Phương Pháp Xây Dựng Hàm Hệ Số Đặc Trưng Hình Dạng Cơn Mưa T Theo T

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.

3.2.3.1. Phương pháp xây dựng.

max

- Thu thập số liệu lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày đo được tại các trạm khí 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

năm HTmax ở các thời đoạn tính toán T như ở Hình 4.2, công thức (4.2) và mục 4.2 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.

- Xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T,pi ở thời đoạn tính toán T và tần suất

pi theo công thức (3.9):

T , pi

HT , pi

n, pi

ở đây: T,pi là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời đoạn T và tần suất pi

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.

T , pi

i1

T n

(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 (%)	Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T ở các thời đoạn T
Tần suất p (%)	T =5’	T =10’	. . .	Tk’	. . .	Tn1’
1	p1	5’,1	10’,1	. . .	k’,1	. . .	n1’,1
2	p2	5’,2	10’,2	. . .	k’,2	. . .	n1’,2
3	p3	5’,3	10’,3	. . .	k’,3	. . .	n1’,3
. . .	. . .	. . .	. . .	. . .	. . .	. . .	. . .
i	pi	5’,i	10’,i	. . .	k’,i	. . .	n1’,i
. . .	. . .	. . .	. . .	. . .	. . .	. . .	. . .
n	pn	5’,n	10’,n	. . .	k’,n	. . .	n1’,n
*	Tính T trung bình	5’ = 5’,i /n	10’ = 10’,i /n	. . .	k’ = k’,i /n	. . .	n1’ = n1’,i /n

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 160 trang tài liệu này.

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.

- Phương pháp đánh giá: sử dụng tiêu chuẩn đánh giá của tổ chức Khí tượng thế giới (WMO), đánh giá theo chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh , [1], [14], [18], [27], [46].

./ Độ hữu hiệu Rhh được tính theo công thức (3.12) sau đây.

2 F 2 

Rhh 1 .100

F 2

(%) (3.12)

0 

Với:

F 2 [(X )

i1

 ( X

tinh

) ]2

F0 



i 1

[( X do )i

X do ]

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

Xđo là giá trị thực đo trung bình của đại lượng mưa khảo sát

( X do )i

X do

i1

n là số mẫu khảo sát.

./ Tiêu chuẩn đánh giá của tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) hiện nay như sau.

 40%  65%



2  65%  85%



 85%

Đạt 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

hiệu R

2 theo công thức (3.12) thì giá trị thực đo X

chính là hệ số đặc trưng hình

hh đo

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

STT

Trạm, địa danh	2 Độ hữu hiệu Rhh
Trạm, địa danh	Rh 2 h	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

giá theo chỉ tiêu hệ số độ hữu hiệu R Khí tượng thế giới (WMO).

h 2 đều ở mức Khá, Tốt theo tiêu chí của tổ chức

+) 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.

- 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

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 vùng mưa số XI như đang phân vùng trong [5] cũng chênh nhau tới 1.45 lần.

339.9

263.5

230.1

234.2

149.5

Qp (m3/s)

p = 4%; F =2.94 km2, có 2 sườn

400

300

200

100

Láng Hà

Đông

Sơn Tây

... ... ... Đồng

Hới

Đà Nẵng

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.

aT,p xác định với số liệu đo mưa thời kỳ từ (1960 - 2010), phản ánh đặc điểm thời tiết hiện nay.

Giải bằng phương trình cân bằng lượng nước (1.13).

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

bằng cách sử dụng chỉ tiêu độ hữu hiệu Rhh và việc phân tích tổng hợp một số yếu tố 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.

2 2

 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 mức độ sai số cho phép, tức phải đảm bảo điều kiện Rhh [Rhh ]cp.

+) 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 cứu này đã có thể đánh giá định lượng được bằng chỉ tiêu hệ số độ hữu hiệu Rhh và tiêu chí đánh giá của tổ chức Khí tượng thế giới (WMO).

+) Việc chọn giá trị giới hạn [R

h 2]cp

lớn hay nhỏ là bài toán phân tích kinh tế, phân

2 2

tích kỹ thuật. Giá trị [Rhh ]cp lựa chọn càng lớn thì kết quả phân vùng càng chi tiết, 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 của nguồn lực về kết cấu hạ tầng các trạm đo mưa ngoài thực tế nên cũng không thể chọn giá trị [Rhh ]cp quá lớn. Ngược lại, giá trị [Rhh ]cp không được chọn nhỏ dưới 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) với [Rhh ]cp = 85%, ở mức ‘‘Tốt’’ của WMO, với số liệu đo mưa thực tế thu thập từ 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 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 của hệ số đặc trưng 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.

STT	Trạm, địa danh	Tính từng trạm, bảng 3.5		Tính so với T bình quân 3 trạm
STT	Trạm, địa danh	Rh 2 h	Đánh giá	Rh 2 h	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

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 2

+) Theo các chỉ tiêu phân vùng ở trên và tiêu chí Rhh  [Rhh ]cp = 85%, rõ ràng chỉ 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 -