Luận án Tiến sỹ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định một số tham số về mưa góp phần hoàn thiện công thức tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường trong điều kiện khí hậu Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THAM SỐ VỀ

MƯA GÓP PHẦN HOÀN THIỆN CÔNG THỨC

TÍNH LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH

THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG TRONG

ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM

Chuyên ngành: Xây dựng đường ôtô và đường thành phố

Mã số: 62.58.30.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. BÙI XUÂN CẬY

2. GS.NGND.TSKH. NGUYỄN XUÂN TRỤC

HÀ NỘI - 2014

Lời cảm ơn

Luận án được hoàn thành tại Trường Đại học Giao Thông Vận Tải. Tác

giả xin gửi lời cảm ơn tới Trường Đại học GTVT, Bộ môn Đường bộ, tới các

Thầy cô giáo, các Nhà khoa học, các bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã

giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án.

Đặc biệt, tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới GS.NGND.TSKH.

Nguyễn Xuân Trục và PGS.TS. Bùi Xuân Cậy là hai thầy giáo hướng dẫn đã

có những chỉ dẫn tận tình và quý báu giúp tác giả hoàn thành luận án.

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số

liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án

Nguyễn Anh Tuấn

MỤC LỤC Trang

LỜI CAM ĐOAN. ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỦ YẾU VÀ TỪ VIẾT TẮT. ix

DANH MỤC CÁC BẢNG. xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. xiii

1 PHẦN MỞ ĐẦU.

1. Giới thiệu tóm tắt luận án 1

2. Lý do chọn đề tài 1

3. Mục đích nghiên cứu 3

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

6. Những đóng góp mới của luận án 5

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. 6

6 1.1. Các nghiên cứu liên quan ở trong và ngoài nước

6 1.1.1. Sự hình thành dòng chảy lũ do mưa trên lưu vực

1.1.2. Các công thức tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước 7

nhỏ trên đường

1.1.2.1. Những cơ sở của lý thuyết tập trung nước từ lưu vực 7

1.1.2.2. Các công thức xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát 10

nước nhỏ trên đường ở một số nước trên thế giới

1.1.2.3. Các công thức xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát 12

nước nhỏ trên đường ở Việt Nam.

+ Công thức theo TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng 12

chảy lũ

+ Công thức cường độ giới hạn của Đại học Xây Dựng Hà Nội 13

+ Công thức cường độ giới hạn sử dùng trong tính toán thoát 14

nước đô thị theo tiêu chuẩn TCVN 7957:2008

1.1.2.4. Công thức Sôkôlôpsky 15

1.1.2.5. Xác định lưu lượng theo phương trình cân bằng lượng nước 15

1.1.2.6. Nhận xét về các công thức tính lưu lượng thiết kế 17

17 1.1.3. Vấn đề xác định các tham số về mưa trong các công thức tính lưu

lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường

18 1.1.3.1. Lượng mưa ngày tính toán Hn,p

iii

18 1.1.3.2. Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và phân vùng mưa

19 1.1.3.3. Xác định cường độ mưa tính toán aT,p

24 1.1.4. Nghiên cứu, phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến tính toán lưu

lượng lũ thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường

1.1.4.1. Khái quát chung về các nhân tố ảnh hưởng 24

1.1.4.2. Ảnh hưởng của nhân tố mưa 25

1.1.4.3. Ảnh hưởng của các yếu tố mặt đệm 26

1.1.4.4. Ảnh hưởng của giá trị tần suất thiết kế tới trị số lưu lượng lũ tính 27

toán

1.1.4.5. Tính chất ảnh hưởng tổng hợp của thông số cường độ mưa tính 27

toán trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ

trên đường

28 1.2. Những vấn đề còn tồn tại luận án tập trung giải quyết

29 1.3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài

1.4. Phương pháp nghiên cứu 30

30 1.5. Nhận xét, kết luận chương 1

Chương 2: NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM MƯA CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA 32

HIỆN TƯỢNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TRONG TÍNH TOÁN LƯU

LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN

ĐƯỜNG.

32 2.1. Khái quát về điều kiện khí hậu Việt Nam

36 2.2. Giới thiệu về mạng lưới các trạm khí tượng và nguồn số liệu đo

mưa ở nước ta

38 2.3. Nghiên cứu đặc điểm biến đổi của mưa chịu tác động của hiện

tượng biến đổi khí hậu và ảnh hưởng của nó đến tính toán lưu

lượng đỉnh lũ thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

2.3.1. Đặt vấn đề 38

2.3.2. Nội dung nghiên cứu 39

2.3.2.1. Mùa mưa, mùa khô 39

2.3.2.2. Tháng mưa nhiều ngày, ít ngày 40

2.3.2.3. Xu hướng và mức độ biến thiên lượng mưa năm và số ngày mưa 41

trong năm

2.3.2.4. Xu hướng và mức độ biến thiên của lượng mưa ngày lớn nhất max và cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm năm Hngày

max. Tính đột biến cực đoan do ảnh hưởng của hiện tượng biến

aT đổi khí hậu

max

2.3.2.5. Giá trị trung bình trong nhiều nămX và hệ số Cv, Cs của lượng max và cường độ mưa thời đoạn tính mưa ngày lớn nhất năm Hngày

toán lớn nhất năm aT

2.3.2.6. Chu kỳ biến đổi lớn - nhỏ - trung bình của lượng mưa ngày lớn max và cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất

nhất năm Hngày max năm aT

max

2.3.2.7. Tương quan biến đổi về giá trị và thời điểm xuất hiện cùng nhau max và cường độ mưa thời

của lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày đoạn tính toán lớn nhất năm aT

67 2.4. Nhận xét, kết luận chương 2

Chương 3: XÁC ĐỊNH LƯỢNG MƯA NGÀY TÍNH TOÁN VÀ 70

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐẶC TRƯNG HÌNH DẠNG CƠN

MƯA.

70 3.1. Xác định lượng mưa ngày tính toán theo tần suất thiết kế

3.1.1. Đặt vấn đề 70

max

3.1.2. Xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế p 3.1.2.1. Vấn đề lấy mẫu thống kê 71

71 3.1.2.2. Kiểm định mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

3.1.2.3. Tìm giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế p 3.1.2.4. Xử lý khi gặp những trận mưa đặc biệt lớn 75

78 3.1.2.5. Kiểm định sự phù hợp của đường tần suất lý luận Hn,p với tài liệu

thực đo

3.1.3. Kết quả xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế p ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu lập với chuỗi số liệu đo mưa

thực tế từ năm 1960 - 2010

3.1.4. So sánh lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế p tính từ năm 1960 tới năm 2010 so với Hn,p tính tới năm 1987. Nhận xét và

kiến nghị

80 3.2. Nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và đề

xuất tiêu chí phân vùng mưa phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu

lượng lũ lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường

3.2.1. Khái niệm và đặc tính của hàm hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa 80 

3.2.2. Mục đích, ý nghĩa của việc nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình 82

dạng cơn mưa T

83 3.2.3. Phương pháp xây dựng hàm hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T

theo T trong một vùng mưa

3.2.3.1. Phương pháp xây dựng 83

84 3.2.3.2. Kết quả xây dựng hàm hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T 

T cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với chuỗi số liệu đo

mưa thực tế từ năm 1960 - 2010

85 3.2.3.3. Đánh giá sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T trong

một vùng mưa với các giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa

T,pi ở các tần suất pi khác nhau. Nhận xét và kiến nghị

3.2.4. Đề xuất tiêu chí, phương pháp phân vùng mưa phù hợp đối với yêu 86

cầu tính toán lưu lượng lũ lưu vực nhỏ của công trình thoát nước

nhỏ trên đường

91 3.3. Nhận xét, kết luận chương 3

Chương 4: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THAM SỐ CƯỜNG ĐỘ MƯA 93

TRONG TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT

NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG Ở VIỆT NAM.

93 4.1. Khái niệm về cường độ mưa

4.1.1. Khái niệm 93

93 4.1.2. Cường độ mưa tức thời at 4.1.3. Cường độ mưa trung bình lớn nhất trong thời khoảng tính toán, aT

95 4.2. Các giả thiết khi xác định cường độ mưa tính toán aT của thời

đoạn T

95 4.3. Các phương pháp xác định cường độ mưa tính toán aT,p ở thời

đoạn T và tần suất thiết kế p

96 4.4. Phương pháp trực tiếp xác định cường độ mưa tính toán aT,p ở thời

đoạn T và tần suất p

4.4.1. Trường hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi thực tế ở các trạm khí tượng 97

là liên tục

4.4.2. Trường hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi thực tế ở các trạm khí tượng 98

bị gián đoạn một hoặc một vài năm quan trắc

4.4.3. Kết quả xây dựng đường cong a - T - p (cường độ mưa - thời gian - tần suất) bằng phương pháp trực tiếp ở 12 trạm khí tượng nghiên cứu

với chuỗi số liệu đo mưa thực tế thu thập từ năm 1960 - 2010. Nhận xét và kiến nghị

100 4.5. Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán aT,p dựa vào lượng

mưa ngày tính toán Hn,p và hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T

4.5.1. Điều kiện áp dụng 100

100 4.5.2. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo lượng mưa ngày

tính toán và hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa

4.5.3. Đánh giá mức độ sai số, nhận xét và kiến nghị 100

101 4.6. Nghiên cứu xây dựng công thức xác định cường độ mưa tính toán

aT,p theo đặc trưng sức mưa và hệ số hình dạng cơn mưa

4.6.1. Điều kiện áp dung 101

4.6.2. Phân tích chọn dạng công thức thực nghiệm và phương pháp hồi quy 101

xác định giá trị các hệ số trong công thức tính cường độ mưa tính

toán aT,p

4.6.3. Xác định hệ số hình dạng cơn mưa m cho từng vùng mưa 103

106

4.6.4. Xác định sức mưa Sp ở tần suất p 4.6.5. Xác định hệ số vùng khí hậu A, B cho từng vùng mưa 108

111 4.6.6. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo sức mưa Sp và hệ số

hình dạng cơn mưa m. Đánh giá sai số, nhận xét và kiến nghị

111

4.6.7. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo hệ số vùng khí hậu A, B và hệ số hình dạng cơn mưa m. Đánh giá sai số, nhận xét và

kiến nghị

112 4.7. Khảo sát quan hệ giữa sức mưa Sp theo tần suất và lượng mưa

ngày tính toán Hn,p theo tần suất trong cùng vùng mưa

4.7.1. Đặt vấn đề 112

113 4.7.2. Xác định hệ số hồi quy  của vùng mưa

115 4.7.3. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo hệ số hồi quy của

vùng khí hậu , hệ số hình dạng cơn mưa m và lượng mưa ngày tính

toán Hn,p. Đánh giá mức độ sai số, nhận xét và kiến nghị

115 4.8. Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán aT,p theo cường độ

mưa chuẩn aTo,p

115 4.8.1. Đặt vấn đề

116 4.8.2. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo cường độ mưa

chuẩn aT0,p

vii

4.8.3. Đánh giá sai số, nhận xét và kiến nghị 117

117 4.9. Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng phương

pháp sử dụng trạm tựa

4.9.1. Cơ sở của phương pháp 117

118 4.9.2. Công thức xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng trạm tựa nội

suy theo lượng mưa ngày tính toán Hn,p

119 4.9.3. Công thức xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng trạm tựa nội

suy theo đặc trưng sức mưa Sp

4.9.4. Điều kiện áp dụng 120

4.9.5. Đánh giá sai số, nhận xét và kiến nghị 120

121 4.10. Phương pháp, nội dung và kết quả đánh giá sai số của các công

thức tính cường độ mưa tính toán aT,p

4.10.1. Phương pháp, nội dung đánh giá sai số của các công thức tính cường 121

độ mưa tính toán aT,p

4.10.2. Kết quả đánh giá và so sánh mức độ sai số của các công thức tính 122

cường độ mưa tính toán aT,p trong cùng một vùng mưa và giữa các

vùng mưa khác nhau.

124 4.11. Nhận xét, kết luận chương 4

128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN. 133

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 134

viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỦ YẾU VÀ TỪ VIẾT TẮT

TT 1 2 3 Ký hiệu A a aT,p

Ý nghĩa Hệ số vùng khí hậu Cường độ mưa Cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p: là cường độ mưa trung bình lớn nhất trong thời đoạn tính toán T ở tần suất p; hay còn gọi là cường độ mưa giới hạn lớn nhất trong thời đoạn tính toán T ở tần suất p

4 a,p

max

5 aT

Cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu vực và tần suất p (chính là cường độ mưa tính toán aT,p khi tính ở thời đoạn T = ) Cường độ mưa lớn nhất năm ở thời đoạn tính toán T: được xác định từ số liệu đo mưa tự ghi thực tế tại các trạm khí tượng

Hệ số vùng khí hậu Chiều rộng bình quân của lưu vực Chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực Diện tích lưu vực Cường độ tổn thất Lượng mưa Lượng mưa ngày tính toán ở tần suất p 6 7 8 9 10 11 12

13 B Blv bsd F g H Hn,p HT,p

Lượng mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p: là lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn tính toán T ở tần suất p

14 H,p

Lượng mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu vực và tần suất p (chính là lượng mưa tính toán HT,p khi tính ở thời đoạn T = )

max

15 Hngày

max

16 HT

Lượng mưa ngày lớn nhất năm: được xác định từ số liệu đo lượng mưa ngày thực tế tại các điểm đo mưa Lượng mưa lớn nhất năm ở thời đoạn tính toán T: được xác định từ số liệu đo mưa tự ghi thực tế tại các trạm khí tượng Cường độ thấm Độ dốc dọc trung bình lòng sông suối chính Độ dốc trung bình sườn dốc lưu vực 17 18 19

Chiều dài sông suối chính Tổng chiều dài các suối nhánh 20 21

i Jls Jsd Lls li m

Hệ số hình dạng cơn mưa Thông số đặc trưng cho nhám lòng sông suối chính 22 23 mls =1/nls

24 msd =1/nsd Thông số đặc trưng cho nhám sườn dốc lưu vực 25 26 Hệ số nhám trung bình lòng sông suối chính Hệ số nhám trung bình sườn dốc lưu vực nls nsd

p Q Qp

31 q

27 N = 100/p Chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán (năm) Tần suất thiết kế (%) 28 Lưu lượng 29 Lưu lượng thiết kế ở tần suất p: là lưu lượng lớn nhất qua mặt 30 cắt công trình ứng với tần suất thiết kế p Mô đuyn dòng chảy mưa, hay lưu lượng dòng chảy mưa (chưa xét đến tổn thất) từ 1 đơn vị diện tích lưu vực, hay cường độ

32 33 34 35 S Sp T Tcn

36 t mưa theo thể tích Sức mưa Sức mưa ở tần suất p Thời đoạn mưa tính toán Thời gian mưa hiệu quả, hay thời gian cung cấp nước, hay thời gian mưa sinh dòng chảy Thời gian

v W

37 38 39 Vận tốc Thể tích Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa 

40 Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời đoạn tính toán T

41 Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời gian trung nước  T 

42 của lưu vực (chính là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T khi tính ở thời đoạn T = ) Hệ số hồi quy của vùng khí hậu 

43 Hệ số tổn thất do ao hồ, đầm lầy

44 Hệ số xét đến việc mưa không đều trên lưu vực 1 

45 Hệ số dòng chảy 

46 

Hệ số triết giảm lưu lượng dòng chảy phụ thuộc vào diện tích lưu vực

47 

Thời gian tập trung nước của lưu vực, hay thời gian tập trung dòng chảy của lưu vực

* Các từ viết tắt: BĐKH 48 ĐBL 49 VN 50 WMO 51 Biến đổi khí hậu Đặc biệt lớn Việt Nam Tổ chức Khí tượng thế giới

DANH MỤC CÁC BẢNG

Tiêu đề

TT Số hiệu 1 Bảng 2.1 Thông tin về số liệu đo mưa ở 12 trạm khí tượng chọn Trang 37

nghiên cứu

2 Bảng 2.2 Tổng hợp kết quả nghiên cứu tháng mưa nhiều ngày trong năm, so sánh với kết quả nghiên cứu tháng mùa mưa trong năm tại 12 trạm khí tượng nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

3 Bảng 2.3 Tổng hợp kết quả nghiên cứu xu hướng biến thiên của lượng mưa năm và số ngày mưa trong năm tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010 4 Bảng 2.4 Tổng hợp kết quả nghiên cứu xu hướng biến thiên của max và cường độ mưa max ở các thời đoạn từ T = 5ph  1440ph

lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày lớn nhất năm aT tại 12 trạm khí tượng nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

max)* lớn đột biến với giá max)*, (aT trị Hn,p , aT,p ở các mức tần suất thường dùng p = 4%, 1% cùng thời kỳ từ năm 1960 - 2010

53 5 Bảng 2.5 So sánh các giá trị (Hngày

6 Bảng 2.6 Giá trị Cv và Cs của lượng mưa ngày lớn nhất năm max tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm

max ở

Hngày 1960 - 2010

57 7 Bảng 2.7 Giá trị Cv và Cs của cường độ mưa lớn nhất năm aT

các thời đoạn tính toán T =5ph  1440ph tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010 8 Bảng 2.8 Tổng hợp kết quả nghiên cứu chu kỳ biến đổi của lượng max và cường độ mưa lớn nhất max ở các thời đoạn T =5ph  1440ph tại 12 trạm

mưa ngày lớn nhất năm Hngày năm aT khí tượng nghiên trong thời gian khảo sát đến năm 2010

max và aT

9 Bảng 2.9 Bảng mầu đánh giá sự trùng lặp về thời điểm xuất hiện max từ 5ph 

cùng ngày tháng năm của Hngày 1440ph tại trạm Láng - Hà Nội từ năm 1960 - 2010

10 Bảng 2.10 Tổng hợp kết quả nghiên cứu mức độ trùng lặp về ngày tháng xuất hiện trong năm của cường độ mưa lớn nhất năm max ở các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph so với aT ngày tháng xuất hiện trong năm của lượng mưa ngày lớn max tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ nhất năm Hngày năm 1960 - 2010

11 Bảng 3.1 Số năm quan trắc cần thiết để đảm bảo sai số lấy mẫu của chuỗi số liệu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu

12 Bảng 3.2 Giá trị và thời điểm xuất hiện lượng mưa ngày lớn đột biến max)* trong chuỗi số liệu từ năm 1960 - 2010 tại 12

(Hngày trạm khí tượng chọn nghiên cứu

13 Bảng 3.3 Kết quả kiểm định theo tiêu chuẩn Smirnov - Kolmogorov về sự phù hợp với số liệu thực đo của đường tần suất lý luận lượng mưa ngày tính toán Hn,p tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với mức ý nghĩa cho phép  = 5%

14 Bảng 3.4 Tóm tắt quá trình xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn 84

mưa T

15 Bảng 3.5 Kết quả đánh giá sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn 86

mưa T thiết lập cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010

16 Bảng 3.6 Sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở các trạm 90

Láng, trạm Hà Đông, trạm Sơn Tây tính so với đường T trung bình 3 trạm

17 Bảng 4.1 Xác định các điểm trọng tâm phục vụ hồi quy tìm hệ số m 104

104 106

18 Bảng 4.2 Hồi quy với các điểm trọng tâm để tìm hệ số m 19 Bảng 4.3 Hệ số tương quan hồi quy R2 trong phép hồi quy xác định giá trị hệ số hình dạng cơn mưa m ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

20 Bảng 4.4 Trình tự thực hiện hồi quy để tìm sức mưa Sp ở tần suất p 21 Bảng 4.5 Tổng hợp hệ số tương quan hồi quy R2 trong phép hồi quy 107 108

xác định sức mưa Sp ứng với các tần suất p = 1%  99.99% ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với số liệu đo mưa thu thập từ năm 1960 - 2010

22 Bảng 4.6 Trình tự thực hiện hồi quy để tìm hệ số vùng khí hậu A, B 23 Bảng 4.7 Trình tự thực hiện hồi quy để tìm hệ số hồi quy của vùng 110 113

khí hậu 

114

24 Bảng 4.8 Tổng hợp hệ số tương quan hồi quy R2 trong phép hồi quy xác định hệ số  ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010

123

25 Bảng 4.9 Tổng hợp kết quả đánh giá mức độ sai số của các công thức thực nghiệm tính cường độ mưa tính toán aT,p với số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010 tại 12 trạm nghiên cứu

xii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Tiêu đề

TT 1 Số hiệu Hình 1.1 Mô tả khái quát sự hình thành dòng chảy lũ do mưa Trang 6

trên lưu vực

2 3 Hình 1.2 Sơ đồ hình thành dòng chảy: Bình đồ lưu vực Hình 1.3 Sơ đồ hình thành dòng chảy: Giá trị lưu lượng chảy qua 8 8

công trình sau từng đơn vị thời gian

4 Hình 1.4 Ảnh hưởng của hình dạng cơn mưa tới cường độ mưa 28

tính toán a,p

5 42

Hình 2.1 Xu hướng biến thiên lượng mưa năm tại trạm Láng, trạm Hà Đông, trạm TX.Sơn Tây của TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010

6 42

max tại 12 trạm khí tượng

7 45 Hình 2.2 Xu hướng biến thiên số ngày mưa trong năm tại trạm Láng, trạm Hà Đông, trạm TX.Sơn Tây của TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010 Hình 2.3 Xu hướng biến thiên của Hngày

chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

max ở các thời đoạn T = 5ph

8 46 Hình 2.4 Xu hướng biến thiên của aT

 1440ph tại trạm Láng - TP.Hà Nội từ 1960 - 2010

9 55

Hình 2.5 Lượng mưa ngày lớn nhất năm bình quân nhiều max tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ

nămHngày năm 1960 - 2010

10 Hình 2.6 Cường độ mưa lớn nhất năm bình quân nhiều max ở các thời đoạn từ T =5ph  1440ph tại 12

nămaT trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ 1960 - 2010

11 Hình 2.7 Chu kỳ biến đổi của lượng mưa ngày lớn nhất năm 60

Hngày

max tại trạm Láng - Hà Nội từ năm 1960 - 2010 12 Hình 2.8 Chu kỳ biến đổi của cường độ mưa lớn nhất năm aT

max ở các thời đoạn tính toán T = 30ph, 180ph, 1440ph tại trạm Láng – TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010 13 Hình 2.9 Đồ thị so sánh biến đổi về giá trị giữa Hngày

max và aT

max ở các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph tại trạm

Láng - TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010 14 Hình 3.1 Sơ đồ xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất bằng thống kê xác suất với chuỗi số liệu đo lượng mưa ngày ở các trạm đo mưa ở nước ta là liên tục

xiii

15 Hình 3.2 Xử lý trường hợp có 1 cơn mưa đặc biệt lớn nằm trong 77

chuỗi số liệu thống kê

16 Hình 3.3 Xử lý trường hợp có nhiều cơn mưa đặc biệt lớn nằm 77

trong chuỗi số liệu thống kê

81 17 Hình 3.4 Họ đường cong T,p ~ T ít thay đổi theo tần suất trong

một vùng mưa nhưng khác nhau giữa các vùng mưa

18 Hình 3.5 Phân vùng mưa bằng đường cong hệ số đặc trưng hình 81

dạng cơn mưa T  T

19 Hình 3.6 Sự khác nhau về chế độ mưa ở các trạm khí tượng gây chênh lệch lưu lượng thiết kế của lưu vực nhỏ ở các vùng khi cùng điều kiện mặt đệm và tần suất, khảo sát với số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010 20 Hình 3.7 Các đường cong hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa 90

93 T  T tại 3 trạm Láng, trạm Hà Đông, trạm Sơn Tây của TP. Hà Nội từ năm 1960 - 2010 21 Hình 4.1 Diễn biến lượng mưa tích lũy Ht và cường độ mưa tức

thời at trong một trận mưa thực tế

22 Hình 4.2 Phương pháp xác định cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian tính toán T trên giấy đo mưa tự ghi

23 Hình 4.3 Quan hệ cường độ mưa tính toán aT , lượng mưa lớn nhất trong khoảng thời gian tính toán HT và thời đoạn mưa tính toán T 94

24 Hình 4.4 Sơ đồ xác đinh cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p bằng thống kê xác suất trong trường hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi ở các trạm khí tượng của nước ta đủ dài, không liên tục, bị gián đoạn một số năm quan trắc

105

25 Hình 4.5 Kết quả hồi quy tìm hệ số hình dạng cơn mưa m cho trạm Láng - TP.Hà Nội với số liệu đo mưa thu thập từ năm 1960 - 2010

114

26 Hình 4.6 Kết quả hồi quy tìm hệ số hồi quy của vùng khí hậu  cho trạm TP.Lạng Sơn với số liệu đo mưa thu thập từ

năm 1960 - 2010

xiv

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Giới thiệu tóm tắt luận án.

- Mạng lưới giao thông ngày càng mở rộng, đặc biệt là vùng nông thôn, vùng sâu, vùng

xa; khu dân cư, khu đô thị phát triển với tốc độ nhanh; khu công nghiệp ngày một gia

tăng. Chúng đòi hỏi có công thức tính toán lưu lượng lũ thiết kế cho lưu vực nhỏ của

công trình thoát nước nhỏ đơn giản, dễ tính toán và có độ chính xác chấp nhận được.

Cùng với nhiều công trình nghiên cứu khác, công trình nghiên cứu trong luận án góp

phần tiếp tục hoàn thiện công thức tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế đối với lưu vực nhỏ,

cụ thể là vấn đề xác định các tham số về mưa trong các công thức tính lưu lượng đỉnh

lũ thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay.

- Nội dung luận án gồm có 4 chương; phần mở đầu; kết luận và kiến nghị; ngoài ra còn

có 1 quyển phụ lục đóng riêng.

+/ Phần mở đầu.

+/ Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.

+/ Chương 2: Nghiên cứu đặc điểm mưa chịu tác động của hiện tượng biến đổi khí

hậu trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

+/ Chương 3: Xác định lượng mưa ngày tính toán và nghiên cứu xác định hệ số đặc

trưng hình dạng cơn mưa.

+/ Chương 4: Nghiên cứu xác định tham số cường độ mưa trong tính toán lưu lượng

thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở Việt Nam.

+/ Kết luận và kiến nghị.

+/ Quyền Phụ lục luận án: được đóng riêng, trong đó là các đồ thị, bảng tra kết quả

tính các thông số về mưa như Hn,p , đường cong a - T - p lập bằng phương pháp tính

trực tiếp, các giá trị T, Sp, m, A, B,  tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu lập với

số liệu đo mưa thực tế thu thập từ năm 1960 - 2010; và các nội dung khác.

2. Lý do chọn đề tài.

- Các công trình thoát nước nhỏ trên đường thường chiếm một tỷ trọng khiêm tốn trong

tổng giá thành xây dựng một con đường. Mặc dù chiếm tỷ trọng không lớn hơn so với

các hạng mục khác như nền, mặt đường, . . . nhưng khả năng hoạt động tiêu thoát lũ

của công trình thoát nước nhỏ lại ảnh hưởng rất lớn tới độ bền vững, chi phí khai thác

và hiệu quả sử dụng của con đường, ví dụ: xói lở ở hạ lưu gây hư hỏng công trình

- 1 -

cống thoát nước ngang đường khi gặp mưa lũ lớn kéo theo hư hỏng một đoạn nền,

mặt đường, gây đình trệ giao thông, làm phát sinh lớn chi phí duy tu, sửa chữa công

trình. Đồng thời, ở một mức độ nào đó, khả năng tiêu thoát lũ của công trình thoát

nước nhỏ trên đường còn ảnh hưởng tới môi trường sản xuất, sinh hoạt của cư dân

trong vùng có công trình, như: hiện tượng tích nước ở thượng lưu làm ngập úng

ruộng đồng, làng mạc ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp thường hay xảy ra ở miền

Trung hiện nay sau khi xây dựng xong các con đường; hiện tượng ngập úng đường

phố sau các cơn mưa lớn ở một số đô thị của nước ta hiện nay gây khó khăn, xáo trộn

sinh hoạt và sản xuất, . . . . Tất cả những vấn đề trên đều liên quan đến khâu thiết kế

công trình thoát nước nhỏ trên đường, trong đó có việc tính toán xác định lưu lượng

thiết kế Qp.

- Trong những năm gần đây, hiện tượng biến đổi khí hậu, nước biển dâng diễn ra rất

mạnh mẽ trên toàn cầu. Đây là hiện tượng đã được các nhà khoa học xác định là có

thực và theo đánh giá thì Việt Nam là một trong những nước bị ảnh hưởng nghiêm

trọng của hiện tượng này. Dưới tác động của hiện tượng biến đổi khí hậu, nước biển

dâng, thiên tai và các hiện tượng khí hậu cực đoan gia tăng, ảnh hưởng đến chế độ

mưa ở nước ta. Do vậy ảnh hưởng đến các thông số về mưa sử dụng trong tính toán

lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường, làm cho việc sử dụng các

thành quả nghiên cứu các dữ liệu về mưa trước đây trong tính toán lưu lượng thiết kế

công trình thoát nước nhỏ trên đường trở nên giảm độ tin cậy.

- Thực tiễn hiện nay ở nước ta cho thấy, các hiện tượng bất lợi như trên đối với công

trình thoát nước nhỏ trên đường ngày một gia tăng. Có những tuyến đường xuất hiện

các hư hỏng tại các công trình thoát nước nhỏ trên đường do mưa lũ ngay sau khi

hoặc chỉ sau một vài năm đưa vào sử dụng. Thực tế trên đường Hồ Chí Minh do khẩu

độ cầu, cống tính toán không đủ tiêu thoát đã tạo ra những trận lũ quét dữ dội ‘‘thế

năng biến thành động năng’’, ví dụ trận lũ quét lịch sử tại Sơn Diệm năm 2002. Rõ

ràng, còn có vấn đề tồn tại trong việc tính toán xác định lưu lượng thiết kế công trình

thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay. Nổi lên là vấn đề xác định các tham số

về mưa trong các công thức tính lưu lượng thiết kế.

- Từ những đòi hỏi cấp thiết như trên, luận án “Nghiên cứu xác định một số tham số

về mưa góp phần hoàn thiện công thức tính lưu lượng thiết kế công trình thoát

nước nhỏ trên đường trong điều kiện khí hậu Việt Nam’’ được chọn nghiên cứu.

- 2 -

3. Mục đích nghiên cứu.

- Luận án chỉ tập trung nghiên cứu và giải quyết thông số về mưa (lượng mưa, cường

độ mưa, phân vùng mưa và các đặc trưng khác về mưa) dùng trong tính toán lưu

lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường. Đây là thông số quyết định,

quan trọng nhất, bất định nhất trong tính toán lưu lượng thiết kế Qp và hoàn toàn phụ

thuộc vào đặc trưng khí hậu của riêng Việt Nam.

- Các thông số khác về điều kiện mặt đệm như đặc trưng về địa hình, địa mạo, địa chất,

thổ nhưỡng, lớp phủ thực vật, thấm, tổn thất, . . . được xác định bằng các số liệu khảo

sát đo đạc của lưu vực khi thiết kế (có thể xem cách xác định các thông số này như

trong phụ lục 9 quyển phụ lục luận án). Thông số thời gian tập trung nước  của lưu

vực được xác định bằng cách giải phương trình động lực học dòng chảy, các công

thức nửa lý thuyết hay các công thức thực nghiệm. Đã có nhiều kết quả nghiên cứu

trên thế giới cũng như trong nước về các thông số này thu được kết quả khích lệ khi

áp dụng ở Việt Nam cho lưu vực nhỏ, như trong [1], [10], [12], [13], [15], [22], [23],

[24], [25], [26], [27], [31], [32], [33], [34], [35], [37], [38], [39], [40], [42], [44], [47],

[48], [49], [50], [51], [53], [54], [55], [56], . . . .

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

- Đối tượng nghiên cứu: công trình thoát nước nhỏ (cầu nhỏ, cống, rãnh thoát nước

mặt) trên đường bộ, đường sắt, đường đô thị, sân bay.

- Phạm vi nghiên cứu: cho lưu vực nhỏ, ở Việt Nam.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

1) Nghiên cứu đặc điểm biến đổi của mưa, góp phần làm sáng tỏ hơn tình trạng bất

thường của sự biến đổi của mưa trên lãnh thổ Việt Nam trong những thập kỷ gần

đây. Thấy được tính cấp thiết phải hiệu chỉnh hoặc dần thay thế mới cơ sở dữ liệu

về mưa phù hợp với các diễn biến thời tiết chịu tác động của hiện tượng BĐKH;

kiến nghị giải pháp chủ động ứng phó với hiện tượng biến đổi cực đoan về mưa

trong tính toán thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay.

2) Nghiên cứu xác định các tham số về mưa (lượng mưa ngày tính toán Hn,p , cường độ

mưa tính toán aT,p , phân vùng mưa hợp lý và các đặc trưng khác về mưa: T, Sp, A,

B, m, ) phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam dùng trong các công thức tính

toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường. Một vài tham số mưa

nghiên cứu xác định trong luận án (như tham số lượng mưa ngày tính toán Hn,p , hệ

- 3 -

số đặc trưng hình dạng cơn mưa T) còn được sử dụng trong công thức Sôkôlôpsky

tính lưu lượng thiết kế cho lưu vực vừa và lớn; sử dụng trong tính toán mưa rào –

dòng chảy bằng mô hình NAM - MIKE cho kết quả tin cậy.

3) Trạm đo mưa ở nước ta thì nhiều nhưng phần lớn là đo lượng mưa ngày, số trạm khí

tượng có máy đo mưa tự ghi còn ít, do vậy khi phương pháp xác định trực tiếp tham

số cường độ mưa tính toán aT,p dựa vào số liệu đo mưa tự ghi thực tế chưa được phổ

biến thì việc nghiên cứu xây dựng các công thức thực nghiệm tính gián tiếp tham số

cường độ mưa tính toán aT,p trong luận án; vấn đề chuyển lượng mưa ngày tính toán

Hn,p thành lượng mưa tính toán từng thời khoảng ngắn HT,p là rất cần thiết đối với

thực tiễn tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế của lưu vực công trình thoát nước trên

đường Việt Nam.

4) Để quy hoạch phòng lũ tốt thì vấn đề trước tiên yêu cầu là phân vùng mưa lũ hợp lý,

phù hợp với đặc điểm mưa của từng vùng. Luận án đã nghiên cứu đề xuất tiêu chí,

phương pháp phân vùng mưa phục vụ cho việc xây dựng bản đồ phân vùng mưa

hợp lý với tỷ lệ lớn, phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu lượng lũ lưu vực nhỏ của

công trình thoát nước nhỏ trên đường ở Việt Nam.

5) Luận án xác lập được giá trị cụ thể các tham số về mưa, như: lượng mưa ngày tính

toán Hn,p theo tần suất thiết kế, hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T, sức mưa Sp,

hệ số vùng khí hậu A, B, hệ số hình dạng cơn mưa m, hệ số hồi quy của vùng khí

hậu , cường độ mưa chuẩn aTo,p dùng trong 7 công thức thực nghiệm mà luận án

nghiên cứu, phát triển để tính cường độ mưa tính toán aT,p ứng với thời gian tập

trung nước tính toán và tần suất thiết kế, cho 12 trạm khí tượng nghiên cứu là các

trạm: TX.Mường Lay-T.Điện Biên, TP.Tuyên Quang-T.Tuyên Quang, TP.Lạng

Sơn-T.Lạng Sơn, Trạm Láng-TP.Hà Nội, Trạm Hà Đông-HN, TX.Sơn Tây-HN,

TP.Vinh-T.Nghệ An, TP.Đồng Hới-T.Quảng Bình, TPhố.Đà Nẵng, TP.Nha Trang-

T.Khánh Hòa, TP.Buôn Ma Thuột-T.Đắk Lắk, TPhố.Cần Thơ, với số liệu đo mưa

thực tế thu thập từ năm 1960 - 2010, kiến nghị tham khảo sử dụng vào thực tiễn tính

toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường hiện nay ở những khu

vực này của nước ta.

6) Luận án cũng góp phần làm phong phú thêm các kiến thức trong việc xác định các

tham số về mưa sử dụng trong tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế công trình thoát

nước nhỏ trên đường.

- 4 -

6. Những đóng góp mới của luận án.

1) Xác định được các giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế ở 12

trạm khí tượng chọn nghiên cứu trên cơ sở chuỗi số liệu đo mưa thực tế dài, từ năm

1960 - 2010, trong đó thời gian cuối được cho là ứng với bối cảnh mới có sự tác

động của hiện tượng BĐKH, ứng dụng để tính toán lưu lượng thiết kế công trình

thoát nước nhỏ trên đường theo tiêu chuẩn thiết kế hiện hành TCVN9845:2013 [5]

hay sử dụng trong công thức Sôkôlôpsky tính lưu lượng thiết kế cho lưu vực vừa và

lớn (ở những khu vực có các trạm khí tượng này).

2) Xác định được các giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T cho khu vực 12

trạm khí tượng nghiên cứu với thời kỳ đo mưa từ năm 1960 - 2010, dùng để tính

cường độ mưa tính toán ứng với thời gian tập trung nước của lưu vực và tần suất

thiết kế sử dụng trong tiêu chuẩn TCVN9845:2013 [5] tính lưu lượng thiết kế công

trình thoát nước nhỏ trên đường. Đồng thời nó là tham số quan trọng dùng để tính

chuyển từ lượng mưa ngày tính toán Hn,p sang lượng mưa tính toán từng thời

khoảng ngắn HT,p dùng trong công thức Sôkôlôpsky tính lưu lượng thiết kế cho lưu

vực vừa và lớn, trong tính toán mưa rào - dòng chảy bằng mô hình NAM - MIKE

cho kết quả tin cậy. Ngoài ra hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T còn có thể

được dùng làm tiêu chí để phân vùng mưa.

3) Tổng kết và nghiên cứu cải tiến thành 7 dạng công thức thực nghiệm tính tham số

cường độ mưa tính toán aT,p ứng với thời gian tập trung nước của lưu vực và tần

suất thiết kế dùng để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường

tương ứng với các điều kiện khác nhau về dữ liệu mưa hiện có ở vùng thiết kế,

trong đó có 3 dạng là công thức cải tiến mới của luận án, các công thức còn lại các

hệ số trong công thức được luận án xây dựng mới cho khu vực 12 trạm khí tượng

chọn nghiên cứu với thời kỳ đo mưa từ năm 1960 - 2010.

- 5 -

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Các nghiên cứu liên quan ở trong và ngoài nước.

1.1.1. Sự hình thành dòng chảy lũ do mưa trên lưu vực [15].

- Khi mưa rơi xuống lưu vực, ban đầu nước mưa đọng trên các lá cây, thảm phủ thực

vật, trữ vào trong các khe rỗng và chỗ trũng, một phần rất nhỏ lượng nước bốc hơi trở

lại khí quyển, đại bộ phận thấm xuống đất và chưa sinh dòng chảy trên bề mặt lưu

vực, cường độ mưa at lúc này nhỏ hơn cường độ tổn thất gt. Giai đoạn này được gọi là

giai đoạn tổn thất hoàn toàn.

- Nếu mưa vẫn tiếp tục, khi cường độ mưa at vượt quá cường độ tổn thất gt sẽ bắt đầu

sinh dòng chảy trên bề mặt và sẽ lớn dần lên. Dưới tác dụng của trọng lực nước sẽ

chảy tràn theo bề mặt sườn dốc lưu vực vào lòng sông suối và tập trung về mặt cắt đặt

công trình thoát nước, giai đoạn này được gọi là giai đoạn sinh dòng chảy.

- Trong giai đoạn sinh dòng chảy, tổn thất vẫn tiếp tục. Từ thời điểm kết thúc giai đoạn

sinh dòng chảy trở đi đến lúc mưa kết thúc lại có cường độ mưa at nhỏ hơn cường độ

tổn thất gt. Như vậy trong giai đoạn này mặc dù mưa vẫn còn nhưng đã không còn tác

dụng cung cấp nước cho dòng chảy mặt trên lưu vực nữa.

- Quá trình trên có thể mô tả khái quát như ở Hình 1.1 sau.

a t g t

Tæn thÊt hoµn toµn

+) Trong hình 1.1 các đường at  t và

Sinh dßng ch¶y

đường gt  t là đường quá trình mưa

a t

và đường cong tổn thất, trong đó at

hqta

g t

và gt lần lượt là cường độ mưa và

cường độ tổn thất tại thời điểm t bất

kỳ.

Tcn T ma

+) Thời gian mưa là Tmưa , trong giai

đoạn sinh dòng chảy có at  gt, Hình 1.1: Mô tả khái quát sự hình thành khoảng thời gian này gọi là thời gian

dòng chảy lũ do mưa trên lưu vực mưa hiệu quả hay thời gian cấp nước

hay thời gian cung cấp dòng chảy Tcn , ta luôn có Tcn < Tmưa.

+) Hiệu số ahqt = (at - gt)  0 trong giai đoạn sinh dòng chảy gọi là cường độ mưa hiệu

quả hay cường độ cấp nước hay cường độ dòng chảy tại thời điểm t.

- 6 -

1.1.2. Các công thức tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên

đường.

Hiện nay, lý luận cũng như phương pháp, công thức tính toán dòng chảy lũ có rất

nhiều. Đối với công trình thoát nước nhỏ trên đường, việc xác định lưu lượng thiết kế

hiện nay ở các nước có nền khoa học tiên tiến như Mỹ, Anh, Pháp, Nga, Nhật Bản,

Trung Quốc, . . . đều sử dụng công thức cường độ giới hạn. Ở Việt Nam, trong các

tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ

[5] và TCVN7957:2008, Thoát nước - mạng lưới và công trình bên ngoài [8] cũng sử

dụng công thức cường độ giới hạn để xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát

nước nhỏ trên đường ô tô và đường đô thị.

Công thức cường độ giới hạn xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế được rút ra từ

công thức căn nguyên dòng chảy nổi tiếng mà cơ sở của nó là lý thuyết tập trung

nước từ lưu vực. Lý thuyết này đầu tiên được các nhà bác học Liên Xô (cũ) phân tích,

nghiên cứu (N.E. Đôngôv, M.E. Velikanov và M.M. Prôtôđiakônov) và hiện nay nó

được sử dụng rộng rãi trên thế giới trong lĩnh vực tính toán thủy văn. Dưới đây là

trình bày tóm tắt lý thuyết tập trung nước từ lưu vực, theo tài liệu [32].

1.1.2.1. Những cơ sở của lý thuyết tập trung nước từ lưu vực [32].

 Các giả thiết của M.M. Prôtôđiakônov.

+) Lưu vực có dạng đều, ở giữa là lòng sông suối.

+) Mưa và tổn thất phân bố đồng đều trên toàn lưu vực và có cường độ không thay

đổi trong thời gian tính toán.

+) Coi tần suất mưa sinh ra dòng chảy lũ bằng tần suất dòng chảy lũ trên lưu vực.

 Thời gian tập trung nước của lưu vực, ký hiệu là : là thời gian để một giọt nước xa

nhất trên lưu vực kịp chảy về mặt cắt đặt công trình thoát nước.

 Đường đẳng thời: là đường nối các điểm trên lưu vực có cùng thời gian nước chảy về

mặt cắt đặt công trình thoát nước.

 Công thức xác định lưu lượng cực đại của dòng chảy lũ do mưa trên lưu vực.

- Phân tích quy luật nước chảy từ các sườn dốc lưu vực về công trình thoát nước, các

tác giả của lý thuyết tập trung nước từ lưu vực nhận thấy rằng: lưu lượng nước mưa

chảy về công trình tăng dần theo thời gian và đạt giá trị cực đại khi giọt nước từ điểm

xa nhất trên lưu vực kịp chảy về mặt cắt đặt công trình thoát nước. Thực tế đó được

chứng minh qua sơ đồ ở các hình 1.2, hình 1.3 và các phân tích sau đây.

- 7 -

+ Lưu vực F có thời gian tập trung nước là , vẽ trên lưu vực những đường đẳng thời

gian nước chảy về mặt cắt đặt công trình thoát nước sau 1, 2, 3, 4, . . . đơn vị thời gian

(đvtg), trong tính toán cường độ mưa đơn vị thời gian thường tính là phút.

+ Gọi a là cường độ mưa và giả sử chưa xét đến tổn thất thì a sẽ bằng chiều dầy cung

cấp dòng chảy trong 1 đơn vị thời gian, thường tính là phút. Quy luật thay đổi lưu

B¾t ®Çu:

§êng ph©n thñy

lượng qua mặt cắt đặt công trình thoát nước như sau.

MÆt c¾t c«ng tr×nh

a.f4

a.f3

a.f2

a.f1

F = f1 + f2 + f3 + f4

F Đường

Sau ®vtg thø nhÊt:

Q1 = a.f1

a.f4

a.f4 a.f3

f3 f4

a.f1

a.f3 a.f2

4 đvtg

a.f2 a.f1

Sau ®vtg thø hai:

3 đvtg

Q2 = a.(f1+f2)

2 đvtg

1 đvtg

a.f4

a.f4 a.f3

a.f2 a.f1

a.f4 a.f3 a.f2

a.f3 a.f2 a.f1

Sau ®vtg thø ba:

Q3 = a.(f1+f2+f3)

f1 f2

a.f4

a.f4 a.f3

a.f3 a.f2 a.f1

a.f4 a.f3 a.f2

a.f4 a.f3 a.f2 a.f1

Sau ®vtg thø t:

Vị trí đặt công trình thoát nước

Q4 = a.(f1+f2+f3+f4)

a.f4

F = f1 + f2 + f3 + f4

a.f4

a.f4 a.f3

a.f3 a.f2 a.f1

Thời gian tập trung nước của lưu

a.f4 a.f3 a.f2

a.f4 a.f3 a.f2 a.f1

vực là  = 4 đvtg, thường tính là

phút

Hình 1.2: Bình đồ lưu vực Hình 1.3: Sơ đồ giá trị lưu lượng chảy qua công trình sau từng đơn vị thời gian

+ Sau phút thứ nhất chỉ có lượng nước mưa trên phần diện tích f1 của lưu vực kịp

chảy về mặt cắt đặt công trình thoát nước, lượng nước mưa trên các phần diện tích

lưu vực f2, f3, f4 mới đang tiến dần về phía mặt cắt đặt công trình thoát nước. Do đó

lưu lượng nước chảy qua mặt cắt đặt công trình thoát nước sau phút thứ nhất sẽ là:

Q1 = a.f1

+ Sau phút thứ hai, ngoài lượng nước mưa trên phần diện tích f1 còn có thêm lượng

nước mưa trên phần diện tích f2 của lưu vực chảy về mặt cắt đặt công trình thoát

nước. Theo nguyên tắc xếp chồng lượng nước, lưu lượng nước chảy qua mặt cắt đặt

công trình thoát nước sau phút thứ hai là: Q2 = a.(f1 + f2)

+ Cũng lập luận tương tự, có được lưu lượng nước chảy qua mặt cắt đặt công trình

thoát nước sau phút thứ ba, thứ tư là: Q3 = a.(f1 + f2 + f3)

- 8 -

Từ sau phút thứ tư trở đi là: Q4 = a.(f1 + f2 + f3 + f4)

+ Nhận thấy, lưu lượng lớn nhất chảy qua mặt cắt đặt công trình thoát nước sẽ do

toàn bộ diện tích lưu vực F tạo ra và thời đoạn mưa tạo ra lưu lượng lớn nhất Qmax

đúng bằng thời gian tập trung nước  của lưu vực.

Qmax = a.F

Như vây, để xác định lưu lượng đỉnh lũ Qmax chỉ cần xét trong thời đoạn mưa tính

toán T đúng bằng thời gian tập trung nước  của lưu vực. Cường độ mưa a của cơn

mưa tính toán giả thiết có giá trị không đổi được lấy bằng cường độ mưa trung bình

lớn nhất trong thời gian tập trung nước , hay còn được gọi là cường độ mưa giới

hạn lớn nhất trong khoảng thời gian tập trung nước , được xác định ở đoạn dốc nhất

của đường cong tích lũy mưa ứng với thời đoạn mưa tính toán T =  như ở Hình 4.2 -

Chương 4.

- Công thức Qmax = a.F chưa xét đến các tổn thất, để phục vụ cho tính toán thực tế phải

xét tới tổn thất qua các hệ số thực nghiệm. Ngoài ra công trình thoát nước trên đường

được thiết kế với lũ tần suất p% nên Qmax thường được ký hiệu là Qp và xét tới đơn vị

tính của các tham số trong công thức, có được công thức (1.1) tính lưu lượng đỉnh lũ

thiết kế tại mặt cắt đặt công trình thoát nước của lưu vực như sau.

, aK . .

(1.1)

Trong đó: Qp là lưu lượng thiết kế ở tần suất p

F là diện tích lưu vực

 là hệ số dòng chảy, xét đến lượng nước mưa bị tổn thất

a,p là cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu

vực và tần suất p. Chính là cường độ mưa trung bình lớn nhất trong

thời gian tập trung nước  và tần suất p, còn được gọi là cường độ

mưa giới hạn lớn nhất ở thời gian tập trung nước  và tần suất p.

10002

K



67.16

K là hệ số chuyển đổi đơn vị khi các đại lượng trong công thức không tính ở cùng đơn vị. Khi Qp tính bằng m3/s, a,p tính bằng

1000

60*

mm/ph, F tính bằng km2, thì:

- Công thức (1.1) là công thức cơ bản. Từ công thức cơ bản (1.1), rất nhiều các tác giả

đã nghiên cứu áp dụng và hoàn chỉnh cho phù hợp với điều kiện thực tế về quy luật

phân bố cường độ mưa, điều kiện nước chảy trên các lưu vực tự nhiên.

- 9 -

- Với công thức (1.1) hoàn toàn có thể từ tài liệu về mưa để tính ra được lưu lượng

đỉnh lũ. Đối với lưu vực của công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta, điều

kiện tài liệu thường chỉ có số liệu đo mưa, không có số liệu đo lũ thực tế nên sử dụng

dạng công thức (1.1) để tính lưu lượng thiết kế là phù hợp.

1.1.2.2. Các công thức xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ trên

đường ở một số nước trên thế giới.

Công thức cường độ giới hạn dạng (1.1) được sử dụng rộng rãi và phổ biến để

xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ trên đường. Ngay cả các

công thức thực nghiệm, nửa thực nghiệm cũng thường được đưa về dạng này, trong

đó việc thực nghiệm nhằm xác định các hệ số trong công thức.

AICKQ

.

- Ở Anh: công thức cường độ giới hạn [24], [50]

(1.2)

Q là lưu lượng dòng chảy; C là hệ số dòng chảy, phụ thuộc vào đặc trưng bề mặt

lưu vực; I là cường độ mưa trung bình ứng với thời gian tập trung nước; A là diện

tích lưu vực; K là hệ số chuyển đổi đơn vị.

. . AICK

Q p

- Ở Mỹ: sử dụng công thức cường độ giới hạn [20].

(1.3)

Qp là lưu lượng thiết kế ở tần suất p;  là hệ số phân bố mưa rào, được xây dựng

thành đồ thị tra; C là hệ số dòng chảy, phụ thuộc vào tính chất bề mặt và chu kỳ mưa;

I là cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước của lưu vực và tần suất thiết kế

.

.. AqC

p; A là diện tích lưu vực; K là hệ số chuyển đổi đơn vị.

Q p

Ngoài ra còn viết ở dạng: (1.3’)

với: K.I = q là mô đuyn dòng chảy mưa tính toán.

- Ở Pháp: Albert Caquot xây dựng công thức thực nghiệm biểu thị dưới dạng phương

trình cân bằng thể tích dựa trên nguyên lý hiệu quả năng lực của mạng lưới. Đây được

đánh giá là một trong những mô hình nổi tiếng của thế giới và được áp dụng từ lâu ở

 . . QCAH .



 

). ct

1 6

Pháp:

Q là lưu lượng tối đa tại mặt cắt tính toán;  là hệ số phân bố mưa rào, được xác

định bằng công thức  = A-; H là chiều cao lớp nước mưa hay độ sâu mưa trong thời

gian tc; A là diện tích lưu vực; C là hệ số dòng chảy; tc là thời gian tập trung nước của

lưu vực; , ,  là các hệ số thực nghiệm.

- 10 -

Như vậy H / tc = atc chính là cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước tc



. AaC ct .

của lưu vực, viết lại có dạng công thức (1.4) như sau.

   )

.(6

(1.4)

- Ở Nga và các nước thuộc Liên Xô (cũ): sử dụng công thức cường độ giới hạn.

+) Công thức cường độ giới hạn của Viện Thiết kế đường Liên Xô (cũ) do



KKF

  aK . .

,  .. . p

B.F.PEREVÔZNHEKÔP đề xuất [32].

(1.5)

Qp là lưu lượng thiết kế ở tần suất p;  là hệ số dòng chảy trên sườn dốc; a,p

là cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu vực và tần suất

thiết kế p; F là diện tích lưu vực; Ki là hệ số xét ảnh hưởng của độ dốc lòng suối

và bề mặt lưu vực; Kd là hệ số hình dạng lưu vực; K là hệ số chuyển đổi đơn vị.

 là hệ số triết giảm lưu lượng dòng chảy phụ thuộc vào diện tích lưu vực,





xác định tra bảng theo diện tích lưu vực F hay tính theo công thức phụ thuộc vào





1 sd T/

tỷ số (sd / Tcn): với sd là thời gian tập trung nước trên sườn dốc,

Tcn là thời gian cung cấp dòng chảy. Hoặc có thể tính  bằng công thức kinh



1 nCF  )

(

nghiệm theo F: với C, n là các hệ số kinh nghiệm.

+) Công thức cường độ giới hạn theo Tiêu chuẩn dòng chảy BCN 63-67 của Bộ Giao

p 

aK   . .

, F .

.  . 1

Thông Vận Tải Liên Xô (cũ) [32].

(1.6)

Qp là lưu lượng thiết kế ở tần suất p;  là hệ số dòng chảy hoàn toàn; a,p là

cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu vực và tần suất thiết

kế p; F là diện tích lưu vực; 1 là hệ số triết giảm do ao hồ;  là hệ số xét đến sự

phân bố mưa không đều trên lưu vực, phụ thuộc vào kích thước lớn nhất D1 của

lưu vực và vùng khí hậu; K là hệ số chuyển đổi đơn vị.

+) Công thức cường độ giới hạn của Viện Thủy văn Nhà nước Liên Xô (cũ), (quy

.  .

%1 A

%1,

.  . 1 p

trình CH435-72) [32].

(1.7)

Qp là lưu lượng thiết kế ở tần suất p; A1% là mô đuyn dòng chảy đỉnh lũ

tương đối ứng với tần suất 1%, xác định phụ thuộc vào thời gian tập trung nước

- 11 -

trên sườn dốc sd, vùng mưa và đặc trưng địa mạo thủy văn của lòng sông ls;  là

hệ số dòng chảy lũ; Hn,1% là lượng mưa ngày tính toán ở tần suất 1%; F là diện

tích lưu vực; 1 là hệ số xét đến ảnh hưởng giảm nhỏ lưu lượng của ao hồ, đầm

lầy và phụ thuộc vào tỷ lệ diện tích ao hồ, đầm lầy trên lưu vực; p là hệ số xét

ảnh hưởng của tần suất tới lưu lượng, chuyển đổi lưu lượng ở tần suất 1% sang

lưu lượng ở tần suất thiết kế p%, nó phụ thuộc vào vùng khí hậu, tần suất thiết kế

và diện tích lưu vực.

- Ở Nhật Bản: dùng công thức cường độ giới hạn dạng (1.3) của Mỹ.

- Ở Trung Quốc: công thức cường độ giới hạn [52].



 . .



 . . aKF .  ,

,  

(1.8)

Qp là lưu lượng thiết kế ở tần suất p;  là hệ số dòng chảy đỉnh lũ; F là diện tích

lưu vực; K là hệ số chuyển đổi đơn vị; H,p là lượng mưa tính toán ở thời gian tập

trung nước  của lưu vực và tần suất thiết kế p, như vậy H,p / = a,p chính là cường

độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu vực và tần suất thiết kế p.

Căn cứ vào tài liệu đo mưa rào thực tế trong phạm vi toàn quốc, Viện nghiên cứu

1 



. T

thủy văn đã phân tích tìm ra công thức tính lượng mưa tính toán HT,p ở thời đoạn T và

, pT

,1 ph

tần suất p như sau:



với: HT,p là lượng mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p

,1 ph

p m

,24 1  24

H1h,p là lượng mưa giờ lớn nhất ở tần suất p,

H24,p là lượng mưa 24 giờ lớn nhất ở tần suất p

m là chỉ số triết giảm của mưa rào.

1.1.2.3. Các công thức xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ trên

đường ở Việt Nam.

- Công thức theo TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ [5].

+) Đây là công thức hiện hành đang áp dụng trong tính toán lưu lượng thiết kế công

trình thoát nước nhỏ trên đường ở Việt Nam với diện tích lưu vực F  100 km2, cho

đường ngoài đô thị, trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN9845:2013 [5] do Bộ Khoa học và

Công nghệ ban hành.

+) Xuất phát điểm là công thức cơ bản (1.1) nhưng thực hiện một số biển đổi được

công thức tính lưu lượng thiết kế như công thức (1.9) sau đây.

- 12 -

 . .

p 

FH pn ,

 . 1

(1.9)

Trong đó: Qp là lưu lượng thiết kế ở tần suất p (m3/s)

Ap là mô đuyn dòng chảy đỉnh lũ tương đối ở tần suất thiết kế p

 là hệ số dòng chảy lũ

Hn,p là lượng mưa ngày tính toán ở tần suất thiết kế p (mm)

1 là hệ số xét đến ảnh hưởng giảm nhỏ lưu lượng của ao hồ, đầm

lầy và phụ thuộc vào tỷ lệ diện tích ao hồ, đầm lầy trên lưu vực F là diện tích lưu vực (km2).



67.16



67.16

. H



. aK 

a  ,

, pn

. HA p

, pn

  





+) Các biến đổi là, [sử dụng thêm công thức (1.14) để biến đổi].

67.16 

Ở đây:

và: K là hệ số chuyển đổi đơn vị, ở đây bằng 16.67

 là thời gian tập trung nước của lưu vực (ph)

 là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời gian tập trung nước .

+) Trong tiêu chuẩn, hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T ~ T được xác lập cho 18

vùng mưa trên toàn quốc với số liệu đo mưa đến năm 1987. Vì Qp phụ thuộc vào a,p,

mà a,p phụ thuộc vào ,  lại phụ thuộc vào a,p và Qp, do vậy phương trình (1.9) được

giải bằng cách tính lặp. Trong [5] đã đưa ra cách giải rất thuận tiện bằng cách sử dụng

hai thông số trung gian là hệ số đặc trưng địa mạo thủy văn của sườn dốc lưu vực sd

và hệ số đặc trưng địa mạo thủy văn của lòng sông suối chính ls, lập thành các bảng

tra sẵn để sử dụng khi tính toán.

+) Công thức (1.9) còn được gọi là công thức cường độ giới hạn tính lưu lượng thiết

kế từ lượng mưa ngày tính toán.

- Công thức cường độ giới hạn của Đại học Xây Dựng Hà Nội (Công thức do

GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục đề xuất sử dụng) [3], [32].

+) Các công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta thường có diện tích lưu vực nhỏ (thường dưới 1 km2 đến một vài km2) nên thời gian tập trung nước ngắn. Chính

vì vậy việc tính lưu lượng thiết kế dựa vào thông số cường độ mưa có thời gian mưa

tính toán ngắn nhưng cường độ mưa lớn sẽ chính xác hơn so với việc sử dụng thông

số lượng mưa ngày như trong công thức (1.9) của tiêu chuẩn thiết kế [5]. Trên quan

điểm đó, từ những năm 1980, GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục đã đề xuất sử dụng công

- 13 -

thức (1.10) sau đây để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường

với diện tích lưu vực F  30 km2 cho Việt Nam. Công thức (1.10) được đưa vào trong

67.16

Sổ tay tính toán thủy văn [3] của Bộ GTVT.

p 

a .   F

 .. 1

+) Công thức là: (1.10)

Trong đó: Qp là lưu lượng thiết kế ở tần suất p (m3/s)

a,p là cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu

vực và tần suất thiết kế p (mm/ph)

 là hệ số dòng chảy lũ F là diện tích lưu vực (km2)

 hệ số triết giảm lưu lượng dòng chảy phụ thuộc diện tích lưu vực

1 là hệ số xét đến ảnh hưởng giảm nhỏ lưu lượng của ao hồ, đầm lầy

và phụ thuộc vào tỷ lệ diện tích ao hồ, đầm lầy trên lưu vực

K = 16.67 là hệ số chuyển đổi đơn vị.

Các hệ số , , 1 và cách xác định thời gian tập trung nước  có thể tham khảo

các bảng tra ở Phụ lục 8, từ Bảng PL.8-1 đến PL.8-8 trong Quyển phụ lục luận án.

- Công thức cường độ giới hạn sử dụng trong tính toán thoát nước đường đô thị theo

TCVN7957:2008 [8].

+) Đây là công thức trong tiêu chuẩn thiết kế thoát nước đô thị hiện nay ở Việt Nam

. qC



theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 7957:2008 [8] của Bộ Khoa học và Công nghệ.

,

+) Công thức là:

(1.11) Trong đó: Qp là lưu lượng thiết kế ở tần suất p (lít/s)

C là hệ số dòng chảy, phụ thuộc vào tính chất bề mặt lưu vực và p

q,p là mô đuyn dòng chảy mưa hay cường độ mưa theo thể tích tính



166

67.

toán ứng với thời gian tập trung nước  và tần suất thiết kế p

q  ,

. a  ,

a  ,

10 *60

100

(lít/s/ha)

a,p là cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu

vực và tần suất thiết kế p, đơn vị tính là mm/ph

F là diện tích lưu vực (ha).

Khi diện tích lưu vực F  300ha thì phải nhân thêm hệ số  vào trong công thức

 là hệ số mưa không đều, phụ thuộc vào diện tích lưu vực.

- 14 -

1.1.2.4. Công thức Sôkôlôpsky [3], [15], [32].

+) Đây thuộc loại công thức thể tích, được sử dụng để tính lưu lượng công trình thoát nước trên đường với diện tích lưu vực F >100 km2 với sông vừa và nhỏ. Năm 1972

278

(



)

được đưa vào quy trình Khảo sát và thiết kế cầu vượt sông của Liên Xô (cũ).



 . .

Ff .

 .



 , t

+) Công thức là: (1.12)

Trong đó: Qp là lưu lượng thiết kế ở tần suất p (m3/s)

H,p là lượng mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu vực

và tần suất thiết kế p. Đó chính là lượng mưa lớn nhất trong thời

gian tập trung nước  của lưu vực và tần suất thiết kế p (mm)

H0 là lớp nước mưa tổn thất ban đầu (mm)  là hệ số dòng chảy lũ , F là diện tích lưu vực (km2)

f là hệ số hình dạng lũ , tl là thời gian lũ lên (h)

 là hệ số xét đến ảnh hưởng giảm nhỏ lưu lượng của ao hồ, đầm

lầy và rừng cây trên lưu vực, có thể được tính theo công thức sau:

 = 1.2, với 1 là hệ số xét đến ảnh hưởng triết giảm của ao hồ và

đầm lầy, 2 là hệ số xét đến ảnh hưởng giảm nhỏ lưu lượng của



1lg(6.01



2.0



)

rừng cây. Cũng có thể xác định hệ số  theo công thức kinh

F a

F l

F r

nghiệm: , với Fa, Fl, Fr là tỷ lệ diện

K



278

tích ao hồ, đầm lầy, rừng cây trên lưu vực, tính theo %

10002 *

1000

3600

K là hệ số chuyển đổi đơn vị, ở đây

Q0 là lưu lượng nước trong sông trước khi có lũ (m3/s).

1.1.2.5. Xác định lưu lượng theo phương trình cân bằng lượng nước [11], [32].

+) Phương pháp này còn gọi là phương pháp chính xác, từ năm 1961 được đưa vào

quy phạm dòng chảy BCH 63-61 của Liên Xô (cũ). Phương pháp này cho phép xác

định giá trị lưu lượng cực đại và đường quá trình lưu lượng thay đổi theo thời gian,

xác định thể tích dòng chảy ứng với bất kỳ tần suất lũ nào. Nó cũng cho phép xác

định khẩu độ công trình thoát nước có xét đến hiện tượng tích nước ở thượng lưu hay

nước ngập ở hạ lưu, xét được kết hợp quá trình thủy lực - thủy văn của dòng chảy lũ.

+) Cơ sở lý thuyết của phương pháp là định luật bảo toàn vật chất. Tại bất cứ một thời

điểm nào kể từ khi bắt đầu có dòng chảy cho tới khi nước chảy hết, lưu lượng qua

công trình thoát nước được xác định dựa vào phương trình cân bằng lượng nước.

- 15 -

 WW



 WW Q

(1.13)

Trong đó: W là tổng thể tích dòng chảy trên lưu vực

Wsd là thể tích dòng chảy ở sườn dốc lưu vực

Wls là thể tích dòng chảy ở lòng sông suối

WQ là thể tích dòng chảy qua công trình thoát nước.

+) Tổng thể tích dòng chảy trên lưu vực W.

 FZhW



(

.

(1000m3) (1.13.1)

. t



(

). t

Trong đó: h là chiều dầy dòng chảy tính toán ở thời gian t và tần suất p (mm)

, a .

, 

hoặc

at,p - cường độ mưa tính toán của thời gian t, tần suất p (mm/ph)

 - hệ số dòng chảy , i - cường độ thấm (mm)

t - thời gian mưa tính toán (ph)

Z là lượng tổn thất ban đầu do thấm ướt và cỏ cây giữ lại (mm)

(1000m3): khi giả thiết đường mặt

 là hệ số mưa không đều trên lưu vực F là diện tích lưu vực (km2).

+) Thể tích dòng chảy ở sườn dốc lưu vực Wsd

71.0

nước có dạng parabol, tính như sau.

Wsd



29.01



Khi tz ≥  (1.13.2)

b t b

  

  . W 

Khi tz < 

Trong đó: bt là chiều dài sườn dốc lưu vực từ điểm xa nhất tới vị trí bắt đầu có

chiều dầy dòng chảy hình thành lớn nhất ở thời gian tính toán t (m)

bsd là chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực (m)

 là thời gian tập trung nước của lưu vực (ph), xác định như sau

 = A(Jsd, at,p). D(bsd, msd)

 . t

t z

 Zh h

tz thời gian cung cấp dòng chảy trong thời gian mưa tính toán t (ph)

+) Thể tích dòng chảy ở lòng sông suối Wls: giả thiết dòng chảy trong lòng sông suối

L ls

có dạng hình chóp nón với đáy là , chiều cao là chiều dài lòng sông suối.



 . .

W ls

L ls

1 3

 L ls

  . 

  

(1000m3) (1.13.3)

- 16 -

Trong đó:  là diện tích mặt cắt ướt tính toán (m2)

Lls là chiều dài lòng sông suối chính (km)

li là tổng chiều dài các suối nhánh (km), xác định theo phụ lục 9

n là hệ số phụ thuộc vào địa hình, lấy bằng: 1/6 với địa hình vùng

đồng bằng, 1/4 với vùng đồi và 1/3 với vùng núi.

W Q

. dtQ t



+) Thể tích nước chảy qua công trình WQ (1000m3): (1.13.4)

Trong đó: Qt xác định theo phương pháp hình thái mặt cắt, Qt = t.vt

và vận tốc vt tính theo công thức Sêdi - Maninh.

+) Phương trình (1.13) được giải bằng cách tính thử dần. Muốn tìm lưu lượng đỉnh lũ

ta phải tính lưu lượng nước chảy qua công trình ứng với nhiều giá trị thời gian mưa t.

Vẽ đường quan hệ biến đổi lưu lượng Q ~ t, tìm được lưu lượng đỉnh lũ thiết kế. Nếu

xét đến ảnh hưởng của ao hồ, đầm lầy thì lưu lượng Q tính ra được nhân với hệ số 1.

1.1.2.6. Nhận xét về các công thức tính lưu lượng thiết kế.

Từ các công thức tính lưu lượng thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ trên

đường như trên nhận thấy: các công thức tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước

nhỏ trên đường sử dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay đều liên quan đến lượng mưa

hoặc cường độ mưa tính toán, như công thức cường độ giới hạn của Anh, Mỹ, Pháp,

Nga và các nước thuộc Liên Xô cũ, Nhật Bản, Trung Quốc, Việt Nam, . . . .

Công thức Sôkôlôpsky, công thức tính lưu lượng theo phương trình cân bằng

lượng nước cũng dựa vào lượng mưa tính toán.

1.1.3. Vấn đề xác định các tham số về mưa trong các công thức tính lưu lượng thiết

kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

Theo công thức cường độ giới hạn, cũng như công thức Sôkôlôpsky, tính theo

phương trình cân bằng lượng nước, lưu lượng thiết kế Qp của một lưu vực F nào đó

chỉ được xác định khi biết được các tham số trong công thức là tham số về mưa, tham

số về tổn thất và tham số thời gian tập trung nước. Như vậy trong các công thức tính

Qp, ngoài các tham số về mưa mang nhiều yếu tố bất định do phụ thuộc vào điều kiện

thời tiết, các thông số xác định lượng tổn thất (như hệ số dòng chảy , cường độ thấm

i, hệ số tổn thất do ao hồ, đầm lầy 1, . . .) và thông số thời gian tập trung nước  được

xác định bằng các bảng tra thực nghiệm lập sẵn, các công thức kinh nghiệm hoặc nửa

lý thuyết như đang sử dụng trong các quy trình thiết kế ở nước ta.

- 17 -

Luận án tập trung chính vào vấn đề tham số mưa. Các tham số về mưa trong các

công thức tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường là.

./ Lượng mưa ngày tính toán Hn,p ở tần suất thiết kế p

./ Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và vấn đề phân vùng mưa

./ Cường độ mưa tính toán a,p ở thời gian tập trung nước  và tần suất thiết kế p

1.1.3.1. Lượng mưa ngày tính toán Hn,p.

- Lượng mưa ngày tính toán Hn,p được xác định theo phương pháp phân tích thống kê

trên cơ sở chuỗi số liệu quan trắc đo lượng mưa ngày thực tế trong nhiều năm liên tục

tại các trạm đo mưa ở khu vực thiết kế công trình.

- Tính đến nay, cơ sở dữ liệu về lượng mưa ngày tính toán Hn,p đầy đủ nhất ở nước ta

sử dụng để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước trên đường được thành lập

năm 1987, trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng

chảy lũ do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành [5], cho 589 điểm đo mưa trên toàn

quốc với các mức tần suất p = 1%, 2%, 4%, 10%, 25%, 50%.

- Từ đó đến nay đã trải qua trên 25 năm, chế độ mưa ở nước ta đã bị thay đổi, chịu ảnh

hưởng của hiện tượng biến đổi khí hậu nên cơ sở dữ liệu này đến nay đã kém chính

xác. Chính vì vậy, trong tiêu chuẩn thiết kế [5] cũng khuyến cáo nên thu thập số liệu

đo lượng mưa ngày thực tế ở trạm đo mưa trong khu vực thiết kế đến thời điểm thiết

kế công trình để xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p sử dụng vào việc tính lưu

lượng thiết kế công trình thoát nước trên đường.

1.1.3.2. Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và phân vùng mưa.

- Trong quy phạm thủy lợi, QP.TL.C-6-77 Quy phạm tính toán các đặc trưng thủy văn

thiết kế [7], ban hành năm 1977, các tác giả đã đưa ra bảng phân khu mưa rào cho

phần lãnh thổ miền Bắc Việt Nam với 10 khu và xác lập giá trị các đường cong hệ số

đặc trưng hình dạng cơn mưa T  T cho từng khu.

- Qua nghiên cứu các tài liệu đo mưa trong mấy chục năm, một số tác giả đã đưa ra các

sơ đồ phân khu mưa rào khác. Năm 1980, tác giả Hoàng Minh Tuyển, Viện Khí

tượng thủy văn, với số liệu đo mưa thu thập ở 60 trạm khí tượng trên toàn quốc dài từ

10 - 20 năm (50% số trạm có chuỗi số liệu dài 20 năm bắt đầu từ 1961, chủ yếu ở

miền Bắc, còn lại dài 10 năm ở miền Nam), tác giả đã phân toàn bộ lãnh thổ Việt

Nam thành 15 vùng mưa và xác lập giá trị các đường cong hệ số đặc trưng hình dạng

cơn mưa T  T cho 15 vùng mưa này [60].

- 18 -

- Năm 1991, tác giả Hoàng Niêm và Đỗ Đình Khôi đã chia toàn bộ lãnh thổ Việt Nam

thành 18 vùng mưa tương ứng với 18 đường cong hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa

T  T được xác lập cho từng vùng [29], [40]. Năm 1993, TS Trịnh Nhân Sâm, Viện

thiết kế Giao thông, cũng đưa ra sự phân vùng mưa tương tự cho lãnh thổ Việt Nam,

phân toàn lãnh thổ thành 18 vùng mưa như trên nhưng giá trị hệ số đặc trưng hình

dạng cơn mưa T của các đường cong T  T xác lập ở các vùng mưa có khác đi

chút ít [29], [40]. Kết quả này được đưa vào trong tiêu chuẩn thiết kế [5],

TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ, hiện nay đang dùng để tính

lưu lượng thiết kế công trình thoát nước trên đường ở nước ta.

- Như vậy, qua thời kỳ các năm, chế độ mưa ở nước ta bị thay đổi dẫn đến việc phân

vùng mưa cũng được hiệu chỉnh cho phù hợp, giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn

mưa T ở các vùng mưa cũng được hiệu chỉnh, xác lập lại cho phù hợp.

1.1.3.3. Xác định cường độ mưa tính toán aT,p: việc xác định thông số cường độ mưa

tính toán luôn là vấn đề khó khăn, phức tạp nhất. Các nghiên cứu trong nước và quốc

tế hiện nay có các hướng sau đây để xác định aT,p.

- Tính trực tiếp aT,p : trên cơ sở có đủ số liệu quan trắc đo mưa thực tế bằng máy đo

mưa tự ghi tại các trạm khí tượng, dùng phương pháp phân tích thống kê tính ra giá

trị cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn mưa tính toán T và tần suất thiết kế p

(trong tính toán lưu lượng công trình thoát nước, thời đoạn mưa tính toán T được lấy

bằng thời gian tập trung nước  của lưu vực). Có thể lập sẵn thành các biểu đồ quan

hệ cường độ mưa - thời gian - tần suất (biểu đồ a -T - p) cho từng vùng có chế độ

mưa như nhau, sử dụng để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên

đường. Xu hướng này được sử dụng thịnh hành ở Mỹ, Nhật, Úc, . . . và các nước

phát triển có hạ tầng mạng lưới các trạm khí tượng đo mưa tự ghi đầy đủ, lâu dài.

- Xác định cường độ mưa tính toán aT,p dựa vào lượng mưa ngày tính toán Hn,p và hệ



số đặc trưng hình dạng cơn mưa T.

, pT

, pn

 T T

(1.14)

Trong đó: aT,p là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p

T là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời đoạn T, lập cho

từng vùng mưa

Hn,p là lượng mưa ngày tính toán ở tần suất p

T là thời đoạn mưa tính toán, khi tính toán lưu lượng Qp lấy T = .

- 19 -

Phương pháp này do Alêchxâyep đề xuất được sử dụng ở Liên Xô trước đây và

hiện nay đang được sử dụng ở Việt Nam để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát

nước nhỏ trên đường, mà cụ thể trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN9845:2013 [5].

- Xây dựng các công thức thực nghiệm để tính cường độ mưa tính toán aT,p.

+) Ở Liên Xô cũ, Trung Quốc thường dùng dạng chung là, [25], [29], [32], [40], [52].

, pT

(1.15)

Hoặc một số công thức tương tự:



, pT

p  bT (

)

Công thức G.A. Alêchxâyep: (1.16)



, pT

p )1

( T



Công thức D.L. Sôkôlôpsky: (1.17)

Trong đó: S là sức mưa biểu thị mối quan hệ giữa cường độ mưa và tần suất



lg. NBA

thiết kế; sức mưa Sp ở tần suất p tính theo công thức (1.18) sau

S p

(1.18)

A, B, b là các hệ số vùng khí hậu, phụ thuộc vào từng vùng mưa

m là hệ số hình dạng cơn mưa, phụ thuộc vào từng vùng mưa

N là chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán (năm), N = 100/p với p là tần

suất thiết kế tính theo %, (lgN - logarit cơ số 10 của N)

T là thời đoạn mưa tính toán, khi tính toán lưu lượng Qp lấy T = .

+) Ở Ấn Độ thường dùng dạng, [29], [40].



, pT

. NK Tc 

(1.19)

Trong đó: K, x, c, m là các hệ số vùng khí hậu, phụ thuộc vào từng vùng mưa;

N là chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán; T là thời đoạn mưa tính toán.

+) Ở Mỹ thường dùng dạng, [29], [34], [40], [50].

, pT

C m 

(1.20)

Trong đó: C, m và d là các hệ số vùng khí hậu phụ thuộc vào vùng mưa và

chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán N; T là thời đoạn mưa tính toán.

+) Ở Nhật Bản: các dạng công thức thường dùng là, [59], [61].

a pT

,

C  bT

Công thức Talbol: (1.21)

- 20 -

, pT

C m T

Công thức Bernard: (1.22)

, pT

C m 

Công thức Kimijima: (1.23)



, pT

C  bT (

)

Công thức Sherman: (1.24)

Trong đó: C, b, m là các hệ số vùng khí hậu phụ thuộc vào vùng mưa và chu

kỳ lặp lại cơn mưa tính toán N; T là thời đoạn mưa tính toán.

+) Ở Indonesia: thường dùng dạng công thức Talbol (1.21), [61].

+) Ở Malaysia: thường dùng dạng công thức, [61].



, pT

. Nc  dT (

)

(1.25)

Trong đó: c, k, d, m là các hệ số vùng khí hậu phụ thuộc vào vùng mưa; N là

chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán; T là thời đoạn mưa tính toán.

+) Ở Hàn Quốc: thường dùng dạng công thức, [61].

,  pT

. Nk m T

(1.26)

Trong đó: k, x, m là các hệ số vùng khí hậu phụ thuộc vào vùng mưa; N là chu

kỳ lặp lại cơn mưa tính toán; T là thời đoạn mưa tính toán.

+) Ở Việt Nam: đã có nhiều nghiên cứu để phù hợp với điều kiện khí hậu ở nước ta,

các công thức sử dụng thường ở dạng công thức (1.15) hoặc (1.16).





./ Năm 1980, GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục đề xuất sử dụng công thức dạng

, pT

lg. NBA m T

(1.27) sau, [3], [31]: (1.27)

Với: aT,p là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p

A, B là hệ số vùng khí hậu, phụ thuộc vào từng vùng mưa

m là hệ số hình dạng cơn mưa, phụ thuộc vào từng vùng mưa

N là chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán

T là thời đoạn mưa tính toán.

Giáo sư đã xây dựng các hệ số A, B, m cho 18 trạm đại diện ở 18 vùng mưa

pn ,



trên toàn quốc. Khi trạm cần tính không phải là trạm đại diện thì cường độ mưa trạm

pT ,

* pT ,

* pn ,

  .  

   

cần tính được hiệu chỉnh theo công thức:

- 21 -

T,p là cường độ mưa tính toán ở trạm cần tính và trạm đại diện

n,p là lượng mưa ngày tính toán ở trạm cần tính và trạm đại

aT,p , a* Hn,p , H*

diện trong cùng một vùng mưa.

./ Năm 1973, TS Trần Hữu Uyển đề nghị sử dụng công thức dạng (1.28), [2], [3],



, pT

 lg. NBA mk NbT  ( . )

[12], như sau: (1.28)

Với: aT,p là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p

A, B, b, k là hệ số vùng khí hậu, phụ thuộc vào từng vùng mưa

m là hệ số hình dạng cơn mưa, phụ thuộc vào từng vùng mưa

N là chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán

T là thời đoạn mưa tính toán.

Tác giả đã xác lập các giá trị A, B, b, k, m cho 34 thành phố trong cả nước,

đến năm 1991 tác giả xác lập lại các giá trị A, B, b, k, m với số liệu đo mưa mới.

./ Năm 1979, TS Trần Việt Liễn đề nghị sử dụng công thức dạng (1.29), [3], [12],



, pT

 lg. NBA m bT  ( )

[16], như sau: (1.29)

Với: aT,p là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p

A, B, b là hệ số vùng khí hậu, phụ thuộc vào từng vùng mưa

m là hệ số hình dạng cơn mưa, phụ thuộc vào từng vùng mưa

N là chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán

T là thời đoạn mưa tính toán.

Tác giả đã xác lập các giá trị A, B, b, m cho 47 trạm đo mưa trong cả nước.

./ Công thức tính aT,p chung cho toàn miền Bắc Việt Nam của ĐH Xây Dựng Hà



a pT ,

 10 T (

lg5.12 66.0  )12

Nội, [32], như sau: (1.30)

Với: aT,p là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p

N là chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán

T là thời đoạn mưa tính toán

K1 là hệ số khí hậu, để chuyển trị số cường độ mưa tính toán chung

K  1

S %1 28

toàn miền Bắc về khu vực tính toán thiết kế,

S1% vũ suất của vùng thiết kế ứng với tần suất 1%, tra bảng lập sẵn

28 là vũ suất trung bình của toàn miền Bắc ứng với tần suất 1%.

- 22 -

./ Năm 1980, GS.TS Ngô Đình Tuấn, Trường Đại học Thủy Lợi, trong luận án





. e

tiến sĩ của mình đã đề xuất công thức dạng (1.31) như sau, [34].

a , pT

max,

(1.31)

Với: aT,p là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p

amax,p là cường độ mưa giới hạn khi T  0, ở tần suất p

m là hệ số hình dạng cơn mưa, phụ thuộc vào từng vùng mưa

T là thời đoạn mưa tính toán.

Tác giả đã xây dựng phương pháp luận xác định các thông số amax,p và hệ số

hình dạng cơn mưa m trong công thức, đã xác lập giá trị các hệ số này cho một số

trạm khí tượng ở nước ta như: trạm Láng, Sa Pa, Vinh, Lai Châu, Hà Giang, Đà

Nẵng, Tân Sơn Nhất, Rạch Giá, Liên Khương, Bảo Lộc.

+) Năm 2006, tác giả Lê Minh Nhật, Yasuto TACHIKAWA và Kaoru TAKARA [59]

đã sử dụng các công thức (1.21), (1.22), (1.23), (1.24) thường dùng ở Nhật Bản để

tính cường độ mưa tính toán aT,p (thể hiện kết quả tính toán bằng đường cong quan hệ

cường độ - thời gian - tần suất) cho 7 trạm khí tượng ở Việt Nam thuộc lưu vực sông

Hồng và sông Thái Bình là các trạm Láng, Bắc Giang, Hải Dương, Nam Định, Ninh

Bình, Thái Bình, Văn Lý với chuỗi số liệu đo mưa thực tế dài 30 năm, từ 1956 -

1985. Từ các dạng công thức (1.21), (1.22), (1.23), (1.24) thường dùng ở Nhật Bản

tác giả Lê Minh Nhật trong luận án tiến sĩ của mình đã rút ra dạng công thức chung



(1.32) như sau để tính cường độ mưa tính toán aT,p.

, pT

C 

( T

)

(1.32)

Với: C, b, v, m là các hệ số vùng khí hậu phụ thuộc vào vùng mưa và

chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán N

T là thời đoạn mưa tính toán.

+) Năm 2008, tại hội nghị Châu Á về mưa tổ chức ở Indonesia [61], tác giả Trần

Thục và nnk, Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và môi trường, đã sử dụng dạng

công thức (1.20) thường dùng ở Mỹ (công thức Wenzel, 1982) để khảo sát, tính

cường độ mưa tính toán aT,p (thể hiện kết quả bằng đường cong quan hệ cường độ -

thời gian - tần suất) cho 4 trạm khí tượng ở Việt Nam là Phú Quốc, Nho Quan, Tuần

Giáo, Tam Đảo với chuỗi số liệu đo mưa thực tế thu thập tại các trạm này dài 29 năm,

từ năm 1976 - 2004.

- 23 -

- Nhận xét.

+) Tất cả các công thức từ (1.15) đến (1.32) mặc dù thể hiện khác nhau, thêm vào

hoặc bớt đi một vài hệ số hồi quy trong từng công thức, nhưng tựu chung chúng đều

thuộc dạng công thức thực nghiệm tính cường độ mưa tính toán aT,p dựa vào đặc

trưng sức mưa S và hệ số hình dạng cơn mưa m. Theo đó, tử số là sức mưa biểu thị

quan hệ tỷ lệ thuận của aT,p với chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán N, còn mẫu số biểu

thị quan hệ tỷ lệ nghịch của aT,p với thời đoạn mưa tính toán T, bị triết giảm theo hàm

số mũ m. Tuy nhiên, từng công thức sẽ phù hợp với đặc điểm chế độ mưa khác nhau

ở từng nước.

+) Công thức thực nghiệm (1.14) thuộc dạng khác, dùng hệ số đặc trưng hình dạng

cơn mưa T và lượng mưa ngày tính toán Hn,p để tính cường độ mưa tính toán aT,p.

1.1.4. Nghiên cứu, phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến tính toán lưu lượng lũ thiết

kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

1.1.4.1. Khái quát chung về các nhân tố ảnh hưởng.

+) Có thể phân các nhân tố ảnh hưởng đến dòng chảy lũ của lưu vực nhỏ của công

trình thoát nước nhỏ trên đường thành ba loại chính là.

(i) Điều kiện khí hậu, mà cụ thể là mưa.

(ii) Các yếu tố mặt đệm.

(iii) Tác động của các hoạt động kinh tế - xã hội của con người.

+) Trong điều kiện khí hậu ở nước ta thì mưa là nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến dòng

chảy lũ của lưu vực nhỏ, các nhân tố khác như bốc hơi, . . . được coi là ảnh hưởng

không đáng kể vì đối với lưu vực nhỏ mưa lớn liên tục, lượng bốc hơi rất bé so với

lượng mưa nên bỏ qua.

+) Các yếu tố mặt đệm bao gồm: vị trí địa lý, đặc điểm địa hình, địa mạo, điều kiện

địa chất, thổ nhưỡng, đặc điểm bề mặt, hình dạng lưu vực, . . . Các yếu tố này ảnh

hưởng tới hai khâu chính là: quyết định đến quá trình tập trung dòng chảy và lượng

tổn thất. Ngoài ra vị trí địa lý, đặc điểm địa hình ảnh hưởng đến điều kiện khí hậu thể

hiện bằng các vùng, miền khí hậu khác khau trên cả nước. Địa hình tác động đến

mưa, đến dòng chảy lũ của lưu vực vừa trực tiếp, vừa gián tiếp.

./ Trực tiếp: tạo ra lượng mưa lớn do đón gió, tạo ra lượng mưa bé do khuất gió.

./ Gián tiếp: tập trung nước nhanh hay chậm do độ dốc lớn hay bé, mạng lưới

sông suối hình nan quạt hay hình lông chim, . . .

- 24 -

+) Hoạt động kinh tế - xã hội của con người ngày nay càng lớn, chúng có ảnh hưởng

tiêu cực hoặc tích cực. Tác động của các hoạt động này ảnh hưởng đến nhân tố khí

hậu như hiện tượng biến đổi khí hậu, nước biển dâng, ảnh hưởng làm thay đổi các

yếu tố mặt đệm lưu vực. Như vậy, tác động của hoạt động kinh tế - xã hội của con

người đến dòng chảy lũ của lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường là

tác động gián tiếp, xét nó thông qua hai nhân tố là mưa và các nhân tố mặt đệm.

+) Theo mức độ ảnh hưởng giảm dần đến dòng chảy lũ của lưu vực công trình thoát

nước nhỏ trên đường, có thể sắp xếp các nhân tố trên theo thứ tự: mưa  các yếu tố

mặt đệm (địa hình)  hoạt động kinh tế xã hội của con người. Ba nhân tố này thực ra

không độc lập mà chúng có mối quan hệ ràng buộc, chế ước, tác động lẫn nhau, một

yếu tố thay đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi của các yếu tố khác ở mức độ khác nhau.

1.1.4.2. Ảnh hưởng của nhân tố mưa.

- Mưa là nguyên nhân sinh dòng chảy. Mưa ở nước ta có tác dụng quyết định và duy

nhất cung cấp nguồn dòng chảy của lưu vực nhỏ. Mưa tác động đến lưu lượng dòng

chảy lũ của lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường ở thông số cường

độ mưa, thời gian mưa, tổng lượng mưa và những đặc tính khác của mưa.

- Quan hệ giữa mưa và dòng chảy ở nước ta khá chặt chẽ cả về không, thời gian và

định lượng. Có thể nói rằng ở đâu mưa nhiều thì ở đó dòng chảy phong phú, mùa mưa

quyết định mùa dòng chảy, mùa lũ gắn liền với những tháng mùa mưa, mùa cạn gắn

với những tháng mùa khô, các tháng mưa lớn thì dòng chảy cũng lớn. Theo rất nhiều

kết quả nghiên cứu, ở nước ta lượng mưa trong các tháng mùa mưa thường chiếm

khoảng 80% lượng mưa cả năm, đồng thời lượng dòng chảy trong mùa lũ cũng chiếm

khoảng 70% lượng dòng chảy cả năm [15], [25], [26], [29], [34], [38], [40]. Kết quả

của nhiều nghiên cứu, đặc biệt trong [34] đã chỉ ra rằng: đối với đặc điểm khí hậu và

mặt đệm ở nước ta thì có thể nói rằng chu kỳ dòng chảy lũ là chu kỳ mưa trên lưu

vực, và ta có thể dùng hệ số hiệu chỉnh đặc trưng mưa làm hệ số hiệu chỉnh dòng

chảy lũ tương ứng, đồng thời tần suất mưa là tần suất dòng chảy lũ, đối với lưu vực

nhỏ tính chất này càng khăng khít [34].

- Đối với lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta, tính chất

của mưa quyết định tính chất của lũ, lượng mưa trong một trận mưa càng lớn, lượng

dòng chảy lũ càng lớn, lũ càng ác liệt. Cường độ mưa càng lớn thì lớp nước lũ trên bề

mặt lưu vực càng lớn làm tốc độ tập trung nước càng nhanh, kết quả là cường suất lũ

- 25 -

càng lớn. Phân phối mưa theo thời gian ảnh hưởng trực tiếp đến cường suất lũ và lưu

lượng đỉnh lũ. Mưa tập trung với cường độ lớn sẽ hình thành lũ lớn và ngược lại.

1.1.4.3. Ảnh hưởng của các yếu tố mặt đệm.

- Tuy không có được ảnh hưởng quyết định như nhân tố mưa nhưng các yếu tố mặt

đệm có ảnh hưởng quan trọng tới lưu lượng lũ tính toán của lưu vực công trình thoát

nước nhỏ trên đường. Các yếu tố mặt đệm của lưu vực bao gồm: địa hình, địa mạo bề

mặt lưu vực, địa chất thổ nhưỡng, hình dạng, diện tích lưu vực, lòng sông suối, cỏ

cây, ao hồ, . . . . ảnh hưởng tới thời gian tập trung dòng chảy và lượng tổn thất.

- Địa hình ảnh hưởng ở các mặt: ảnh hưởng đến chế độ mưa (cao độ của địa hình,

hướng đón gió ẩm của sườn núi ảnh hưởng đến chế độ mưa, lượng mưa - điều này

được chỉ ra trong những nghiên cứu ở chương 2), độ dốc của địa hình (độ dốc của

sườn dốc lưu vực Jsd, độ dốc của lòng sông suối chính Jls) ảnh hưởng tới thông số thời

gian tập trung nước . Địa hình càng dốc thì tốc độ tập trung nước v càng nhanh nên

thời gian tập trung nước  càng nhỏ, lưu lượng lũ về càng lớn, cường suất lũ biến đổi

càng mạnh.

- Yếu tố địa mạo bề mặt lưu vực ảnh hưởng ở các mặt: ảnh hưởng đến lượng mưa bị

tổn thất và ảnh hưởng tới thời gian tập trung nước . Các yếu tố địa mạo gồm.

./ Lớp phủ bề mặt bằng vật liệu nhân tạo đối với lưu vực trong đô thị hay lớp phủ

thực vật rừng, cỏ cây đối với lưu vực của đường ngoài đô thị.

./ Ao, hồ, đầm lầy trên bề mặt lưu vực.

./ Đặc trưng nhám bề mặt: nhám sườn dốc lưu vực và nhám lòng sông suối chính.

+) Lớp phủ bề mặt lưu vực, rừng, cỏ cây, ao hồ, đầm lầy ảnh hưởng đến lượng tổn

thất và có tác dụng điều tiết nhất định.

+) Đặc trưng nhám bề mặt lưu vực (độ nhám bề mặt sườn dốc lưu vực nsd, độ nhám

lòng sông suối chính nls) ảnh hưởng tới thông số thời gian tập trung nước . Bề mặt

lưu vực càng nhám thì tốc độ tập trung nước v càng nhỏ nên thời gian tập trung nước

 càng lớn, tốc độ lũ về chậm lại, cường suất lũ điều hòa hơn nên lưu lượng đỉnh lũ

giảm đi.

- Điều kiện địa chất thổ nhưỡng của lưu vực quyết định đến lượng tổn thất nước mưa

do thấm, đây là dạng tổn thất chính của lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ

trên đường, do vậy ảnh hưởng đến chiều dầy dòng chảy lũ trên bề mặt lưu vực nên

ảnh hưởng tới thời gian tập trung nước  của lưu vực.

- 26 -

1.1.4.4. Ảnh hưởng của giá trị tần suất thiết kế tới trị số lưu lượng lũ tính toán.

- Công trình thoát nước trên đường được thiết kế theo tần suất, do vậy ngoài nhân tố

mưa, các yếu tố mặt đệm thì tần suất thiết kế p cũng ảnh hưởng tới trị số lưu lượng

thiết kế.

- Giá trị tần suất thiết kế p lớn hay nhỏ ảnh hưởng đến giá trị lưu lượng lũ tính toán của

công trình thoát nước nhỏ trên đường Qp. Khi thiết kế với giá trị tần suất p càng lớn

(p = 10%, 20%, 50%, . . .) thì Qp tính ra càng nhỏ và ngược lại khi thiết kế với giá trị

tần suất p càng nhỏ (p = 3%, 2%, 1%, . . .) thì Qp tính ra càng lớn.

- Khi thiết kế ở giá trị tần suất p nhỏ, lưu lượng thiết kế Qp lớn do vậy làm tăng khẩu

độ công trình thoát nước và có thể làm tăng chiều cao nền đắp. Trong trường hợp này

cần lưu tâm đến giải pháp vừa tăng khẩu độ, chiều cao công trình thoát nước đến mức

hợp lý, vừa tăng số lượng công trình thoát nước nhỏ trên đường nhằm giảm thiểu ảnh

hưởng bất lợi, tốn kém do phải tăng chiều cao đắp nền đường. Giải pháp này đặc biệt

hợp lý với công trình cống.

- Ở Việt Nam hiện nay, trong tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN4054-2005 [4] đang

quy định mức tần suất thiết kế p = 1% - 4% đối với cầu nhỏ, cống, rãnh đỉnh, rãnh

biên trên đường ôtô cấp I - VI và đường cao tốc. Trong tiêu chuẩn thiết kế thoát nước

đô thị TCVN7957-2008 [8], quy định chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán thiết kế N = 10

năm - 0.33 năm đối với kênh, mương, cống chính, cống nhánh khu vực trên đường đô

thị của thành phố lớn, loại I, đô thị loại II, loại III và các đô thị khác.

1.1.4.5. Tính chất ảnh hưởng tổng hợp của thông số cường độ mưa tính toán trong tính

toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

- Trong công thức cường độ giới hạn sử dụng để xác định lưu lượng thiết kế cho công

trình thoát nước nhỏ trên đường, thông số cường độ mưa tính toán a,p ở thời gian tập

trung nước  của lưu vực và tần suất thiết kế p là một đại lượng ảnh hưởng tổng hợp

đến tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế, bởi vì nó thể hiện tác động của tất cả các

nhân tố ảnh hưởng đến tính toán lưu lượng lũ thiết kế của công trình thoát nước nhỏ

trên đường là nhân tố về mưa, các yếu tố mặt đệm và tần suất thiết kế.

- Thật vậy, theo công thức định nghĩa xác định cường độ mưa tính toán a,p [công thức

,  a  p

,  

(4.2)’ chương 4], thì:

với: H,p là lượng mưa lớn nhất trong thời gian tập trung nước  của lưu vực ở

- 27 -

tần suất p hay lượng mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu

vực và tần suất thiết kế p

 là thời gian tập trung nước của lưu vực.

Rõ ràng: ./ Chế độ mưa ở vùng thiết kế quyết định đến trị số lượng mưa lớn nhất

thời đoạn tính toán H,p nên ảnh hưởng tới a,p.

./ Tần suất thiết kế p ảnh hưởng tới H,p nên ảnh hưởng tới a,p.

./ Các yếu tố mặt đệm ảnh hưởng tới thông số thời gian tập trung nước 

của lưu vực do vậy ảnh hưởng đến a,p.

- Ngoài ra, khác với thông số lượng mưa ngày tính toán Hn,p thì thông số cường độ mưa

tính toán a,p còn phản ảnh được ảnh hưởng của hình dạng cơn mưa.

Ht,p

Hình 1.4 cho thấy mặc dù

có cùng lượng mưa ngày tính toán

p ,  H

I I

Hn,p nhưng ở hai vùng mưa I và

p , n

p ,  H

vùng mưa II có hình dạng cơn

mưa khác nhau thì lượng mưa lớn



nhất trong thời đoạn tính toán H,p

ở hai vùng mưa khác nhau và kết

quả là cường độ mưa tính toán Hình 1.4: Ảnh hưởng của hình dạng cơn a,p = H,p /  cũng khác nhau. mưa tới cường độ mưa tính toán a,p

- Như vậy: Qua việc phân tích trên cho thấy các nhân tố ảnh hưởng đến dòng chảy lũ

của lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường như nhân tố mưa, các yếu

tố mặt đệm, tác động của hoạt động kinh tế - xã hội của con người thông qua hai nhân

tố là mưa và các yếu tố mặt đệm, cũng như thông số thời gian tập trung nước , thông

số tần suất thiết kế p đều có ảnh hưởng đến tính toán lưu lượng lũ công trình thoát

nước nhỏ trên đường thông qua tham số mang tính chất tổng hợp là cường độ mưa

tính toán a,p.

1.2. Những vấn đề còn tồn tại luận án tập trung giải quyết.

- Qua các phân tích, đánh giá ở trên thì vấn đề tồn tại cấp thiết nhất nổi lên trong việc

tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay

là việc xác định các tham số về mưa trong các công thức tính lưu lượng thiết kế công

trình thoát nước nhỏ trên đường. Các tham số về mưa hiện đang dùng do được xác lập

- 28 -

những năm về trước đây nên chưa phù hợp với yêu cầu tính toán lưu lượng thiết kế

công trình thoát nước nhỏ trên đường trong điều kiện tình hình thời tiết khí hậu ở

nước ta hiện nay.

- Việc phân vùng mưa (quá rộng, đã lâu) như đang dùng trong tiêu chuẩn thiết kế hiện

hành TCVN9845:2013 [5] là chưa phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu lượng thiết

kế công trình thoát nước nhỏ trên đường trong điều kiện hiện nay ở nước ta, cần đặt

vấn đề nghiên cứu hiệu chỉnh phù hợp.

- Thông số cường độ mưa tính toán là một tham số có tính chất tổng hợp, tính đại diện

cho chế độ mưa và hình dạng cơn mưa của vùng mưa, cho các đặc trưng mặt đệm của

lưu vực, cho thời gian tập trung nước và tần suất thiết kế, nó mang đặc trưng riêng

biệt của điều kiện khí hậu Việt Nam, do vậy nó là thông số cần thiết cho tính toán lưu

lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường, phản ánh sát hơn với điều kiện

khí hậu và địa hình Việt Nam. Cần nghiên cứu xác định tham số cường độ mưa tính

toán aT,p trong điều kiện khí hậu Việt Nam sử dụng để xác định lưu lượng thiết kế

công trình thoát nước nhỏ trên đường Qp đảm bảo mức độ chính xác yêu cầu.

1.3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài.

- Mục tiêu của đề tài nghiên cứu.

+) Nghiên cứu lý thuyết, phân tích được bản chất, đề xuất được nguyên tắc, phương

pháp, công thức xác định các tham số về mưa dùng trong các công thức tính toán lưu

lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường trong điều kiện Việt Nam.

+) Vận dụng vào thực tiễn: trước mắt, do chưa có đủ điều kiện nên đặt mục tiêu xác

định giá trị cụ thể các tham số về mưa tại khu vực 12 trạm khí tượng điển hình chọn

nghiên cứu, các giá trị cụ thể này được kiến nghị tham khảo sử dụng vào thực tế hiện

nay trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở những

khu vực này của nước ta.

- Nội dung nghiên cứu.

+) Luận án tập trung nghiên cứu xác định các tham số về mưa sau đây.

./ Nghiên cứu xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế phù

hợp với đặc điểm diễn biến thời tiết ở nước ta hiện nay chịu tác động của hiện tượng

BĐKH; xác định giá trị cụ thể của Hn,p cho 12 trạm khí tượng nghiên cứu trên cơ sở

chuỗi số liệu đo mưa thực tế thu thập đến thời điểm hiện nay, từ năm 1960 - 2010

trong đó khoảng thời gian cuối là ứng với bối cảnh có sự tác động của BĐKH.

- 29 -

./ Nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và vấn đề phân

vùng mưa phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước

nhỏ trên đường ở Việt Nam.

./ Nghiên cứu xác định tham số cường độ mưa tính toán aT,p ứng với thời gian tập

trung nước tính toán và tần suất thiết kế, đây là tham số ảnh hưởng tổng hợp trong

tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

+) Các tham số về mưa được nghiên cứu trên đều là các tham số được sử dụng trong

các công thức tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

1.4. Phương pháp nghiên cứu.

Phân tích thống kê là phương pháp chính được sử dụng trong luận án để nghiên

cứu xác định các tham số mưa dùng trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình

thoát nước nhỏ trên đường.

1.5. Nhận xét, kết luận chương 1.

+) Công thức cường độ giới hạn hiện được sử dụng rộng rãi và phổ biến để xác định

lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường. Công thức cường độ giới

hạn có cơ sở lý thuyết khá chặt chẽ, được xây dựng dựa trên cơ sở phân tích nguyên

nhân hình thành dòng chảy bằng lý thuyết tập trung nước từ lưu vực. Công thức có ưu

điểm là đơn giản, dễ sử dụng, không đòi hỏi quá nhiều thông số đầu vào nên hạn chế

được sai số do việc thiếu số liệu đầu vào gây ra, phù hợp với tính chất của lưu vực

nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường nằm phân tán, rải rác khắp nơi, sẽ rất

khó khăn trong việc xác định đúng và đủ nếu đòi hỏi quá nhiều thông số đầu vào.

+) Việc xác định lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường theo thông

số cường độ mưa tính toán a,p trong khoảng thời gian tập trung nước  của lưu vực là

phù hợp nhất với cở sở hình thành công thức cường độ giới hạn so với việc sử dụng

thông số lượng mưa ngày tính toán Hn,p. Bởi vì thời gian tập trung nước của lưu vực

nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường ngắn, thường chỉ chục phút đến vài giờ

nên sử dụng thông số cường độ mưa đã xét được ảnh hưởng của hình dạng cơn mưa,

xét được thời khoảng mưa gây lũ bất lợi nhất, điều mà thông số lượng mưa ngày

không thể xét được. Mặt khác, thông số cường độ mưa tính toán a,p là một đại lượng

ảnh hưởng tổng hợp đối với tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ

trên đường, nó phụ thuộc cả vào chế độ mưa, cả vào các đặc trưng mặt đệm của lưu

vực, cả vào thời gian tập trung nước, cả vào tần suất thiết kế. Như vậy trong công

- 30 -

thức cường độ giới hạn đã sẵn có một thông số mang tính chất tổng hợp đặc trưng cho

các nhân tố ảnh hưởng đến tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên

đường là thông số cường độ mưa tính toán a,p , nếu xác định được thông số cường độ

mưa tính toán a,p này và sử dụng nó để tính lưu lượng thiết kế Qp cho công trình

thoát nước nhỏ trên đường thì sẽ nâng cao được mức độ chính xác.

+) Trong các nhân tố ảnh hưởng đến tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát

nước nhỏ trên đường thì mưa là nhân tố quan trọng nhất, có ảnh hưởng quyết định.

Mưa và các thông số đặc trưng về mưa mang giá trị đặc trưng riêng biệt của điều kiện

khí hậu Việt Nam. Cần tập trung nghiên cứu xác định các tham số về mưa này để sử

dụng trong việc tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở

nước ta hiện nay.

- 31 -

Chương 2:

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM MƯA CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA HIỆN TƯỢNG BIẾN

ĐỔI KHÍ HẬU TRONG TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG

TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG

2.1. Khái quát về điều kiện khí hậu Việt Nam.

- Việt Nam nằm trong vành đai nội chí tuyến, thuộc vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, gió

mùa. Khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm không thuần nhất trên toàn lãnh thổ, thay đổi theo

mùa và theo vùng từ thấp lên cao, từ bắc vào nam, từ đông sang tây. Lãnh thổ Việt

Nam được chia làm hai miền khí hậu lớn và khác biệt, [9]. Miền Bắc, từ 16 độ vĩ bắc

(ngang đèo Hải Vân) trở ra phía bắc, là khí hậu nhiệt đới gió mùa, một năm có 4 mùa

rõ rệt xuân - hạ - thu - đông, chịu ảnh hưởng của gió mùa đông bắc và gió mùa đông nam, nhiệt độ không khí trung bình hàng năm < 240C. Miền Nam, từ 16 độ vĩ bắc trở

vào phía nam, do ít chịu ảnh hưởng của gió mùa nên khí hậu nhiệt đới khá điều hòa,

không có mùa đông, vùng đồng bằng nóng quanh năm và chia thành hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô, nhiệt độ không khí trung bình hàng năm từ 24 - 280C. Bên cạnh

đó, do cấu tạo địa hình Việt Nam còn có những vùng tiểu khí hậu, có nơi khí hậu ôn

đới như Sa Pa, Đà Lạt, có nơi thuộc khí hậu lục địa như Lai Châu, Sơn La.

- Việt Nam có lượng bức xạ mặt trời rất lớn, lượng bức xạ dồi dào, nắng trên toàn lãnh

thổ, thời gian nắng dài. Miền Bắc có số giờ nắng trung bình trong năm < 2000 giờ, tổng xạ trung bình hàng năm < 586 KJ/cm2. Miền Nam có số giờ nắng trung bình trong năm > 2000 giờ, tổng xạ trung bình hàng năm > 586 KJ/cm2. Độ ẩm tương đối

của không khí trên toàn lãnh thổ nước ta quanh năm cao, trung bình trên 80%

(từ 77% - 87%), [9].

- Trên toàn lãnh thổ nước ta, lượng mưa và thời gian mưa hàng năm tương đối lớn,

trung bình từ 1100 - 8000 mm/năm và từ 67 - 223 ngày mưa/năm. Mưa phân bố không

đều và tập trung vào các tháng mùa mưa. Nhiều trận mưa có cường độ lớn, nhiều đợt

mưa liên tục, kéo dài, gây lũ lụt. So với lượng mưa trung bình năm ở các nước cùng

vĩ độ thì Việt Nam được đánh giá là có lượng mưa khá dồi dào, cao gấp khoảng 2.4

lần [25].

- Do ảnh hưởng của gió mùa và sự phức tạp của địa hình nên Việt Nam thường gặp

những hiện tượng thời tiết đặc biệt, gây bất lợi như: bão, lốc, lũ lụt, lũ quét, . . . .

- 32 -

- Mưa ở nước ta phân bố không đều theo không gian và thời gian. Chế độ mưa ở nước

ta rất phong phú, thể hiện theo mùa rõ rệt. Một năm phân ra hai mùa là mùa khô và

mùa mưa, các trận mưa gây lũ lớn tập trung chủ yếu vào mùa mưa. Mùa mưa ở nước

ta chậm dần từ bắc vào nam. Chế độ mưa chịu ảnh hưởng của ba yếu tố chính là.

(i) Các hình thế thời tiết gây mưa hay nguyên nhân gây mưa.

(ii) Gió.

(iii) Địa hình.

- Các hình thế thời tiết gây mưa lớn ở nước ta rất phức tạp. Do lãnh thổ Việt Nam trải

dài trên 10 vĩ độ Bắc, lại nằm ở vùng thường gặp gỡ của các nhiễu động thời tiết như

bão, áp cao Thái Bình Dương, áp thấp nhiệt đới, dải hội tụ nhiệt đới, không khí lạnh,

xoáy thuận, . . . nên nguyên nhân hình thành mưa lũ lớn ở mỗi khu vực cũng khác

nhau. Mưa lớn gây lũ lớn ở nước ta chủ yếu là các vùng đồi núi phía Bắc, miền Trung

và Tây Nguyên. Theo nhiều kết quả nghiên cứu, điển hình trong [29] thì.

+) Ở miền Bắc: nguyên nhân gây mưa lớn hầu như là sự kết hợp hoặc hoạt động liên

tiếp của nhiều hình thế thời tiết, phần lớn các trận mưa lớn là do kết hợp hoặc liên

tiếp xảy ra của 2 hoặc 3 hình thế thời tiết (chiếm 77%), thậm chí có những trận mưa

lớn có tới 5 đến 7 hình thế thời tiết kết hợp hoặc liên tiếp hoạt động, những trận mưa

lũ do một hình thế thời tiết đơn độc xảy ra rất hiếm, trừ khi do bão. Do vậy mưa lớn

khu vực miền Bắc có đặc điểm là trận mưa dài ngày, thường từ vài ngày đến hai hay

ba tuần, trung bình khoảng 7 đến 8 ngày, mỗi trận thường gồm nhiều đợt mưa, 2 đến

3 đợt, thậm chí tới 4 hay 5 đợt, mỗi đợt chỉ tập trung 1 đến 3 ngày, thời gian giữa các

đợt mưa khoảng từ 5 - 7 giờ đến trên dưới 1 ngày, trong thời gian này thường có mưa

nhỏ hoặc không mưa. Mưa lũ lớn xảy ra trên một diện tích rộng, mỗi trận mưa lũ lớn

thường có nhiều tâm mưa, vị trí của các tâm mưa phụ thuộc vào các hình thế thời tiết

gây mưa, điều kiện địa hình và vị trí của lưu vực, các tâm mưa có lượng mưa đạt trên

500mm/trận thường chiếm một phần rất nhỏ so với diện tích lưu vực. Sự phân bố

mưa theo không gian và thời gian không đều. Tính thất thường của mưa gây lũ thể

hiện ở sự biến động của lượng mưa từng năm, từng tháng, từng ngày. Do lượng mưa

lớn, cường độ mưa lớn, độ dốc của vùng núi lớn, rừng bị tàn phá nhiều nên cường

suất nước lũ dâng rất lớn [29].

+) Đối với khu vực miền Trung và Tây Nguyên: nguyên nhân gây mưa lớn và đặc

biệt lớn ở khu vực miền Trung chủ yếu là do loại hình thời tiết là bão hoặc áp thấp

nhiệt đới, bão hoặc áp thấp nhiệt đới kết hợp với không khí lạnh, đôi khi là các trận

- 33 -

bão liên tiếp. Do vậy mưa lớn khu vực miền Trung có đặc điểm là thời gian của trận

mưa tùy theo hình thế thời tiết gây mưa có thể kéo dài từ 2 - 3 ngày cho tới 10 - 12

ngày. Tâm mưa và lượng mưa phụ thuộc rất nhiều vào nguyên nhân gây mưa mà chủ

yếu là bão. Tâm mưa luôn ở sát vị trí đổ bộ của bão hoặc xê dịch đi chút ít, lượng

mưa tại tâm mưa thường từ 300 - 500mm/trận, đặc biệt có những trận mưa có lượng

mưa trận tại tâm mưa đạt tới trên 1000mm. Lượng mưa một ngày tại khu vực miền

Trung đạt trên 600 - 700mm không phải là hiếm như khu vực miền Bắc, lượng mưa

một ngày đạt trên 400mm là thường xuyên. Do đặc điểm địa hình của khu vực miền

Trung và Tây Nguyên với dãy Trường Sơn chạy dọc theo chiều dài khu vực và rất

gần biển nên mưa phân hóa dọc theo chiều dài của khu vực là rất rõ nét. Nói chung

mưa lũ ở miền Trung và Tây Nguyên chủ yếu là do bão và áp thấp nhiệt đới gây ra

nên thường mưa không kéo dài nhưng tập trung và diện mưa cũng khá rộng với

cường độ mưa lớn nên thường gây ra lũ rất ác liệt với hậu quả nghiêm trọng do kết

hợp với điều kiện địa hình hẹp, dốc lớn [29]. Vùng cửa sông lại chịu ảnh hưởng của

thủy triều và nước biển dâng do bão mạnh nên càng tăng mức độ ngập lụt của lũ

trong vùng. Đây là một vấn đề cần lưu tâm trong tính toán thiết kế các công trình

thoát nước ở khu vực này.

+) Đối với miền Nam: các hình thế thời tiết gây mưa đơn giản hơn, chế độ mưa ít thất

thường hơn nhưng hay xảy ra tác động kép của mưa lớn và hiện tượng thủy triều dâng

làm gia tăng mức độ ngập lụt trong vùng.

+) Đặc điểm mưa gây lũ lưu vực nhỏ: đối với lưu vực nhỏ thì mưa được xem như

phân bố đều trên lưu vực và ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng lũ, thời gian lũ, cường

suất lũ và tổng lượng lũ. Khác với lưu vực lớn thì mưa lớn và mưa đặc biệt lớn trên

diện rộng là do kết hợp của nhiều hình thế thời tiết, nhưng đối với lưu vực nhỏ thì chỉ

cần một hình thế thời tiết cũng gây mưa với cường độ và lượng mưa lớn như mưa

bão, áp thấp nhiệt đới và đặc biệt là mưa dông thường diễn ra với cường độ lớn trên

diện tích không lớn trong một thời gian ngắn. Mưa dông mang những sắc thái có tính

chất địa phương [40]. Một đặc điểm rất rõ nét của lưu vực nhỏ là có thể gây ra lũ lớn

và lũ đặc biệt lớn khi xuất hiện cơn mưa có cường độ lớn mặc dù thời gian mưa ngắn

hơn, lượng mưa ngày có thể nhỏ hơn những ngày khác do vậy ngoài các nguyên nhân

gây mưa lũ như đối với lưu vực lớn thì mưa dông cũng là một nguyên nhân gây ra lũ

ở lưu vực nhỏ.

- 34 -

- Ngoài nguyên nhân hình thành thì chế độ mưa còn bị chi phối bởi các yếu tố khí hậu

và đặc điểm mặt đệm. Trong các yếu tố khí hậu ảnh hưởng đến mưa thì chế độ gió

đóng vào trò quan trọng nhất. Ở các tỉnh miền Bắc nước ta về mùa đông gió mùa

đông bắc mang không khí lạnh và khô từ lục địa phía bắc xuống, lượng mưa do đó ít

và cường độ mưa nhỏ. Mùa hạ các khí đoàn nóng ẩm ngự trị, thêm vào đó là các hình

thế thời tiết gây mưa như bão, dải hội tụ nhiệt đới, . . . thường gây ra mưa lớn. Gió

mùa đông bắc từ biển vào lại gây mưa lớn ở các tỉnh miền Trung. Hướng gió, vận tốc

gió là những yếu tố ảnh hưởng đến chế độ mưa, nghiên cứu số liệu thống kê trong [9]

thì vận tốc hướng gió chính trung bình trong các tháng mùa mưa trong năm thường

lớn gấp 1.5 - 2 lần vận tốc gió trung bình năm và chính chúng có ảnh hưởng đến chế

độ mưa ở nước ta.

- Trong các yếu tố mặt đệm thì điều kiện địa hình có ảnh hưởng trội nhất đối với mưa.

Địa hình ảnh hưởng đến mưa là yếu tố độ cao và hướng của sườn núi đón gió ẩm.

Hướng của sườn núi đón gió do địa hình tạo ra gây ‘‘hiệu ứng chặn trước núi’’,

không khí bị nhiễu động mạnh nên mưa nhiều hơn ở sườn núi hướng đón gió ẩm so

với sườn núi phía khuất gió. Độ cao của địa hình cũng ảnh hưởng đến chế độ mưa và

lượng mưa. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy khi độ cao tăng thì lượng mưa tăng do

nhiệt độ giảm thấp và độ ẩm tăng, tuy nhiên quan hệ này chỉ tồn tại đến một độ cao

giới hạn nào đó thì chấm dứt, độ cao giới hạn này ở Việt Nam ước lượng là 1800 -

2000m [21], [25], [26], [38]. Độ cao bình quân của lưu vực nhỏ của công trình thoát

nước nhỏ trên đường ở nước ta đều thường nằm trong các giới hạn này. Do ảnh

hưởng của địa hình trong một vùng có điều kiện khí hậu tương đối đồng nhất có thể

tồn tại những vùng mưa lớn thường gọi là những tâm mưa, ở nước ta có những trung

tâm mưa lớn như Đông Triều, Bắc Quang, Hoàng Liên Sơn, Tam Đảo, Bà Nà, Trà

Mi, Bạch Mã, . . . , lượng mưa trung bình năm tại các trung tâm mưa này rất lớn, có

thể đạt trên 3000mm, tâm mưa lớn nhất Việt Nam là Bạch Mã có lượng mưa trung bình năm đạt trên 8000mm. Vùng có lượng mưa lớn kéo dài từ vĩ tuyến 150 vĩ bắc đến 160 vĩ bắc gọi là vĩ tuyến nước. Ngược lại, những trung tâm mưa nhỏ được hình

thành ở những vùng thấp, khuất hoặc nằm song song với hướng gió ẩm, như các vùng

An Châu, Sơn La, Mường Xén, khu vực tỉnh Ninh Thuận, . . . lượng mưa trung bình

năm tại những khu vực này chỉ đạt trên dưới 1000mm, đặc biệt khu vực tỉnh Ninh

Thuận lượng mưa trung bình năm chỉ đạt khoảng 800mm. Vùng có lượng mưa nhỏ

- 35 -

kéo dài ở duyên hải cực nam Trung Bộ từ vĩ tuyến 100 vĩ bắc đến 120 vĩ bắc là vùng ít

mưa khá điển hình ở nước ta, [15], [25].

- Khi thực hiện nghiên cứu, khảo sát số liệu thống kê trong [9], là nguồn số liệu đã

được soát xét lại năm 2008, cho 54 trạm khí tượng phân bố trên toàn quốc, cho thấy

xu hướng ở nước ta nơi nào có lượng mưa trung bình năm lớn thì thường ở độ cao lớn

và cũng thường có vận tốc gió hướng chính trung bình trong các tháng mùa mưa

trong năm lớn. Tuy nhiên, cũng có nhiều điểm ngoại lệ vì chế độ mưa còn phụ thuộc

vào nhiều nhân tố khác nữa.

- Trong những năm gần đây, khí hậu Việt Nam chịu nhiều ảnh hưởng của hiện tượng

BĐKH, gây tác động tiêu cực đến chế độ mưa ở nước ta. Điều này được thể hiện rất

rõ qua các nghiên cứu trong các kịch bản biến đổi khí hậu ở nước ta do Bộ Tài

nguyên và Môi trường công bố.

2.2. Giới thiệu về mạng lưới các trạm khí tượng và nguồn số liệu đo mưa ở nước ta.

- Ở nước ta, chỉ đến cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 thì hệ thống các trạm quan trắc khí

tượng thủy văn mới được hình thành do người Pháp lập, tuy nhiên số trạm quan trắc

còn ít, chủ yếu là trạm quan trắc thủy văn trên các hệ thống sông lớn và đo mực nước.

Chỉ từ năm 1959, ở miền Bắc sau khi giải phóng, hệ thống các trạm quan trắc khí

tượng thủy văn mới được mở rộng trên quy mô lớn và tổ chức quan trắc có hệ thống,

đầy đủ nhất. Ở miền Nam, số liệu quan trắc khí tượng từ những năm 1978 - 1980 trở

về đây là tin cậy vì đầy đủ, liên tục và có hệ thống, còn những năm từ khoảng 1980

trở về trước do hoàn cảnh lịch sử để lại nên không có số liệu quan trắc hoặc có nhưng

rất tản mạn, thất lạc nên được coi là có độ tin cậy không cao.

- Theo nguồn của Trung tâm khí tượng thủy văn Quốc gia, từ năm 1991 mạng lưới các

trạm đo mưa ở nước ta đã được quy hoạch lại theo đúng tiêu chuẩn. Hiện nay có

khoảng 172 trạm khí tượng, 231 trạm thủy văn, trên 400 điểm đo mưa nhân dân đang

hoạt động (không kể các điểm đo mưa nhân dân đã ngừng). Tổng cộng có khoảng

trên 800 điểm đo mưa phân bố khắp trên toàn lãnh thổ, đạt mật độ trung bình cả nước khoảng 433 km2/điểm đo mưa, dầy nhất ở vùng Đồng bằng bắc bộ, đến Vùng núi và

trung du bắc bộ, đến vùng Nam bộ, đến miền Trung, thưa nhất là Tây Nguyên, [26].

Thiết bị đo mưa tự ghi đã có ở hầu hết các trạm khí tượng, chiếm khoảng 20% tổng

số điểm đo mưa, mỗi tỉnh đều có tối thiểu 1 trạm khí tượng có máy đo mưa tự ghi, có

tỉnh có đến  2 - 3 trạm, các điểm đo mưa còn lại chỉ có thiết bị đo lượng mưa ngày.

- 36 -

Trong những năm qua máy đo mưa tự ghi đã được đầu tư lắp đặt ở nhiều trạm khí

tượng. Nhiều máy móc, công nghệ đo mưa hiện đại được nghiên cứu áp dụng như

công nghệ đo mưa bằng ra đa thời tiết, đo được mưa liên tục trong một vùng, . . . Điều

này đã làm phong phú và chính xác hơn nguồn dữ liệu đo mưa tự ghi ở nước ta.

- Trong luận án đã thu thập số liệu đo mưa tự ghi tại 12 trạm khí tượng, chọn trạm điển

hình cho mỗi khu vực địa lý trên toàn quốc để nghiên cứu như ở Bảng 2.1 sau.

TT Vùng địa lý và Đài khí

tượng thủy văn

1 Vùng Tây Bắc - Đài

Tây Bắc

2 Vùng Việt Bắc - Đài

Việt Bắc

3 Vùng Đông Bắc - Đài Đông Bắc 4 Vùng Đồng bằng Bắc Bộ - Đài Đồng bằng Bắc Bộ

Trạm khí tượng chọn nghiên cứu 1- Trạm Lai Châu, Thị xã Mường Lay - Tỉnh Điện Biên 2- Trạm Tuyên Quang, TP.Tuyên Quang - Tỉnh Tuyên Quang 3- Trạm Lạng Sơn, Thành phố Lạng Sơn - Tỉnh Lạng Sơn 4- Trạm Láng - Q. Đống Đa 5- Trạm Hà Đông - Q. Hà Đông 6- Trạm Sơn Tây, TX. Sơn Tây - Đều của TP. Hà Nội

5 Vùng và Đài Bắc

Trung Bộ

6 Vùng và Đài Trung

Trung Bộ + Bắc Hải Vân + Phía nam đèo Hải Vân

7 Vùng và Đài Nam

Trung Bộ

8 Vùng Tây Nguyên - Đài Tây Nguyên 9 Vùng Nam Bộ - Đài

Nam Bộ

7- Trạm Vinh, Thành phố Vinh - Tỉnh Nghệ An 8- Trạm Đồng Hới, Thành phố Đồng Hới - Tỉnh Quảng Bình 9- Trạm Đà Nẵng, Thành phố Đà Nẵng 10- Trạm Nha Trang, Thành phố Nha Trang - Tỉnh Khánh Hòa 11- Trạm Buôn Ma Thuột, TP. Buôn Ma Thuột - Tỉnh Đắk Lắk 12- Trạm Cần Thơ, Thành phố Cần Thơ

Chuỗi số liệu đo mưa thu thập 1960 - 2010 50 năm 1960 - 2010 50 năm 1960 - 2010 50 năm 1960 - 2010 1960 - 2010 1960 - 2010 50 năm 1960 - 2010 50 năm 1960 - 2010 50 năm 1980 - 2010 30 năm 1980 - 2010 30 năm 1980 - 2010 30 năm 1980 - 2010 30 năm

Bảng 2.1: Thông tin về số liệu đo mưa ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu

Nguồn cung cấp dữ liệu đo mưa: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc Gia.

Số liệu đo mưa, tọa độ, cao độ các trạm khí tượng chọn nghiên cứu xem tại Phụ

lục 11, Quyển phụ lục luận án.

Ghi chú: Theo đặc điểm vị trí địa lý, Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia

thành lập 9 Đài khí tượng thủy văn khu vực cho 9 vùng địa lý trên toàn quốc. Do

- 37 -

chưa có điều kiện thu thập số liệu đo mưa ở tất cả các trạm nên mỗi khu vực địa lý

chỉ lấy số liệu đo mưa tại 1 - 3 trạm khí tượng chọn để phân tích nghiên cứu.

- Các đặc trưng về mưa luận án thu thập chủ yếu tập trung vào các yếu tố liên quan đến

thiết kế và xây dựng các công trình thoát nước trên đường. Cụ thể thu thập:

1) Lượng mưa thời đoạn lớn nhất năm đo được trên máy đo mưa tự ghi tại các trạm

khí tượng theo từng năm, từ năm 1960 - 2010. Thời đoạn được chọn để thu thập tài

liệu lượng mưa thời đoạn lớn nhất năm theo yêu cầu khảo sát quy luật của lượng

mưa và cường độ mưa thay đổi theo thời gian và tần suất mưa tính toán, cụ thể thu

thập lượng mưa thời đoạn lớn nhất năm ở các thời đoạn T = 5ph, 10ph, 20ph, 30ph,

60ph, 180ph, 360ph, 540ph, 720ph, 1080ph, 1440phút cho từng năm để khảo sát và

phục vụ việc tính toán xác định lượng mưa lớn nhất thời đoạn tính toán HT,p ,

cường độ mưa trung bình lớn nhất thời đoạn tính toán aT,p theo tần suất thiết kế.

2) Lượng mưa ngày theo từng ngày, từng tháng trong năm, liên tục từ năm 1960 -

2010 tại các trạm khí tượng theo yêu cầu khảo sát chế độ mưa cần đến lượng mưa

năm, lượng mưa tháng và lượng mưa ngày lớn nhất năm. Đồng thời phục vụ việc

tính toán xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế.

3) Số ngày mưa trong từng tháng, từng năm ở các trạm khí tượng, liên tục từ năm

1960 - 2010 theo yêu cầu khảo sát chế độ mưa. Thời điểm ngày, tháng xuất hiện

trong năm của lượng mưa ngày lớn nhất năm và của lượng mưa thời đoạn lớn nhất

năm ở các thời đoạn T chọn khảo sát tại các trạm khí tượng theo từng năm, từ năm

max.

1960 - 2010 theo yêu cầu khảo sát so sánh quy luật giữa lượng mưa ngày lớn nhất

max và cường độ mưa trung bình thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

năm Hngày

- Dựa vào tài liệu về mưa nói trên, tiến hành tính toán, phân tích, nghiên cứu các quy

luật biến đổi các tham số về mưa và giải quyết các nội dung được luận án đặt vấn đề.

2.3. Nghiên cứu đặc điểm biến đổi của mưa chịu tác động của hiện tượng biến đổi

khí hậu và ảnh hưởng của nó đến tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế công trình

thoát nước nhỏ trên đường.

2.3.1. Đặt vấn đề.

Mưa vừa có tính ngẫu nhiên, vừa có tính chu kỳ. Tính ngẫu nhiên thể hiện ở sự

xuất hiện của một giá trị cụ thể tại một thời điểm nào đó, tính chu kỳ phản ánh quy

luật thay đổi của xu thế bình quân trong những khoảng thời gian dài. Chế độ mưa có

thể được hiểu là sự thay đổi có quy luật của mưa theo không gian, thời gian. Thông số

đặc trưng quan trọng của mưa thường sử dụng trong tính toán lưu lượng dòng chảy lũ

- 38 -

trên lưu vực là lượng mưa ngày và cường độ mưa, do vậy cần tập trung làm rõ về hai

thông số này khi nghiên cứu chế độ mưa ở nước ta trong tính toán lưu lượng lũ công

trình thoát nước nhỏ trên đường.

Với chuỗi số liệu đo mưa thực tế thu thập rất dài, tới 50 năm, liên tục từ năm

1960 - 2010 nên kết quả nghiên cứu đảm bảo độ tin cậy cần thiết, phù hợp với diễn

biến thời tiết đến thời điểm hiện nay ở khu vực các trạm khí tượng điển hình chọn

nghiên cứu.

2.3.2. Nội dung nghiên cứu.

Việc nghiên cứu được thực hiện trên các nội dung và các chỉ tiêu đánh giá như sau.

2.3.2.1. Mùa mưa, mùa khô.

- Mùa mưa ở nước ta chậm dần từ bắc vào nam. Ở miền Bắc mùa mưa thường từ tháng

V đến tháng IX, Bắc Trung Bộ mùa mưa thường là các tháng VIII đến tháng XII, sau

đó chậm dần và đến Nam Trung Bộ thường là các tháng từ IX đến XII, Tây Nguyên

cùng vĩ độ nhưng mùa mưa tương tự miền Bắc, Nam Bộ mùa mưa từ tháng IV, V đến

tháng X, XI. Tóm lại, trừ vùng duyên hải Trung Bộ có mùa mưa bắt đầu muộn nhất

do địa hình của dãy Trường Sơn phối hợp với hoàn lưu đông bắc tạo nên, còn phần

lớn lãnh thổ nước ta có mùa mưa bắt đầu từ tháng IV, V và kết thúc vào tháng X, XI.

Mùa mưa tuy dài ngắn khác nhau, dao động từ 4 đến 6 tháng nhưng có tới 70 - 90%

lượng mưa cả năm tập trung vào mùa mưa [25], [26], [38].

- Để phân biệt mùa mưa, mùa khô trong năm luận án sử dụng chỉ tiêu ‘‘vượt tổn thất’’

sẽ phù hợp với thực tiễn lượng mưa ở nước ta [34]. Theo chỉ tiêu này: mùa mưa là

mùa gồm những tháng liên tục có lượng mưa vượt lượng tổn thất (thường lấy là 100

mm/tháng) với tần suất vượt p  50%.

Nghĩa là: p{ (Htháng)i  100 mm/tháng }  50%

với: (Htháng)i là lượng mưa tháng của tháng cần phân loại (mm/tháng)

100 mm/tháng là giá trị lượng tổn thất kiến nghị sử dụng khi phân

mùa mưa ở nước ta, theo nghiên cứu của GS.TS Ngô Đình Tuấn

trong [34].

- Kết quả nghiên cứu về mùa mưa trong năm trên chuỗi số liệu đo mưa thu thập từ năm

1960 - 2010 ở 12 trạm khí tượng điển hình chọn nghiên cứu như ở Bảng 2.2. Nhận

thấy về tổng thể mùa mưa ở nước ta chưa có sự dịch chuyển, thay đổi so với các kết

quả đã nghiên cứu trước đây, tuy nhiên có những dao động trong những năm về gần

- 39 -

đây. Lượng mưa trong các tháng mùa mưa trong năm trung bình ở các trạm khí tượng

khảo sát với số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010 dao động từ 61.2% - 93%.

2.3.2.2. Tháng mưa nhiều ngày, ít ngày.





mua

nhieu

ngay



thang mua 30 tháng là số ngày mưa trong tháng (ngày)

- Để phân biệt tháng mưa nhiều ngày, ít ngày sử dụng hệ số phân loại Kmưa-nhiều-ngày.

Trong đó: Nmưa

30 là số ngày trong tháng.

Phân biệt tháng mưa nhiều ngày, ít ngày như sau.

Tháng mưa ít ngày: Kmưa-nhiều-ngày < 0.5

Tháng mưa nhiều ngày: Kmưa-nhiều-ngày  0.5

- Kết quả nghiên cứu tháng mưa nhiều ngày, ít ngày trên chuỗi số liệu đo mưa từ năm

1960 đến năm 2010 ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu, có so sánh với kết quả

nghiên cứu về tháng mùa mưa, mùa khô như tổng hợp trong Bảng 2.2 sau đây.

Bảng 2.2: Tổng hợp kết quả nghiên cứu tháng mưa nhiều ngày trong năm, so

sánh với kết quả nghiên cứu tháng mùa mưa trong năm tại 12 trạm khí tượng

chọn nghiên cứu từ năm 1960 – 2010

TT Trạm khí tượng, địa danh Tháng mưa nhiều ngày Tháng mùa mưa

trong năm (bình quân) trong năm (bình quân)

Số tháng Thời điểm xuất hiện Số tháng mùa mưa Thời điểm mùa mưa

1 Trạm TX. Mường Lay 4 tháng T5  T8 6 tháng T4  T9

2 Trạm TP. Tuyên Quang 6 tháng T3  T8 7 tháng T4  T10

3 Trạm TP. Lạng Sơn 4 tháng T5  T8 5 tháng T5  T9

4 Trạm Láng - Hà Nội 6 tháng T3  T8 6 tháng T5  T10

5 Trạm Hà Đông - Hà Nội 6 tháng T3  T8 6 tháng T5  T10

6 Trạm TX. Sơn Tây – HN 6 tháng T3  T8 6 tháng T5  T10

7 Trạm TP. Vinh 4 tháng T8  T11

4 tháng T2  T3 & T9  T10

8 Trạm TP. Đồng Hới 4 tháng T9  T12 4 tháng T8  T11

9 Trạm TP. Đà Nẵng 4 tháng T9  T12 5 tháng T8  T12

10 Trạm TP. Nha Trang 4 tháng T9  T12 6 tháng T7  T12

6 tháng T5  T10 6 tháng T5  T10

11 Trạm TP. Buôn Ma Thuột 12 Trạm TP. Cần Thơ 7 tháng T5  T11 7 tháng T5  T11

- 40 -

- Nhận xét.

 Tháng mùa mưa chưa hẳn là tháng mưa nhiều ngày và ngược lại. Điều đó cho thấy

lượng mưa không rải đều ở các ngày mưa mà tập trung vào một số đợt mưa lớn.

 Đối với các trạm khí tượng nghiên cứu từ đèo Hải Vân trở ra phía Bắc không có

sự trùng lặp hoàn toàn giữa tháng mùa mưa và tháng mưa nhiều ngày. Đối với các

trạm nghiên cứu từ đèo Hải Vân trở vào phía Nam cơ bản có sự trùng lặp giữa

tháng mùa mưa và tháng mưa nhiều ngày về số lượng các tháng và thời điểm xuất

hiện, tức tháng mùa mưa cũng thường chính là tháng mưa nhiều ngày. Tuy nhiên

trong chuỗi số liệu quan trắc vẫn có những năm có sự so lệch giữa tháng mùa mưa

và tháng mưa nhiều ngày ở các trạm khảo sát phía Nam, nhưng mức độ so lệch

không lớn lắm, số năm có sự so lệch cũng chiếm tỷ trọng nhỏ trong chuỗi số liệu

quan trắc, sự so lệch này ở các trạm ở các vùng cũng xấp xỉ nhau.

2.3.2.3. Xu hướng và mức độ biến thiên lượng mưa năm và số ngày mưa trong năm.

- Vẽ đường xu hướng biến thiên trung bình theo thời gian (theo năm) của đại lượng

mưa khảo sát. Hệ số góc của đường xu hướng cho biết được tính chất và mức độ tăng

hay giảm theo thời gian của đại lượng khảo sát. Hệ số góc mang dấu dương biểu thị

xu hướng tăng theo thời gian, mang dấu âm biểu thị xu hướng giảm theo thời gian.

Giá trị tuyệt đối của hệ số góc càng lớn thì xu hướng tăng hoặc giảm theo thời gian

càng mạnh và ngược lại.

Để làm rõ hơn xu hướng, mức độ biến thiên trong từng thời kỳ, phát hiện ra

quy luật dao động theo chu kỳ của đại lượng mưa khảo sát, sử dụng thêm đường

trung bình trượt kép 5 năm, [14], [28].

- Hình 2.1 và hình 2.2 dưới đây là ví dụ tìm xu hướng biến thiên theo thời gian của

thông số lượng mưa năm Hnăm và số ngày mưa trong năm tại trạm Láng, Hà Đông và

TX.Sơn Tây của TP.Hà Nội trong thời gian từ năm 1960 - 2010. Các điểm có đánh

dấu là các năm gần đây có xuất hiện lượng mưa năm lớn đột biến. ‘‘ ’’

Tổng hợp kết quả nghiên cứu trên chuỗi số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010

ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu cho biết xu hướng và mức độ biến thiên theo

thời gian của lượng mưa năm và số ngày mưa trong năm như ở Bảng 2.3 sau.

- Các nhận xét.

 Lượng mưa một năm bình quân ở các trạm nghiên cứu từ năm 1960 - 2010 dao

động từ 1300 - 2300 mm, ít nhất ở trạm TP. Lạng Sơn 1314mm/năm rồi đến trạm

- 41 -

TP. Nha Trang 1403mm/năm, nhiều nhất ở trạm TP. Đà Nẵng 2285mm/năm rồi

đến trạm TP. Đồng Hới 2180mm/năm, trạm TX. Mường Lay 2116mm/năm, trạm

TP. Vinh 2040mm/năm. Số ngày mưa một năm bình quân ở các trạm nghiên cứu

dao động từ 121 - 159 ngày, chiếm tỷ trọng từ 33 - 45% tổng số ngày trong năm,

thường là từ 40 - 42%. Nhìn vào Bảng 2.3 thấy, xu hướng và mức độ biến thiên

theo thời gian của lượng mưa năm và số ngày mưa trong năm xuất hiện cả tăng và

Hình 2.1: Xu hướng biến thiên lượng Hình 2.2: Xu hướng biến thiên số

mưa năm tại trạm Láng, trạm Hà ngày mưa trong năm tại trạm Láng,

Đông, trạm TX.Sơn Tây của TP.Hà trạm Hà Đông, trạm TX.Sơn Tây của

Nội từ năm 1960 - 2010 TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010

‘‘ ’’ Các điểm đánh dấu là các giá trị lớn đột biến xuất hiện trong những năm gần đây

Thực đo, Đường xu hướng bình quân, Trung bình trượt kép 5 năm

Nguồn số liệu: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc Gia

- 42 -

Bảng 2.3: Tổng hợp kết quả nghiên cứu xu hướng biến thiên của lượng mưa

năm và số ngày mưa trong năm tại 12 trạm khí tượng từ năm 1960 - 2010

Xu hướng Xu hướng

TT Trạm khí tượng, địa danh Lượng mưa năm Hnăm Số ngày mưa trong năm Mức độ tăng, giảm (ngày/năm) Mức độ tăng, giảm (mm/năm)

1 Trạm TX. Mường Lay Tăng + 1.2905 Giảm - 0.3395

2 Trạm TP. Tuyên Quang Giảm - 4.2665 Giảm - 0.3584

3 Trạm TP. Lạng Sơn Giảm - 3.6452 Giảm - 0.2816

4 Trạm Láng - Hà Nội Tăng + 0.2580 Giảm - 0.4725

5 Trạm Hà Đông - Hà Nội Tăng + 4.4597 Tăng + 0.5583

6 Trạm TX. Sơn Tây - HN Giảm - 7.6270 Giảm - 0.0138

7 Trạm TP. Vinh Giảm - 3.2335 Tăng + 0.0088

8 Trạm TP. Đồng Hới Giảm - 3.8112 Tăng + 0.2285

9 Trạm TP. Đà Nẵng Tăng + 13.557 Tăng + 0.1488

10 Trạm TP. Nha Trang Tăng + 10.517 Tăng + 0.0449

11 Trạm TP.Buôn Ma Thuột Tăng + 0.4387 Giảm - 0.2422

Tăng + 0.0714 12 Trạm TP. Cần Thơ Giảm - 3.5022

giảm, mạnh, yếu rất khác nhau và cũng không giống nhau ngay trong cùng một

trạm, giữa các trạm ở các vùng khác nhau cũng rất khác nhau, cùng thuộc một

vùng như TP.Hà Nội nhưng tại 3 trạm khí tượng Láng, Hà Đông, TX.Sơn Tây

cũng khác nhau. Ví dụ ở trạm Láng - HN lượng mưa năm có xu hướng tăng theo

thời gian với mức độ trung bình +0.258 mm/năm, nhưng số ngày mưa trong năm

lại có xu hướng giảm theo thời gian với mức độ trung bình -0.4725 ngày/năm.

 Ở tất cả 12 trạm nghiên cứu, càng về những năm gần đây thì sự biến đổi của lượng

mưa năm Hnăm và số ngày mưa trong năm càng nhiều hơn, khác hơn và bất thường

hơn. Đơn cử một số hiện tượng có tính đột biến cực đoạn đều xảy ra vào những

năm càng về gần đây như giá trị lượng mưa năm lớn đột biến ở trạm Láng - HN

xảy ra vào năm 1994 đạt 2536 mm/năm lớn gấp 1.55 lần giá trị lượng mưa năm

bình quân nhiều năm của trạm trong thời kỳ khảo sát (1960 -2010), xảy ra năm

2010 đạt 2255 mm/năm (gấp 1.38 lần), xảy ra năm 2008 đạt 2267 mm/năm (gấp

1.39 lần); ở trạm Hà Đông -HN đột biến xảy ra vào các năm 1994 (đạt 2479

mm/năm, gấp 1.59 lần), năm 2001 (2427 mm/năm, gấp 1.56 lần), năm 2008 (2978

mm/năm, gấp 1.91 lần); ở trạm TX.Mường Lay đột biến xảy ra năm 2002 (đạt

- 43 -

3101 mm/năm, gấp 1.47 lần); ở trạm TP.Vinh đột biến xảy ra năm 1989 (đạt 3521

mm/năm, gấp 1.73 lần); ở trạm TP.Đà Nẵng đột biến xảy ra năm 1999 (đạt 3925

mm/năm, gấp 1.72 lần), . . . .

max và max. Tính đột biến cực đoan do ảnh

2.3.2.4. Xu hướng và mức độ biến thiên của lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

hưởng của hiện tượng biến đổi khí hậu.

- Mục đích nghiên cứu: so sánh, làm rõ quy luật biến đổi của hai thông số về mưa rất

đường là lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

quan trọng trong tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên max và cường độ mưa thời đoạn tính toán max, đánh giá được sự khác biệt giữa chúng. Nghiên cứu này còn đặc lớn nhất năm aT

biệt cần thiết cho việc tính toán xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất

thiết kế và cường độ mưa tính toán thời đoạn aT,p theo tần suất thiết kế ở các chương 3

và chương 4 trong vấn đề xử lý mưa đặc biệt lớn. Ngoài ra, từ nghiên cứu này cũng

đề xuất biện pháp chủ động ứng phó với hiện tượng BĐKH trong tính toán thiết kế

max và cường độ mưa lớn nhất năm

công trình thoát nước nhỏ trên đường hiện nay ở nước ta.

max ở các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph, bằng cách vẽ đồ thị tìm đường xu

- Khảo sát cho lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

hướng biến thiên của các đại lượng này theo thời gian trong nhiều năm liên tục.

max lớn đột biến.

‘‘ ’’ +) Hình 2.3 là xu hướng biến thiên theo thời gian của lượng mưa ngày lớn nhất năm max ở 12 trạm nghiên cứu, từ năm 1960 - 2010. Các điểm có đánh dấu là Hngày

các năm gần đây có xuất hiện các giá trị Hngày

max ở các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph tại trạm Láng - Hà

+) Hình 2.4 là một ví dụ tìm xu hướng biến thiên theo thời gian của cường độ mưa

lớn nhất năm aT

max lớn đột biến.

‘‘ ’’ Nội từ năm 1960 - 2010. Các điểm có đánh dấu là các năm gần đây có xuất

hiện các giá trị cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

+) Tổng hợp kết quả nghiên cứu trên chuỗi số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010 ở 12

max và cường độ mưa lớn nhất năm aT

trạm khí tượng chọn nghiên cứu có được xu hướng và mức độ biến thiên theo thời max gian của lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

ở các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph như ở Bảng 2.4 dưới đây.

- Luận án có các nhận xét sau.

max ở tất cả các trạm khí tượng

 Thông số lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

nghiên cứu đều biến đổi liên tục và không đều, có những thời điểm đột biến lớn.

- 44 -

‘‘ ’’ Các điểm đánh dấu là các giá trị lớn đột biến xuất hiện trong những năm gần đây

Thực đo, Đường xu hướng bình quân, Trung bình trượt kép 5 năm

Nguồn số liệu: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc Gia

max tại 12 trạm từ năm 1960 – 2010

Hình 2.3: Xu hướng biến thiên của Hngày

- 45 -

Địa danh: Trạm Láng - TP. Hà Nội

Đường xu hướng bình quân

Thực đo

Trung bình trượt kép 5 năm

‘‘ ’’ Các điểm đánh dấu là các giá trị lớn đột biến xuất hiện trong những năm gần đây

Nguồn số liệu: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc Gia

max từ 51440ph trạm Láng từ 1960 - 2010

Hình 2.4: Xu hướng biến thiên của aT

- 46 -

max và cường độ mưa lớn nhất

Bảng 2.4: Tổng hợp kết quả nghiên cứu xu hướng biến thiên của lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max ở các thời đoạn tính toán từ T = 5ph  1440ph tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

năm aT

max (mm/ph/năm)

max (mm/năm); mức độ tăng, giảm của aT

STT Thông Xu hướng và mức độ tăng, giảm của Hngày

số

7)Trạm TP. Vinh

0.4915 

0.3354 

-0.0175 

0.4331 

0.3979 

-1.2215 

-0.4384 

-0.2261 

-0.8608 

-0.2216 

1.6091 

0.1635 

max

(mm/năm)

1)Trạm TX. Mường Lay 2)Trạm TP. Tuyên Quang 3)Trạm TP. Lạng Sơn 4)Trạm Láng - Hà Nội 5)Trạm Hà Đông - Hà Nội 6)Trạm TX. Sơn Tây - HN 8)Trạm TP. Đồng Hới 9)Trạm TP. Đà Nẵng 10)Trạm TP. Nha Trang 11)Trạm TP.Buôn Ma Thuột 12)Trạm TP. Cần Thơ

0.0057  (mm/ph /năm)

-0.0066  (mm/ph /năm)

0.0461  (mm/ph /năm)

0.0118  (mm/ph /năm)

0.0103  (mm/ph /năm)

-0.0143  (mm/ph /năm)

0.0004  (mm/ph /năm)

0.0114  (mm/ph /năm)

-0.0133  (mm/ph /năm)

0.0353  (mm/ph /năm)

0.0242  (mm/ph /năm)

-0.021  (mm/ph /năm)

-0.0019 

-0.0085 

0.0349  0.0059  0.0052 

-0.0117  -0.0017 

0.0132  0.0071  0.0169  0.0215 

-0.0062 

1 Hngày max a5ph

0.0027 

-0.0057 

0.0212 

0.007 

0.005 

-0.0043  -0.0067 

0.016 

0.005  0.0164  0.0096 

-0.0036 

3 a10ph

0.0043 

-0.0044 

0.0173  0.0071  0.0035 

-0.0067  -0.0072 

0.011 

0.0045  0.0172 

0.01 

-0.0014 

4 a20ph

0.0036 

-0.0005 

0.0079 

0.005 

-0.0027 

-0.0024  -0.0054 

0.0111  0.0055  0.0119  0.0092 

-0.0011 

5 a30ph

0.0018 

0.00003 0.0035  0.0024  -0.0003 

-0.0029 

-0.001 

0.0061 

0.002  0.0032 

0.004 

-0.0011 

6 a60ph

0.0013 

0.0004 

0.0026  0.0009  -0.0006 

-0.0017 

-0.001 

0.0049  0.0026  0.0019  0.0018 

-0.0006 

7 a180ph

0.0009 

0.0005 

0.0021  0.0007  -0.00009

-0.0014  -0.0011 

0.0033 

0.002  0.0021  0.0014 

-0.0004 

8 a360ph

0.0008 

0.0005 

0.0016  0.0005  -0.0006 

-0.0014  -0.0008 

0.0023  0.0012  0.0024  0.0012 

-0.0002 

9 a540ph

0.0006 

0.0005 

0.0011  0.0003 

-0.0006 

-0.0011  -0.0007 

0.0008  0.0004  0.0019  0.0009  -0.00001

max max max max max max max max max max

0.0005 

0.0003 

0.0006  0.0003  -0.0004 

-0.0009  -0.0005  -0.00004 0.00001 0.0012  0.0005  0.00008 

10 a720ph

11 a1080ph 12 a1440ph max H24h Chú thích: ký hiệu  là xu hướng tăng theo thời gian (theo năm),  là xu hướng giảm theo thời gian (theo năm).

- 47 -

max cũng khác nhau ở các

Xu hướng và mức độ biến thiên theo thời gian của Hngày

trạm ở các vùng khác nhau. Có trạm là xu hướng tăng theo thời gian, có trạm là xu

trạm, các trạm Hngày

hướng giảm theo thời gian, trong 12 trạm nghiên cứu xu hướng tăng / giảm là 6 / 6 max có xu hướng tăng như TX.Mường Lay, TP.Tuyên Quang, max có xu hướng giảm nội thành Hà Nội, TP.Buôn Ma Thuột, . . ., các trạm Hngày

Trang, . . . . Về mức độ của xu hướng biến thiên theo thời gian của Hngày

như TP.Lạng Sơn, TX.Sơn Tây, TP.Vinh, TP.Đồng Hới, TP.Đà Nẵng, TP.Nha max thì có max tăng bình quân trạm mức độ biến thiên nhỏ (như trạm TP.Cần Thơ Hngày

Hngày

+0.1635 mm/năm), có trạm mức độ biến thiên lớn (như trạm TP.Buôn Ma Thuột max tăng bình quân +1.6091 mm/năm, . . .), có trạm có mức độ biến thiên max tăng bình quân +0.4915 mm/năm, trung bình (như trạm TX.Mường Lay Hngày

TP.Tuyên Quang tăng bình quân +0.3354 mm/năm, . . .). Ngay cùng thuộc một max theo thời gian cũng vùng như TP.Hà Nội nhưng biến thiên của thông số Hngày

không như nhau ở 3 trạm khí tượng, trạm Láng có xu hướng tăng với mức độ bình

quân +0.4331 mm/năm, trạm Hà Đông có xu hướng tăng với mức độ bình quân

+0.3979 mm/năm nhưng trạm TX.Sơn Tây lại có xu hướng giảm mạnh với mức

độ bình quân -1.2215 mm/năm.

max không giống biến max là

Cần chú ý rằng, biến thiên theo thời gian của Hngày

thiên theo thời gian của lượng mưa năm Hnăm, có khi ở cùng một trạm Hngày

vì giá trị Hngày

xu hướng tăng theo thời gian nhưng Hnăm lại là xu hướng giảm hoặc ngược lại, bởi max mang tính thời điểm còn giá trị Hnăm mang tính tích lũy, nó phụ thuộc vào lượng mưa từng ngày và số ngày mưa trong năm. Những trạm có lượng max và lượng mưa năm Hnăm có cùng xu hướng biến mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max xuất

thiên theo thời gian chỉ là ngẫu nhiên mà không mang tính quy luật.

Mặc dù xu hướng biến thiên trung bình theo thời gian của Hngày

hiện cả 2 xu hướng biến thiên tăng và giảm, rất khác nhau ở các trạm khí tượng

biên độ dao động của Hngày

nhưng hầu như ở tất cả các trạm khí tượng nghiên cứu đều có chung đặc điểm là: max có xu hướng doãng ra, tức là trong chuỗi số liệu max)i các giá trị lớn nhất có xu hướng thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm (Hngày

tăng về giá trị mặc dù số lần xuất hiện có thể giảm đi, các giá trị nhỏ nhất có xu

hướng giảm về giá trị mặc dù số lần xuất hiện có thể tăng lên. Điều này giải thích max có xu hướng giảm nhưng tại sao vùng có lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

- 48 -

khi xảy ra ngập lụt thì mức độ ngập lụt vẫn rất lớn. Có nghĩa là BĐKH những năm

gần đây theo xu hướng cực đoan hơn, những năm đã xảy ra mưa lũ thì mưa lũ rất

lớn, những năm đã xảy ra hạn hán thì rất khô kiệt. Điều này hoàn toàn đúng khi ta

chú ý tổng hợp kết quả nghiên cứu sự biến đổi của các thông số về mưa như số

tháng mùa mưa, mùa khô trong năm, số tháng mưa nhiều ngày, ít ngày trong năm,

số ngày mưa trong năm, lượng mưa năm, lượng mưa ngày lớn nhất năm, các giá

trị lớn đột biến của lượng mưa ngày lớn nhất năm trong chuỗi số liệu quan trắc ở

max ở các thời đoạn tính toán T từ

các trạm nghiên cứu.

 Thông số cường độ mưa lớn nhất năm aT

5ph1440ph ở tất cả các trạm nghiên cứu cũng biến đổi liên tục và không đều, có

những thời điểm đột biến lớn. Xu hướng và mức độ biến thiên theo thời gian của max ở các thời đoạn tính toán T khác nhau cũng khác nhau ngay trong cùng một aT

trạm, có nghĩa là nó phụ thuộc vào thời đoạn tính toán T, và khác nhau giữa các max có xu trạm ở các vùng khác nhau. Nghiên cứu cho thấy có những trạm aT

như trạm TP.Lạng Sơn, . . .), có trạm aT

hướng biến thiên theo thời gian cùng tăng ở tất cả các thời đoạn tính toán T (ví dụ max có xu hướng biến thiên theo thời gian max cùng giảm ở tất cả các thời đoạn tính toán T (trạm TX.Sơn Tây-HN), có trạm aT

có cả 2 xu hướng tăng và giảm ở các phân khúc thời đoạn tính toán T khác nhau

hướng cùng tăng / cùng giảm / cả tăng & giảm của aT

(như trạm TP.Tuyên Quang, TP.Đà Nẵng, . . .). Trong 12 trạm nghiên cứu xu max ở các thời đoạn tính toán max thì T là 4 / 1 / 7 trạm. Về mức độ của xu hướng biến thiên theo thời gian của aT

có trạm mức độ biến thiên nhỏ, có trạm mức độ biến thiên lớn. Trong cùng một max ở các trạm nghiên cứu thì mức độ của xu hướng biến thiên theo thời gian của aT

toán T càng nhỏ thì mức độ biến thiên theo thời gian của aT

đoạn tính toán T càng lớn thì mức độ biến thiên theo thời gian của aT

đi. Ví dụ như ở trạm Láng - HN, a1440ph

+0.0003 mm/ph/năm, a60ph

nhưng đến a5ph

thời đoạn tính toán T khác nhau cũng khác nhau, thông thường ở thời đoạn tính max càng lớn, ở thời max càng nhỏ max có xu hướng tăng với mức độ bình quân max có xu hướng tăng bình quân +0.005 mm/ph/năm max xu hướng tăng bình quân lên tới +0.0118 mm/ph/năm, . . . . max ở 3 Cùng thuộc một vùng TP.Hà Nội nhưng biến thiên theo thời gian của aT

trạm khí tượng Láng, Hà Đông, TX.Sơn Tây cũng khác nhau, ở trạm Láng là xu max cùng tăng theo thời gian ở tất cả các phân khúc thời đoạn tính toán T, hướng aT

- 49 -

max ở các phân

ở trạm Hà Đông có cả xu hướng tăng và giảm theo thời gian của aT

max.

khúc thời đoạn tính toán T khác nhau, còn ở trạm TX.Sơn Tây là xu hướng cùng

giảm theo thời gian ở tất cả các phân khúc thời đoạn tính toán T của aT

theo thời gian của Hngày

theo thời gian nhưng aT

cùng một xu hướng biến thiên nhưng có khi Hngày

Trong cùng một trạm thì xu hướng và mức độ của xu hướng biến thiên max và aT max có xu hướng tăng max là khác nhau, có khi Hngày max lại có xu hướng giảm theo thời gian và ngược lại; có max có mức độ biến thiên lớn còn max lại có mức độ biến thiên nhỏ và ngược lại. Sự không đồng điều này có khi max, có khi chỉ xảy ra ở một phân xảy ra ở tất cả các thời đoạn tính toán T của aT

max chính là xu

khúc thời đoạn tính toán T nào đó.

max

max, vì H24h

Xu hướng và mức độ biến thiên theo thời gian của a1440ph

= 1440.a1440ph

max và H24h

nhất năm H24h

của Hngày

mức độ biến thiên theo thời gian của H24h

hướng và mức độ biến thiên theo thời gian của thông số lượng mưa 24 giờ lớn max, nhận thấy biến thiên theo thời gian max là không như nhau. Trong cùng một trạm thì xu hướng và max cũng không tương đồng với xu max ở hướng và mức độ biến thiên theo thời gian của lượng mưa lớn nhất năm HT

max xảy ra ở tất cả các trạm nghiên cứu ở

các thời đoạn tính toán T ngắn khác.

max, aT

 Tính đột biến cực đoạn của Hngày

thông số lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

các vùng khí hậu trên toàn quốc, càng về những năm gần đây thì sự biến đổi của max và thông số cường độ mưa lớn max ở các thời đoạn tính toán càng nhiều hơn và bất thường hơn. Tính nhất năm aT

bất thường hơn, cực đoan hơn do ảnh hưởng của hiện tượng BĐKH trong những

năm càng về gần đây tác động đến chế độ mưa ở nước ta và ảnh hưởng đến tính

max ở các thời đoạn tính toán.

toán lưu lượng công trình thoát nước nhỏ trên đường thể hiện ở sự xuất hiện của max, các giá trị lớn đột biến đều xảy ra trong những năm càng về gần đây của Hngày

của aT

+) Đối với thông số lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max: ví dụ ở trạm max)* lớn đột biến đạt max nhỏ nhất trong chuỗi số liệu quan

TP.Tuyên Quang vào ngày 17/7/2006 xảy ra giá trị (Hngày

316mm, lớn gấp 4.9 lần so với giá trị Hngày

trắc lượng mưa ngày lớn nhất năm của trạm thời kỳ khảo sát (1960-2010), ở Trạm

TP.Lạng Sơn đột biến xảy ra vào ngày 26/9/2008 (đạt 215.2mm, gấp 3.6 lần);

Trạm Láng-HN xảy ra vào các ngày 10/11/1984 (đạt 394.9mm, gấp 6 lần) và ngày

- 50 -

31/10/2008 (đạt 347mm, gấp 5.3 lần); Trạm Hà Đông-HN xảy ra vào ngày

31/10/2008 (đạt 514.2mm, gấp 7.9 lần); Trạm TP.Vinh xảy ra vào ngày

11/10/1989 (đạt 596.7mm, gấp 6.8 lần); Trạm TP.Đồng Hới xảy ra vào ngày

9/10/1995 (đạt 554.6mm, gấp 5.6 lần); Trạm TP.Đà Nẵng xảy ra vào ngày

3/11/1999 (đạt 592.6mm, gấp 5.3 lần); Trạm TP.Buôn Ma Thuột xảy ra vào ngày

28/6/2006 (đạt 285.6mm, gấp 6.1 lần), . . .

Đối với thông số cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

dụ ở trạm Láng - TP. Hà Nội xảy ra giá trị (a5ph

03/5/2005 với trị số đạt 5.2mm/ph, lớn gấp 4.3 lần so với giá trị a5ph

trong chuỗi số liệu quan trắc thời kỳ khảo sát (1960 - 2010); (a10ph

max: ví max)* lớn đột biến vào ngày max nhỏ nhất max)* lớn đột biến max)* xảy ra vào max)* xảy ra vào các ngày

xảy ra vào ngày 03/5/2005 (đạt 3.98mm/ph, gấp 4.4 lần); (a20ph

ngày 03/5/2005 (đạt 3.26mm/ph, gấp 4.5 lần); (a30ph

lần); (a60ph

15/7/1999 (đạt 1.92mm/ph, gấp 3.6 lần); (a180ph

(đạt 1.24mm/ph, gấp 6 lần); (a360ph

0.82mm/ph, gấp 6.3 lần); (a540ph

18/6/1986 (đạt 2.74mm/ph, gấp 4.7 lần) và 03/5/2005 (đạt 2.85mm/ph, gấp 4.9 max)* xảy ra vào các ngày 18/6/1986 (đạt 1.86mm/ph, gấp 3.5 lần) và max)* xảy ra vào ngày 10/11/1984 max)* xảy ra vào ngày 09/11/1984 (đạt max)* xảy ra vào các ngày 09/11/1984 (đạt max)* 0.74mm/ph, gấp 6.8 lần) và 30/10/2008 (đạt 0.5mm/ph, gấp 4.6 lần); (a720ph

0.39mm/ph, gấp 4.4 lần); (a1080ph

xảy ra vào các ngày 09/11/1984 (đạt 0.58mm/ph, gấp 6.5 lần) và 31/10/2008 (đạt max)* xảy ra vào các ngày 09/11/1984 (đạt max)* 0.48mm/ph, gấp 7.8 lần) và 31/10/2008 (đạt 0.31mm/ph, gấp 5.1 lần); (a1440ph

max)* trên đây đều là các giá trị mưa

xảy ra vào các ngày 09/11/1984 (đạt 0.4mm/ph, gấp 8.4 lần) và 31/10/2008 (đạt

0.27mm/ph, gấp 5.7 lần). Ở các trạm khí tượng khác cũng xảy ra tương tự, . . . . max)* và (aT +) Các giá trị lớn đột biến (Hngày

đặc biệt lớn phải xử lý khi tính toán xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo

tần suất và cường độ mưa tính toán thời đoạn aT,p theo tần suất ở các chương 3 và

chương 4. Như vậy, tính đột biến cực đoan của chế độ mưa ở nước ta trong những

mưa ngày lớn nhất năm (Hngày

năm càng về gần đây đã ảnh hưởng đến tính chất của chuỗi số liệu thống kê lượng max)i , cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất max)i sử dụng để xác định lượng mưa ngày tính toán theo tần suất Hn,p và năm (aT

cường độ mưa tính toán thời đoạn aT,p theo tần suất dùng tính lưu lượng thiết kế

công trình thoát nước nhỏ trên đường.

- 51 -

max)*, (aT

+) Ngoài ảnh hưởng ở vấn đề phải xử lý mưa đặc biệt lớn thì các giá trị lớn đột max)* xảy ra trong những năm càng về gần đây ảnh hưởng tới biến (Hngày

độ lớn của lượng mưa ngày tính toán theo tần suất Hn,p , của cường độ tính toán

thời đoạn aT,p theo tần suất qua giá trị trung bìnhX của chúng. Do vậy ảnh hưởng

đến lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường Qp. Bởi vì, theo công

max)i , (aT

max)*, (aT

thức (3.5) chương 3, khi giá trị trung bìnhX tăng lên do ảnh hưởng của các giá trị max)i max)* lớn đột biến trong chuỗi số liệu quan trắc (Hngày (Hngày

thì Hn,p , aT,p tìm được sẽ tăng lên.

của trạm TP.Tuyên Quang thời kỳ từ năm (1960 - 1987) cóHngày

Ví dụ như đối với chuỗi số liệu quan trắc lượng mưa ngày lớn nhất năm max =118.8 mm, max)* vào ngày 17/7/2006 lớn tới nhưng do xuất hiện của giá trị lớn đột biến (Hngày

max từ năm (1960 - 2010) tăng lên bằng 123.11 mm.

316.0 mm trong thời kỳ quan trắc những năm gần đây từ (1987 - 2010) đã làm cho

giá trịHngày

Ví dụ đối với chuỗi số liệu quan trắc a5ph

max của trạm TP.Lạng Sơn: thời max = 1.96 mm/ph, nhưng do xuất hiện của giá trị max)* vào ngày 27/3/1996 lớn tới 7.2 mm/ph trong thời kỳ (1987 –

kỳ từ năm (1971 - 1987) cóa5ph

max từ năm (1971 - 2010) tăng lên bằng 2.39 mm/ph.

lớn đột biến (a5ph

2010) đã làm giá trịa5ph

Và kết quả là, giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất, cường

độ mưa tính toán thời đoạn aT,p theo tần suất xác lập với chuỗi số liệu đo mưa thu

thập đến năm 2010 ở các trạm khí tượng này có xu hướng tăng lên so với kết quả

tính Hn,p , aT,p với chuỗi số liệu đo mưa thu thập đến những năm về trước kia (đến

max)* xuất hiện trong những

năm 1987) như xem trong Bảng so sánh ở Phụ lục 12 Quyển phụ lục luận án.

max)*, (aT

+) Khi so sánh các giá trị lớn đột biến (Hngày

năm càng về gần đây với các giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p , cường độ mưa

tính toán thời đoạn aT,p ở các mức tần suất thiết kế thường hay sử dụng cho công

max)*, (aT

trình thoát nước nhỏ trên đường như ở Bảng 2.5 dưới đây, nhận thấy các giá trị max)* lớn đột biến này đều vượt quá các giá trị Hn,p , aT,p ở mức tần (Hngày

max)* lớn đột biến ở trạm TP.Lạng Sơn.

suất thiết kế thường dùng cho công trình thoát nước nhỏ trên đường p = 4%, thậm max)* lớn đột biến ở chí vượt cả giá trị ở mức tần suất p = 1%. Đơn cử như (Hngày

trạm Hà Đông - HN hay (a5ph

Bảng 2.5: So sánh các giá trị (Hngày

max)*, (aT

max)* lớn đột biến với giá trị Hn,p , aT,p

ở các mức tần suất thường dùng p = 4%, 1% cùng thời kỳ từ năm 1960 - 2010

- 52 -

max)*, (aT

max)* lớn Giá trị (Hngày đột biến trong chuỗi số liệu đo mưa quan trắc từ năm 1960 - 2010 max)*

Trạm khí tượng

Ngày xảy ra Giá trị (Hngày

So sánh cho thông số lượng mưa ngày lớn đột biến Giá trị Hn,p , aT,p ở các mức tần suất 4%, 1% tính được với chuỗi số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010 Giá trị Hn,1% Giá trị Hn,4%

Trạm TP.Tuyên Quang 316.0 mm 17/7/2006 243.82 mm 332.44 mm

347.0 mm 514.2 mm 554.6 mm

31/10/2008 31/10/2008 09/10/1995 Ngày xảy ra

max)* Giá trị (aT lớn đột biến 7.20 mm/ph 2.85 mm/ph 1.92 mm/ph

Trạm Láng - HN Trạm Hà Đông - HN Trạm TP.Đồng Hới So sánh cho thông số cường độ mưa Trạm TP.Lạng Sơn, ở thời đoạn T=5ph Trạm Láng - TP. HN, ở thời đoạn T =30ph Trạm Láng - TP. HN, ở thời đoạn T=60ph 27/3/1996 03/5/2005 15/7/1999 299.19 mm 332.14 mm 452.13 mm Giá trị aT,4% 5.25 mm/ph 2.55 mm/ph 1.83 mm/ph 402.93 mm 478.01 mm 578.01 mm Giá trị aT,1% 7.15 mm/ph 2.96 mm/ph 2.11 mm/ph

max)* xảy ra trong những năm càng

Và ở các trạm khác, các thời đoạn tính toán khác cũng tương tự . . .

max)*, (aT

+) Các giá trị mưa lớn đột biến (Hngày

về gần đây không những ảnh hưởng cực đoan về giá trị mà còn cực đoan ở cả thời max)* ở trạm Láng - HN điểm xuất hiện trong năm. Ví dụ giá trị lớn đột biến (Hngày

lại xảy ra vào ngày 31/10/2008 là thời điểm thiết tưởng đã chuyển vào mùa khô.

max)* và thời điểm max)* tại cùng một trạm cũng không trùng nhau. Ví

Ngay cả thời điểm xuất hiện giá trị lớn đột biến (Hngày

xuất hiện giá trị lớn đột biến (aT

max)* là 03/5/2005, (a30ph

trị lớn đột biến (Hngày

biến (a20ph

dụ như đối với trạm Láng - TP. HN, từ năm 1960 - 2010, thời điểm xuất hiện giá max)* là 31/10/2008 nhưng thời điểm xuất hiện giá trị lớn đột max)* là 03/5/2005, trong khi đó năm 2005 lượng max được tạo ra lại rơi vào ngày 27/9/2005. Như vậy mưa ngày lớn nhất năm Hngày

với sự xuất hiện của cơn mưa có cường độ mưa lớn đột biến mặc dù không tạo ra

giá trị lượng mưa ngày lớn nhất năm, không tạo ra giá trị lượng mưa ngày lớn đột

biến thì vẫn gây ra lũ lớn đột biến cho công trình thoát nước nhỏ trên đường do

tính chất lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường có thời gian tập

trung nước ngắn. Đây là điều cần đặc biệt lưu tâm trong tính toán thiết kế công

trình thoát nước nhỏ trên đường.

- 53 -

max.

2.3.2.5. Giá trị trung bình trong nhiều nămX và hệ số Cv, Cs của lượng mưa ngày lớn max và cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT nhất năm Hngày

- Mục đích: nghiên cứu này phục vụ cho việc tính toán xác định lượng mưa ngày tính

toán Hn,p theo tần suất thiết kế và cường độ mưa tính toán thời đoạn aT,p theo tần suất

thiết kế ở các chương 3 và chương 4 trong vấn đề ước tính các tham số thống kê;

trong vấn đề xác định số năm quan trắc lấy mẫu cần thiết nyc để bảo đảm sai số lấy

max, aT

mẫu theo điều kiện (3.1) chương 3 vì theo các công thức (3.2), (3.3) khi chuỗi số liệu max có hệ số phân tán Cv càng lớn thì số năm quan trắc yêu cầu thống kê Hngày

nyc càng phải dài để đảm bảo có được kết quả tính toán xác định Hn,p , aT,p tin cậy. Tỷ

số Cs / Cv cũng là một điều kiện để quyết định lựa chọn luật phân bố xác xuất phù

hợp khi tính toán xác định Hn,p , aT,p bằng phương pháp phân tích thống kê nhằm cho

kết quả tốt nhất. Ngoài ra giá trị trung bìnhX, hệ số phân tán Cv, hệ số thiên lệch Cs

max, cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

cũng phản ánh tính chất biến đổi theo thời gian của thông số lượng mưa ngày lớn nhất max mà ta cần nghiên năm Hngày

cứu, so sánh, làm rõ.

- Giá trị trung bình biểu thị độ lớn của đại lượng mưa khảo sát. Hệ số Cv biểu thị xu

hướng phân tán, khi Cv càng lớn thì giá trị của đại lượng khảo sát càng phân tán xa

giá trị trung bình. Hệ số Cs biểu thị tính đối xứng quanh giá trị trung bình, khi Cs

bằng 0 thì đại lượng khảo sát đối xứng so với giá trị trung bình (giá trị trung bình

đúng bằng trị số số đông), khi Cs > 0 thì có lệch dương (giá trị trung bình lớn hơn trị

số số đông), Cs < 0 thì có lệch âm (giá trị trung bình nhỏ hơn trị số số đông).

i X

+) Giá trị trung bình nhiều năm của đại lượng mưa khảo sát (lượng mưa ngày lớn max) được xác max, cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT nhất năm Hngày

 1 i n

định theo công thức sau: (2.1)

Trong đó: X là giá trị trung bình

Xi là giá trị ở năm thứ i

n là tổng số mẫu khảo sát.

max, cường độ max ảnh hưởng đến giá trị lượng mưa ngày

Giá trị trung bìnhX của lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

tính toán Hn,p theo tần suất, cường độ mưa tính toán thời đoạn aT,p theo tần suất: khi

giá trịX của các thông số này càng lớn thì Hn,p , aT,p tính được sẽ càng lớn.

- 54 -



(



)



(



+) Hệ số phân tán Cv được xác định theo công thức (2.2) sau đây.



1 

1 

1 X

(2.2)

i 

(2.3) Trong đó: Ki là hệ số mô đuyn hay hệ số biến xuất,

Giá trị Cv càng lớn thì đường tần suất lý luận xác định Hn,p , aT,p càng dốc.

(







+) Hệ số thiên lêch Cs được xác định theo công thức (2.4).

 1 n (



).3

3 v

(2.4)

max trong nhiều

Giá trị Cs càng lớn thì đường tần suất lý luận xác định Hn,p , aT,p càng cong.

- Hình 2.5 và Bảng 2.6 là giá trị trung bình và giá trị Cv, Cs của Hngày

max ở các thời đoạn tính

năm liên tục từ 1960 - 2010 ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu.

Hình 2.6 và Bảng 2.7 là giá trị trung bình và Cv, Cs của aT

toán T =5ph  1440ph trong nhiều năm liên tục từ 1960 - 2010 ở 12 trạm nghiên cứu.

- Các nhận xét của luận án.

max, tại 12 trạm khí tượng nghiên cứu max đạt từ 89.31 - 237.46 mm, đạt giá trị

 Đối với lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

từ 1960 - 2010 có giá trị trung bìnhHngày

cao ở các trạm khí tượng như TP.Vinh (232.15mm), TP.Đồng Hới (237.46mm),

TP.Đà Nằng (232.17mm), đạt giá trị thấp ở TP.Cần Thơ (89.31mm). Hệ số biến

6 4 . 7 3 2

5 1 . 2 3 2

7 1 . 2 3 2

9 7

5 5

1 1

)

1 1

5 9

6 5 1

5 4 1

7 3 1

m m

1 3

3 3 1

3 2 1

(

2 7 1 1

5 0 1

9 8

m a n u e i h n h n i b g n u r t

t a h n n o l y a g n a u m g n o u L

400 350 300 250 200 150 100 50 0

m a n

thiên Cv = 0.24 - 0.55, hệ số thiên lệch Cs = 0.34 - 2.99, tỷ số Cs/Cv = 1.4 - 5.7.

Nguồn số liệu tính: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc Gia

max tại 12

Hình 2.5: Lượng mưa ngày lớn nhất năm bình quân nhiều nămHngày

trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

- 55 -

max tại 12

Bảng 2.6: Giá trị Cv và Cs của lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

Trạm Láng Hà Sơn Mường Tuyên Lạng Vinh Đồng Đà Nha B.M. Cần

Đông Tây Lay Quang Sơn Hới Nẵng Trang Thuột Thơ

Cv 0.43 0.55 0.54 0.33 0.38 0.31 0.43 0.37 0.43 0.44 0.43 0.24

Cs 2.44 2.99 2.33 0.75 1.91 1.57 1.14 0.91 1.76 0.83 1.75 0.34

Cs/Cv 5.7 5.4 4.3 2.3 5.0 5.1 2.7 2.5 4.1 1.9 4.1 1.4

3.5

a5'

3.01

2.93

a10'

3.0

2.73

2.63

a20'

2.51

) h p / m m

2.39

(

2.35

2.5

2.25

2.21

a30'

2.13

2.09

a60'

2.0

a180'

1.5

a360'

a540'

1.0

a720'

a1080'

m a n u e i h n h n i b g n u r t

0.5

0.17

0.15

0.12

0.11

0.1

0.09

0.08

0.07

a1440'

t a h n n o l n a o d i o h t a u m o d g n o u C

m a n

0.0

Nguồn số liệu tính: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc Gia

Trạm

Giá trị cường độ mưa thời đoạn lớn nhất năm bình quân nhiều năm (mm/ph)

a5'

a10' a20'

a30'

a60'

a180' a360' a540' a720' a1080' a1440'

Láng Hà Đông

3.01 2.43 2.2 2.93

1.9 1.77

1.61 1.51

1.11 1.1

0.5 0.5

0.29 0.31

0.22 0.23

0.18 0.19

0.13 0.14

0.1 0.11

Sơn Tây Mường Lay

2.63 2.35 1.8 2.13

1.9 1.37

1.59 1.14

1.08 0.83

0.47 0.41

0.29 0.25

0.22 0.19

0.17 0.15

0.13 0.11

0.11 0.09

T.Quang

2.21 1.99 1.61

1.39

0.92

0.39

0.23

0.17

0.14

0.1

0.09

Lạng Sơn Vinh

1.53 2.0 2.39 2.63 2.22 1.76

1.28 1.5

0.88 1.11

0.36 0.58

0.21 0.4

0.16 0.32

0.13 0.27

0.1 0.2

0.08 0.15

Đồng Hới Đà Nẵng

2.09 1.95 1.55 2.51 2.09 1.63

1.35 1.38

1.0 1.04

0.55 0.54

0.41 0.39

0.31 0.3

0.27 0.27

0.2 0.21

0.17 0.17

Nha Trang B.M.Thuột

2.35 1.43 1.9 2.25 2.18 1.62

1.18 1.44

0.86 0.98

0.41 0.4

0.29 0.22

0.23 0.16

0.2 0.14

0.15 0.11

0.12 0.09

Cần Thơ

2.73 2.21 1.67

1.42

1.01

0.43

0.23

0.16

0.12

0.08

0.07 max ở các thời

Hình 2.6: Cường độ mưa lớn nhất năm bình quân nhiều nămaT

đoạn từ T = 5ph  1440ph tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu 1960 - 2010

Nguồn số liệu tính: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc Gia

- 56 -

max ở các thời đoạn tính

Bảng 2.7: Giá trị Cv, Cs của cường độ mưa lớn nhất năm aT

toán T = 5ph  1440ph tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ 1960 - 2010

Trạm

Giá trị Cv của cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm

Láng Hà Đông

a5' 0.24 0.28

a10' 0.23 0.2

a20' 0.24 0.22

a30' 0.26 0.23

a60' a180' a360' a540' a720' a1080' a1440' 0.27 0.29

0.34 0.43

0.38 0.45

0.46 0.55

0.45 0.55

0.52 0.61

0.54 0.63

Sơn Tây Mường Lay T.Quang

0.18 0.29 0.27

0.2 0.26 0.24

0.21 0.21 0.22

0.22 0.23 0.26

0.27 0.26 0.28

0.38 0.33 0.27

0.48 0.35 0.33

0.51 0.36 0.35

0.56 0.37 0.42

0.53 0.42 0.5

0.52 0.37 0.4

Lạng Sơn Vinh

0.49 0.32

0.4 0.3

0.33 0.31

0.33 0.35

0.3 0.37

0.27 0.42

0.29 0.41

0.33 0.36

0.34 0.38

0.35 0.39

0.31 0.39

Đồng Hới Đà Nẵng

0.3 0.24

0.31 0.24

0.29 0.25

0.3 0.28

0.33 0.23

0.43 0.27

0.55 0.33

0.52 0.34

0.52 0.36

0.51 0.43

0.5 0.42

Nha Trang B.M.Thuột

0.31 0.22

0.22 0.19

0.25 0.2

0.3 0.24

0.35 0.22

0.38 0.18

0.42 0.25

0.46 0.31

0.48 0.37

0.48 0.4

Cần Thơ

0.25

0.24

0.22

0.23

0.22

0.23

0.25

0.23

0.26

0.24

Giá trị Cs của cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm 3.26

0.57

0.69

0.54

1.64

2.36

2.85

3.1

0.38

Láng

0.38

3.58

Hà Đông Sơn Tây

1.39 0.11

1.6 0.01

0.82 0.12

0.54 0.12

0.74 0.37

2.32 1.23

2.64 1.63

3.32 1.73

2.82 2.13

2.77 2.38

2.8 2.0

Mường Lay T.Quang

0.88 1.0

0.87 -0.07

0.31 0.01

0.59 0.58

0.42 0.47

0.75 0.49

0.31 1.0

0.11 0.93

0.15 1.43

0.84 2.26

0.93 2.14

Lạng Sơn Vinh

2.57 0.68

1.45 0.43

0.5 1.05

0.1 1.24

0.36 1.12

-0.04 0.99

0.76 1.41

1.22 0.92

1.36 0.83

1.35 0.82

1.47 0.82

Đồng Hới Đà Nẵng Nha Trang B.M.Thuột

-0.19 -0.07 0.67 0.33

-0.25 0.04 -0.08 0.86

-0.12 0.41 0.47 0.37

0.04 0.53 0.57 -0.04

0.23 0.63 0.63 0.33

0.62 0.08 0.83 0.37

1.29 0.54 0.84 0.5

1.34 0.58 1.06 1.2

1.31 0.72 1.56 1.17

1.51 1.24 1.64 0.8

1.63 1.61 1.34 0.93

0.29

0.65

0.43

0.61

0.4

0.45

0.54

Cần Thơ

0.33

0.53

0.26

0.35

Láng

1.6

6.6

Tỷ số Cs / Cv của cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm 1.7

4.8

6.7

6.3

2.7

2.0

6.2

6.3

2.4

Hà Đông Sơn Tây

5.0 0.6

8.0 0.1

3.7 0.6

2.3 0.5

2.6 1.4

5.4 3.2

5.9 3.4

6.0 3.4

5.1 3.8

4.5 4.5

4.4 3.8

Mường Lay T.Quang

3.0 3.7

3.3 0.3

1.5 0.05

2.6 2.2

1.6 1.7

2.3 1.8

0.9 3.0

0.3 2.7

0.4 3.4

2.0 4.5

2.5 5.4

Lạng Sơn Vinh

5.2 2.1

3.6 1.4

1.5 3.4

0.3 3.5

1.2 3.0

0.1 2.4

2.6 3.4

3.7 2.6

4.0 2.2

3.9 2.1

4.7 2.1

Đồng Hới Đà Nẵng

0.6 0.3

0.8 0.2

0.4 1.6

0.1 1.9

0.7 2.7

1.4 0.3

2.3 1.6

2.6 1.7

2.5 2.0

3.0 2.9

3.3 3.8

Nha Trang B.M.Thuột

2.2 1.5

0.4 4.5

2.1 1.9

2.3 0.2

2.1 1.4

2.4 1.7

2.2 2.8

2.5 4.8

3.4 3.8

3.4 2.2

2.8 2.3

Cần Thơ

1.3

2.2

1.2

1.5

1.3

2.8

1.7

2.4

1.7

2.3

Nguồn số liệu tính: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc Gia

- 57 -

max ở các thời đoạn tính toán T = 5ph -

max đạt từ

 Đối với cường độ mưa lớn nhất năm aT

1440ph tại 12 trạm nghiên cứu từ 1960 - 2010 có giá trị trung bìnhaT

3.01 - 0.07 mm/ph, đạt giá trị cao ở các trạm như Láng - Hà Nội, trạm Hà Đông -

HN, trạm TX.Sơn Tây - HN, trạm TP.Vinh, trạm TP.Đà Nẵng, trạm TP.Cần Thơ.

một trạm, hệ số Cv, Cs của aT

Hệ số Cv = 0.18 - 0.63, Cs = (-0.25) - 3.58, tỷ số Cs/Cv = 0.05 - 8.0. Trong cùng max ở các thời đoạn tính toán T càng ngắn thì thường max ở các thời đoạn tính toán T càng có giá trị càng nhỏ và ngược lại. Tức là aT

ngắn thì mức độ phân tán càng ít hơn và càng đối xứng hơn, ở các thời đoạn tính

toán T càng dài thì càng phân tán và càng lệch hơn so với giá trị trung bình.

max, aT

 Thông số Hngày

(Cs > 0), đối với aT

max ở các trạm nghiên cứu thường ở trạng thái lệch dương max cũng xuất hiện trạng thái lệch âm (Cs < 0) nhưng rất ít gặp. max, tỷ số này max biến động mạnh hơn tỷ số Cs/Cv của Hngày

Tỷ số Cs/Cv của aT

cũng rất khác nhau ở các trạm và giữa các thời đoạn tính toán T.

max.

2.3.2.6. Chu kỳ biến đổi lớn – nhỏ – trung bình của lượng mưa ngày lớn nhất năm

max và cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

Hngày

trắc lấy mẫu của chuỗi số liệu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

- Mục đích: nghiên cứu này phục vụ cho việc kiểm tra tính đại biểu của thời kỳ quan max, cường max đưa vào tính toán tần suất để xác định độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế và cường độ mưa tính toán thời

max, aT

của kết quả tính toán xác định Hn,p và aT,p thì thời kỳ quan trắc lấy mẫu Hngày

phải mang tính đại diện, không thiên lệch. Nếu các năm quan trắc lấy mẫu Hngày

hoặc aT

max hoặc aT

đoạn aT,p theo tần suất thiết kế ở các chương 3 và chương 4. Để đạt được sự chính xác max max max chỉ rơi vào thời kỳ có giá trị mưa X nhỏ thì kết quả tính Hn,p , aT,p sẽ thiên max chỉ rơi vào thời kỳ nhỏ, ngược lại nếu các năm quan trắc lấy mẫu Hngày

max hoặc aT

có giá trị mưa X lớn thì kết quả tính Hn,p , aT,p sẽ thiên lớn. Để quy luật thay đổi của max thu thập phản ánh gần đúng với quy luật thay chuỗi mẫu thống kê Hngày

max, cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

đổi chung của tổng thể thì thời kỳ quan trắc lấy mẫu của lượng mưa ngày lớn nhất max phải có được một năm Hngày

số năm thuộc thời kỳ mưa X lớn và một số năm thuộc thời kỳ mưa X nhỏ liên tiếp

max, aT

nhau. Mặt khác, chu kỳ biến đổi lớn - nhỏ - trung bình cũng phản ánh tính chất biến max mà ta cần nghiên cứu, so sánh và đổi theo thời gian của các thông số Hngày

làm rõ.

- 58 -

max, cường độ

- Cơ sở để tìm chu kỳ biến đổi của lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max: dùng đường lũy tích sai chuẩn St.

mưa lớn nhất năm ở các thời đoạn tính toán aT



(



+) Giá trị St của hàm lũy tích ở năm thứ t được tính theo công thức (2.5) sau.



1 

(2.5)

Trong đó: Ki là hệ số mô đuyn xác định theo công thức (2.3) ở trên

n là tổng số mẫu, t là năm bất kỳ trong khoảng 1  t  n.

+) Nếu một năm nào đó có giá trị mưa Xi nhỏ hơn giá trị trung bình nhiều nămX thì

giá trị (Ki -1) của năm đó < 0, đường lũy tích đi xuống, gọi là năm mưa nhỏ. Nếu Xi

lớn hơnX thì (Ki - 1) > 0, đường lũy tích đi lên, gọi là năm mưa lớn. Nếu Xi bằngX

thì (Ki -1) = 0, đường lũy tích nằm ngang, gọi là năm mưa trung bình. Như vậy, trên

đường lũy tích sai chuẩn St , nếu xét xu thế chung sẽ thấy có những nhóm năm đường

lũy tích luôn đi lên ứng với thời kỳ mưa lớn, hoặc luôn đi xuống ứng với thời kỳ mưa

nhỏ, hoặc luôn nằm ngang ứng với thời kỳ mưa trung bình. Một chu kỳ mưa bao gồm

một thời kỳ mưa lớn và một thời kỳ mưa nhỏ hoặc một thời kỳ mưa lớn, một thời kỳ

mưa nhỏ và một thời kỳ mưa trung bình liên tiếp nhau.

max, hình 2.8 là ví dụ tìm chu kỳ biến max ở thời đoạn tính toán T = 30ph, 180ph, 1440ph tại trạm Láng - HN từ

- Hình 2.7 là ví dụ tìm chu kỳ biến đổi của Hngày

đổi của aT

max, cường độ mưa lớn nhất năm aT

năm 1960 - 2010. Bảng 2.8 là tổng hợp kết quả nghiên cứu về chu kỳ biến đổi của max ở các thời lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

đoạn tính toán T = 5ph  1440ph tại 12 trạm khí tượng nghiên cứu đến năm 2010.

- Luận án có các nhận xét sau.

 Lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max và cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn max đều thay đổi có tính chu kỳ. Chiều dài một chu kỳ biến đổi gồm max ở các trạm khí tượng nghiên cứu

nhất năm aT

max ở các thời đoạn T = 5ph  1440ph dao động

các thời kỳ lớn - nhỏ - trung bình của Hngày

dao động từ 19 - 50 năm, của aT

max thường dài bình quân khoảng 40 năm, của aT

từ 17 - 50 năm. Ở các trạm khí tượng nghiên cứu từ đèo Hải Vân trở ra Bắc, chu max thường kỳ biến đổi của Hngày

vào Nam, chu kỳ biến đổi của Hngày

max ở các trạm này thường dài bình quân khoảng 25 năm, của aT

dài bình quân khoảng 35 năm. Các trạm khí tượng nghiên cứu từ đèo Hải Vân trở max thường ngắn hơn, chu kỳ biến đổi max và aT max của Hngày

thường dài bình quân khoảng 24 năm.

- 59 -

1.0

H nho

Năm

0.0

1955

1965

1975

1985

1995

2005

2015

t S i r t a i G

-1.0

H t/binh

-2.0

H lon

H nho H lon

+/ Thời kỳ lớn: (1983 - 1994), (2007 - 2010). +/ Thời kỳ nhỏ: (1956 - 1983), (1999 -2007). +/ Thời kỳ trung bình: (1994 - 1999). +/ Có 2 chu kỳ.

-3.0

Hngµy - Tr¹m L¸ng

Nguồn số liệu: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc Gia

max tại

Hình 2.7: Chu kỳ biến đổi của lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

trạm Láng - TP.Hà Nội từ năm 1960 – 2010

lớn:

1.0

a nho

a lon

Năm

0.0

1955

1965

1975

1985

1995

2005

2015

-1.0

t S i r t a i G

trung

-2.0

a t/binh

+/ Thời kỳ (1996 - 2010). +/ Thời kỳ nhỏ: (1986 - 1996). +/ Thời kỳ bình: (1961 - 1986). +/ Có 1 chu kỳ.

-3.0

a/ a30ph - Tr¹m L¸ng

1.0

a nho

a lon

Năm

0.0

1955

1965

1975

1985

1995

2005

2015

-1.0

t S i r t a i G

trung

-2.0

a t/binh

a lon

-3.0

2.4

b/ a180ph - Tram L¸ng

a lon

a nho

1.2

Năm

0.0

t S i r t a i G

1955

1965

1975

1985

1995

2005

2015

-1.2

lớn: +/ Thời kỳ (1983 - 1987), (2002 - 2010). +/ Thời kỳ nhỏ: (1961 - 1983). +/ Thời kỳ bình: (1987 - 2002). +/ Có > 1 chu kỳ. +/ Thời kỳ lớn: (1983 - 1994), (2007 - 2010). +/ Thời kỳ nhỏ: (1961 - 1983), (1994 - 2007). +/ Có 2 chu kỳ.

-2.4

c/ a1440ph, H24h - Tr¹m Lang a nho

Nguồn số liệu: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc Gia max ở các thời đoạn Hình 2.8: Chu kỳ biến đổi của cường độ mưa lớn nhất năm aT

tính toán T = 30ph, 180ph, 1440ph tại trạm Láng – Hà Nội từ năm 1960 - 2010

- 60 -

max và cường độ mưa lớn nhất năm

Bảng 2.8: Tổng hợp kết quả nghiên cứu chu kỳ biến đổi của lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max ở các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên trong thời gian khảo sát đến năm 2010

STT Thông Số chu kỳ biến đổi và chiều dài 1 chu kỳ biến đổi lớn nhất (năm, ghi trong dấu ngoặc)

số 1)Trạm 2)Trạm 3)Trạm 4)Trạm 5)Trạm 6)Trạm 7)Trạm 8)Trạm 9)Trạm 10)Trạm 11)Trạm 12)Trạm

TX.Mường TP. Tuyên TP. Lạng Láng - Hà Hà Đông TX. Sơn TP. Vinh TP. Đồng TP. Đà TP. Nha TP.Buôn TP. Cần

Thời kỳ khảo sát 1960 -2010 1960 -2010 1956 -2010 1956 -2010 1960 -2010 1960 -2010 1960 -2010 1956 -2010 1980 -2010 1980 -2010 1977 -2010 1980 -2010

max

Lay Quang Sơn Nội - Hà Nội Tây - HN Hới Nẵng Trang Ma Thuột Thơ

Thời kỳ khảo sát 1960 -2010 1960 -2010 1971 -2010 1961 -2010 1973 -2010 1963 -2010 1961 -2010 1971 -2010 1980 -2010 1980 -2010 1977 -2010 1980 -2010

max

> 1 (47) > 1 (47) > 2 (36) 2 (38) 2 (36) 1 (50) > 1 (33) > 1 (43) > 1 (19) 1 (30) > 1 (29) > 1 (23) 1 Hngày

> 1 (41) 2 1 (39) 2 (25) > 1 (30) 1 (47) > 1 (38) 2 (20) 1 (30) 1 (30) 1 (33) 1 (30) 1 (50)

3 > 1 (42) 1 (39) > 1 (24) 1 (37) > 1 (42) > 1 (39) 2 (20) 1 (30) 1 (30) 1 (33) > 1 (26) 1 (50)

4 > 1 (40) 1 (39) 1 (49) 1 (37) 1 (47) > 1 (39) 2 (22) 1 (30) 1 (30) 1 (33) 1 (30) 1 (50)

5 > 1 (39) 1 (50) > 1 (34) 1 (49) > 1 (32) 2 (26) > 1 (39) 2 (22) 1 (30) 1 (30) 1 (33) 1 (30)

6 2 (46) > 1 (34) 1 (49) 2 (20) 2 (25) > 1 (36) 1 (52) 1 (30) 1 (30) 1 (33) 1 (30)

7 1 (39) > 1 (41) > 1 (34) 1 (47) > 2 (30) 1 (52) 1 (30) > 1 (24) 1 (33) > 1 (21) 2 (37)

8 1 (39) > 1 (33) > 1 (34) 1 (47) > 2 (32) > 1 (28) 2 (17) > 1 (24) 1 (33) > 1 (22) 1 (50)

9 > 1 (48) 1 (39) 2 (33) > 1 (34) 1 (47) > 2 (32) 2 (28) 2 (17) > 1 (24) > 1 (29) > 1 (22)

10 > 1 (48) 1 (39) 2 (33) > 1 (34) 1 (47) > 2 (32) 2 (28) 2 (17) > 1 (24) > 1 (28) > 1 (21)

max max max max > 1 (48) max > 1 (47) max > 1 (47) max > 1 (47) max > 1 (47) max > 1 (47) max > 1 (47)

> 1 (48) 1 (39) 2 (33) > 1 (34) 1 (47) > 2 (32) 2 (28) 2 (17) > 1 (24) > 1 (28) > 1 (23)

max

2 (44) 1 (39) 2 (33) > 1 (34) 1 (47) > 2 (32) > 1 (35) 2 (17) > 1 (24) > 1 (28) > 1 (23) a5ph a10ph a20ph a30ph a60ph a180ph a360ph a540ph a720ph 11 a1080ph 12 a1440ph

H24h

- 61 -

 Chu kỳ biến đổi của aT

max không giống chu kỳ biến đổi của Hngày max có chu kỳ biến đổi dài nhưng aT

cùng một trạm có khi Hngày

max, ngay trong max lại có chu kỳ max đang thuộc thời kỳ có max lại rơi vào thời kỳ có giá trị lớn và ngược lại. Sự không

biến đổi ngắn và ngược lại, tại một thời điểm có khi Hngày

giá trị nhỏ nhưng aT

max.

đồng điều này có khi xảy ra ở tất cả các thời đoạn tính toán T nghiên cứu, có khi

max ở các thời đoạn tính toán T khác nhau cũng

chỉ xảy ra ở một phân khúc thời đoạn tính toán T nào đó. Nghiên cứu cho thấy max thường phức tạp và ngắn hơn so với chu kỳ của Hngày chu kỳ của aT

max ở thời đoạn tính toán T ngắn, phân khúc các aT

 Ở cùng một trạm, chu kỳ của aT

max ở thời đoạn tính toán T dài thì các aT

khác nhau. Nếu phân thành 3 phân khúc thời đoạn tính toán T là phân khúc các max ở thời đoạn tính toán T max ở phân trung bình và phân khúc các aT

max, rồi đến các aT

Hngày

max. Chu kỳ biến đổi của Hngày

với chu kỳ biến đổi của Hngày

khúc thời đoạn tính toán T dài thường có chu kỳ tương đồng hơn với chu kỳ của max ở phân khúc thời đoạn tính toán T trung bình, còn các max ở phân khúc thời đoạn tính toán T ngắn có chu kỳ biến đổi khác xa nhất so max không trùng hoàn max cùng trạm. toàn với chu kỳ biến đổi của lượng mưa 24 giờ lớn nhất năm H24h

max và cường độ mưa lớn nhất năm aT

 Với độ dài chuỗi số liệu khảo sát ở tất cả 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu, max ở các lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

thời đoạn tính toán từ T = 5ph  1440ph đều đạt được tối thiểu 1 chu kỳ, có khi

đạt được >= 2 chu kỳ biến đổi.

max và cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

2.3.2.7. Tương quan biến đổi về giá trị và thời điểm xuất hiện cùng nhau của lượng mưa max. ngày lớn nhất năm Hngày

- Nghiên cứu này với mục đích so sánh trực quan, làm rõ sự khác biệt tới mức chi tiết

max ở các thời đoạn tính toán T.

tương quan biến đổi về giá trị và tương quan trùng lặp về thời điểm xuất hiện trong max cùng một ngày tháng trong năm giữa thông số lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

và thông số cường độ mưa lớn nhất năm aT

max và chu kỳ biến đổi của aT

- So sánh biến đổi về giá trị: chu kỳ biến đổi của Hngày

max max, cường max sẽ rơi vào thời kỳ lớn hơn, nhỏ hơn

chỉ cho biết được khoảng thời gian mà lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max tại từng thời

độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT max,aT hay xấp xỉ với giá trị trung bìnhHngày

max, aT

max so với giá trị bình quânHngày

max mà không cho biết cụ thể mức độ lớn max,aT

hơn, nhỏ hơn của Hngày

điểm là bao nhiêu. Do vậy nếu sử dụng tiêu chuẩn đồ thị để so sánh hệ số biến xuất Ki

- 62 -

max và Ki của aT

max sẽ cho biết mức độ tương quan biến đổi về giá trị giữa max tại từng thời điểm. Ưu điểm của hệ số biến xuất Ki là không phụ

của Hngày

max và aT

Hngày

thuộc vào đơn vị đo của đại lượng khảo sát, có cùng quy luật biến đổi theo thời gian

với đại lượng khảo sát, vì giá trị của Ki bằng giá trị của đại lượng mưa khảo sát Xi tại

năm thứ i chia cho cùng một hằng số là giá trị trung bình trong nhiều năm của đại

lượng khảo sát,X.

max và của cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

(

)

max ngay

)

(



max



max



+) Theo công thức (2.3), hệ số biến xuất Ki của lượng mưa ngày lớn nhất năm max tại năm thứ i là. Hngày



Hngay i

a K T i

max T a

max T

max ngay

aT-max lên cùng một đồ thị để so sánh, đánh giá mức độ tương

;

Hngày-max và Ki

+) Vẽ Ki

max và aT

max tại thời điểm từng năm. max ở

quan biến đổi về giá trị giữa hai đại lượng Hngày

max và aT

+) Hình 2.9 dưới đây là một ví dụ so sánh biến đổi về giá trị giữa Hngày

các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph tại trạm Láng - HN từ 1960 - 2010.

năm của lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max.

- So sánh về thời điểm xuất hiện: Thời điểm xuất hiện trong cùng một ngày tháng trong max và cường độ mưa thời đoạn tính toán max ở từng năm được thống kê đánh giá bằng bảng mầu căn cứ vào lớn nhất năm aT

max và aT

ngày tháng xuất hiện trong năm của đại lượng Hngày

max và aT

+) Bảng 2.9 dưới đây là một ví dụ về bảng mầu đánh giá mức độ trùng lặp xuất hiện max ở các thời đoạn tính toán trong cùng một ngày tháng trong năm của Hngày

T = 5ph  1440ph tại trạm Láng - Hà Nội từ năm 1960 - 2010.

max ở các thời đoạn tính toán T = 5ph 

+) Bảng 2.10 là tổng hợp kết quả nghiên cứu về sự xuất hiện trùng lặp trong cùng một

max và aT

ngày tháng trong năm của Hngày

1440ph của 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010.

- Các nhận xét của luận án.

max và aT

 Ở tất cả các trạm nghiên cứu, mức độ biến đổi về giá trị (hệ số biến xuất Ki) theo max tại các thời đoạn tính toán T từ 5ph - 1440ph từng năm giữa Hngày

không đồng nhất, không như nhau mà có sự khác biệt, so lệch thậm chí rất lớn.

Mức độ khác biệt này không giống nhau giữa các trạm ở các vùng khí hậu và giữa

các thời đoạn tính toán T trong cùng một trạm. So sánh cho thấy có trạm khác biệt

ít, có trạm khác biệt nhiều, ngay ở ba trạm Láng, Hà Đông, TX.Sơn Tây cùng

thuộc vùng TP.Hà Nội nhưng mức độ khác biệt này vẫn khác nhau đáng kể.

- 63 -

Địa danh: Trạm Láng - TP. Hà Nội

Nguồn số liệu: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc Gia

max ở các thời đoạn

Hình 2.9: Đồ thị so sánh biến đổi về giá trị giữa Hngày

max và aT

tính toán T = 5  1440ph tại trạm Láng – Hà Nội từ năm 1960 - 2010

- 64 -

Bảng 2.9: Bảng mầu đánh giá sự trùng lặp về thời điểm xuất hiện cùng ngày tháng

năm của Hngày

max và aT

max từ 5  1440ph tại trạm Láng – HN từ 1960 - 2010

TT N¨m

a 20' Ngµy th¸ng

a 30' Ngµy th¸ng

a 5' Ngµy th¸ng

a 10' Ngµy th¸ng

a 360' Ngµy th¸ng

a 540' Ngµy th¸ng

a 180' Ngµy th¸ng

a 720' Ngµy th¸ng

Hngµy Ngµy th¸ng

a 1080' Ngµy th¸ng

9 5 6 2 6 13 8

3 9

3 9 6 8

6 7 6 6

3 9 6 8

3 6 9 7 6 6 6 10 6

6 7 6 6 7

3 9 6 8 3

2 7

9 9

2 7

3 8

8 8

3 8

8 8

1 8

9 8

1 8

4 10 21 6 21 6 21 6 21 6 21 6 18 7 18 7 18 7 18 7

2 7

5 7

2 7

5 7

2 7

7 9

5 11 19 4 19 4 16 4 19 4 19 4 19 4

9 2

5 6

9 2

5 6

9 2

5 6

9 2

5 6

3 1

2 7

8 6

2 7

8 6

2 1

6 6

7 5

6 6

7 5

6 6

7 5

3 5

5 9

3 5

5 9

3 5

5 9

3 5

5 9

14% 22% 44% 58% 68%

14% 14% 14%

Trïng lÆp:

76%

78%

a 60' a 1440' Ngµy Ngµy th¸ng th¸ng 1961 21 10 15 4 15 4 15 4 30 7 30 7 30 8 30 8 30 8 30 8 30 8 21 10 1 2 5 1962 5 9 5 5 3 6 17 8 17 8 17 8 17 8 17 8 17 8 1963 17 8 13 10 13 10 13 10 2 4 7 7 1 6 1964 5 1965 24 7 31 7 31 7 12 6 12 6 12 6 24 7 24 7 24 7 24 7 24 7 24 7 6 6 6 27 10 27 10 27 10 27 10 27 10 1966 28 10 3 6 7 7 7 9 1967 25 7 7 24 7 24 7 9 7 7 6 6 31 8 31 8 31 8 13 8 13 8 13 8 6 8 1968 14 8 6 10 6 10 6 10 6 1 6 8 1969 11 6 9 10 1970 25 7 7 30 8 30 8 30 8 14 5 25 7 25 7 25 7 25 7 25 7 3 11 1971 12 5 16 9 16 9 16 9 16 9 16 9 12 5 12 5 12 5 12 5 12 5 12 5 12 1972 23 8 14 7 14 7 22 8 22 8 14 8 22 8 22 8 22 8 22 8 22 8 22 8 9 13 1973 24 7 27 4 27 4 27 4 27 4 24 4 23 7 23 7 23 7 23 7 14 1974 9 9 7 4 15 1975 21 9 10 8 10 8 10 8 15 7 21 9 21 9 21 9 21 9 20 9 20 9 20 9 16 1976 17 9 17 9 17 9 30 6 30 6 17 9 17 9 17 9 17 9 17 9 17 9 17 9 17 1977 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 18 1978 22 9 17 5 17 5 17 5 17 5 22 9 22 9 22 9 22 9 22 9 21 9 21 9 9 8 9 16 9 16 9 19 1979 8 1 8 3 3 8 8 8 18 10 18 10 8 20 1980 19 8 8 19 8 19 8 19 8 4 10 4 10 4 10 20 8 20 8 12 6 21 1981 12 6 23 4 23 4 9 6 8 20 8 20 8 10 7 10 7 10 7 9 22 1982 10 7 20 7 20 7 20 7 20 7 20 7 23 1983 3 10 3 10 24 1984 10 11 18 9 18 9 18 9 18 9 18 9 10 11 9 11 9 11 9 11 9 11 9 11 25 1985 12 9 18 6 18 6 27 7 27 7 27 7 27 7 12 9 12 9 12 9 12 9 12 9 26 1986 18 6 18 6 18 6 18 6 18 6 18 6 18 6 18 6 18 6 18 6 18 6 18 6 27 1987 30 8 25 9 25 9 25 9 28 5 28 5 28 5 28 5 28 5 25 7 25 7 25 7 28 1988 23 10 8 3 10 3 10 3 10 3 10 6 29 1989 12 6 11 6 11 6 11 6 11 6 11 6 11 6 11 6 11 6 11 6 11 6 11 6 30 1990 20 9 27 3 27 3 27 3 20 7 27 3 27 3 27 3 31 5 20 9 19 9 19 9 5 11 6 11 6 11 6 11 6 7 31 1991 11 6 32 1992 30 6 10 5 10 5 10 5 10 5 10 5 29 6 29 6 29 6 29 6 29 6 29 6 5 29 9 29 9 29 9 29 9 29 9 29 9 29 9 5 33 1993 30 9 7 34 1994 20 5 7 20 5 20 5 19 5 19 5 19 5 7 7 9 12 8 12 8 30 8 29 8 29 8 29 8 35 1995 31 8 14 6 14 6 14 6 14 6 36 1996 5 11 4 11 4 11 5 11 5 11 5 15 8 15 8 15 8 15 8 15 8 15 8 9 37 1997 15 8 38 1998 26 6 6 6 6 25 6 25 6 9 39 1999 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 14 7 14 7 14 7 7 4 10 4 10 4 10 4 10 4 10 4 10 4 10 40 2000 27 8 8 8 22 7 22 7 22 7 22 7 22 7 22 7 22 7 22 7 41 2001 6 7 6 42 2002 8 6 8 43 2003 25 5 6 24 5 24 5 24 5 24 5 24 5 24 5 5 6 44 2004 21 7 26 6 26 6 17 8 17 8 17 8 27 6 27 6 26 6 27 6 27 6 21 7 5 22 8 22 8 26 9 27 9 27 9 27 9 3 45 2005 27 9 46 2006 18 8 9 20 11 20 11 17 8 20 11 20 11 17 8 5 47 2007 27 9 26 8 26 8 26 8 26 8 26 8 26 8 27 9 27 9 27 9 27 9 27 9 48 2008 31 10 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 17 7 30 10 31 10 31 10 31 10 49 2009 17 7 20 7 20 7 20 7 20 7 20 7 20 7 20 7 17 7 17 7 17 7 17 7 50 2010 13 7 13 7 13 7 13 7 13 7 13 7 13 7 13 7 13 7 13 7 13 7 13 7 88% * Nguồn số liệu: Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc Gia

- 65 -

max (%)

Bảng 2.10: Tổng hợp kết quả nghiên cứu mức độ trùng lặp về ngày tháng xuất max ở các thời đoạn từ T = hiện trong năm của cường độ mưa lớn nhất năm aT 5ph  1440ph so với ngày tháng xuất hiện trong năm của lượng mưa ngày lớn max tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 – 2010 nhất năm Hngày

max so với aT

Mức độ trùng lặp về thời điểm xuất hiện của Hngày

Hà Đông

a5' a10' a20' a30' a60' a180' a360' a540' a720' a1080' Trạm khí tượng

Láng - HN 14% 14% 14% 14% 22% 44% 58% 68% 76% 27% 27% 32% 32% 35% 59% 76% 81% 86%

Mường Lay 16% 16% 20% 20% 24% 39% 53% 57% 61%

a1440' H24h 88% 86% 78% 84%

T.Quang

Lạng Sơn

Vinh

Đồng Hới

61% 88%

Đà Nẵng

Nha Trang

24% 29% 29% 29% 33% 35% 45% 49% 53% 22% 22% 28% 28% 28% 44% 66% 66% 66% 40% 38% 36% 36% 38% 50% 67% 74% 76% 33% 33% 35% 35% 43% 48% 58% 68% 68% 55% 66% 76% 75% 92% 88% 86% 75%

Cần Thơ

23% 19% 29% 29% 39% 52% 61% 65% 65% 27% 27% 33% 33% 33% 57% 73% 73% 80% B.M.Thuột 19% 19% 23% 23% 23% 42% 55% 68% 68% 68% 83% 77% 77% 83% 77%

45% 45% 48% 48% 52% 71% 74% 84% 90% 84% 87%

max và aT

Trong cùng một trạm thì mức độ biến đổi về giá trị theo từng năm giữa max khác nhau ở các thời đoạn tính toán T, với các thời đoạn tính toán Hngày

Quy luật này có được ở tất cả các trạm nghiên cứu. Biến đổi về giá trị của Hngày

T càng ngắn thì mức độ khác biệt càng lớn, T càng dài thì sự khác biệt giảm đi. max max không đạt trùng lặp hoàn toàn mà vẫn và lượng mưa 24 giờ lớn nhất năm H24h

có sự khác biệt.

max và aT

 Mức độ trùng lặp về thời điểm xuất hiện trong cùng một ngày tháng trong năm max ở các thời đoạn tính toán T từ 5ph - 1440ph ở tất cả các trạm giữa Hngày

thậm chí rất khác biệt. Điều đó có nghĩa là lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

và cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

max)* và (aT

nghiên cứu đều không có được sự trùng lặp hoàn toàn mà tồn tại sự khác biệt, max max không phải lúc nào cũng max)* lớn đột biến ở cùng sinh ra từ một trận mưa, ngay cả giá trị (Hngày

một trạm không phải lúc nào cũng do cùng một trận mưa lớn đột biến sinh ra.

max và aT

Mức độ trùng lặp về thời điểm xuất hiện cùng một ngày tháng trong năm max cũng không giống nhau giữa các trạm ở các vùng khí hậu. giữa Hngày

max và a60ph

So sánh cho thấy có trạm có sự trùng lặp ít, có trạm sự trùng lặp nhiều, ví dụ như max ở tỷ lệ xuất hiện trùng lặp trong cùng một ngày tháng năm giữa Hngày

- 66 -

trạm Láng là 22%, ở TP.Đồng Hới là 43%, ở TP.Cần Thơ là 52%. Ngay ở 3 trạm

max và aT

rất gần nhau là Láng, Hà Đông, TX.Sơn Tây mức độ khác biệt về sự trùng lắp về max khác nhau vẫn thời điểm xuất hiện cùng một ngày tháng năm của Hngày

đáng kể.

max và aT

Trong cùng một trạm thì mức độ trùng lặp về thời điểm xuất hiện trong max khác nhau ở các thời đoạn tính cùng một ngày tháng năm giữa Hngày

toán T, ở các thời đoạn tính toán T càng ngắn thì có mức độ trùng lặp càng nhỏ, T

tính toán T = 20ph tỷ lệ xuất hiện trùng lặp cùng một ngày tháng năm của Hngày

càng dài thì mức độ trùng lặp càng lớn. Ví dụ như ở trạm Láng - HN với thời đoạn max max chỉ là 14%, ở thời đoạn T = 180ph tỷ lệ xuất hiện trùng lặp này là 44%, và a20ph

trong cùng một ngày tháng năm của Hngày

ở T = 1440ph tỷ lệ xuất hiện trùng lặp đạt tới 88% và như vậy thời điểm xuất hiện max và lượng mưa 24 giờ lớn nhất năm max không đạt được sự trùng lặp hoàn toàn mà vẫn có sự khác biệt. Đây là quy H24h

luật chung ở tất cả các trạm nghiên cứu.

trùng lặp về thời điểm xuất hiện cùng một ngày tháng trong năm giữa Hngày

Tại tất cả các trạm khí tượng nghiên cứu đều có xu hướng giảm dần tỷ lệ max và max ở tất cả các thời đoạn tính toán trong những năm càng về gần đây. Đây chính aT

là ảnh hưởng của hiện tượng biến đổi khí hậu.

max và aT

 Theo mức độ trùng lặp của biến đổi về giá trị (hệ số biến xuất Ki) và sự xuất hiện max ở các thời đoạn trùng lặp cùng một ngày tháng trong năm của Hngày

max và aT

khúc thời đoạn tính toán T khoảng < 90ph sự trùng lặp giữa Hngày

kém, ở khoảng phân khúc thời đoạn 90ph < T < 630ph sự trùng lặp giữa Hngày

và aT

max ở mức khá. Giữa Hngày

max và aT

max không có được sự trùng lặp hoàn toàn mà vẫn có sự khác biệt.

tính toán T = 5  1440ph, có thể sơ bộ đưa ra nhận định ban đầu sau: ở phân max rất max max ở mức trung bình và ở phân khúc thời đoạn T khoảng > 630ph sự trùng max và lượng mưa 24 giờ lớn nhất lặp giữa Hngày

năm H24h

2.4. Nhận xét, kết luận chương 2.

Qua các nghiên cứu trên, rút ra các nhận xét, kết luận quan trọng sau đối với việc

tính toán lưu lượng lũ thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

1) Nhận xét 1: Chế độ mưa của nước ta ở mọi vùng miền đều có sự thay đổi đáng kể

trong những năm càng về gần đây, chịu tác động của hiện tượng BĐKH. Qua khảo sát

cho thấy chế độ mưa ở nước ta rất phức tạp, biến động mạnh qua các năm.

- 67 -

Kết luận: Chính vì vậy, cần thường xuyên cập nhật các số liệu về mưa phù hợp với

diễn biến điều kiện thời tiết ở nước ta để xây dựng các tham số về mưa

phục vụ việc tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên

đường.

2) Nhận xét 2: Ngoài sự biến đổi theo thời gian, chế độ mưa của nước ta còn thay đổi

mạnh theo không gian qua các vùng miền. Sự phân biệt này là do ảnh hưởng của yếu

tố địa hình và chế độ gió. Ngay như ở 3 trạm khí tượng rất gần nhau là trạm Láng,

trạm Hà Đông, trạm TX.Sơn Tây đều thuộc TP. Hà Nội thì sự thay đổi về chế độ mưa

của chúng trong những năm gần đây có sự khác nhau đáng kể.

Kết luận: Chính vì vậy, cần đặt vấn đề nghiên cứu hiệu chỉnh phân vùng mưa hợp

lý, phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu lượng lũ công trình thoát nước

nhỏ trên đường hiện nay ở nước ta.

3) Nhận xét 3: Hai thông số đặc trưng quan trọng về mưa trong tính toán lưu lượng lũ

của lưu vực là lượng mưa ngày và cường độ mưa thời đoạn tính toán đều có sự thay

đổi và thay đổi rất đáng kể trong những năm càng về gần đây, ở tất cả các trạm

nghiên cứu ở mọi vùng miền trên toàn quốc, mức độ thay đổi rất khác nhau ở các

vùng miền.

Kết luận: Chính vì biến đổi rất khác nhau ở các trạm ở các vùng miền, nên cần phải

nghiên cứu nhiều dạng công thức tính thông số cường độ mưa tính toán

aT,p để sử dụng phù hợp với đặc điểm mưa rất đa dạng ở các vùng miền ở

nước ta. Do là các công thức thực nghiệm nên dạng của công thức này cho

kết quả xác định thông số cường độ mưa tính toán có độ chính xác cao,

phù hợp với đặc điểm mưa ở vùng này nhưng chưa chắc đã cho độ chính

xác cao, phù hợp với đặc điểm mưa của vùng khác mà phải là một dạng

công thức thực nghiệm khác phù hợp hơn.

4) Nhận xét 4: Một trong những thay đổi đặc trưng rất rõ nét và mang tính cực đoan của

max)*, (aT

hai thông số lượng mưa ngày và cường độ mưa thời đoạn tính toán do ảnh hưởng của max)*. hiện tượng BĐKH là hiện tượng xuất hiện các giá trị lớn đột biến (Hngày

Sự xuất hiện các giá trị lớn đột biến này xảy ra ở hầu hết các trạm khí tượng trên các

vùng miền ở nước ta và đều xuất hiện trong những năm càng về gần đây. Đặc biệt, nó

còn xảy ra cả vào thời điểm thiết tưởng đã kết thúc mùa mưa, bắt đầu bước vào mùa

khô và chúng đều có giá trị rất lớn, vượt quá giá trị Hn,p , aT,p ở mức tần suất thiết kế

- 68 -

thường dùng cho công trình thoát nước nhỏ trên đường p = 4%, thậm chí còn vượt cả

giá trị Hn,p , aT,p ở mức tần suất p = 1%.

Kết luận: Do vậy kiến nghị, khi tính toán thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên

đường, ngoài việc tính toán xác định theo lưu lượng ở tần suất thiết kế quy

định Qp% còn cần phải kiểm tra thêm theo mực nước và lưu lượng lũ lịch

sử Qlịchsử của những năm đột biến để có những giải pháp chủ động ứng phó

với hiện tượng đột biến về lượng mưa, cường độ mưa và thời gian xuất

hiện do tác động cực đoan của hiện tượng biến đổi khí hậu ở nước ta hiện

nay.

max và thông max ở cùng một trạm không có sự

5) Nhận xét 5: Sự biến đổi của thông số lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

số cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

trùng lặp hoàn toàn mà có sự khác biệt, thậm chí rất khác biệt. Sự khác biệt này xảy

ra ở mọi khía cạnh: về xu hướng biến thiên, chu kỳ biến đổi, về mức độ biến đổi, về

năm, . . . . Sự khác biệt này giữa Hngày

max (hay HT

T: ở các thời đoạn tính toán T càng nhỏ thì sự khác biệt giữa aT

max càng lớn, sự khác biệt giữa aT

max) so với Hngày

max) và Hngày

max = T.aT

max (HT

hệ số Cv, Cs, về thời điểm xuất hiện trùng nhau trong cùng một ngày tháng trong max phụ thuộc vào thời đoạn tính toán max và aT max, vì max HT

max (hay H24h

max) và Hngày

càng giảm đi khi thời đoạn tính toán T tăng dần, tuy nhiên tới giá trị T = 24h thì giữa max vẫn không đạt được sự trùng lặp hoàn toàn mà vẫn a1440ph

còn tồn tại sự khác biệt.

Khi xác định lưu lượng đỉnh lũ của lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ

trên đường, thường tính ở phân khúc thời đoạn T nhỏ vì thời gian tập trung nước 

của lưu vực nhỏ thường ngắn, nếu sử dụng thông số lượng mưa ngày để tính toán có

thể bỏ sót thời khoảng mưa có cường độ mưa lớn hoặc không xét được cơn mưa có

cường độ mưa rất lớn nhưng lại có lượng mưa ngày không phải là lớn nhất.

Kết luận: Như vậy, để nâng cao mức độ chính xác trong tính toán lưu lượng đỉnh lũ

lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường, phản ánh sát hơn

điều kiện khí hậu và địa hình Việt Nam thì nên sử dụng trực tiếp thông số

cường độ mưa để tính toán.

- 69 -

Chương 3:

XÁC ĐỊNH LƯỢNG MƯA NGÀY TÍNH TOÁN VÀ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH

HỆ SỐ ĐẶC TRƯNG HÌNH DẠNG CƠN MƯA

3.1. Xác định lượng mưa ngày tính toán theo tần suất thiết kế Hn,p.

3.1.1. Đặt vấn đề.

- Trong điều kiện kết cấu hạ tầng của ngành khí tượng thủy văn ở nước ta đến nay thì

dữ liệu đo lượng mưa ngày vẫn còn rất phổ biến, phủ đều trên phạm vi toàn lãnh thổ,

đầy đủ và liên tục trong nhiều năm liền bởi vì thiết bị đo lượng mưa ngày đơn giản,

không đòi hỏi thiết bị đo mưa tự ghi phức tạp, đầu tư tốn kém như khi xác định cường

độ mưa. Do vậy đây vẫn là một cơ sở dữ liệu quý báu về mưa. Mặt khác, lượng mưa

ngày tính toán theo tần suất Hn,p vẫn là thông số mưa được sử dụng trong tính toán

lưu lượng thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ trên đường hiện nay theo tiêu chuẩn

TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ [5] và thậm chí nó còn được

dùng để tính lưu lượng thiết kế Qp% của lưu vực vừa và lớn.

- Theo các nghiên cứu tổng quan ở chương 1, tính đến nay ở nước ta, cơ sở dữ liệu về

lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất đầy đủ nhất được thành lập năm 1987

trong tài liệu [5] cho 589 điểm đo mưa trên toàn quốc ở các mức tần suất p = 1%, 2%,

4%, 10%, 25%, 50%. Nhưng từ năm 1987 đến nay đã trải qua trên 25 năm, giá trị

lượng mưa ngày tính toán đã bị thay đổi nhiều do chế độ mưa ở nước ta bị thay đổi,

đặc biệt thay đổi nhiều những năm càng về gần đây do tác động của hiện tượng

BĐKH như các nghiên cứu đã khẳng định và chỉ ra trong chương 2.

- Do vậy cần nghiên cứu thành lập cơ sở dữ liệu mới về lượng mưa ngày tính toán theo

tần suất phù hợp với các diễn biến thời tiết ở nước ta hiện nay để sử dụng trong tính

toán lưu lượng lũ cho công trình thoát nước trên đường Việt Nam.

max kéo dài liên tục đến

3.1.2. Xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế p.

- Với chuỗi số liệu đo lượng mưa ngày lớn nhất từng năm Hngày

30, 50 năm tới năm 2010 do Trung tâm khí tượng thủy văn Quốc Gia cung cấp (Bảng

2.1 chương 2), luận án nghiên cứu xác định lượng mưa ngày tính toán theo tần suất

thiết kế Hn,p phù hợp với đặc điểm của chuỗi dữ liệu đo lượng mưa ngày ở các trạm

đo mưa ở nước ta hiện nay chịu tác động của hiện tượng BĐKH. Bước đầu thiết lập

giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu ở các

vùng miền trên toàn quốc, khi có điều kiện sẽ mở rộng cho các trạm đo mưa còn lại.

- 70 -

- Việc xác định lượng mưa ngày tính toán theo tần suất Hn,p sử dụng phương pháp phân

tích thống kê, nhưng vấn đề đặt ra ở đây là phải kiểm tra, bảo đảm sự chính xác, tin

cậy của các kết quả tính toán.

max thu

- Việc tính toán Hn,p theo tần suất thực hiện theo sơ đồ ở Hình 3.1 sau đây.

Lấy mẫu và kiểm định mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

thập thực tế

Kiểm tra tính đại biểu:

./ Kiểm tra sai số lấy mẫu ./ Kiểm tra thời kỳ lấy mẫu

Xử lý mưa đặc biệt lớn

Tính tần suất kinh nghiệm: ./ Công thức kỳ vọng

Tìm đường tần suất lý luận phù hợp:

./ Hàm phân bố Kritski – Menkel (K – M): dùng [57], [58] để hỗ trợ việc tính

và vẽ đường tần suất lý luận

./ Tìm đường tần suất lý luận phù hợp theo phương pháp đường thích hợp

Kiểm định sự phù hợp của đường tần suất lý luận với tài liệu thực đo: ./ Sử dụng tiêu chuẩn kiểm định Smirnov - Kolmogorov Hình 3.1: Sơ đồ xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p bằng thống kê xác suất

với chuỗi số liệu đo lượng mưa ngày ở các trạm đo mưa ở nước ta là liên tục

3.1.2.1. Vấn đề lấy mẫu thống kê.

+) Để xác định được lượng mưa ngày tính toán Hn,p ở tần suất p thì phải có mẫu thống

kê lượng mưa ngày từ kết quả đo mưa ngoài thực tế tại các trạm đo mưa. Mẫu thống

kê được chọn ở đây là: mỗi năm chọn một giá trị lượng mưa ngày lớn nhất năm

max)i , với i là năm khảo sát đo mưa.

(Hngày

+) Trước khi đưa vào tính toán ngoài việc số liệu đo lượng mưa ngày phải được xử lý

khử sai (sai số do chủ quan, nhầm lẫn, do thiết bị đo, . . . ) theo đúng các quy định

trong quy trình chỉnh lý số liệu khí hậu, việc này do cơ quan cung cấp số liệu là max còn cần Trung tâm khí tượng thủy văn Quốc Gia thực hiện, thì mẫu thống kê Hngày

phải được kiểm định thỏa mãn các yêu cầu thống kê.

max: theo yêu cầu max)i đưa vào tính toán tần suất để tìm ra Hn,p phải

3.1.2.2. Kiểm định mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

thì chuỗi số liệu mẫu thống kê (Hngày

- 71 -

đảm bảo được 3 tính chất là tính thuần nhất, tính độc lập và tính đại biểu của mẫu. max ở các trạm đo mưa ở nước ta là liên tục, không Tuy nhiên với chuỗi thống kê Hngày

max: để đảm bảo tính thuần nhất thì

bị gián đoạn nên tính thuần nhất, tính độc lập luôn được thỏa mãn. Thật vậy:

+) Đối với tính thuần nhất của mẫu thống kê Hngày

chuỗi số liệu thống kê phải có cùng nguyên nhân hình thành, cụ thể phải đảm bảo hai

max ở các trạm khí tượng ở nước ta luôn có.

yêu cầu là có tính liên tục và có cùng nguyên nhân hình thành. Đối với chuỗi số liệu

thống kê Hngày

 Với tính liên tục: do thiết bị đo lượng mưa ngày đơn giản, chỉ là thùng đo mưa,

nên việc đo lượng mưa ngày ở các trạm đo mưa ở nước ta không bị gián đoạn. Ví

dụ như kiểm tra trong tất cả 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu ở Bảng 2.1 max đều chương 2 thì chuỗi số liệu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

liên tục, đầy đủ, không có năm nào bị gián đoạn.

 Với tính chất cùng nguyên nhân hình thành: các trạm khí tượng, thủy văn, các

trạm đo mưa đã được xây dựng ở nước ta từ khi thành lập đến nay đều có.

./ Vị trí, cao độ của các trạm là cố định trong suất thời kỳ đo mưa khảo sát.

./ Địa hình, không gian xung quanh các trạm, đặc biệt là các trạm khí tượng đều

được bảo vệ không được xâm phạm trong một vùng giới hạn theo quy định của

ngành khí tượng để đảm bảo nhà cửa, vật kiến trúc xung quanh không làm ảnh

hưởng tới mưa và các yếu tố khí hậu khác trong khu vực thực hiện quan trắc.

./ Các máy móc, thiết bị đo mưa có cùng tiêu chuẩn chế tạo, khai thác, vận hành. max đưa  Do vậy chuỗi số liệu mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

vào tính toán đảm bảo được tính thuần nhất.

+) Đối với tính độc lập (còn gọi là tính ngẫu nhiên) của mẫu thống kê lượng mưa max: lượng mưa ngày mang tính thời điểm, không mang tính ngày lớn nhất năm Hngày

tích lũy như lượng mưa năm. Mặt khác do cách chọn mẫu mỗi năm chỉ lấy một giá trị

max đưa vào tính toán là độc lập.

lượng mưa ngày lớn nhất năm. Do vậy các giá trị mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn

nhất năm trong chuỗi số liệu thống kê Hngày

+) Như vậy, với điều kiện đo lượng mưa ngày liên tục tại các trạm đo mưa ở nước ta max đưa vào tính toán luôn đảm thì mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max:

bảo được tính thuần nhất và tính độc lập, chỉ cần đi kiểm tra tính đại biểu.

+) Kiểm tra tính đại biểu của mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

tính đại biểu của mẫu được kiểm tra theo hai điều kiện là đảm bảo sai số lấy mẫu và

đảm bảo tính đại biểu của thời kỳ quan trắc đo đạc lấy mẫu.

- 72 -

max được coi là đủ dài nếu sai

max và theo hệ số phân tán Cv nhỏ hơn trị

 Kiểm tra sai số lấy mẫu: chuỗi mẫu thống kê Hngày

số lấy mẫu theo giá trị trung bìnhHngày



'   Cv

 '  Cv

cp

số cho phép: và (3.1)





'  H

ngay

Hngay]cp là sai số lấy mẫu cho phép của giá trị trung bình

Trong đó: [’

Cv]cp là sai số lấy mẫu cho phép của hệ số phân tán Cv

[’

Hngay là sai số tương đối của lượng mưa ngày lớn nhất năm trung

100 . Cv



’

'  ngayH

bình: (%) (3.2)

Cv là sai số tương đối của hệ số Cv của lượng mưa ngày lớn nhất

100



’

'  Cv

năm: (%) (3.3)

Cv là hệ số phân tán của chuỗi số liệu lượng mưa ngày lớn nhất năm,

tính theo công thức (2.2) chương 2

n là tổng số mẫu trong chuỗi số liệu thống kê.

./ Sai số lẫy mẫu cho phép [’Hngày]cp và [’Cv]cp có thể tham khảo theo quy phạm

thủy lợi QP.TL.C-6-77 [7]. Khi xác định thông số lượng mưa ngày tính toán Hn,p để

sử dụng trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường kiến

Hngày]cp = 10% và [’

Cv]cp = 15%.

nghị sử dụng giới hạn sai số lẫy mẫu cho phép là: [’

Bảng 3.1: Số năm quan trắc cần thiết để đảm bảo sai số lấy mẫu của chuỗi số liệu

thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu

Cv]cp

Số năm quan trắc cần thiết để bảo đảm sai số lấy mẫu, nyc TT Trạm, địa danh [’ nyc (năm) Thời kỳ quan trắc đo lượng mưa ngày Số năm đo thực tế, ntt (năm)

Hngày]cp =10% 11 14 10 18 30 29 18 14 18 19 18 6

1960 - 2010 1 Thị xã Mường Lay 1960 - 2010 2 TP. Tuyên Quang 1956 - 2010 3 TP. Lạng Sơn 1956 - 2010 4 Láng - TP.Hà Nội 1960 - 2010 5 Hà Đông - Hà Nội 1960 - 2010 6 TX.Sơn Tây - HN 1960 - 2010 7 TP. Vinh 1956 - 2010 8 TP. Đồng Hới 1980 - 2010 9 TP. Đà Nẵng 10 TP. Nha Trang 1980 - 2010 11 TP. Buôn Ma Thuột 1977 - 2010 1980 - 2010 12 TP. Cần Thơ 51 51 55 55 51 51 51 55 31 31 34 31 [’ =15% 25 25 24 26 29 29 26 25 26 27 26 24 25 25 24 26 30 29 26 25 26 27 26 24

- 73 -

max ở 12 trạm khí tượng như trong

./ Kết quả tính sai số lấy mẫu cho chuỗi Hngày

Bảng 3.1 trên. Nhận thấy, số năm đo đạc quan trắc lượng mưa ngày cần thiết để xác

định lượng mưa ngày tính toán theo tần suất Hn,p ở nước ta cần tối thiểu từ nyc = 25 -

30 năm. Trong trường hợp mở rộng mức sai số lấy mẫu cho phép của hệ số phân tán

max:

Cv thì số năm quan trắc cần thiết có thể rút xuống chỉ cần nyc = 10 - 20 năm.

 Kiểm tra tính đại biểu của thời kỳ quan trắc lấy mẫu Hngày

Hngày

một số năm quan trắc lấy mẫu thuộc thời kỳ có Hngày

./ Thời kỳ quan trắc đo đạc lấy mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm max lớn và max phải có được một số năm quan trắc lấy mẫu thuộc thời kỳ có Hngày max nhỏ liên tiếp nhau, có thể có max trung bình. Có như vậy thì thêm các năm quan trắc lấy mẫu thuộc thời kỳ có Hngày

quy luật thay đổi của lượng mưa ngày lớn nhất năm của thời kỳ quan trắc lấy mẫu

mới có thể phản ánh gần đúng với quy luật chung về sự thay đổi lượng mưa ngày lớn

nhất năm của tổng thể.

max điều max ở nước ta biến đổi mang

./ Đối với chuỗi số liệu mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

kiện này thường dễ dàng được thỏa mãn vì giá trị Hngày

tính chất chu kỳ. Theo kết quả nghiên cứu ở chương 2, với thời kỳ quan trắc của max ở 12 trạm khí tượng nghiên cứu từ năm 1960 - chuỗi số liệu mẫu thống kê Hngày

2010 đều đạt được tối thiểu 1 chu kỳ biến đổi gồm trọn vẹn các thời kỳ lớn - nhỏ hoặc

lớn - nhỏ - trung bình liên tiếp, có khi còn đạt được 2 hoặc >2 chu kỳ. Ngoài ra, ngay

trong một chu kỳ lớn trên cũng có nhiều các chu kỳ nhỏ gồm các thời kỳ lớn -nhỏ -

trung bình liên tiếp. Như vậy kết quả đạt được vượt quá yêu cầu kiểm định rất nhiều.

3.1.2.3. Tìm giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế p.

+) Sử dụng công thức kỳ vọng (3.4) để tính tần suất kinh nghiệm.



100

k 1

(3.4)

max đã sắp xếp

Trong đó: k là số thứ tự trong liệt thứ tự số liệu thống kê Hngày

theo thứ tự giá trị giảm dần

n là số lượng mẫu quan trắc trong liệt thứ tự số liệu.

+) Dùng hàm phân bố Gama ba tham số hay còn gọi là hàm Kritski - Menkel (K-M)

để tính đường tần suất lý luận vì theo nghiên cứu ở chương 2, tỷ số Cs/Cv của chuỗi max ở nước ta lớn nên sẽ phù hợp hơn với dạng phân bố này. Sử số liệu thống kê Hngày

dụng phương pháp đường thích hợp để vẽ tìm đường tần suất lý luận phù hợp vì

phương pháp này phù hợp hơn với dạng phân bố (K-M), các bước thực hiện như sau.

- 74 -

./ Bước 1: bằng phương pháp mô men, sử dụng các công thức (2.1), (2.2),

max.

(2.4) để ước tính giá trị các tham số thống kêX, Cv, Cs của chuỗi số liệu lượng mưa

ngày lớn nhất năm Hngày

./ Bước 2: tính và vẽ đường tần suất lý luận với các tham số thống kêX, Cv,

Cs vừa tính ở bước 1.

./ Bước 3: kiểm tra, hiệu chỉnh. Khi đường tần suất lý luận vẽ ở bước 2 thấy

chưa phù hợp với các điểm tần suất kinh nghiệm, cần hiệu chỉnh lại giá trị các tham



 61.(



C 5

)

sốX, Cv, Cs, thường trong phạm vi sai số tuyệt đối của nó (X  Xtb), (Cv  Cv),





[



]

 Cv

2 v

 Cs

2 v

4 v

Xtb

 .

6 n

1 2 n

C v 2 n

1 

, , (Cs  Cs) với

và vẽ lại đường tần suất lý luận với các giá trịX, Cv, Cs vừa hiệu chỉnh. Cứ tiến

hành thử dần như vậy cho đến khi tìm được đường tần suất lý luận phù hợp nhất với

các điểm tần suất kinh nghiệm thì dừng lại. Đường tần suất lý luận phù hợp tìm được

phải là một đường cong trơn, cong một chiều, không tồn tại những điểm gẫy và đi

qua trung tâm các điểm tần suất kinh nghiệm.

./ Việc tính và vẽ ở bước 1, bước 2 trong luận án được hỗ trợ bởi phần mềm

tính và vẽ đường tần suất FFC2008 [58], TSTV2002 [57].

+) Giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p ở tần suất p tính theo công thức (3.5) sau.

,  pn

. XK p

(3.5)

với:X là giá trị trung bình ứng với đường tần suất lý luận phù hợp tìm được của

lượng mưa ngày lớn nhất năm

Kp là hệ số mô đuyn ở tần suất p của đường tần suất lý luận phù hợp tìm được,

tra bảng toán học lập sẵn, phụ thuộc vào luật phân bố, hệ số Cv, Cs của đường

tần suất lý luận phù hợp tìm được và tần suất p%, xem trong các tài liệu [3],

[14], [15], [36], [45], . . . Bảng tra Kp này cũng được cập nhật trong [57], [58].

3.1.2.4. Xử lý khi gặp những trận mưa đặc biệt lớn.

+) Đây là vấn đề mới nảy sinh trong chuỗi số liệu đo lượng mưa ngày lớn nhất năm max ở nước ta quan trắc đến thời điểm hiện nay, do ảnh hưởng của hiện tượng Hngày

ngày lớn đột biến (Hngày

BĐKH nên trong những năm càng về gần đây có xuất hiện các giá trị lượng mưa max)*. Để bảo đảm kết quả tính toán xác định Hn,p theo tần suất max)* lớn đột biến trong chuỗi số liệu quan trắc là chính xác, khi gặp các giá trị (Hngày

lượng mưa ngày lớn nhất năm cần phải tiến hành xử lý mưa đặc biệt lớn.

- 75 -

max)* max quan trắc ở 12 trạm khí tượng, thời kỳ từ năm

+) Bảng 3.2 dưới đây là thống kê giá trị và thời điểm xuất hiện các giá trị (Hngày

max 

lớn đột biến trong chuỗi số liệu Hngày

ngayH

và nhận thấy so sánh các giá trị (Hngày 1960 -2010, như nghiên cứu đã chỉ ra của chương 2. Nhằm làm rõ hơn, trong bảng có max)* lớn đột biến này với trị số 

.3

chúng đều lớn hơn. Ở đây,  là độ lệch chuẩn của chuỗi số liệu thống kê lượng mưa





[(

)



]

max ngay

 .

1 

1 

. Như vậy, trừ ba trạm TX.Mường ngày lớn nhất năm,

Lay, TP.Nha Trang, TP.Cần Thơ, có đến 9/12 trạm khí tượng nghiên cứu phải xử lý

mưa đặc biệt lớn theo trường hợp ở Hình 3.2, Hình 3.3 và công thức (3.6) dưới đây.

max)* lớn đột biến đều xảy ra vào những năm càng về gần đây.

Cũng nhìn vào Bảng 3.2 nhận thấy trong thời kỳ từ năm 1960 - 2010, các giá trị

(Hngày

max)*

Bảng 3.2: Giá trị và thời điểm xuất hiện lượng mưa ngày lớn đột biến (Hngày

Giá trị

Độ lệch

Giá trị

Hngày

max)*

(Hngày

chuẩn

max+3

trong chuỗi số liệu từ năm 1960 – 2010 tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu

Thời điểm xuất max)* hiện (Hngày

Hngày

Thời kỳ quan trắc

max (mm)

(mm)

 (mm)

lớn đột biến

(mm)

Năm lịch sử biết được

43.93

0/ có

1960

264.89

1 Thị xã Mường Lay 1960 - 2010 133.11

46.78

316.0

17/ 7 / 2006

1960

263.46

2 TP. Tuyên Quang 1960 - 2010 123.11

32.84

215.2

26/ 9 / 2008

1956

204.48

3 TP. Lạng Sơn

1956 - 2010 105.95

137.1

58.95

394.9

10/ 11 / 1984,

1956

313.96

Láng - TP.Hà Nội

1956 - 2010

347.0

31/ 10 / 2008

75.65

514.2

31/ 10 / 2008

1960

364.51

5 Hà Đông - Hà Nội 1960 - 2010 137.55

78.73

508.0

14/ 7 / 1971

1960

381.97

6 TX.Sơn Tây - HN 1960 - 2010 145.79

99.82

596.7

11/ 10 / 1989

1960

531.62

7 TP. Vinh

1960 - 2010 232.15

87.86

554.6

09/ 10 / 1995

1956

501.04

8 TP. Đồng Hới

1956 - 2010 237.46

99.83

531.67

592.6

03/ 11 / 1999

1980

9 TP. Đà Nẵng

1980 - 2010 232.17

10 TP. Nha Trang

1980 - 2010

156.4

68.82

362.85

0/ có

1980

117.2

50.40

285.6

28/ 6 / 2006

1977

268.39

1977 - 2010

11 TP. B - Ma Thuột

89.31

21.43

0/ có

1980

153.61

12 TP. Cần Thơ

1980 - 2010

max)* là các giá trị mưa lớn đột biến, không

TT Trạm, địa danh

Chú ý: trong bảng các giá trị (Hngày

phải sai số thô vì ở các trạm khí tượng sai số thô (nếu có) đã được theo dõi, loại bỏ theo

quy trình thu thập, chính lý số liệu khí hậu (ví dụ như theo dõi cả giờ, ngày, tháng, ghi

chú các hiện tượng thời tiết đặc biệt, đo đối chứng đồng thời bằng nhiều máy, . . .)

- 76 -

+) Việc xử lý mưa đặc biệt lớn (ĐBL) như sau: tần suất kinh nghiệm p của các giá trị max thông thường vẫn được tính theo công thức (3.4) với các chỉ số tham số mưa Hngày

k và n là của giá trị tham số mưa thông thường, còn tần suất kinh nghiệm của các giá max)* đặc biệt lớn phải được hiệu chỉnh theo công thức (3.6) sau. trị tham số mưa (Hngày



100

M 1 N

(3.6)

max)* đặc biệt

Trong đó: M là số thứ tự của giá trị tham số mưa (Hngày

lớn trong liệt thứ tự số liệu xắp xếp theo giá trị giảm dần

N là thời kỳ xuất hiện lại của mưa đặc biệt lớn, xác định theo

N1 = (A - A0), N2 = (A - A0)/2 (n¨m)

N = A - A0 (n¨m)

M=1

u Ç ®

c ¾

M=2

0 A c î ®

r t n a u q

¾ b m ¨ n

t Õ b ö s h c

t n Ö h n ¸ o t h n Ý t

Þ l

í v g n ï r t

m ¨ N

Chuçi thèng kª

các trường hợp như ở hình 3.2, hình 3.3 sau đây, [3], [15], [35], [36].

Mưa ĐBL có thứ tự M=1, N = (A – A0)

(Mưa ĐBL thứ tự M=1) > (Mưa ĐBL M=2) Mưa ĐBL có thứ tự M=1, N1 = (A – A0) Mưa ĐBL có thứ tự M=2, N2 = (A – A0)/2

Hình 3.2: Trường hợp có 1 cơn mưa Hình 3.3: Trường hợp có nhiều cơn mưa

ĐBL nằm trong chuỗi số liệu thống kê ĐBL nằm trong chuỗi số liệu thống kê

Năm lịch sử A0 là năm biết được qua điều tra hoặc đo đạc trong quá khứ. Đối max tại các trạm đo mưa ở nước ta thì năm lịch sử biết với chuỗi số liệu quan trắc Hngày

được A0 thường là năm bắt đầu tiến hành công việc quan trắc đo lượng mưa ngày tại max thu thập đưa vào tính toán tìm trạm khí tượng đó, và chuỗi số liệu thống kê Hngày

Hn,p cũng thường bắt đầu từ đây. Do vậy các giá trị M, N, n, k sẽ được xác định như ở

các Hình 3.2, Hình 3.3 cho trường hợp có 1 trận mưa hoặc nhiều trận mưa đặc biệt

lớn nằm trong chuỗi số liệu thống kê. Trường hợp ở hình 3.3, theo định nghĩa trong

[15] thì thời kỳ xuất hiện lại của mưa ĐBL là số năm trung bình để xảy ra trận mưa

lớn hơn hoặc bằng trận mưa ĐBL có giá trị lớn nhất (trong số các trận mưa ĐBL) do

vậy lấy N bằng N1 để tính toán.

Ghi chú: Trong trường hợp có xuất hiện các giá trị mưa đặc biệt lớn trong chuỗi số

liệu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm như các trường hợp ở hình 3.2, hình 3.3

- 77 -

thì các công thức (2.1), (2.2) dùng ước tính các tham số thống kêX, Cv bằng phương





Mn  .

pháp mô men phải được hiệu chỉnh lại như sau đây:

* j



1 N

MN   Mn

1 

   

   



(





Mn  .

(



Công thức (2.1) tínhX được hiệu chỉnh thành:



1 

MN  Mn 

1 

  

  

Công thức (2.2) được hiệu chỉnh:

* j



Công thức (2.4) tính hệ số Cs giữ nguyên không hiệu chỉnh

Với: Kj là hệ số biến xuất của mưa đặc biệt lớn Xj

i 

i X

Ki là hệ số biến xuất của mưa thường Xi ,

Khi tính Kj , Ki thì giá trịX đã được hiệu chỉnh mưa ĐBL.

3.1.2.5. Kiểm định sự phù hợp của đường tần suất lý luận Hn,p với tài liệu thực đo.

+) Khi vẽ thử dần tìm vị trí phù hợp của đường tần suất lý luận với các điểm tần suất

kinh nghiệm thực ra là ta đã thực hiện kiểm định sự phù hợp của đường tần suất lý

luận với số liệu thực đo, nhưng việc so sánh bằng mắt còn mang tính chủ quan, cần

có phương pháp khách quan hơn để đánh giá. Luận án sử dụng tiêu chuẩn Smirnov -

Kolmogorov để kiểm định sự phù hợp của đường tần suất lý luận với số liệu thực đo.

+) Tiêu chuẩn kiểm định Smirnov - Kolmogorov: đường tần suất lý luận được coi là

D 

phù hợp với số liệu đo thực tế ở mức ý nghĩa  khi thỏa mãn điều kiện (3.7) sau.

(%) (3.7)

Trong đó: th là giá trị tới hạn ứng với mức ý nghĩa  cho phép. Trong tính toán

khí tượng thủy văn thường chọn mức ý nghĩa cho phép  =5%, theo

[6], [14], [36], [43], có nghĩa độ tin cậy của kết quả tính toán kiểm

định là Rtincậy = 1 -  = 95%. Giá trị th được tra Bảng PL.10-1 ở phụ lục

10 phụ thuộc vào số lượng mẫu n và mức ý nghĩa  cho phép.

D là chênh lệch lớn nhất giữa đường tần suất lý luận và kinh nghiệm.



max



' P X

P X

(3.8)

với: PX là giá trị tần suất lý luận ứng với giá trị bằng X của lượng mưa ngày

’ là giá trị tần suất kinh nghiệm ứng với giá trị cũng bằng X của

tính toán Hn,p

max.

lượng mưa ngày lớn nhất năm thực đo Hngày

- 78 -

+) Bảng 3.3 dưới đây là kết quả kiểm định sự phù hợp của đường tần suất lý luận

lượng mưa ngày tính toán Hn,p so với tài liệu đo thực tế lượng mưa ngày lớn nhất năm max, ở 12 trạm khí tượng nghiên cứu, từ năm 1960 – 2010. Nhận thấy chúng đều Hngày

thỏa mãn, đạt được độ tin cậy Rtincậy  95%.

Bảng 3.3: Kết quả kiểm định theo tiêu chuẩn Smirnov – Kolmogorov về sự phù

hợp với số liệu thực đo của đường tần suất lý luận lượng mưa ngày tính toán Hn,p

tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với mức ý nghĩa cho phép  = 5%

STT Trạm, địa danh

Thị xã Mường Lay 1 TP. Tuyên Quang 2 TP. Lạng Sơn 3 4 Láng - TP.Hà Nội 5 Hà Đông - Hà Nội TX.Sơn Tây - HN 6 TP. Vinh 7 TP. Đồng Hới 8 9 TP. Đà Nẵng 10 TP. Nha Trang 11 TP. Buôn Ma Thuột 12 TP. Cần Thơ Thời kỳ đo mưa 1960 - 2010 1960 - 2010 1956 - 2010 1956 - 2010 1960 - 2010 1960 - 2010 1960 - 2010 1956 - 2010 1980 - 2010 1980 - 2010 1977 - 2010 1980 - 2010 Số năm thống kê n 51 51 55 55 51 51 51 55 31 31 34 31 Giá trị tới hạn th,=5% 18.89% 18.89% 18.34% 18.34% 18.89% 18.89% 18.89% 18.34% 23.70% 23.70% 22.80% 23.70% Chênh lệch lớn nhất D 8.00% 8.00% 6.40% 9.20% 3.00% 1.60% 7.00% 12.00% 11.10% 9.20% 5.80% 9.10% Đánh giá Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt

3.1.3. Kết quả xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế p ở 12

trạm khí tượng nghiên cứu lập với chuỗi số liệu đo mưa thực tế từ 1960 - 2010.

- Để rút ngắn thời gian và nâng cao mức độ chính xác đã sử dụng phần mềm FFC2008

[58], TSTV2002 [57] để hỗ trợ trong việc tính và vẽ đường tần suất, [58] dùng tính và

vẽ, [57] dùng tính đối chứng. Tuy nhiên việc sử dụng các phần mềm này trong luận

án chỉ hỗ trợ được một bước công việc trong sơ đồ tính rất nhiều bước ở Hình 3.1, các

phần mềm này hỗ trợ việc tự động tính và vẽ đường tần suất lý luận trong khâu tìm

đường tần suất lý luận phù hợp như đã được chỉ ra trong mục 3.1.2.3 ở trên.

- Kết quả xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất p ở 12 trạm khí tượng

nghiên cứu lập với chuỗi số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010 được lập thành

đồ thị tra và bảng tra như trong Phụ lục 1: các Đồ thị PL.1-1, PL.1-2, PL.1-3, PL.1-4,

PL.1-5, PL.1-6, PL.1-7, PL.1-8, PL.1-9, PL.1-10, PL.1-11, PL.1-12 và Bảng PL.1-13.

3.1.4. So sánh lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế p tính từ năm

1960 tới năm 2010 so với Hn,p tính tới năm 1987 lập trong [5]. Nhận xét, kiến nghị.

- 79 -

- Kết quả so sánh giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p xác định với chuỗi số liệu đo

mưa thực tế từ năm 1960 đến năm 2010 ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với giá

trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p xác định với chuỗi số liệu đo mưa thực tế đến năm

1987 đã lập trong [5] như ở Bảng của Phụ lục 12 Quyển phụ lục luận án.

- Luận án có nhận xét và kiến nghị.

+) Sau trên 23 năm, từ năm 1987  2010, ở tất cả các trạm khí tượng chọn nghiên

cứu ở các vùng miền trên toàn quốc (12 trạm), giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p ở

các tần suất p thay đổi rất nhiều. Ở các mức tần suất p càng nhỏ thì sự thay đổi

thường càng lớn, có khi tăng lên gấp 1.5 - 2 lần, ở mức tần suất p càng lớn thì sự

chênh lệch ít hơn. Kết qủa so sánh ở Bảng tại Phụ lục 12 quyển phụ lục luận án hoàn

toàn phù hợp với các nghiên cứu về quy luật biến đổi của chế độ mưa tại các trạm khí

tượng chọn nghiên cứu đã thực hiện ở chương 2, đó là chế độ mưa ở nước ta đã có sự

thay đổi và thay đổi đáng kể những năm càng về gần đây.

+) Kiến nghị sử dụng các số liệu lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất p lập với

số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010 (khoảng thời gian cuối ứng với bối cảnh

BĐKH) ở vị trí 12 trạm khí tượng nghiên cứu như trong Phụ lục 1 quyển phụ lục luận

án, tính ở các mức tần suất p = 1%  99.99%, để tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế

công trình thoát nước trên đường tại những khu vực có các trạm khí tượng này.

3.2. Nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và đề xuất tiêu chí

phân vùng mưa phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu lượng lũ lưu vực nhỏ của

công trình thoát nước nhỏ trên đường.

3.2.1. Khái niệm và đặc tính của hàm hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa .

- Gọi T,p là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời đoạn T và tần suất p tại một

, pT

vùng mưa nào đó, thì:

,  pT

, pn

(3.9)

với: HT,p là lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn tính toán T ở tần suất p hay

còn gọi là lượng mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p

Hn,p là lượng mưa ngày tính toán ở tần suất p

T là thời đoạn mưa tính toán.

- Theo biểu thức (3.9), có nhận định về mặt lý luận như sau: giá trị ở tử số là lượng

mưa tính toán thời đoạn HT,p và giá trị ở mẫu số là lượng mưa ngày tính toán Hn,p đều

- 80 -

phụ thuộc vào cùng một tần suất p như nhau, như vậy theo phân tích lôgic thì đại

lượng T,p sẽ chỉ còn phụ thuộc vào thời đoạn mưa tính toán T mà không còn hoặc

còn rất ít phụ thuộc vào tần suất p nữa. Tuy nhiên giả thiết này cũng cần được kiểm

tra, đánh giá qua các tài liệu đo mưa thực tế ở các trạm khí tượng.

- Các kết quả nghiên cứu trên nhiều số liệu đo mưa thực tế (VD như được giới thiệu tại

các hình ở Phụ lục 13 quyển phụ lục luận án và kết quả đánh giá sai số ở Bảng 3.5 thể

hiện mức độ không phụ thuộc vào tần suất p tại 12 trạm nghiên cứu) chỉ ra rằng.

+) Trong một vùng mưa đã được xác định (vùng thiết kế) thì họ các đường cong quan

hệ T,p  T ở các tần suất p khác nhau rất sít nhau, có nghĩa có thể xem như chúng

không phụ thuộc vào tần suất p nữa, như ở Hình 3.4. Bởi vậy, lấy đường trung bình

của họ các đường cong T,p  T ở các tần suất p để đại diện cho vùng mưa đó, đường

trung bình này được ký hiệu là T , như vậy T chỉ còn phụ thuộc vào T, không phụ

, pT

thuộc vào p, hàm quan hệ T  T như ở Hình 3.5.



H T H

, pn

Ta có: (3.10)

Trong đó: T là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa của vùng, không phụ

thuộc vào p, chỉ phụ thuộc vào thời đoạn tính toán T

HT,p là lượng mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p

T,p

g 1

1 2 ... p

g 2

1 2 ... p

g 3

1 2... p

Hn,p là lượng mưa ngày tính toán ở tần suất p.

Hình 3.5: Phân vùng mưa bằng Hình 3.4: Họ đường cong T,p  T ít thay

đường cong hệ số đặc trưng hình đổi theo tần suất trong một vùng mưa

nhưng khác nhau giữa các vùng mưa dạng cơn mưa T  T

+) Hàm T có tính vùng rõ rệt: ở các vùng mưa khác nhau thì đường cong quan hệ

T  T sẽ khác nhau. Do vậy sử dụng đường quan hệ T  T để phân vùng mưa.

- 81 -

- Ý nghĩa của hệ số T: Xét lại cơn mưa tính toán ở Hình 1.4 chương 1, ở hai vùng

mưa I và II khác nhau, mặc dù có cùng lượng mưa ngày tính toán Hn,p nhưng nếu hình

dạng cơn mưa khác nhau, thì.

+) Cường độ mưa tính toán aT,p ở thời

đoạn T và tần suất p phụ thuộc vào

lượng mưa HT,p lớn nhất của thời đoạn

tính toán T ở tần suất p, aT,p = HT,p / T.

+) Với cùng một thời đoạn tính toán T

và tần suất p thì lượng mưa tính toán

thời đoạn HT,p sẽ khác nhau ở các vùng

I  HT,p

II nên (HT,p

I/T)  (HT,p

II.

II/T), tức mưa do ảnh hưởng của hình dạng cơn mưa, HT,p

I  aT,p

cường độ mưa tính toán aT,p

+) Như vậy, đặc trưng cho hình dạng cơn mưa có thể được biểu diễn bằng tỷ số giữa

lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn tính toán HT,p và lượng mưa ngày tính toán Hn,p

(tỷ số HT,p / Hn,p). Do vậy T được gọi là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa.

- Từ phân tích trên có nhận xét.

./ Trong một vùng mưa đã được xác định thì lượng mưa ngày tính toán Hn,p chỉ

phụ thuộc vào tần suất thiết kế p, không phụ thuộc vào hình dạng cơn mưa.

./ Còn cường độ mưa tính toán aT,p ngoài việc phụ thuộc vào tần suất thiết kế p,

thời đoạn mưa tính toán T còn phụ thuộc vào hình dạng cơn mưa.

3.2.2. Mục đích, ý nghĩa của việc nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn

mưa T.

- Trong mục 3.1 đã nghiên cứu hoàn chỉnh việc xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p

theo tần suất với số liệu đo mưa thực tế liên tục từ năm 1960 - 2010, cập nhật được

các diễn biến thời tiết đến thời điểm hiện nay ở nước ta. Trong tính toán lưu lượng

thiết kế công trình thoát nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay đang dùng tiêu chuẩn

TCVN9845:2013 [5], sử dụng công thức cường độ giới hạn tính theo lượng mưa ngày

tính toán, công thức (1.9). Trong công thức này đã sử dụng công thức (1.14) để xác



. H

, pT

, pn

 T T

định cường độ mưa tính toán: , khi tính toán lấy T = .

Như vậy, để xác định được lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên

đường Qp theo công thức (1.9) như trong [5] thì ngoài việc xác định được thông số

- 82 -

lượng mưa ngày tính toán Hn,p ở tần suất p còn phải xác định được giá trị của hệ số

đặc trưng hình dạng cơn mưa T ở thời đoạn tính toán T cho vùng mưa thiết kế phù

hợp và cập nhật được các diễn biến về mưa đến thời điểm hiện nay ở nước ta.

- Đồng thời, hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T còn dùng để xác định lượng mưa

lớn nhất trong thời đoạn tính toán HT,p theo tần suất tính từ lượng mưa ngày tính toán

Hn,p theo tần suất sử dụng trong công thức Sôkôlôpsky tính lưu lượng thiết kế cho lưu

vực vừa và lớn, nó cũng là thông số quan trọng trong tính toán mưa rào - dòng chảy

bằng mô hình NAM - MIKE cho kết quả tin cậy.

- Ngoài ra, hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T  T là một thông số rất quan trọng

sử dụng trong việc phân vùng mưa.

- Từ những phân tích như trên thì việc nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình dạng

cơn mưa T là một trong những nội dung nghiên cứu có ý nghĩa khoa học, thực tiễn.

3.2.3. Phương pháp xây dựng hàm hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T theo T

trong một vùng mưa.

max đo được tại các trạm khí

3.2.3.1. Phương pháp xây dựng.

- Thu thập số liệu lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

tượng, sử dụng phương pháp phân tích thống kê để xác định lượng mưa ngày tính

toán Hn,p theo tần suất p như đã trình bầy trong mục 3.1 ở trên.

- Dưa vào tài liệu đo mưa tự ghi ở các trạm khí tượng, xác định lượng mưa lớn nhất max ở các thời đoạn tính toán T như ở Hình 4.2, công thức (4.2) và mục 4.2 năm HT

chương 4. Dùng phương pháp phân tích thống kê xác định lương mưa tính toán HT,p ở

các thời đoạn tính toán T và các tần suất p khác nhau. Phương pháp phân tích thống

kê tính toán xác định HT,p theo tần suất như trong mục 4.4 chương 4.

, piT

- Xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T,pi ở thời đoạn tính toán T và tần suất

, 

piT

, pin

pi theo công thức (3.9):

ở đây: T,pi là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời đoạn T và tần suất

HT,pi là lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn tính toán T ở tần suất pi

Hn,pi là lượng mưa ngày tính toán ở tần suất pi.

- Xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa trung bình tb của các T,pi , ký hiệu là

T, cho vùng mưa phụ thuộc vào thời đoạn tính toán T theo công thức (3.11) sau đây.

- 83 -



, piT



1 

 T

(3.11)

Trong đó: T,pi là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời đoạn T và các tần

suất pi , với i = 1  n, n là số lượng các mức tần suất tính toán.

- Quá trình tính toán có thể tóm lược như trong Bảng 3.4 dưới đây.

Bảng 3.4: Tóm tắt quá trình xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T

STT Tần suất p

1 . . . . . . . . . . . .

2 . . . . . .

3 . . . . . .

Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T ở các thời đoạn T Tn1’ n1’,1 n1’,2 n1’,3 . . . T =10’ 10’,1 10’,2 10’,3 . . . Tk’ k’,1 k’,2 k’,3 . . . T =5’ 5’,1 5’,2 5’,3 . . .

. . . i . . . . . . . . . . . .

5’,i . . . 10’,i . . . k’,i . . . n1’,i . . .

. . . n . . . . . . . . . . . . (%) p1 p2 p3 . . . pi . . . pn

* . . . . . .

Tính T trung bình 5’,n 5’ = 5’,i /n 10’,n 10’ = 10’,i /n k’,n k’ = k’,i /n n1’,n n1’ = n1’,i /n

Ghi chú: các dấu  trong bảng có chỉ số i chạy từ i = 1  n.

- Sau khi xác định được giá trị T như trong Bảng 3.5, cần phải đánh giá sai số giữa

giá trị T vừa tìm được với các giá trị T,pi ở các tần suất pi để có cơ sở quyết định sử

dụng. Nội dung đánh giá sai số được trình bầy ở mục 3.2.3.3.

3.2.3.2. Kết quả xây dựng hàm hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T  T cho 12 trạm

khí tượng chọn nghiên cứu với chuỗi số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010.

- 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với chuỗi số liệu đo mưa thực tế thu thập từ năm

1960 - 2010 như trong Bảng 2.1 chương 2.

- Lượng mưa ngày tính toán Hn,p ở tần suất p được xác lập như trong Bảng PL.1-13 của

Phụ lục 1 quyển phụ lục luận án cho 12 trạm nghiên cứu.

- Lượng mưa tính toán HT,p ở thời đoạn tính toán T và tần suất p được xác lập như

trong các bảng từ Bảng PL.4-1 đến Bảng PL.4-12 của Phụ lục 4 cho 12 trạm.

- Sử dụng các công thức (3.9), (3.11) và Bảng 3.4 xác lập được hệ số đặc trưng hình

dạng cơn mưa T ứng với các thời đoạn tính toán T ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên

cứu với chuỗi số liệu đo mưa thực tế thu thập từ năm 1960 - 2010. Kết quả tính toán

này được lập thành đồ thị tra và bảng tra như trong Phụ lục 2: các Đồ thị PL.2-1,

- 84 -

PL.2-2, PL.2-3, PL.2-4, PL.2-5, PL.2-6, PL.2-7, PL.2-8, PL.2-9, PL.2-10, PL.2-11,

PL.2-12 và Bảng PL.2-13. Phụ lục 2 được lập cho các thời đoạn tính toán T = 5phút,

10ph, 20ph, 30ph, 60ph, 180ph, 360ph, 540ph, 720ph, 1080ph, 1440phút.

3.2.3.3. Đánh giá sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T trong một vùng

mưa với các giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T,pi ở các tần suất pi khác

nhau. Nhận xét và kiến nghị.

- Mục đích: việc đánh giá sai số nhằm đánh giá mức độ tập trung của các đường T,pi ở

các tần suất pi khác nhau so với vị trí của đường trung bình T.

2, [1], [14], [18], [27], [46].

- Phương pháp đánh giá: sử dụng tiêu chuẩn đánh giá của tổ chức Khí tượng thế giới

2 được tính theo công thức (3.12) sau đây.

(WMO), đánh giá theo chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh





./ Độ hữu hiệu Rhh

Rhh

F 2 F 0

  

  100. 



)



(

(%) (3.12)

]) i

tinh

[(

 1



)



]

2 F 0

[(

 1

Với:

Trong đó: Xđo là giá trị thực đo của đại lượng mưa khảo sát

Xtính là giá trị tính của đại lượng mưa khảo sát

(

)

  1 i

Xđo là giá trị thực đo trung bình của đại lượng mưa khảo sát

n là số mẫu khảo sát.

./ Tiêu chuẩn đánh giá của tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) hiện nay như sau.

%65%40 



%85%65 

Đạt

2 hhR

%85

Khá

       

Tốt

- Kết quả đánh giá sai số hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T xác lập cho 12 trạm

khí tượng chọn nghiên cứu như ở Bảng 3.5 dưới đây. Ở đây cần lưu ý khí tính độ hữu 2 theo công thức (3.12) thì giá trị thực đo Xđo chính là hệ số đặc trưng hình hiệu Rhh

dạng cơn mưa T,pi ở thời đoạn T và tần suất pi, còn giá trị tính Xtính chính là hệ số

đặc trưng hình dạng cơn mưa trung bình T ở thời đoạn T.

- 85 -

Bảng 3.5: Kết quả đánh giá sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T thiết

2 Độ hữu hiệu Rhh

lập cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với số liệu đo mưa từ 1960 - 2010

2 Rhh

STT Trạm, địa danh Đánh giá theo tiêu chí

của WMO

1 Thị xã Mường Lay 95.16% Tốt

2 TP.Tuyên Quang 89.01% Tốt

3 TP. Lạng Sơn 94.69% Tốt

4 Láng - TP.Hà Nội 94.58% Tốt

5 Hà Đông - Hà Nội 94.68% Tốt

6 TX.Sơn Tây - HN 86.14% Tốt

7 TP. Vinh 97.01% Tốt

8 TP. Đồng Hới 85.00% Khá

9 TP. Đà Nẵng 84.10% Khá

10 TP. Nha Trang 97.37% Tốt

11 TP. Buôn Ma Thuột 83.68% Khá

12 TP. Cần Thơ 98.37% Tốt

- Luận án có các nhận xét, kiến nghị sau đây.

+) Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T thiết lập cho 12 trạm khí tượng nghiên cứu

với số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010 về cơ bản có sai số rất thấp, khi đánh 2 đều ở mức Khá, Tốt theo tiêu chí của tổ chức giá theo chỉ tiêu hệ số độ hữu hiệu Rhh

Khí tượng thế giới (WMO).

+) Kiến nghị sử dụng hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T lập với số liệu đo mưa

thực tế thu thập từ năm 1960 - 2010 cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu như

trong Phụ lục 2 quyển phụ lục luận án để tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế công trình

thoát nước nhỏ trên đường tại những khu vực có các trạm khí tượng này. Phụ lục 2

được áp dụng với thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph.

3.2.4. Đề xuất tiêu chí, phương pháp phân vùng mưa phù hợp đối với yêu cầu tính

toán lưu lượng lũ lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường.

- Trong thực tiễn tính toán, phải phân diện tích lãnh thổ thành những vùng mưa và xây

dựng giá trị bình quân của các thông số đặc trưng về mưa trên toàn vùng để sử dụng

chung cho tất cả các diện tích lưu vực nằm trong vùng mưa đó. Phải làm như vậy bởi

vì không phải tại bất cứ một vị trí diện tích lưu vực nào cũng có đặt trạm đo mưa.

- 86 -

- Theo nghiên cứu tổng quan ở chương 1, ở nước ta cho đến nay mới chỉ có một số

công trình phân vùng mưa, như phân vùng mưa trong [7] năm 1977, phân vùng mưa

năm 1980 của Hoàng Minh Tuyển, phân vùng mưa năm 1991 của Hoàng Niêm và Đỗ

Đình Khôi, phân vùng mưa năm 1993 của TS Trịnh Nhân Sâm chia toàn quốc thành

18 vùng mưa mà hiện đang được sử dụng trong tiêu chuẩn thiết kế [5]. Các công trình

này đều phân khu theo kiểu cường độ mưa hay phân khu tham số, hệ số phục vụ cho

tính lũ từ tài liệu mưa rào nên chỉ chú ý đến quan hệ triết giảm cường độ mưa theo

thời khoảng tính toán. Tức có thể sử dụng đường cong T  T để phân vùng mưa bởi

vì cần lưu ý rằng xét ở cùng 1 vị trí thì đường quan hệ T  T cũng chính là quan hệ

triết giảm cường độ mưa theo thời khoảng tính toán aT  T, vì theo công thức (1.14)

thì aT,p = (T / T).Hn,p với Hn,p là hằng số. Tiêu chí thực hiện phân vùng mưa là: những

khu vực có đường cong T  T gần như nhau thì được xếp vào cùng một vùng mưa.

- Trong [29], tác giả Lê Đình Thành trong luận án tiến sĩ của mình năm 1996 đã đưa ra

quan điểm phân vùng mưa - lũ, theo đó toàn bộ lãnh thổ nước ta được chia thành 13

khu (kiểu) mưa lũ. Các chỉ tiêu sử dụng để phân vùng là:

 Nguyên nhân gây mưa lũ và lượng mưa ngày lớn nhất đo được ngoài thực tế.

 Mùa mưa lũ.

 Địa hình.

Phân vùng này phục vụ cho việc tính mưa lũ và lũ lớn nhất khả năng ở Việt Nam.

- Kết quả phân vùng mưa có ảnh hưởng tương đối lớn tới mức độ chính xác của kết quả

tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường. Việc thực hiện

phân vùng mưa quá rộng là chưa phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu lượng lũ lưu

vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường, vì điều này đã làm bình quân hóa

quá rộng giá trị các thông số mưa đặc trưng trên toàn vùng, làm mất đi tính đặc trưng

riêng biệt của những diện tích lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường.

Ngoài ra theo các nghiên cứu ở chương 2, chế độ mưa ở nước ta đến nay đã bị thay

đổi đáng kể trong những năm càng về gần đây do chịu ảnh hưởng của BĐKH.

+) Hình 3.6 dưới đây là một ví dụ đơn cử về sự biến đổi của chế độ mưa, thời kỳ từ

năm 1960 - 2010, ở các trạm khí tượng ảnh hưởng đến giá trị lưu lượng thiết kế Qp

của công trình thoát nước nhỏ trên đường. Trên hình 3.6 cho thấy, cùng một lưu vực

nhỏ F, cùng một tần suất thiết kế p, đặt ở 3 trạm rất gần nhau là trạm Láng, Hà Đông,

TX.Sơn Tây đều thuộc TP.Hà Nội và nằm trong cùng một phân vùng mưa số VIII

- 87 -

như đang được phân vùng trong [5] thì giá trị Qp cũng rất chênh lệch nhau, chênh Qp

giữa trạm Láng và trạm Sơn Tây là 1.76 lần, giữa trạm Hà Đông và trạm Sơn Tây là

1.54 lần. Tương tự, giá trị Qp giữa trạm Đồng Hới và trạm Đà Nẵng đều thuộc phân

Qp (m3/s) 400

339.9

300

263.5

234.2

230.1

200

149.5

p = 4%; F =2.94 km2, có 2 sườn dốc; Mặt cắt lòng suối hình thang, có bđáy suối = 2m, mái dốc 2 bờ suối là 1/1; Lls = 3.28 km, li = 0 km; Jsd = 20%, Jls = 1%; msd = 0.5, mls = 11.0; 1 = 1,  =1; Z =2.5mm, i =0.1 mm/ph.

100

aT,p xác định với số liệu đo mưa thời kỳ từ (1960 - 2010), phản ánh đặc điểm thời tiết hiện nay.

...

... §ång

L¸ng Hµ §«ng

S¬n T©y

§µ N½ng

Híi

Giải bằng phương trình cân bằng lượng nước (1.13).

vùng mưa số XI như đang phân vùng trong [5] cũng chênh nhau tới 1.45 lần.

Hình 3.6: Sự khác nhau về chế độ mưa ở các trạm khí tượng gây chênh lệch lưu

lượng thiết kế của lưu vực nhỏ ở các vùng khi cùng điều kiện mặt đệm và tần

suất, khảo sát với số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010

+) Chính vì vậy, cần đặt ra vấn đề hiệu chỉnh phân vùng mưa phù hợp với tính toán

lưu lượng lũ công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay. Cùng với các

kết quả nghiên cứu ở chương 2, chế độ mưa ở các trạm khí tượng rất gần nhau vẫn có

sự khác biệt đáng kể do chế độ mưa ở nước ta đến nay đã bị thay đổi, nhận thấy rằng

không nên xây dựng thông số mưa dùng chung cho những vùng quá rộng lớn vì điều

này đã làm bình quân hóa mưa trên toàn vùng, làm mất đi tính đặc trưng riêng biệt

của những diện tích lưu vực nhỏ. Nên xây dựng các thông số mưa cho từng vùng nhỏ

phù hợp để phục vụ việc tính toán lưu lượng lũ công trình thoát nước nhỏ trên đường.

Tuy nhiên cũng không thể phân chia vùng mưa quá nhỏ vì hạn chế của nguồn lực về

hạ tầng của ngành khí tượng là các trạm đo mưa ngoài thực tế.

- Luận án nghiên cứu đề xuất một phương pháp, tiêu chí phân vùng mưa phù hợp đối

với yêu cầu tính toán lưu lượng lũ lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên

đường như sau.

+) Việc phân vùng mưa không nên thuần túy chỉ dựa vào việc so sánh định tính quan

hệ triết giảm cường độ mưa theo thời khoảng tính toán mà cần phải dựa vào tính toán

định lượng mức độ sai số cho phép của hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T  T

- 88 -

2 và việc phân tích tổng hợp một số yếu tố

bằng cách sử dụng chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh

ảnh hưởng đến chế độ mưa lũ.

+) Cụ thể kiến nghị việc phân vùng mưa căn cứ vào các chỉ tiêu sau.

 Nguyên nhân gây mưa lũ.

 Mùa mưa lũ.

 Đặc điểm địa hình.

 Và chỉ tiêu chính là: hàm hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T  T, tức quan

hệ triết giảm cường độ mưa theo thời khoảng tính toán, với mức độ sai số khi

tính toán phân vùng giữa các giá trị (T,p)k ở các vị trí k trong vùng mưa so

với giá trị trung bình T đặc trưng cho cả vùng mưa không được vượt quá

2  [Rhh

2]cp.

mức độ sai số cho phép, tức phải đảm bảo điều kiện Rhh

+) Trong các chỉ tiêu trên thì hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T  T vẫn là chỉ

tiêu cơ bản và quan trọng nhất, được sử dụng làm căn cứ chính để phân vùng mưa.

Bởi vì, quan hệ T  T phản ảnh quan hệ triết giảm cường độ mưa aT  T, mà cường

độ mưa là một thông số tổng hợp đặc trưng cho các nhân tố ảnh hưởng đến tính toán

lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường như các nghiên cứu đã chỉ ra

ở chương 1. Mặt khác, sử dụng hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T trong nghiên 2 và cứu này đã có thể đánh giá định lượng được bằng chỉ tiêu hệ số độ hữu hiệu Rhh

tiêu chí đánh giá của tổ chức Khí tượng thế giới (WMO).

+) Việc chọn giá trị giới hạn [Rhh

2]cp lớn hay nhỏ là bài toán phân tích kinh tế, phân 2]cp lựa chọn càng lớn thì kết quả phân vùng càng chi tiết,

tích kỹ thuật. Giá trị [Rhh

các vùng mưa sẽ được phân càng nhỏ, càng phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu

lượng lũ lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường, nhưng do bị hạn chế

2]cp quá lớn. Ngược lại, giá trị [Rhh

của nguồn lực về kết cấu hạ tầng các trạm đo mưa ngoài thực tế nên cũng không thể 2]cp không được chọn nhỏ dưới chọn giá trị [Rhh

40%, là mức tối thiểu quy định ‘‘Đạt’’ theo tiêu chí đánh giá của tổ chức Khí tượng

thế giới (WMO).

- Ví dụ : thực hiện phân vùng mưa cho TP.Hà Nội (vì có sẵn số liệu đo mưa thực tế) 2]cp = 85%, ở mức ‘‘Tốt’’ của WMO, với số liệu đo mưa thực tế thu thập từ với [Rhh

năm 1960 - 2010.

+) Hình 3.7 dưới đây là so sánh các đường cong T  T tại 3 trạm khí tượng Láng,

Hà Đông, TX.Sơn Tây và đường trung bình 3 trạm.

- 89 -

Hình 3.7: Các đường cong hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T  T tại 3 trạm

2 của hệ số đặc trưng

Láng, trạm Hà Đông, trạm Sơn Tây của TP. Hà Nội từ năm 1960 - 2010

+) Bảng 3.6 dưới đây là kết quả tính chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh

hình dạng cơn mưa. Nhận thấy: nếu xây dựng đường T trung bình cho 3 trạm Láng -

Hà Đông - Sơn Tây thì sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T,pi ở từng

trạm Láng, trạm Hà Đông, trạm TX.Sơn Tây so với đường bình quân chung 3 trạm sẽ

bị tăng lên.

Bảng 3.6: Sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở các trạm Láng, trạm

Hà Đông, trạm Sơn Tây tính so với đường T trung bình 3 trạm

2 Rhh

Tính từng trạm, bảng 3.5 Tính so với T bình quân 3 trạm STT Trạm, địa danh Đánh giá Đánh giá

1 Láng - TP.Hà Nội 94.58% Tốt 94.44% Tốt

2 Hà Đông - Hà Nội 94.68% Tốt 91.51% Tốt

3 TX.Sơn Tây - HN 86.14% Tốt 80.22% Khá

2  [Rhh

2]cp = 85%, rõ ràng chỉ

+) Theo các chỉ tiêu phân vùng ở trên và tiêu chí Rhh

ghép trạm Láng - Q.Đống Đa và trạm Hà Đông - Q.Hà Đông vào thành một vùng

mưa gồm các quận nội thành và các huyện đồng bằng phía nam của TP.Hà Nội mà

không ghép thêm trạm TX.Sơn Tây vào để thành một vùng rộng hơn, tách riêng trạm

TX.Sơn Tây để thành lập một vùng mưa khác, vùng mưa gồm các huyện có địa hình

bán sơn địa phía bắc của TP.Hà Nội để sử dụng trong tính toán lưu lượng lũ thiết kế

công trình thoát nước nhỏ trên đường. Điều này cũng hoàn toàn phù hợp khi ta so

sánh chế độ mưa ở 3 trạm Láng, trạm Hà Đông, trạm TX.Sơn Tây như đã chỉ ra ở các

- 90 -

nghiên cứu của chương 2, chế độ mưa ở hai trạm Láng và trạm Hà Đông tương đối

gần nhau nhưng lại khác so với chế độ mưa của trạm TX.Sơn Tây. Đồng thời đặc

điểm địa hình khu vực các quận nội thành và các huyện đồng bằng phía nam TP.Hà

Nội có thể coi là tương đồng, nhưng không thể tương đồng với địa hình khu vực TX.

Sơn Tây và các huyện phía bắc của TP.Hà Nội có địa hình bán sơn địa.

3.3. Nhận xét, kết luận chương 3.

1/ Áp dụng phương pháp phân tích thống kê để xác định giá trị lượng mưa ngày tính

toán Hn,p theo tần suất với sơ đồ tính ở Hình 3.1 cho kết quả đảm bảo độ tin cậy cần

thiết, phù hợp với đặc điểm của chế độ mưa ở nước ta trong tình hình thời tiết khí hậu

hiện nay chịu tác động của hiện tượng BĐKH. Giá trị lượng mưa ngày tính toán theo

tần suất Hn,p thiết lập ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu đều đạt được mức độ tin

cậy của các kết quả tính toán Rtincậy  95%. Do vậy kiến nghị sử dụng các số liệu

lượng mưa ngày tính toán Hn,p ở tần suất p = 1%  99.99% lập với số liệu đo mưa

thực tế thu thập từ năm 1960 - 2010 ở vị trí 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu như

trong Phụ lục 1, từ PL.1-1 đến PL.1-13, thay thế cho các giá trị lượng mưa ngày tính

toán Hn,p trong TCVN9845:2013 [5] để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước

trên đường tại những khu vực có các trạm khí tượng này.

2/ Giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T  T xây dựng cho các trạm khí tượng ở

nước ta với chuỗi số liệu đo mưa thực tế thời kỳ từ năm 1960 - 2010 đều đạt được

tiêu chuẩn sai số theo quy định của tổ chức Khí tượng thế giới (WMO), là tiêu chuẩn

đánh giá trong ngành khí tượng thủy văn hiện được rất nhiều nước đang sử dụng.

Kiến nghị sử dụng các giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T ở thời đoạn tính

toán T = 5ph  1440ph lập với số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010 cho 12

trạm khí tượng chọn nghiên cứu như trong Phụ lục 2, từ PL.2-1 đến PL.2-13, để tính

lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường tại những khu vực có các

trạm khí tượng này.

Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T thiết lập ở Phụ lục 2 cũng được sử dụng

để tính chuyển lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thành lượng mưa tính toán

HT,p ở các thời đoạn ngắn hơn theo tần suất bằng công thức (3.10), HT,p = T.Hn,p ,

dùng tính toán xác định lưu lượng thiết kế cho lưu vực vừa và lớn theo công thức

Sôkôlôpsky, dùng trong tính toán mưa rào – dòng chảy theo mô hình NAM - MIKE

cho kết quả tin cậy.

- 91 -

3/ Kiến nghị, đề xuất một phương pháp, tiêu chí phân vùng mưa phù hợp đối với yêu

cầu tính toán lưu lượng lũ lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường như

sau: Việc phân vùng mưa căn cứ vào chỉ tiêu chính là hàm hệ số đặc trưng hình dạng

cơn mưa T  T, tức quan hệ triết giảm cường độ mưa theo thời khoảng tính toán, với

mức độ sai số khi tính toán phân vùng giữa các giá trị (T,p)k ở các vị trí k trong vùng

2  [Rhh

mưa so với giá trị trung bình T đặc trưng cho cả vùng mưa không được vượt quá 2]cp; và việc phân tích mức độ sai số cho phép, tức phải đảm bảo điều kiện Rhh

tổng hợp một số yếu tố ảnh hưởng đến chế độ mưa lũ như nguyên nhân gây mưa lũ,

mùa mưa lũ, đặc điểm địa hình.

Do chưa có điều kiện thu thập số liệu đo mưa thực tế cập nhật đến thời điểm

hiện nay ở tất cả các trạm khí tượng, các điểm đo mưa trên toàn quốc nên luận án mới

chỉ dừng lại ở mức đề xuất, kiến nghị về phương pháp, tiêu chí phân vùng mưa phù

hợp như trên.

- 92 -

Chương 4:

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THAM SỐ CƯỜNG ĐỘ MƯA TRONG TÍNH

TOÁN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC

NHỎ TRÊN ĐƯỜNG Ở VIỆT NAM

4.1. Khái niệm về cường độ mưa.

4.1.1. Khái niệm: Cường độ mưa là lượng mưa trong một đơn vị thời gian, thường ký

hiệu là a, đơn vị tính thường tính là mm/phút. Cường độ mưa là một thông số đặc

trưng quan trọng của một cơn mưa.

4.1.2. Cường độ mưa tức thời, at : Tại một thời điểm t bất kỳ nào đó của một cơn mưa

H a

thì cường độ mưa tức thời được tính theo công thức (4.1).

at 

H t

dH dt

(4.1)

a t max

a t

t *

t ma

Trong đó:

at là cường độ mưa tức thời Ht là lượng mưa tích lũy, là hàm của t

t là thời điểm tính.

Hình 4.1: Diễn biến lượng mưa tích lũy Ht và cường độ mưa tức thời trong một trận mưa thực tế +) Theo tài liệu đo mưa có thể mô tả diễn biến của một cơn mưa thực tế như sau: tại

thời điểm bắt đầu mưa, cường độ mưa ato bằng 0. Cường độ mưa at tăng dần lên theo thời gian mưa của cơn mưa và đạt được giá trị cực đại atmax tại thời điểm t* nào đấy,

thường là khoảng giữa cơn mưa. Tiếp theo cường độ mưa giảm dần và khi kết thúc

cơn mưa thì cường độ mưa atmưa lại bằng 0. Diễn biến này thể hiện như ở Hình 4.1.

+ Như vậy, trong một cơn mưa thực tế cường độ mưa tức thời thay đổi liên tục và là

một hàm số phụ thuộc vào thời gian và không gian.

4.1.3. Cường độ mưa trung bình lớn nhất trong thời khoảng tính toán, aT .

Trong tính toán lưu lượng đỉnh lũ công trình thoát nước nhỏ trên đường, quan tâm

đến cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian tính toán T nào đấy.

T  a

theo công thức (4.2) như sau: (4.2) Cường độ mưa trung bình lớn nhất trong thời khoảng tính toán T được xác định H T T

Trong đó: aT là cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng thời

gian tính toán T (mm/ph)

HT là lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn tính toán T (mm)

- 93 -

T là thời đoạn mưa tính toán (phút).

Nếu xét thêm yếu tố tần suất mưa tính toán p% thì thêm chỉ số p vào các ký hiệu

,  pT

, pT T

của a và H trong công thức, tức là: (4.2’)

Khi này: aT,p được gọi là cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng thời

gian tính toán T ở tần suất p, hay còn được gọi là cường độ mưa tính

toán ở thời đoạn T và tần suất p, hay cường độ mưa giới hạn lớn nhất

trong thời đoạn tính toán T và tần suất p (mm/ph).

HT,p là lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn tính toán T ở tần suất p, hay

còn gọi là lượng mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p (mm).

T là thời đoạn mưa tính toán (ph). Trong tính toán Qp công trình thoát

nước thời đoạn tính toán T được lấy bằng thời gian tập trung nước 

của lưu vực, khi này aT,p được ký hiệu là a,p , HT,p được ký hiệu là H,p

và chỉ số ‘‘T’’ ở các tham số mưa khác cũng được ký hiệu là ‘‘’’.

+) Theo khái niệm trên thì cường độ mưa trung bình lớn nhất aT trong khoảng thời

gian tính toán T được xác định như sau: trên biểu đồ của máy đo mưa tự ghi, xê dịch

chọn trên đoạn dốc nhất của biểu đồ để xác định được giá trị lớn nhất của lượng mưa

H t

m m

a T H T

, t

a T

2 T

1 T

H T

H a m g n î L

Thêi ®o¹n T

t (ph)

HT của thời đoạn tính toán T, và tính được aT theo công thức (4.2). Hình 4.2 dưới đây.

Hình 4.3: Quan hệ cường độ mưa tính toán aT , lượng mưa lớn nhất trong khoảng thời gian tính toán HT và thời đoạn mưa tính toán T Hình 4.2: Phương pháp xác định cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian tính toán T trên giấy đo mưa tự ghi, Ht là lượng mưa tích lũy

+ Phân tích sơ đồ Hình 4.2 xác định cường độ mưa tính toán aT ở thời đoạn T, thấy.

./ Khi thời đoạn mưa tính toán T tăng lên thì lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn

tính toán HT cũng tăng lên nhưng mức độ tăng của HT không thể bằng mức độ tăng

của T nên cường độ mưa tính toán thời đoạn aT bị giảm đi. Hay nói cách khác cường

độ mưa tính toán thời đoạn aT tỷ lệ nghịch với thời đoạn mưa tính toán T, Hình 4.3.

- 94 -

Để nghiên cứu tính chất này rất nhiều tác giả đã dựa vào số liệu đo mưa

thực tế trên máy đo mưa tự ghi và đã có kết luận rất thống nhất.

Các kết quả nghiên cứu đều chỉ ra rằng cường độ mưa tính toán thời đoạn aT

tỷ lệ nghịch với thời đoạn mưa tính toán T theo quan hệ dạng hàm số mũ.

./ Khi xác định lượng mưa lớn nhất HT trong thời đoạn mưa tính toán T trên

đường cong tích lũy mưa thì phải chọn ở đoạn có độ dốc lớn nhất. Điều này chứng tỏ

cường độ mưa tính toán thời đoạn aT là đại lượng phụ thuộc vào hình dạng cơn mưa.

Các nghiên cứu dựa vào máy đo mưa tự ghi đã cho thấy hình dạng cơn mưa

sẽ khác nhau ở mỗi vùng mưa và tần suất mưa tính toán p. Ở một vùng mưa thì

cường độ mưa tính toán thời đoạn aT sẽ thay đổi theo tần suất mưa tính toán p, khi

tần suất p càng nhỏ thì aT,p càng lớn và ngược lại.

4.2. Các giả thiết khi xác định cường độ mưa tính toán aT của thời đoạn T.

Khi xác định cường độ mưa trung bình lớn nhất aT trong thời đoạn tính toán T

theo hướng dẫn như ở Hình 4.2 và công thức (4.2) trên, thực ra là ta chỉ xét đến từng

thời khoảng của cơn mưa có chiều dài bằng T một cách độc lập mà chưa xét đến ảnh

hưởng ở thời gian xảy ra phía trước và sau nó của cơn mưa.

4.3. Các phương pháp xác định cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần

suất thiết kế p.

Việc xác định cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p có thể phân

ra làm 2 nhóm phương pháp như sau.

i) Phương pháp trực tiếp: bằng phương pháp phân tích thống kê, xác định trực

tiếp giá trị cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p căn cứ

vào số liệu đo mưa thực tế thu thập được tại các trạm khí tượng bằng máy

đo mưa tự ghi. Phương pháp này được coi là phương pháp chính xác.

Nhưng nó chỉ dùng được khi có được chuỗi số liệu đo mưa tự ghi đủ dài ở

các trạm khí tượng.

ii) Phương pháp gián tiếp: cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần

suất p được xác định bằng các công thức thực nghiệm được nghiên cứu xây

dựng bằng phương pháp hồi quy toán hoặc thông qua lượng mưa ngày tính

toán. Phương pháp này cho kết quả xác định aT,p với một mức độ chính xác

nào đó. Ưu điểm của phương pháp là ít phụ thuộc vào các trạm khí tượng

hoặc được sử dụng trong trường hợp không có số liệu đo mưa tự ghi hoặc

có số liệu đo mưa tự ghi nhưng thời gian quan trắc còn ngắn, chưa đủ dài.

- 95 -

Mặc dù đến nay đã được đầu tư rất nhiều, nhưng số trạm khí tượng có máy đo

mưa tự ghi ở nước ta vẫn còn rất thưa. Số trạm khí tượng có đủ điều kiện sử dụng

phương pháp tính trực tiếp aT,p vẫn còn ít. Do vậy phương pháp gián tiếp vẫn là

phương pháp quan trọng sử dụng để xác định thông số cường độ mưa tính toán aT,p

dùng trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

Luận án nghiên cứu cả 2 nhóm phương pháp trên nhằm đa dạng hóa việc xác

định cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p dùng cho tính toán lưu

lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường, phù hợp với điều kiện hiện có

của kho cơ sở dữ kiện về mưa ở các trạm khí tượng ở nước ta hiện nay.

4.4. Phương pháp trực tiếp xác định cường độ mưa tính toán aT,p.

Phương pháp trực tiếp được sử dụng khi có được số liệu đo mưa tự ghi thực tế

với số năm quan trắc đủ dài. Đây được đánh giá là phương pháp cho kết quả xác định

cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p chính xác nhất, do vậy nó cần

được khuyến khích và ưu tiên lựa chọn trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình

thoát nước nhỏ trên đường khi có đủ điều kiện về số liệu đo mưa tự ghi. Ngoài ra,

trong luận án này, kết quả xác định cường độ mưa tính toán aT,p của phương pháp trực

tiếp được sử dụng làm cơ sở đối chứng để đánh giá sai số khi xây dựng các công thức

thực nghiệm xác định cường độ mưa tính toán trong phương pháp gián tiếp.

Với số liệu đo mưa tích lũy trên máy đo mưa tự ghi theo từng năm, kéo dài đến

30, 50 năm tới năm 2010 do Trung tâm khí tượng thủy văn Quốc Gia cung cấp (Bảng

2.1 chương 2), luận án nghiên cứu xác định trực tiếp cường độ mưa tính toán aT,p ở

thời đoạn T và tần suất p phù hợp với đặc điểm của chuỗi số liệu đo mưa tự ghi ở các

trạm khí tượng ở nước ta hiện nay chịu ảnh hưởng của hiện tượng BĐKH. Bước đầu

thiết lập giá trị cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p cho 12 trạm

khí tượng chọn nghiên cứu ở các vùng miền trên toàn quốc, kết quả thể hiện ở dạng

bảng tra và lập thành các đường cong quan hệ a - T - p (cường độ mưa - thời gian - tần

suất), khi có điều kiện sẽ mở rộng cho các trạm khí tượng có máy đo mưa tự ghi khác.

Cơ sở để xác định aT,p bằng phương pháp trực tiếp là sử dụng phương pháp phân

tích thống kê. Để xác định được cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất

p thì phải có mẫu thống kê cường độ mưa tính toán thời đoạn thực tế từ kết quả đo

mưa tại các trạm khí tượng bằng máy đo mưa tự ghi. Phương pháp xác định cường độ

mưa tính toán aT ở thời đoạn T trên biểu đồ đo mưa tự ghi như theo hướng dẫn ở

Hình 4.2, công thức (4.2) và giả thiết ở mục 4.2. Chuỗi số liệu mẫu thống kê thực tế

- 96 -

cường độ mưa thời đoạn đưa vào tính toán tần suất để xác định aT,p là: mỗi năm, ở

mỗi thời đoạn tính toán T chọn một giá trị cường độ mưa thời đoạn lớn nhất năm

max)i , với i là năm khảo sát.

(aT

Khác với chuỗi dữ liệu đo lượng mưa ngày thường rất liên tục, chuỗi số liệu đo

cường độ mưa trên máy đo mưa tự ghi có thể bị gián đoạn một số năm do máy đo

mưa tự ghi bị trục trặc. Do vậy, việc sử dụng phương pháp phân tích thống kê để tìm

cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p sẽ phức tạp hơn. Luận án xác

trường hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi (aT

định cường độ mưa tính toán aT,p cho 2 trường hợp số liệu đo mưa tự ghi thường thấy, max)i là liên tục và trường hợp chuỗi số liệu max)i bị gián đoạn một hoặc một vài năm để tận dụng tối đa cơ sở dữ đo mưa tự ghi (aT

liệu đo mưa tự ghi thực tế của các trạm khí tượng ở nước ta hiện nay.

4.4.1. Trường hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi thực tế ở các trạm khí tượng là liên tục.

Trường hợp này đạt được ở 9/12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu là: trạm

TX.Mường Lay, trạm TP.Tuyên Quang, trạm Láng -TP.Hà Nội, trạm Hà Đông -

TP.Hà Nội, trạm TP.Đồng Hới, trạm TP.Đà Nẵng, trạm TP.Nha Trang, trạm TP.Buôn

Ma Thuột, trạm TP.Cần Thơ, và ở tất cả các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph.

Trong trường hợp này, việc xác định aT,p theo như sơ đồ ở Hình 3.1 mục 3.1

chương 3, nhưng cần lưu ý khi sử dụng các công thức ở chương 3 cho thông số cường

độ mưa trong chương 4 này là: cần thay thế các thông số trong các công thức này có

max ở các trạm khí tượng ở nước ta thường có tỷ

liên quan đến lượng mưa ngày bằng thông số của cường độ mưa tính toán thời đoạn.

Đối với chuỗi số liệu thống kê aT

số Cs/Cv lớn, mức biến động cũng rất lớn như đã chỉ ra trong các nghiên cứu ở

chương 2, do vậy áp dụng hàm phân bố Kritski-Menkel để tính aT,p là phù hợp.

Khi xác định thông số cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p

bằng phương pháp phân tích thống kê để sử dụng trong tính toán lưu lượng thiết kế

công trình thoát nước nhỏ trên đường, kiến nghị sử dụng giới hạn sai số lẫy mẫu cho

aT]cp = 10% và [’

Cv]cp = 15%, tham khảo theo quy phạm thủy lợi

phép là: [’

QP.TL.C-6-77 [7]. Theo kết quả nghiên cứu trong luận án cho thấy số năm đo đạc max ở nước ta cần tối thiểu từ nyc = 25 - 35 năm. Trong quan trắc tự ghi lấy mẫu aT

trường hợp mở rộng mức sai số lấy mẫu cho phép của hệ số phân tán Cv thì số năm

đo đạc quan trắc tự ghi cần thiết có thể rút xuống chỉ cần nyc = 10 - 35 năm. Thường

thì ở các thời đoạn tính toán T càng lớn thì số năm quan trắc tự ghi cần thiết nyc càng

phải dài (xem Bảng PL.14-1 của phụ lục 14 Quyển phụ lục luận án).

- 97 -

4.4.2. Trường hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi thực tế ở các trạm khí tượng bị gián

đoạn một hoặc một vài năm quan trắc.

Trường hợp này rơi vào 3/12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu là: trạm TP.Lạng

Sơn (gián đoạn từ 1979 - 1986, 8 năm), trạm TX.Sơn Tây - HN (gián đoạn từ 1979 -

1982, 4 năm), trạm TP.Vinh (gián đoạn 1 năm 1968 và từ 1988 - 1990, 3 năm), ở tất

cả các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph. Trong toàn bộ thời kỳ quan trắc từ năm

1960 - 2010, việc gián đoạn một số năm như trên là do máy đo mưa tự ghi bị hỏng.

Trong trường hợp này việc xác định aT,p bằng phương pháp phân tích thống kê

theo sơ đồ ở Hình 4.4 trang sau.

4.4.3. Kết quả xây dựng đường cong a – T – p bằng phương pháp trực tiếp ở 12 trạm

khí tượng nghiên cứu với số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010 và kiến nghị.

- Nội dung nghiên cứu chi tiết của phương pháp tính trực tiếp cường độ mưa tính toán

aT,p ở thời đoạn T và tần suất p xem trong Phụ lục 14 Quyển phụ lục luận án.

Để rút ngắn thời gian và nâng cao mức độ chính xác đã sử dụng phần mềm

FFC2008 [58], TSTV2002 [57] để hỗ trợ ở bước tính và vẽ đường tần suất lý luận.

- Kết quả xác định cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p ở 12 trạm

khí tượng chọn nghiên cứu với chuỗi số liệu đo mưa tự ghi thực tế thu thập từ năm

1960 - 2010 được lập thành các đường cong quan hệ a - T - p (cường độ mưa - thời

gian - tần suất) và bảng tra như trong Phụ lục 3: từ các Đồ thị PL.3-1 đến Đồ thị

PL.3-12 và từ các Bảng PL.3-13 đến Bảng PL.3-24. Giá trị aT,p ở 12 trạm khí tượng

chọn nghiên cứu lập cho các mức tần suất từ p = 1%  99.99% và các thời đoạn tính

toán T = 5ph, 10ph, 20ph, 30ph, 60ph, 180ph, 360ph, 540ph, 720ph, 1080ph, 1440ph.

Các giá trị cường độ mưa tính toán aT,p xác định bằng phương pháp trực tiếp

cho các trạm khí tượng chọn nghiên cứu với số liệu đo mưa tự ghi thực tế thu thập từ

năm 1960 - 2010 đều đảm bảo thỏa mãn các tiêu chuẩn kiểm định thống kê với độ tin

cậy cao, Rtincậy  95%.

- Kiến nghị sử dụng các giá trị cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p

tính bằng phương pháp trực tiếp với số liệu đo mưa tự ghi thực tế từ năm 1960 - 2010

ở vị trí 12 trạm khí tượng nghiên cứu như trong Phụ lục 3 quyển phụ lục luận án, các

đồ thị và bảng từ PL.3-1 đến PL.3-24, để tính toán lưu lượng lũ công trình thoát nước

nhỏ trên đường tại những khu vực có các trạm khí tượng này. Phụ lục 3 áp dụng cho

các mức tần suất p = 1%  99.99% và các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440 ph.

- 98 -

max thu thập thực tế:

Làm liên tục chuỗi số liệu thống kê cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất

năm aT

max sau

./ Phương pháp nội suy trên chính chuỗi số liệu cần bổ khuyết, nội suy parabol

Kiểm định mẫu thống kê cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aT

khi đã được làm liên tục hóa

Tính đại biểu: ./ Kiểm tra sai số lấy mẫu ./ Kiểm tra thời kỳ lấy mẫu Tính độc lập: ./ Kiểm định theo chỉ tiêu điểm ngoặt: thường rất dễ dàng thỏa mãn

Tính thuần nhất: ./ Kiểm định theo tiêu chuẩn Student ./ Kiểm định theo tiêu chuẩn Fisher

Mẫu không thuần nhất Mẫu thuần nhất

Tính riêng cho từng mẫu thuần nhất thành phần: X, Y, . . . Tính tần suất kinh nghiệm:

Xử lý mưa đặc biệt lớn

Tính tần suất kinh nghiệm: ./ Công thức kỳ vọng

Xử lý mưa đặc biệt lớn Tìm đường tần suất lý luận phù hợp: ./ Công thức kỳ vọng

./ Hàm phân bố Kritski-Menkel (K-M): dùng [57], [58] hỗ trợ việc tính và vẽ đường tần suất lý luận Tìm đường tần suất lý luận từng mẫu X, Y: ./ Hàm phân bố (K-M): dùng [57], [58] hỗ trợ

việc tính, vẽ đường tần suất lý luận từng mẫu

./ Dùng phương pháp đường thích hợp tìm

./ Phương pháp đường thích hợp dùng để tìm đường tần suất lý luận phù hợp đường tần suất lý luận phù hợp từng mẫu

Tìm đường tần suất lý luận chung cho toàn bộ chuỗi thống kê: ./ Cộng có trọng số đường tần suất lý luận của các mẫu X, Y, . . .

Kiểm định sự phù hợp của đường tần suất lý luận với tài liệu thực đo: ./ Sử dụng tiêu chuẩn kiểm định Smirnov - Kolmogorov

Nội dung chi tiết của sơ đồ xem trong Phụ lục 14 Quyển phụ lục luận án Hình 4.4: Sơ đồ xác đinh cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p bằng thống kê xác suất trong trường hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi ở các trạm khí tượng của nước ta đủ dài, không liên tục, bị gián đoạn một số năm quan trắc

- 99 -

PHƯƠNG PHÁP GIÁN TIẾP XÁC ĐỊNH aT,P 4.5. Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán aT,p dựa vào lượng mưa ngày

tính toán Hn,p và hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T.

4.5.1. Điều kiện áp dụng: Đây thuộc nhóm phương pháp gián tiếp. Nó được dùng khi

điều kiện về tài liệu đo mưa bằng máy đo mưa tự ghi không có hoặc còn thiếu, chưa

đủ dài để có thể áp dụng phương pháp tính trực tiếp, khi này có thể sử dụng phương

pháp gián tiếp này để tính cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p.

Mặt khác, sử dụng phương pháp này cho phép tận dụng được nguồn số liệu đo lượng

mưa ngày rất đầy đủ, sẵn có, liên tục, đủ dài ở tất cả các trạm đo mưa trên toàn quốc.

4.5.2. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo lượng mưa ngày tính toán và

hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa.

, pT

. T

, pn

- Theo công thức (3.10) chương 3, có:



, pn

, pT T

 T T

+) Chia cả hai vế cho T, có được :

+) Theo định nghĩa về cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p, công

thức (4.2’), có được công thức (4.3) sau đây để tính aT,p căn cứ vào lượng mưa ngày



. H

tính toán Hn,p ở tần suất p và hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T ở thời đoạn T.

a , pT

, pn

 T T

(4.3)

Trong đó: aT,p là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p (mm/ph)

T là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời đoạn T, ở từng vùng mưa

Hn,p là lượng mưa ngày tính toán ở tần suất p (mm)

T là thời đoạn mưa tính toán (ph). Khi tính Qp lấy T = .

- Như vậy đối với mỗi vùng mưa, nếu xây dựng được giá trị của hệ số đặc trưng hình

dạng cơn mưa T ở thời đoạn tính toán T và giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p ở

tần suất p (Hn,p tính bằng phương pháp phân tích thống kê với chuỗi số liệu đo mưa

thực tế thu thập tới năm thiết kế công trình, cách xác định Hn,p như ở chương 3) thì có

thể tính được cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p theo công thức

(4.3) phục vụ cho việc tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

2 với tiêu chí của tổ chức Khí tượng thế giới (WMO),

4.5.3. Đánh giá mức độ sai số, nhận xét và kiến nghị.

- Sử dụng chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh

công thức (3.12) chương 3, để đánh giá sai số khi tính cường độ mưa tính toán aT,p ở

thời đoạn T và tần suất p theo công thức (4.3).

- 100 -

- Phương pháp, nội dung đánh giá sai số như ở mục 4.10, kết quả đánh giá sai số cho

12 trạm nghiên cứu như trong Bảng 4.9. Nhận thấy, sai số của cường độ mưa tính

2  40% trở lên.

toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính theo công thức (4.3) ở các trạm đều ở mức

‘‘Đạt’’, ‘‘Khá’’, ‘‘Tốt’’ theo tiêu chí của WMO, tức đều đạt Rhh

- Kiến nghị: công thức (4.3) hoàn toàn có thể được sử dụng để xác định cường độ mưa

tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p dùng tính lưu lượng thiết kế công trình thoát

nước nhỏ trên đường trong trường hợp số liệu đo mưa tự ghi thực tế không có hoặc

thiếu, chưa đủ dài, trong khi đó số liệu đo lượng mưa ngày lại rất đầy đủ, kéo dài.

4.6. Nghiên cứu xây dựng công thức xác định cường độ mưa tính toán aT,p theo đặc

trưng sức mưa và hệ số hình dạng cơn mưa.

4.6.1. Điều kiện áp dụng: Đây thuộc nhóm phương pháp gián tiếp. Nó được sử dụng

khi điều kiện về tài liệu đo mưa bằng máy đo mưa tự ghi không có hoặc còn thiếu,

chưa đủ dài để có thể áp dụng phương pháp tính trực tiếp, mặt khác ngay cả số liệu đo

lượng mưa ngày cũng có thể không có hoặc còn thiếu, chưa đủ dài để có thể tính

được theo công thức (4.3). Khi này, có thể sử dụng phương pháp gián tiếp này để xác

định cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p, dùng để tính lưu lượng

thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

4.6.2. Phân tích chọn dạng công thức thực nghiệm và phương pháp hồi quy xác định

giá trị các hệ số trong công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p .

- Theo các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước từ trước đến nay đều khẳng định:

cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p có quan hệ tỷ lệ nghịch theo

hàm số mũ với thời khoảng tính toán T và tỷ lệ thuận với chu kỳ lặp lại cơn mưa tính

toán N =100/p, với tần suất thiết kế p tính là %. Các đường cong a - T - p thiết lập

bằng phương pháp trực tiếp trong Phụ lục 3 (các đồ thị từ PL.3-1 đến PL.3-12), cho

12 trạm khí tượng nghiên cứu ở 9 khu vực trên toàn quốc (Bảng 2.1) với số liệu đo

mưa thực tế thu thập đến năm 2010 ở nước ta cũng đều phản ánh quan hệ này.

+) Đến nay có rất nhiều dạng công thức thực nghiệm sử dụng đặc trưng sức mưa và

hệ số hình dạng cơn mưa được đề xuất để tính cường độ mưa tính toán aT,p ở thời

đoạn T và tần suất p như các công thức từ (1.15) . . . đến (1.32). Tất cả các dạng công

thức này đều thể hiện được mối quan hệ triết giảm theo hàm số mũ của aT,p theo thời

đoạn tính toán T và mối quan hệ tỷ lệ thuận của aT,p theo chu kỳ lặp lại cơn mưa N.

Vấn đề quan trọng ở đây là việc xác định được chính xác các hệ số trong công thức

cho mỗi vùng mưa để có được kết quả tính aT,p sát thực nhất với giá trị thực tế.

- 101 -

+) Ở đây chọn công thức dạng (1.15) - (1.18) - (1.27) để xác định cường độ mưa tính





toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p. Viết lại công thức như sau.

a , pT

lg. NBA m T

(4.4)

+) Đây chính là dạng công thức cơ bản, các công thức còn lại thực ra là dẫn suất của

dạng công thức cơ bản này. Ưu điểm của dạng công thức cơ bản này là đơn giản

trong tính toán, thuận lợi khi phân tích hồi quy tìm giá trị các hệ số trong công thức,

dễ dàng vận dụng trong thực tiễn và vẫn đảm bảo được mức độ chính xác cần thiết.

- Chọn phương pháp phân tích hồi quy để tìm các hệ số trong công thức tính aT,p.

+) Để xác định các hệ số trong công thức (4.4) trên, có thể sử dụng phép hồi quy phi

tuyến nhiều chiều hoặc biến đổi để có thể thực hiện được phép hồi quy tuyến tính [6],

[14], [15], [28], [30], [41]. Ví dụ thực hiện hồi quy phi tuyến nhiều chiều để tìm các

hệ số trong công thức (4.4) bằng phương pháp tổng bình phương nhỏ nhất như sau.

./ Có aTk,pi là giá trị thực của cường độ mưa tính toán ở thời đoạn Tk và tần suất pi

của vùng mưa (các bảng của Phụ lục 3, xác định theo phương pháp trực tiếp).

lg. NBA m T k

./ là giá trị tính bằng công thức (4.4) của cường độ mưa tính toán ở

thời đoạn Tk và tần suất pi của vùng mưa, với Ni = 100/pi.

n 1 n



./ Theo phương pháp tổng bình phương nhỏ nhất, có điều kiện hàm G phải tiến



min

pT , k

 

NBA lg. m T k

  

  

i  1 k  1

tới min:



./ Điều kiện hàm G  min trở thành việc giải hệ phương trình đạo hàm riêng.



G   A G   B G   m

        

(4.5)

./ Giải hệ phương trình phi tuyến (4.5) với 3 phương trình và 3 biến số là A, B, m

bằng phương pháp lặp Zayđen [19] tìm được các hệ số A, B, m trong công thức (4.4)

để tính cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p trong vùng mưa.

./ Kết quả tính cho trạm khí tượng Láng - TP.Hà Nội với mức sai số giới hạn của

gh = 5% như sau.

phép tính lặp []’

- 102 -



976



130



561

    

+) Cũng với trạm khí tượng Láng - TP.Hà Nội, bằng cách biến đổi để có thể thực hiện

được phép hồi quy tuyến tính theo phương pháp tổng bình phương nhỏ nhất (như

A B

 

.4 .7

990 197



557

    

được trình bầy dưới đây), tìm được các giá trị A, B, m như sau.

+) So sánh kết quả tính A, B, m theo hai phương pháp hồi quy có sự chênh lệch rất

nhỏ (chỉ chênh từ 0.3 - 0.9%). Trong khi đó phương pháp biến đổi để có thể thực hiện

được phép hồi quy tuyến tính đơn giản hơn rất nhiều, có thể thực hiện ngay trong

Excell mà không cần phải lập riêng, phụ thuộc vào phần mềm tính lặp để giải hệ

phương trình (4.5) như phép hồi quy phi tuyến nhiều chiều. Do vậy luận án sử dụng

phương pháp biến đổi để có thể thực hiện được phép hồi quy tuyến tính bằng phương

pháp tổng bình phương nhỏ nhất như trình bầy dưới đây để xác định các thông số Sp,

A, B, m trong công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p.

4.6.3. Xác định hệ số hình dạng cơn mưa m cho từng vùng mưa.

4.6.3.1. Biến đổi tìm dạng phương trình hồi quy.

, pT

 (

lg).



- Từ công thức (4.4), ta có:

, pT



, pT

+) Lấy logarit cơ số 10 hai vế được:

x c d

lg T   m lg S 

      

+) Đặt:

+) Như vậy có được dạng phương trình đường thẳng: y = c.x + d , thực hiện hồi quy

cho dạng phương trình đường thẳng này tìm được hệ số hình dạng cơn mưa m = - c.

4.6.3.2. Phương pháp, cách thức thực hiện hồi quy.

- Thu thập số liệu đo mưa thực tế trên máy đo mưa tự ghi tại các trạm khí tượng, sử

dụng phương pháp trực tiếp để xác định giá trị thực tế của cường độ mưa tính toán

aTk,pi ở các thời đoạn Tk và các mức tần suất pi của vùng mưa, (k =1 n1 , i =1 n),

(aTk,pi của 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu được xác lập ở Phụ lục 3 quyển phụ lục

luận án, từ bảng PL.3-13 đến PL.3-24).

- 103 -

- Như vậy ứng với mỗi một giá trị thời đoạn tính toán Tk có rất nhiều các giá trị aTk,pi ở

các tần suất pi khác nhau. Do vậy phương pháp hồi quy được sử dụng ở đây là

phương pháp hồi quy trọng tâm hay còn gọi là phương pháp chia đoạn [6], [14]. Trình

tự thực hiện có thể chia làm 2 bước như sau.

+) Bước 1: ở mỗi một giá trị thời đoạn tính toán Tk có được một giá trị xk = lgTk và

(

)

, pT



k lg a

1 



tính được giá trị trung bình ytbk của các tần suất pi , i = 1 n, công thức (4.6) sau.

tbk

(4.6)

với: n là số lượng các mức giá trị tần suất p sử dụng để tính toán.

Trình tự thực hiện có thể tóm lược như Bảng 4.1 dưới đây.

Bảng 4.1: Xác định các điểm trọng tâm phục vụ hồi quy tìm hệ số m

STT Tần suất pi Thời đoạn tính toán Tk (phút)

(%) p1 p2 p3 . . . pi . . . pn

1 2 3 . . . i . . . n * Tính ytbk

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . và xk T1 = 5’ y5’,1 y5’,2 y5’,3 . . . y5’,i . . . y5’,n + ytb1 = y5’,i /n + x1 = lg5’ T2 = 10’ y10’,1 y10’,2 y10’,3 . . . y10’,i . . . y10’,n + ytb2 = y10’,i /n + x2 = lg10’ Tk’ yTk’,1 yTk’,2 yTk’,3 . . . yTk’,i . . . yTk’,n + ytbk = yTk’,i /n + xk =lgTk’ Tn1’ yTn1’,1 yTn1’,2 yTn1’,3 . . . yTn1’,i . . . yTn1’,n + ytbn1 = yTn1’,i /n + xn1 =lgTn1’

+) Bước 2: thực hiện hồi quy đường thẳng cho các điểm trọng tâm ytbk  xk để tìm hệ

số hình dạng cơn mưa m. Trình tự thực hiện có thể tóm lược như Bảng 4.2 sau đây.

Bảng 4.2: Hồi quy với các điểm trọng tâm để tìm hệ số m

STT Thời Điểm trọng tâm

d R2 xk = lgTk’ yk = ytbk Phương trình hồi quy

y = c.x+d Các thông số hồi quy Hệ số hình dạng cơn c mưa, m m = -c

x1 = lg5’ x2 = lg10’ x3 = lg20’ . . . xk = lgTk’ . . . y1 = ytb1 y2 = ytb2 y3 = ytb3 . . . yk = ytbk . . .

đoạn Tk (phút) 5’ 10’ 20’ . . . Tk’ . . . Tn1’ c công thức (4.7) d công thức (4.7) R2 công thức (4.8) 1 2 3 . . . k . . . n1 */ Trung bình xn1 = lgTn1’ yn1 = ytbn1 y yk /n1 x xk /n1

- 104 -

n 1



).(



)

Công thức (4.7), (4.8).

 (





1 



. xc



n 1

(



)



1 

n 1



).(



)

 (





 1

Các hệ số c, d: & (4.7)



n 1

(



2 .)

(



)



 1

  

  

      

      

Hệ số tương quan hồi quy R2: (4.8)



1 

1 n  n 1

với: n1 là số lượng các điểm trong chuỗi số liệu Trong đó: y được sử dụng để tính toán hồi quy, n1 chính

là số thời đoạn tính toán T thực hiện khảo sát



1 

1 n  n 1

x y,x là giá trị trung bình của yk và xk trong

chuỗi số liệu tính toán hồi quy, k =1 n1

4.6.3.3. Kết quả hồi quy.

- Hình 4.5 dưới đây là một ví dụ hồi quy tìm hệ số hình dạng cơn mưa m cho trạm khí

tượng Láng - TP.Hà Nội với số liệu đo mưa thực tế thu thập từ năm 1960 - 2010.

ytbk

Hình 4.5: Kết quả hồi quy tìm hệ số hình dạng cơn mưa m cho trạm Láng -

TP.Hà Nội với số liệu đo mưa thu thập từ năm 1960 - 2010

- Thực ra khi hồi quy tìm hệ số hình dạng cơn mưa m cho các vùng mưa, đều xuất hiện thời đoạn chuyển tiếp T * (như trên Hình 4.5), có nghĩa là trong một vùng mưa sẽ có 2 giá trị m: m1 là hệ số góc ở thời đoạn T < T * và m2 là hệ số góc ở thời đoạn T > T *.

- Tuy nhiên để đơn giản trong tính toán thông số aT,p ở đây hồi quy tìm hệ số hình dạng

cơn mưa m chung cho mọi thời đoạn tính toán T, mức chênh lệch giữa m và m1, m2

- 105 -

không nhiều vì hệ số tương quan khi hồi quy tìm giá trị m ở tất cả các trạm khí tượng chọn nghiên cứu đều đạt giá trị rất cao, R2 = 97.7- 99.5% như Bảng 4.3 dưới đây. Bảng 4.3: Hệ số tương quan hồi quy R2 trong phép hồi quy xác định giá trị hệ số

hình dạng cơn mưa m ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

Mường

Tuyên

Lạng

Láng,

Hà

Sơn

Vinh Đồng

Đà

Nha

B.Ma

Cần

Lay

Quang

Sơn

Đông

Tây

Hới

Nẵng

Trang

Thuột

Thơ

0.9898 0.9819 0.9902 0.9847 0.9912 0.9845 0.9855 0.9855 0.9928 0.9946 0.9771 0.9779

Hệ số tương quan hồi quy R2 của hệ số hình dạng cơn mưa m ở các trạm khí tượng

- Kết quả hồi quy tìm hệ số hình dạng cơn mưa m với số liệu đo mưa tự ghi thực tế thu

thập từ năm 1960 - 2010 cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu như trong Bảng

PL.6-1 ở Phụ lục 6 quyển phụ lục luận án.

4.6.4. Xác định sức mưa Sp ở tần suất p.

4.6.4.1. Biến đổi tìm dạng phương trình hồi quy.

, pT

- Từ công thức (4.4), ta có:

 (

lg).



, pT



, pT

+) Lấy logarit cơ số 10 hai vế được:

x c d

lg T   m lg S 

      

+) Đặt:

+) Như vậy có dạng phương trình đường thẳng: y = c.x + d, thực hiện hồi quy cho dạng phương trình đường thẳng này tìm được sức mưa Sp ở tần suất p là Sp = 10d.

4.6.4.2. Phương pháp, cách thức thực hiện hồi quy.

- Thu thập số liệu đo mưa thực tế trên máy đo mưa tự ghi tại các trạm khí tượng, sử

dụng phương pháp trực tiếp để xác định giá trị thực tế của cường độ mưa tính toán

aTk,pi ở các thời đoạn Tk và các mức tần suất pi của vùng mưa (aTk,pi của 12 trạm khí

tượng chọn nghiên cứu được xác lập ở Phụ lục 3, từ bảng PL.3-13 đến PL.3-24).

- Như vậy ở mỗi một giá trị tần suất pi sẽ có các giá trị aTk,pi ứng với các thời đoạn Tk

khác nhau, thực hiện hồi quy cho các điểm aTk,pi  Tk này sẽ tìm được giá trị sức mưa

Spi ở tần suất pi.

- Trình tự thực hiện có thể chia làm 2 bước và được tóm tắt như trong Bảng 4.4 sau.

+) Bước 1: ở mỗi tần suất pi, xác định giá trị yk và xk.

- 106 -

yk = lgaTk,pi và xk = lgTk

+) Bước 2: hồi quy dạng phương trình đường thẳng y = c.x + d cho các điểm yk  xk

để xác định sức mưa Spi ở tần suất pi.

Bảng 4.4: Trình tự thực hiện hồi quy để tìm sức mưa Sp ở tần suất p

Đầu vào Các thông số hồi quy

c d R2 Tần suất Thời đoạn Cường độ mưa aTk,pi Sức mưa Sp Tk (phút) pi % STT n STT n1 xk = lgTk yk = lgaTk,pi Phương trình hồi quy

Sp1 = 10d1

1 p

d + x . c = y

c1 công thức (4.7) d1 công thức (4.7) R1 công thức (4.8)

Sp2 = 10d2

2 p

d + x . c = y

c2 công thức (4.7) d2 công thức (4.7) R2 công thức (4.8)

. . . . . . . . . . . . . . . 1 2 3 ... k ... n1 1 2 3 ... k ... n1 ... 5’ 10’ 20’ . . . Tk’ . . . Tn1’ 5’ 10’ 20’ . . . Tk’ . . . Tn1’ . . . a5’,p1 a10’,p1 a20’,p1 . . . aTk’,p1 . . . aTn1’,p1 a5’,p2 a10’,p2 a20’,p2 . . . aTk’,p2 . . . aTn1’,p2 . . . x1 x2 x3 . . . xk . . . xn1 x1 x2 x3 . . . xk . . . xn1 . . . ... y1 y2 y3 . . . yk . . . yn1 y1 y2 y3 . . . yk . . . yn1 . . .

Spi = 10di

d + x . c = y

... i

ci công thức (4.7) di công thức (4.7) 2 Ri công thức (4.8)

. . . . . . . . . . . . . . . 5’ 1 10’ 2 20’ 3 . . . ... Tk’ k ... . . . n1 Tn1’ ... . . . a5’,pi a10’,pi a20’,pi . . . aTk’,pi . . . aTn1’,pi . . . x1 x2 x3 . . . xk . . . xn1 . . . ... y1 y2 y3 . . . yk . . . yn1 . . .

Spn = 10dn

d + x . c = y

... n

n p

cn công thức (4.7) dn công thức (4.7) Rn công thức (4.8)

5’ 1 10’ 2 20’ 3 . . . ... Tk’ k ... . . . n1 Tn1’ a5’,pn a10’,pn a20’,pn . . . aTk’,pn . . . aTn1’,pn x1 x2 x3 . . . xk . . . xn1 y1 y2 y3 . . . yk . . . yn1

- 107 -

4.6.4.3. Kết quả hồi quy.

- Kết quả hồi quy tìm sức mưa Sp ở tần suất p với số liệu đo mưa tự ghi thực tế thu thập

từ năm 1960 - 2010 ở vị trí 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu như trong các đồ thị

và bảng từ PL.5-1 đến PL.5-13 ở Phụ lục 5 quyển phụ lục luận án. Phụ lục 5 lập cho

các tần suất p = 1%  99.99%.

- Hệ số tương quan khi hồi quy tìm sức mưa Sp ứng với p = 1%  99.99% ở 12 trạm

khí tượng chọn nghiên cứu trên đều đạt giá trị rất cao, như kết quả được tổng hợp

trong Bảng 4.5 sau.

Bảng 4.5: Tổng hợp hệ số tương quan hồi quy R2 trong phép hồi quy xác định

sức mưa Sp ứng với các tần suất p = 1%  99.99% ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với số liệu đo mưa thu thập từ năm 1960 - 2010

Mường

Tuyên

Lạng

Láng,

Hà

Sơn

Vinh Đồng

Đà

Nha

B.Ma

Cần

Lay

Quang

Sơn

Đông

Tây

Hới

Nẵng

Trang

Thuột

Thơ

0.9923

0.9861

0.9975

0.9939

0.9970

0.9948

0.9927

0.9889

0.9949

0.9976

0.9825

0.9830

-:-

0.9697

0.9747

0.9344

0.9714

0.9764

0.9720

0.9769

0.9822

0.9831

0.9693

0.9743

0.9798

Hệ số tương quan hồi quy R2 của sức mưa Sp ở các trạm khí tượng

4.6.5. Xác định hệ số vùng khí hậu A, B cho từng vùng mưa.

Để tính được cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p theo dạng

công thức (4.4) thì ngoài việc xác định hệ số hình dạng cơn mưa m như trên, cần phải

tiếp tục xác định hệ số vùng khí hậu A và B.





lg.



4.6.5.1. Biến đổi tìm dạng phương trình hồi quy.

, pT

lg. NBA m T

B m T

A m T



, pT N



- Từ công thức (4.4), ta có:

lg B m T



A m T

         

+) Đặt:

+) Trong 1 vùng mưa thì A, B, m là không thay đổi. Do vậy ở cùng 1 giá trị thời đoạn

tính toán T thì: c = const

d = const.

- 108 -

+) Như vậy có dạng phương trình đường thẳng: y = c.x + d. Hồi quy cho dạng

phương trình này tìm được c và d, từ đó tìm được các hệ số A và B theo công thức

mTdA .

sau đây:

mTcB .

với m đã tìm được ở mục 4.6.3 trên và

4.6.5.2. Phương pháp, cách thức thực hiện hồi quy.

- Thu thập số liệu đo mưa thực tế trên máy đo mưa tự ghi tại các trạm khí tượng, sử

dụng phương pháp trực tiếp để xác định giá trị thực tế của cường độ mưa tính toán

aTk,pi ở các thời đoạn Tk và các mức tần suất pi của vùng mưa (aTk,pi của 12 trạm khí

tượng nghiên cứu được xác lập ở Phụ lục 3, từ bảng PL.3-13 đến bảng PL.3-24).

- Như vậy ở mỗi một giá trị thời đoạn tính toán Tk có các giá trị aTk,pi ứng với các tần

suất pi khác nhau, thực hiện hồi quy cho các điểm aTk,pi  pi này sẽ tìm được giá trị

các hệ số vùng khí hậu Ak , Bk ở thời đoạn Tk. Hệ số vùng khí hậu A, B cho vùng

mưa sẽ bằng trung bình cộng các giá trị Ak , Bk của các thời đoạn Tk.

Trước khi thực hiện hồi quy tìm các hệ số Ak , Bk cần phải thực hiện hồi quy

để tìm được hệ số hình dạng cơn mưa m như đã trình bầy ở mục 4.6.3 trên.

- Trình tự thực hiện có thể chia làm 3 bước như sau.

+) Bước 1: ở mỗi một giá trị thời đoạn tính toán Tk xác định giá trị yi và xi.

yi = aTk,pi

và xi = lgNi

với Ni = 100/pi , pi tính theo %

+) Bước 2: hồi quy dạng phương trình đường thẳng y = c.x + d cho các điểm yi  xi

để xác định các giá trị Ak , Bk ở thời đoạn Tk.

n 1

k A

k B

+) Bước 3: tìm hệ số A, B trung bình cho vùng mưa bằng cách lấy trung bình cộng.

 1 k n 1

(4.9) và

n1 là số thời đoạn Tk tính toán.

+) Trình tự thực hiện được tóm tắt như trong Bảng 4.6 ở trang sau.

4.6.5.3. Kết quả hồi quy.

Kết quả hồi quy tìm hệ số vùng khí hậu A, B với số liệu đo mưa tự ghi thực tế thu

thập từ năm 1960 - 2010 cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu như trong Bảng

PL.6-1 ở Phụ lục 6 quyển phụ lục luận án.

- 109 -

Bảng 4.6: Trình tự thực hiện hồi quy để tìm hệ số vùng khí hậu A, B

Các thông số hồi quy Hệ số

A Hệ số B c d R2

pi (%) Tk (ph) Thời đoạn Tần suất Cường độ mưa STT aTk,pi n1 STT n Đầu vào Phương xi = lgNi yi = aTk,pi trình hồi quy

A1 = m d1.T1 B1 = m c1.T1

’ 5 = 1 T

d + x . c = y

2 R1 công thức (4.8) với n1 thay bằng n

c1 công thức (4.7) với n1 thay bằng n d1 công thức (4.7) với n1 thay bằng n 1 2 3 ... i ... n a5’,p1 a5’,p2 a5’,p3 . . . a5’,pi . . . a5’,pn x1 x2 x3 . . . xi . . . xn p1 p2 p3 . . . pi . . . pn y1 y2 y3 . . . yi . . . yn

A2 = m d2.T2 B2 = m c2.T2

’ 0 1 = 2 T

d + x . c = y

2 R2 công thức (4.8) với n1 thay bằng n

c2 công thức (4.7) với n1 thay bằng n d2 công thức (4.7) với n1 thay bằng n 1 2 3 ... i ... n a10’,p1 x1 a10’,p2 x2 a10’,p3 x3 . . . . . . xi a10’,pi . . . . . . a10’,pn xn p1 p2 p3 . . . pi . . . pn y1 y2 y3 . . . yi . . . yn

. . . . . . . . . ... . . . ... ... . . . . . . . . . . . . . . .

’

Ak = m dk.Tk Bk = m ck.Tk

k T

d + x . c = y

ck công thức (4.7) với n1 thay bằng n dk công thức (4.7) với n1 thay bằng n . . . 2 Rk công thức (4.8) với n1 thay bằng n 1 2 3 ... i ... n aTk’,p1 x1 aTk’,p2 x2 aTk’,p3 x3 . . . . . . aTk’,pi xi . . . . . . aTk’,pn xn p1 p2 p3 . . . pi . . . pn y1 y2 y3 . . . yi . . . yn

... . . . . . . . . . . . . ... ... . . . . . . . . . . . . . . .

’

An1 = m dn1.Tn1 B1 = cn1.Tn1

1 n T

d + x . c = y

n 1

cn1 công thức (4.7) với n1 thay bằng n dn1 công thức (4.7) với n1 thay bằng n . . . 2 Rn1 công thức (4.8) với n1 thay bằng n 1 2 3 ... i ... n p1 aTn1’,p1 x1 p2 aTn1’,p2 x2 p3 aTn1’,p3 x3 . . . . . . . . . aTn1’,pi xi pi . . . . . . . . . pn aTn1’,pn xn y1 y2 y3 . . . yi . . . yn

* Tính hệ số A, B trung bình trong vùng mưa theo công thức

k A  1 k n 1

k B  1 k n 1

(4.9):

- 110 -

4.6.6. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo sức mưa Sp và hệ số hình

dạng cơn mưa m. Đánh giá mức độ sai số, nhận xét và kiến nghị.

, pT

- Công thức có dạng: (4.10)

Trong đó: aT,p là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p (mm/ph)

Sp là sức mưa ở tần suất p

m là hệ số hình dạng cơn mưa, phụ thuộc vào từng vùng mưa

T là thời đoạn mưa tính toán (ph). Khi tính Qp lấy T = .

Như vậy, đối với mỗi vùng mưa, khi xây dựng được đặc trưng sức mưa Sp ở tần

suất p và hệ số hình dạng cơn mưa m thì có thể tính được cường độ mưa tính toán aT,p

ở thời đoạn T và tần suất p theo công thức (4.10) phục vụ cho việc tính lưu lượng

thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

2 với tiêu chí của tổ chức Khí tượng thế giới

- Đánh giá mức độ sai số và nhận xét.

+) Sử dụng chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh

(WMO), công thức (3.12) chương 3, để đánh giá sai số khi tính cường độ mưa tính

toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p theo công thức (4.10).

+) Phương pháp, nội dung đánh giá sai số như ở mục 4.10, kết quả đánh giá sai số cho

12 trạm nghiên cứu như ở Bảng 4.9. Nhận thấy, sai số của cường độ mưa tính toán

2  40% trở lên.

aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính theo công thức (4.10) ở các trạm đều ở mức

‘‘Đạt’’, ‘‘Khá’’, ‘‘Tốt’’ theo tiêu chí của WMO, tức đều đạt Rhh

- Kiến nghị: công thức (4.10) hoàn toàn có thể được sử dụng để xác định cường độ

mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p, dùng tính lưu lượng thiết kế công trình

thoát nước nhỏ trên đường trong trường hợp tài liệu đo mưa thực tế bằng máy đo mưa

tự ghi không có hoặc thiếu, chưa đủ dài, ngay cả trong trường hợp khi số liệu đo

lượng mưa ngày cũng không có hoặc còn thiếu, chưa đủ dài.

4.6.7. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo hệ số vùng khí hậu A, B và hệ





số hình dạng cơn mưa m. Đánh giá sai số, nhận xét và kiến nghị.

, pT

lg. NBA m T

- Công thức có dạng: (4.11)

Trong đó: aT,p là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p (mm/ph)

A, B là hệ số vùng khí hậu, phụ thuộc vào từng vùng mưa

m là hệ số hình dạng cơn mưa, phụ thuộc vào từng vùng mưa

N là chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán (năm), N =100/p, p tính là %

- 111 -

T là thời đoạn mưa tính toán (ph). Khi tính Qp lấy T = .

Như vậy, đối với mỗi vùng mưa, khi xác định được hệ số vùng khí hậu A, B và

hệ số hình dạng cơn mưa m thì có thể tính được cường độ mưa tính toán aT,p ở thời

đoạn T và tần suất p theo công thức (4.11) phục vụ cho việc tính lưu lượng thiết kế

công trình thoát nước nhỏ trên đường.

2 với tiêu chí của tổ chức Khí tượng thế giới

- Đánh giá mức độ sai số và nhận xét.

+) Sử dụng chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh

(WMO), công thức (3.12) chương 3, để đánh giá sai số khi tính cường độ mưa tính

toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p theo công thức (4.11).

+) Phương pháp, nội dung đánh giá sai số như ở mục 4.10, kết quả đánh giá sai số cho

12 trạm khí tượng nghiên cứu như trong Bảng 4.9. Nhận thấy, sai số của cường độ

mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính theo công thức (4.11) ở các trạm

2  40% trở lên.

khí tượng đều ở mức ‘‘Đạt’’, ‘‘Khá’’, ‘‘Tốt’’ theo tiêu chí của WMO, tức đều đạt

được Rhh

- Kiến nghị: công thức (4.11) hoàn toàn có thể được sử dụng để xác định cường độ

mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p, dùng tính lưu lượng thiết kế công trình

thoát nước nhỏ trên đường trong trường hợp tài liệu đo mưa thực tế bằng máy đo mưa

tự ghi không có hoặc thiếu, chưa đủ dài, ngay cả trong trường hợp khi số liệu đo

lượng mưa ngày cũng không có hoặc còn thiếu, chưa đủ dài.

4.7. Khảo sát quan hệ giữa sức mưa Sp theo tần suất và lượng mưa ngày tính toán

Hn,p theo tần suất trong cùng vùng mưa.

4.7.1. Đặt vấn đề.

- Để xác định trực tiếp được đại lượng mức mưa Sp theo tần suất p của một vùng mưa

nào đó theo phương pháp hồi quy như đã trình bày ở mục 4.6.4 trên, cần phải có tài

liệu thống kê đo mưa thực tế bằng máy đo mưa tự ghi trong nhiều năm quan trắc liên

tục. Tuy nhiên không phải trạm khí tượng nào ở nước ta cũng thỏa mãn được điều

kiện này, trong khi đó số liệu đo lượng mưa ngày quan trắc trong nhiều năm liên tục

lại sẵn có ở tất cả các trạm khí tượng, các điểm đo mưa trên toàn quốc.

- Do vậy đặt vấn đề nghiên cứu khảo sát quan hệ giữa hai đại lượng sức mưa Sp theo

tần suất và lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất ở các vùng mưa. Nếu trong

thực tế chúng có tương quan chặt chẽ thì hoàn toàn có thể xác định sức mưa Sp theo

lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo công thức (4.12) sau.

- 112 -

.

, pn

(4.12)

Trong đó: Sp là sức mưa ở tần suất p của vùng mưa

Hn,p là lượng mưa ngày tính toán ở tần suất p của vùng mưa

 là hệ số hồi quy của vùng khí hậu, phụ thuộc vào vùng mưa.

4.7.2. Xác định hệ số hồi quy  của vùng mưa.

4.7.2.1. Phương pháp, cách thức thực hiện hồi quy.

- Dùng phương pháp hồi quy để xác định hệ số  cho các vùng mưa trên toàn quốc.

- Thu thập các số liệu đo mưa thực tế cần thiết tại các trạm khí tượng để xác định lượng

mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất và sức mưa Sp theo tần suất như đã được trình

bày ở các chương, mục trên. Như vậy ứng với mỗi một giá trị tần suất pi sẽ có tương



p Hx 

ứng cặp điểm Hn,pi  Spi với i = 1 n.

, pn

c 

    

- Từ công thức (4.12), đặt:

Có được dạng quan hệ đường thẳng: y = c.x

- Hồi quy cho dạng đường thẳng y = c.x, tìm được hệ số c, từ đó tìm được hệ số hồi

quy của vùng khí hậu  = c.

- Trình tự thực hiện có thể tóm lược như Bảng 4.7 dưới đây.

Bảng 4.7: Trình tự thực hiện hồi quy để tìm hệ số hồi quy của vùng khí hậu 

STT Tần suất Đầu vào Phương trình

hồi quy  c pi %

1 Các thông số hồi quy Hệ số R2

y = c.x c  = c 3

R2 p1 p2 p3 . . . xi =Hn,pi x1 x2 x3 . . . yi = Spi y1 y2 y3 . . . . . .

công thức công thức i pi xi yi

(4.13) (4.14) . . . . . . . . . . . .

n pn xn yn

. yx i



Công thức (4.13), (4.14) xác định hệ số c và hệ số tương quan hồi quy R2.



 1 i  n

1  n

2 i



1 

     

    .        

     

(4.13) ; (4.14)

- 113 -

4.7.2.2. Kết quả hồi quy.

- Kết quả tìm hệ số hồi quy của vùng khí hậu  với số liệu đo mưa thực tế thu thập từ

năm 1960 - 2010 cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu như trong Bảng PL.6-2 ở

Phụ lục 6 quyển phụ lục luận án.

- Hình 4.6 dưới đây là một ví dụ hồi quy tìm hệ số hồi quy của vùng khí hậu  cho

trạm khí tượng TP.Lạng Sơn với số liệu đo mưa thực tế thu thập từ năm 1960 - 2010.

Các điểm (Sp  Hn,p)

Đường quan hệ Sp =.Hn,p

y = Sp

Hình 4.6: Kết quả hồi quy tìm hệ số hồi quy của vùng khí hậu  cho trạm

TP.Lạng Sơn với số liệu đo mưa thu thập từ năm 1960 - 2010

- Bảng 4.8 dưới đây là tổng hợp giá trị hệ số tương quan khi hồi quy tìm hệ số  ở 12

trạm khí tượng chọn nghiên cứu với số liệu đo mưa thu thập từ năm 1960 - 2010. Bảng 4.8: Tổng hợp hệ số tương quan hồi quy R2 trong phép hồi quy xác định hệ số

 ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010

Mường

Tuyên

Lạng

Láng,

Hà

Sơn

Vinh Đồng

Đà

Nha

B.Ma

Cần

Lay

Quang

Sơn

Đông

Tây

Hới

Nẵng

Trang

Thuột

Thơ

0.9411 0.850 0.9927 0.7355 0.6927 0.5436 0.9757 0.9552 0.7985 0.8629 0.8174 0.9818

Hệ số tương quan hồi quy R2 của hệ số  ở các trạm khí tượng

Nhận xét: mức độ tương quan giữa Sp và Hn,p theo hệ số  khác nhau ở các vùng

mưa. Tất cả các vùng ở các trạm khí tượng nghiên cứu đều đạt hệ số tương quan cao

R > 90%, chỉ trừ một ít số vùng có hệ số tương quan R không được cao lắm như vùng

trạm Láng -HN, Hà Đông -HN, Sơn Tây -HN đạt R = 73.73% - 85.76%. Như vậy,

trong trường hợp không có số liệu đo mưa tự ghi để trực tiếp xác định đại lượng sức

mưa Sp thì có thể dùng công thức tương quan (4.12) để tính sức mưa Sp theo tần suất

p từ lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất và hệ số hồi quy  của vùng mưa.

- 114 -

4.7.3. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo hệ số hồi quy của vùng khí

hậu , hệ số hình dạng cơn mưa m và lượng mưa ngày tính toán Hn,p. Đánh giá

mức độ sai số, nhận xét và kiến nghị.

.

, pn



- Kết hợp 2 công thức (4.4) và (4.12) được công thức (4.15) như sau.

, pT

H m

(4.15)

Trong đó: aT,p là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p (mm/ph)

 là hệ số hồi quy của vùng khí hậu, phụ thuộc vào từng vùng mưa

m là hệ số hình dạng cơn mưa, phụ thuộc vào từng vùng mưa

Hn,p là lượng mưa ngày tính toán ở tần suất p (mm)

T là thời đoạn mưa tính toán (ph). Khi tính Qp lấy T = .

Như vậy, với mỗi vùng mưa, khi xác định được hệ số hồi quy của vùng khí hậu

, hệ số hình dạng cơn mưa m thì có thể tính được cường độ mưa tính toán aT,p ở thời

đoạn T và tần suất p theo công thức (4.15) thông qua lượng mưa ngày tính toán ở tần

suất p, phục vụ việc tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

2 với tiêu chí của tổ chức Khí tượng thế giới

- Đánh giá mức độ sai số và nhận xét.

+) Sử dụng chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh

(WMO), công thức (3.12) chương 3, để đánh giá sai số khi tính cường độ mưa tính

toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p theo công thức (4.15).

+) Phương pháp, nội dung đánh giá sai số như ở mục 4.10, kết quả đánh giá sai số cho

12 trạm nghiên cứu như ở Bảng 4.9. Nhận thấy, sai số của cường độ mưa tính toán

2  40% trở lên.

aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính theo công thức (4.15) ở các trạm đều ở mức

‘‘Đạt’’, ‘‘Khá’’, ‘‘Tốt’’ theo tiêu chí của WMO, tức đều đạt Rhh

- Kiến nghị: công thức (4.15) hoàn toàn có thể được dùng để xác định cường độ mưa

tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p, dùng tính lưu lượng thiết kế công trình thoát

nước nhỏ trên đường trong trường hợp tài liệu đo mưa tự ghi thực tế không có hoặc

thiếu, chưa đủ dài, trong khi đó số liệu đo lượng mưa ngày lại rất đầy đủ, kéo dài.

4.8. Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán aT,p theo cường độ mưa chuẩn

aTo,p.

4.8.1. Đặt vấn đề.

- Ta thấy rằng, cường độ mưa tính toán aT,p là một đại lượng phụ thuộc vào rất nhiều

các thông số đặc trưng của vùng khí hậu. Nếu giả định trong công thức tính aT,p có

- 115 -

một thông số có tính tổng hợp có thể đặc trưng cho các thông số của vùng mưa thì sẽ

nâng cao được mức độ chính xác của kết quả tính toán. Thông số tổng hợp đó trong

công thức tính aT,p được chọn là cường độ mưa chuẩn aTo,p. Đó chính là cường độ

mưa tính toán ở tần suất p ứng với thời đoạn mưa chuẩn T0 của vùng mưa.

- Đối với công trình thoát nước nhỏ trên đường, kiến nghị chọn cường độ mưa chuẩn

aTo,p ứng với thời đoạn mưa chuẩn T0 như sau.

 Khi thời đoạn tính toán T  20ph: chọn thời đoạn mưa chuẩn T0 = 20ph,

cường độ mưa chuẩn để tính toán aTo,p = a20’,p

 Khi thời đoạn tính toán 20ph < T  120ph: chọn thời đoạn mưa chuẩn

T0 = 60ph, cường độ mưa chuẩn để tính toán aTo,p = a60’,p

 Khi thời đoạn tính toán T > 120ph: chọn thời đoạn mưa chuẩn T0 = 180ph,

cường độ mưa chuẩn để tính toán aTo,p = a180’,p

- Thời đoạn mưa chuẩn T0 chọn như trên thường phù hợp với khoảng thời gian tập

trung nước của lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường ở các phân

khúc thời gian tập trung nước khác nhau.

- Các giá trị cường độ mưa chuẩn a20’,p , a60’,p , a180’,p được xác định bằng phương pháp

trực tiếp từ số liệu đo mưa tự ghi ở các thời đoạn mưa chuẩn T0 = 20ph, 60ph, 180ph

thu thập ngoài thực tế.

4.8.2. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo cường độ mưa chuẩn aTo,p.

, pT



- Từ công thức (4.4), có:

,0 pT

m T 0

+) Ở thời đoạn mưa chuẩn T0:

, pT

+) Tại cùng một vị trí, cùng một tần suất thì giá trị sức mưa Sp không thay đổi. Do



T 0 T

  

  

pT , 0

vậy đem chia hai vế, ta được:

- Từ đây, rút ra được công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo cường độ mưa



chuẩn aTo,p như công thức (4.16) sau đây.

, pT

pT , 0

T 0 T

  

  

(4.16)

Trong đó: aT,p là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p (mm/ph)

aTo,p là cường độ mưa chuẩn ở tần suất p và ứng với thời đoạn mưa

chuẩn To của vùng mưa (mm/ph)

- 116 -

T0 là thời đoạn mưa chuẩn, tính bằng (ph), và được chọn như sau:

T0 = 20ph khi tính ở thời đoạn T  20’

T0 = 60ph khi tính ở thời đoạn 20’ < T  120’

T0 = 180ph khi tính ở thời đoạn T > 120’

m là hệ số hình dạng cơn mưa, phụ thuộc vào từng vùng mưa

T là thời đoạn mưa tính toán (ph). Khi tính Qp lấy T = .

- Như vậy, sử dụng công thức (4.16) có thể tính được cường độ mưa tính toán aT,p ở

thời đoạn T và tần suất p khi chỉ cần xây dựng bảng tra sẵn cho một số giá trị cường

độ mưa chuẩn aTo,p và biết được hệ số hình dạng cơn mưa m trong vùng mưa mà vẫn

đảm bảo sự chính xác cần thiết.

4.8.3. Đánh giá sai số, nhận xét và kiến nghị.

2 với tiêu chí của tổ chức Khí tượng thế giới

- Đánh giá mức độ sai số và nhận xét.

+) Sử dụng chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh

(WMO), công thức (3.12) chương 3, để đánh giá sai số khi tính cường độ mưa tính

toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p theo công thức (4.16).

+) Phương pháp, nội dung đánh giá sai số như ở mục 4.10, kết quả đánh giá sai số cho

12 trạm nghiên cứu như ở Bảng 4.9. Nhận thấy, sai số của cường độ mưa tính toán

2  40% trở lên.

aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính theo công thức (4.16) ở các trạm đều ở mức

‘‘Đạt’’, ‘‘Khá’’, ‘‘Tốt’’ theo tiêu chí của WMO, tức đều đạt Rhh

- Kiến nghị: công thức (4.16) hoàn toàn có thể được sử dụng để xác định cường độ

mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p, dùng tính lưu lượng thiết kế công trình

thoát nước nhỏ trên đường trong trường hợp có được hệ số hình dạng cơn mưa m của

vùng mưa và thiết lập được các giá trị cường độ mưa chuẩn aTo,p (3 thời đoạn mưa

chuẩn T0 = 20ph, 60ph, 180ph) của vùng mưa.

4.9. Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng phương pháp sử dụng

trạm tựa.

4.9.1. Cơ sở của phương pháp.

- Như đã phân tích ở chương 3 thì cơ sở để phân vùng mưa là sự tương đồng về chế độ,

đặc điểm mưa giữa các điểm đo mưa. Trong cùng một vùng mưa thì đặc điểm của

mưa tại các vị trí có sự khác biệt ít, được coi là không đổi. Các hệ số đặc trưng hình

dạng cơn mưa T, hệ số hình dạng cơn mưa m là những thông số đặc trưng cho đặc

điểm mưa trong một vùng mưa nên được coi là không thay đổi, như nhau tại các vị trí

trong cùng một vùng mưa.

- 117 -

- Dựa vào đặc điểm này, có thể xác định được cường độ mưa tại một trạm khi biết

được cường độ mưa tại trạm lân cận ở trong cùng một vùng mưa. Trạm lân cận lấy

làm cơ sở được gọi là trạm tựa và phương pháp này được gọi là phương pháp tính

cường độ mưa bằng cách sử dụng trạm tựa.

4.9.2. Công thức xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng trạm tựa nội suy theo

lượng mưa ngày tính toán Hn,p.

- Công thức xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng trạm tựa nội suy theo lượng

2 pn ,

mưa ngày tính toán Hn,p kiến nghị như dạng công thức (4.17) sau đây.



2 pT ,

1 pT ,

1 pn ,

  .  

   

2 là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p ở trạm ‘‘2’’, là

(4.17)

Trong đó: aT,p

1 là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p ở trạm ‘‘1’’, là

trạm cần tính (mm/ph)

aT,p

trạm tựa (mm/ph)

2 là lượng mưa ngày tính toán ở cùng tần suất của trạm cần tính (mm) 1 là lượng mưa ngày tính toán ở cùng tần suất p của trạm tựa (mm).

Hn,p

- Như vậy, nếu công thức (4.17) trên sau khi được đánh giá sai số cho kết quả đảm bảo

độ chính xác cần thiết thì hoàn toàn có thể được sử dụng để xác định cường độ mưa

tính toán aT,p tại khu vực thiết kế công trình căn cứ vào một trạm tựa trong cùng phân

vùng mưa, nội suy theo lượng mưa ngày tính toán.

- Công thức (4.17) được đề xuất trên cơ sở suy luận lôgic như sau.

1 là cường độ mưa tính toán và lượng mưa ngày tính toán của

+) Giả sử có 2 trạm đo mưa ký hiệu là ‘‘1’’, ‘‘2’’ trong cùng một vùng mưa.

1 và Hn,p



H .

+) Nếu gọi aT,p

1 a pT ,

1 pn ,

 T T

2 là cường độ mưa tính toán và lượng mưa ngày tính toán của

trạm số ‘‘1’’, theo công thức (4.3) ta có:

2 và Hn,p



H .

+) Nếu gọi aT,p

2 a pT ,

2 pn ,

 T T

1 pT ,

1 pn ,



trạm số ‘‘2’’, theo công thức (4.3) ta có:

2 pT ,

2 pn ,

+) Chia hai vế và chú ý rằng (T / T) = const, ta được:

+) Từ đây, đề xuất dạng công thức (4.17) để tính cường độ mưa tính toán aT,p của

trạm ‘‘2’’ nội suy từ cường độ mưa tính toán của trạm ‘‘1’’ theo lượng mưa ngày tính

toán Hn,p. Ở đây cần chú ý, do đã giả thiết hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T ở

- 118 -

trạm ‘‘1’’ và trạm ‘‘2’’ bằng nhau (T coi như nhau tại các điểm trong cùng một

vùng mưa) nên dấu ‘‘=’’ trong công thức (4.17) được thay bằng dấu xấp xỉ bằng

‘‘’’.

4.9.3. Công thức xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng trạm tựa nội suy theo

đặc trưng sức mưa Sp.

- Công thức xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng trạm tựa nội suy theo đặc trưng

2 p



sức mưa Sp kiến nghị như dạng công thức (4.18) sau đây.

2 pT ,

1 pT ,

1 p

  .  

   

2 là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p ở trạm

(4.18)

Trong đó: aT,p

1 là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p ở trạm

‘‘2’’, là trạm cần tính (mm/ph)

aT,p

‘‘1’’, là trạm tựa (mm/ph)

2 là sức mưa ở cùng tần suất p của trạm cần tính 1 là sức mưa ở cùng tần suất p của trạm tựa.

- Như vậy, nếu công thức (4.18) trên sau khi được đánh giá sai số cho kết quả đảm bảo

độ chính xác cần thiết thì hoàn toàn có thể được sử dụng để xác định cường độ mưa

tính toán aT,p tại khu vực thiết kế công trình căn cứ vào một trạm tựa trong cùng phân

vùng mưa, nội suy theo sức mưa.

- Công thức (4.18) được đề xuất trên cơ sở suy luận lôgic như sau.

1 là cường độ mưa tính toán và sức mưa ở tần suất p của trạm số

+) Giả sử có 2 trạm đo mưa ký hiệu là ‘‘1’’, ‘‘2’’ trong cùng một vùng mưa.

1 và Sp

1 p

+) Nếu gọi aT,p

1 ,  pT

2 là cường độ mưa tính toán và sức mưa ở tần suất p của trạm số

‘‘1’’, theo công thức (4.4) ta có:

2 và Sp

2 p

+) Nếu gọi aT,p

2 ,  pT

‘‘2’’, theo công thức (4.4) ta có:



1 pT , 2 pT ,

1 p 2 p

+) Chia hai vế và chú ý rằng T m = const, ta được:

+) Từ đây, đề xuất dạng công thức (4.18) để tính cường độ mưa tính toán aT,p của

trạm ‘‘2’’ nội suy từ cường độ mưa tính toán của trạm ‘‘1’’ theo đặc trưng sức mưa.

Ở đây cần chú ý, do đã giả thiết hệ số hình dạng cơn mưa m ở trạm ‘‘1’’ và trạm ‘‘2’’

- 119 -

bằng nhau (m coi như nhau tại các điểm trong cùng một vùng mưa) nên dấu ‘‘=’’

trong công thức (4.18) được thay bằng dấu xấp xỉ bằng ‘‘’’.

4.9.4. Điều kiện áp dụng.

- Phương pháp trạm tựa dùng để xác định cường độ mưa tính toán aT,p ở trạm không có

số liệu đo mưa tự ghi, chỉ có số liệu đo lượng mưa ngày [công thức (4.17)] hoặc được

sử dụng để tính, hiệu chỉnh kết quả xác định cường độ mưa tính toán aT,p ở những

trạm mà số liệu đo mưa tự ghi còn ngắn hoặc bị khuyết một số năm quan trắc [công

thức (4.17) hoặc (4.18)], trong khi có sẵn một trạm tựa trong cùng vùng mưa. Trạm

tựa phải là trạm có đầy đủ số liệu đo mưa tự ghi quan trắc trong nhiều năm liên tục.

- Để nâng cao mức độ chính xác thì vấn đề chọn được trạm tựa phù hợp rất quan trọng.

Trạm tựa được chọn phải là trạm có chế độ, đặc điểm mưa rất giống trạm cần tính,

thông thường trong một vùng mưa những trạm có vị trí càng gần nhau, cùng khu vực

địa hình thì mức độ thỏa mãn làm trạm tựa càng cao.

- Tùy theo cơ sở dữ liệu có sẵn (có được Hn,p hay Sp) hoặc tùy theo mối tương quan nào

tốt hơn trong hai mối tương quan lượng mưa ngày tính toán theo tần suất Hn,p hoặc

sức mưa theo tần suất Sp giữa trạm cần tính và trạm tựa mà ta lựa chọn nội suy theo

lượng mưa ngày tính toán Hn,p tức sử dụng công thức (4.17) hoặc nội suy theo sức

mưa Sp tức sử dụng công thức (4.18) để có được kết quả tính aT,p chính xác nhất.

2 với tiêu chí của WMO, công thức

4.9.5. Đánh giá sai số, nhận xét và kiến nghị.

- Đánh giá mức độ sai số: sử dụng độ hữu hiệu Rhh

(3.12) chương 3, để đánh giá sai số khi tính cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T

và tần suất p theo công thức (4.17) và đánh giá sai số khi tính cường độ mưa tính toán

aT,p ở thời đoạn T và tần suất p theo công thức (4.18).

- Ở đây lấy trạm khí tượng Hà Đông -TP.Hà Nội để đánh giá sai số, trạm Láng - TP.Hà

Nội được chọn làm trạm tựa. Phương pháp, nội dung đánh giá sai số như ở mục 4.10,

kết quả đánh giá sai số cho trạm nghiên cứu như trong Bảng 4.9. Nhận thấy, sai số

của cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính theo công thức

2  40% trở lên.

(4.17), tính theo công thức (4.18) đều ở mức ‘‘Đạt’’, ‘‘Khá’’, ‘‘Tốt’’ theo tiêu chí của

WMO, tức đều đạt Rhh

- Kiến nghị: các công thức (4.17), (4.18) hoàn toàn có thể được sử dụng để xác định

cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p, dùng tính lưu lượng thiết kế

công trình thoát nước nhỏ trên đường trong trường hợp trạm cần tính không có số liệu

- 120 -

đo mưa tự ghi nhưng có số liệu đo lượng mưa ngày [công thức (4.17)], hoặc trạm cần

tính có số liệu đo mưa tự ghi nhưng còn ngắn [công thức (4.17), công thức (4.18),

chọn công thức nào cho sai số nhỏ hơn vì có số liệu đo mưa tự ghi thì sẽ có số liệu đo

lượng mưa ngày], trong khi đó lại có sẵn một trạm tựa trong cùng vùng mưa có số

liệu đo mưa tự ghi đủ dài.

4.10. Phương pháp, nội dung và kết quả đánh giá sai số của các công thức tính

cường độ mưa tính toán aT,p.

2 và tiêu chí của tổ chức Khí tượng thế

4.10.1. Phương pháp, nội dung đánh giá sai số của các công thức tính aT,p.

- Phương pháp: sử dụng chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh

giới (WMO), công thức (3.12) chương 3, để đánh giá sai số của các công thức tính

cường độ mưa tính toán aT,p.

- Nội dung:

+) Với 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu, giá trị cường độ mưa tính toán aT,p ở thời

đoạn T và tần suất p được thiết lập ở Phụ lục 3, các bảng từ PL.3-13 đến PL.3-24,

bằng phương pháp trực tiếp với số liệu đo mưa tự ghi thực tế từ năm 1960 - 2010, là 2 khi đánh các giá trị thực đo Xđo trong công thức (3.12) tính chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh



. H

giá sai số của các công thức (4.3), (4.10), (4.11), (4.15), (4.16), (4.17), (4.18) tính aT,p.

a , pT

, pn

 T T

+) Đánh giá sai số của công thức (4.3), : giá trị cường độ mưa tính

toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính bằng công thức (4.3) với giá trị lượng mưa

ngày tính toán Hn,p thiết lập ở Bảng PL.1-13 của Phụ lục 1 và hệ số đặc trưng hình

dạng cơn mưa T thiết lập ở Bảng PL.2-13 của Phụ lục 2, với số liệu đo mưa thực tế 2. từ năm 1960 - 2010, là các giá trị tính Xtính trong (3.12) tính chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh

, pT

+) Đánh giá sai số của công thức (4.10), : giá trị cường độ mưa tính toán

aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính bằng công thức (4.10) với giá trị sức mưa Sp ở tần

suất p thiết lập ở Bảng PL.5-13 của Phụ lục 5 và hệ số hình dạng cơn mưa m thiết lập

ở Bảng PL.6-1 của Phụ lục 6, với số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010, là các





giá trị tính Xtính trong công thức (3.12) tính chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh

, pT

lg. NBA m T

+) Đánh giá sai số của công thức (4.11), : giá trị cường độ mưa tính

toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính bằng công thức (4.11) với hệ số vùng khí hậu

A, B và hệ số hình dạng cơn mưa m thiết lập ở Bảng PL.6-1 của Phụ lục 6, với số liệu

- 121 -

đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010, là các giá trị tính Xtính trong công thức (3.12) tính

.

, pn



chỉ tiêu định độ hữu hiệu Rhh

, pT

H m

+) Đánh giá sai số của công thức (4.15), : giá trị cường độ mưa tính

toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính bằng công thức (4.15) với hệ số hồi quy của

vùng khí hậu  và hệ số hình dạng cơn mưa m thiết lập ở Bảng PL.6-1, PL.6-2 của

Phụ lục 6, lượng mưa ngày tính toán Hn,p thiết lập ở Bảng PL.1-13 của Phụ lục 1, với

số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010, là các giá trị tính Xtính trong công thức



(3.12) tính chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh

, pT

pT , 0

T 0 T

  

  

+) Đánh giá sai số của công thức (4.16), : giá trị cường độ mưa tính

toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính bằng công thức (4.16) với hệ số hình dạng

cơn mưa m thiết lập ở Bảng PL.6-1 của Phụ lục 6 và cường độ mưa chuẩn aT0,p ứng

với các thời đoạn mưa chuẩn T0 = 20ph, 60ph, 180ph xác định bằng phương pháp

trực tiếp ở các bảng từ PL.7-1 đến PL.7-3 của Phụ lục 7, với số liệu đo mưa thực tế từ

2 pn ,

năm 1960 - 2010, là các giá trị tính Xtính trong công thức (3.12) tính chỉ tiêu Rhh



2 pT ,

1 pT ,

1 pn ,

  .  

   

+) Đánh giá sai số của công thức (4.17), : giá trị cường độ mưa tính

toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính bằng công thức (4.17) với lượng mưa ngày

tính toán Hn,p được thiết lập ở Bảng PL.1-13 của Phụ lục 1 và cường độ mưa tính toán

của trạm tựa là trạm Láng thiết lập ở Bảng PL.3-16 của Phụ lục 3, với số liệu đo mưa

thực tế từ năm 1960 - 2010, là các giá trị tính Xtính trong công thức (3.12) tính chỉ tiêu

2 p



độ hữu hiệu Rhh

2 pT ,

1 pT ,

1 p

  .  

   

+) Đánh giá sai số của công thức (4.18), : giá trị cường độ mưa tính

toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p tính bằng công thức (4.18) với sức mưa theo tần

suất Sp được thiết lập ở Bảng PL.5-13 của Phụ lục 5 và cường độ mưa tính toán của

trạm tựa là trạm Láng thiết lập ở Bảng PL.3-16 của Phụ lục 3, với số liệu đo mưa thực

tế từ năm 1960 - 2010, là các giá trị tính Xtính trong công thức (3.12) tính chỉ tiêu độ

hữu hiệu Rhh

4.10.2. Kết quả đánh giá và so sánh mức độ sai số của các công thức tính cường độ

mưa tính toán aT,p trong cùng một vùng mưa và giữa các vùng mưa khác nhau.

- 122 -

Bảng 4.9: Tổng hợp kết quả đánh giá mức độ sai số của các công thức thực nghiệm tính cường độ mưa tính toán aT,p

2 tại các trạm khí tượng

với số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010 tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu

Đánh giá các công thức Độ hữu hiệu Rhh

M.Lay T.Quang L.Sơn Láng-HN H.Đông Sơn Tây Vinh

Đ.Hới Đ.Nẵng N.Trang B.M.Thuột Cần Thơ

100%

tính aT,p

Phương pháp tính trực tiếp, lấy

93.02% 67.02% 95.56% 52.23% 40.18% 40.32% 91.02% 96.52% 40.02% 62.91%

40.49%

98.68%

2 (4.3) Rhh



. H

a , pT

, pn

 T T

Tốt

Khá

Tốt

Đạt

Tốt

Đạt

Tốt

94.48% 87.47% 96.38% 80.56% 80.26% 71.18% 94.46% 89.16% 91.91% 89.66%

85.98%

85.53%

Đ/giá 2 (4.10) Rhh

, pT

Tốt

Khá

Tốt



89.36% 76.05% 97.71% 64.58% 67.87% 40.01% 88.35% 79.67% 87.06% 87.91%

75.71%

80.38%



Đ/giá 2 (4.11) Rhh

, pT

lg. NBA m T

Tốt

Khá

Tốt

Đạt

Khá

Đạt

Tốt

Khá

Tốt

Khá

.

, pn

94.39% 82.22% 95.51% 78.26% 73.08% 44.28% 92.14% 91.50% 73.84% 87.86%

73.00%

85.59%

Đ/giá 2 (4.15) Rhh



, pT

H m

Tốt

Khá

Tốt

Khá

Đạt

Tốt

Khá

Tốt

Khá

Tốt

94.90% 77.46% 96.43% 86.19% 96.46% 69.79% 89.45% 94.41% 93.01% 97.58%

76.83%

79.89%



Đ/giá 2 (4.16) Rhh

, pT

pT , 0

T 0 T

  

  

Tốt

Khá

Tốt

Khá

Tốt

Khá

( Tựa ) 94.02%

2 pn ,

Đ/giá 2 (4.17) Rhh



2 pT ,

1 pT ,

1 pn ,

Đ/giá

Tốt

  .  

   

( Tựa ) 93.66%

2 p

2 (4.18) Rhh



2 pT ,

1 pT ,

1 p

Đ/giá

Tốt

  .  

   

2 > 85%: Tốt.

2  65%: Đạt,

làm chuẩn

2  85%: Khá, Rhh

65% < Rhh 40%  Rhh

Tiêu chí đánh giá của WMO: Các ô có đánh dấu ‘‘ - ’’ không có số liệu thực tế để đánh giá. - 123 -

2 và

- Bảng 4.9 trên là tổng hợp kết quả đánh giá sai số bằng chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh

tiêu chí đánh giá của WMO của các công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p trong

cùng một vùng mưa và giữa các vùng mưa khác nhau.

- Luận án có các nhận xét sau.

toán aT,p không như nhau, có công thức cho giá trị Rhh

+) Ở cùng một vùng mưa, mức độ sai số của các công thức tính cường độ mưa tính 2 2 rất cao, có công thức cho Rhh 2  40%, là mức tối thiểu theo quy định của Tổ nhỏ nhưng tất cả đều đạt được Rhh

chức khí tượng thế giới (WMO).

+) Sai số của cùng một công thức khác nhau ở các vùng mưa khác nhau. Nó phụ

thuộc vào chế độ mưa từng vùng. Có công thức tính ở vùng mưa này cho kết quả rất

tốt nhưng sang vùng mưa khác lại cho kết quả bình thường, không đạt được mức tối

ưu về sai số.

4.11. Nhận xét, kết luận chương 4.

- Điều kiện về kho dữ liệu đo mưa tự ghi thực tế ở nước ta hiện nay rất đa dạng. Có

những trạm khí tượng có số liệu đo mưa tự ghi liên tục, đủ dài, có những trạm khí

tượng có số liệu đo mưa tự ghi tương đối dài nhưng không liên tục, có những trạm có

số liệu đo mưa tự ghi còn ngắn, có những nơi không có số liệu mưa tự ghi, . . . . Vì

vậy, cần nghiên cứu xác định tham số cường độ mưa tính toán aT,p cho các trường

hợp, phục vụ tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

- Phương pháp trực tiếp tính cường độ mưa tính toán aT,p từ số liệu đo mưa tự ghi thực

tế là phương pháp cho kết quả chính xác nhất. Nó nên được ưu tiên sử dụng để tính

aT,p khi có được số liệu đo mưa tự ghi với số năm quan trắc đủ dài thu thập tới thời

điểm thiết kế công trình; chuỗi số liệu đo mưa tự ghi thu thập có thể liên tục hoặc bị

gián đoạn một số năm quan trắc do máy đo mưa tự ghi bị hỏng.

- Trong trường hợp số liệu đo mưa tự ghi không có hoặc chưa đủ dài (không đảm bảo

được tính đại biểu của mẫu), không thể sử dụng phương pháp tính trực tiếp thì sử

dụng phương pháp gián tiếp để xác định cường độ mưa tính toán aT,p.

+) Luận án nghiên cứu phát triển 7 dạng công thức thực nghiệm khác nhau để sử

dụng cho các trường hợp khác nhau về cơ sở dữ kiện mưa có thể có được ở vùng thiết

kế, xây dựng phương pháp xác định các hệ số trong các công thức thực nghiệm này

và đã thiết lập được giá trị cụ thể ở 12 khu vực của các trạm khí tượng chọn nghiên

cứu (như ở phụ lục 2, phụ lục 5, phụ lục 6 quyển phụ lục luận án) để sử dụng trong

tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

- 124 -



. H

./ Công thức (4.3), xác định cường độ mưa tính toán aT,p thông qua hệ số đặc

a , pT

, pn

 T T

trưng hình dạng cơn mưa và lượng mưa ngày tính toán:

Được sử dụng trong trường hợp tài liệu đo mưa thực tế bằng máy đo mưa tự

ghi không có hoặc thiếu, chưa đủ dài, trong khi đó số liệu đo lượng mưa ngày lại rất

đầy đủ, kéo dài và biết được hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T của vùng mưa.

./ Công thức (4.10), xác định cường độ mưa tính toán aT,p thông qua hệ số hình

, pT

dạng cơn mưa và đặc trưng sức mưa:

Được sử dụng trong trường hợp tài liệu đo mưa thực tế bằng máy đo mưa tự

ghi không có hoặc thiếu, chưa đủ dài, ngay cả trong trường hợp số liệu đo lượng mưa

ngày cũng không có hoặc còn thiếu, chưa đủ dài. Nhưng lại biết được hệ số hình dạng

cơn mưa m của vùng mưa và sức mưa Sp ở tần suất p.





./ Công thức (4.11), xác định cường độ mưa tính toán aT,p thông qua hệ số hình

, pT

lg. NBA m T

dạng cơn mưa và các hệ số vùng khí hậu:

Được sử dụng trong trường hợp tài liệu đo mưa thực tế bằng máy đo mưa tự

ghi không có hoặc thiếu, chưa đủ dài, ngay cả trong trường hợp số liệu đo lượng mưa

ngày cũng không có hoặc còn thiếu, chưa đủ dài. Nhưng lại biết được hệ số hình dạng

cơn mưa m và các hệ số vùng khí hậu A, B của vùng mưa.

.

, pn



./ Công thức (4.15), xác định aT,p thông qua hệ số hình dạng cơn mưa, lượng mưa

, pT

H m

ngày tính toán và hệ số hồi quy của vùng khí hậu:

Được sử dụng khi tài liệu đo mưa tự ghi thực tế không có hoặc thiếu, chưa đủ

dài, trong khi đó số liệu đo lượng mưa ngày lại rất đầy đủ, kéo dài và biết được hệ số

hình dạng cơn mưa m, hệ số hồi quy của vùng khí hậu  của vùng mưa.



./ Công thức (4.16), xác định cường độ mưa tính toán aT,p thông qua hệ số hình

, pT

pT , 0

T 0 T

  

  

dạng cơn mưa và cường độ mưa chuẩn:

Được sử dụng trong trường hợp có được hệ số hình dạng cơn mưa m của

vùng mưa và thiết lập được các giá trị cường độ mưa chuẩn aTo,p (3 thời đoạn mưa

chuẩn T0 = 20ph, 60ph, 180ph) ở tần suất p.

- 125 -

2 pn ,

./ Công thức (4.17), xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng trạm tưa và nội



2 pT ,

1 pT ,

1 pn ,

  .  

   

suy theo lượng mưa ngày tính toán:

Được sử dụng khi trạm cần tính chỉ có số liệu đo lượng mưa ngày liên tục, đủ

dài nhưng lại không có số liệu đo mưa tự ghi hoặc còn ngắn, trong khi đó lại có sẵn

một trạm tựa trong cùng vùng mưa có số liệu đo mưa tự ghi đủ dài.

2 p



./ Công thức (4.18), xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng trạm tưa và nội

2 pT ,

1 pT ,

1 p

  .  

   

suy theo đặc trưng sức mưa:

Được sử dụng trong trường hợp trạm cần tính có số liệu đo mưa tự ghi còn

ngắn, có được giá trị đặc trưng sức mưa theo tần suất và có được một trạm tựa trong

cùng vùng mưa có số liệu đo mưa tự ghi đủ dài.

+) Sai số khi tính cường độ mưa tính toán aT,p theo các công thức trên là khác nhau và

nó phụ thuộc vào đặc điểm quy luật biến đổi chế độ mưa của từng vùng mưa. Có

những công thức tính ở vùng mưa này cho kết quả rất tốt nhưng sang vùng mưa khác

lại cho kết quả kém chính xác hơn. Trong trường hợp có đủ điều kiện áp dụng được

nhiều công thức tính aT,p cùng lúc ở vùng thiết kế thì nên ưu tiên sử dụng công thức

nào cho kết quả chính xác hơn. Thường như sau.

./ Hai công thức (4.3) và (4.15) đều sử dụng lượng mưa ngày tính toán Hn,p để

xác định aT,p nhưng tính theo công thức (4.15) vẫn đạt được mức độ chính xác tương

đương, có khi còn đạt được mức độ chính xác cao hơn công thức (4.3), xem Bảng 4.9.

Điều này là do, công thức (4.15) đã sử dụng các hệ số hồi quy m và  được rút ra trực

tiếp từ chuỗi số liệu đo mưa tự ghi so với phương pháp lấy trung bình cộng như khi

xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T trong công thức (4.3).

./ Hai công thức (4.10) và (4.11) đều sử dụng hệ số hình dạng cơn mưa m để xác

định aT,p nhưng tính theo công thức (4.10) thường cho kết quả chính xác hơn công

thức (4.11), xem Bảng 4.9. Bởi vì, công thức (4.10) đã sử dụng thông số đặc trưng

sức mưa Sp, là một thông số đặc trưng tổng hợp cho các yếu tố khí hậu của vùng mưa

hơn nhiều so với các hệ số vùng khí hậu A, B của vùng mưa sử dụng trong công thức

(4.11).

./ Công thức (4.16), tính aT,p theo cường độ mưa chuẩn thường bao giờ cũng cho

kết quả chính xác với mức độ tin cậy cao, xem Bảng 4.9. Điều này hoàn toàn phù hợp

- 126 -

với tính chất đặc trưng tổng hợp cho vùng mưa của thông số cường độ mưa chuẩn

aTo,p.

./ Hai công thức (4.17), (4.18) là các công thức nội suy từ trạm tựa.

- Thông số cường độ mưa tính toán aT,p xác định bằng các phương pháp, công thức trên

được sử dụng trong các công thức tính toán lưu lượng thiết kế cho công trình thoát

nước nhỏ trên đường sử dụng tham số cường độ mưa aT,p để tính Qp sẽ phù hợp và

phản ánh sát thực hơn với điều kiện về mưa, điều kiện về địa hình ở nước ta và quy

luật hình thành dòng chảy lũ trên lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên

đường, đảm bảo được sự chính xác cần thiết.

- 127 -

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu trình bầy trong các chương 1, 2, 3, 4, tổng

hợp và đánh giá toàn bộ, rút ra các nhận xét, kết luận và kiến nghị sau đây.

A- Các nhận xét, kết luận rút ra từ kết quả nghiên cứu và các kiến nghị.

1) Đưa ra một số khuyến nghị trong tính toán thủy văn cầu cống ở nước ta như sau.

1.1. Cần thường xuyên cập nhật các số liệu về mưa phù hợp với diễn biến điều kiện

thời tiết để xây dựng các tham số về mưa phục vụ việc tính toán lưu lượng thiết

kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

1.2. Khi tính toán thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ngoài việc tính toán

xác định theo lưu lượng ở tần suất thiết kế quy định Qp% còn cần phải kiểm tra

thêm theo mực nước và lưu lượng lũ lịch sử Qlịchsử của những năm mưa lớn đột

biến để có những giải pháp chủ động ứng phó với hiện tượng đột biến về lượng

mưa, cường độ mưa và thời gian xuất hiện do tác động cực đoan của hiện tượng

biến đổi khí hậu. Đây là khuyến nghị mới của luận án.

2) Kiến nghị việc phân vùng mưa phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu lượng thiết kế

công trình thoát nước nhỏ trên đường cần dựa vào tiêu chí chính là hệ số đặc trưng

2  [Rhh

hình dạng cơn mưa T  T, tức quan hệ cường độ mưa và thời đoạn mưa tính toán, 2]gh và với mức độ sai số cho phép khi phân vùng mưa đảm bảo điều kiện Rhh

kết hợp với việc phân tích tổng hợp một số yếu tố ảnh hưởng đến chế độ mưa lũ như

nguyên nhân gây mưa lũ, mùa mưa lũ, đặc điểm địa hình.

Đây là kiến nghị có ý nghĩa khoa học và thực tiễn vì để quy hoạch phòng lũ

tốt thì vấn đề trước tiên yêu cầu là phân vùng mưa lũ hợp lý, phù hợp với đặc điểm

mưa, đặc điểm địa hình của từng vùng.





. H



3) Kiến nghị sử dụng 7 dạng công thức thực nghiệm khác nhau, đó là các công thức

a , pT

, pn

, pT

, pT

p m

 T T

lg. NBA m T

.

, pn



(4.3) ; (4.10) ; (4.11)

, pT

pT , 0

H m

T 0 T

  

  

2 pn ,

2 p

(4.15) ; (4.16)



2 pT ,

1 pT ,

2 pT ,

1 pT ,

1 pn ,

1 p

  .  

   

  .  

   

(4.17) ; (4.18)

để gián tiếp xác định gần đúng thông số cường độ mưa tính toán ứng với thời gian

tập trung nước của lưu vực và tần suất thiết kế, sử dụng để tính lưu lượng thiết kế

- 128 -

công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta trong trường hợp ở vùng thiết kế

công trình không có được số liệu đo mưa tự ghi hoặc có nhưng số năm quan trắc đến

thời điểm thiết kế công trình chưa đủ dài nên không thể sử dụng được phương pháp

tính trực tiếp aT,p. Trong các công thức trên thì công thức (4.15), (4.16), (4.18) là

3 dạng công thức cải tiến mới kiến nghị sử dụng của luận án, các công thức còn lại

các hệ số trong công thức được xây dựng mới cho khu vực 12 trạm khí tượng chọn

nghiên cứu. Các công thức thực nghiệm này có độ tin cậy cho phép, được sử dụng

cho các điều kiện khác nhau về cơ sở dữ kiện mưa hiện có ở vùng thiết kế, cho phép

đa dạng hóa việc xác định thông số cường độ mưa tính toán aT,p đồng thời cho phép

lựa chọn sử dụng công thức tính aT,p nào cho kết quả chính xác cao khi có đủ điều

kiện cùng lúc dùng được nhiều công thức tính aT,p ở vùng thiết kế.

Đây là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao bởi vì với điều kiện kết

cấu hạ tầng của ngành khí tượng hiện nay ở nước ta, trạm đo mưa thì nhiều nhưng

phần lớn là đo lượng mưa ngày, vấn đề xây dựng các công thức tính gián tiếp cường

độ mưa tính toán aT,p ; vấn đề nghiên cứu tính chuyển từ lượng mưa ngày tính toán

thành lượng mưa tính toán từng thời khoảng ngắn là rất cần thiết trong tính toán lưu

lượng thiết kế công trình thoát nước trên đường Việt Nam.

4) Kiến nghị các giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế lập ở 12

trạm khí tượng chọn nghiên cứu trên cơ sở chuỗi số liệu đo mưa thực tế dài, từ năm

1960 - 2010, trong đó thời gian cuối được cho là ứng với bối cảnh mới có sự tác

động của hiện tượng BĐKH, ứng dụng để tính toán lưu lượng thiết kế công trình

thoát nước nhỏ trên đường theo tiêu chuẩn thiết kế hiện hành TCVN9845:2013 [5];

.

, pn

2 pn ,



. H



dùng để xác định cường độ mưa tính toán aT,p theo các công thức thực nghiệm

, pT

a , pT

, pn

2 pT ,

1 pT ,

H m

 T T

1 pn ,

  .  

   

(4.3), (4.15), (4.17); hay sử dụng để

tính lưu lượng thiết kế cho lưu vực vừa và lớn theo công thức Sôkôlôpsky.

Các trạm khí tượng chọn nghiên cứu là: 1-Trạm Lai Châu-TX.Mường Lay-

T.Điện Biên, 2-Trạm Tuyên Quang-TP.Tuyên Quang-T.Tuyên Quang,

3-Trạm Lạng Sơn-TP.Lạng Sơn-T.Lạng Sơn, 4-Trạm Láng-Q.Đống Đa-

TP.Hà Nội, 5-Trạm Hà Đông-Q.Hà Đông-TP.Hà Nội, 6-Trạm Sơn Tây-

TX.Sơn Tây-TP.Hà Nội, 7-Trạm Vinh-TP.Vinh-T.Nghệ An, 8-Trạm Đồng

Hới-TP.Đồng Hới-T.Quảng Bình, 9-Trạm Đà Nẵng-TP.Đà Nẵng, 10-Trạm

- 129 -

Nha Trang-TP.Nha Trang-T.Khánh Hóa, 11-Trạm Buôn Ma Thuột-

TP.Buôn Ma Thuột-T.Đắk Lắk, 12-Trạm Cần Thơ-TP.Cần Thơ.

Ví dụ một số giá trị Hn,p lập cho trạm Láng - TP.Hà Nội:

p (%) 1% 4% 10% 20% 50% 99.99%

402.93 299.19 230.10 182.00 122.26 89.20 Hn,p (mm)

Với các mức tần suất p khác, các trạm khí tượng khác xem chi tiết trong Phụ lục 1

Quyển phụ lục luận án, từ PL.1-1 đến PL.1-13.

5) Kiến nghị các giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T lập cho khu vực 12 trạm

khí tượng nghiên cứu với số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010, dùng để tính



. H

cường độ mưa tính toán ứng với thời gian tập trung nước của lưu vực và tần suất

a , pT

, pn

 T T

thiết kế theo công thức thực nghiệm (4.3), sử dụng để tính lưu lượng

thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường theo tiêu chuẩn TCVN9845:2013 [5].

Đồng thời nó là tham số quan trọng dùng để tính chuyển từ lượng mưa ngày tính

toán Hn,p sang lượng mưa tính toán từng thời khoảng ngắn HT,p theo công thức (3.10)

, pT

. T

, pn

sử dụng trong công thức Sôkôlôpsky tính lưu lượng thiết kế cho lưu

vực vừa và lớn, dùng trong tính toán mưa rào - dòng chảy bằng mô hình NAM -

MIKE cho kết quả tin cậy. Ngoài ra hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T còn được

dùng làm tiêu chí để phân vùng mưa.

Ví dụ một số giá trị T lập cho trạm Láng - TP.Hà Nội:

5’ 0.087 20’ 0.224 60’ 0.401 180’ 0.577 720’ 0.928 1440’ 1.134 T (ph) T

Với các thời đoạn tính toán T khác, các trạm khí tượng khác xem chi tiết trong Phụ

lục 2 Quyển phụ lục luận án, từ PL.2-1 đến PL.2-13.

6) Kiến nghị các giá trị đặc trưng sức mưa Sp ở tần suất p = 1  99.99% lập cho 12 trạm

2 p

khí tượng nghiên cứu với số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010, dùng để tính



2 pT ,

1 pT ,

, pT

1 p

  .  

   

(4.10), (4.18) sử aT,p theo các công thức thực nghiệm

dụng để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

Ví dụ một số giá trị Sp lập cho trạm Láng - TP.Hà Nội:

1% 13.27 4% 13.48 10% 13.56 20% 13.74 50% 12.49 99.99% 1.72 p (%) Sp

- 130 -

Với các mức tần suất p khác, các trạm khí tượng khác xem chi tiết trong Phụ lục 5

Quyển phụ lục luận án, từ PL.5-1 đến PL.5-13.

7) Kiến nghị các giá trị hệ số hình dạng cơn mưa m, hệ số vùng khí hậu A và B, hệ số

hồi quy của vùng khí hậu  lập cho khu vực 12 trạm khí tượng nghiên cứu với số

.

, pn





liệu đo mưa thực tế từ 1960 - 2010, dùng để tính aT,p theo các công thức thực nghiệm

, pT

, pT

H m

pT , 0

lg. NBA m T

T 0 T

  

  

(4.10), (4.11), (4.15),

(4.16) sử dụng để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

Ví dụ một số giá trị m, A, B,  lập cho trạm Láng - TP.Hà Nội:

m 0.557 A 4.990 B 7.197  0.032 Tên các hệ số Giá trị các hệ số

Với các trạm khí tượng khác xem chi tiết trong Phụ lục 6 Quyển phụ lục luận án, từ

PL.6-1 đến PL.6-2.

8) Kiến nghị các giá trị cường độ mưa chuẩn aTo,p ở các thời đoạn mưa chuẩn T0 = 20’,

60’, 180’ và tần suất p = 1  99.99% lập cho 12 trạm khí tượng nghiên cứu bằng



phương pháp trực tiếp với số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010, dùng để tính

, pT

pT , 0

T 0 T

  

  

(4.16) sử dụng để tính lưu lượng aT,p theo công thức thực nghiệm

thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

Ví dụ một số giá trị aTo,p (mm/phút) lập cho trạm Láng - TP.Hà Nội:

1% 3.33 2.11 4% 2.91 1.83 10% 2.58 1.61 20% 2.31 1.42 50% 1.84 1.11 99.99% 0.62 0.28

1.15 0.92 0.75 0.63 0.45 0.27 p (%) aT0,p ở T0 = 20ph aT0,p ở T0 = 60ph aT0,p ở T0 = 180ph Với các mức tần suất p khác, các trạm khí tượng khác xem chi tiết trong Phụ lục 7

Quyển phụ lục luận án, từ PL.7-1 đến PL.7-3.

9) Kiến nghị các giá trị mô đuyn dòng chảy mưa (hay cường độ mưa thể tích) tính toán

qT,p ứng với thời gian tập trung nước của lưu vực và tần suất thiết kế lập cho 12 trạm

khí tượng nghiên cứu với số liệu đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010, dùng để xác

định lưu lượng thiết kế công trình thoát nước đô thị theo tiêu chuẩn thiết kế hiện



. qC

,

. a



166

67.



hành TCVN 7957:2008 [8], công thức (1.11) , giá trị qT,p được tính

, pT

10 *60

100

(lít/s/ha) theo aT,p:

- 131 -

với: aT,p là cường độ mưa tính toán (mm/ph), được xác định bằng

các phương pháp, công thức, các giá trị nêu trên.

10) Các tham số về mưa nghiên cứu xác định trong luận án được sử dụng trong các

công thức tính lưu lượng thiết kế hiện đang dùng trong các tiêu chuẩn thiết kế

TCVN9845:2013 [5] cho đường ngoài đô thị, TCVN7957:2008 [8] cho đường đô thị

và các công thức trong sổ tay tính toán thủy văn của Bộ Giao thông vận tải [3]: như

công thức (1.9) của [5], công thức (1.11) của [8], công thức (1.10) trong [3], công

thức (1.13) phương trình cân bằng lượng nước, . . . sử dụng để tính lưu lượng thiết kế

công trình thoát nước nhỏ trên đường. Ngoài ra, nó cũng được dùng trong công thức

(1.12) Sôkôlôpsky [3] sử dụng để tính lưu lượng thiết kế cho lưu vực vừa và lớn.

Giá trị các tham số về mưa lập cho 12 trạm khí tượng nghiên cứu trong luận

án được kiến nghị tham khảo bổ sung mới hoặc thay thế mới cơ sở dữ liệu về mưa

hiện đang sử dụng trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành TCVN9845:2013 [5],

TCVN 7957:2008 [8] dùng tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước trên đường

hiện nay ở những khu vực có các trạm khí tượng này.

B- Hướng nghiên cứu tiếp theo.

Để sử dụng các công thức do luận án đề xuất trong thực tiễn sản xuất có độ tin cậy

cao, cần thiết phải xây dựng bản đồ phân vùng mưa hợp lý với tỷ lệ lớn để tính toán

lưu lượng đỉnh lũ cho lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường trong

điều kiện từng địa phương ở Việt Nam. Để làm được vấn đề này cần thu thập được

đầy đủ số liệu đo mưa thực tế tới thời điểm hiện nay tại các trạm đo mưa trên toàn

quốc để tiến hành hiệu chỉnh phân vùng mưa.

- 132 -

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Nguyễn Anh Tuấn (2013), Đặc điểm biến đổi mưa ở Việt Nam trong những năm

gần đây và ảnh hưởng tới tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ công trình thoát

nước nhỏ của đường, Tạp chí Cầu đường Việt Nam, Số tháng 7-2013.

2. Nguyễn Anh Tuấn (2013), Phương pháp xác định cường độ mưa tính toán dựa

vào lượng mưa ngày tính toán, hệ số hồi quy của vùng khí hậu và hệ số hình dạng

cơn mưa, Tạp chí Xây Dựng, Số tháng 7-2013.

3. Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Ngọc Long (2013), Kết quả xác định lượng mưa ngày

tính toán theo tần suất Hn,p với chuỗi số liệu đo lượng mưa ngày thực tế từ năm

1960 - 2010 ở một số trạm khí tượng của nước ta dùng trong tính toán các đặc

trưng dòng chảy lũ công trình thoát nước nhỏ của đường, Tạp chí Cầu đường Việt

Nam, Số tháng 8-2013.

4. PGS.TS Bùi Xuân Cậy, Ths Nguyễn Anh Tuấn (2013), Xây dựng công thức xác

định cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn T và tần suất p cho một số vùng ở

Việt Nam, Tạp chí Xây Dựng, Số tháng 12-2013.

5. PGS.TS Bùi Xuân Cậy, Ths Nguyễn Anh Tuấn (2013), Phương pháp trực tiếp và

phương pháp sử dụng cường độ mưa chuẩn để xác định tham số cường độ mưa

thiết kế công trình thoát nước trên đường đô thị, Tạp chí Cầu đường Việt Nam, Số

tháng 12-2013.

- 133 -

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

(i) Tiếng Việt.

1 Lương Tuấn Anh (1996), Một mô hình mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy trên

các lưu vực vừa và nhỏ ở miền Bắc Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện khí

tượng thủy văn, Hà Nội.

2 Nguyễn Tuấn Anh (2004), Tính toán thủy lực cống và mương thoát nước, Nxb

Xây dựng, Hà Nội.

3 Bộ Giao Thông Vận Tải (2006), Sổ tay tính toán thủy văn, thủy lực cầu đường,

Hà Nội.

4 Bộ Khoa học và Công nghệ (2005), Đường ô tô - Yêu cầu thiết kế TCVN4054 -

2005, Hà Nội.

5 Bộ Khoa học và Công nghệ (2013), Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ

TCVN9845:2013, Hà Nội.

6 Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2006), Biên soạn GSTS Nguyễn Cảnh

Cầm, PGSTS Đỗ Cao Đàm, GSTS Ngô Đình Tuấn, TS Phạm Hùng, Sổ tay kỹ

thuật thủy lợi, Phần 1 (cơ sở kỹ thuật thủy lợi) - Tập 4 (tính toán thủy văn, bùn

cát, tính toán điều tiết dòng chảy, thủy lực cơ sở, kinh tế tài nguyên nước và môi

trường), Nxb Nông nghiệp, Hà Nội.

7 Bộ Thủy Lợi (1977), Quy phạm tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế

QP.TL.C-6-77, Hà Nội.

8 Bộ Xây Dựng, Bộ Khoa học và Công nghệ (2008), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN

7957:2008, Thoát nước – Mạng lưới và công trình bên ngoài, Tiêu chuẩn thiết

kế, Hà Nội.

9 Bộ Xây Dựng (2009), QCVN02:2009/BXD, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia – Số

liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng, Hà Nội.

10 Nguyễn Quang Chiêu, Trần Tuấn Hiệp (1998), Thiết kế cống và cầu nhỏ trên

đường ô tô, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội.

11 Nguyễn Quang Chiêu, Dương Học Hải, Nguyễn Xuân Trục (2007), ‘‘Xác định

lưu lượng theo phương trình cân bằng lượng nước’’, Thiết kế đường ô tô, Tập 2,

tr.173 -185, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội.

- 134 -

12 Ưng Quốc Dũng (1996), Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp xác định lưu lượng

nước mưa tính toán khi thiết kế hệ thống thoát nước cho các đô thị Việt Nam,

Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội.

13 Trương Văn Hiếu (2007), Nghiên cứu ảnh hưởng của mưa, triều đến ngập úng và

thoát nước đô thị thành phố Hồ Chí Minh, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Khoa

học khí tượng thủy văn và môi trường, Hà Nội.

14 Nguyễn Hữu Khải (2008), Phân tích thống kê trong thủy văn, Nxb Đại học Quốc

gia, Hà Nội.

15 Hà Văn Khối, Nguyễn Văn Tường, Dương Văn Tiến, Lưu Văn Hưng, Nguyễn

Đình Tạo, Nguyễn Thị Thu Nga - Bộ môn thủy văn công trình - Trường Đại học

Thủy lợi (2008), Giáo trình thủy văn công trình, Nxb Khoa học tự nhiên và công

nghệ, Hà Nội.

16 Trần Việt Liễn (1979), Phương pháp và kết quả nghiên cứu cường độ mưa tính

toán ở Việt Nam, Tài liệu in rônêô - Viện Khí tượng thủy văn, Hà Nội.

17 Trần Việt Liễn (1990), Phân vùng khí hậu xây dựng Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ

thuật, Viện khí tượng thủy văn, Hà Nội.

18 Phan Đình Lợi, Nguyễn Năng Minh - Trường Đại học Thủy lợi (2002), Đo đạc

và chỉnh lý số liệu thủy văn, Nxb Xây dựng, Hà Nội.

19 Đặng Quốc Lượng - Trường Đại học Kiến trúc (2001), Phương pháp tính trong

kỹ thuật, Nxb Xây dựng, Hà Nội.

20 Trần Văn Mô (2002), Thoát nước đô thị, Nxb Xây dựng, Hà Nội.

21 Phạm Đức Nghĩa - Bộ môn tính toán thủy văn - Trường Đại học Thủy lợi (2002),

Khí tượng thời tiết khí hậu, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội.

22 Trần Đình Nghiên (1993), Giáo trình thủy văn cầu đường, Trường Đại học Giao

thông vận tải, Hà Nội.

23 Trần Đình Nghiên, Nguyễn Đình Vĩnh, Phạm Văn Vĩnh (1998), Thủy văn đại

cương, Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội.

24 Trần Đình Nghiên (2003), Thiết kế thủy lực cho dự án cầu đường, Nxb Giao

thông vận tải, Hà Nội.

25 Nguyễn Thanh Sơn (2003), Tính toán thủy văn, Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội.

26 Nguyễn Thanh Sơn (2005), Đánh giá tài nguyên nước Việt Nam, Nxb Giáo dục,

Hà Nội.

- 135 -

27 Nguyễn Thanh Sơn (2008), 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 sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại

học Quốc gia Hà Nội.

28 Phan Văn Tân (2005), Phương pháp thống kê trong khí hậu, Nxb Đại học Quốc

gia, Hà Nội.

29 Lê Đình Thành (1996), Nghiên cứu ứng dụng tính mưa lũ và lũ lớn nhất khả

năng ở Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội.

30 Trần Thị Kim Thu - Khoa thống kê - Trường Đại học Kinh tế quốc dân (2012),

Giáo trình lý thuyết thống kê, Nxb Đại học Kinh tế quốc dân, Hà Nội.

31 Nguyễn Xuân Trục, Dương Học Hải, Vũ Đình Phụng (2003), Sổ tay thiết kế

đường ô tô, Tập 2, Nxb Xây dựng, Hà Nội.

32 Nguyễn Xuân Trục (2009), Thiết kế đường ô tô - công trình vượt sông, Tập 3,

Nxb Giáo dục, Hà Nội.

33 Mai Anh Tuấn (2003), Nghiên cứu giải pháp thiết kế hợp lý các công trình thoát

nước đường ô tô vùng núi, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Giao thông

vận tải, Hà Nội.

34 Ngô Đình Tuấn (1980), Một số vấn đề về phương pháp phân tích tính toán thủy

văn cho các sông suối Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Thủy

lợi, Hà Nội.

35 Ngô Đình Tuấn, Đỗ Cao Đàm (1986), Tính toán thủy văn các công trình thủy lợi

vừa và nhỏ, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội.

36 Ngô Đình Tuấn (2000), Phân tích thống kê trong thủy văn, Nxb Nông nghiệp,

Hà Nội.

37 Nguyễn Văn Tuần và nnk (2000), Thủy văn thực hành, Nxb Đại học Quốc gia,

Hà Nội.

38 Nguyễn Văn Tuần, Nguyễn Hữu Khải (2001), Địa lý thủy văn, Nxb Đại học

Quốc gia, Hà Nội.

39 Nguyễn Văn Tuần, Đoàn Quyết Trung, Bùi Văn Đức (2003), Dự báo thủy văn,

Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội.

40 Lê Văn Ước (2002), Nghiên cứu ứng dụng mô hình tính lũ thiết kế cho một số lưu

vực nhỏ ở phía Bắc Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Địa lý, Hà Nội.

- 136 -

41 Nguyễn Cao Văn, Trần Thái Ninh, Ngô Văn Thứ - Khoa toán kinh tế - Trường

Đại học Kinh tế quốc dân (2012), Giáo trình lý thuyết xác xuất và thống kê toán,

Nxb Đại học Kinh tế quốc dân, Hà Nội.

42 Phạm Thái Vinh (2007), Chọn lũ thiết kế, Nxb Xây dựng, Hà Nội.

(ii) Tài liệu dịch.

43 A.V. Rodjestvenski, A.I. Tsebotarev, Các phương pháp thống kê trong thủy văn,

Bản dịch của Nguyễn Thanh Sơn (2008), Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội.

44 C.T.Haan, H.P.Johnson, D.L.Brakensiek, Mô hình toán thủy văn lưu vực nhỏ,

Bản dịch của Nguyễn Thanh Sơn (2003), Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội.

45 Đ.I. Kazakevits, Cơ sở lý thuyết hàm ngẫu nhiên và ứng dụng trong khí tượng

thủy văn, Bản dịch của Phan Văn Tân, Phạm Văn Huấn, Nguyễn Thanh Sơn

(2005), Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội.

46 Edward Aguado, James E. Burt, Thời tiết và khí hậu, Bản dịch của Đặng Thị

Hồng Thủy, Nguyễn Lan Oanh (2008), Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội.

47 John F. Wendt (chủ biên), Động lực học chất lỏng tính toán, Bản dịch của

Nguyễn Thọ Sáo (2008), Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội.

48 K.P. Klibasev, I.F. Goroskov, Tính toán thủy văn, Bản dịch của Ngô Đình Tuấn,

Lê Thạc Cán (1975), Nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

49 Larry W. Mays, Yeou -Koung Tung (1992), Kỹ thuật và quản lý hệ thống nguồn

nước, Bản dịch của Nguyễn Tiền Giang, Nguyễn Thị Nga, Nxb Đại học Quốc

gia, Hà Nội.

50 Philip B. Bedient, Wayne C. Huber, Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt,

Bản dịch của Nguyễn Thanh Sơn (2003), Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội.

51 R.C. Ward, M. Robinson (2000), Nguyên lý thủy văn, Bản dịch của Nguyễn Văn

Tuần, Nguyễn Đức Hạnh, Nxb Đại học Quốc gia, Hà Nội.

52 Trần Gia Kỳ, Đằng Vĩ Phấn, Hám Quý Sinh, Trương Cung Túc, Vấn đề tính toán

lũ do mưa rào ở lưu vực nhỏ, Bản dịch của Đào Quang Liên, Trần Thanh Thủy,

Nguyễn Văn Hoan (1968), Nxb Khoa học, Hà Nội.

(iii) Tiếng nước ngoài.

53 David Butler and John W. Davise (2004), Urban Drainage, Second Edition.

54 U.S. Soil Conservation Service (1972), National Engineering Handbook, section

4, Hydrology, U.S. Department of Agriculture.

- 137 -

55 U.S. Soil Conservation Service (1973), Urban Hydrology for Small Watersheds,

Technical Release No.55, U.S. Department of Agriculture, Engineering Division.

56 Ven Te Chow, David R. Maidment, Larry W. Mays (1998), Applied Hydrology,

McGraw-Hill International Editions.

(iv) Phần mềm tính toán.

57 Đặng Duy Hiển - Cục Thủy lợi - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2002),

Phần mềm tính và vẽ đường tần suất TSTV2002, Hà Nội.

58 Nghiêm Tiến Lam, Ngô Lê An - Trường Đại học Thủy lợi (2008), Phần mềm

tính và vẽ đường tần suất FFC2008, Hà Nội.

(v) Tạp chí, báo cáo hội nghị khoa học.

59 Le Minh Nhat, Yasuto TACHIKAWA, Kaoru TAKARA (2006), Establishment

of Intensity-Duration-Frequency Curves for Precipitation in the Monsoon Area

of Vietnam, Annuals of Disas. Prev. Res. Inst., Kyoto Univ., No.49 B.

60 Báo cáo của Hoàng Minh Tuyển, Viện Khí tượng thủy văn, & Các báo cáo khoa

học của các tác giả nhiều nước trong tuyển tập (2005), Asian Pacific FRIEND,

Intensity Frequency Duration and Flood Frequencies Determination Meeting,

Kuala Lumpur, Malaysia, 6-7 June 2005.

61 Báo cáo của Trần Thục cùng nnk, & Các báo cáo khoa học của các tác giả nhiều

nước trong tuyển tập (2008), Asian Pacific FRIEND, Rainfall Intensity Duration

requency (IDF) Analysis for the Asia Pacific Region, Jakarta, Indonesia,

November 2008.

- 138 -

Luận án Tiến sỹ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định một số tham số về mưa góp phần hoàn thiện công thức tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường trong điều kiện khí hậu Việt Nam

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THAM SỐ VỀ

MƯA GÓP PHẦN HOÀN THIỆN CÔNG THỨC

TÍNH LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH

THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG TRONG

ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

HÀ NỘI - 2014

PHẦN MỞ ĐẦU

max tại 12 trạm từ năm 1960 – 2010

max từ 51440ph trạm Láng từ 1960 - 2010

max và cường độ mưa lớn nhất

max ở các thời đoạn tính toán từ T = 5ph  1440ph tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

max)*, (aT

max)* lớn đột biến với giá trị Hn,p , aT,p

max tại 12

max tại 12

Trạm

Giá trị cường độ mưa thời đoạn lớn nhất năm bình quân nhiều năm (mm/ph)

a5'

a10' a20'

a30'

a60'

a180' a360' a540' a720' a1080' a1440'

0.07 max ở các thời

max ở các thời đoạn tính

Trạm

Giá trị Cv của cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm

a5' 0.24 0.28

a10' 0.23 0.2

a20' 0.24 0.22

a30' 0.26 0.23

a60' a180' a360' a540' a720' a1080' a1440' 0.27 0.29

Giá trị Cs của cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm 3.26

Tỷ số Cs / Cv của cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm 1.7

max tại

max và cường độ mưa lớn nhất năm

max ở các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên trong thời gian khảo sát đến năm 2010

max ở các thời đoạn

max và aT

max và aT

max từ 5  1440ph tại trạm Láng – HN từ 1960 - 2010

14% 22% 44% 58% 68%

14% 14% 14%

Trïng lÆp:

76%

78%





.3

max)*

 (



Có thể bạn quan tâm

Phụ lục luận văn Thạc sĩ: Tình hình sử dụng và các biện pháp nâng cao chất lượng mặt đường bê tông xi măng tại Thanh Hóa

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá một số loại hình hư hỏng điển hình của mặt đường bê tông xi măng trên đường tỉnh 522 (Bỉm Sơn - Phố Cát)

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu một số nội dung về chỉ tiêu kỹ thuật khai thác đường phục vụ công tác bảo trì mặt đường Bêtông Asphalt

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đề xuất khung nội dung lập dự án đầu tư vận chuyển hành khách công cộng bằng xe buýt nhanh khối lượng lớn (BRT)

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đề xuất biện pháp quản lý và khai thác điểm đỗ xe trên một số tuyến phố thuộc địa bàn thành phố Đà Nẵng

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng HDM-4 trong phân tích hiệu quả kinh tế phương án bảo trì các tuyến quốc lộ do Sở GTVT tỉnh Thanh Hóa quản lý

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu một số giải pháp của đơn vị tư vấn giám sát nhằm đẩy nhanh tiến độ thi công các công trình xây dựng giao thông, vận dụng cho Dự án hành làng ven biển phía Nam

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu khả năng ứng dụng vật liệu Carboncor Asphalt trong xây dựng đường giao thông nông thôn tại tỉnh Bắc Ninh

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đầu vào đến kết quả dự báo nhu cầu vận tải dựa trên cơ sở phần mềm JICA STRADA – Áp dụng cho tuyến đường bộ cao tốc Ninh Bình – Thanh Hóa

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác của đường tỉnh ở Lạng Sơn

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đề xuất một số nội dung chính về quản lý rủi ro trong các công trình xây dựng cầu đường ở Việt Nam

Chuyên đề Tiến sĩ: Một số vấn đề về khả năng thông hành của nút giao thông

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu về khả năng thông hành và vấn đề sử dụng nút giao thông điều khiển bằng tín hiệu đèn trong các đô thị Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương cho mặt đường bê tông xi măng trong khu kinh tế Nghi Sơn

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xác định độ rỗng hở và hệ số thấm nước nội tại trong bê tông xi măng mặt đường ô tô sử dụng cấp phối thông thường

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Góp phần nghiên cứu hoàn chỉnh giải pháp thiết kế neo ổn định mái dốc trên đường ô tô qua vùng có hoạt động sụt trượt

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xây dựng khung nội dung quy hoạch giao thông có kết nối và đề xuất một số giải pháp kết nối giao thông cho thành phố Đà Nẵng

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phụt tia vữa xi măng để khắc phục hiện tượng lún đầu cầu đang khai thác trên đường ô tô

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Khảo sát sự làm việc của nền liên hợp sử dụng cọc bê tông xi măng xử lý nền đất yếu bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tô

Tài liêu mới

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng thuật toán thích nghi và học tăng cường cấu trúc Actor - Critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum

Luận án Tiến sĩ: Cơ cấu bệnh tim mạch và chất lượng cuộc sống của người cao tuổi mắc suy tim, rung nhĩ điều trị tại Bệnh viện Thống Nhất, thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng giải pháp đảm bảo an toàn thông tin cho quá trình học liên kết dựa trên mật mã

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Phát triển năng lực đánh giá công nghệ cho học sinh trong dạy học môn Công nghệ 11 ở trường trung học phổ thông