Thiết lập công thức tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế cho các lưu vực không có tài liệu thủy văn khu vực Tây Bắc

Bài viết Thiết lập công thức tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế cho các lưu vực không có tài liệu thủy văn khu vực Tây Bắc phát triển mối quan hệ giữa lưu lượng đỉnh lũ thiết kế với các đặc trưng khí hậu và đặc trưng lưu vực, bao gồm lượng mưa ngày thiết kế, độ dốc lưu vực, chiều dài sông và diện tích lưu vực.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 THIẾT LẬP CƠNG THỨC TÍNH LƯU LƯỢNG ĐỈNH LŨ THIẾT KẾ CHO CÁC LƯU VỰC KHƠNG CĨ TÀI LIỆU THỦY VĂN KHU VỰC TÂY BẮC Nguyễn Thị Thu Nga Trường Đại học Thủy lợi, email: ngatvct@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Để tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế cho lưu vực khơng có tài liệu, theo Quy phạm QPTL C6-77 [1], sử dụng ba công thức công thức cường độ giới hạn, cơng thức triết giảm cơng thức thể tích Trong cơng thức cường độ giới hạn ứng dụng cho lưu vực có diện tích 100km2,cơng thức triết giảm cơng thức thể tích (Xokolopski) ứng dụng cho lưu vực có diện tích 100km2 Ba công thức đại biểu cho ba loại công thức lý luận, công thức kinh nghiệm công thức bán kinh nghiệm Công thức cường độ giới hạn xây dựng dựa theo lý thuyết trình hình thành dịng chảy từ mưa Cơng thức có xét đến nhiều trình bao gồm trình mưa, trình tổn thất, q trình chảy truyền sơng, sườn dốc, với nhiều tham số xác định phức tạp Ngược lại, công thức triết giảm túy dựa vào mối quan hệ mô đun đỉnh lũ diện tích lưu vực, xây dựng dựa vào tài liệu thực đo Công thức Xokolopski dựa nhiều giả thiết giản hóa bao gồm quan hệ đỉnh lũ tổng lượng lũ, quan hệ tổng lượng lũ lượng mưa gây lũ, không xét đến thời gian chảy truyền sườn dốc Nghiên cứu phát triển mối quan hệ lưu lượng đỉnh lũ thiết kế với đặc trưng khí hậu đặc trưng lưu vực, bao gồm lượng mưa ngày thiết kế, độ dốc lưu vực, chiều dài sơng diện tích lưu vực Từ tìm dạng cơng thức kinh nghiệm tương tự cơng thức triết giảm, có xét đến nhiều yếu tố ảnh hưởng Nghiên cứu áp dụng cho khu vực Tây Bắc thuộc vùng thượng nguồn sông Đà sông Mã bao gồm tỉnh Lai Châu, Sơn La, Điện Biên Hịa Bình PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu sử dụng phương pháp hồi quy đa biến để xây dựng phương trình hồi quy lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất 1% theo đặc trưng khí hậu lưu vực Quy trình thực bao gồm bước sau: - Lựa chọn trạm đo lũ khu vực nghiên cứu có diện tích vừa nhỏ, xây dựng đường tần suất xác định Qmax1% - Lựa chọn trạm mưa đại diện cho lưu vực, xác định lượng mưa ngày X1max1% - Sử dụng đồ DEM kết hợp đồ địa hình xác định đặc trưng lưu vực - Sử dụng kỹ thuật hồi quy đa biến tìm kiếm quan hệ Qmax1% với X1max1% đặc trưng lưu vực - Đánh giá sai số Qmax1% tính theo phương trình hồi quy Qmax1% xác định theo phân bố xác suất NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu Khu vực Tây Bắc Bắc Bộ bao gồm lưu vực sông Đà, thượng nguồn lưu vực sông Mã phần nhỏ thượng nguồn lưu vực sông Mekong Đặc điểm chung địa hình khu vực núi cao, địa hình chia cắt mạnh Tuy nhiên, chế độ mưa vùng có khác biệt rõ rệt Trong khu vực thượng nguồn 733 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 sông Đà nơi có nguồn nước dồi dào, với tâm mưa lớn Sìn Hồ vùng thượng nguồn sơng Mã lại thuộc vùng mưa Ngồi khu vực cao nguyên Sơn La - Mộc Châu vùng mưa TT Nậm Pô 475 172.4 213 169.8 Mường Nhé Pa Há 424 154.8 208 169.8 Mường Nhé Mường 261 100.1 208 Mít 284.5 Lai Châu Nậm Mức 2680 1054 184 191 Tủa Chùa Bản Củng 2620 170 229.2 Than Uyên Mù Cang Chải 230 290.7 164 253 Mù Cang Chải 10 Nậm Chiến 313 115 166 233.5 Khau Phạ 11 Phiêng 269 Hiềng 82.8 157 167 Phù n 36.7 229 360 Hịa Bình Hình Bản đồ mạng lưới trạm KTTV 3.2 Dữ liệu đầu vào Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn khu vực trình bày Hình Các trạm thủy văn lựa chọn để phân tích tồn trạm có tài liệu đo lưu lượng lũ ngoại trừ số trạm dịng sơng Đà Trong đó, có nhiều trạm dừng đo Từ đồ DEM kết hợp với đồ địa hình tỉ lệ 1:50.000, xác định số đặc trưng lưu vực, bao gồm diện tích lưu vực (F), tổng chiều dài sơng suối (Li), độ dốc bình quân lưu vực (Jd) Tương ứng với lưu vực, lựa chọn trạm mưa điển hình để xác định lượng mưa ngày ứng với tần suất 1% (X1max1%) Tổng hợp đặc trưng trình bày Bảng Bảng Các đặc trưng lưu vực lượng mưa TT F Li Jd X1max1% Trạm Trạm mưa TV (km2) (km) (%o) (mm) Bản Yên 638 238.1 175 243.4 Điện Biên Nậm Công 868 267.7 169 198.7 Sốp Cộp Nà Hừ 155 381.6 Mường Tè 50.5 197 F Li Jd X1max1% Trạm Trạm TV (km2) (km) (%o) (mm) mưa 12 Bãi Sang 97.5 967 Đồng thời, từ tài liệu đo lũ trạm thủy văn có khu vực nghiên cứu, lựa chọn hàm Pearson III xác định giá trị Qmax1% 3.3 Xây dựng phương trình hồi quy đa biến Sử dụng phương pháp hồi quy đa biến, xác định lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất 1% theo dạng sau: Qmax1%  b0 X 1b1 X 2b  X kbk (1) bi (i = 1, , k) số hồi quy xác định theo nguyên lý bình phương tối thiểu, Xi đặc trưng lưu vực khí hậu, Qmax1% lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất 1% Phương pháp sử dụng nhiều cho đơn vị thuộc Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ [2] Phương trình (1) sau lấy logarit hai vế có dạng tuyến tính sau: log Qmax1%  log b0  b1 log X  (2)  b2 log X    bk log X k đó, số bi xác định công cụ Data Analysis/Regression Excel 734 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 3.4 Kiểm định thơng số mơ hình hồi quy Để kiểm định thơng số mơ hình hồi quy, tác giả sử dụng phương pháp leaveone-out cross validation Với số lượng mẫu có 12, lần phân tích hồi quy thực cho 11 giá trị, sử dụng 01 giá trị lại để kiểm định Tổng cộng có 12 lần thực hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Mơ hình lựa chọn mơ hình có sai số giai đoạn hiệu chỉnh kiểm định nhỏ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Phương trình hồi quy tính Qmax1% cho khu vực Tây Bắc đượclựa chọn sau: 997 Qmax1%  0.0095 F 1.108  L0.153 J d0.034 X10max 1% (3) giá trị sai số tương đối Qmax1% tính tốn Qmax1% Pearson III trung bình giai đoạn hiệu chỉnh kiểm định 2,64% 1,87% Các thơng số thống kê mơ hình hồi quy đa biến trình bày Bảng Bảng Các đặc trưng thống kê mơ hình hồi quy đa biến Hệ số tương quan R 0.994 mưa chọn chưa đại diện cho lưu vực Điều khó khăn chung tính lũ cho lưu vực vừa nhỏ Việt Nam KẾT LUẬN Việc xây dựng cơng thức tính lũ thiết kế dựa vào đặc trưng khí hậu lưu vực có ý nghĩa thực tiễn cao, giúp giảm khó khăn xác định đỉnh lũ thiết kế cho lưu vực khơng có tài liệu đo đạc thủy văn Với kết ban đầu tốt, phương pháp triển khai rộng rãi cho khu vực khác nước Tuy nhiên, thời gian nghiên cứu hạn chế nên kết xây dựng mối quan hệ lưu lượng đỉnh lũ 1% với vài đặc trưng lưu vực Định hướng nghiên cứu mở rộng xem xét số yếu tố khác, ví dụ loại đất thảm phủ thực vật, đồng thời tính toán cho trường hợp tần suất khác Kết nằm khuôn khổ đề tài NCKH cấp Bộ Trường Đại học Thủy lợi "Nghiên cứu cập nhật phương pháp tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế cho cơng trình thủy lợi" 0.989 TÀI LIỆU THAM KHẢO R2sau hiệu chỉnh 0.982 Sai số chuẩn 0.053 Số quan trắc 11 [1] Bộ Thủy lợi 1979 Quy phạm Tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế QPTL C6-77 [2] Thomas, W.O 1987 Summary of U.S Geological Survey Regional Regression Equation 66th Annual Meeting of the Transportation Research Board, Washington, D.C [3] Trần Thanh Xuân Đặc điểm thủy văn nguồn nước sông Việt Nam NXB Nơng nghiệp, 2007 R Nhìn chung, kết cho thấy lưu lượng tính tốn theo cơng thức bám sát với lưu lượng xác định từ đường tần suất Mặc dù số kết chênh lệch trạm Pa Há, Mường Mít (sai số 10%) Một nguyên nhân trạm 735 ... chung tính lũ cho lưu vực vừa nhỏ Việt Nam KẾT LUẬN Việc xây dựng cơng thức tính lũ thiết kế dựa vào đặc trưng khí hậu lưu vực có ý nghĩa thực tiễn cao, giúp giảm khó khăn xác định đỉnh lũ thiết kế. .. Dữ liệu đầu vào Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn khu vực trình bày Hình Các trạm thủy văn lựa chọn để phân tích tồn trạm có tài liệu đo lưu lượng lũ ngoại trừ số trạm dịng sơng Đà Trong đó, có. .. cho lưu vực khơng có tài liệu đo đạc thủy văn Với kết ban đầu tốt, phương pháp triển khai rộng rãi cho khu vực khác nước Tuy nhiên, thời gian nghiên cứu hạn chế nên kết xây dựng mối quan hệ lưu