Đất chuyên lúa

30

58

71

78

3

Đất chuyên rau, màu và cây CNNN

39

61

74

80

18

Đồng cổ

68

79

86

89

6

Rừng tự nhiên giàu và trung

25

55

70

77

7

Rừng tự nhiên nghèo

45

66

77

83

15

Thổ cƣ

51

68

79

84

9

Trảng cây bụi

45

66

77

83

12

Núi đá

98

98

98

98

92

Trảng cây bụi

45

66

77

83

Kết quả xây dựng bản đồ chỉ số CN đƣợc thể hiện ở hình 2.32 cho thấy ở khu vực

nghiên cứu thuộc vùng đồi núi, tỷ lệ rừng (cả rừng tái sinh và rừng nguyên sinh) chiếm

hơn 50% diện tích toàn 2 tỉnh cho nên, loại thảm phủ này kết hợp với nhóm đất (nhóm

đất thủy lực A, B, C, D) cho thấy chỉ số CN chiếm phần lớn giá trị từ 70-77, chứng tỏ

diện tích thấm nƣớc lớn, lƣợng mƣa khi rơi xuống phải mất phần lớn để thấm rồi mới

tạo thành dòng chảy, vùng có màu xanh lá có CN từ 25- 30 là những vùng có loại đất

tốt, hầu hết là các khu vực có rừng tự nhiên vì vậy mức độ thấm cao; Vùng màu đỏ có

CN từ 92-100 thể hiện ở các vùng mặt nƣớc hay núi đá. Ở vùng này hầu nhƣ không có

thấm hoặc thấm rất ít; Vùng màu vàng có CN từ 71 - 72, đây là vùng chiếm một phần

trên khu vực nghiên cứu bao gồm có đất cho nông nghiệp, đất chuyên lúa, vùng trồng

rừng.

Kết quả xây dựng bản đồ chỉ số CN, có thể trích xuất sạng các dạng dữ liệu khác nhau,

đặc biệt là dạng dữ liệu excel tiện dụng trong tính toán CN trung bình của lƣu vực.

Hình 2.32 thể hiện kết quả trích xuất dữ liệu dạng bản đồ và dạng excel tại lƣu vực

thoát nƣớc qua cầu Bản Chắt (kết quả chi tiết ở chƣơng III, bảng 3.6).

89

Hình 2.32 Bản đồ chỉ số CN tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn

2.2.2.2 Xây dựng bản đồ hệ số dòng chảy C dạng ô lưới

Trong phƣơng pháp mô hình quan hệ, tính lũ cho lƣu vực thoát nƣớc nhỏ hoặc tính

thoát nƣớc đô thị, hệ số dòng chảy C là thông số rất quan trọng. Hệ số C phụ thuộc vào

loại đất, độ dốc lƣu vực, hiện trạng sử dụng đất. Với mỗi loại thảm phủ cho phép tính

đƣợc hệ số dòng chảy Ci cho các lƣu vực con, Ctb lƣu vực.

Trƣớc đây, việc điều tra khảo sát ngoài thực địa về độ dốc, loại thảm phủ và tra bảng

gặp rất khó khăn do một vùng có nhiều loại thảm phủ khác nhau.

Luận án đã thu thập các loại thảm phủ, ứng dụng GIS xác định độ dốc, xác định nhóm

đất, xây dựng bản đồ hệ số dòng chảy C cho cả vùng rộng lớn (tỉnh Bắc Kạn và Lạng

Sơn).Việc ứng dụng GIS xây dựng bản đồ C, cho phép tính đƣợc hệ số C phụ thuộc

vào độ dốc, thảm phủ và nhóm đất và tính Ctb cho kết quả rất tốt. Từ kết quả phân

nhóm A, B, C, D kết hợp các bảng đặc tính 2.14, 2.15, xây dựng bản đồ hệ số dòng

chảy C theo từng mức độ dốc khác nhau (S < 2%; S = 2-6%; S > 6). Sơ đồ các bƣớc

thực hiện đƣợc trình bày hình 2.33. Kết quả đƣợc trình bày ở hình 2.34 (S>6%).

90

Bảng 2.14 Bảng tra hệ số dòng chảy C (nhóm A và B)

Hệ số dòng chảy phụ thuộc vào nhóm đất và độ dốc

TT

Thảm phủ

A

B

< 2%

2 - 6%

> 6%

< 2%

2 - 6%

> 6%

1

Rừng

0,11

0,08

0,14

0,10

0,14

0,18

2

Đồng cỏ

0,22

0,14

0,30

0,20

0,28

0,37

3

Rau màu

0,25

0,15

0,37

0,23

0,34

0,45

4

Cánh đồng

0,18

0,14

0,22

0,16

0,21

0,28

5

Dân cƣ ( 400 m2)

0,26

0,22

0,29

0,24

0,28

0,34

6

Dân cƣ (200 m2)

0,29

0,25

0,32

0,28

0,32

0,36

7

Dân cƣ (130 m2)

0,32

0,28

0,35

0,30

0,35

0,39

8

Dân cƣ (100 m2)

0,34

0,30

0,37

0,33

0,37

0,42

9

Dân cƣ 25 m2)

0,37

0,33

0,40

0,35

0,39

0,44

10

Khu công nghiệp

0,85

0,85

0,86

0,85

0,86

0,86

11

Khu thƣơng mại

0,88

0,88

0,89

0,89

0,89

0,89

12

Phố quy hoạch

0,77

0,76

0,79

0,80

0,82

0,84

13

Đỗ xe

0,96

0,95

0,97

0,95

0,96

0,97

14

Khu vực cải tạo

0,67

0,65

0,69

0,66

0,68

0,70

Nguồn Knox County Tennessee Stormwater Management Manual

* Sơ đồ thực hiện

Hình 2.33 Sơ đồ các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số dòng chảy C

91

Bảng 2.15 Bảng tra hệ số dòng chảy C (nhóm C và D)

Hệ số dòng chảy phụ thuộc vào nhóm đất và độ dốc

TT

Thảm phủ

D

C

< 2%

2 - 6%

> 6%

< 2%

2 - 6%

> 6%

1

Rừng

0,12

0,20

0,25

0,20

0,15

0,16

2

Đồng cỏ

0,26

0,4

0,50

0,44

0,30

0,35

3

Rau màu

0,30

0,5

0,62

0,52

0,37

0,42

4

Cánh đồng

0,20

0,29

0,41

0,34

0,24

0,25

5

Dân cƣ ( 400 m2)

0,28

0,35

0,46

0,40

0,31

0,32

6

Dân cƣ (200 m2)

0,31

0,38

0,46

0,42

0,34

0,35

7

Dân cƣ (130 m2)

0,33

0,40

0,50

0,45

0,36

0,38

8

Dân cƣ (100 m2)

0,36

0,42

0,52

0,47

0,38

0,40

9

Dân cƣ 25 m2)

0,38

0,45

0,54

0,49

0,41

0,42

10

Khu công nghiệp

0,86

0,86

0,88

0,87

0,86

0,86

11

Khu thƣơng mại

0,89

0,89

0,90

0,90

0,89

0,89

12

Phố quy hoạch

0,84

0,91

0,95

0,89

0,89

0,85

13

Đỗ xe

0,95

0,96

0,97

0,97

0,95

0,96

14

Khu vực cải tạo

0,68

0,72

0,75

0,72

0,69

0,70

Nguồn Knox County Tennessee Stormwater Management Manual

Hình 2.34 Bản đồ hệ số dòng chảy tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn (S > 6%)

92

* Kết quả xây dựng bản đồ hệ số dòng chảy C cho khu vực nghiên cứu (hình 2.34)

Hệ số C từ 0,14 đến 1 tùy từng loại đất và thảm phủ trên khu vực nghiên cứu. So với

phƣơng pháp tra bảng truyền thống C phụ thuộc vào vùng mƣa, lƣợng mƣa, cấp đất,

diện tích lƣu vực rất khó xác định thuộc loại đất và cấp đất nào thì phƣơng pháp xây

dựng bản đồ có thể tính Ci cho từng loại thảm phủ và độ đất trên cơ sở đó tính Ctb cho

cả lƣu vực. Kết quả tính cho các tiểu lƣc vực đƣợc trích xuất dạng Excel (bảng 3.5 -

3.8) và bản đồ số (hình 3.5 - 3.10) ở chƣơng III. Kết quả này đƣợc ứng dụng trong tính

lũ theo phƣơng pháp mô hình quan hệ cho các lƣu vực cầu nằm trên khu vực đã xây

dựng giúp việc tính đơn giản, hiệu quả, đảm bảo độ chính xác.

2.2.2.3 Xây dựng bản đồ hệ sô nhám n (Manning) dạng ô lưới

Hệ số nhám (Manning) là đại lƣợng quan trọng để tính thời gian tập trung dòng chảy

trên lƣu vực và một số đặc trƣng khác của lƣu vực. Việc xây dựng bản đồ phân bố hệ

số nhám dựa vào hiện trạng sử dụng đất. Để xác định hệ nhám n(m) của lƣu vực hay

sƣờn dốc rất khó, do phụ thuộc vào các loại thảm phủ (hiện trạng sử dụng đất). Thực

tế, trong TCVN 9845:2013 có bảng tra hệ số nhám n (và hệ số nhám msd), tuy nhiên

trên một lƣu vực có rất nhiều loại hình sử dụng đất, việc tra ra một trị số là rất khó. Để

có thể tính nhanh đƣợc thời gian tập trung dòng chảy, đoạn chảy tràn và chảy trên

sƣờn dốc, luận án tiến hành xây dựng bản đồ hệ số nhám Manning dựa trên tình trạng

sử dụng đất đƣợc cập nhật bằng ảnh vệ tinh và thu thập số liệu.

* Sơ đồ thực hiện

Hình 2.35 Sơ đồ các bƣớc xây dựng bản đồ hệ số nhám Manning n

93

Bảng 2.16 Bảng tra hệ số nhám Manning

TT

Mô tả bề mặt

n

Bề mặt tƣơng đối bằng phẳng( bê tông khối, At phan)

1

0.011

Đất bỏ hoang

2

0.05

Diện tích trồng < 20%

0,06

3

Đất trồng trọt

Diện tích trồng > 20%

0,17

Cỏ tầm thấp, thƣa

0,15

Cỏ tầm thấp, dày

0,24

4

Đồng cỏ

Cỏ Bermuda

0,41

Cỏ trồng thành dãy, hàng

0,13

Bụi cây tầng thấp

0,40

5

Cây lấy gỗ

Bụi cây tầng cao

0,80

Nguồn USACE ( 1998)

* Kết quả xây dựng bản đồ và mảnh mô tả chi tiết cơ sở dữ liệu dạng bản đồ và dạng

Excel (hình 2.36). Kết quả trích xuất cơ sở dữ liệu chi tiết cho từng tiểu lƣu vực đƣợc

trình bày trong bảng 3.5-3.8 chƣơng III.

Hình 2.36 Bản đồ hệ số nhám Manning tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn

Từ kết quả xây dựng cho lƣu vực nghiên cứu cho thấy, độ nhám bề mặt lƣu vực, n =

0,8 chiếm tỷ lệ lớn, tiếp đến là nhóm có độ nhám n = 0,17- 0,8. Kết quả này phù hợp

với điều kiện địa hình và thảm phủ ở khu vực miền núi.

94

2.2.2.4 Phân chia và tính toán các đặc trưng lưu vực từ DEM cho khu vực nghiên

cứu

Xây dựng bản đồ lƣu vực thoát nƣớc qua cầu: Việc tính toán các đặc trƣng lƣu vực

thoát nƣớc rất cần thiết; đặc trƣng lƣu vực phản ánh độ cao, hƣớng dòng chảy và là dữ

liệu để tính các tham số nhƣ: thời gian tập trung dòng chảy, diện tích lƣu vực. Ứng

dụng viễn thám và GIS, tiến hành khoanh và tính toán cho các lƣu vực thoát nƣớc (40 lƣu vực thoát nƣớc qua các cầu có nhóm diện tích A > 100km2 và diện tích A < 100 km2) khu vực Đông Bắc.

Hình 2.37 Bản đồ lƣu vực cầu Bắc Khƣơng

Bảng 2.17 Kết quả tính các đặc trƣng (lƣu vực cầu Bắc Khƣơng)

TT

Các đặc trƣng cầu Bắc Khƣơng

Kí hiệu

Đơn vị

Trị số

1 Tần suất thiết kế

P

2 Diện tích lƣu vực

F

506,5

3 Chiều dài dòng chủ

L

% km2 km

27,3

4 Tổng chiều dài dòng nhánh

km

40,1

5 Chiều dài lƣu vực

56,2

6 Độ rộng bình quân lƣu vực

∑Li Llv B

9,0

7 Số sƣờn lƣu vực

km km2/km

2,0

8 Độ dốc lƣu vực

%

23,6

9 Độc dốc lòng sông

%

0,4

n J(Sb) Js(Sr)

Trên cả tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn chỉ có trạm Lạng Sơn đo lƣu lƣợng và mực nƣớc

giờ, cho nên các công trình cầu hoặc là dùng lƣu vực tƣơng tự, hoặc là tính lũ thiết kế

95

từ mƣa. Để tính lƣu lƣợng từ mƣa thì các phƣơng pháp đều phải dựa vào đặc trƣng lƣu

vực (độ dốc, độ dài, diện tích lƣu vực). Kết quả ứng dụng phân tích lƣu vực thoát nƣớc

từ dữ liệu viễn thám và GIS là đầu vào rất quan trọng trong các phƣơng pháp tính lũ

đƣợc đề cập trong nghiên cứu. Sau đây là một số kết quả phân tích và tính toán các đặc

trƣng lƣu vực hai tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn (hình 2.43; 3.1- 3.4); (bảng 2.23; 3.1-3.4),

các công trình khác đƣợc trình bày trong phần phụ lục của luận án.

2.3 Kết luận chƣơng II

Từ hƣớng tiếp cận của đề tài và các yêu cầu về việc xây dựng cơ sở khoa học để tính

lũ thiết kế cho các công trình thoát nƣớc trên đƣờng giao thông trong khu vực nghiên

cứu, kết quả đạt đƣợc ở chƣơng II bao gồm:

- Đã xây dựng đƣợc cơ sở lý thuyết của các phƣơng pháp SCS-CN, mô hình quan hệ

và hồi quy vùng;

- Đã phân tích đƣợc biến động mƣa lũ theo không gian và thời gian:

o Đánh giá đƣợc biến động mƣa theo không gian từ kết quả tổng kết các hình thế

thời tiết bất lợi thƣờng xảy ra ở khu vực nghiên cứu. Tính đƣợc hệ số biến thiên

lƣợng mƣa ngày lớn nhất (CV) và xây dựng bản đồ biến thiên CV theo không

gian; kết quả tính cho thấy, các vùng có CV (%) ít biến động nhƣ Bắc Quang,

Bắc Mê, Văn Chấn, Lạng Sơn Bắc Giang. Các vùng có nhiều biến động lớn về

lƣợng mƣa ngày max nhƣ Hoàng Su Phì; Tuyên Quang, Thất Khê; Sơn Động.

Còn các vùng khác có hệ số CV không lớn nhƣ Sa Pa, Lục Yên, Chiêm Hóa, Bắc

Kạn; kết quả phân tích chứng tỏ cần phải phân vùng mƣa thành các vùng chi tiết

hơn trong thiết kế.

o Đánh giá đƣợc biến động mƣa theo thời gian bằng phân tích chuỗi số liệu và

phƣơng pháp đánh giá xu thế Mann - Kendall; độ dốc Sen. Kết quả cho thấy các

trạm có xu thế tăng theo thời gian thƣờng xuất hiện ở một số trạm thuộc địa hình

đồi núi, còn có xu thế giảm theo thời gian của chuỗi thƣờng xuất hiện ở một số

vùng có địa hình thấp, lƣợng mƣa lớn, là những sƣờn đón gió. Chuỗi mƣa có xu

thế tăng, hoặc giảm tùy theo từng thập kỷ cũng nhƣ giai đoạn nhiều nƣớc hay ít

nƣớc. Mùa lũ xuất hiện từ tháng V đến tháng IX, cá biệt một số nơi xuất hiện

96

trong tháng X. Với kết quả đánh giá xu thế biến động mƣa 1hmax, 3hmax,

6hmax, 12hmax (trình bày trong phụ lục) cho thấy, mức độ tăng giảm chênh rất

khác so với biến đổi lƣợng mƣa 1 ngày max; chứng tỏ việc chi tiết hóa từ mƣa

ngày thành mƣa thời đoạn ngắn là rất cần thiết.

- Đã thiết lập đƣợc những cơ sở khoa học cần thiết để áp dụng các phƣơng pháp lựa

chọn (chƣơng I):

o Xây dựng đƣợc 5 bộ đƣờng cong IDF (cho thời đoạn phút) ở trạm Lạng Sơn;

o Xây dựng đƣợc 240 đƣờng cong IDF (cho thời đoạn mƣa giờ) và các phƣơng trình I = a.Dn (hệ số a và n) ở 08 trạm (Chợ Rã, Ngân Sơn, Bắc Kạn, Thất Khê,

Hữu Lũng, Đình Lập, Lạng Sơn);

o Xây dựng đƣợc 1440 đƣờng cong IDF (cho 24 trạm đo mƣa ngày trên khu vực

nghiên cứu từ kết quả chuyển đổi (chi tiết hóa) mƣa ngày thành mƣa thời đoạn

ngắn theo phƣơng pháp thu phóng tỷ lệ đơn giản dạng hàm mũ và tƣơng quan tuyến tính) và các phƣơng trình I = a.Dn (hệ số a và n);

o Xây dựng đƣợc 16 đƣờng cong lũy tích mƣa 24h (quá trình mƣa thiết kế) cho 8

trạm với hai dạng đƣờng (đƣờng loại I ứng với lƣợng mƣa X > 100mm và đƣờng

loại II ứng với lƣợng mƣa X < 100mm) làm cơ sở tính lũ theo phƣơng pháp

đƣờng lũ đơn vị;

o Xây dựng đƣợc bản đồ đẳng trị mƣa (cho các thời đoạn và thời kỳ lặp lại khác

nhau) ở khu vực nghiên cứu dùng để nội suy và phân vùng;

o Đã phân tích mặt đệm (bao gồm loại đất, thảm phủ, diện tích; độ dốc, hiện trạng

sử dụng đất) và xây dựng các bản đồ lƣu vực; các đặc trƣng lƣu vực; bản đồ thảm

phủ (hiện trạng sử dụng đất) và bản đồ đất (phân loại đất); bản đồ chỉ số CN và

bản đồ hệ số C; bản đồ hệ số nhám Manning; Đánh giá tác động các thông số mặt

đệm đến tính lũ thiết kế: Diện tích lƣu vực; độ dốc; chiều dài sông suối; hệ số

nhám; thảm phủ; loại đất. Kết quả nghiên cứu của chƣơng II là cơ sở khoa học

dùng để tính thử nghiệm bằng các phƣơng pháp: Phƣơng pháp SCS - CN; mô

hình quan hệ; phƣơng trình hồi quy dạng Q = f(A) đƣợc trình bày ở chƣơng III.

97

CHƢƠNG 3 TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM VÀ ĐỀ XUẤT PHƢƠNG PHÁP TÍNH LŨ THIẾT KẾ CHO CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

3.1 Cơ sở phân nhóm công trình thoát nƣớc trong tính lũ thiết kế

Để có thể phân chia các nhóm phƣơng pháp tính trong khu vực nghiên cứu, luận án

căn cứ vào một số nội dung sau:

- Căn cứ vào kết quả nghiên cứu tổng quan từ các tài liệu liên quan mật thiết đến đề tài

và phƣơng pháp lựa chọn tính lũ thiết kế cho ngành giao thông đƣợc trình bày trong

chƣơng I, có thể tổng kết điều kiện áp dụng ở các nƣớc trên thế giới: Phƣơng pháp mô hình quan hệ áp dụng khi diện tích lƣu vực A < 65 km2; Phƣơng pháp SCS có giới hạn từ 2 - 500 km2; Phƣơng pháp hồi quy vùng thì tùy vào mức độ chi tiết số liệu đầu vào

để xây dựng phƣơng trình;

- Căn cứ vào kết quả thu thập dữ liệu công trình (vị trí, tuyến, số lƣợng), kết quả tính

các đặc trƣng mặt đệm cho rất nhiều công trình thoát nƣớc (bảng 0.3) từ ứng dụng

công nghệ GIS (ArcGIS), cho thấy diện tích lƣu vực của các công trình dao động từ vài km2 đến hàng nghìn km2 (tùy từng loại cầu cống khác nhau nhƣ cống, cầu nhỏ, cầu trung và cầu lớn); Trong đó: số lƣợng cống và cầu rất nhỏ (A < 5km2) chiếm khoảng 50%, nhóm cầu nhỏ (A = 5-30 km2) chiếm đến 40%, nhóm cầu trung và lớn (A> 30 km2) chiếm khoảng 10% số lƣợng công trình thoát nƣớc trên đƣờng;

- Căn cứ vào kết quả tính các thông số tính toán (nhóm đất, loại thảm phủ, hệ số CN,

hệ số dòng chảy và đặc trƣng nhám, độ dốc lƣu vực), cho thấy cỡ lƣu vực tƣơng ứng

với mức độ phức tạp mặt đệm (số lƣợng loại đất và hiện trạng sử dụng đất); diện tích

lƣu vực nhỏ có điều kiện về loại đất và hiện trạng đơn giản. Còn lƣu vực lớn hơn có

điều kiện mặt đệm phức tạp. Kết quả đƣợc tính toán và đề cập ở mục 2.2.2 và trình bày

chi tiết ở các bảng 3.5-3.8;

- Căn cứ vào việc phân chia lƣu vực ở Việt Nam đƣợc đề cập trong các nghiên cứu [5],

[31], [7]; kết quả biến động mƣa lũ theo không gian và thời gian (chƣơng II), kết quả

phân vùng mƣa theo đa giác Thiessen, phụ lục hình 0.15-0.18 cho thấy lƣu vực có diện

98

tích bé (A<25 km2 hoặc 30km2) tính mƣa trực tiếp theo dữ liệu thực đo, lƣu vực lớn

hơn lƣợng mƣa đã bị ảnh hƣởng của độ lớn diện tích lƣu vực.

Với các căn cứ trên, cho thấy cần phân chia theo cỡ lƣu vực để tính lũ thiết kế nhƣ sau: Nhóm thứ nhất là các cầu có diện tích lƣu vực bé (A < 5km2) (cống, cầu nhỏ), có

đặc điểm là loại đất, thảm phủ và lƣu vực đơn giản (thƣờng là một loại đất và thảm

phủ) có thể tính toán nhanh đƣợc lƣu lƣợng lũ thiết kế; Nhóm thứ hai là các cầu có diện tích lƣu vực khoảng 5-30 km2, nhóm này phức tạp hơn vì lƣu vực có nhiều loại

đất và thảm phủ, tuy nhiên từ kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu, các giá trị trung bình

trên lƣu vực cũng có thể dễ dàng thực hiện đƣợc. Nhóm cầu còn lại với diện tích lƣu vực khoảng 30-100 km2 và lớn hơn 100 km2, các lƣu vực này có điều kiện về địa chất

thảm phủ phức tạp cần chia thành nhiều lƣu vực con để tính các đặc trƣng cho phù hợp

và cần kết hợp các phƣơng pháp khác nhau để tính toán kiểm nghiệm.

Tác giả đã tiến hành tính thử nghiệm cho nhiều công trình từ nhỏ đến lớn (40 cầu) theo

ba phƣơng pháp giới thiệu và hai phƣơng pháp trong TCVN 9845:2013. Kết quả tính

toán đƣợc trình bày trong phụ lục của luận án, dƣới đây chỉ trình bày tóm tắt bƣớc

tính, các thông số, kết quả tính cho các lƣu vực đại diện theo nhóm diện tích:

o Lƣu vực thoát nƣớc cầu Can đại diện cho các cầu có diện tích lƣu vực A < 5 km2;

o Lƣu vực thoát nƣớc cầu Bản Chắt đại diện cho các cầu có diện tích lƣu vực 5 km2

< A < 30 km2;

o Lƣu vực thoát nƣớc cầu Pắc Vằng đại diện cho các cầu có diện tích lƣu vực 30

km2 < A < 100 km2;

o Lƣu vực thoát nƣớc cầu Kỳ Lừa đại diện cho các cầu có diện tích A > 100 km2.

Các phƣơng pháp tính thử nghiệm trong phần này gồm:

o Phƣơng pháp mô hình quan hệ;

o Phƣơng pháp đƣờng lũ đơn vị SCS-CN;

o Phƣơng pháp phƣơng trình hồi quy;

o Phƣơng pháp trong TCVN 9845:2013 gồm Xokolopsky và Cƣờng độ giới hạn.

99

3.2 Tính thử nghiệm theo các phƣơng pháp khác nhau

3.2.1 Thông số tính toán của các lưu vực cầu tính thử nghiệm

3.2.1.1 Các đặc trưng lưu vực

a) Lƣu vực cầu Can

Cầu Can dài 8,6m; rộng 7m tại lý trình 41+120 quốc lộ 4B đoạn qua huyện Lộc Bình,

tỉnh Lạng Sơn. Cầu thuộc nhóm cầu nhỏ (loại cầu chiếm tỷ lệ rất lớn), tần suất thiết kế

quy định p = 2%-4%. Các thông số và bản đồ lƣu vực cầu đƣợc xây dựng từ bản đồ

DEM (30*30) với ứng dụng của ArcGIS. Hình 3.1 và bảng 3.1 là kết quả xây dựng

bản đồ và tính các đặc trƣng lƣu vực ở cầu Can.

Hình 3.1 Bản đồ lƣu vực cầu Can

Bảng 3.1 Các đặc trƣng lƣu vực (tính toán từ GIS) tại cầu Can

STT

Các đặc trƣng

Kí hiệu Đơn vị

Giá trị

Tần suất thiết kế

P

1

2%

Diện tích lƣu vực

A

km2

2

3,16

Chiều dài lƣu vực

3

2,5

Llv

Độ rộng bình quân lv

B

km km2/km

4

7,07

Số sƣờn lƣu vực

n

5

2

Độ dốc lƣu vực

‰

6

173,5

Jsd

Chiều dài sông chính

L

km

7

0,87

Tổng chiều dài dòng nhánh

km

8

0

∑Li

Độ dốc lòng sông

‰

9

2,1

Jls

100

b) Lƣu vực cầu Bản Chắt

Cầu Bản Chắt tại lý trình 159+300, quốc lộ 31 đoạn qua huyện Đình Lập tỉnh Lạng

Sơn, có chiều dài 28m và rộng 6m, theo quy định thì tần suất lũ p = 2%; Cầu đƣợc xây

dựng từ năm 1992 và nâng cấp lại năm 2009. Bản đồ và các đặc trƣng lƣu vực đƣợc

xây dựng từ bản đồ DEM (30*30). Hình 3.2 và bảng 3.2 là kết quả xây dựng bản đồ và

tính toán các đặc trƣng lƣu vực:

Hình 3.2 Bản đồ lƣu vực cầu Bản Chắt

Bảng 3.2 Các đặc trƣng trƣng lƣu vực (tính toán từ GIS) tại cầu Bản Chắt

STT

Các đặc trƣng lƣu vực cầu Bản Chắt Kí hiệu

Đơn vị

Giá trị

2%

P

Tần suất thiết kế

1

25,2

A

km2

Diện tích lƣu vực

2

km

Chiều dài lƣu vực

3

Llv

7,40

3,4

B

km2/km

Độ rộng bình quân lƣu vực

4

2

n

Số sƣờn lƣu vực

5

234,0

‰

Độ dốc lƣu vực

6

Jsd

L

km

Chiều dài sông chính

7

3,5

0

km

Tổng chiều dài dòng nhánh

8

∑Li

5,41

‰

Độ dốc lòng sông

9

Jls

c) Lƣu vực cầu Pắc Vằng

Cầu Pắc Vằng đƣợc xây dựng trên quốc lộ 31, lý trình km 120+300, đƣờng miền núi

cấp IV, huyện Đình Lập, tỉnh Lạng Sơn, có chiều dài 37,2 m, rộng 6m, cầu bê tông,

101

tần suất lũ thiết kế (cầu trung p = 1 - 2%). Cầu đƣợc xây dựng vào năm 1971 và nâng

cấp năm 2009. Hình 3.3 và bảng 3.3 là kết quả xây dựng bản đồ và tính các đặc trƣng

lƣu vực (ứng dụng GIS).

Hình 3.3 Bản đồ lƣu vực cầu Pắc Vằng

Bảng 3.3 Các đặc trƣng trƣng lƣu vực (tính toán từ GIS) tại Cầu Pắc Vằng

STT Các đặc trƣng cầu Pắc Vằng

Kí hiệu

Đơn vị

Giá trị

Tần suất thiết kế

P

1

2%

Diện tích lƣu vực

F

km2

2

129,3

Chiều dài lƣu vực

km

3

18,3

Llv

Độ rộng bình quân lƣu vực

B

km2/km

4

7,07

Số sƣờn lƣu vực

n

5

2

Độ dốc lƣu vực

‰

6

204,5

Jsd

Chiều dài sông chính

L

km

7

18,3

Tổng chiều dài dòng nhánh

km

8

4,0

∑Li

Độ dốc lòng sông

%0

9

5,0

Jls

d) Lƣu vực cầu Kỳ Lừa

Cầu Kỳ Lừa nằm trên tỉnh lộ 238, giới hạn bởi Huyện Đình Lập, Cao Lộc, TP Lạng

Sơn, Lộc Bình. Các trạm khí tƣợng trên lƣu vực bao gồm: Trạm Lạng Sơn, Đông

Quan, Bản Chắt, Mẫu Sơn, Lộc Bình. Đây là lƣu vực thoát nƣớc rộng lớn, địa hình,

102

loại đất và thảm phủ nhiều loại phức tạp. Kết quả xây dựng bản đồ và tính toán các đặc

trƣng lƣu vực cầu đƣợc trình bày ở hình 3.4 và bảng 3.4:

Hình 3.4 Bản đồ lƣu vực cầu Kỳ Lừa

Bảng 3.4 Các đặc trƣng trƣng lƣu vực (tính toán từ GIS) tại Kỳ Lừa

STT

Các đặc trƣng

Kí hiệu

Đơn vị

Giá trị

Tần suất thiết kế

P

1

1%

F

km2

2 Diện tích lƣu vực

1559, 5

Chiều dài lƣu vực

km

3

174,9

Llv

km2/km

B

4 Độ rộng bình quân lƣu vực

20,8

Số sƣờn lƣu vực

n

5

2

‰

6 Độ dốc lƣu vực

153,5

Jsd

Chiều dài sông chính

L

km

7

177,84

Tổng chiều dài dòng nhánh

km

8

145

∑Li

‰

9 Độ dốc lòng sông

7

Jls

3.2.1.2 Chỉ số CN, hệ số dòng chảy và hệ số nhám trung bình

Các đặc trƣng nhƣ hệ số CNtb, hệ số dòng chảy Ctb và hệ số nhám ntb lƣu vực đƣợc

tính từ phân tích loại đất, độ dốc và thảm phủ của lƣu vực. Từ bản đồ chỉ số CN, bản

đồ hệ số dòng chảy C và bản đồ hệ số nhám đƣợc xây dựng ở chƣơng II dạng raster,

trích xuất kết quả ra các tiểu lƣu vực cầu dạng bản đồ và excel đƣợc trình bày ở hình

3.5 - 3.8 và bảng 3.5- 3.8.

103

a) Lƣu vực cầu Can

Hình 3.5 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất và hệ số nhám lƣu vực cầu Can

Hình 3.6 Bản đồ hệ số dòng chảy và chỉ số CN lƣu vực cầu Can

Bảng 3.5 Các thông số CN, hệ số nhám và hệ số dòng chảy của cầu Can

Diện tích

TT

Các loại thảm phủ

CNi CNi*Ai

ni

ni*Ai

Ci

Ci*Ai

A(km2)

0,56

70

1 Cây bụi

39,2

0,13

0,073

0,52

0,291

0,11

77

2 Cây lá kim

8,47

0,8

0,088

0,2

0,022

77

3 Cây lá kim non_mới trồng

2,49

191,7

0,8

1,99

0,2

0,498

3,16

239,4

2,153

0,811

4 Tổng

5

Trung bình

75,8

0,68

0,26

104

b) Lƣu vực cầu Bản Chắt

Hình 3.7 Bản đồ hiện trạng và chỉ số CN lƣu vực cầu Bản Chắt

Hình 3.8 Bản đồ hệ số dòng chảy và hệ số nhám lƣu vực cầu Bản Chắt

Bảng 3.6 Các thông số CN, hệ số nhám và hệ số dòng chảy của cầu Bản Chắt

TT

Loại thảm phủ

CNi

CNi*Ai

ni

ni*Ai

Ci

Ci*Ai

Diện tích A(km2)

1 Lúa

0,29

71

20,59

0,17

0,05

0,34

0,098

2 Cây bụi

17,4

70

1218

0,13

2,27

0,52

9,048

3 Cây lá rồng

1,8

77

138,6

0,8

1,44

0,2

0,36

4 Cây lá kim

3,76

77

289,52

0,8

3,01

0,2

0,752

5 Cây lá rồng non_tái sinh

1,96

77

150,92

0,8

1,57

0,2

0,392

25,21

1817,63

8,33

10,651

6 Tổng

7 Trung bình

72,1

0,33

0,42

105

c) Lƣu vực cầu Bắc Vằng

Hình 3.9 Bản đồ hiện trạng và chỉ số CN lƣu vực cầu Pắc Vằng

Hình 3.10 Bản đồ hệ số nhám và hệ số dòng chảy C lƣu vực cầu Pắc Vằng

Bảng 3.7 Các thông số CN, hệ số nhám và hệ số dòng chảy của cầu Pắc Vằng

TT

Loại thảm phủ

CNi CNi*Ai

ni

ni*Ai

Ci

Ci*Ai

0

Diện tích A(km2) 91 70,25 0,28 100 98 0,09 82 0,79 74 21,4 88 3,76 82 13,3 82 18,1 1,31 80 129,28

0,05 3,5125 0 0,011 0,0009 0,632 17,12 0,639 10,64 14,48 0,014 47,03

85,8

6392,75 28,00 8,82 64,78 1583,60 330,88 1090,60 1484,20 104,80 11088,43

0,8 0,8 0,17 0,8 0,8 0,011 0,36

0,72 1 0,42 0,2 0,34 0,52 0,2 0,2 0,42 0,52

50,58 0,28 0,038 0,158 7,276 1,95 2,66 3,62 0,55 67,12

1 Đất trống 2 Nƣớc mặt thƣờng xuyên 3 Khu phố 4 Cây hỗn hợp 5 Cây bụi 6 Lúa 7 Cây lá kim 8 Cây lá kim non 9 Khu dân cƣ có thực phủ 10 Tổng 11 Trung bình

106

d) Lƣu vực cầu Kỳ Lừa

Lƣu vực cầu Kỳ Lừa có diện tích lớn, A=1559,9 km2, với nhiều loại đất và phảm phủ

với rừng chiếm diện tích phần lớn (khoảng hơn 50% diện tích), các loại đất trống và

diện tích không thấm, khu vực có công trình cũng có tỷ trọng khá lớn (khoảng hơn

40%). Còn lại là các loại hiện trạng sử dụng đất khác.

Từ kết quả xây dựng bản đồ chỉ số CN, bản đồ hệ số dòng chảy C và bản đồ hệ số

nhám Manning n ở chƣơng II, các hình từ 3.11-3.12 là bản đồ chuyên đề đƣợc triết

xuất cho lƣu vực cầu Kỳ Lừa.

Hình 3.11 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất và chỉ số CN lƣu vực cầu Kỳ Lừa

Hình 3.12 Bản đồ hệ số nhám và hệ số dòng chảy lƣu vực cầu Kỳ Lừa

107

Bảng 3.8 Các thông số CN, hệ số nhám và hệ số dòng chảy của cầu Kỳ Lừa

TT

Loại thảm phủ

CNi

CNi*Ai

ni

ni*Ai

Ci

Ci*Ai

Diện tích A(km2)

1 Khu dân cƣ

11,4

81

923,4

0,11

1,25

0,42

4,79

2 Khu vực khai khoáng

133,8

74

9901,2

0,11

14,71

0,42

56,19

3 Khu vực có công trình

129,7

79

10246,3

0,11

14,27

0,42

54,47

4 Vùng đất trống

137,4

91

12503,4

0,05

6,87

0,72

98,93

5 Nƣớc mặt

125,1

100

12510

0

0

1

125,1

6 Vùng đất trống

46,9

91

42679

0,05

23,45

0,72

337,68

7 Khu dân cƣ

65,1

81

5273,1

0,11

7,16

0,42

27,3

8 Khu vực có công trình

68,9

79

5443,1

0,11

7,58

0,42

28,9

9 Khu vực thực phủ n nghiệp

58,1

71

4125,1

0,17

9,88

0,52

30,2

10 Đồng cỏ

3,3

74

244,2

0,24

0,79

0,34

1,12

11 Rừng

189,6

70

13272

0,8

151,7

0,2

37,9

12 Khu vực thực phủ n nghiệp

107,2

71

7611,2

0,17

18,2

0,52

55,7

13 Đồng cỏ

60,9

74

4506,6

0,24

14,62

0,34

20,71

1559,5

122438,6

346,5

727,2

14 Tổng

15

Trung bình

82,9

0,173

0,56

3.2.2 Tính lũ thiết kế theo phương pháp SCS - CN

3.2.2.1 Số liệu đầu vào

o Số liệu về công trình cầu (vị trí trên tuyến, chiều dài, chiều rộng, loại công trình

đƣợc lấy theo Trung tâm thông tin của Bộ GTVT); các đặc trƣng lƣu vực thoát

nƣớc qua công trình là kết quả ứng dụng ArcGIS ở các bảng 3.1-3.4;

o Cơ sở dữ liệu đã xây dựng ở chƣơng II bao gồm:

i) Biểu đồ mƣa thiết kế 24 h và lƣợng mƣa thiết kế theo tần suất;

ii) Bản đồ CN và kết quả tính CNtb cho công trình cụ thể theo bảng 3.5-3.8;

iii) Dữ liệu về lũ thực đo lấy tại trạm thủy văn Lạng Sơn (năm 2008-2013).

3.2.2.2 Trình tự tính

Thực hiện các bƣớc tính lũ thiết kế theo sơ đồ 1.5 ở chƣơng I (phần giới thiệu phƣơng

108

pháp SCS-CN).

3.2.2.3 Kết quả tính lũ thiết kế

- Nhằm đánh giá sự phù hợp của việc mô phỏng quá trình lũ trên lƣu vực và so sánh

kết quả tính toán, luận án đã chọn trận lũ năm 2008 (từ 3:00 ngày 29/10/2008 - 23:00

ngày 09/11/2008) và trận lũ năm 2013 (từ 1h ngày 10/11/2013 - 23h ngày 23/11/2013)

đo đạc tại trạm thủy văn Lạng Sơn là hai trận lũ lớn để xây dựng đƣờng quá trình lũ

thực đo (Qtđ) (hình 3.15).

Từ kết quả tính lũ theo SCS-CN cho lƣu vực Kỳ Lừa (A=1559,9 km2; CN=82,9;

Ia=10,5; λ=0,2) và đƣờng lũ đơn vị dạng SCS, xây dựng đƣợc đƣờng quá trình lũ tính

toán (Qtt).

Dùng chỉ số Nash-Sutcliffe để đánh giá mức độ phù hợp giữa tính toán và thực đo tính

∑( ) ∑( ̅ ) (3-1)

theo (3-1):

Kết quả tính đƣợc trình bày trong hình 3.13.

Hình 3.13 Quá trình lũ thực đo và tính toán tại Trạm Lạng Sơn (2008 và 2013)

Từ kết quả tính so sánh cho thấy với chỉ số CNtb của lƣu vực là 82,9 và Ia=λ.S khi

λ=0,2 cho chỉ số NASH từ 0,97-0,98 chứng tỏ cơ sở khoa học đã thiết lập để áp dụng

109

phƣơng pháp này khi áp dụng tính lũ cho công trình giao thông trong khu vực nghiên

cứu là phù hợp, đảm bảo độ chính xác .

- Kết quả tính lũ thiết kế đƣc giá lƣu lƣợng đỉnh lũ thiết kế theo phƣơng pháp SCS-CN

trình bày ở bảng 3.9.

Bảng 3.9 Kết quả tính lƣu lƣợng thiết kế theo phƣơng pháp SCS-CN

P

Pe

Qu

Qp%

TT Tên cầu CN tb

S

Ia

Ia/P

A

Fp

Tc

(mm)

(mm)

(m3/s.km2)

(m3/s)

1

71,3

102,2

20,4

255,18 163,5 0,080

0,153

3,16

0,75

1,0

Can

74,6

2

71,9

99,3

19,9

255,18 165,5 0,078

0,088

25,2

0,75

2,28

Bản Chắt

276,0

3

80,8

60,4

12,1

208,35 150,1 0,058

0,042

129,2

0,75

5,8

Pắc vằng

610,9

4

82,9

52,4

10,5

231,18 178,4 0,045

0,016

1559,9

0,75

15,9

Kỳ Lừa

3420,0

- Biểu đồ lũ thiết kế đƣợc xây dựng theo phƣơng pháp SCS từ biểu đồ mƣa thiết kế

đƣợc trình bày 2.2.1; hình 3.14 - 3.15.

Hình 3.14 Quá trình mƣa và lũ thiết kế lƣu vực cầu Kỳ Lừa và cầu Pắc Vằng

110

Hình 3.15 Quá trình mƣa và lũ thiết kế lƣu vực cầu Bản Chắt và cầu Can

3.2.3 Tính lũ thiết kế theo mô hình quan hệ

3.2.3.1 Số liệu đầu vào

o Số liệu về công trình cầu (các thông tin về công trình đƣợc thu thập từ Trung tâm

thông tin của Bộ GTVT);

o Cơ sở dữ liệu:

 Cƣờng độ mƣa ứng với tần suất thiết kế đƣợc trích từ bộ đƣờng cong IDF đã

xây dựng cho các trạm ở chƣơng II, chọn trạm Đình lập từ 1975 đến 2013.

 Hệ số dòng chảy đƣợc xây dựng ở chƣơng II, và kết quả tính chi tiết đƣợc trình

bày trong bảng 3.5-3.8. Lƣu vực có nhiều loại hiện trạng sử dụng đất, hệ số dòng chảy

đƣợc tính trung bình theo công thức:

∑ ∑

(3-2)

o Đặc trƣng lƣu vực đƣợc xây dựng theo quy trình và cơ sơ khoa học ở chƣơng II và

chi tiết ở bảng 3.1-3.4 từ ứng dụng ArcGIS và bản đồ DEM; Tính thời gian tập

(3-3)

trung dòng chảy Tc (phút):

Trong đó L(m) là chiều dài lƣu vực; S là độ dốc trung bình trên lƣu vực

S(m/m). Có Tc tiến hành tra cƣờng độ mƣa I (mm/h) từ bảng 2.8 và hình 2.25;

111

3.2.3.2 Trình tự tính

Tính lũ thiết kế thực hiện theo sơ đồ 1.5 và 3.16

Hình 3.16 Các bƣớc tính theo phƣơng pháp CIA

3.2.3.3 Kết quả tính lũ thiết kế

Bảng 3.10 Kết quả tính lƣu lƣợng thiết kế theo mô hình quan hệ

Tần suất thiết

Thời kỳ

TT

Tên Cầu

Tỉnh

Q (m3/s)

kế p%

lặp lại (năm)

Diện tích A (km2)

Lạng Sơn

50

3,16

95,8

2

1 Can

Lạng Sơn

50

25,2

327,5

2

2 Bản Chắt

3

Lạng Sơn

50

129,2

652,2

2

Pắc Vằng

Lạng Sơn

100

1559,9

2170,2

1

4 Kỳ Lừa

3.2.4 Tính lũ thiết kế theo phương trình hồi quy tương quan

Xây dựng phƣơng trình hồi quy cần nhiều số liệu đo đạc lũ tại trạm thủy văn trong khu

vực nghiên cứu.Tại Bắc Kạn và Lạng Sơn chỉ có trạm thủy văn Lạng Sơn là đo mực

nƣớc và lƣu lƣợng (giờ) cho nên trong nghiên cứu này, luận án tính lƣu lƣợng theo

112

phƣơng pháp Xokolopsky và Cƣờng độ giới hạn (TCVN 9845 - 2013). Ứng dụng hàm

Solver để phân tích tìm giá trị tối ƣu đƣa ra đƣợc phƣơng trình hồi quy dùng cho tính

lũ trong bƣớc lập quy hoạch hay dự án, trƣờng hợp không có số liệu đo đạc.

3.2.4.1 Số liệu xây dựng hàm hồi quy dạng Q = f(A)

o Số liệu về công trình cầu (các thông tin về công trình đƣợc thu thập từ Trung tâm

thông tin của Bộ GTVT) các đặc trƣng lƣu vực là kết quả tính toán từ ứng dụng

ArcGIS và bản đồ DEM;

o Cơ sở khoa học:

 Số liệu mƣa: Lƣợng mƣa ngày thiết kế của 08 trạm nằm trong khu vực nghiên cứu;

 Thông số về mặt đệm: Các thông số về mặt đệm nhƣ diện tích, độ dốc, chiều dài..

đƣợc xây dựng theo cơ sở khoa học và quy trình tính đã đề cập trong chƣơng II cho

40 lƣu vực thoát nƣớc qua cầu.

3.2.4.2 Kết quả xây dựng hàm hồi quy Q = f(A)

 Phƣơng trình hồi quy cho khu vực nghiên cứu (Tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn):

(3-4)

(3-5)

(3-6)

(3-7)

Trong đó: A(km2) là diện tích lƣu vực. Q100(m3/s);Q50 (m3/s); Q25 (m3/s);Q10 (m3/s) là

lƣu lƣợng ứng với thời kỳ lặp lại T = 100 năm, p = 1% ; T = 50 năm, p = 2% ; T = 25

năm, p = 4%; T = 10 năm, p = 10% .

 Biểu đồ quan hệ Q~A cho khu vực nghiên cứu:

Kết quả xây dựng phƣơng trình cho hệ số tƣơng quan R2=0,91-0,93 chứng tỏ quan hệ

giữa lũ thiết kế và diện tích là chặt chẽ, đảm bảo độ chính xác.

Nhận xét: theo phân bố của các điểm trên hình 3.17 và 3.18 thì nhóm có diện tích A < 400 km2 có các điểm tập trung, vẽ riêng nhóm này cho phƣơng trình với hệ số tƣơng

quan rất chặt chẽ nhƣ sau:

113

Q100=34,194A0,6627 và R2=0,9483; Q50=30,633A0,6576 và R2=0,9416; Q25=27,085A0,06561 và R2 =0,9444; Q10=20,876A0,6586 và R2 =0,9433.

Một đặc điểm khác, từ kết quả xây dựng các phƣơng trình hồi quy cho thấy, tƣơng

quan giữa lƣu lƣợng và diện tích (Q ~ A) đối với tần suất bé (mức lặp lại lớn, trị số

lớn) chặt chẽ hơn so với tần suất lớn. Điều này chứng tỏ, khả năng ứng dụng tốt cho

các công trình giao thông miền núi (công trình thoát nƣớc nhỏ và vừa với tần suất thiêt

kế p=25-50%), có thể tính nhanh hoặc kiểm tra trong các trƣờng hợp không có tài liệu.

Hình 3.17 Tƣơng quan giữa Q100 ~A và Q50~A tại Bắc Kạn - Lạng Sơn

Hình 3.18 Tƣơng quan giữa Q25~A và Q10 ~A tại Bắc Kạn - Lạng Sơn

Kết quả tính toán theo phƣơng trình hồi quy cho 4 lƣu vực cầu thử nghiệm đƣợc trình

bày ở bảng 3.11.

114

Bảng 3.11 Kết quả tính lƣu lƣợng thiết kế theo phƣơng trình hồi quy

Tần suất

Thời kỳ

Qp%

TT

Tên cầu

Tỉnh

A (km2)

thiết kế p%

lặp lại (năm)

(m3/s)

Lạng Sơn

3,16

2

50

1 Can

87,6

Lạng Sơn

25,2

2

50

2

Bản Chắt

281,9

Lạng Sơn

129,2

2

50

3

Pắc Vằng

707,4

Lạng Sơn

1559,9

1

100

4 Kỳ Lừa

3325,4

Tính lũ theo pp Xokolopsky và CĐGH (TCVN 9845:2013) 3.2.5

3.2.5.1 Phương pháp Xokolopsky

* Số liệu đầu vào:

o Số liệu về công trình cầu (các thông tin về công trình đƣợc thu thập từ Trung tâm

thông tin của Bộ GTVT; các đặc trƣng lƣu vực là kết quả tính toán từ ứng dụng

ArcGIS và bản đồ DEM (kết quả từ chƣơng II);

o Cơ sở khoa học:

 Số liệu về mƣa: Lƣợng mƣa ngày ứng với tần suất thiết kế, Hnp%(mm) trong luận

án PT (mm); đƣờng cong triết giảm mƣa Ψτ;

 Thông số về mặt đệm và các đặc trƣng lƣu vực: Diện tích lƣu vực A( km2); Chiều

dài sông chính, Lsong (km); Tổng chiều dài dòng nhánh: Li (km); Số sƣờn lƣu vực,

n; Độ dốc dòng sông (S hoặc J %0); Độ dốc lƣu vực (S hoặc J %0); Cấp đất; Hệ số

dòng chảy lũ α; Độ nhám sƣờn lƣu vực ms; Độ nhám lòng sông mls; Bề rộng trung

bình sƣờn dốc Lsd (km); Thời gian chảy lũ lên Tl (h); Đặc trƣng địa mạo lòng sông;

Φls; Lƣợng tổn thất ban đầu H0(mm). Các đại lƣợng đƣợc tính và tra từ lƣu vực;

Hệ số hình dạng biểu đồ lũ f; Hnp% (mm); HT (mm).

* Kết quả tính toán

115

Bảng 3.12 Kết quả tính lƣu lƣợng thiết kế Xokolopsky

Thời kỳ

Diện tích

Qp% (m3/s)

Tần suất thiết

TT

Tên cầu

Tỉnh

kế p%

lặp lại (năm)

A (km2)

1

Lạng Sơn

3,16

50

2

Can

93,4

2

Lạng Sơn

25,2

50

2

Bản Chắt

362,1

3

Lạng Sơn

129,2

50

2

Pắc Vằng

712,5

4

1

Lạng Sơn

100

1559,9

Kỳ Lừa

3960,0

3.2.5.2 Phương pháp Cường độ giới hạn

* Số liệu đầu vào:

o Số liệu về công trình cầu (các thông tin về công trình đƣợc thu thập từ Trung

tâm thông tin của Bộ GTVT; các đặc trƣng lƣu vực là kết quả tính toán từ ứng

dụng ArcGIS và bản đồ DEM (kết quả từ chƣơng II);

o Cơ sở khoa học:

 Đặc trƣng mƣa: Lƣợng mƣa ngày ứng với tần suất thiết kế, Hnp%(mm) dùng

tính cho các lƣu vực thử nghiệm (hoặc ký hiệu PT(mm)) tính theo các trạm: Đình Lập;

Lạng Sơn.

 Thông số về mặt đệm (tính từ GIS):

Diện tích lƣu vực A (km2); Chiều dài dòng chủ Ls (km); Tổng chiều dài dòng

nhánh Li; Số sƣờn lƣu vực n; Độ dốc dòng sông; (S hoặc J %0); Độ dốc lƣu vực (S

hoặc J %0); Cấp đất; Hệ số dòng chảy lũ α (rất khó xác định); Độ nhám sƣờn lƣu

vực ms (rất khó xác định); Độ nhám lòng sông mls (rất khó xác định); Bề rộng

trung bình sƣờn dốc Lsd (khó xác định theo cách tính truyền thống); Thời gian chảy

trên sƣờn dốc τsd (phụ thuộc vào nhiều đại lƣợng và tra bảng cũng rất khó khăn);

Đặc trƣng địa mạo lòng lông Φls; Đặc trƣng địa mạo sƣờn dốc; Φsd; Mô đuyn đỉnh

lũ; Ap% (phụ thuộc vào nhiều đại lƣợng và tra bảng cũng rất khó khăn).

116

* Kết quả tính toán

Bảng 3.13 Kết quả tính lƣu lƣợng thiết kế theo phƣơng pháp cƣờng độ giới hạn

Tần suất

Thời kỳ

Diện tích

Qp% (m3/s)

TT

Tên cầu

Tỉnh

thiết kế p%

lặp lại (năm)

A (km2)

50

3,16

Lạng Sơn

2

1

71

Can

50

25,2

Lạng Sơn

2

2

253

Bản Chắt

50

129,2

Lạng Sơn

2

3

712

Pắc Vằng

1

4

Lạng Sơn

100

1559,9

Kỳ Lừa

3.857

3.2.6 Đánh giá kết quả tính theo các phương pháp

Bảng 3.14 Kết quả tính lƣu lƣợng thiết kế theo 5 phƣơng pháp khác nhau

Kết quả tính lƣu lƣợng Qp% (m3/s) bằng các phƣơng pháp

TT

Tên cầu

A (km2)

CIA

SCS

Hồi quy

Xokolosky

CDGH

1

3,16

Can

95,8

74,6

87,8

93,0

71,0

2

25,2

Bản Chắt

327,5

276,0

281,9

362,1

252,9

3

129,2

Pắc Vằng

652,2

610,9

707,4

712,5

711,9

1559,9

4 Kỳ Lừa

2170,1

3420,0

3325,4

3960,0

3856,8

117

Theo kết quả tính toán từ các phƣơng pháp khác nhau (Bảng 3.14) cho thấy:

- Kết quả tính theo phƣơng pháp lựa chọn của luận án:

o Đối với nhóm có diện tích khống chế bé (A < 5km2) thƣờng có ít loại đất và

hiện trạng sử dụng đất không nhiều nên việc tính các đặc trƣng, các thông số

dễ dàng, thời gian tập trung dòng chảy (D < 60 phút) phù hợp với tính theo

phƣơng pháp mô hình quan hệ (Rational Method – Qmaxp = C.I.A/3,6). Các

công trình loại này có số lƣợng lớn nên cần tính nhanh và đơn giản. Các

thông số đƣợc xác định sẵn bởi cƣờng độ I(mm/h) (đƣợc tra trên bộ đƣờng

cong IDF đã đƣợc xây dựng cho các khu vực khác nhau trong vùng nghiên

cứu); C (hệ số dòng chảy đã đƣợc thành lập theo bản độ dốc và từng loại đất). A (km2) (đƣợc tính rất đơn giản bởi ứng dụng của GIS từ DEM 90/30m).

o Đối với nhóm có diện tích khống chế trung bình (A = 5-30 km2) tính theo Mô

hình quan hệ cũng cho kết quả tốt và các bƣớc rất tiện dụng, tuy nhiên có thể

dùng thêm phƣơng pháp SCS để xây dựng quá trình lũ thiết kế trên lƣu vực;

o Đối với nhóm công trình có diện tích khống chế từ 30-100 km2, tính lũ bằng

phƣơng pháp SCS-CN cho kết quả tốt, có thể sử dụng thêm phƣơng pháp hồi

quy vùng trong trƣờng hợp cần tính nhanh lƣu lƣợng thiết kế (các phƣơng

trình hồi quy vùng cũng đã đƣợc nghiên cứu xây dựng cho các khu vực khác

nhau thuộc vùng nghiên cứu).

o Đối với nhóm công trình có diện tích lớn (A > 100 km2) cần tính bằng SCS và

phƣơng trình hồi quy vùng. Tuy nhiên phƣơng trình hồi quy vùng cũng chỉ áp dụng đƣợc cho các lƣu vực thoát nƣớc có diện tích nhỏ hơn 400 km2 vì với

diện tích lớn hơn thì mức độ chính xác không cao.

- Kết quả tính theo phƣơng pháp trong TCVN 9845:2013:

o Phƣơng pháp Xokolopsky có kết quả tra bảng về hệ số dòng chảy rất lớn và

lớp tổn thất ban đầu rất bé (đều nằm trong lƣu vực sông Kỳ Cùng và Lục

Nam cho kết quả α (C) = 0,86; Ho = 10mm); Tuy nhiên, nếu tính C chi tiết

cho các lƣu vực theo hiện trạng, loại đất và độ dốc cho kết quả chỉ từ C=

118

0,26-0,56 (kết quả của luận án). Ngoài ra, lƣợng tổn thất ban đầu H0 chính là

Ia trong phƣơng pháp SCS. Giá trị Ia tính theo luận án có giá trị từ 10-20

mm (bảng 3.9). Các thông số khác nhƣ hệ số hình dạng đỉnh lũ, hệ số xét đến

ảnh hƣởng của ao hồ đầm lầy (thƣờng lấy bằng 1) dẫn đến kết quả tính lƣu

lƣợng đỉnh lũ rất lớn.

o Phƣơng pháp cƣờng độ giới hạn cho kết quả thiên thấp, do đại lƣợng mô đun

đỉnh lũ phụ thuộc vào vùng mƣa, thời gian tập trung dòng chảy, thời gian tập

trung dòng chảy lớn, mô đun đỉnh lũ bé, dẫn đến kết quả tính lƣu lƣợng thấp

hơn các phƣơng pháp khác. Hai phƣơng pháp Xokolopsky và cƣờng độ giới

hạn đều cần xác định rất nhiều thông số, việc tra bảng rất khó thực hiện (khó

chính xác), bảng tra đã quá cũ chƣa đƣợc cập nhật; kết quả của phƣơng pháp

Xokolopsky cho mức thiên lớn còn CĐGH lại thiên bé.

Kết luận: Sở dĩ có các kết quả tính toán khác nhau bởi vì hai cách tiếp cận và điều kiện

cơ sở dữ liệu khác nhau. Ba phƣơng pháp đƣợc lựa chọn trong luận án xây dựng từ cơ

sở phân tích dữ liệu mƣa và mặt đệm chi tiết và cập nhật, với công nghệ hiện đại cho

phép truy xuất các kết quả cho từng tiểu lƣu vực và có thể tính đƣợc giá trị trung bình

trên lƣu vực. Cơ sở dữ liệu và bản đồ có thể cập nhật và bổ sung thƣờng xuyên cho

phù hợp với biến động của mƣa lũ và thay đổi hiện trạng sử dụng đất.

3.3 Đề xuất phƣơng pháp tính phù hợp

Qua nghiên cứu lý thuyết ba phƣơng pháp (chƣơng I), xây dựng cơ sở khoa học

(chƣơng II) để áp dụng tính lũ thiết kế cho các công trình thoát nƣớc khu vực Đông

Bắc và kết quả tính toán thử nghiệm cho một số công trình, luận án đề xuất phƣơng

pháp tính cho các loại công trình thoát nƣớc trong giao thông nhƣ ở bảng 3.15.

119

Bảng 3.15 Kiến nghị phƣơng pháp tính lũ cho công trình giao thông

TT

Nhiệm vụ

Công trình

Các nội dung thực hiện

Cỡ lƣu vực A (km2)

Phƣơng pháp

- Tra bản đồ C

A < 5

Cống nhỏ

-Tra diện tích A từ bản đồ lƣu vực;

Mô hình quan hệ

5 < A < 30

Cầu nhỏ và cống

- Tính Tc từ đặc trƣng lƣu vực

Q=C.I.A

- Tra I từ bộ đƣờng cong IDF

1

Thiết kế

5 < A < 30

Cầu nhỏ và cống

-Tra CN từ bản đồ CN đã xây dựng;

30 < A < 100

Cầu trung

SCS-CN

- Tra diện tích A từ bản đồ lƣu vực

A > 100

Cầu lớn

- Tính Tc từ các đặc trƣng lƣu vực

Cống

- Tra diện tích A từ bản đồ lƣu vực

Cầu nhỏ

A < 400

- Chọn tần suất tính toán

2

Quy hoạch, Lập dự án

Hồi quy vùng

Cầu trung

- Tra hệ số phƣơng trình Q=f(A)

Cầu lớn

3.4 Xây dựng chƣơng trình tính lũ thiết kế cho các công trình giao thông

3.4.1 Giới thiệu chung về chương trình tính

Dựa trên cơ sở khoa học đã xây dựng ở chƣơng I, II bao gồm: các phƣơng pháp tính,

điều kiện áp dụng từng phƣơng pháp, cơ sở dữ liệu mƣa và bề mặt đệm đã xây dựng

(các bản đồ, bảng tra, phƣơng trình) cho khu vực nghiên cứu, luận án đã tiến hành xây

dựng chƣơng trình tính lũ thiết kế cho công trình thoát nƣớc trong giao thông ở khu

vực Đông Bắc.

Chƣơng trình đƣợc viết bằng ngôn ngữ Visual Studio, Java và đƣợc tích hợp trên nền

của Google Map do vậy có thể tận dụng đƣợc sự cập nhập thông tin thƣờng xuyên của

ảnh viễn thám độ phân giải cao (IKONOS – 1m), các bản đồ cơ sở trong đó có giao

120

thông tƣơng đối chi tiết của Google, đồng thời trên nền Google map có thể phóng to

(zoom) để xem chi tiết ảnh vệ tinh bề mặt của khu vực tính toán. Mã nguồn của

chƣơng trình tính đƣợc đƣa ra trong Phụ Lục của luận án; Giao diện ban đầu của

PP Mô hình quan hệ

chƣơng trình đƣợc minh họa trong hình 3.19:

PP Hồi quy vùng

PP SCS -CN

Hình 3.19 Giao diện ban đầu trên nền ảnh vệ tinh của Google map

3.4.2 Cấu trúc của chương trình tính

Cấu trúc của chƣơng trình tính đƣợc xây dựng theo sơ đồ khối hình 3.20 Theo sơ đồ

chƣơng trình tính đƣợc chia thành 2 khối chính: i) khối các chƣơng trình tính bao gồm

việc xây dựng các chƣơng trình con cho 3 phƣơng pháp kiến nghị (phần đầu của mã

chƣơng trình); và ii) khối truy xuất và quản lý dữ liệu phục vụ tính toán và lƣu trữ và

hiển thị kết quả tính toán (các phần còn lại của mã chƣơng trình).

Toàn bộ các bản đồ và cơ sở dữ liệu (chỉ số CN, hệ số dòng chảy C, hệ số Cv, cƣờng

độ mƣa, các tiểu lƣu vực và đặc trƣng hình thái), biểu đồ (các họ đƣờng cong IDF cho

các khu vực khác nhau trong vùng nghiên cứu), bảng tra, các phƣơng trình hồi quy

vùng đều đƣợc tích hợp trong cơ sở dữ liệu không gian (GEO - database) và đƣợc tích

hợp trên nền Google Map. Cơ sở dữ liệu không gian (GEO-database) có thể định nghĩa

121

Ngôn ngữ lập trình (Visual Studio; Java)

CT tính SCS-CN Q=Qu.Pe.fa.A CT tính Mô hình quan hệ Q=C.I.A CT tính hồi quy vùng n Q=a.A

Khối các modun tính

I, mưa lũy tích 24h

A, L, S(%)

Nhập dữ liệu (kết quả tính từ chương II)

Cơ sở dữ liệu Geo- Database trên nền Google Map

Bản đồ CN, C, n dạng Grid

Khối truy xuất dữ liệu

Chương trình tính lũ cho khu vực nghiên cứu

Hình 3.20 Sơ đồ khối xây dựng chƣơng trình tính

là cơ sở dữ liệu đặc biệt có 2 phần chính đó là phần không gian dùng để mô tả vị trí,

hình dạng, kích thƣớc, có thể ở định dạng vector hay raster (đây chính là các bản đồ

CN, C, Cv, ..vv) và phần thuộc tính dùng để mô tả giá trị và các thông tin của phẩn

không gian trên, thƣờng ở dƣới dạng bảng biểu (là các ma trận hiển thị các giá trị của ô

lƣới) (xem minh họa ở các hình 2.37 là dữ liệu CN, hình 2.38 là dữ liệu hệ số dòng

chảy C).

Với chƣơng trình tính, ngƣời sử dụng cần lựa chọn phƣơng pháp tính toán, sau đó

nhập tọa độ của công trình, tần suất tính toán thì chƣơng trình sẽ tự động zoom bản đồ

122

và ảnh vệ tinh đến vị trí cần tính, thông số của phƣơng pháp tính sẽ tự động đƣợc truy

vấn, ngƣời dùng cần nhập thêm một số thông tin rồi nhấn vào nút tính; chƣơng trình sẽ

đƣa ra kết quả tính là lƣu lƣợng lớn nhất ứng với tần suất thiết kế (Qmaxp%) và đƣờng

quá trình lũ thiết kế ở dạng biểu đồ hoặc có thể xuất ra dƣới dạng bảng.

3.4.3 Hướng dẫn sử dụng chương trình tính

Chƣơng trình tính đƣợc xây dựng với mục đích hỗ trợ tính toán nhanh đồng thời cho

phép cập nhập các thông số khi cần thiết cho khu vực nghiên cứu và mở rộng cho các

khu vực khác ở Việt Nam khi có các nghiên cứu tƣơng tự cho khu vực khác vì vậy

chƣơng trình đƣợc tích hợp trên nền Google Map và có giao diện cũng nhƣ thao tác

tính toán rất đơn giản. Các bƣớc sử dụng chƣơng trình đƣợc tóm tắt nhƣ sau:

Bước 1: Gọi chƣơng trình tính.

Nếu máy tính của ngƣời dùng đang kết nối với Internet thì chỉ cần gõ vào địa chỉ màn

hình nhƣ hình 3.21 ở trên sẽ hiện ra. Ngƣời dùng có thể click vào nút “bản đồ” hay

“vệ tinh” ở lề trái bên trên để hiển thị ảnh vệ tinh hoặc bản đồ giao thông của khu vực

tính toán. Hình 3.21 dƣới đây là hình minh họa khi nhấn vào nút “bản đồ”

Hình 3.21 Giao diện ban đầu của chƣơng trình tính trên nền bản đồ

Bước 2: Lựa chọn phƣơng pháp tính

123

Căn cứ vào mục đích tính toán và diện tích lƣu vực thoát nƣớc cho công trình cần tính

(theo đề xuất ở Bảng 3.15) lựa chọn phƣơng pháp tính. Hình 3.22 là màn hình khi lựa

chọn phƣơng pháp tính theo Mô hình quan hệ.

Bước 3: Nhập thông tin về công trình

Ngƣời dùng cần nhập thông tin về tên công trình, tần suất tính toán, vị trí công trình

tính (kinh độ, vĩ độ), diện tích lƣu vực thoát nƣớc cho công trình, chƣơng trình sẽ tự

động chuyển đến và phóng to bản đồ lƣu vực và vị trí công trình cần tính, đồng thời

truy vấn các thông tin trong cơ sở dữ liệu và ƣớc tính các thông số cho lƣu vực thoát

nƣớc của công trình nhƣ: thời gian tập trung dòng chảy, độ dốc bình quân lƣu vực, hệ

số dòng chảy bình quân lƣu vực, cƣờng độ mƣa ứng với tần suất thiết kế (Hình 3.22):

Hình 3.22 Kết quả tính lũ cầu Can theo pp CIA (Trên nền ảnh vệ tinh)

Ngƣời dùng có thể nhấn ngay vào nút “Tính toán” ở phía trên bên phải của màn hình,

hoặc có thể căn cứ vào hiện trạng sử dụng đất từ ảnh vệ tinh độ phân giải cao của

Google Map (ảnh IKONOS – 1m) để hiệu chỉnh các thông số đã đƣợc truy vấn và hiển

thị ở trên trƣớc khi nhấn vào nút “Tính toán”. Ví dụ, khi truy vấn ra hệ số dòng chảy

trung bình lƣu vực là 0,45 nhƣng tại thời điểm tính, lƣu vực tính toán đã thay đổi

nhiều, hiện rừng không còn nữa (căn cứ trên ảnh vệ tinh, ảnh này đƣợc Google cập

124

nhập thƣờng xuyên) thì ngƣời dùng có thể thay đổi hệ số dòng chảy bằng 0,7 cho lƣu

vực cần tính.

Sau khi nhấn vào nút “Tính toán”, chƣơng trình sẽ hiển thị kết quả lƣu lƣợng đỉnh lũ

thiết kế và đƣờng quá trình lũ thiết kế. Ngƣời dùng có thể in hoặc xuất kết quả ra bảng

biểu để phục vụ báo cáo.

Với các phƣơng pháp tính khác khi lựa chọn, thao tác cũng tƣơng tự nhƣ vậy.

3.5 Kêt luận chƣơng III

- Việc áp dụng phƣơng pháp tính lũ đang đƣợc sử dụng ở các nƣớc tiên tiến trên thế

giới cho lƣu vực nghiên cứu trong điều kiện của Việt Nam cần có những luận cứ và cơ

sở khoa học. Từ kết quả xây dựng cơ sở khoa học ở chƣơng I và II, luận án đã chia

nhóm công trình và tính thử nghiệm cho các công trình thoát nƣớc trên cơ sở đó kiến

nghị áp dụng các phƣơng pháp phù hợp cho khu vực nghiên cứu.

- Tính thử nghiệm các công trình và tóm tắt kết quả tính của 4 nhóm công trình đại

diện theo phƣơng pháp SCS-CN, mô hình quan hệ, hồi quy vùng và các phƣơng pháp

trong TCVN 9845:2013 (Cƣờng độ giới hạn và Xokolopsky).Từ kết quả tính thử

nghiệm, kiến nghị các phƣơng pháp ứng dụng cho vùng nghiên cứu: phƣơng pháp mô hình quan hệ phù hợp với cỡ lƣu vực A < 30 km2; SCS-CN phù hợp với cỡ lƣu vực A = 5-500 km2; hồi quy vùng phù hợp với lƣu vực A < 400 km2. Các kết quả tính so với

phƣơng pháp trong TCVN 9845:2013 có thể lớn hơn hay bé hơn bởi cơ sở dữ liệu và

cách tiếp cận khác nhau.

- Xây dựng chƣơng trình tính toán đƣợc viết bằng ngôn ngữ Visual Basic, tích hợp trên

nền của Google Map để có thể tận dụng đƣợc sự cập nhập thông tin thƣờng xuyên của

ảnh viễn thám, các bản đồ cơ sở trong đó có giao thông tƣơng đối chi tiết của Google.

Đây là chƣơng trình mở cho phép thƣờng xuyên cập nhập bản đồ hay các thông tin

mới vào trong cơ sở dữ liệu và có thể coi là tiền đề để mở rộng phƣơng pháp cho các

khu vực khác ở Việt Nam.

125

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

1.1 Những nội dung chính luận án đã thực hiện

i) Luận án đã thu thập đƣợc các tài liệu liên quan mật thiết đến đề tài và tổng quan các

nghiên cứu tính toán lũ thiết kế cho công trình giao thông ở trong và ngoài nƣớc từ đó

tổng kết đƣợc các ƣu điểm và nhƣợc điểm nhằm lựa chọn hƣớng tiếp cận phù hợp vừa

mang tính kế thừa, vừa đảm bảo tính sáng tạo trong nghiên cứu để đáp ứng mục tiêu

đặt ra của luận án.

ii) Luận án đã lựa chọn các phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm đang đƣợc sử dụng ở các

nƣớc tiên tiến dùng để tính lũ công trình giao thông trong trƣờng hợp không có số liệu

thực đo bao gồm: Phƣơng pháp mô hình quan hệ (CIA), SCS-CN, hồi quy vùng. Trong

đó, các phƣơng pháp đƣợc giới thiệu về cơ sở lý thuyết, điều kiện áp dụng, các nghiên

cứu trong và ngoài nƣớc liên quan, các yêu cầu về dữ liệu và trình tự tính.

iii) Luận án đã thu thập các loại dữ liệu (công trình cầu, khí tƣợng thủy văn, thổ

nhƣỡng, hiện trạng sử dụng đất...) và xây dựng cơ sở khoa học để áp dụng theo các

phƣơng pháp lựa chọn gồm đặc trƣng mƣa và đặc trƣng mặt đệm:

o Về đặc trƣng mƣa, luận án đã tiến hành phân tích và tổng hợp các hình thế thời tiết

bất lợi trong khu vực nghiên cứu, và một số trận lũ điển hình kèm theo số liệu

thống kê thiệt hại để thấy sự cấp thiết của đề tài. Nghiên cứu biến động của mƣa

(mƣa sinh lũ) theo không gian và thời gian, sử dụng các phƣơng pháp phân tích

thống kê, kỹ thuật viễn thám và công nghệ GIS trong đó phƣơng pháp Mann -

Kendall và Sen đƣợc dùng để đánh giá sự biến động của mƣa theo thời gian,

phƣơng pháp phân tích tần suất, phân tích hồi quy đƣợc dùng để xây dựng các họ

đƣờng cong IDF cho các tiểu vùng khác nhau trong khu vực cũng nhƣ chuyển đổi

(chi tiết hóa) mƣa ngày thành mƣa thời đoạn ngắn. Kỹ thuật Viễn thám và GIS

cũng đƣợc sử dụng để cập nhập các số liệu mới từ ảnh vệ tinh, và phân tích không

gian và xây dựng các bản đồ đẳng trị về biến đổi lƣợng mƣa, hệ số biến đổi lƣợng

mƣa Cv để đánh giá sự biến động của mƣa theo không gian trong khu vực nghiên

cứu.

126

o Về đặc trƣng mặt đệm khu vực nghiên cứu, luận án đã sử dụng các tƣ liệu không

gian, ứng dụng kỹ thuật Viễn thám và công nghệ GIS để xây dựng, phân chia khu

vực nghiên cứu thành nhiều tiểu lƣu vực thoát nƣớc trong đó có trên 40 tiểu lƣu

vực thoát nƣớc qua cầu và nhiều tiểu lƣu vực nhỏ hơn nhƣ cống trên các trục

đƣờng giao thông, bản đồ về chỉ số CN đƣợc xây dựng và cập nhập mới theo số

liệu mới nhất về loại đất và thảm phủ thực vật và tƣ liệu viễn thám, bản đồ hệ số

dòng chảy, bản đồ hệ số nhám xây dựng phục vụ cho tính toán lũ thiết kế.

iv) Luận án đã tính thử nghiệm cho một số nhóm công trình trên cơ sở phân loại nhóm

theo diện tích lƣu vực và kiến nghị các phƣơng pháp áp dụng cho khu vực nghiên cứu.

cụ thể:

o Với công tác quy hoạch, lập dự án, yêu cầu tính nhanh các giá trị lƣu lƣợng thiết kế

kiến nghị sử dụng phương pháp hồi quy vùng, Q = a.An.

o Với công tác thiết kế xây dựng, tính toán cụ thể cho các công trình thoát nƣớc kiến

nghị:

 Với cống thoát nƣớc nhỏ có diện tích hứng nƣớc < 5 km2 thì nên sử dụng

phƣơng pháp mô hình quan hệ;

 Với cầu nhỏ và cống thoát nƣớc có diện tích hứng nƣớc từ 5 đến 30 km2 thì nên

sử dụng hai phƣơng pháp đó là mô hình quan hệ và phương pháp lũ đơn vị SCS

- CN để xây dựng quá trình lƣu lƣợng;

 Với cầu trung có diện tích hứng nƣớc từ 30 đến 100 km2 thì nên sử dụng

phương pháp lũ đơn vị SCS - CN; Với cầu lớn có diện tích hứng nƣớc trên 100 km2 thì nên sử dụng đồng thời cả 2 phương pháp lũ đơn vị SCS - CN và phương

trình hồi quy vùng. Thông qua thử nghiệm tính toán cho nhiều công trình cầu và

cống trong khu vực nghiên cứu, luận án cho thấy cả ba phƣơng pháp này đều rất

dễ áp dụng, khả năng tính toán nhanh, chính xác, cho phép áp dụng các kỹ thuật

và công nghệ tiên tiến vào tính toán và đặc biệt khi tính toán chi tiết cho công

trình lớn ngƣời sử dụng có thể tự cập nhập số liệu mới nhất về bề mặt đệm nếu

cần thiết.

127

v) Luận án đã tích hợp tất cả dữ liệu và cơ sở khoa học (bản đồ chỉ số CN, hệ số dòng

chảy, hệ số Cv, cƣờng độ mƣa, các tiểu lƣu vực và đặc trƣng hình thái, biểu đồ các họ

đƣờng cong IDF cho các khu vực khác nhau trong vùng nghiên cứu, bảng tra, các

phƣơng trình hồi quy vùng) trong cơ sở dữ liệu không gian (GEO - database) để xây

dựng một chƣơng trình tính viết trên nền Google Map. Đây là chƣơng trình có mã

nguồn mở, cho phép ngƣời dùng cập nhật thƣờng xuyên cơ sở dữ liệu từ tƣ liệu viễn

thám và các đặc trƣng khác.

1.2 Những đóng góp mới của luận án

- Luận án đã hoàn thiện phƣơng pháp tính lũ thiết kế cho công trình giao thông có xét

đến biến động mƣa lũ và đặc điểm tự nhiên khu vực Đông Bắc, trên cơ sở ứng dụng

mô hình toán thủy văn và GIS.

- Luận án đã bƣớc đầu xây dựng đƣợc phần mềm hỗ trợ tính lũ cho công trình thoát

nƣớc trên đƣờng giao thông.

1.4 Những tồn tại của luận án

Luận án mới tập trung đánh giá đƣợc biến động của mƣa (mƣa sinh lũ) mà chƣa đánh

giá đƣợc biến động của lũ trên khu vực nghiên cứu.

1.5 Hướng phát triển của luận án

Luận án mới chỉ là những thành công ban đầu đánh dấu một mức độ trƣởng thành

trong nghiên cứu khoa học.Việc tiếp tục nghiên cứu những vấn đề này và mở rộng hơn

nữa cần phải đƣợc tiếp tục ở các nghiên cứu tiếp theo: i) Tiếp tục cập nhập số liệu để

nâng cao chất lƣợng các bản đồ (chỉ số CN, Cv, hệ số dòng chảy, độ nhám), các bảng

tra và đƣờng quá trình (IDF, lũy tích mƣa..), các phƣơng trình hồi quy vùng và các

công thức để tiến hành chuyển đổi mƣa ngày thành mƣa các thời đoạn ngắn; ii) Từng

bƣớc hoàn thiện phần mềm tính và chia sẻ phần mềm trên nền Google Map để các nhà

khoa học có thể góp ý, cập nhập thêm các thông tin, các phƣơng pháp tính ƣu việt

khác; iii) Tiếp tục nghiên cứu để mở rộng phạm vi áp dụng ra các khu vực khác ở Việt

Nam.

128

2. Kiến nghị

Đề nghị có những nghiên cứu chuyên sâu hơn để nâng cấp Quy chuẩn tính toán lũ cho

công trình giao thông hiện nay theo hƣớng thuận tiện, chính xác và có thể áp dụng

đƣợc các phƣơng tiện và công cụ tính toán hiện đại và tiên tiến nhƣ các nƣớc phát triển

đang có.

129

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Doãn Thị Nội, Ngô Lê Long & Hoàng Thanh Tùng (2016). ''Nghiên cứu đề xuất phƣơng pháp tính lũ thiết kế công trình giao thông vùng núi Đông Bắc- Việt Nam''. Tạp chí KHKT&Môi Trường. Số 53 T6/2013.

2. Doãn Thị Nội, Hoàng Thanh Tùng & Nguyễn Hoàng Sơn (2015). ''Xây dựng bộ đƣờng cong IDF cho những vùng có hoặc thiếu số liệu mƣa ngày thuộc khu vực Đông Bắc Việt nam''. Hội nghị thường niên ĐHTL năm 2015. Trang 369- 371;

3. Doãn Thị Nội (2015).''Nghiên cứu tính lũ cho lƣu vực vừa và nhỏ theo phƣơng pháp SCS–CN có xét tới sự thay đổi hiện trạng sử dụng đất''. Hội nghị khoa học ĐHGTVT năm 2015. Tạp chí Khoa học giao thông vận tải (số đặc biệt). Số T11/2015. Trang 48-52;

4. Doãn Thị Nội, Nguyễn Hoàng Sơn (2015). ''Xây dựng đƣờng cong IDF phục vụ tính toán lũ thiết kế cho công trình giao thông ở một số tỉnh thuộc vùng Đông Bắc–Việt nam''. Tạp chí Khoa học giao thông vận tải. Số 47 T8/2015.Trang 84-90;

5. Doãn Thị Nội, Lê Thị Hải Yến (2015).''Ứng dụng mô hình HEC–HMS tính thủy văn cho cầu Thác Giềng –Tỉnh Bắc Kạn''. Tạp chí Giao thông vận tải. Số T6/2015. Trang 52-55.

130

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] V.T. Chow, Handbook of Applied Hydrology., 1964.

[2] David R. Maidment, Larry W. Mays. Tata McGraw Chow, Applied Hydrology.:

Hydrology-572 pages, 1988.

[3] Donald K.Frevert Vijay P.Singh, Mathematical Model of small watershed

Hydrology.: Water Resources Publication.

[4] Raghunath.H.M, Hydrology principles, analysis &design.: New Age International

Publishers, 2006.

[5] Bộ Thủy Lợi, Quy phạm tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế., 1977.

[6] Đỗ Cao Đàm và nnk, Thủy văn công trình.: NXB Nông Nghiệp, 1990.

[7] Lê Đình Thành, Nghiên cứu ứng dụng tính mưa lớn nhất và lũ lớn nhất khả năng ở Việt nam, Luận án tiến sỹ kỹ thuật. Hà nội: Trƣờng Đại học Thủy lợi, 1996.

[8] Lê Văn Nghinh, Nguyên Lý Thủy Văn.: NXB Nông Nghiệp, 2000.

[9] Trƣờng ĐHTL Bộ môn Thủy văn và tài nguyên nƣớc, "Thủy văn thiết kế".

[10] Phạm Ngọc Quý và nnk, "Nghiên cứu cảnh báo dự báo lũ vƣợt thiết kế - Giải

pháp tràn sự cố," 2005.

[11] Hà Văn Khối, Thủy văn công trình (tái bản)., 2012.

[12] Ngô Lê Long và nnk, "Nghiên cứu cơ sở khoa học đề xuất các tiêu chuẩn thiết kế

lũ, đê biển trong điều kiện biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng ở Việt Nam và giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại," 2015.

[13] Technical Standards and Guidelines for Planning and Design.: Japan

International Cooperation Agency, 2002.

[14] Department of Public works and Highways, Technical standard and Guideline for

Planning and Design, Vol 4, Ed. Japan, 2002.

[15] British Columbia Ministry of Transportation, Bridge Standards and Proceures

Manual _Volume 1_Supplement to CHBDC S6_06., August-2007.

[16] Department of Energy and water supply, "Queensland Urban Drainage Mannual.

Third edition 2013," 2013.

[17] Keith J. Beven, Nick Elizabeth M.Shaw, Hydrology in practice, 4th ed.

[18] AASHTO, Model Drainage Manual. Washington, D.C: AASHTO, 1991.

[19] at al Richard H. McCuen, Highway Hydrology.: National Highway Institute.

[20] USA. Jkrolak HDS2, "Highway Hydrology," 2002.

[21] FHWA, "Hydraulic Design of Highway Culverts".

[22] FHWA, "Hydraulic Design of Safe Bridge," Apr. 2012.

[23] FHWA.HEC20, "Stream stability at Highway structures 4th Edi".

131

[24] Townsville City Council, "Development Design Specification. D5.Stormwater

Drainage Design," 2011.

[25] Peggy A. Johnson, Robert M. Ragan Richard H. McCuen, Highway Hydrology.

Federal Highway Administration: No.FHWA-NHI-02-001, 2002.

[26] DPWH, Technical Standard and Guideline for Planning and Design., 2002.

[27] USACE-AED, AED Design Requirements: Hydrology studies(provisional).,

2010.

[28] Engineers Australia, Australian Rainfall & Runoff, Loss Modes for catchment

Simulation-Rural Catchments., 2006.

[29] Engineers Australia, "Australian Rainfall and Runoff.Project 6.Loss Models for

Catchment," 2013.

[30] Bruce M. McEnroe, Sizing of Highway culverts and Bridges: A historical review of methods and criteria.: The University of Kansas Lawrence, Kansas, 2007.

[31] Bộ Giao thông vận tải, "Tiêu chuẩn thiết kế đƣờng ô tô 22TCN-273-01; 22TCN-

273-05," 2005.

[32] Mai Anh Tuấn, Nghiên cứu giải pháp thiết kế hợp lý các công trình thoát nước

trên đường ô tô vùng núi Việt nam, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật. Hà nội: Đại học Giao thông vận tải, 2003.

[33] Trần Đình Nghiên, Thiết kế thủy lực cho các dự án cầu đường. Hà nội: Nhà xuất

bản Giao thông vận tải, 2003.

[34] Nguyễn Quang Chiêu và Trần Tuấn Hiệp, Thiết kế cống và cầu nhỏ trên đường ô

tô.: NXB Giao thông vận tải, 2004.

[35] Bộ GTVT, "Tiêu chuẩn tính toán các đặc trƣng dòng chảy lũ, TCVN 9845:2013,"

2013.

[36] Bộ Giao thông vận tải, Sổ tay tính toán thủy văn, thủy lực cầu đường. Hà nội,

2006.

[37] Nguyễn Xuân Trục, Thiết kế đường ô tô - công trình vượt sông, tập 3. Hà nội:

Nhà xuất bản Giáo dục, 2009.

[38] Đoàn Nhƣ Thái Dƣơng, Nghiên cứu thiết kế các công trình thoát nước nhỏ trên

đường miền núi, Luận văn Thạc sỹ.: Đại học Giao thông vận tải, 2012.

[39] Nguyễn Tiến Cƣơng, Các giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả về tính bền vững của công trình thoát nước miền núi. Tỉnh Hòa Bình. Luận văn Thạc sỹ.: Đại học Giao thông vận tải, 2012.

[40] Nguyễn Anh Tuấn, Nghiên cứu hoàn thiện công thức xác định lưu lượng cho lưu

vực nhỏ của đường trong điều kiện Việt nam, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật. Hà nội: Đại học Giao thông vận tải, 2014.

[41] Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng Vụ Quy hoạch đất đai, "Báo cáo quy hoạch sử dụng

132

đất đến năm 2020, kế hoạch sử dụng đất 5 năm đâu (2011-2015)," 2015.

[42] L, K Sherman, The Unit Hydrograph Method., 1932.

[43] L.K. Sherman, The unit hydrograph method.: In: O.E. Meinzer ed. Physics of

Earth, Dover Publictions, Inc., N.Y., 1949.

[44] Caroline Humphrey, "Adapting the SCS method for estimating runoff in shallow

water table enviroments," University South Florida, 2002.

[45] SCS, Soil Conservation Service National Engineering Handbook.: Section 4, Hydrology, U.S. Department of Agriculture, Soil Conservation Service, Washington, D.C, 1972.

[46] Steenhuis, T. S., M. Winchell, J. Rossing, J. A. Zollweg, and M. F. Walter, "SCS

runoff equation revisited for variable source runoff area," J. Irrig.

[47] Bofu Yu, "Theoretial Justification of SCS method for runoff Estimation," pp. 306-

310, December 1998.

[48] Johnson R.R, "An investigation of curve number applicability to watersheds in excess of 25000 hectares (250 km2)," Journal of Environmental hydrology , pp. 1-10, 1998.

[49] R McCuen, A Guide to Hydrologic Analysis Using SCS Methods.: Prentice-Hall,

Inc., Englewood Cliffs, New Jersey., 1982.

[50] Nguyễn Thanh Sơn, Nghiên cứu mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất một số lưu vực thượng nguồn Miền Trung, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật.: Trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà nội.

[51] "An overview of the Austroads guide to road Design 2013,".

[52] John Argue, "Storm drainage design in small urban catchment: a handbook for

Australian practice," 2013.

[53] J.R. and R.K.Linsley Morgali, "Computer analysis of overland flow," Journal of

Hydraulics Division 91 (HY3), pp. 81-101, 1965, May.

[54] Z.P Kirpich, "Time of concentration of small agricultural watersheds," Civil

Engineering 10(6), vol. 60, no. The original source for the Kirpich equation, p. 362, 1940.

[55] W.S Kerby, "Time of concentration for overland flow," Civil Engineering 29(3),

vol. 60, 1959.

[56] UNFCCC, "Water and climate change impacts and adaptation strategies,"

FCCC/TP/2011/5, United Nations, New York, 2011.

[57] Kingston DG, Hannah DM, Lawler DM, McGregor GR, "Regional classification,

variability, and trends of northern North Atlatic river flow," Hydrological Processes Journal, vol. 49(1), pp. 3-6, 2011.

133

[58] Wassmann R, Hien NX, Hoanh CT, Tuong TP, "Sea level rise affecting the

Vietnamese MeKong Delta: water elevation in the flood season and implications for rice production," Climate Change, vol. 66(1), pp. 89-107, 2004.

[59] Tran Thuc et al, "Recent climate trends and linkages to river discharge in Central

Vietnam," Wiley online Library, 2013.

[60] Kendall MG., "Rank Correlation Methods," Charles Griffin: London, p. 272,

1975.

[61] Sen PK., "Estimates of the regression coefficient based on Kendall’s Tau,"

Journal of the American Statistical Association, vol. 63(324), pp. 1379–1389., 1968.

[62] Mishra K.K, "Coefficient of variation as a measure of relative wetness of diffirent stations in India," International Journal of Biometeorology, vol. 34(4), pp. 217- 220, 1991.

[63] F.C Bell, "Generalized rainfall duration frequency relationships," Journal of

Hydraulic Div.,ASCE, vol. 95, pp. 311-327, 1969.

[64] V.K. and Waymire, E.1990 Gupta, "Multiscaling properties of spatial rainfall and river flow distributions," Journal of Geophysical Research, 95 (D3), pp. , 1999- 2009.

[65] Nguyen, V.T.V,Nguyen, T-D.and Ashkar, F.2002. , "Regional frequency analysis

of extreme rainfall," Water Sci.Technol.45(2),pp.75-81, pp. ,pp.75-81.

[66] Pao-Shan Y.,Yang, T.C.and Lin, C.S.2004, "Regional rainfall intensity formulas

based on scaling property of rainfall," Journal of Hydrology, vol. 295(1-4), pp. pp.108-123.

[67] Kuzuha,Y.,Komatsu, Y.,Tomosugi,K.and Kishii,T.2005, "Regional Flood

Frequency Analysis, scaling and PUB," Journal Japan Soc.Hydrol.and Water Resources , vol. Vol.18,No.4, pp. 441-458.

[68] Nhat,L.M.,Tachikawa,Y.,Sayama,T.,Takaka,K.2007, "A simple scaling

characteristic of rainfall in time and space to derive intensity duration frequency relationships," Annual Journal of Hydraulic Engineering, JSCE, vol. 51, pp. 73- 78.

[69] Bộ Giao thông vận tải, "TCVN 9845:2013. Tiêu chuẩn tính toán dòng chảy lũ,"

2013.

[70] Bernard M.M, "Formulas for rainfall intensities of long duration," 1932.

[71] D.M Hershfield, "Estimating the Probable Maximum precipitaion," Journal of the

Hydraulic Division, Proceeding of ASCE, HY5, pp. 99-116, 1961.

[72] E.A El-Sayed, "Generation of Rainfall Intensity Duration Frequency Curves for Ungauged Sites," Nile Basin Water Science&Engineering Journal , 2011.

134

[73] F.C Bell, "Generalized rainfall - duration - frequency relationships," Journal of

the Hydaraulics Division, vol. 95, pp. 311-327, 1969.

[74] C.L Chen, "Rainfall intensity-duration-frequency formulas," Journal of Hydraulic

Engineering, ASCE, vol. 109(12), pp. 1603-1621, 1983.

[75] U.C.and Garde,R.J Kothyari, "Rainfall intensity duration frequency formula for

India," J.Hydr.Engrg.,ASCE, vol. 118(2), pp. 323-336, 1992.

[76] L.M., Tachikawa,Y.and Takara,K. Nhat, "Establishment of Intensity - Duration - Frequency curves for precipitation in the monsoon area of Viet nam," Annuals of Disas.Prev.Res.Inst., Kyoto Univ.No.49B,2006, 2006.

[77] Chow, Applied hydrology.

[78] D.R., and Bergman, J.M., 1972 Dawdy, A Rainfall - Runoff Model for Estimation of Flood Peaks for small drainage Basins.: U.S. Geological Survey Professional Paper No.

[79] HEC, Bộ mô hình Hec, (http://www.hec.usace.army.mil/software/hechms).

[80] Doãn Thị Nội, PGS TS Hoàng Thanh Tùng&TS Nguyễn Hoàng, "Xây dựng bộ đƣờng cong IDF cho những vùng có hoặc thiếu số liệu mƣa ngày thuộc khu vực Đông Bắc Việt nam," Hội nghị thường niên ĐHTL 2015, Dec. 2015.

135

PHỤ LỤC

1. Kết quả tính mƣa thiết kế

- Bộ đƣờng cong cho các trạm theo thời kỳ lặp lại (T = 5, 10, 25, 50, 100 và 200 năm)

Hình 2 Bộ đƣờng cong IDF các trạm khi T = 25 năm và T = 50 năm

Hình 1 Bộ đƣờng cong IDF các trạm khi T = 5 năm và T = 10 năm

Hình 3 Bộ đƣờng cong IDF các trạm khi T = 100 năm và T = 200 năm

136

T = 5

T = 10

T = 25

Trạm

T = 50 n

a

T = 100 n

a

T = 200 n

a

99.51

-1.25

104.4

-1.26

117.8

-1.26

a 50.94

n -1.25

a 63.02

a 50.94

n -1.25

a 63.02

Bắc Cạn

112.6

-1.49

130.1

-1.53

148.5

-1.56

59.3

-1.32

74.85

59.3

-1.32

74.85

Bắc Sơn

69.73

-1.16

79.85

-1.15

90.39

-1.15

38.18

-1.18

47.51

38.18

-1.18

47.51

Chợ Rã

112.2

-1.14

131.8

-1.14

152.8

-1.14

54.83

-1.14

71.11

54.83

-1.14

71.11

Đình Lập

76.96

-1.24

86.02

-1.24

95.25

-1.24

46.92

-1.24

56.15

46.92

-1.24

56.15

Lạng Sơn

106.3

-1.28

121.7

-1.28

137.8

-1.27

58.22

-1.32

72.45

58.22

-1.32

72.45

Thất Khê

102.9

-1.31

-1.32

129.2

-1.33

116

57.65

-1.25

71.76

57.65

-1.25

71.76

Ngân Sơn

123.2

-1.43

-1.44

159.7

-1.46

141

67.45

-1.36

83.94

67.45

-1.36

83.94

Hữu Lũng

Bảng 1 Bảng hệ số của phƣơng trình đƣờng cong IDF, I = a.Dn

- Các phƣơng trình đƣờng cong IDF (I = a.Dn) và các họ đƣờng cong IDF từ kết quả

Hình 4 Bộ đƣờng cong IDF trạm Thác Giềng và Chợ Mới

chi tiết hóa (downscalling) để chuyển đổi mƣa ngày thành mƣa giờ.

Hình 5 Bộ đƣờng cong IDF trạm Chợ Đồn và An Tịnh

137

T = 5

T = 10

T = 25

T = 50

T = 100

T = 200

Bảng 2 Bảng hệ số của phƣơng trình đƣờng cong IDF, I = a.Dn

Trạm

a

n

a

n

a

n

a

n

a

n

a

n

125

-1.25

143.8

-1.24

163.9

-1.23

55

Phủ Thông

-0.96

80.97

-1.24

105.9

-1.25

124.2

-1.25

147.1

-1.23

172.1

-1.22

Yên Lạc

48.47

-0.96

74.32

-1.25

101.8

-1.26

99.19

-1.27

114.5

-1.27

131.1

-1.27

Thác Giềng

44.66

-0.97

64.61

-1.25

83.91

-1.27

104.9

-1.27

117.5

-1.27

131.1

-1.27

Chợ Mới

52.56

-0.96

73.82

-1.25

91.69

-1.26

131.4

-1.24

152.6

-1.23

157.3

-1.22

Chợ Đồn

55.31

-0.96

82.7

-1.24

110

-1.25

90.28

-1.28

102.2

-1.29

115.1

-1.3

Ân Tình

44.63

-0.97

62.51

-1.25

78.18

-1.28

90.64

-1.28

106.1

-1.28

123.2

-1.28

Bằng Khẩu

39.26

-0.98

57.15

-1.26

75.53

-1.28

80.53

-1.3

89.74

-1.31

99.91

-1.34

Bằng Lũng

43.33

-0.97

58.84

-1.26

71.15

-1.29

97.66

-1.27

112.4

-1.27

128.3

-1.27

Bằng Phúc

44.64

-0.97

64.24

-1.25

82.93

-1.27

84.01

-1.3

95.07

-1.3

107.2

-1.32

Cốc Dân

42.18

-0.97

58.59

-1.26

72.87

-1.28

119.5

-1.26

145.4

-1.23

174.3

-1.22

Côn Minh

42.61

-0.97

66.65

-1.25

95.17

-1.26

129.4

-1.25

153.8

-1.23

180.4

-1.22

Đông Lạc

49.9

-0.96

76.59

-1.24

105.7

-1.25

153.7

-1.23

187.2

-1.22

224.2

-1.2

52.56

-0.96

84.31

-1.24

122

-1.24

Dƣơng Phong

112.2

-1.26

130

-1.25

149.2

-1.25

Hảo Nghĩa

48.82

-0.96

71.79

-1.25

94.45

-1.26

119

-1.25

136.3

-1.24

154.9

-1.24

Liên Thụy

53.61

-0.96

78.19

-1.24

101.3

-1.26

84.93

-1.29

96.4

-1.3

108.9

-1.31

42.07

-0.97

58.7

-1.26

73.41

-1.28

Na Pặc

104.3

-1.27

125.4

-1.25

148.9

-1.25

39.79

-0.97

60.57

-1.26

84.25

-1.27

Thuần Mang

62.77

-1.36

70.13

-1.39

78.67

-1.44

Vũ Loan

35.61

-0.98

46.94

-1.27

55.64

-1.32

93.05

-1.28

105.8

-1.28

119.8

-1.29

44.83

-0.97

63.37

-1.25

80.08

-1.27

Xuân Dƣơng

112.7

-1.26

131.4

-1.25

151.6

-1.24

Xuân Lạc

47.87

-0.96

70.91

-1.25

94.23

-1.26

179.7

-1.22

222.8

-1.2

271.1

-1.18

Yên Hán

56.05

-0.96

93.1

-1.24

139.6

-1.24

96.76

-1.28

109.4

-1.27

123.1

-1.28

Yên Nhuận

47.38

-0.96

66.77

-1.25

83.78

-1.27

91.11

-1.28

192.1

-1.29

114

-1.3

Yên Tĩnh

46.79

-0.96

64.82

-1.25

79.8

-1.27

Hình 6 Bộ đƣờng cong IDF trạm Bằng Khẩu và Bằng Lũng

138

Hình 7 Bộ đƣờng cong IDF trạm Bằng Phúc và Cốc Đán

Hình 8 Bộ đƣờng cong IDF trạm Côn Minh và Đông Lạc

Hình 9 Bộ đƣờng cong IDF trạm Dƣơng Phong và Hảo Nghĩa

139

Hình 10 Bộ đƣờng cong IDF trạm Liên Thụy và Nà Pạc

Hình 11 Bộ đƣờng cong IDF trạm Thuận Mang và Xuân Dƣơng

Hình 12 Bộ đƣờng cong IDF trạm Xuân Lạc và Yên Hán

140

Hình 13 Bộ đƣờng cong IDF trạm Yên Nhuận và Yên Tịnh

Hình 14 Bộ đƣờng cong IDF trạm Vu Loan

141

2. Các lƣu vực thoát nƣớc tính thử nghiệm trên lƣu vực nghiên cứu

Hình 16 Bản đồ phân vùng mƣa theo Đa giác Theissen cầu Can và Bản Chắt

Hình 15 Bản đồ lƣu vực cầu Khuổi Lu

Hình 17 Bản đồ phân vùng mƣa theo Đa giác Theissen cầu Pắc Vằng và Kỳ Lừa

142

Bảng 3 Các công trình cầu đƣợc tính thử nghiệm trong luận án

TT

A (km2)

Quốc lộ

Tên Cầu

Can

1

3.16

4B

Dạ Tân

2

5.0

4B

Khổng Thó

3

8.28

4B

Khuổi Pẩu

4

6.29

4B

Pắc Hán

5

1.21

4B

Lâm Nghiệp

6

6.97

4B

Khe Vuồng

7

4.2

Pò Mất

8

6.7

Còng Khƣa

9

7.6

Pàn Mò 1

10

8.7

Pàn Mò 2

11

9.8

Nà Khƣơng

12

13.5

Nà Phạ

13

3.3

Nà Loong

14

42.6

Pò Háng

15

294

Toong soong

16

19,5

Tỉnh Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn

Nà Cái

17

21,4

31 31 31 31 31 31 31 31 31 31 31

Lạng Sơn

Bản Chắt

18

25,24

Lạng Sơn

Khe Cháy

19

42,1

Lạng Sơn

Păc Lang

20

76,7

Lạng Sơn

Pò Tấu

21

116,7

Lạng Sơn

Treo Noi Thi

22

116,9

Bắc Kạn

Sau Hai

23

118,8

Bắc Kạn

Treo Na Luông

24

123,7

Lạng Sơn

Pắc Vằng

25

129,3

Lạng Sơn

Nà Lƣơng

26

174,6

Lạng Sơn

Păc Cù

27

261,9

Lạng Sơn

Hạo Nghĩa

28

281,3

Bắc Kạn

Nội Thị

29

331,2

Bắc Kạn

Na Loong

30

350,7

Lạng Sơn

Chợ Mới

31

427,0

Bắc Kạn

Treo Hảo Nghĩa

32

453,6

Bắc Kạn

Khuổi Lu

33

505,2

Bắc Kạn

Bắc Khƣơng

34

506,5

Bắc Kạn

Xuất Hóa

35

776,4

Bắc Kạn

Cƣ Lễ

36

1041,2

Kỳ Lừa

37

1559.9

31 31 31 31 279 279 279 279 279 279 279 279 279 279 279 279 279 279 279 T 238

Bắc Sơn

38

52.5

31

Đình Lập 1

39

0

31

Bắc Kạn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn Lạng Sơn

Đình Lập 2

40

0

31

143

3. Kết quả đánh giá biến đổi lƣợng mƣa thời đoạn ngắn

Hình 19 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Thất Khê

Hình 18 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Thất Khê

Hình 20 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Ngân Sơn

144

Hình 22 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Lạng Sơn

Hình 21 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Ngân Sơn

Hình 23 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Lạng Sơn

145

Hình 24 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Hữu Lũng

Hình 25 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Hữu Lũng

Hình 26 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Đình Lập

146

Hình 27 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Đình Lập

Hình 28 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Chợ Rã

Hình 29 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Chợ Rã

147

Hình 30 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Bắc Sơn

Hình 31 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Bắc Sơn

Hình 32 Biến đổi lƣợng mƣa 1h và 3h lớn nhất trạm Bắc Kạn

148

Hình 33 Biến đổi lƣợng mƣa 6h và 12h lớn nhất trạm Bắc Kạn

4. Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 theo pp Gumbel

Bảng 4 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 trạmLạng Sơn ( Gumbel)

Khoảng cấp

Xác suất P

Ef

Of

Of-Ef

(Of-Ef)2

(Of-Ef)2/Of

Xn,max

≤ 0,10

5.5

1.5

2.25

0.41

≥ 145

7

0,10

5.5

-3.5

12.25

2.23

130 - 145

2

0,20

5.5

-0.5

0.25

0.05

120 - 130

5

0,30

5.5

2.5

6.25

1.14

110 -120

8

0,40

5.5

-1.5

2.25

0.41

104 - 110

4

0,50

5.5

-0.5

0.25

0.05

96 - 104

5

0,60

88 -96

11

30.25

5.5

5.5

5.50

0,70

5.5

-1.5

2.25

0.41

82 - 88

4

0,80

5.5

-0.5

0.25

0.05

74 - 82

5

0,90

5.5

-1.5

2.25

0.41

≤ 74

4

Lạng Sơn

55

55

10.64

149

Bảng 5 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 theo pp Gumbel (Thất Khê)

Khoảng cấp

Xác suất P

Ef

Of

Of-Ef

(Of-Ef)2

(Of-Ef)2/Of

Xn,max

≤ 0,10

4.7

1.3

1.69

0.36

≥ 163

6

0,10

4.7

-1.7

2.89

0.61

136 - 163

3

0,20

4.7

-2.7

7.29

1.55

127 - 136

2

0,30

4.7

-0.7

0.49

0.10

120 -127

4

0,40

4.7

0.3

0.09

0.02

108 - 120

5

0,50

4.7

-1.7

2.89

0.61

98- 108

3

0,60

4.7

-1.7

2.89

0.61

88 -98

3

0,70

4.7

0.3

0.09

0.02

80 - 88

5

0,80

4.7

4.3

18.49

3.93

70 - 80

9

0,90

4.7

2.3

5.29

1.13

≤ 70

7

Thất Khê

47

8.96

47

Bảng 6 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 theo pp Gumbel (Bắc Kạn)

Khoảng cấp

Xác suất P

Ef

Of

Of-Ef

(Of-Ef)2

(Of- Ef)2/Of

Xn,max

≤ 0,10

5.7

1.3

1.69

0.30

≥ 174

7

0,10

5.7

-1.7

2.89

0.51

144 - 174

4

0,20

5.7

-0.7

0.49

0.09

127 - 144

5

0,30

5.7

-1.7

2.89

0.51

114 -127

4

0,40

5.7

1.3

1.69

0.30

103 - 114

7

0,50

5.7

2.3

5.29

0.93

93- 103

8

0,60

5.7

-0.7

0.49

0.09

84 -93

5

0,70

5.7

1.3

1.69

0.30

74 - 84

7

0,80

5.7

1.3

1.69

0.30

62 - 74

7

0,90

5.7

-2.7

7.29

1.28

≤ 62

3

Bắc Kạn

57

57

4.58

150

Bảng 7 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 theo pp Gumbel (Bắc Sơn)

Khoảng cấp

Xác suất P

Ef

Of

Of-Ef

(Of-Ef)2

(Of-Ef)2/Of

Xn,max

-0.6

0.36

0.225

≤ 0,10

1.6

≥ 167

1

-0.6

0.36

0.225

0,10

1.6

140 - 167

1

1.4

1.96

1.225

0,20

1.6

125 - 140

3

-0.6

0.36

0.225

0,30

1.6

114 -125

1

-0.6

0.36

0.225

0,40

1.6

105 - 114

1

0.4

0.16

0.1

0,50

1.6

97- 105

2

3.4

11.56

7.225

0,60

1.6

90 -97

5

-1.6

2.56

1.6

0,70

1.6

83 - 90

0

0.4

0.16

0.1

0,80

1.6

74 - 83

2

-1.6

2.56

1.6

0,90

1.6

≤ 74

0

Bắc Sơn

16

16

12.75

Bảng 8 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 theo pp Gumbel (Chợ Rã)

Khoảng cấp

Xác suất P

Ef

Of

Of-Ef

(Of-Ef)2

(Of-Ef)2/Of

Xn,max

1.1

1.21

≤ 0,10

3.9

≥ 128

5

0.31

-0.9

0.81

0,10

3.9

105 - 128

3

0.21

-1.9

3.61

0,20

3.9

91 - 105

2

0.93

1.1

1.21

0,30

3.9

80 -91

5

0.31

-0.9

0.81

0,40

3.9

71 - 80

3

0.21

3.1

9.61

0,50

3.9

63- 71

7

2.46

-0.9

0.81

0,60

3.9

55 -63

3

0.21

-0.9

0.81

0,70

3.9

46 - 55

3

0.21

1.1

1.21

0,80

3.9

36 - 46

5

0.31

-0.9

0.81

0,90

3.9

≤ 36

3

0.21

Chợ Rã

39

39

5.36

151

Bảng 9 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu χ2 theo pp Gumbel (Ngân Sơn)

Khoảng cấp

Xác suất P

Ef

Of

Of-Ef

(Of-Ef)2

(Of-Ef)2/Of

Xn,max

≤ 0,10

5.2

≥ 162

6

0.8

0.64

0.12

0,10

5.2

138 - 162

4

-1.2

1.44

0.28

0,20

5.2

123 - 138

6

0.8

0.64

0.12

0,30

5.2

112 -123

4

-1.2

1.44

0.28

0,40

5.2

103 - 112

5

-0.2

0.04

0.01

0,50

5.2

94- 103

2

-3.2

10.24

1.97

0,60

5.2

86 - 94

9

3.8

14.44

2.78

0,70

5.2

77 - 86

8

2.8

7.84

1.51

0,80

5.2

66 - 77

5

-0.2

0.04

0.01

0,90

5.2

≤ 66

3

-2.2

4.84

0.93

Ngân Sơn

52

52

8.00

4. Giới thiệu một đoạn mã chính (code) từ chƣơng trình tính lũ thiết kế

//==================================

function mohinhCIA(){ var Tc1; var Flv1 = Number(document.getElementById("TxtFlv1").value); var C1 = Number(document.getElementById("TxtC1").value); var I1 = Number(document.getElementById("TxtI1").value); var Tc1 = Number(document.getElementById("TxtTc1").value); var S1 = Number(document.getElementById("TxtS1").value); //var CQOF = Number(document.getElementById("TxtCQOF").value); var Q1; Q1=C1*I1*Flv1/3.6; var W1; var B1; //B1=Flv1/L1; //Tc1=L1*1000/(3*Math.sqrt(S1/100))/3600+B1*1000/(5*Math.sqrt(S1/100))/3600/2; W1=0.5*Q1*Tc1*3600/1000000; document.getElementById("TxtQmax1").value=Math.round(Q1*100)/100; //document.getElementById("TxtW1").value=Math.round(W1*1000)/1000; //alert("Son"); var data = new google.visualization.DataTable(); //alert(mua2[2]); data.addColumn('string', 'Sample'); data.addColumn('number', 'Elevation');

152

height: 150,

var QQ; var tt; Qtt[0]=0; Qtt[1]=Q1; Qtt[2]=0; Ttt[0]=0; Ttt[1]=Tc1; Ttt[2]=Tc1*1.67; for (var i = 0; i < 2+1; i++) { QQ=Qtt[i]; tt=Math.round(Ttt[i]*100)/100; data.addRow([tt.toString(), QQ]); } var options = { titleX: 'Thời gian', titleY: 'Q (m3/s)', legend: 'none' }; chart = new google.visualization.LineChart(document.getElementById('chart1')); // Draw the chart using the data within its DIV. document.getElementById('chart1').style.display = 'block'; chart.draw(data, options); } function mohinhSCS(){ var Flv2 = Number(document.getElementById("TxtFlv2").value); var CN2 = Number(document.getElementById("TxtCN2").value); var Pe2 = Number(document.getElementById("TxtPe2").value); var Tc2 = Number(document.getElementById("TxtTc2").value); var S2 = Number(document.getElementById("TxtS2").value); var Qu2 = Number(document.getElementById("TxtQu2").value); //var CQOF = Number(document.getElementById("TxtCQOF").value); var Q2; // var S2; var Ia2; //S2 = 254 * (100 / CN2 - 1); // Ia2 = 0.2 * S2; Q2=Qu2*Flv2*Pe2; var W1; var B2; //B2=Flv2/L2; var Tc2; //Tc2=L2*1000/(3*Math.sqrt(S2/100))/3600+B2*1000/(5*Math.sqrt(S2/100))/3600/2; //W2=0.5*Q2*Tc2*3600/1000000; document.getElementById("TxtQmax2").value=Math.round(Q2*100)/100;

153

//==================================

height: 150,

//document.getElementById("TxtW1").value=Math.round(W1*1000)/1000; var data = new google.visualization.DataTable(); //alert(mua2[2]); data.addColumn('string', 'Sample'); data.addColumn('number', 'Elevation'); var QQ; var tt; Qtt[0]=0; Qtt[1]=Q2; Qtt[2]=0; Ttt[0]=0; Ttt[1]=Tc2; Ttt[2]=Tc2*1.67; for (var i = 0; i < 2+1; i++) { QQ=Qtt[i]; tt=Math.round(Ttt[i]*100)/100; data.addRow([tt.toString(), QQ]); } var options = { titleX: 'Thời gian', titleY: 'Q (m3/s)', legend: 'none' }; chart = new google.visualization.LineChart(document.getElementById('chart2')); // Draw the chart using the data within its DIV. document.getElementById('chart2').style.display = 'block'; chart.draw(data, options); } //function mohinhCIA() { function mohinhHQV(){ var Flv3 = Number(document.getElementById("TxtFlv3").value); //var CN2 = Number(document.getElementById("TxtCN2").value); //var Pe2 = Number(document.getElementById("TxtPe2").value); //var Tc2 = Number(document.getElementById("TxtTc2").value); //var S2 = Number(document.getElementById("TxtS2").value); //var Qu2 = Number(document.getElementById("TxtQu2").value); //var CQOF = Number(document.getElementById("TxtCQOF").value); var Q3; // var S2; var Ia2; //S2 = 254 * (100 / CN2 - 1); // Ia2 = 0.2 * S2;

154

//==================================

Q3=1.9932*Math.pow(Flv3,1.0125); var W1; var B2; //B2=Flv2/L2; var Tc2; //Tc2=L2*1000/(3*Math.sqrt(S2/100))/3600+B2*1000/(5*Math.sqrt(S2/100))/3600/2; //W2=0.5*Q2*Tc2*3600/1000000; document.getElementById("TxtQmax3").value=Math.round(Q3*100)/100; //document.getElementById("TxtW1").value=Math.round(W1*1000)/1000; //var data = new google.visualization.DataTable(); //alert(mua2[2]); } //function mohinhCIA() { …. 5. Một số giao diện trình bày kết quả chƣơng trình tính lũ

Hình 0.34 Kết quả tính lũ cầu Pắc Vằng theo pp SCS (Trên nền ảnh vệ tinh)

155

Hình 0.35 Kết quả tính lũ cầu Pắc Vằng theo pp SCS (Trên nền ảnh vệ tinh)

156