Khái Niệm: Cường Độ Mưa Là Lượng Mưa Trong Một Đơn Vị Thời Gian, Thường

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.

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 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 Rhh2  [Rhh2]cp; và 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.

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.

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

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 160 trang tài liệu này.

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.

H t

a t max

a t

4.1.2. Cường độ mưa tức thời, at : Tại một thời điểm t bất kỳ nào đó của một cơn mưa thì cường độ mưa tức thời được tính theo công thức (4.1).

a dH

t dt

(4.1) H

Trong đó:

at là cường độ mưa tức thời Ht là lượng mưa tích lũy, là

hàm của t

0 t*

tma 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.

Cường độ mưa trung bình lớn nhất trong thời khoảng tính toán T được xác định

theo công thức (4.2) như sau:

a HT

T T

(4.2)

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)

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

của a và H trong công thức, tức là:

aT , p

HT , p

(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 HT của thời đoạn tính toán T, và tính được aT theo công thức (4.2). Hình 4.2 dưới đây.

H t

t (ph)

Lượng mưa Ht, mm

a T

H T

HT1

HT2

H T

0 Thời đoạn 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

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

+ 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.

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, ởmỗi thời đoạn tính toán T chọn một giá trị cường độ mưa thời đoạn lớn nhất năm (aTmax)i , với i là năm khảo sát.

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

định cường độ mưa tính toán aT,p cho 2 trường hợp số liệu đo mưa tự ghi thường thấy, trường hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi (aTmax)i là liên tục và trường hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi (aTmax)i bị gián đoạn một hoặc một vài năm để tận dụng tối đa cơ sở dữ 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 liên quan đến lượng mưa ngày bằng thông số của cường độ mưa tính toán thời đoạn.

Đối với chuỗi số liệu thống kê aTmax ở các trạm khí tượng ở nước ta thường có tỷ 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 phép là: [’aT]cp = 10% và [’Cv]cp = 15%, tham khảo theo quy phạm thủy lợi QP.TL.C-6-77 [7]. Theo kết quả nghiên cứu trong luận án cho thấy số năm đo đạc quan trắc tự ghi lấy mẫu aTmax ở nước ta cần tối thiểu từ nyc = 25 - 35 năm. Trong 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).

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.