Xây dựng mô hình mưa rào thiết kế sử dụng phương pháp đường cong Huff

Bài viết Xây dựng mô hình mưa rào thiết kế sử dụng phương pháp đường cong HUFF trình bày về việc xây dựng mô hình mưa rào thiết kế sử dụng phương pháp Huff và minh họa cho trạm mưa Tân Sơn Hòa (thuộc thành phố Hồ Chí Minh) có số liệu tin cậy và đầy đủ với các trận mưa có tổng lượng mưa lớn hơn 15mm và thời đoạn mưa là 15 phút.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƯA RÀO THIẾT KẾ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG HUFF Nguyễn Thị Thu Hà1, Ngô Lê An1 Trường Đại học Thuỷ lợi, email: thuha_tttv@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Trong thiết kế cơng trình thủy lợi, phân phối theo thời gian mơ hình mưa rào thiết kế có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Phân bố mơ hình mưa rào thiết kế thông thường sử dụng kết hợp với đường đơn vị để tính tốn đỉnh lũ hình dạng q trình lũ thiết tuyến cơng trình Xây dựng mơ hình mưa rào thiết kế phân loại thành ba cách tiếp cận Nhóm phương pháp dựa dạng hình học, phương pháp giả thiết mơ hình mưa rào có dạng hình học đơn giản, ví dụ hình tam giác Ở Việt Nam, phương pháp dạng sử dụng nghiên cứu thực tế sản xuất Nhóm phương pháp dựa tần suất, hay gọi phương pháp khối xen kẽ, phương pháp tiến hành xây dựng đường trình mưa thiết kế từ đường cong quan hệ cường độ - thời gian - tần suất (tức đường IDF) Nhóm phương pháp sử dụng nhiều nghiên cứu có liên quan Việt Nam (Lã Thanh Hà, 2011; Nguyễn Anh Hùng, 2014) Nhóm phương pháp dựa đường cong lũy tích, phương pháp phân tích mơ hình thời gian trận mưa xảy thực tế để xây dựng đường cong lượng mưa tích lũy khơng thứ ngun Ở Việt Nam, nghiên cứu dạng chủ yếu dựa vài trận mưa điển hình bất lợi thu phóng, chưa xét nhiều hình dạng phân phối khác Trong ba nhóm phương pháp trên, phương pháp xây dựng mơ hình mưa dựa đường cong lũy tích có nhiều ưu điểm xây dựng dựa trận mưa lịch sử xảy vị trí nghiên cứu Trong nhóm phương pháp này, phương pháp Huff (Huff, 1967) sử dụng phổ biến ước tính phân bố thời gian trận mưa rào phù hợp với thực tế qua phân tích phân bố trận mưa rào thực đo xảy (El-Sayed, 2018) Do vậy, nghiên cứu trình bày việc xây dựng mơ hình mưa rào thiết kế sử dụng phương pháp Huff minh họa cho trạm mưa Tân Sơn Hòa (thuộc thành phố Hồ Chí Minh) có số liệu tin cậy đầy đủ với trận mưa có tổng lượng mưa lớn 15mm thời đoạn mưa 15 phút PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Theo phương pháp Huff, mơ hình trận mưa lũ thiết kế xây dựng cho nhóm mưa khác phân loại theo cường độ mưa thời khoảng trận mưa Các đường cong Huff đường đẳng xác suất đường cong lũy tích mưa khơng thứ ngun, phản ánh phạm vi đặc tính trận mưa rào xảy thực tế, thay đổi từ trận mưa có đỉnh mưa xuất sớm tới trận mưa có đỉnh mưa xuất trễ Ví dụ đường đẳng xác suất 90% tương đương với mơ hình mưa mà cường độ xuất vượt q 10% mơ hình mưa thực tế Các nghiên cứu nhìn chung kiến nghị sử dụng đường đẳng xác suất 10%, 50% 90% họ đường cong Huff, tương đương với mơ hình mưa bất lợi (10%), mơ hình mưa trung bình (50%) mơ hình mưa bất lợi (90%) 558 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Sau bước tiến hành xây dựng mơ hình mưa khơng thứ ngun theo phương pháp Huff - Bước 1: Lựa chọn trận mưa rào có số liệu đầy đủ tin cậy Nghiên cứu thu thập tất trận mưa có thời đoạn mưa có tổng lượng mưa lớn 15mm thời đoạn mưa 15 phút cho trạm Tân Sơn Hịa - Bước 2: Xây dựng đường cong lũy tích tất trận mưa rào lựa chọn Bước - Bước 3: Chuyển tất đường cong lũy tích xây dựng Bước đường cong lũy tích khơng thứ ngun - Bước 4: Tương ứng với khoảng thời gian không thứ ngun trục hồnh (ví dụ: 0,01, 0,02, 0,03…, 0,99) ta có đường thẳng đứng tương ứng giá trị Xác định giá trị giao điểm đường thẳng đứng với đường lũy tích mưa không thứ nguyên - Bước 5: Xác định đường cong đẳng xác suất lũy tích mưa khơng thứ nguyên, từ 10% đến 90% với gia số 10% Ví dụ xác định đường đẳng xác suất 10%, thực chất xác định giá trị tương ứng với phần trăm giao điểm nhỏ 10% cho đường thẳng đứng Bước 4, sau nối điểm lại với đường đẳng xác suất 10% Hình Đường luỹ tích mưa trận mưa có tổng lượng mưa lớn 15mm với thời gian mưa khác thời đoạn mưa 15 phút trạm Tân Sơn Hồ Hình kết việc chuyển tất đường cong lũy tích Hình đường cong lũy tích khơng thứ ngun Ngồi ra, Hình minh họa việc xác định giao điểm phân vị (0,01, 0,02, 0,03…, 0,99) tổng thời gian mưa khơng thứ ngun trục hồnh (gọi đường phân vị thẳng đứng), với đường lũy tích khơng thứ nguyên tương ứng trục lượng mưa không thứ nguyên (trục tung) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Số liệu đo mưa thời đoạn ngắn (15 phút) trạm Tân Sơn Hoà thu thập từ năm 2006 đến 2018 Xác định tất trận mưa có tổng lượng mưa từ 15mm trở lên với thời gian mưa khác tương ứng với thời gian mưa từ 24 Tính tốn xây dựng mơ hình mưa khơng thứ ngun theo phương pháp Huff trình bày mục Hình minh họa số liệu đường cong lũy tích tất trận mưa với thời gian mưa khác có thời đoạn mưa 15 phút trạm Tân Sơn Hịa Hình (a) Đường luỹ tích mưa khơng thứ nguyên trạm Tân Sơn Hoà (b) giao điểm đường lũy tích mưa khơng thứ ngun với đường phân vị thẳng đứng Hình kết việc chuyển đổi giá trị lượng mưa không thứ nguyên giao điểm phân vị Hình đường đẳng xác suất lũy tích lượng mưa khơng thứ ngun Như vậy, Hình họ đường cong đẳng xác suất từ 10% đến 90% tương ứng với cách kịch mơ hình mưa bất lợi nhất, đến trung bình bất lợi trạm Tân Sơn Hoà 559 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Từ mơ hình mưa thiết kế Hình 4, biết tổng lượng mưa RD thời gian mưa thiết kế D, mơ hình mưa trận lũ thiết kế xác định cách thu phóng trị số trục tung với tổng lượng mưa RD trị số trục hoành với thời gian mưa D KẾT LUẬN Hình Đường luỹ tích khơng thứ nguyên tương ứng phân vị khác Tân Sơn Hồ Từ họ đường cong đạt mơ hình mưa khơng thứ ngun tương ứng cách dễ dàng cách chuyển đổi giá trị mưa lũy tích giá trị mưa thời khoảng minh họa Hình minh họa cho mơ hình mưa ứng với đường cong 10%, 50% 90% Lưu ý rằng, trận mưa thiết kế rơi vào trận mưa đạt từ đường đẳng xác suất Đường đẳng xác suất trung bình (50%) sử dụng phổ biến cho mục đích thiết kế nói chung, cân lợi ích kinh tế kỹ thuật Tuy nhiên, đường cực trị (10% 90%) hữu ích cần ước tính dịng chảy sinh từ mơ hình mưa trận lũ điều kiện bất thường Bài báo trình bày ứng dụng phương pháp xây dựng mơ hình mưa Huff dựa số liệu trận mưa thực tế xảy cho trạm đo Tân Sơn Hoà Kết nghiên cứu đưa mơ hình mưa khơng thứ ngun cho trường hợp bất lợi, trung bình bất lợi khơng thứ ngun Từ mơ hình mưa không thứ nguyên đặc trưng mưa thiết kế tổng lượng mưa, thời gian mưa thu phóng trận mưa thiết kế tương ứng Các trận mưa thiết kế đầu vào quan trọng để xác định đỉnh lũ hình dạng trình lũ thiết tuyến cơng trình, từ xác định kích thước cơng trình thủy lợi cơng trình tiêu nước thị TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lã Thanh Hà (2011), Nghiên cứu lựa chọn mơ hình mưa thiết kế hợp lý để tính tốn tiêu nước vùng thị, Luận văn thạc sỹ, Đại học Thủy lợi, Hà Nội [2] Nguyễn Anh Hùng (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian mưa thiết lưu lượng thiết kế hệ thống thoát nước đô thị, Luận văn thạc sỹ, Đại học Thuỷ lợi, Hà Nội [3] El-Sayed, E.A.H (2018), "Development of synthetic rainfall distribution curves for Sinai area", Ain Shams Engineering Journal, 9(4), 1949-1957 [4] Huff, F.A (1967), "Time distribution of rainfall in heavy storms", Water Resources Research, 3(4), 1007-1019 Hình Mơ hình mưa khơng thứ ngun trạm Tân Sơn Hồ tương ứng với trường hợp (B) bất lợi (10%), (C) trung bình (50%) (D) bất lợi (90%) 560 ... mơ hình mưa trận lũ điều kiện bất thường Bài báo trình bày ứng dụng phương pháp xây dựng mơ hình mưa Huff dựa số liệu trận mưa thực tế xảy cho trạm đo Tân Sơn Hoà Kết nghiên cứu đưa mơ hình mưa. .. Từ mơ hình mưa khơng thứ nguyên đặc trưng mưa thiết kế tổng lượng mưa, thời gian mưa thu phóng trận mưa thiết kế tương ứng Các trận mưa thiết kế đầu vào quan trọng để xác định đỉnh lũ hình dạng... 15mm thời đoạn mưa 15 phút cho trạm Tân Sơn Hòa - Bước 2: Xây dựng đường cong lũy tích tất trận mưa rào lựa chọn Bước - Bước 3: Chuyển tất đường cong lũy tích xây dựng Bước đường cong lũy tích