KHOA HỌC CÔNG NGHỆ N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n KỲ 1 TH¸NG 12/2020 109 CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH MƯA TIÊU THIẾT KẾ THEO TCVN 10406 2015 Lê Thị Thanh Thủy1 TÓM TẮT Ngày 31 tháng 12 năm 201[.]
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH MƠ HÌNH MƯA TIÊU THIẾT KẾ THEO TCVN 10406 : 2015 Lê Thị Thanh Thủy1 TÓM TẮT Ngày 31 tháng 12 năm 2015 Bộ Khoa học Công nghệ ban hành Quyết định số 3981/QĐ-BKHCN việc công bố Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 10406:2015 Cơng trình thủy lợi - Tính tốn hệ số tiêu thiết kế Tại điều 4.1 tiêu chuẩn quy định trận mưa sử dụng tính tốn trận mưa gây úng xuất vùng tiêu tương ứng với tần suất thiết kế Mưa gây úng trận mưa có lượng mưa trung bình ngày (24 giờ) từ 51 mm trở lên Mơ hình trận mưa tiêu thiết kế bao gồm số ngày mưa trận mưa, tổng lượng mưa trận mưa tương ứng với tần suất thiết kế phân phối lượng mưa theo thời gian trận mưa phù hợp với đặc điểm xuất trận mưa gây úng yêu cầu tiêu nước khu vực Tiêu chuẩn quy định phương pháp phân tích số liệu thống kê trận mưa gây úng xuất vùng từ tài liệu thực đo để lựa chọn số ngày mưa trận mưa dạng phân phối mơ hình trận mưa tiêu thiết kế phù hợp Để minh họa cho phương pháp tính tốn quy định TCVN 10406 nói trên, báo giới thiệu trình tự nội dung phương pháp tính tốn xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế lấy ví dụ áp dụng cho trạm đo mưa ng Bí (Quảng Ninh) Từ khố: Mơ hình mưa tiêu thiết kế, mưa gây úng, tần suất, TCVN 10406, trạm đo mưa Uông Bí MỞ ĐẦU5 Mơ hình mưa tiêu thiết kế liệu đầu vào quan trọng ảnh hưởng đến kết tính tốn chế độ tiêu nước vùng hay hệ thống thủy lợi Mơ hình mưa tiêu thiết kế trận mưa xuất vùng tiêu tương ứng với tần suất thiết kế, bao gồm số ngày mưa trận mưa, tổng lượng mưa trận mưa tương ứng với tần suất thiết kế phân phối lượng mưa theo thời gian trận mưa Tùy thuộc vào đối tượng tiêu u cầu tiêu nước, mơ hình mưa tiêu thiết kế chia thành loại sau đây: i) Mơ hình mưa ngày - Là mơ hình trận mưa có lượng mưa phân phối theo ngày; ii) Mơ hình mưa - Là mơ hình trận mưa có lượng mưa phân phối theo giờ; iii) Mơ hình mưa bất lợi - Là mơ hình trận mưa có ngày mưa lớn nằm ngày cuối Thông thường mơ hình mưa tiêu thiết kế dùng để tính tốn yêu cầu tiêu nước cho khu đô thị cơng nghiệp mơ hình mưa giờ, cịn tiêu cho hệ thống thủy lợi mơ hình mưa ngày Các hệ thống thủy lợi thường có nhiều đối tượng tiêu nước với yêu cầu tiêu khác TCVN 10406:2015 (gọi tắt TCVN) quy định mơ hình mưa tiêu phương pháp tính tốn hệ số tiêu cho loại đối tượng tiêu nước, Trường Đại học Thủy lợi quy định phương pháp tổ hợp hệ số tiêu đối tượng để tìm hệ số tiêu thiết kế cho hệ thống tiêu TCVN quy định đối tượng tiêu nước khu công nghiệp đô thị tiêu trực tiếp vào hệ thống thủy lợi, sử dụng mơ hình mưa ngày quy định áp dụng cơng thức riêng để tính toán hệ số tiêu cho loại đối tượng Phạm vi nghiên cứu báo giới hạn phương pháp tính tốn xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế mơ hình mưa ngày Trước để xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế thường lập bảng thống kê lượng mưa lớn năm có thời đoạn ngày, ngày ngày liệt tài liệu mưa ngày thu thập được, sau tính tốn xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế có thời đoạn ngày, ngày ngày tương ứng Với cách làm này, có năm xuất nhiều trận mưa lớn chọn trận mưa lớn (3 ngày, ngày ngày) mà bỏ qua nhiều trận mưa lớn khác tổng lượng mưa trận mưa bỏ qua năm cịn lớn nhiều so với trận mưa chọn năm mưa Thậm chí nhiều trận mưa chọn đưa vào mẫu thống kê tính tốn tần suất có tổng lượng khơng đủ lớn để gây úng dẫn đến mơ hình mưa tiêu thiết kế không phản ánh đặc điểm mưa gây úng vùng làm sai lệch kết tính tốn tiêu nước Theo Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO), trận mưa lớn chia thành ba cấp theo lượng ma Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 12/2020 109 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ trung bình đo 24 gồm: i) Mưa vừa lượng mưa từ 16 mm đến 50 mm; ii) Mưa to lượng mưa từ 51 mm đến 100 mm; iii) Mưa to lượng mưa lớn 100 mm Theo Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia, từ cấp mưa to trở lên bắt đầu có ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống người Thực tế nước ta xuất trận mưa to gây úng ngập Mưa nói chung mưa gây úng nói riêng tượng tự nhiên mang tính ngẫu nhiên nên áp dụng phương pháp tính tốn xác suất thống kê để tìm quy luật xuất mơ hình mưa gây úng hay mơ hình mưa tiêu thiết kế Căn vào sở khoa học nêu trên, TCVN quy định chuỗi tài liệu mưa ngày thu thập trận mưa có lượng mưa trung bình ngày từ 51 mm trở lên chọn đưa vào bảng thống kê để phân tích tính tốn xác định mơ Năm 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 110 hình mưa tiêu thiết kế Các mẫu thống kê lấy theo phương pháp khơng giúp tính tốn xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế phản ánh tính chất khách quan, ngẫu nhiên mưa gây úng khu vực mà khắc phục nhược điểm phương pháp tính tốn trước đề cập Bài báo giới thiệu trình tự nội dung phương pháp tính tốn xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế theo quy định TCVN nói trên, lấy ví dụ áp dụng cho trạm đo mưa ng Bí, tỉnh Quảng Ninh để minh họa PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH MƠ HÌNH MƯA GÂY ÚNG THIẾT KẾ 2.1 Phân tích tài liệu mưa ngày chọn số ngày mưa trận mưa gây úng thiết kế Bảng Thống kê trận mưa gây úng thời đoạn 1-3-5-7 ngày từ năm 1990 đến 2014 ngày ngày X1 Ngày xuất X3 Ngày xuất X5 Ngày xuất X7 Ngày xuất (mm) (mm) (mm) (mm) 100,7 20/10 164,6 20/10-22/10 155,9 14/7 182,3 14/7-16/7 166,5 14/7 166,7 12/7-14/7 131,8 25/7 240,4 24/7-26/7 290,2 24/7-28/7 82,2 16/7 179,2 14/7-16/7 282,4 13/7-17/7 119,2 29/8 226,3 29/8-31/8 122,4 07/8 297,5 06/8-08/8 356 04/8-08/8 379,7 04/8-10/8 119,0 31/8 235,9 30/8-01/9 138,2 21/7 195,3 20/7-22/7 96,6 03/7 218,8 01/7-03/7 280,5 01/7- 05/7 N«ng nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 12/2020 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 135,1 112,5 82,1 116,0 216,2 124,5 169,4 93,4 138,6 124,0 118,3 150,4 110,6 130,0 171,5 145,2 120,0 82,4 - 08/8 15/9 21/7 28/6 08/5 30/7 25/7 23/7 03/11 31/7 18/8 16/8 07/7 18/8 29/10 30/5 05/6 16/7 - 164,2 167,4 06/8-08/8 14/9- 16/9 185,4 20/7-22/7 177,6 27/6-29/6 315,8 166,5 08/5-10/5 29/7-31/7 189,0 23/7-25/7 195,5 21/7-23/7 167,4 02/11-04/11 170,3 253,4 321,8 06/5-10/5 30/7-01/8 16/8-18/8 258,5 16/8-20/8 208,7 15/8-17/8 259,7 12/8-16/8 182,5 185,3 194,2 07/7-09/7 16/8-18/8 27/10-29/10 175,6 162,5 155,7 29/5-31/5 03/6-05/6 14/7-16/7 376,5 08/5-14/5 Chú thích: Cần liệt kê tất trận mưa gây úng ngày theo mẫu bảng Trong phạm vi báo khoa học thống kê trận mưa gây úng có thời đoạn từ ngày trở lên Những trận mưa gây úng thời đoạn từ ngày trở lên có nhiều ngày xuất lượng mưa 51 mm chọn đỉnh có trị số lớn xếp vào cột mưa gây úng ngày N«ng nghiƯp phát triển nông thôn - K - THáNG 12/2020 111 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Bảng Thống kê số trận mưa gây úng thời đoạn ngắn xuất từ năm 1990 đến 2014 Số trận mưa gây úng Số trận mưa gây úng TT Năm Tổng TT Năm Tổng 7 số ngày ngày số ngày ngày 1990 5 15 2004 4 1991 6 16 2005 10 10 1992 5 17 2006 5 1993 12 12 18 2007 7 1994 9 19 2008 6 1995 5 1 20 2009 4 1996 3 21 2010 8 1 1997 4 22 2011 10 10 1998 8 23 2012 9 10 1999 5 24 2013 13 13 11 2000 6 25 2014 5 12 2001 6 Tổng cộng 179 179 28 13 2002 13 13 1 Tỷ lệ % 100 15,64 3,91 1,12 14 2003 11 11 Dựa vào tài liệu mưa ngày 25 năm trạm ngày, ngày ngày; mưa gây úng ngày nằm ng Bí (1990 – 2014), lập bảng thống kê trận mưa ngày ngày; mưa gây úng ngày mưa có tổng lượng theo quy định sau xuất nằm mưa ngày) nên mưa gây úng dài ngày tương ứng với thời gian mưa 1, 3, ngày nguy hiểm mưa gây úng ngắn ngày mô hình mưa tiêu thiết kế mưa gây úng dài ngày Tuy nhiên (xem bảng bảng 2) số lần xuất trận mưa gây úng ngày Mưa ngày: ≥ 51 mm; mưa ngày: ≥ 153 mm; ngày chiếm tỷ lệ thấp (3,91% 1,12%) so mưa ngày: ≥ 255 mm; mưa ngày: ≥ 357 mm 15,64% mưa gây úng ngày nên số ngày mưa Số liệu thống kê bảng cho thấy: mơ hình trận mưa tiêu thiết kế cho vùng nghiên cứu - Trong tổng số 179 trận mưa gây úng xuất ngày 25 năm ng Bí mưa ngày có 179 trận, mưa ngày có 28 trận, mưa ngày có trận mưa ngày có trận 2.2 Hình dạng phân phối mơ hình mưa gây úng Phân phối lượng mưa cho ngày trận mưa gây úng ngày khái quát thành kiểu sau đây, mô tả hình - Mưa gây úng vùng nghiên cứu có tính chất bao (mưa gây úng ngày nằm mưa Kiểu Kiểu Đỉnh trận mưa rơi vào ngày thứ Đỉnh trận mưa rơi vào ngày thứ hai Kiểu Đỉnh trận mưa rơi vào ngày thứ ba Hình Các kiểu phân phối mơ hình mưa gây úng ngày Mỗi kiểu nêu lại chia thành dạng phân phối sau đây: 112 - Dạng phân phối 1: Hai ngày mưa lại có lượng mưa từ 51 mm trở lên N«ng nghiƯp phát triển nông thôn - K - THáNG 12/2020 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - Dạng phân phối 2: Trong hai ngày mưa cịn lại có ngày lượng mưa 51 mm - Dạng phân phối 3: Cả hai ngày mưa cịn lại có lượng mưa nhỏ 51 mm Chú thích: Với dạng phân phối 2, trận mưa có lượng mưa ngày cuối trận mưa cao mơ hình bất lợi Bảng Thống kê số lượng dạng phân phối lượng mưa trận mưa gây úng ngày xuất khu vực nghiên cứu Số trận Kiểu Kiểu Kiểu TT Năm mưa gây Dạng Dạng Dạng Dạng Dạng Dạng Dạng Dạng Dạng úng 3 1990 1 1991 1992 1993 - 1994 1995 1 1996 1 1997 1998 10 1999 - 11 2000 12 2001 13 2002 14 2003 15 2004 16 2005 1 17 2006 18 2007 - 19 2008 - 20 2009 - 21 2010 22 2011 - 23 2012 24 2013 25 2014 - Tổng số Tỷ lệ % 28 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 10,7 7,1 7,1 10,7 28,6 21,4 14,3 17,9% 46,4% 35,7% Kết thống kê phân loại 28 trận mưa gây úng ngày tóm tắt bảng cho thấy: (đỉnh mưa rơi vào ngày thứ 3) với tỷ lệ 35,7% Kiểu chiếm tỷ lệ thấp với 17,9% số trận mưa gây úng - Mưa gây úng ngày có đỉnh mưa chủ yếu rơi vào ngày thứ (kiểu 2) với tỷ lệ 46,4%, tiếp đến kiểu - Trong kiểu dạng phân phối chiếm tỷ lệ nhiều nhất, tiếp đến dạng phân phối Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 12/2020 113 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ - Trong kiểu dạng phân phối chiếm tỷ lệ nhiều nhất, tiếp đến dạng phân phối Như tính phổ biến phân phối mơ hình trận mưa gây úng thiết kế thời đoạn ngày ng Bí đỉnh mưa rơi vào ngày thứ (kiểu 2) với dạng phân phối kiểu (đỉnh mưa rơi vào ngày thứ 3) với dạng phân phối 2.3.2 Tính tốn vẽ đường tần suất lý luận Sử dụng phần mềm FFC 2008 để tính tốn vẽ đường tần suất lý luận trận mưa gây úng ngày, thể hình 2.3 Xác định mơ hình trận mưa tiêu thiết kế 2.3.1 nghiệm Tính tốn vẽ đường tần suất kinh - Thống kê lượng mưa 28 trận mưa gây úng ngày xuất 25 năm (tài liệu lấy từ bảng 1), xếp số liệu lượng mưa trận mưa theo thứ tự giảm dần - Tần suất kinh nghiệm tính theo cơng thức (1): Pi = m 100% n 1 (1) Hình Đường tần suất lý luận mưa gây úng ngày trạm ng Bí 2.3.3 Xác định lượng mưa thiết kế Với tần suất mưa gây úng thiết kế 10% xác định giá trị mưa gây úng thiết kế X10% 249,14 mm Trong đó: Pi tần suất kinh nghiệm ứng với giá trị lượng mưa trận mưa gây úng Xi n: số trận mưa gây úng chọn để tính tốn, n = 28 m: số thứ tự liệt quan trắc Xi xếp từ lớn đến nhỏ 2.3.4 Chọn năm điển hình Theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT, mơ hình mưa điển hình mơ hình trận mưa xảy thực tế, có tổng lượng mưa xấp xỉ với tổng lượng mưa thiết kế, có dạng phân phối phổ biến thiên bất lợi Bảng Một số trận mưa gây úng ngày xảy thực tế có lượng mưa xấp xỉ với lượng mưa thiết kế Thời gian xuất (từ Phân phối cho ngày Năm X (mm) ngày đến ngày) Ngày Ngày Ngày 1992 240,4 24/7 26/7 92,9 131,8 15,7 1996 235,9 30/8 01/9 61,3 119,0 55,6 2006 253,4 16/8 18/8 107,1 28,0 118,3 trận mưa năm 2006 đáp ứng nguyên tắc 2) (1) Theo ngun tắc mơ hình mưa xảy thực tế có tổng lượng mưa xấp xỉ với tổng nêu lượng mưa thiết kế: chọn trận mưa gây úng xuất vào năm 1992, 1996 2006, thống kê bảng (2) Theo nguyên tắc có dạng phân phối phổ biến thiên bất lợi: Như phân tích, tính phổ biến mơ hình trận mưa gây úng thời đoạn ngày ng Bí đỉnh mưa rơi vào ngày thứ (kiểu 2) với dạng phân phối đỉnh mưa rơi vào ngày thứ (kiểu 3) với dạng phân phối Với dạng phân phối mơ hình mưa trận mưa có lượng mưa ngày cuối cao mơ hình bất lợi Với trận mưa nêu bảng đáp ứng ngun tắc 1) có 114 Như vậy, trận mưa xuất từ ngày 16 đến ngày 18/8/2006 chọn làm mơ hình mưa gây úng điển hình (Xdh) để xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế 2.3.5 Thu phóng xác định mơ hình trận mưa gây úng thiết kế - Hệ số thu phóng Kp: Kp = Xp X dh (2) Thay số vào công thức (2) tớnh c Kp = 0,983 Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 12/2020 KHOA HC CÔNG NGHỆ - Phân phối lượng mưa tiêu thiết kế cho ngày: Xp = Kp x Xdh Kết thu phóng xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế tóm tắt bảng (3) Bảng Mơ hình trận mưa gây úng điển hình mơ hình trận mưa gây úng thiết kế Ngày mưa Tổng cộng Mơ hình trận mưa Ghi (mm) Điển hình 107,10 28,00 118,30 253,40 Từ ngày 16 đến 18/8/2006 Thiết kế (p=10%) 105,30 27,53 116,31 249,14 Hệ số thu phóng Kp = 0,983 lượng mưa cho ngày mưa để phân tích lựa chọn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ hình dạng mơ hình phân phối mưa phù hợp Số lượng Đã phân tích làm rõ rõ sở khoa học, kiểu, dạng phân phối mô hình mưa gây úng phương pháp, trình tự nội dung bước tính tốn ngày ngày nhiều mơ hình mưa gây úng xác định mơ hình trận mưa tiêu thiết kế theo TCVN ngày Đây quan trọng phân tích lựa Tính tốn theo phương pháp nêu khơng chọn dạng mơ hình mưa điển hình trước khắc phục nhược điểm phương thực bước thu phóng thành mơ hình trận mưa pháp tính tốn trước mà cho phép xác định tiêu thiết kế xác mơ hình trận mưa tiêu thiết kế TÀI LIỆU THAM KHẢO phù hợp với đặc điểm mưa gây úng vùng Nguyễn Tuấn Anh, Tống Đức Khang, 2004 Theo TCVN trận mưa có lượng mưa trung bình ngày từ 51 mm trở lên Các phương pháp tính tốn quy hoạch hệ thống thủy chọn đưa vào bảng thống kê để phân tích tính tốn lợi Nhà xuất Nơng nghiệp Hà Nội, 2005 xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế Thực tế xuất trận mưa gây úng ngày có hai ngày lượng mưa từ 51 mm trở lên, ngày lại từ 16 mm đến 50 mm; trận mưa gây úng dài ngày có lượng mưa ngày từ 16 mm đến 50 mm, mà ngày mưa lại nằm hai ngày mưa có lượng mưa lớn 51 mm, lượng mưa trung bình ngày trận lại nhỏ 51 mm nên theo quy định tiêu chuẩn không đưa vào bảng thống kê tính tốn Để khắc phục nhược điểm phù hợp với thực tiễn hơn, đề nghị nghiên cứu chỉnh sửa quy định trận mưa gây úng từ ngày trở lên trận mưa có lượng mưa trung bình ngày lớn 40 mm (40 mm trị số trung bình tương đối trận mưa gây úng ngày có lượng mưa ngày đạt 16 mm hai ngày lại đạt 51 mm) Đối với trường hợp cụ thể trạm đo mưa ng Bí, mơ hình mưa gây úng mưa ba ngày có đỉnh rơi vào ngày thứ hai ngày thứ ba trận mưa có ngày lượng mưa 51 mm Mơ hình mưa gây úng trạm đo mưa khác khác so với trạm ng Bí Dựa theo phương pháp tính tốn nêu trên, bước phân tích tài liệu mưa ngày thực đo xác định mưa gây úng trạm đo mưa mưa gây úng phải phân nhiều dạng mơ hình phân phối Trung tâm Khoa học Triển khai kỹ thuật thủy lợi, 2010 Báo cáo tổng hợp kết nghiên cứu đề tài khoa học cấp Bộ “Nghiên cứu ảnh hưởng cơng nghiệp hóa thị hóa đến hệ số tiêu vùng đồng Bắc bộ” Hà Nội, 2010 Trung tâm Khoa học Triển khai kỹ thuật thủy lợi, 2015 Báo cáo nghiên cứu khả thi dự án Tiêu thoát nước khu vực Cửa Đền Láng Cà thuộc xã Hồng Thái Tây, Hồng Thái Đơng, thị xã Đơng Triều khu vực phía Bắc phường Phương Nam, thành phố ng Bí, tỉnh Quảng Ninh Sở Nông nghiệp PTNT Quảng Ninh, 2015 Trường Đại học Thủy lợi, 2007 Giáo trình Quy hoạch thiết kế hệ thống thủy lợi - Tập I Nhà xuất Xây dựng Hà Nội, 2007 Viện Khoa học Thủy lợi, 2005 Sổ tay Kỹ thuật thủy lợi - Phần 2: Cơng trình thủy lợi - Tập Hệ thống tưới tiêu Nhà xuất Nông nghiệp Hà Nội, 2005 Viện Quy hoạch Quản lý nước, 1993 Một số tổng kết nhận xét khái quát hệ số tưới hệ số tiêu vùng đồng trung du Bắc Hà Nội, 1993 Website Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Chuyên mục: Kiến thức khí tượng thy - ma ln Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 12/2020 115 ... vậy, trận mưa xuất từ ngày 16 đến ngày 18/8/2006 chọn làm mơ hình mưa gây úng điển hình (Xdh) để xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế 2.3.5 Thu phóng xác định mơ hình trận mưa gây úng thiết kế - Hệ... tính tốn xác định mô Năm 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 110 hình mưa tiêu thiết kế Các mẫu thống kê lấy theo phương pháp không giúp tính tốn xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế phản... tốn xác suất thống kê để tìm quy luật xuất mơ hình mưa gây úng hay mơ hình mưa tiêu thiết kế Căn vào sở khoa học nêu trên, TCVN quy định chuỗi tài liệu mưa ngày thu thập trận mưa có lượng mưa