Xây dựng bộ đường cong IDF phục vụ tính toán mưa thiết kế cho lưu vực sông Cả

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

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu đã xây dựng bộ đường cong IDF cho tất cả các trạm khí tượng thủy văn trong hệ thống lưu vực sông Cả với chuỗi số liệu cập nhập mới nhất đến năm 2016. Kết quả tính toán đáng tin cậy và hoàn toàn có thể sử dụng đưa vào tính toán lũ thiết kế cho lưu vực sông Cả.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Xây dựng bộ đường cong IDF phục vụ tính toán mưa thiết kế cho lưu vực sông Cả

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2017. ISBN: 978-604-82-2274-1 XÂY DỰNG BỘ ĐƯỜNG CONG IDF PHỤC VỤ TÍNH TOÁN MƯA THIẾT KẾ CHO LƯU VỰC SÔNG CẢ Trần Kim Châu, Lê Thị Thu Hiền Trường Đại học Thủy lợi, email: kimchau_hwru@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG Đường cong IDF (Intensity - Duration - Frequency) biểu diễn mối quan hệ giữa ba thông số: cường độ mưa, thời gian mưa và tần suất. Đây là một công cụ hữu hiệu cho mục đích thiết kế trong lĩnh vực tài nguyên nước, đặc biệt là trong lĩnh vực tính toán tiêu thoát nước đô thị hoặc tính toán lũ tại các lưu vực nhỏ có thời gian chảy truyền ngắn. Do Hình 2. Biểu đồ mưa cực đại vậy việc xây dựng đường cong IDF dựa trên các thời đoạn trạm Hà Tĩnh chuỗi số liệu được cập nhật mới nhất là việc làm cấp thiết. Trong nghiên cứu này, ba hàm phân bố Bài báo này trình bày kết quả xây dựng bộ xác suất phổ biến được sử dụng trong xây đường cong IDF cho lưu vực sông Cả dựa dựng đường cong IDF cũng được phân tích trên chuỗi số liệu mưa thực đo mới nhất từ để lựa chọn hàm phân bố phù hợp nhất: Log năm 1991 đến năm 2016 (26 năm) thu thập từ Pearson III (LP3), Gumbel (EV1), GEV 10 trạm khí tượng thuộc lưu vực sông Cả: Hà (Generalised Extreme Value) [2]. Tĩnh, Hương Khê, Hương Sơn, Kỳ Anh, Quỳ Châu, Qùy Hợp, Quỳnh Lưu, Tây Hiếu, 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tương Dương (Hình 1). Đường cong IDF được xây dựng theo trình tự các bước sau: Bước 1: Thu thâp số liệu, tính toán xác định chuỗi số liệu mưa cực trị ứng với các giai đoạn. Từ số liệu mưa thu thập từ 10 trạm khí tượng thuộc lưu vực sông Cả tính toán lượng mưa lớn nhất cho 7 thời đoạn: 1h, 2h, 6h, 12h, 24h, 48h, 72h. Bước 2: Lựa chọn hàm phân bố xác suất Hình 1. Mạng lưới trạm khí tượng phù hợp. Nghiên cứu lựa chọn 3 hàm phân bố lưu vực sông Cả xác suất phổ biến trong xây dựng đường cong Số liệu mưa từng trạm được biểu diễn theo IDF: LP3, EV1 và GEV với các hàm (PDF) các thời đoạn mưa khác nhau: 1h, 2h, 6h, được thể hiện như bảng 1. Với mục đích xem 12h, 24h, 48h, 72h. Hình 2 thể hiện lượng xét mức độ phù hợp (Goodness of Fit), ba mưa lớn nhất của trạm khí tượng Hà Tĩnh phép kiểm định Kolmogorov Smirnov (S-K), tương ứng với các thời đoạn kể trên trong Anderson Darling (A-D) và Chi Squared giai đoạn từ 1991 đến 2016. (C-S) được sử dụng. 572
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2017. ISBN: 978-604-82-2274-1 Bảng 1. Các hàm phân bố xác suất Dựa trên kết quả các tham số tìm được của Phân ba đường, kết quả lượng mưa thời đoạn ứng PDF với các tần suất thiết kế được xác định. Bảng bố EV1 3 thể hiện kết quả tính toán lượng mưa 24h của trạm Hà Tĩnh. Nhận thấy rằng lượng mưa LP3 tính toán theo phân phối EV1 thường lớn hơn ở các tần suất lớn (>5%), tuy nhiên với GEV những tần nhỏ hơn, giá trị tính toán theo phân bố này nhỏ hơn các phân bố khác. Đối với việc tính toán tiêu thoát nước hoặc tính toán Bước 3: Dựa trên dạng phân bố phù hợp thiết kế cho các lưu vực nhỏ, tần suất lựa nhất đã lựa chọn ở bước trên, tính toán lượng chọn thường lớn hơn 5%, việc lựa chọn phân mưa lũy tích CDF ứng với các thời đoạn phối EV1 tỏ ra thiên an toàn. Bên cạnh đó đối tương ứng với các tần suất thiết kế. Từ lượng với phân phối LP3 và GEV tại một số trạm mưa lũy tích ứng với các thời đoạn, tính toán xảy ra trường hợp lượng mưa 2 giờ lớn hớn 2 cường độ mưa và vẽ đường cong IDF. lần lượng mưa 1 giờ ở cùng tần suất. Điều 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU này dẫn tới cường độ mưa tăng lên khi thời gian tăng, không phù hợp với thực tế. Lượng Dựa trên bộ số liệu của 10 trạm nghiên mưa lũy tích theo tần suất cũng được so sánh cứu ứng với các thời đoạn từ 1h đến 72h, ba với giá trị thực đo tại mỗi trạm bằng cách chỉ số kiểm định nêu trên được tính toán cho biểu diễn trên biểu đồ (Hình 3 ví dụ cho 2 tất cả các trạm. Bảng 2 biểu diễn giá trị ba trạm Hương Khê, Vinh). Trực quan cho thấy chỉ số đánh giá sự phù hợp của ba hàm phân phân bố EV1 cho kết quả khớp nhất với số bố cho trạm Hà Tĩnh. Kết quả tính toán cho liệu thực đo. Do vậy nghiên cứu lựa chọn thấy trong ba dạng phân bố, phân bố GEV hàm phân bố EV1 là thích hợp nhất cho xây cho thấy mức độ phù hợp nhất đối với tất cả dựng bộ đường cong IDF lưu vực sông Cả. các bộ số liệu (chỉ số kiểm định càng nhỏ Kết luận này phù hợp với kết luận của Trevor càng phù hợp). Trong khi đó phân bố EV1 Carey - Smith (2017) khi tính toán chỉ cho ba thể hiện mức độ kém thích hợp nhất trong cả trạm trên lưu vực sông Cả [1]. 3 loại đường. Tương tự như trạm Hà Tĩnh, Bảng 3. Lượng mưa lớn nhất thời đoạn 24h tính đối với 9 trạm còn lại các giá trị của các trị số toán theo các phân bố xác suất tại trạm Hà Tĩnh kiểm định đều dưới ngoài miền bác bỏ (mức Thời kỳ độ tin cậy α ≥ 0.01) mà không có một bộ số P% EV1 LP3 GEV lặp lại liệu nào bị từ chối. Điều đó chứng tỏ cả ba 10000 0.01 1407.90 2270.50 2478.00 phân bố đều phù hợp với các bộ số liệu mưa trên lưu vực sông Cả. 1000 0.1 1118.50 1517.50 1587.50 500 0.2 1031.30 1331.00 1377.00 Bảng 2. Đánh giá sự phù hợp của ba hàm phân 200 0.5 915.97 1108.70 1131.70 bố theo ba phép kiểm định tại trạm Hà Tĩnh 100 1 828.55 956.94 968.10 Thời K–S A–D C-S 50 2.00 740.80 817.82 821.06 đoạn EV1 LP3 GEV EV1 LP3 GEV EV1 LP3 GEV 20 5.00 623.70 650.82 648.51 1h 0.081 0.071 0.067 0.153 0.115 0.106 0.682 0.063 0.034 10 10.00 533.24 535.12 531.58 2h 0.114 0.105 0.113 0.322 0.273 0.278 5.646 3.502 5.426 5 20.00 438.93 425.99 423.06 6h 0.153 0.125 0.124 0.344 0.222 0.243 4.838 0.109 1.409 2.33 42.92 323.14 307.61 306.30 12h 0.093 0.073 0.075 0.324 0.151 0.158 0.563 0.548 0.425 24h 0.149 0.110 0.107 0.405 0.245 0.254 0.731 0.369 0.505 Dựa trên phân phối đã được chọn, tính 48h 0.135 0.093 0.092 0.542 0.290 0.306 3.285 1.379 1.477 toán lượng mưa ứng với các giai đoạn cho tất 72h 0.148 0.114 0.109 0.650 0.414 0.422 7.640 2.065 1.969 cả các trạm trên lưu vực nghiên cứu. Kết quả 573
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2017. ISBN: 978-604-82-2274-1 tính toán lượng mưa 12h lớn nhất theo phân Dựa trên lượng mưa đã tính toán được, phối EV1 của tất cả các trạm được thể hiện cường độ mưa được xác định. Hình 4 biểu thể hiện trong bảng 4. diễn đường cong IDF của trạm Hà Tĩnh. Bảng 4. Lượng mưa lớn nhất thời đoạn 12h tại các trạm theo phân phối xác suất Gumbel Thời kỳ 10000 1000 500 200 100 lặp lại P% 0.01 0.1 0.2 0.5 1 Hà Tĩnh 1139.1 903.03 831.94 737.88 666.58 Hương Khê 868.79 697.49 645.9 577.63 525.88 Hương Sơn 727.3 581.5 537.59 479.49 435.45 Kỳ Anh 865.84 698.2 647.71 580.91 530.27 Quỳ Châu 476.34 381.21 352.55 314.64 285.91 Hình 3. Đường cong IDF cho trạm Hà Tĩnh Quỳ Hợp 366.69 299.55 279.33 252.57 232.29 Quỳnh Lưu 779.43 615.50 566.12 500.79 451.27 4. KẾT LUẬN Tây Hiệu 604.29 486.28 450.74 403.71 368.06 Nghiên cứu đã xây dựng bộ đường cong T.Dương 293.99 241.77 226.04 205.23 189.46 IDF cho tất cả các trạm khí tượng thủy văn Vinh 627.85 508.85 473.01 425.59 389.64 trong hệ thống lưu vực sông Cả với chuỗi số TKLL 50 20 10 5 2.33 liệu cập nhập mới nhất đến năm 2016. Kết P% 2 5 10 20 42.92 quả tính toán đáng tin cậy và hoàn toàn có Hà Tĩnh 595.02 499.52 425.75 348.84 254.41 thể sử dụng đưa vào tính toán lũ thiết kế cho Hương Khê 473.95 404.64 351.1 295.28 226.75 lưu vực sông Cả. Hương Sơn 391.24 332.26 286.69 239.18 180.85 Ba hàm phân phối xác suất phổ biến trong Kỳ Anh 479.45 411.62 359.23 304.6 237.54 xây dựng đường cong IDF được nghiên cứu Quỳ Châu 257.06 218.58 188.84 157.84 119.78 cho thấy dạng phân bố Gumbel có chỉ số phù Quỳ Hợp 211.93 184.77 163.78 141.91 115.05 hợp nhỏ nhất. Như vậy, nghiên cứu kiến nghị Quỳnh Lưu 401.57 335.25 284.01 230.60 165.01 lựa chọn hàm phân bố xác suất Gumbel Tây Hiệu 332.28 284.54 247.65 209.20 161.99 (EV1) trong tính toán xây dựng đường cong T.Dương 173.63 152.50 136.18 119.17 98.27 chiết giảm mưa IDF cho lưu vực sông Cả. Vinh 353.56 305.42 268.22 229.44 181.84 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trevor Carey, Smith (2017): Viet Nam - New Zealand: Dam Safety Project - Extreme value analysis of Viet Nam rainfall, NIWA Project No. 2017270WN. July 2017. [2] Nick Millington, Samiran Das and S. P. Simonovic (2011): Water Resources Research Report: The Comparison of GEV, Log-Pearson Type 3 and Gumbel Distributions in the Upper Thames River Watershed. Hình 3. Tổng lượng mưa thời đoạn 24h theo ba phân bố 574