Tóm tắt Luận văn tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cải tiến phương pháp xác định mô hình mưa và lưu lượng tiêu thiết kế cho các hệ thống tiêu vùng đồng bằng Bắc Bộ

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

71
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm nghiên cứu cải tiến phương pháp xác định mô hình mưa tiêu thiết kế và lưu lượng tiêu thiết kế nhằm nâng cao độ chính xác của kết quả tính toán lưu lượng tiêu thiết kế cho các hệ thống tiêu vùng đồng bằng Bắc Bộ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cải tiến phương pháp xác định mô hình mưa và lưu lượng tiêu thiết kế cho các hệ thống tiêu vùng đồng bằng Bắc Bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN THỊ VIỆT HỒNG NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH MƢA VÀ LƢU LƢỢNG TIÊU THIẾT KẾ CHO CÁC HỆ THỐNG TIÊU VÙNG ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nƣớc Mã số chuyên ngành: 62-58-02-12 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2018
Công trình được hoàn thành tại Trƣờng Đại học Thủy lợi Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: GS.TS Lê Chí Nguyện Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... vào lúc giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thi t của tài Trong công tác quy hoạch, thiết ế các hệ thống ti u, một trong nh ng nội dung qu n trọng là xác đ nh mô hình mư thiết ế và t nh toán lưu lượng ti u thiết ế. Tuy đã có nhiều nghi n cứu về vấn đề này nhưng vẫn còn có một số tồn tại:: i) Đối với vùng đô th h y dân cư tập trung hiện n y vẫn dùng công thức cường độ giới hạn để t nh lưu lượng ti u thiết ế, trong đó công thức t nh cường độ mư được xây dựng tr n cơ sở bộ số liệu trước đây do đó gây s i số lớn cho ết quả t nh toán. Đồng thời các th m số trong công thức chỉ xác đ nh được tại các v tr có trạm đo, nh ng vùng x trạm đo vẫn sử dụng th m số củ trạm gần nhất, như vậy sẽ hó đảm bảo độ ch nh xác...ii) Hiện n y trong t nh toán hệ số tiêu cho lúa, MHM được xác đ nh theo phương pháp thu phóng trận mư điển hình thường dẫn đến ết quả hệ số lưu lượng ti u lớn hơn hoặc nhỏ hơn ứng với tần suất thiết ế. iii) Các vùng ti u ở ĐBBB đại đ số là vùng ti u hỗn hợp, tuy nhiên việc chọn MHM ngày để xác đ nh trận mư thiết ế sẽ dẫn đến ết quả t nh toán lưu lượng ti u thiết ế củ các công trình như nh, cống, trạm bơm thi n nhỏ. Ch nh vì vậy, việc thiết lập hệ số hiệu chỉnh lưu lượng làm cơ sở xác đ nh lưu lượng ti u thiết ế ứng với MHM giờ hi biết lưu lượng ti u thiết ế tính theo MHM ngày là rất cần thiết trong thực tiễn hiện n y hi tốc độ đô th hó tăng nh nh. Ngoài ra, việc xây dựng các bản đồ đẳng tr mư thiết ế phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết ế các hệ thống ti u tại các v trí không có trạm đo là rất cần thiết. Với nh ng lý do đã n u ở tr n, đề tài: “Nghiên cứu cải tiến phương pháp xác định mô hình mưa và lưu lượng tiêu thiết kế cho các hệ thống tiêu vùng đồng bằng Bắc Bộ” được đề xuất nghi n cứu. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghi n cứu cải tiến phương pháp xác đ nh mô hình mư ti u thiết ế và lưu lượng ti u thiết ế nhằm nâng c o độ ch nh xác củ ết quả t nh toán lưu lượng ti u thiết ế cho các hệ thống ti u vùng đồng bằng Bắc Bộ. 1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghi n cứu: mô hình mư ti u thiết ế và lưu lượng ti u thiết ế. - Phạm vi nghi n cứu: Vùng đồng bằng Bắc Bộ. 4. Nội dung nghiên cứu i) Xây dựng qu n hệ lượng mư -thời gi n mư -tần suất (DDF) và qu n hệ cường độ mư –thời gi n mư –tần suất (IDF) cho 15 trạm đo mư tự ghi thời đoạn ngắn (d = 10’÷24h); ii) Xây dựng các bản đồ đẳng tr mư nhằm nội suy không gi n, xác đ nh lượng mư và cường độ mư tại nh ng v tr hông có trạm đo. iii) Lự chọn MHM ti u thiết ế hợp lý bằng phương pháp so sánh mô phỏng toàn liệt các trận mư đã xảy r trong thực tế để t nh toán chế độ ti u cho các vùng trồng l . Ứng dụng cho hu vực Hà N m; iv)Thiết lập hệ số hiệu chỉnh lưu lượng thiết ế cho các hệ thống ti u hỗn hợp nông nghiệp và dân cư đô th từ MHM giờ và MHM ngày hu vực Phủ Lý, Hà N m. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp ế thừ ; Phương pháp phân t ch thống ; Phương pháp phân t ch tương qu n và hồi quy thực nghiệm; Phương pháp mô hình, mô phỏng. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Luận án đã góp phần hoàn thiện cơ sở ho học và phương pháp luận xác đ nh: cường độ mư thiết ế để t nh toán lưu lượng thiết ế củ các hệ thống thoát nước mư hu dân cư, đô th ; lự chọn MHM thiết ế hợp lý t nh toán hệ số tiêu cho lúa; bổ sung phương pháp xác đ nh nh nh lưu lượng ti u thiết ế ứng với MHM giờ cho các hệ thống ti u hỗn hợp hi biết hệ số ti u t nh theo MHM ngày phục vụ bài toán quy hoạch, thiết ế sơ bộ hệ thống ti u. - Kết quả nghi n cứu củ luận án có thể được ứng dụng trong công tác quy hoạch, thiết ế các hệ thống ti u thoát nước mư hu vực dân cư, đô th và hệ thống ti u nông nghiệp – dân cư vùng nghi n cứu. 7. Cấu trúc luận án Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và iến ngh , luận án gồm 3 chương: Chƣơng 1: Tổng qu n Chƣơng 2: Xây dựng phương pháp xác đ nh mô hình mư và lưu lượng thiết ế cho hệ thống ti u. Chƣơng 3: Kết quả nghi n cứu và thảo luận. 2
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan v mô hình mƣa tiêu thi t k 1.1.1 Khái niệm về mô hình mưa tiêu thiết kế Mô hình mư ti u thiết ế là một MHM ứng với tần suất thiết ế được xác đ nh dùng để thiết ế một hệ thống ti u nào đó. Mô hình trận mư ti u thiết ế b o gồm: thời gi n mư ; tổng lượng mư củ cả trận mư tương ứng với tần suất thiết ế và phân bố mư theo thời gi n củ trận mư tương ứng với tần suất thiết ế. Phạm vi ứng dụng củ mư thiết ế rất rộng lớn, là cơ sở để đề r các giải pháp cải tạo, nâng cấp h y thiết ế các hệ thống ti u. Trong luận án thống nhất ý hiệu: lượng mư là H (mm); Cường độ mư là I (mm/h hoặc mm/ph t); thời gi n mư được ý hiệu là d (giờ hoặc ph t). 1.1.2 Các nghiên cứu về xác định mô hình mưa tiêu thiết kế Phương pháp xác đ nh MHM thiết ế (Design storm) đã được nghi n cứu bởi nhiều tác giả tr n thế giới, hiện n y được chi thành b nhóm: Nhóm phương pháp thứ nhất: Xác đ nh MHM thiết ế dự vào phân bố mư củ trận mư điển hình đã xảy r trong thực tế, điển hình như: MHM thiết ế củ Huff (1967), Yen và Chow (1980); Cơ qu n bảo vệ đất Ho Kỳ (SCS, 1986) ...Nhóm phương pháp này có ưu điểm là: dạng phân bố củ mư gần giống với các trận mư đã xảy r trong thực tế. Tuy nhi n có mặt hạn chế là chư có ti u ch cụ thể để nhận dạng trận mư điển hình; đồng thời ết quả phụ thuộc vào chủ qu n người t nh toán, mất nhiều thời gi n. Nhóm phương pháp thứ hai: MHM tiêu thiết ế được xác đ nh dự vào qu n hệ lượng mư – thời gi n mư – tần suất (DDF) và cường độ mư – thời gi n mư – tần suất (IDF) điển hình như: Chow (1988) đã đề xuất MHM hối xen ẽ dự tr n mối qu n hệ DDF; Keifer và Chu (1957)...Ưu điểm củ phương pháp này là các MHM tiêu thiết ế được xác đ nh nh nh thông qu ết quả qu n hệ DDF và IDF. Tuy nhi n cũng có nhược điểm đó là dạng phân bố củ mô hình mư hông giống trận mư thực tế. 3
Nhóm phương pháp thứ ba: Cơ sở củ phương pháp lự chọn MHM thiết ế th ch hợp nhất dự tr n ết quả mô phỏng mư toàn liệt các trận mư xảy r trong quá khứ, điển hình như: C o (1993); Despotovic (1996)[9]; Alfieri (2007) với nguy n tắc là: mô hình mư ti u thiết ế được gọi là th ch hợp nhất hi nó tạo r dòng chảy lớn nhất xác đ nh được từ phân t ch tần suất liệt dòng chảy đo đạc hoặc liệt dòng chảy mô phỏng từ các trận mư đã đo đạc. Ưu điểm củ phương pháp là qu mô phỏng toàn liệt sẽ lự chọn được mô MHM tốt nhất là MHM tạo r dòng chảy có tần suất xuất hiện sát nhất với tần suất thiết ế củ trận mư đã xảy r trong quá hứ. Tuy nhi n phương pháp này có nhược điểm là hối lượng t nh toán lớn do đó mất nhiều thời gi n. 1.1.3 Các nghiên cứu xác định mô hình mưa tiêu thiết kế ở Việt Nam Phương pháp thu phóng trận mưa điển hình: Ở Việt N m, trong công tác quy hoạch, thiết ế các hệ thống ti u nước mặt (gồm cả vùng nông nghiệp mà chủ yếu là l nước và các vùng dân cư, đô th ...) hiện n y thường sử dụng phương pháp thu phóng trận mư điển hình với tài liệu mư ngày, mư giờ để xác đ nh trận mư thiết ế. Phương pháp này có ưu điểm: Dự vào tài liệu thống , đo đạc sẵn có qu nhiều năm củ các trạm để chọn r MHM ti u thiết ế, phương pháp này đơn giản, dễ xây dựng. Một số nghiên cứu khác: Tác giả Tr nh Kim Sinh (2009); Tác giả Bùi Nam Sách (2000): Các ết quả nghi n cứu đã chỉ rõ, với đặc điểm đ lý tự nhi n củ vùng ĐBBB, trong t nh toán xác đ nh MHM ti u thiết ế cho nông nghiệp n n chọn MHM 5 ngày lớn nhất với dạng phân phối có đỉnh rơi vào ngày thứ b hoặc thứ tư củ trận mư . Tuy nhi n nghi n cứu mới chỉ dừng lại ở việc xem xét t nh cần thiết củ việc áp dụng MHM giờ chứ chư xây dựng được MHM giờ áp dụng cho các hu dân cư, đô th , công nghiệp h y hỗn hợp. 4
Tác giả Nguyễn Mạnh Hùng (2010); Lã Thanh Hà (2011): Các phương pháp sử dụng trong nghi n cứu củ h i tác giả đều có ưu điểm là giá tr lưu lượng đỉnh và tổng lượng sát hơn với giá tr đo đạc. Tuy nhi n các nghi n cứu này mới chỉ xem xét đến mư điểm (phù hợp cho lưu vực ti u nhỏ) mà chư đề cập đến sự phân bố hông đều theo hông gi n củ mư - yếu tố có ảnh hưởng đáng ể đến ết quả t nh toán mư -dòng chảy đối với các lưu vực ti u vừ và lớn. 1.2 Tổng quan các nghiên cứu v quan hệ lƣợng mƣa – thời gian – tần suất (DDF) và quan hệ cƣờng ộ mƣa-thời gian mƣa-tần suất (IDF) Các đặc t nh tỷ lệ củ thời đoạn mư được mô tả bằng đường cong qu n hệ lượng mư – thời gi n mư – tần suất (DDF) tại một trạm đo mư , được sử dụng rộng rãi trong t nh toán mư thiết ế. Mô hình này cho phép th m số hó đường cong DDF một cách hiệu quả và chi tiết, đư r các ết quả ch nh xác hơn trong việc xác đ nh lượng mư thiết ế. Theo nhiều nghiên cứu: Chen, C. L., 1983; Burlando, P. and Rosso, R., 1996, L Văn Nghinh ...đường cong DDF thường được xác đ nh bằng một phương trình th m số (H = .dn). Qu n hệ IDF thông thường được biểu diễn dưới dạng đồ th . Khi có đủ các số mư t có thể xây dựng các đường cong IDF bằng phân t ch tần suất. Một phân phối xác suất thường h y dùng trong phân t ch tần suất mư là phân phối Gumbel. Điển hình như: El-sayed (2011) Le.Minh.Nhat (2006); Doãn Th Nội (2016)... Các qu n hệ IDF còn được biểu th bằng phương trình và nhiều công thức hác nhau: Wenzen (1982), TCVN 7957 (2008), Trần Việt Liễn (1979), Trần H u Uyển (1973)...các công thức t nh toán cường độ mư đều biểu th theo quy luật q = A/tn. Tuy nhi n nhiều công thức được xây dựng từ nh ng năm 1920, 1941 cho đến 1980 n n việc áp dụng công thức này có thể sẽ hông còn sát với thực tế, do ảnh hưởng củ biến đổi h hậu làm cho cường độ mư th y đổi. Điều này sẽ ảnh hưởng đến mức độ ch nh xác củ ết quả t nh toán lưu lượng ti u thiết ế. Vì vậy cần phải nghi n cứu, xem xét sự biến động củ mư theo hông gi n và thời gi n đồng thời xây dựng công thức t nh cường độ mư tr n cơ sở cập nhật số liệu mư trong vùng theo các phương pháp mới hiện n y. 5
1.3 Tổng quan các nghiên cứu v xây dựng bản ồ ẳng trị mƣa Đường đẳng tr mư là đường cong nối liền các điểm tr n bản đồ có lượng mư bằng nh u tr n cơ sở số liệu thực đo củ các trạm đã có thuộc vùng nghi n cứu. Phương pháp đường đẳng tr có nhiều ưu điểm vì hông chỉ cho t t nh được lượng mư bình quân lưu vực mà còn t nh đến sự phân bố hông đều củ mư theo hông gi n (như v tr tâm mư , xu thế biến đổi củ mư theo các hướng..). Tài liệu đo được ở trạm đo mư chỉ cho t biết được lượng mư ở một điểm, tr n nh ng lưu vực nhỏ, qu n trắc đặt tại đ điểm th ch hợp có thể coi lượng mư trạm đo này đại biểu cho lượng mư bình quân toàn hu vực. Ở hu vực tương đối lớn thì lượng mư được xác đ nh như vậy sẽ dẫn đến ết quả hông đảm bảo ch nh xác. Tuy nhi n, do phải xây dựng bản đồ đẳng tr mư n n hối lượng t nh toán lớn. Tr n thế giới đã có các nghi n cứu xây dựng bản đồ đẳng tr mư như: Hershfield (1961); Ở Italy, các bản đồ đẳng tr th m số củ phương trình lượng mư được lập cho nhiều vùng, từ các bản đồ nội suy được các th m số tại các hu vực cần xây dựng công thức t nh lượng mư trong trường hợp hông có trạm đo. Ở Việt N m có các tác giả Trần Th nh Xuân (2007), Đặng Quốc Dũng (2015),... đã xây dựng bản đồ đẳng tr mư bằng phần mềm ArcGis với các phương pháp nội suy hác nh u. 1.4 Tổng quan các nghiên cứu v tính lƣu lƣợng tiêu thi t k và hệ số hiệu chỉnh lƣu lƣợng theo bƣớc thời gian mƣa Trong một hệ thống ti u b o gồm nhiều đối tượng như: các hu dân cư, đô th , công nghiệp, đất trồng l ... Để xác đ nh được lưu lượng ti u củ hệ thống cần phải t nh được hệ số ti u thành phần củ các đối tượng cần ti u. + Tính lưu lượng tiêu thiết kế cho các khu vực dân cư, đô thị: Khi t nh toán lưu lượng ti u thiết ế củ các tuyến cống cho các hu đô th , dân cư tập trung và hu công nghiệp theo TCVN 7957:2008. Q = q.C.F (1-23) Cường độ mư t nh toán có thể xác đ nh bằng biểu đồ qu n hệ IDF hoặc bằng các công thức giới thiệu ở mục 1.2 6
+ Tính lưu lượng tiêu thiết kế cho các vùng nông nghiệp và hỗn hợp dân cư, nông nghiệp theo công thức sau: qtk .A Qtk  (1-20) 1000 Hệ số ti u thiết ế củ hệ thống được xác đ nh từ các hệ số ti u thành phần củ các đối tượng cần ti u trong hệ thống t nh theo TCVN: 10406 (2015). Cũng theo TCVN 10406 (2015). Đối với vùng ti u hỗn hợp, trong trường hợp đối tượng ti u nước là hu công nghiệp và đô th chiếm tỷ lệ lớn (≥ 50 % HT) và tập trung thành một tiểu vùng độc lập. Nếu hông có tài liệu mư giờ, có thể sử dụng MHM ngày, hệ số ti u thiết ế củ đối tượng này xác đ nh như sau: C j .Pi 24 qji = Km. (1-22) với Km = (1-23) 8,64 Thq Trong đó : Km là hệ số điều chỉnh số giờ mư hiệu quả trong một ngày: Thq là số giờ mư hiệu quả trung bình trong một ngày mư củ trận mư ti u thiết ế. Có thể sử dụng các mô hình toán - thủy lực như họ mô hình MIKE, mô hình SWMM, KOD, VRSAP, hoặc các phần mềm ti n tiến hác đã được iểm nghiệm trong thực tế để t nh toán ti u nước. 1.5 Giới thiệu v ồng bằng Bắc Bộ Vùng có v tr giới hạn như s u: Ph Bắc giáp tỉnh Bắc Gi ng và Thái Nguy n, Quảng Ninh; ph N m giáp tỉnh Th nh Hoá; ph Đông giáp biển Đông; ph Tây giáp tỉnh Hoà Bình, Ph Thọ. Vùng gồm 10 tỉnh, thành phố: Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương, Hưng Y n, Bắc Ninh, Vĩnh Ph c, Thái Bình, Hà Nam, N m Đ nh, Ninh Bình. Trong nh ng năm gần đây các tỉnh ĐBBB có nhiều biến động về các yếu tố inh tế xã hội như diện t ch đất c nh tác giảm; diện t ch chuyển đổi từ đất l s ng r u màu, thủy sản tăng; đô th - công nghiệp gi tăng ảnh hưởng tới y u cầu ti u thoát nước củ các hệ thống ti u.. 7
1.6 K t luận chƣơng 1 Qu nghi n cứu, phân t ch và đánh giá ưu nhược điểm củ các phương pháp xác đ nh mô hình mư ti u thiết ế và t nh toán lưu lượng ti u thiết ế tr n thế giới và ở Việt N m hiện n y. Luận án đã đ nh hướng lự chọn các nội dung và phương pháp nghi n cứu được thể hiện trong sơ đồ tiếp cận dưới đây: Hình 1.18 Sơ đồ nội dung nghi n cứu và cách tiếp cận 8
CHƢƠNG 2 XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH MƢA VÀ LƢU LƢỢNG THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG TIÊU 2.1 Phƣơng pháp xây dựng quan hệ lƣợng mƣa - thời gian - tần suất và (DDF) quan hệ cƣờng ộ mƣa - thời gian - tần suất (IDF), từ ó thi t lập công thức tính cƣờng ộ mƣa cho các trạm o mƣa tự ghi. 2.1.1 Phương pháp xây dựng quan hệ lượng mưa – thời gian – tần suất Bước 1: Thu thập và tổng hợp tài liệu mưa: Dự tr n tài liệu mư tự ghi 30 năm (1985 - 2014) củ 15 trạm h tượng: Nh ng giá tr lượng mư lớn nhất năm tương ứng với các thời đoạn 10’, 30’, 1h, 2h, 3h, 6h, 12h, 24h đã được xác đ nh. Đây là các mốc thời gi n đặc trưng được nhiều tác giả đã nghi n cứu thường chọn để xác đ nh qu n hệ DDF. Bước 2: Lựa chọn hàm phân phối xác suất: Để chọn được hàm phân phối xác suất phù hợp nhất, iểm đ nh 2 đã được áp dụng với b hàm: Gumbel, Pearson III và Lognormal. Kết quả hàm Gumbel được chọn để t nh toán tần suất. Bước 3: Thiết lập quan hệ lượng mưa - thời gian mưa - tần suất : Thiết lập công thức qu n hệ lượng mư (Hd) với thời gi n mư (d) được biểu th dưới dạng phương trình s u: Hd(T ) = a(T). dn(T) (2-13) Trong đó: Hd(T) là lượng mư lớn nhất củ thời đoạn d ứng với chu ỳ lặp lại T; và n là các th m số được xác đ nh theo phương pháp hồi quy. Để mô tả ch nh xác hơn qu n hệ này, phương trình qu n hệ H  d được xác đ nh theo h i phạm vi thời gi n như s u: Hd1 (T) = a1 (T). d n1(T) khi d ≤ d*(T) (2-14) và Hd 2(T) = a2 (T). d n2(T) khi d*(T) < d ≤ 24 (2-15) Trong đó: Hd (T) là lượng mư (mm); d là thời gi n mư (h); a1, a2, n1 và n2 là nh ng th m số củ h i phương trình. Để đảm bảo sự li n tục củ đường H  d gi h i hoảng thời gi n, ứng với mỗi giá tr T, d* được xác đ nh dự tr n phương trình s u: a1. (d*) n1 = a2. (d*) n2 (2 -16) 9
 1 a  => d *  exp  ln( 2 ) (2 -17)  n1  n2 a1  Giá tr củ d* phụ thuộc vào lượng mư và xu thế biến đổi củ mư theo thời gi n tại mỗi trạm đo mư . Đường qu n hệ Hd được mô tả bởi phương trình (2- 14) và (2-15) và nh ng điểm thực nghiệm có dạng như hình 2.3. Quan hệ DDF - Trạm Phủ Lý 1000 T=2 năm T=5 năm Lượng mưa (mm) T=10 năm T=20 năm 100 T=2 năm T=5 năm T=10 năm T=20 năm 10 0.1 1 10 100 Thời gian (h) Hình 2.3 Đường qu n hệ Hd được mô tả bởi phương trình (2-14) và (2-15) và nh ng điểm thực nghiệm 2.1.2 Thiết lập công thức tính cường độ mưa cho các trạm đo mưa tự ghi Từ công thức t nh độ sâu mư thiết ế đã thiết lập ở (2-13), chuyển đổi thành cường độ mư theo công thức s u: I  H (mm/h) (1-12) d Trong đó: H là độ sâu mư (mm), được xác đ nh từ công thức (2.13); d là thời gi n mư (h). Do đó: I = a.dn-1 (2-18) 2.2 Phƣơng pháp xây dựng các bản ồ ẳng trị lƣợng mƣa thi t k tƣơng ứng với thời gian mƣa và tần suất khác nhau cho vùng ĐBBB Hiện n y hi t nh toán quy hoạch, thiết ế các hệ thống ti u, người thiết ế thường mượn số liệu mư tại các trạm đo mư gần nhất để t nh toán trận mư thiết ế cho lưu vực ti u trong hi số lượng trạm đo mư tự ghi trong vùng rất hạn chế, do đó dẫn đến ết quả t nh toán mư thiết ế hông ch nh xác. Để hắc phục tình trạng này có thể ứng dụng ỹ thuật phân t ch hông gi n để nội suy mư tại các v tr hông có trạm đo mư nhằm nâng c o độ ch nh xác cho các 10
ết quả xác đ nh. Phần mềm ArcGis đ ng được sử dụng rộng rãi hiện n y, cung cấp một giải pháp toàn diện từ nhập số liệu, chỉnh lý, phân t ch và phân phối thông tin tr n mạng Internet tới các cấp độ hác nh u. Các phương pháp nội suy hông gi n được t ch hợp trong ArcGIS b o gồm hầu hết các phương pháp nội suy thông dụng như IDW, Spline, Kriging... Đối với vùng ĐBBB, đ hình t th y đổi n n tác giả lự chọn phương pháp nội suy Spline để t nh toán nội suy lượng mư theo hông gi n vì phương pháp này cho ết quả t b ảnh hưởng do mật độ các trạm đo mư hơn so với phương pháp hác. 2.3 Phƣơng pháp xác ịnh MHM thi t k hợp lý cho vùng trồng lúa Cơ sở củ phương pháp lự chọn mô hình mư thiết ế th ch hợp nhất dự tr n ết quả mô phỏng mư toàn liệt củ các tác giả: C o (1993); Despotovic (1996); Alfieri (2007) với nguy n tắc là: MHM ti u thiết ế được gọi là th ch hợp nhất hi nó tạo r dòng chảy (hệ số ti u) lớn nhất xác đ nh được từ phân t ch tần suất liệt dòng chảy đo đạc hoặc liệt dòng chảy mô phỏng từ các trận mư đã đo đạc dự tr n các giả thiết: ô ruộng là hoàn chỉnh; công trình ti u mặt ruộng là đập tràn chảy tự do với các bước tính toán s u đây: Bước 1: Xây dựng các mô hình mư thiết kế hác nh u để lựa chọn; Bước 2: Sử dụng các trận mư thiết ế đã được xác đ nh trước ứng với tần suất thiết ế P để xác đ nh hệ số tiêu thiết kế, ký hiệu là qTK(P); Bước 3: Từ tài liệu mư ngày thực đo, tách các trận mư có H ≥ 100mm cho từng năm; Bước 4: Mô phỏng quá trình: mư  q cho các trận mư xác đ nh ở bước 3 được qmax của từng trận  xác đ nh được qmaxmax trong năm. Bước 5: T nh và vẽ đường tần suất với liệt qmaxmax ứng với tần suất thiết ế P, xác đ nh được hệ số ti u ứng với P, gọi là qTL(P) (hệ số ti u toàn liệt). Bước 6: So sánh ết quả t nh qTK(P) và qTL(P) qu chỉ số s i số tương đối q: qTK ( P )  qTL ( P ) q  .100% (2-22) qTL ( P ) MHM thiết ế nào cho |q nhỏ nhất thì đó là MHM thiết ế th ch hợp nhất. Trong đó qtk và qTL được thực hiện bởi một chương trình máy t nh như sơ đồ s u 11
BEGIN Nhập số liệu: Mư thiết ế (Pi), hả năng ch u ngập củ l , hoi, Ht,… i:= 1 (i =1÷N) Giải phương trình s u bằng PP lặp chi đôi (ẩn số là i) i:= i+1 i=N S Đ In ết quả q~t END Hình 2.9 Sơ đồ hối mô phỏng hệ số ti u q~t toàn liệt (Chương trình t nh lập bằng ngôn ng Visu l B sic 6.0 có sơ đồ hối như hình 2.8 và 2.9 đã được iểm đ nh bằng phương pháp so sánh ết quả t nh từ chương trình và từ phần mềm Exel truyền thống). 12
2.4 Phƣơng pháp xác ịnh hệ số hiệu chỉnh lƣu lƣợng thi t k hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp từ mô hình mƣa giờ và mô hình mƣa ngày Trong thực tế hiện n y, hi t nh toán ti u cho các hu dân cư, đô th thường chọn bước thời gi n mư thiết ế là 10, 30 h y 60 ph t tùy theo quy mô lưu vực, còn hi t nh hệ số ti u và lưu lượng ti u cho vùng nông nghiệp hoặc vùng hỗn hợp thường chọn bước thời gi n mư thiết ế là 01 ngày, sẽ dẫn đến ết quả t nh toán lưu lượng ti u thiết ế củ các công trình ti u như nh, cống, trạm bơm thi n nhỏ, v dụ như nh ti u ch nh củ : trạm bơm H u Hò huyện Th nh Trì, trạm bơm Phù Đổng ở Gi Lâm; trạm bơm Lạc Tràng ở Phủ Lý... Vu øng Soâng luùa Khu daân cö luùa Keânh keát hôïp ñöôøng giao thoâng TB øng Vu Vuøng luùa Khu daân cö Hình 2.10 Sơ đồ một HT ti u hỗn hợp dân cư và nông nghiệp(TB: trạm bơm) Để đánh giá ảnh hưởng củ bước thời gi n mư thiết ế đến ết quả t nh lưu lượng ti u thiết ế cho các hệ thống ti u hỗn hợp nông nghiệp và hu dân cư. Luận án lự chọn trận mư thiết ế 5 ngày m x đã xác đ nh được ở mục 2.3 với bước thời gi n là 1h và 1 ngày lớn nhất để nghi n cứu áp dụng xác đ nh hệ sô giảm lưu lượng ti u củ hệ thống thông qu hệ số K (được gọi là hệ số hiệu chỉnh lưu lượng), là tỷ số gi lưu lượng ti u thiết ế t nh theo bước thời gian 1h và lưu lượng ti u thiết ế t nh theo bước thời gi n 1 ngày. Q (2-27) K h Qng Trong đó: Qh là lưu lượng ti u củ hệ thống tương ứng MHM giờ (m3/s); Qng là lưu lượng ti u củ hệ thống tương ứng mô hình mư ngày (m3/s). Từ đó thiết lập mối qu n hệ gi lưu lượng ti u t nh theo mô hình mư giờ và mô hình mư ngày cho một hệ thống ti u giả đ nh. Chọn mô hình SWMM để 13
mô phỏng thủy văn, thủy lực cho phần đô th . Vùng nông nghiệp sử dụng phương pháp hồ chứ mặt ruộng để giải được đường qt. Số liệu này được nhập vào n t củ mô hình. Sử dụng 2 mô hình tr n ết hợp để mô phỏng mư - dòng chảy cho toàn bộ lưu vực nghi n cứu theo sơ đồ dưới đây: BẮT ĐẦU Từ số liệu mư , chiều rộng - Vẽ sơ đồ hệ thống ti u tr n SWMM tràn, chiều c o tràn..., sử dụng - Nhập các thông số củ toàn bộ lưu vực ti u phương pháp t nh hệ số ti u (thông số lưu vực đô th , ch thước hình học, cho l xác đ nh quá trình Q~t c o độ củ hệ thống nh, o, trạm bơm...) từ các ô ruộng. Nhập các điều iện bi n: Mư , mực nước, lưu lượng vào (inflows) tại các n t - Mô phỏng mư -dòng chảy cho các lưu vực đô th - Diễn toán dòng chảy trong hệ thống ti u Kiểm tr sự hợp lý củ ết quả mô phỏng Xuất ết quả t nh toán: Z~t và Q~t tại các nút. KẾT THÚC Hình 2.11 Sơ đồ hối t nh toán dòng chảy cho lưu vực nghi n cứu 2.5 K t luận chƣơng 2 i) Nhằm cải tiến phương pháp xác cường độ mư thiết ế cho các hệ thống ti u dân cư, đô th , chương 2 đã giới thiệu phương pháp thiết lập phương trình tính cường độ mư với thời đoạn ngắn (d = 10 ph t ÷24h) ứng với T = 2, 5, 10 và 20 năm cho các hu vực ĐBBB. ii) Đã đề xuất một phương pháp lự chọn mô hình 14
mư thiết ế hợp lý cho l bằng phân t ch tần suất liệt dòng chảy mô phỏng từ các trận mư đã đo đạc. iii) Đã giới thiệu một phương pháp xác đ nh hệ số hiệu chỉnh lưu lượng K hi biết tỷ lệ diện t ch l và diện t ch hu dân cư. Từ đó có thể xác đ nh được lưu lượng ti u thiết ế ứng với bước thời gi n 1h hi biết lưu lượng ti u thiết ế ứng với bước thời gi n 1 ngày cho các đoạn nh ti u đi qu hu dân cư h y có bờ nh ết hợp đường gi o thông. CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xây dựng quan hệ lƣợng mƣa - thời gian - tần và quan hệ cƣờng ộ mƣa - thời gian - tần suất Từ ết quả xây dựng qu n hệ Hd thiết lập được h i phương trình cho h i thời hoảng trước và s u điểm chuyển tiếp, s u đó chuyển đổi thành công thức cường độ mư theo (2-18) được ết quả trong các bảng 3.6 đến 3.13 như bảng 3.10 minh họ dưới đây: Bảng 3.10 Phương trình biểu th qu n hệ I  d củ các trạm với T = 10 năm I = adn-1 STT Tên trạm d*(h) I1 = a1dn1-1 (khi d ≤ d*) I1 = a2dn2-1 (khi d > d*) R2 1 Vĩnh Y n 1,15 I1 = 74,65.d -0,440 I2 = 80,56.d -0,67 0,996 -0,440 -0,59 2 Sơn Tây 1,40 I1 = 82,96.d I2 = 81,37.d 0,997 -0,590 -0,67 3 Láng 0,73 I1 = 91,88.d I2 = 86,82.d 0,997 -0,560 -0,66 4 Hà Đông 0,72 I1 = 94,22.d I2 = 91,43.d 0,999 -0,29 -0,70 5 Hà Nam 0,86 I1 = 97,23.d I2 = 91,25.d 0,995 -0,42 -0,73 6 N m Đ nh 1,12 I1 = 88,05.d I2 = 91,93.d 0,996 -0,351 -0,607 7 Văn Lý 1,19 I1 = 87,38.d I2 = 91,44.d 0,998 -0,41 -0,79 8 Hưng Y n 1,05 I1 = 81,51.d I2 = 83,12.d 1,000 -0,45 -0,72 9 Bắc Ninh 1,12 I1 = 88,81.d I2 = 89,59.d 0,996 -0,40 -0,67 10 Hải Dương 1,13 I1 = 82,80.d I2 = 85,57.d 0,995 -0,393 -0,762 11 Chí Linh 1,05 I1 = 76,66.d I2 = 78,08.d 0,998 -0,44 -0,63 12 Ninh Bình 1,42 I1 = 79,11.d I2 = 84,69.d 0,996 -0,339 -0,668 13 Nho Quan 0,87 I1 = 93,89.d I2 = 89,35.d 0,999 -0,400 -0,59 14 Thái Bình 1,21 I1 = 72,79.d I2 = 75,47.d 0,995 -0,29 -0,70 15 Hải Phòng 1,26 I1 = 85,60.d I2 = 94,12.d 0,996 15
Các giá tr a, n phụ thuộc vào tài liệu mư của các trạm; nó thể hiện xu thế biến đổi củ mư theo thời gian; các giá tr a1 ứng với d = 1h. 3.2 K t quả xây dựng các bản ồ ẳng trị mƣa thi t k ứng với thời gian và tần suất khác nhau cho vùng ồng bằng Bắc Bộ Căn cứ vào phương pháp xây dựng bản đồ đẳng tr đã được lự chọn và giới thiệu ở mục 2.3. Tiến hành t nh toán tần suất và xác đ nh lượng mư các thời đoạn 1h, 3h, 6h, 12h, 24h, 3 ngày, 5 ngày lớn nhất năm ứng với tần suất 10 %. Sử dụng phần mềm ArcGis 10 với phương pháp nội suy Spline để mô tả sự phân bố củ mư theo hông gi n vùng ĐBBB như hình 3.15 đến 3.15h. Hình 3.15a – Hình 3.15h: Phân bố lượng mư thời đoạn 1h m x – 5 ngày max củ các trạm ứng với P = 10% Luận án cũng đã xây dựng các bản đồ đẳng tr th m số củ các phương trình cường độ mư lớn nhất năm ứng với tần suất thiết ế 10% (Hình 3.16a, b, c, d). Hình 3.16a – Hình 3.16d: Bản đồ đẳng tr th m số 1; n1; a2; n2 củ phương trình cường độ mư với P = 10% 16
Kết quả phân t ch mư theo hông gi n cho thấy lượng mư phân bố hông đều theo hông gi n và thời gi n. Mư lớn tập trung chủ yếu ở hu vực Hà Nội, Hà N m, Hải Phòng. Khu vực có lượng mư thấp nhất phổ biến ở Hưng Y n, Bắc Ninh, Hải Dương. Dự vào các bản đồ này có thể xác đ nh được lượng mư tại các v tr hông có trạm đo mư để phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết ế các hệ thống ti u nước hu vực dân cư, đô th , công nghiệp trong vùng. 3.3 K t quả xác ịnh mô hình mƣa thi t k hợp lý cho vùng trồng lúa ứng dụng cho khu vực Hà Nam Với các bước t nh toán xác đ nh mô hình mư ti u thiết ế cho vùng trồng l bằng phương pháp mô phỏng toàn liệt các trận mư đã xảy r trong thực tế đã được giới thiệu chi tiết tại mục 2.3, tiến hành t nh toán được ết quả chỉ số s i số tương đối q xác đ nh từ mô phỏng mư thiết ế và mô phỏng mư toàn liệt được tổng hợp vào bảng 3.37 dưới đây. Bảng 3.37 Bảng tổng hợp ết quả xác đ nh chỉ số s i số tương đối q MHM btràn (m/ha) qTK (10%) qTL (10%) q (%) 1 A1 btràn = 0,33 12,06 15,57 22,5 % A2 btràn2 = 0,29 13,75 14,97 8,15 % A3 btràn3 = 0,35 16,81 16,59 1,30 % 4 A4 btràn = 0,38 13,60 16,85 19,30 % 5 A5 btràn = 0,43 10,87 17,11 36,50 % B1 btràn6 = 0,41 13,81 16.87 18,14 % B2 btràn7 = 0,32 16,76 16.24 3,20 % 8 B3 btràn = 0,42 18,33 17.03 7,63 % Căn cứ vào ết quả xác đ nh ở bảng 3.34, t thấy với mô hình mư thiết ế 5 ngày m x dạng 3 cho ết quả xác đ nh s i số q có giá tr s i số tuyệt đối nhỏ nhất (q = 1,3%). Vậy mô hình mư th ch hợp nhất được lự chọn để t nh ti u cho l tại hu vực Phủ Lý là mô hình mư 5 ngày m x có đỉnh mư rơi vào ngày thứ 3 (hình 3.23). 17
250 Lƣợng mƣa (mm) 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 t (ngày) Hình 3.23 Mô hình mư thiết ế 5 ngày m x – Hà Nam 3.4 K t quả xây dựng hệ số hiệu chỉnh lƣu lƣợng vùng tiêu hỗn hợp Luận án nghi n cứu một hệ thống giả đ nh cho vùng hỗn hợp. Hệ thống ti u được lự chon làm cơ sở để nghi n cứu là hệ thống ti u Lạc Tràng Hà Nam trong đó có 2 đối tượng ch nh là đất dân cư đô th và đất trồng l đ ng có sự chuyển đổi nh nh về tỷ lệ sử dụng đất ( hình 3.36). Lự chọn trận mư thiết ế 5 ngày m x củ trạm Phủ Lý đã xác đ nh được ở mục 3.3 với bước thời gi n là 1h và 1 ngày để áp dụng xác đ nh hệ số hiệu chỉnh lưu lượng ti u củ hệ thống K (là tỷ số gi lưu lượng ti u thiết ế t nh theo bước thời gi n 1h và bước thời gian 1 ngày) cho h i trường hợp: i) Chư xét đến ảnh hưởng củ hồ điều hò trong hệ thống (t nh toán sơ bộ) ii) Có xét đến ảnh hưởng củ hồ điều hò (với hồ = 2% HT ) thuộc hu ruộng l trước hi đổ vào nh để giảm nhỏ hệ số ti u s u hi đã tr bớt một phần lượng nước cần ti u tr n ruộng l . So âng Ch aâu Cöûa xaû Luùa Luùa Luùa Luùa huùt Beå Khu daân cö Luùa Luùa Luùa Hình 3.24 Sơ đồ hệ thống ti u vùng hỗn hợp trồng l và hu dân cư 3.4.1 Thiết lập các thông số giả định của hệ thống 18