Xác Định Lượng Mưa Ngày Tính Toán Theo Tần Suất Thiết Kế Hn,p.

trạm Láng là 22%, ở TP.Đồng Hới là 43%, ở TP.Cần Thơ là 52%. Ngay ở 3 trạm rất gần nhau là Láng, Hà Đông, TX.Sơn Tây mức độ khác biệt về sự trùng lắp về thời điểm xuất hiện cùng một ngày tháng năm của Hngàymax và aTmax khác nhau vẫn đáng kể.

Trong cùng một trạm thì mức độ trùng lặp về thời điểm xuất hiện trong cùng một ngày tháng năm giữa Hngàymax và aTmax khác nhau ở các thời đoạn tính toán T, ở các thời đoạn tính toán T càng ngắn thì có mức độ trùng lặp càng nhỏ, T càng dài thì mức độ trùng lặp càng lớn. Ví dụ như ở trạm Láng - HN với thời đoạn tính toán T = 20ph tỷ lệ xuất hiện trùng lặp cùng một ngày tháng năm của Hngàymax và a20phmax chỉ là 14%, ở thời đoạn T = 180ph tỷ lệ xuất hiện trùng lặp này là 44%, ở T = 1440ph tỷ lệ xuất hiện trùng lặp đạt tới 88% và như vậy thời điểm xuất hiện trong cùng một ngày tháng năm của Hngàymax và lượng mưa 24 giờ lớn nhất năm

H24hmax không đạt được sự trùng lặp hoàn toàn mà vẫn có sự khác biệt. Đây là quy

luật chung ở tất cả các trạm nghiên cứu.

Tại tất cả các trạm khí tượng nghiên cứu đều có xu hướng giảm dần tỷ lệ trùng lặp về thời điểm xuất hiện cùng một ngày tháng trong năm giữa Hngàymax và aTmax ở tất cả các thời đoạn tính toán trong những năm càng về gần đây. Đây chính là ảnh hưởng của hiện tượng biến đổi khí hậu.

 Theo mức độ trùng lặp của biến đổi về giá trị (hệ số biến xuất Ki) và sự xuất hiện trùng lặp cùng một ngày tháng trong năm của Hngàymax và aTmax ở các thời đoạn tính toán T = 5  1440ph, có thể sơ bộ đưa ra nhận định ban đầu sau: ở phân khúc thời đoạn tính toán T khoảng < 90ph sự trùng lặp giữa Hngàymax và aTmax rất kém, ở khoảng phân khúc thời đoạn 90ph < T < 630ph sự trùng lặp giữa Hngàymax

và aTmax ở mức trung bình và ở phân khúc thời đoạn T khoảng > 630ph sự trùng

lặp giữa Hngàymax và aTmax ở mức khá. Giữa Hngàymax và lượng mưa 24 giờ lớn nhất năm H24hmax không có được sự trùng lặp hoàn toàn mà vẫn có sự khác biệt.

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.

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 hai thông số lượng mưa ngày và cường độ mưa thời đoạn tính toán do ảnh hưởng của hiện tượng BĐKH là hiện tượng xuất hiện các giá trị lớn đột biến (Hngàymax)*, (aTmax)*. 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

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.

5) Nhận xét 5: Sự biến đổi của thông số lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngàymax và thông

số cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aTmax ở cùng một trạm không có sự 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 hệ số Cv, Cs, về thời điểm xuất hiện trùng nhau trong cùng một ngày tháng trong năm, . . . . Sự khác biệt này giữa Hngàymax và aTmax phụ thuộc vào thời đoạn tính toán T: ở các thời đoạn tính toán T càng nhỏ thì sự khác biệt giữa aTmax (hay HTmax, vì HTmax = T.aTmax) so với Hngàymax càng lớn, sự khác biệt giữa aTmax (HTmax) và Hngàymax càng giảm đi khi thời đoạn tính toán T tăng dần, tuy nhiên tới giá trị T = 24h thì giữa a1440phmax (hay H24hmax) và Hngàymax vẫn không đạt được sự trùng lặp hoàn toàn mà vẫn 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.

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.

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 Hngàymax kéo dài liên tục 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 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.

- 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.

- 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 Hngàymax thu

thập thực tế

Kiểm tra tính đại biểu:

./ Kiểm tra sai số lấy mẫu

./ Kiểm tra thời kỳ lấy mẫu

Tính tần suất kinh nghiệm:

./ Công thức kỳ vọng

Xử lý mưa đặc biệt lớn

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 (Hngàymax)i , với i là năm khảo sát đo mưa.

+) 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 Trung tâm khí tượng thủy văn Quốc Gia thực hiện, thì mẫu thống kê Hngàymax còn cần phải được kiểm định thỏa mãn các yêu cầu thống kê.

3.1.2.2. Kiểm định mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngàymax: theo yêu cầu thì chuỗi số liệu mẫu thống kê (Hngàymax)i đưa vào tính toán tần suất để tìm ra Hn,p phải

max

đảm bảo được 3 tính chất là tính thuần nhất, tính độc lập và tính đại biểu của mẫu. Tuy nhiên với chuỗi thống kê Hngàymax ở các trạm đo mưa ở nước ta là liên tục, không bị gián đoạn nên tính thuần nhất, tính độc lập luôn được thỏa mãn. Thật vậy:

max

+) Đối với tính thuần nhất của mẫu thống kê Hngày : để đảm bảo tính thuần nhất thì chuỗi số liệu thống kê phải có cùng nguyên nhân hình thành, cụ thể phải đảm bảo hai yêu cầu là có tính liên tục và có cùng nguyên nhân hình thành. Đối với chuỗi số liệu thống kê Hngày ở các trạm khí tượng ở nước ta luôn có.

 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 chương 2 thì chuỗi số liệu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngàymax đều 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

 Do vậy chuỗi số liệu mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày đưa 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 ngày lớn nhất năm Hngàymax: lượng mưa ngày mang tính thời điểm, không mang tính tích lũy như lượng mưa năm. Mặt khác do cách chọn mẫu mỗi năm chỉ lấy một giá trị 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 Hngàymax đưa vào tính toán là độc lập.

max

+) Như vậy, với điều kiện đo lượng mưa ngày liên tục tại các trạm đo mưa ở nước ta thì mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày đưa vào tính toán luôn đảm 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 H

ngà max:

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.

max

 Kiểm tra sai số lấy mẫu: chuỗi mẫu thống kê Hngày được coi là đủ dài nếu sai

số lấy mẫu theo giá trị trung bìnhHngàymax và theo hệ số phân tán Cv nhỏ hơn trị

số cho phép:

'

 ' 

và  '  ' 

(3.1)

H ngay

H ngay cp

Cv Cv cp

Trong đó: [’Hngay]cp là sai số lấy mẫu cho phép của giá trị trung bình [’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

bình:

 '  100.Cv

H ngay

(%) (3.2)

’Cv là sai số tương đối của hệ số Cv của lượng mưa ngày lớn nhất

năm:

' 100

1 Cv 2





(%) (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 nghị sử dụng giới hạn sai số lẫy mẫu cho phép là: [’Hngày]cp = 10% và [’Cv]cp = 15%. 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

Trạm, địa danh	Thời kỳ quan trắc đo lượng mưa ngày	Số năm đo thực tế, ntt (năm)	Số năm quan trắc cần thiết để bảo đảm sai số lấy mẫu, nyc
Trạm, địa danh	Thời kỳ quan trắc đo lượng mưa ngày	Số năm đo thực tế, ntt (năm)	[’Hngày]cp =10%	[’Cv]cp =15%	nyc (năm)
1	Thị xã Mường Lay	1960 - 2010	51	11	25	25
2	TP. Tuyên Quang	1960 - 2010	51	14	25	25
3	TP. Lạng Sơn	1956 - 2010	55	10	24	24
4	Láng - TP.Hà Nội	1956 - 2010	55	18	26	26
5	Hà Đông - Hà Nội	1960 - 2010	51	30	29	30
6	TX.Sơn Tây - HN	1960 - 2010	51	29	29	29
7	TP. Vinh	1960 - 2010	51	18	26	26
8	TP. Đồng Hới	1956 - 2010	55	14	25	25
9	TP. Đà Nẵng	1980 - 2010	31	18	26	26
10	TP. Nha Trang	1980 - 2010	31	19	27	27
11	TP. Buôn Ma Thuột	1977 - 2010	34	18	26	26
12	TP. Cần Thơ	1980 - 2010	31	6	24	24