Ảnh Hưởng Của Giá Trị Tần Suất Thiết Kế Tới Trị Số Lưu Lượng Lũ Tính

1.1.4.4. Ảnh hưởng của giá trị tần suất thiết kế tới trị số lưu lượng lũ tính toán.

- Công trình thoát nước trên đường được thiết kế theo tần suất, do vậy ngoài nhân tố mưa, các yếu tố mặt đệm thì tần suất thiết kế p cũng ảnh hưởng tới trị số lưu lượng thiết kế.

- Giá trị tần suất thiết kế p lớn hay nhỏ ảnh hưởng đến giá trị lưu lượng lũ tính toán của công trình thoát nước nhỏ trên đường Qp. Khi thiết kế với giá trị tần suất p càng lớn (p = 10%, 20%, 50%, . . .) thì Qp tính ra càng nhỏ và ngược lại khi thiết kế với giá trị tần suất p càng nhỏ (p = 3%, 2%, 1%, . . .) thì Qp tính ra càng lớn.

- Khi thiết kế ở giá trị tần suất p nhỏ, lưu lượng thiết kế Qp lớn do vậy làm tăng khẩu độ công trình thoát nước và có thể làm tăng chiều cao nền đắp. Trong trường hợp này cần lưu tâm đến giải pháp vừa tăng khẩu độ, chiều cao công trình thoát nước đến mức hợp lý, vừa tăng số lượng công trình thoát nước nhỏ trên đường nhằm giảm thiểu ảnh hưởng bất lợi, tốn kém do phải tăng chiều cao đắp nền đường. Giải pháp này đặc biệt hợp lý với công trình cống.

- Ở Việt Nam hiện nay, trong tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN4054-2005 [4] đang quy định mức tần suất thiết kế p = 1% - 4% đối với cầu nhỏ, cống, rãnh đỉnh, rãnh biên trên đường ôtô cấp I - VI và đường cao tốc. Trong tiêu chuẩn thiết kế thoát nước đô thị TCVN7957-2008 [8], quy định chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán thiết kế N = 10 năm - 0.33 năm đối với kênh, mương, cống chính, cống nhánh khu vực trên đường đô thị của thành phố lớn, loại I, đô thị loại II, loại III và các đô thị khác.

1.1.4.5. Tính chất ảnh hưởng tổng hợp của thông số cường độ mưa tính toán trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

- Trong công thức cường độ giới hạn sử dụng để xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ trên đường, thông số cường độ mưa tính toán a,p ở thời gian tập trung nước  của lưu vực và tần suất thiết kế p là một đại lượng ảnh hưởng tổng hợp đến tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế, bởi vì nó thể hiện tác động của tất cả các nhân tố ảnh hưởng đến tính toán lưu lượng lũ thiết kế của công trình thoát nước nhỏ trên đường là nhân tố về mưa, các yếu tố mặt đệm và tần suất thiết kế.

- Thật vậy, theo công thức định nghĩa xác định cường độ mưa tính toán a,p [công thức

(4.2)’ chương 4], thì:

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 160 trang tài liệu này.

a , p

H , p



với: H,p là lượng mưa lớn nhất trong thời gian tập trung nước  của lưu vực ở

tần suất p hay lượng mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu vực và tần suất thiết kế p

 là thời gian tập trung nước của lưu vực.

Rõ ràng: ./ Chế độ mưa ở vùng thiết kế quyết định đến trị số lượng mưa lớn nhất thời đoạn tính toán H,p nên ảnh hưởng tới a,p.

./ Tần suất thiết kế p ảnh hưởng tới H,p nên ảnh hưởng tới a,p.

./ Các yếu tố mặt đệm ảnh hưởng tới thông số thời gian tập trung nước 

của lưu vực do vậy ảnh hưởng đến a,p.

- Ngoài ra, khác với thông số lượng mưa ngày tính toán Hn,p thì thông số cường độ mưa tính toán a,p còn phản ảnh được ảnh hưởng của hình dạng cơn mưa.

Hình 1.4 cho thấy mặc dù

có cùng lượng mưa ngày tính toán Hn,p nhưng ở hai vùng mưa I và vùng mưa II có hình dạng cơn mưa khác nhau thì lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn tính toán H,p ở hai vùng mưa khác nhau và kết

quả là cường độ mưa tính toán

Ht,p



H ,p

Hn,p

0 t

a,p

= H,p

/  cũng khác nhau. Hình 1.4: Ảnh hưởng của hình dạng cơn

mưa tới cường độ mưa tính toán a,p

- Như vậy: Qua việc phân tích trên cho thấy các nhân tố ảnh hưởng đến dòng chảy lũ của lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường như nhân tố mưa, các yếu tố mặt đệm, tác động của hoạt động kinh tế - xã hội của con người thông qua hai nhân tố là mưa và các yếu tố mặt đệm, cũng như thông số thời gian tập trung nước , thông số tần suất thiết kế p đều có ảnh hưởng đến tính toán lưu lượng lũ công trình thoát nước nhỏ trên đường thông qua tham số mang tính chất tổng hợp là cường độ mưa tính toán a,p.

1.2. Những vấn đề còn tồn tại luận án tập trung giải quyết.

- Qua các phân tích, đánh giá ở trên thì vấn đề tồn tại cấp thiết nhất nổi lên trong việc tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay là việc xác định các tham số về mưa trong các công thức tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường. Các tham số về mưa hiện đang dùng do được xác lập

những năm về trước đây nên chưa phù hợp với yêu cầu tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường trong điều kiện tình hình thời tiết khí hậu ở nước ta hiện nay.

- Việc phân vùng mưa (quá rộng, đã lâu) như đang dùng trong tiêu chuẩn thiết kế hiện hành TCVN9845:2013 [5] là chưa phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường trong điều kiện hiện nay ở nước ta, cần đặt vấn đề nghiên cứu hiệu chỉnh phù hợp.

- Thông số cường độ mưa tính toán là một tham số có tính chất tổng hợp, tính đại diện cho chế độ mưa và hình dạng cơn mưa của vùng mưa, cho các đặc trưng mặt đệm của lưu vực, cho thời gian tập trung nước và tần suất thiết kế, nó mang đặc trưng riêng biệt của điều kiện khí hậu Việt Nam, do vậy nó là thông số cần thiết cho tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường, phản ánh sát hơn với điều kiện khí hậu và địa hình Việt Nam. Cần nghiên cứu xác định tham số cường độ mưa tính toán aT,p trong điều kiện khí hậu Việt Nam sử dụng để xác định lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường Qp đảm bảo mức độ chính xác yêu cầu.

1.3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài.

- Mục tiêu của đề tài nghiên cứu.

+) Nghiên cứu lý thuyết, phân tích được bản chất, đề xuất được nguyên tắc, phương pháp, công thức xác định các tham số về mưa dùng trong các công thức tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường trong điều kiện Việt Nam.

+) Vận dụng vào thực tiễn: trước mắt, do chưa có đủ điều kiện nên đặt mục tiêu xác định giá trị cụ thể các tham số về mưa tại khu vực 12 trạm khí tượng điển hình chọn nghiên cứu, các giá trị cụ thể này được kiến nghị tham khảo sử dụng vào thực tế hiện nay trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở những khu vực này của nước ta.

- Nội dung nghiên cứu.

+) Luận án tập trung nghiên cứu xác định các tham số về mưa sau đây.

./ Nghiên cứu xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế phù hợp với đặc điểm diễn biến thời tiết ở nước ta hiện nay chịu tác động của hiện tượng BĐKH; xác định giá trị cụ thể của Hn,p cho 12 trạm khí tượng nghiên cứu trên cơ sở chuỗi số liệu đo mưa thực tế thu thập đến thời điểm hiện nay, từ năm 1960 - 2010 trong đó khoảng thời gian cuối là ứng với bối cảnh có sự tác động của BĐKH.

./ Nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và vấn đề phân vùng mưa phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở Việt Nam.

./ Nghiên cứu xác định tham số cường độ mưa tính toán aT,p ứng với thời gian tập trung nước tính toán và tần suất thiết kế, đây là tham số ảnh hưởng tổng hợp trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

+) Các tham số về mưa được nghiên cứu trên đều là các tham số được sử dụng trong các công thức tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

1.4. Phương pháp nghiên cứu.

Phân tích thống kê là phương pháp chính được sử dụng trong luận án để nghiên cứu xác định các tham số mưa dùng trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

1.5. Nhận xét, kết luận chương 1.

+) Công thức cường độ giới hạn hiện được sử dụng rộng rãi và phổ biến để xác định lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường. Công thức cường độ giới hạn có cơ sở lý thuyết khá chặt chẽ, được xây dựng dựa trên cơ sở phân tích nguyên nhân hình thành dòng chảy bằng lý thuyết tập trung nước từ lưu vực. Công thức có ưu điểm là đơn giản, dễ sử dụng, không đòi hỏi quá nhiều thông số đầu vào nên hạn chế được sai số do việc thiếu số liệu đầu vào gây ra, phù hợp với tính chất của lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường nằm phân tán, rải rác khắp nơi, sẽ rất khó khăn trong việc xác định đúng và đủ nếu đòi hỏi quá nhiều thông số đầu vào.

+) Việc xác định lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường theo thông số cường độ mưa tính toán a,p trong khoảng thời gian tập trung nước  của lưu vực là phù hợp nhất với cở sở hình thành công thức cường độ giới hạn so với việc sử dụng thông số lượng mưa ngày tính toán Hn,p. Bởi vì thời gian tập trung nước của lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường ngắn, thường chỉ chục phút đến vài giờ nên sử dụng thông số cường độ mưa đã xét được ảnh hưởng của hình dạng cơn mưa, xét được thời khoảng mưa gây lũ bất lợi nhất, điều mà thông số lượng mưa ngày không thể xét được. Mặt khác, thông số cường độ mưa tính toán a,p là một đại lượng ảnh hưởng tổng hợp đối với tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường, nó phụ thuộc cả vào chế độ mưa, cả vào các đặc trưng mặt đệm của lưu vực, cả vào thời gian tập trung nước, cả vào tần suất thiết kế. Như vậy trong công

thức cường độ giới hạn đã sẵn có một thông số mang tính chất tổng hợp đặc trưng cho các nhân tố ảnh hưởng đến tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường là thông số cường độ mưa tính toán a,p , nếu xác định được thông số cường độ mưa tính toán a,p này và sử dụng nó để tính lưu lượng thiết kế Qp cho công trình thoát nước nhỏ trên đường thì sẽ nâng cao được mức độ chính xác.

+) Trong các nhân tố ảnh hưởng đến tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường thì mưa là nhân tố quan trọng nhất, có ảnh hưởng quyết định. Mưa và các thông số đặc trưng về mưa mang giá trị đặc trưng riêng biệt của điều kiện khí hậu Việt Nam. Cần tập trung nghiên cứu xác định các tham số về mưa này để sử dụng trong việc tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay.

Chương 2:

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM MƯA CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA HIỆN TƯỢNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TRONG TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG

TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG

2.1. Khái quát về điều kiện khí hậu Việt Nam.

- Việt Nam nằm trong vành đai nội chí tuyến, thuộc vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, gió mùa. Khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm không thuần nhất trên toàn lãnh thổ, thay đổi theo mùa và theo vùng từ thấp lên cao, từ bắc vào nam, từ đông sang tây. Lãnh thổ Việt Nam được chia làm hai miền khí hậu lớn và khác biệt, [9]. Miền Bắc, từ 16 độ vĩ bắc (ngang đèo Hải Vân) trở ra phía bắc, là khí hậu nhiệt đới gió mùa, một năm có 4 mùa rõ rệt xuân - hạ - thu - đông, chịu ảnh hưởng của gió mùa đông bắc và gió mùa đông nam, nhiệt độ không khí trung bình hàng năm < 240C. Miền Nam, từ 16 độ vĩ bắc trở vào phía nam, do ít chịu ảnh hưởng của gió mùa nên khí hậu nhiệt đới khá điều hòa, không có mùa đông, vùng đồng bằng nóng quanh năm và chia thành hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô, nhiệt độ không khí trung bình hàng năm từ 24 - 280C. Bên cạnh đó, do cấu tạo địa hình Việt Nam còn có những vùng tiểu khí hậu, có nơi khí hậu ôn đới như Sa Pa, Đà Lạt, có nơi thuộc khí hậu lục địa như Lai Châu, Sơn La.

- Việt Nam có lượng bức xạ mặt trời rất lớn, lượng bức xạ dồi dào, nắng trên toàn lãnh thổ, thời gian nắng dài. Miền Bắc có số giờ nắng trung bình trong năm < 2000 giờ, tổng xạ trung bình hàng năm < 586 KJ/cm2. Miền Nam có số giờ nắng trung bình trong năm > 2000 giờ, tổng xạ trung bình hàng năm > 586 KJ/cm2. Độ ẩm tương đối của không khí trên toàn lãnh thổ nước ta quanh năm cao, trung bình trên 80% (từ 77% - 87%), [9].

- Trên toàn lãnh thổ nước ta, lượng mưa và thời gian mưa hàng năm tương đối lớn, trung bình từ 1100 - 8000 mm/năm và từ 67 - 223 ngày mưa/năm. Mưa phân bố không đều và tập trung vào các tháng mùa mưa. Nhiều trận mưa có cường độ lớn, nhiều đợt mưa liên tục, kéo dài, gây lũ lụt. So với lượng mưa trung bình năm ở các nước cùng vĩ độ thì Việt Nam được đánh giá là có lượng mưa khá dồi dào, cao gấp khoảng 2.4 lần [25].

- Do ảnh hưởng của gió mùa và sự phức tạp của địa hình nên Việt Nam thường gặp những hiện tượng thời tiết đặc biệt, gây bất lợi như: bão, lốc, lũ lụt, lũ quét, . . . .

- Mưa ở nước ta phân bố không đều theo không gian và thời gian. Chế độ mưa ở nước ta rất phong phú, thể hiện theo mùa rõ rệt. Một năm phân ra hai mùa là mùa khô và mùa mưa, các trận mưa gây lũ lớn tập trung chủ yếu vào mùa mưa. Mùa mưa ở nước ta chậm dần từ bắc vào nam. Chế độ mưa chịu ảnh hưởng của ba yếu tố chính là.

(i) Các hình thế thời tiết gây mưa hay nguyên nhân gây mưa.

(ii) Gió.

(iii) Địa hình.

- Các hình thế thời tiết gây mưa lớn ở nước ta rất phức tạp. Do lãnh thổ Việt Nam trải dài trên 10 vĩ độ Bắc, lại nằm ở vùng thường gặp gỡ của các nhiễu động thời tiết như bão, áp cao Thái Bình Dương, áp thấp nhiệt đới, dải hội tụ nhiệt đới, không khí lạnh, xoáy thuận, . . . nên nguyên nhân hình thành mưa lũ lớn ở mỗi khu vực cũng khác nhau. Mưa lớn gây lũ lớn ở nước ta chủ yếu là các vùng đồi núi phía Bắc, miền Trung và Tây Nguyên. Theo nhiều kết quả nghiên cứu, điển hình trong [29] thì.

+) Ở miền Bắc: nguyên nhân gây mưa lớn hầu như là sự kết hợp hoặc hoạt động liên tiếp của nhiều hình thế thời tiết, phần lớn các trận mưa lớn là do kết hợp hoặc liên tiếp xảy ra của 2 hoặc 3 hình thế thời tiết (chiếm 77%), thậm chí có những trận mưa lớn có tới 5 đến 7 hình thế thời tiết kết hợp hoặc liên tiếp hoạt động, những trận mưa lũ do một hình thế thời tiết đơn độc xảy ra rất hiếm, trừ khi do bão. Do vậy mưa lớn khu vực miền Bắc có đặc điểm là trận mưa dài ngày, thường từ vài ngày đến hai hay ba tuần, trung bình khoảng 7 đến 8 ngày, mỗi trận thường gồm nhiều đợt mưa, 2 đến 3 đợt, thậm chí tới 4 hay 5 đợt, mỗi đợt chỉ tập trung 1 đến 3 ngày, thời gian giữa các đợt mưa khoảng từ 5 - 7 giờ đến trên dưới 1 ngày, trong thời gian này thường có mưa nhỏ hoặc không mưa. Mưa lũ lớn xảy ra trên một diện tích rộng, mỗi trận mưa lũ lớn thường có nhiều tâm mưa, vị trí của các tâm mưa phụ thuộc vào các hình thế thời tiết gây mưa, điều kiện địa hình và vị trí của lưu vực, các tâm mưa có lượng mưa đạt trên 500mm/trận thường chiếm một phần rất nhỏ so với diện tích lưu vực. Sự phân bố mưa theo không gian và thời gian không đều. Tính thất thường của mưa gây lũ thể hiện ở sự biến động của lượng mưa từng năm, từng tháng, từng ngày. Do lượng mưa lớn, cường độ mưa lớn, độ dốc của vùng núi lớn, rừng bị tàn phá nhiều nên cường suất nước lũ dâng rất lớn [29].

+) Đối với khu vực miền Trung và Tây Nguyên: nguyên nhân gây mưa lớn và đặc biệt lớn ở khu vực miền Trung chủ yếu là do loại hình thời tiết là bão hoặc áp thấp nhiệt đới, bão hoặc áp thấp nhiệt đới kết hợp với không khí lạnh, đôi khi là các trận

bão liên tiếp. Do vậy mưa lớn khu vực miền Trung có đặc điểm là thời gian của trận mưa tùy theo hình thế thời tiết gây mưa có thể kéo dài từ 2 - 3 ngày cho tới 10 - 12 ngày. Tâm mưa và lượng mưa phụ thuộc rất nhiều vào nguyên nhân gây mưa mà chủ yếu là bão. Tâm mưa luôn ở sát vị trí đổ bộ của bão hoặc xê dịch đi chút ít, lượng mưa tại tâm mưa thường từ 300 - 500mm/trận, đặc biệt có những trận mưa có lượng mưa trận tại tâm mưa đạt tới trên 1000mm. Lượng mưa một ngày tại khu vực miền Trung đạt trên 600 - 700mm không phải là hiếm như khu vực miền Bắc, lượng mưa một ngày đạt trên 400mm là thường xuyên. Do đặc điểm địa hình của khu vực miền Trung và Tây Nguyên với dãy Trường Sơn chạy dọc theo chiều dài khu vực và rất gần biển nên mưa phân hóa dọc theo chiều dài của khu vực là rất rõ nét. Nói chung mưa lũ ở miền Trung và Tây Nguyên chủ yếu là do bão và áp thấp nhiệt đới gây ra nên thường mưa không kéo dài nhưng tập trung và diện mưa cũng khá rộng với cường độ mưa lớn nên thường gây ra lũ rất ác liệt với hậu quả nghiêm trọng do kết hợp với điều kiện địa hình hẹp, dốc lớn [29]. Vùng cửa sông lại chịu ảnh hưởng của thủy triều và nước biển dâng do bão mạnh nên càng tăng mức độ ngập lụt của lũ trong vùng. Đây là một vấn đề cần lưu tâm trong tính toán thiết kế các công trình thoát nước ở khu vực này.

+) Đối với miền Nam: các hình thế thời tiết gây mưa đơn giản hơn, chế độ mưa ít thất thường hơn nhưng hay xảy ra tác động kép của mưa lớn và hiện tượng thủy triều dâng làm gia tăng mức độ ngập lụt trong vùng.

+) Đặc điểm mưa gây lũ lưu vực nhỏ: đối với lưu vực nhỏ thì mưa được xem như phân bố đều trên lưu vực và ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng lũ, thời gian lũ, cường suất lũ và tổng lượng lũ. Khác với lưu vực lớn thì mưa lớn và mưa đặc biệt lớn trên diện rộng là do kết hợp của nhiều hình thế thời tiết, nhưng đối với lưu vực nhỏ thì chỉ cần một hình thế thời tiết cũng gây mưa với cường độ và lượng mưa lớn như mưa bão, áp thấp nhiệt đới và đặc biệt là mưa dông thường diễn ra với cường độ lớn trên diện tích không lớn trong một thời gian ngắn. Mưa dông mang những sắc thái có tính chất địa phương [40]. Một đặc điểm rất rõ nét của lưu vực nhỏ là có thể gây ra lũ lớn và lũ đặc biệt lớn khi xuất hiện cơn mưa có cường độ lớn mặc dù thời gian mưa ngắn hơn, lượng mưa ngày có thể nhỏ hơn những ngày khác do vậy ngoài các nguyên nhân gây mưa lũ như đối với lưu vực lớn thì mưa dông cũng là một nguyên nhân gây ra lũ ở lưu vực nhỏ.