Luận án tiến sĩ Thủy văn học: Nghiên cứu sự biến động của mưa lũ và đề xuất cơ sở khoa học tính lũ cho công trình giao thông vùng núi Đông Bắc - Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

DOAN THỊ NOI

NGHIEN CUU SU BIEN DONG CUA MUA LU VA DE XUAT CO SO KHOA HOC TINH LU CHO CONG TRINH

GIAO THONG VUNG NUI DONG BAC-VIET NAM

LUẬN AN TIEN SĨ KY THUAT

HA NOI, NAM 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

DOAN THỊ NỘI

NGHIÊN CỨU SỰ BIEN ĐỘNG CUA MƯA LŨ VA DE XUẤT CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH LŨ CHO CÔNG TRÌNH

GIAO THONG VUNG NÚI ĐÔNG BÁC-VIỆT NAM

“Chuyên ngành “Thủy văn họcMã số 62-44-02-24

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC 1 PGS.TS Ngô Lê Long.

3 PGS.TS Hoàng Thanh Tùng

HÀ NỘI, NĂM 2016

LỜI CAM ĐOAN

“Tác giả xin cam doan đây là công trình nghiên cứu của ban thân tác giả Các kết quảnghỉ luận trong luận án là trung thực, không sao el

nguồn nào và dưới bắt kỳ hình thức nảo Việc tham khảo các nguồn tải liệu (nếu có) đã

được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tai liệu tham khảo đúng quy định.

“Tác giả luận án

Doãn Thi Nội

LỜI CÁM ON

Lời đầu tên tác giả xin được bảy tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến POS.TS Ngô Lê Long, PGS.TS Hoàng Thanh Tùng đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt thời gian nghiên

cứu và thực hiện luận án.

“Tác giả xin bay tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu, Phòng Đảo tạo ĐH&SĐH, Tập

thể các Thầy cô giáo khoa Thủy van à Tai nguyên nước, Phòng Khoa học Công nghệ.Trường Đại Học Thủy Lợi - Hà Nội, đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tác giả hoànthành luận án,

Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải, Khoa Công

Trinh, Bộ môn Thủy Lực - Thủy Văn, nơi tác gid đang công tác, đã tạo điều kiện về

thời gian và công việc giúp tác giả hoàn thành luận án.

“Tác giả xin bay tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè luôn sát cảnh động viên tác giả

'vượt qua mọi khó khăn để thực hiện luận ấn của mình.

“Tác giả luận án

MỤC LỤC

LOI CAM ĐOANLOI CẢM ON,

MỤC LUC

DANH MỤC CAC HÌNH ANH DANH MỤC BANG BIFU.

DANH MỤC CÁC TU VIET TAT.

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của để tài

"Mục tiêu nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu `Ý nghĩa khoa học và thực tiến

Những đóng góp mới của luận án

CHUONG | TONG QUAN VE NGHIÊN CỨU TÍNH LŨ THIET KE CHO CONG TRINH GIAO THONG

11 Tổng quan vềtínhlũthiếtkế

1.1.1 Các nghiên cứu về tính lũ thiết kế trên thé giới

1.1.2 Các nghiên cứu về tính lũ thiết kế ở Việt Nam

1.2 Tổng quan tin là thiết kế cho công trình giao thông121 Tinlad

122 Tí

kế ở các nước Nhật, phương Tây và Mỹlath kế ở các nước Đông Au và Nga

123 Tinh 10 ehideké 6 Vigt Nam

13 Những hạn chế trong tính lũ thiết kế cho giao thông ở Việt Nam 1.4 Đề xuất hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

L5 - Tổng quan về khu vực nghiên cứu15.1 - Dcđiểmtựnhiên

152 - Đặc điểm khítượngthủy văn

1.5.3 Tinh trang giao thông và các sự cố công tình ong mùa mưa lũ

154 Tinh hinh tàiliệunghiêncứu

16 Kếthuận chương 39

'CHƯƠNG 2 _ XÂY DUNG CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH LŨ THIET KE CHO CONG ‘TRINH GIAO THONG KHU VỰC NGHIÊN CUU

lũ thiết kế 2.1 Cơsở lý thuyết của các phương pháp.

2.1.1 Phương pháp của Cơ quan bảo vệ thổ nhường Hoa Kỷ (SCS - CN)

2.1.2 Phương pháp mô hình quan hệ.

2.13 Phương trinh hồi quy

2.2 Cơ sở dữ liệu của các phương pháp tính thiết kể

22:1 Xây dựng cơ sở dữ liệu mưa2.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu mat dm

23 Kết luận chuong II

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THỪA

LŨ THIẾT KE CHO CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THONG.

3.1 Cơsởphân nhóm công trình thoát nước tong tính lũ thiết kế.

3.2 Tính thử nghiệm theo các phương pháp khác nhau.

3.2.1 Thong số tính toán của các lưu vực cầu tính thử nghiệm.

3.2.2 Tinh lũ thiết kế theo phương pháp SCS - CN3.2.3 Tính lũ thiết kế theo mô hình quan hệ.

3.24 Tính thiết kế theo phương trinh bồi quy tương quan

32.5 Tinh la theo pp Xokolopsky và CĐGH (TCVN 9845:2013)

3.2.6 Đánh giá kết quả tinh theo các phương pháp.

33 Đề xuấtphương pháp tính phù hợp,

3⁄4 Xây dựng chương trinh tinh là thiết kế cho các công trình giao thông3.4.1 Giới thiệu chung về chương trình tinh

34.2 Cấu trie của chương tinh tink

3.4.3 Hướng din sử dụng chương trình tin

3⁄5 KêLluận chương I

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ,

DANH MỤC CÔNG TRÌNH DA CÔNG BO

“TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH

Hình 1.1 Các phương pháp tỉnh lũ cho giao thông trén thể giới 8

Hinh 1.2 Các phương pháp tinh lũ cho giao thông ở Việt Nam 17

Hình 1.3 Sơ do tiếp cận nghiên cứu 23

1.4 Bản đồ khu vực nghiên cứu (wing Đông Bắc) 24

Hình 1.5 Bản đồ địa bình khu vực nghiền cứu (Tinh Bắc Kạn và Lang Son) 25Hình 1.6 Bản đồ các tuyến đường chính khu vực nghiên cứu

Hình 1.7 Bản đồ bổ tri các công trình thoát nước khu vực nghiên cứu

Tình 1.8 Nước chảy gây xói mái ta luy đương vì không có rãnh dọc tuyển [39] Hình 1.9 Tuyển đường nội tinh ở Lạng Sơn bị ngập năm 2013 và xối ta lay âm,

Hình 1.10 Nước lũ trần qua mặt đường

Hình 1.11 Cầu Sam Lang lúc khánh thành và bịlã cuốn trồi (sau bai thing sử dụng).35

Hình 1.12 Bản đồ các trạm khí tượng khu vực ne (Tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn) 36

Hình 2.1 Đường quá trình lũ đơn vị theo phương pháp SCS “4

Hình 2.2 Sơ đổ tin là thiết kế theo phương pháp SCS-CN 46

Hình 2.3 Sơ đồ tính lưu lượng thiết kế theo phương pháp mô hình quan hệ si

Hình 2.4 Đường di của các trận bão nấm 2012 và năm 2013 37Hình 2.5 Đường di của trận bão Utor năm 2013 37

Hình 2.6 Thành phố Lạng Sơn ngập trong nước lũ năm 2014 59

Hình 2.7 Dường di eta các trận bão năm 2014 và 2015 sỹ

Hình 2 Biển đổi lượng mưa ngày lớn nhất trạm Bắc Kạn và Bắc Sơn 63 Hình 2.9 Biển đi lượng mga ngày lớn nhắt tram Hữu Lũng và Lạng Sơn 63

Hình 2.10 Biển đổi lượng mưa ngày lớn nhất tam Ngân Sơn va Thất Khê 63

Hình 2.11 Ban đồ hệ số biển thiên lượng mưa ngày max (CV) vùng Đông Bắc 65

Hình 212 So đồ xây dụng IDF theo hàm mũ 68

Hình 2.13 Tương quan Xiu,ø¿.-Xiu se Xiggaa”Nsimae Bắc Kạn-Lạng Sơn (T=100) 69)

Hình 2.14 Tương quan Xu» s.„©Xeu o2 Xigpmua"Xiop ax Bắc Kạn: Lạng Son(T=100).69Hình 2.15 Tương quan Xiu,øuu= Xo¢h tỉnh Bắc Kan-Lang Sơn (T=100) 70Hình 2.16 Tương quan Xp „uc sai Xia uc Xovø,„ Bắc Kan-Lang Sơn (T=50).70

Hình 2.17 Tương quan Xu „ =Xey ax? Xi s5=Xiae„o Bie Kạn- Lạng Sơn (

Hình 2.18 Tương quan Xigemx°Xoss mx Bắc Kan-Lang Sơn (T=50)

Hình 2.19 Sơ đồ các bước xây dựng đường cong IDF (khu vực nghiên cửu)

Hình 2.20 Bộ đường cong IDF (Lang Son, T= 5 năm và T= 10 năm phút)

Mình 2.21 Bộ đường cong IDF (Lạng Sơn, T= 25 năm và T = 50 năm, phiit) 7

Mình 2.22 Bộ đường cong IDF (Lang Sơn, T = 100 và T = 200 năm, phút) 12.23 Bộ đường cong IDF tram Lạng Sơn và Đình Lập 8Hình 2.24 Ban dé đăng trị cường độ mưa (I-1-100) (Bắc Kan và Lạng Sơn) 80Hình 2.25 Đường cong IDF trạm Hữu Lũng thực do và tương quan hàm mũ 81

Hình 2.26 Phân bố lũy tích mưa 24h trạm Bắc Kạn và Bắc Sơn 82

Hình 227 Phân bổ lây

Hình 2.28 Phân fh miga 24h trạm Lạng Sơn và Ngân SơnHình 2.29 Phân bổ lũy ích mưa 24h tram Thất Khê

Hình 2.30 Sơ đồ các bước xây dựng bản đồ chỉ số CN

Hình 2.31 Bản đổ loại đất tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn

Hình 2.32 Ban độ hiện trang sử dụng dit tinh Bắc Kạn và Lạng Sơn

Hình 2.33 Bản đổ chi sé CN tỉnh Bắc Kạn và Lạng Sơn

Hình 2.34 Sơ đồ các bước xây đựng bản đồ hệ số đồng chày C

Hình 2.35 Bản đồ hệ số đồng chảy tỉnh Bắc Kan và Lạng Sơn (S > 6%).

Hình 2.36 Sơ đồ các bước xây dựng bản đỏ hệ số nhám Manning n,

Hình 2.37 Ban đồ hệ số nhám Manning tinh Bắc Kạn va Lạng Sơn

Hình 2.38 Ban đồ lưu vực cầu Bắc Khương

Hình 3.1 Bản dỗ lưu vực cầu Can

Hình 3.2 Bản đồ lưu vực cầu Bản Chất

Hình 3.3 Bản đồ lưu vực cầu Pie Ving

Hình 3⁄4 Bản đỗ lưu vục cầu Kỷ Lửa

Hình 3.5 Bản đỗ hiện trạng sử dụng

Hình 3.6 Ban đồng chiy và chi số CN lưu vực cầu Can,

Hình 3.7 Bản đỗ hiện trạng và chỉ số CN lưu vực cầu Bản Chit

Hình 3.8 Bản đỗ hệ số dòng chảy và hệ số nhám lưu vục cầu Bản Chất

Hình 3.9 Bản đỗ hiện trang và chỉ số CN lưu vực cầu Pie Ving

Hình 3.10 Ban dé hệ số nhám và hệ số dòng chảy C lưu vực cầu Pic Vang, Hình 3.11 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất và chỉ số CN lưu vực cầu Kỳ Lira

Hình 3.12 Bản đồ hệ số nhám và hệ số dng chảy lưu vực cầu Kỹ Lửa

Hình 3.13 Quá trình lũ thực do và tính toán tại Trạm Lạng Sơn (2008 và 2013)

Hình 3.14 Quá trình mưa và lũ thiết kế lưu vực edu Kỳ Lita và edu Đắc Ving

Hình 3.15 Quá tình mưa và l thiết kế lưu vực cầu Bán ChấtHình 3.16 Các bước tỉnh theo phương pháp CIA.

Hình 3.17 Tương quan giữa Q100 ~A và Q50-A ti Bắc Kạn - Lang SơnHình 3.18 Tương quan giữa Q25~A và Q1O~A tại Bắc Kạn - Lạng Sơn

Hình 3.19 Giao diện ban dau trên nền ảnh vệ tỉnh của Google map

Hình 3.20 Sơ đồ khỏi xây dựng chương trình tính.

Hình 3.21 Giao diện ban đầu của chương trinh tính trên nền bản đồHình 3.22 Kết qua tính lĩ cầu Can theo pp CIA (Trên nén ảnh vệ tinh)Hình 1 Bộ đường cong IDF các trạm khi T = 5 năm và T.= 10 năm

Hình 2 Bộ đường cong IDF các tram khi T = 25 năm vả T = 50 năm.Hình 3 Bộ đường cong IDF các trạm khi T = 100 năm và T = 200 năm.

Hình 4 Bộ đường cong IDF tram Thác Giéng và Chợ MớiHình 5 Bộ đường cong IDF tram Chợ Đền và An Tịnh

Hình 6 Bộ đường cong IDF tram Bằng Khẩu và Bằng L

ất và hệ số nhám lưu vực cầu Can,

Hình 7 Bộ đường cong IDF tram Bằng Phúc và Cốc Dán.

Hình E Bộ đường cong IDF tram Côn Minh và Đông LạcHình 9 Bộ đường cong IDF tram Dương Phong và Hảo NghĩaHình 10 Bộ đường cong IDF trạm Liên Thụy và Na Pac

Hình 11 Bộ đường cong IDE trạm Thuận Mang và Xuân Dương.

Hình 12 Bộ đường cong IDF trạm Xuân Lạc và Yên Hán.Hình 14 Bộ đường cong IDF trạm Yên Nhuận

Hình 14 Bộ đường cong IDF trạm Yên TinhHình 14 Bộ đường cong IDE trạm Vũ Loan

Hình 15 Bản đồ lưu vực cầu Khuổi Lu Hình 16 Bản đồ phân vùng mưa theo Da

inh 23 Biến đổi lượng mưa 6h và 12h lớn nhất trạm Lang SonHình 24 Biển đổi lượng mưa 1h và 3h lớn nhất trạm Hữu Ling

Hình 25 hiển đổi lượng mưa 6h và 12h lớn nhắt trạm Hữu Lang,

lượng mưa 1h và 3h lớn nhất trạm Đình Lập.

lượng mưa 6h và 12h lớn nhất tram Dinh Lập

i lượng mưa 1h và 3h lớn nhất trạm Chợ RaHình 29 Biển déi lượng mưa 6h và 12h lớn nhất trạm Chợ Ra

Hình 30 Biển đổi lượng mưa Th và 3h lớn nhất trạm Bắc Sơn

nh 31 Biển đổi lượng mưa 6h và 12h lớn nhất trạm Bắc Sơn

32 Biển đổi lượng mưa Th vi 3h lớn nhất trạm Bắc Kạn,

Tình 33 Biến đỏi lượng mưa 6h và 12h lớn nhất trạm Bắc Kạn.

Hình 34 Kết qua tính I cầu Đắc Ving theo pp SCS (Trên nén ảnh vệ tinh)

Hình 35 Kết quả tính lũ cầu Pắc Ving theo pp SCS (Trên nền ảnh v tỉnh)

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1 Tôm tắt các phương pháp tinh la thigtké cho giao thông ở My.Bảng L2 Bing thông kế các phương pháp tinh lũ thiết kế ở Đông Âu và NgaBang 1.3 Quy định vẻ tan suất lũ

Bing 1 Cc de tưng ki tượng rung bình nhiều năm

Bảng 1.5 Dòng chảy trang bình nhiỄu năm khu vực nghiên cứuBảng 1.6 Bảng phân loại cầu theo chiều di khu vực nghiên cứu

Bảng 1.7 Các sự cổ công trình giao thông khu vực nghiên cứ Bang 1.8 Các tram đo mưa thuộc tinh Bắc Kạn và Lạng Sơn.

Bảng 1.9 Các tram quan tric thủy văn thuộc tinh Bắc Kan và Lạng Sơn.

Bảng 2.1 Xúc suất bão, ATND có lượng mưa 24 giờ cục dại cic cấp (0)

Bảng 22 Xác suất bão, ATND có tổng lượng mưa theo cúc cấp (%9)

Bảng 2.3 Kết quả kiểm định xu thể lượng mưa ngày lớn nhất.

Bang 2.4 Bảng hệ số CV lượng mưa ngày lớn nhất vùng Đông Bắc,

Bảng 2.5 Bảng thông số ở các tram, tinh

Bang 2.6 Bang hệ số của phương trình đường cong IDF, I = a.D^

Bảng 27 Bảng hệ số của phương trình đường cong IDF I= a.D"

Bảng 2.8 Kết quả tính cường độ mưa theo hàm mũ cho khu vực nghiên cứu.

Bảng 2.9 Chênh lệch kết quả giữa hai đường cong IDF(%)

Bảng 2.10 Bảng so sinh kết quả tính theo luận én và TCVN 9845:2013 Bảng 2.11 Bảng phần trim sai số giữa kết quả tính theo luận án và TCVN

Bảng 2.12 Bảng phân loại các nhóm đất khu vực nghiên cứu

Bảng 2.13 Bảng thống kê hiện trạng sử dụng đắt trên khu vực nghiên cứu

Bảng 2.14 Bảng giả trị CN ứng với sử đụng đất và các nhóm đất (tham chiếu) Bảng 2.15 Bảng giả tị CN đổi với tình hình sử dụng đất và các nhóm đất

Bảng 2.16 Bảng tra hệ số đồng chảy C (nhôm A và B)Bảng 2.17 Bảng tra hệ số đồng chảy C (nhóm C và D)Bảng 2.18 Bảng tra hệ số nhầm Manning

Bảng 2.19 Kết quả tính các đặc trưng (lưu vực cầu Bắc Khương)

Bang 3.1 Các đặc trưng lưu vực (tính toán từ GIS) tại cầu Can.

Bảng 3.2 Các đặc trmg trưng lưu vực (tinh toán từ GIS) tại cầu Ban Chất

Bảng 33 Các đặc trmg trưng lưu vực (tinh toán từ GIS) tai CầuBảng 3.4 Các đặc trung trưng lưu vực (tinh toán từ GIS) tại Kỳ Lửa

Bảng 3.5 Các thông số CN, hệ số nhám và hệ số dòng chảy của cầu Can.

ic Vang,

Bảng 3.6 Các thông số CN, hệ số nhám và hệ số đòng chảy của cầu Ban Chit Bang 3.7 Các thông số CN, hệ ố nhầm và hệ ố đồng chy củ cầu Pic Ving

Bảng 3.8 Các thông số CN, hệ số nhám và hệ số đồng chay cia cầu Kỷ LitaBảng 3.9 Kết quả tính lưu lượng thiết kế theo phương pháp SCS-CN.

Bang 3.10 Kết qua tính lưu lượng thiết kế theo mô hình quan hệ.

kế theo phương trình hồi quy sol BB

kế Xokolopsky nộBảng 3.11 Kết quả tính lưu lượng thi

Bảng 3.12 Kết quả tính lưu lượng thi

Bảng 3.13 Kết quả tính lưu lượng thiết kế theo phương pháp cường độ giới hạn 120Bảng 3,14 Kết qua tính lưu lượng thiết kế theo 5 phương pháp khác nhau 120

Bang 3.15 Kiến nghị phương pháp tinh lũ cho công trình giao thông 123

Bảng | Bảng ‘a phương trình đường cong IDF, DẺ «ao 40Bang 2 Bảng hệ số của phương trình đường cong IDF, I= a.D" 140

Bảng 3 Các công tình cầu được tinh thử nghiệm trong luận ẩn 140

Bảng 4 Kết qua kiểm tra chỉ tiêu 2 tramLang Son (Gumbel) 140 Bang 5 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu x theo pp Gumbel (Thất Khê) 140

Bang 6 Kết quả kiểm tra chi tiêu 7° theo pp Gumbel (Bắc Kạn) „140Bảng 7 Kết quả kiểm ta chỉ tiêu theo pp Gumbel (Bắc Son) Hô

Bảng 8 Kết quả kiém tra chỉ tiêu theo pp Gumbel (Chợ Ra) 140 Bảng 9 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu 2 theo pp Gumbel (Ngân Sơn) 140

ĐANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT

AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials (Hiệp

hội đường cao tốc liên bang và quốc lộ Hoa Kỳ)

AASHTO - LRED Americanation of State Highway and Transportation

Officials - Load & Resistance Factor Design (Tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số tải sức kháng - Hiệp hội đường cao ốc lign bang vi quốc lộ Hoa Kỳ).

trọng và hệ

Cay hệ số ding chảy ứng với thời kỳ Hp lại T = 50 năm.

AR&R Australian Rainfall & Runoff

CTBD Cao Áp Thai Binh Dương

CN Curve Number

EVT 1 Extreme Value Type «I distribution

FHWA Federal Highway Adminisration (Cục liên bang đường bộ My)

GIS Geographical Information Systems (Hệ thống thông tin da lý)GTVT Giao Thông Vận Tải

GEV GunbeTs Exreme Value distributionHIND Hội tu nhiệt đới

EC-HMS Hydrologic Enginecring Center" Hydrologic Modeling System

IDF Intensity - Duration - Frequency (Cường độ mưa - Thai gin - Tân suất)

ID Identification (Mã ki hiệu)

MIKE Viện nghiên cứu ti nguyên nước Dan Mach

DHI Danish Hydraulic Institute (Viện Thủy lực Ban Mach)"NHI National Highway Institute (Vign nghiên cứu đường bộ Mỹ)

NRCS Natural Resources Conservation Service (Cơ quan bảo vệ tài nguyễn thiênnhiên - Mỹ)

PMP Probable Maximum Precipitation (Mua lớn nhất kha năng)

PME Probable Maximum Flood (Lũ lớn nhất kha năng)

QP Quy phạm

QP-TL € - 6-77 Quy phạm tính toán các đặc trưng thủy van thiết kế

SCS CN Soil Conversation service Curve Number (Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng -chỉ số đường cong)

TEN Tiêu chun ngành“TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

“TRSS Technical Release 55 (Tiêu chuẩn kỹ thuật 55)

‘TxDOT Texas Department of Transportation (Sở giao thông Bang Texas)

USGS United state Geological Survey (Cơ quan khảo sit địa chất Mỹ)

1 Tính cấp thiết của để tài

Giao thông được coi là huyết mạch của mỗi quốc gia, muốn phát triển đất nước cần

phải hoàn thiệvà hiện đại hệ thống giao thông Hàng năm nhà nước đã đầu tư rấtnhiều kinh phí cho phát triển giao thông trên toàn quốc Các tuyển đường được đầu tư

xây mới, ning cấp và mở rộng để đảm bảo giao thương kinh tế văn hóa các vùng trên

cả nước và quốc tế

'Với trên 2/3 diện tích của đất nước là địa hình đồi núi, theo thống kế của Bộ GTVT

đường miền núi chiếm hơn 70% km trong tổng km chiều dai đường bộ cả nước.

Đường miền núi chủ yếu cắp V, chỉ một số km là cấp III và IV cho nên các công trình.

thoát nước như cầu, cổng vã rãnh thoát nước chưa được chứ trọng tung thiết kế và xây

ng, việc tính toán thy văn thủy lực còn bạn chế

“rong những năm gần đây, việ tiết kế đường 6 tô đã chuyển từ tiêu chuẩn 22 - TON,

- 4054 - 85 sang 22 - TƠN - 4054 - 98, 22TCN - 4054 - 2005 và các tiêu chuẩn tỉnh

toán lũ thoát nước cũng chuyển từ 22TCN - 1995, 22TCN 273 - 01; 22TCN 273 - 05

sang TCVN 9845:2013 vịcác yêu cầu kỹ thuật sao hơn, các tuyển đường cin cạo

theo tiêu chuẩn mới để tăng mức độ an toàn chạy xe nhằm đáp ứng chiến lược an toàn

giao thông quốc gia và năng cao hiệu quả vận ái

Việt Nam là quốc gia nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa với ch độ mưa lũ

rit khắc nghiệt và đường như mức độ đó ngày cảng tăng lên do biển đổi khi hậu toàn

cầu làm cho các cị1g trình giao thông thường bị hư hong nặng né Các hư hong của hệ

thống đường bộ có nhiều nguyên nhân như: chế độ khí hậu có sự thay đổi đáng kế và sa thé ngày cảng de ligt; do các nguyên nhân địa chất, nin móng và có thể do công tác

xây dựng, vn hành và bảo dưỡng Tuy nhiên trong các nhóm nguyên nhân kể trên thì

xắn để ảnh hưởng của mưa, lũ là nguyên nhân chỉnh gây tác động đăng kể tối cúc hư hỏng của công tình Các hư hỏng thường kể đến như hiện tượng sat ở ta luy dương, âm, trôi cầu cống, hỏng mé trụ đều do nguyên nhân tính lũ thiết kế chưa đúng hoặc

chưa phủ hợp.

Trong TCVN 985:2013,"Tiêu chuẩn tính toán đặc trưng dòng chảy lũ" (được biênsoạn dựa theo QP-TL C - 6 - 77) đã giới thiệu mộiphương pháp tính lũ thiết kế từ

mưa rào như Cường độ giới hạn, Xokolopsky, phương pháp của trường Đại học Xây

dựng Các phương pháp trên do các tác giả Liên Xô (ci) xây dựng và đã được đưa vào

sử dụng ở nước ta Tuy nhiên, các công thức này có nhiều thông số được xác định

trong điều kiện của nước Nga, khi đưa vào quy phạm tính toán của Việt Nam dù đã

được hiệu chỉnh nhưng trong điều kiện rất thiểu số liệu nên chưa được chuẩn hóa: có

những thông số rit khó xác định, với phạm vi thay đổi quá lớn, dẫn tới kết quả tính

oán có độ chính xác không cao, ty thuộc vio quan điểm lựa chon thông số của mỗi

người sử dụng và hậu quá là rủi ro hư hong công trình cũng tăng lên.

Khó khăn chính trong tính toán lũ thiết kế cho công trình giao thông ở Việt Nam li

thiểu các tài liệu từ các đặc trưng lưu vực, đắt đai, lớp phủ, đặc biệt là mưa và dòng chiy thực đo thời đoạn ngắn thường chỉ có tải liệu mưa ngày, tuy nhiên khối lượng

cũng rất hạn chế Vi vậy, luận án “Nghiên cứu sự biến động của mưa lũ và đề xuất co

sở Khoa học tin lũ cho công nh giao thông vàng mit Đông Bc - Việt Nam” mà

"nghiên cứu sinh (NCS) lựa chon là rit cắp thiết và có ý nghĩa khoa học

Kết quả của luân án là cơ sở khoa học dé xuất các phương pháp tính lũ thiết kế đơn giản với độ tin cây và mức độ ôn định cao hơn phục vụ xây đựng các công tình thoát

nước trên đường, góp phần cập nhật và xây dựng qui trình tính hợp lý cho công tác.

day tụ, bảo dưỡng và nẵng cấp các công trình hiện có, cũng như xây dựng các côngtrình mới an toàn, giảm thiểu các thiệt hại cho các công trình giao thông

2 Mục tiêu nghiên cứu2.1 Mục tiền nghiên cứu

Nghiên cứu những biến động của mưa ñ, chỉ tết hóa mưa và mặt đệm, xác lập cơ sở

khoa học tính lũ tiết kế cho công tinh giao thông

2.2 Câu hỏi nghiên cứu

~ Dựa trên tiêu chi nào để lựa chọn phương pháp tính lũ thiết ké đang được sử dụng ở các nước tên tin trong trường hợp không có tả liệu thực đø? (tẻ lời câu hồi tính cắp

thiết, những hạn chế của cách tính hiện nay),

~ Cơ sở khoa học nào ding tính đặc trưng mưa và mặt đệm trong điều kiện thiểu tài

liệu mưa thời đoạn ngắn, chỉ tiết hóa mặt đệm dé ứng dụng các phương pháp tính lũ đã

lựa chọn? (tra lời câu hỏi bằng việc dánh giá biến động mưa theo không gian và thời

gian, xây dựng phương trình chuyển đổi mưa thời đoạn dài thành thời đoạn ngắn)

- Các phương pháp nào có thé được ứng dụng để tính thử nghiệm cho các công trình.

thực tế)

~ Những tổn tại và hướng giải quyết trong công ác iấết kế các công trình thoát nước

cho công tinh giao thông? (Tr lời câu hỏi bằng việc xây dụng các bản đồ chuyên

«ding, quy trình cập nhật các thông số mặt đệm).

- Bằng cách nào có thể ích hợp được cơ sở dữ liệu trong chương trnh tính lĩ nhằmthuận tiện trong tính lũ thiết kế?

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cửu của luận án gồm bai tinh Bắc Kạn và Lạng Sơn nằm trong vùng

núi Đông Bắc - Việt Nam;

- Đối trợng nghiên cứu là mưa và lũ thiết kế phục vụ xây dụng các công tình thoát

nước nằm trên các quốc lộ QL3, 3B, 279, 3, 4A, 4B, 1A thuộc khu vực nghiên cứu.

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu đề ra, tác gid đã thu thập các số liệu, tả iệu cin thết, tiến hành

nghiên cứu tổng quan những biến động về mưa lũ (mưa sinh lũ), các phương pháp tính.

lũ thiết kế cho công trinh giao thông ở trong nước và trên thé giới từ đó lựa chọn

hướng tiếp cận phủ hop, vita mang tính kế thừa vừa đảm bảo tinh sing tạo trong

nghiên cứu,

Các phương pháp được sử dụng trong luận án bao gồm: i) phương pháp phân tích, thống kê, kế thừa có chọn lọc các tải liệu đã c nhằm tập hợp, đánh giá những biến

thám,động về mưa lồ trong khu vực nghiên cứu; ii) phương pháp phân tích ảnh vi

GIS phục vụ mô phỏng lưu vực trong các mô hình toán và xây dựng các bin đỗ chyên

8 làm cơ sở khoa học cho c phương pháp tính lũ kiến nghị; ii) phương pháp mô

hình toán, tính toán thử nghiệm làm cơ sở cho việ kiến nghị các phương php tính lũ

thiết kế phù hợp cho các công trình giao thông Khu vục Đông Bắc Việt Nam 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

(Qua tình phát triển dân sinh kính té 6 Việt Nam hiện nay đồi hỏi phải ning cắp và xây mới hàng loạt các tuyến đường giao thông huyết mạch, đặc biệt là các tuyến đường

giao thông miền núi vi vậy kết quả nghiên cửu của luận án có ý nghĩa thực tiễn cao vì

đã giải quyết những khó khăn hiện nay trong tinh toán thủy văn, thùy lực hiện nay Việc nghiên cứu biển động của mưa lũ cho khu vực Đông Bắc và xác lập cơ sở khoa

học tính lũ thiết kế cho c‘Ong trình giao thông ở khu vực này có ý nghĩa khoa học

trong vi tiếp cận với những phương pháp tính toán hiện đại và tiện lợi làm tiền đề

cho việc xây dựng một quy trình tính toán phù hợp với điều kiện của Việt Nam trong

tương lai gần.

6 Những đóng góp mới của luận án.

~ Luận án đã có đồng góp mới về phương pháp luận và cách tỉnh mưa lũ thết kế cho

núi, nơi có rất ít

công trình giao thông, mưa thời đoạn ngắn

~ Luận án đã khái quất hóa những kết quả tính toán cho toàn khu vục mién núi Đông

Bắc Việt Nam, giúp cho các kỹ sư thiết kế có thể tra cứu dé dàng 7 Chu trúc của luận án

"Ngoài phần Mỡ đầu, Kết luận và kiến nghị, luận án được trình bay trong 3 chương:“Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu tính lũ thiết ké cho công trình giao thông,

“Chương 2: Xây dựng cơ sở khoa học tính lũ cho công trình giao thông vùng núi Đông

Bắc - Việt Nam.

“Chương 3: Tính thử nghiệm và đề xut phương pháp ính lũ cho công tình giao thôngvùng núi Đông Bắc - Việt Nam.

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE NGHIÊN CỨU TÍNH LŨ THIẾT KE

CHO CÔNG TRÌNH GIAO THONG

LAL Các nghiên cứu về anh lũ tide kế trên thế git

Đồng chảy lũ là đặc trưng quan trọng trong tính toán thiết kế các công trình, bởi vậy

tính toán lũ là một vấn đề đặc biệt được quan tâm nghiên cứu Lũ thiết kế là trận lũ được sử dụng trong thiết kế công tình có trạng thái bắt lợi, độ lớn phụ thuộc vào cấp

sông trình và được quy định bởi từng quốc gia Lũ thiết kế bao gồm đình lũ, tổng

lượng và quá trình i, Hiện nay, tinh lũ thiết kế phân thảnh hai nhóm: phương pháp

trực iếp (phân tích thống kê xắc suất) và phương pháp gián tiếp (phân tích mưa và mặt

đệm) Việc tính lũ thiết kế trải qua một quá trình dai nghiên cứu mang tính kế thửa và.

phát triển nhằm chính xác và hiện đại hóa phục vụ xây dựng các công trình an toin

trong mùa mưa lũ đặc biệt trong điều kiện biển đổi khí hậu hiện tại Một số nghiên cứ

về lũ thiết kế điền hình có thể kể đến như;

Chow (1964), Shaw [1] là cuồn số tay tính toán thủy văn có để cập đến phương pháp tính toán lũ thiết kế phụ thuộc vào điện tích lưu vực và tình trạng số iệu: đối với lưu

‘vue lớn, đủ số liệu thì dùng phương pháp ngẫu nhiên (thống kê xác suit), đối với lưu

vực nhỏ dùng phương pháp md hình quan hệ, đường lĩ đơn vị và quan hệ hưu lượng,

với diện tích và thời gian

‘Chow, Maidment (1988) [2| là tải liệu cơ bản nhất có đề cập đến tính toán thủy văn và các đặc trưng thủy văn thiết ké như quá trình thu phóng, lựa chọn mưa thiết kế và

xây dựng đường cong IDF, biểu đồ mưa thiết kế dạng đường cong tích lũy 24h, ước

tính thai gian mưa giới hạn inh toán lượng mưa lồn nhất khả năng (PMF, các bản đồ

đẳng trị mưa với các thời gian mưa, D = 5 - 60 phút hay 30 phút - 24h cho các thời kỳlập lại T = 1 - 100 năm Các phương pháp chuyển đổi mưa hiệu quả và xác định dòng

chảy thiết kế gồm đinh lũ, tổng lượng và qua trình lũ thiết kế ding để thiết kế công trình thoát nước, mô phỏng vùng ngập lụt, thiết kế hỗ chứa, sử dụng và quản lý tài

nguyên nước Đối với thoát nước, Chow cũng giới thiệu phương pháp tinh It cho hewvực vừa và nhỏ theo mô hình quan hệ với A là diện tích lưu vực, 1 là cường độ mea, C

1à hệ số ding chảy Ngoài ra các đường là don vị cũng được dé cập sử dụng cho các

shew vực vừa và nhỏi

Vijay (2002) [3] trình bày các mô hình toán ứng dụng để tính lũ cho lưu vực lớn vàcác lưu vực nhỏ Đối với các lưu vực nhỏ các mô hình ứng dụng trình bảy 15 mô hình

đại diện trên toàn thể giới VỀ lý thuyết cơ bản để xây dựng các mô hình đều là những

kiến thức ứng dung từ các tải liệu của Chow hay Maidment.

Raghunath (2006) [4] là tàêu về nguyên lý thủy văn, tình bày các vẫn đề về tính

thủy văn vũng Tapti, An độ (miễn trang An độ) Phin tính là thiết kế gồm tổng lượng lũ, dinh lũ, tin suất lũ, ác suất rủi ro với cúc phương pháp đề xuất như: Đường lũ đơn

vi tức thời, mô hình Nash, mô hình Clark, đường lũ đơn vị SC , nd quy tuyển tính,

phân tích thắng kê xác suất, mô hình toán, tính lũ tại vị trí không có s

theo phương pháp hồi quy đa biến.

"Ngoài các ti liệu cơ bản đã nêu, còn có rất nhiễu cúc tả liệu nghiên cứu liền quan đề

sập đến các phương pháp tính lũ thiết kế trên thể giới VE cơ bản, lý thuyết tập trungđồng chảy hay phương thúc chuyển đổi mưa hiệu quả vẫn như những tà liệu rên, tuy

nhiên từ hai thập ky trở lại đây với sự phát triển vượt bậc của công nghệ máy tính, kỹ

thuật viễn thám và GIS cho phép các nhà khoa học phân tích và thử nghiệm, cập nhật những công nghệ hiện đại nhằm chính xác hỏa các tham số mã các phương pháp trước

đây chưa xây dựng được.

1.1.2 Các nghiên cửu về nh lã thiết kế ở Việt Nam

Một số các tả liệu điễn ình đề cập đến tính lũ thiết kể ở Việt Nam như:

Quy phạm QP.TL €-6-77 (1977) [5] trình bảy phương pháp tỉnh toán các đặc trưng.

thủy văn cin thiết cho việc thiết kế các công trình thủy lợi trên các sông không bị ảnh

hưởng của thủy tru ở Việt Nam Các đặc trưng thy văn được hướng dẫn tính trong

cquy phạm này bao gdm: lưu lượng bình quân năm, lưu lượng lớn nhất, lưu lượng nhỏinhsự phân phối đồng chảy năm, các loại mye nước thiết kế và các thông số khác,

Khi tính lũ phục vụ thiết kế các công trình trên sông trong trường hợp đủ số liệu thì

tiến hành phân tích tin suất, trong trường hợp không có số liệu thì sử dung các công

thức kinh nghiệm như: công thức Cường độ giới hạn cho lưu vực có diện tích nhỏ hơn

6

ết giảm và Xokolopxky cho lưu vực có 100 km’,ích

“Cho đến nay quy định về phương pháp tính la thiết kế vẫn chủ yếu dua trên quy phạm

nay nên có một số bắt cập như các bang tra không được cập nhập; việc xác định một

số thông số vẫn phụ thuộc vào kính nghiệm và chi quan của người tính toán

Đỗ Cao Đàm và nnk (1990) [6] đã xuất bản cuốn Thủy văn công trình, trong tài liệu 6 tình bày cích tính 1a thit ký, các phương pháp này chủ yết

pháp đã được đề cập trong QP-TL C - 6 - 77

ing là các phương,

Lê Đình Thành (1997) [7| đã nghiên cứu tim ra khả năng và điều kiện ứng dụng phương pháp tinh mưa lớn nhất khả năng (PMP) va lũ lớn nhất khả năng (PME), từ đó kiến nghị một tiêu chuẩn tính lũ thiết kế hợp lý hơn cho điều kiện Việt Nam Kết quả nghiên cứu đã đề cập một cách chỉ tiết đến các phương pháp cũng như tính lũ liên aan đến lũ ớn nhất khả năng, uy nhiên đối với công inh giao thông mức độ và tea

chỉcũng như tính chất của công trình nếu xét theo bài toán này cần phải có nhữngnghiên cứu cụ thể hơn nữa trong tương lai

Lê Văn Nghinh (2000) [8] đã biên soạn cuỗn Nguyễn lý Thủy văn diy cũng là một

tải liệu quan trong đề cập đến tỉnh toán các đặc trưng thiết kế như déng chảy năm, tháng, lũ, kiệt và mực nước thiết kế Các phương pháp tính lũ thiết kế cũng bao gồm.

các phương pháp nằm tong QP TL C - 6 T7 Tuy nhiên, liệu chủ yết sập dén

đồng chây thang và năm thiết kế phục vụ cho xây dựng và vận hành hỗ chứa.

Bộ môn TV&TNN (2003) |9| đã biên soạn cuốn Thủy văn thiết kế, đây cũng là tài

liệu quan trong dùng dé tính toán các đặc trưng thiết kế công trình Tuy nhiên các

phương pháp và cách tiếp cận cũng dựa trên nền của QP.TL C - 6 - 77.

Phạm Ngọc Quý và nnk (2005) [10] đề

cảnh báo dự báo lũ vượi thiết kể - Giải pháp tran sự cố” đã tiến hành xây dựng phần

nghiên cứu khoa học cấp Bộ: “Nghiên cứu

mềm tính lã thiết kể, Phin mém này cho phép tinh Ii theo tin suit thiết kế đựa vào các

công thức kinh nghiệm trong QP-TL C - 6 - 7 nêu trên, phương pháp tinh lũ đơn vị

SCS tính lũ lớn nhất khả năng PME theo phương pháp thống kế của Hasteld, Tuy

nhiên phin mềm này cũng chưa có sự cập nhập mới nào về bảng tra.

Ha Văn Khối và nnk (2012) [11] đã

công trình (ấn phẩm đầu.

nhật và cho ái bản cuốn giáo trình Thủy vănên được xuất bản năm 1993) gầm 2 tập trong đó Tập 1 trình

"bảy các phương pháp tính toán lũ thiết kế Về cơ bản các phương pháp tính toán đều theo QP.TL C - 6 - 77, tuy nhiên cuốn giáo trình có cập nhập và giới thiệu thêm các kỹ

thuật mới sử dụng trong tính toán lũ thiết kế như mô hình toán thủy văn bao gồm các

mô hình thủy vănđịnh tinh toán đồng chảy từ mưa, các mô hình lũ đơn vị,

Ngô Lê Long và nnk (2015) [12] trong đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước

“Nelcứu cơ sở khoa học đề xuất các biển trong,

biển đổi khí hậu, nước biển ding ở Việt Nam vả giải pháp phòng tránh, giảm nhẹ thiệt

hại” đã tiến hành nghiên cứu và để xuất phương pháp tinh lũ thiết kế cho các công

trình hồ chứa có xét tới tác động của biến đổi khí hậu Nghiên cứu cũng đã xác lập

được cơ sở khoa học và thực tiễn của các tiêu chuẩn thiết kế lũ được đề xuất trong điều

kiện biến đổi khí hậu, nước biding ở nước ta dim bảo an toàn, an sinh xã hội.

1.2 Tổng quan tính lũ thiết kế cho công trình giao thong

Việc tinh 10 phục vụ thiết kế các công trình giao thông trên thé giới được nhiềnhàkhoa học quan tâm nghiên cứu Qua tìm hiểu và phân tích ctải liệu liên quan, có tphân các phương pháp tính lũ thiết kế cho các công tình thoát nước trong giao thôngnói chung thành hai nhóm chính: i) nhỏm các phương phip sử dung ở các made Nhật.

phương Tây và Mỹ và i) nhôm các phương pháp sử dung ở các nước Đồng Âu, Nga

Phân Nam Nga, Nhật Anh, Úc

tích hap, An độ (Ha trons )

mì Tông tan gạo CC Wat6BI—)

anh) Tơ tên thể “er {method JHình 1.1 Các phương pháp tính la cho giao thông trên thé giới

12.1 Tính ã thi kế ở các nước Nhập phương Tây và Mỹ +4) Các phương pháp tỉnh lồ thiết kể ở Nhật bản

Tính lũ thiết kế ở Nhật được dé cập trong nl

tả liệu tính toán thủy văn ở các hướng

dẫn, quy phạm, quy chuẩn thế ing trình; một trong những tải liệu cơ bản mang

tính pháp lý được sử dụng nhiễu cho ngành giao thông là: Hướng dẫn tính thủy văn

thủy lực - Hướng dẫn vả tiêu chuẩn kỳ thuật cho các dự án thiết ké (phẩn kiểm soát 10)

[13], [14] Nội dung của tài liệu đề cập đến việc sử dụng phương pháp mô hình quan

hệ cho những lưu vực có diện tích A < 20kmỶ (dùng đường cong IDF cho các vùng có sổ liệu mưa, trường hợp không có số liệu mưa thi có thể sử dụng tử vũng có điện ich A> 100km), Đối với các lưu vực A > 20km” ngoài phương pháp mô hình quan hệ côn sử dụng đường lũ đơn vị và phương trình lượng trữ Tại các công trình có số liệu là

thực đo sử dụng phương pháp hổng kẻ ác suất tho lý thuyết của Bulletin (1982) với

tu cầu tối thiểu n> 10 năm do đạc.

+) Các phương pháp tính lũ thiết kế ở Anh,

Tinh 10 thiết kế được trình bày trong Hướng dẫn thiết kế cầu đường Tiêu chuẩn kỹ thuật của Cơ quan đường bộ quốc gia [15], [16] hoặc nhiễu tai liệu khác, ở đây các phương pháp cũng phân theo diện tích: đối với diện tích lưu vue nhỏ (A < 20km”) và

không đủ số liệu đo đạc lũ thi sử dụng các công thức đơn giản từ mưa (mưa năm), diệntích lưu vực và các chỉ số về dit; còn đối với trường hợp nhiều số liệu lũ thực đo thi

tinh theo phương pháp thông kế xác suất +4) Các phương pháp tinh li thiết kế ở My

“Các phương pháp ding tính lũ thiết kế trong giao thông ở Mỹ thường được để cập

trong các tà liệu như: [17] Hướng dẫn tinh thoát nước trên đường (AASHTO) [I8];

Tài liệu giới thiệu mô hình toán thay văn HEC; Thủy văn đường bộ (FHWA) [19],[20}; Hướng dẫn kỹ thuật (TR55) hay các tiêu chuẩn thiết kế [21], [22] [23] [24]:Nhìn chung, các phương pháp này được chia thành hai nhóm: i) Đồi ving rộng lớn, có

số liệu thực đo sử dụng phương pháp thông kê xác suất với các phân bố như Log Normal, Pl, Gumbell ii) Đắt với vũng không cổ số liệu thì đựa vào đặc tính của

ving để tinh theo các phương pháp như: mô hình quan hệ đường lũ đơn vị tổng hợp

SCS: các phương trình hồi quy ving và hồi quy theo USGS (ding trong quy hoạch).

Ngoài ra, phương pháp TRSS (mô hình WinTR55) thường ding để tính lũ cho lưu vực

nhỏ A(F) < 65km” cho kết quả khá tốt Do điều kiện số liệu đầy đủ chỉ tiết mặt đệm nên ở Mỹ xây dựng rit nh

toàn quốc, lượng mưa thời đoạn dai (đ > 1h) được chuyển đổi thành lượng mưa thời đoạn ngắn hơn (d < 1h) Các phương pháp được tôm tit trong bảng sau:

mưa và

bảng tra, bản đồ cường độ mưa thiết kế trên

Bang 1.1 Tôm tit các phương pháp tinh lũ thiết kế cho giao thông & Mỹ

Phương pháp | Tôm tit yéu cầu của phương pháp yêu cầu

TDMö hình quan hệ | * Lưu vực nhỏ (A < 1.3 km) * Te thời gin tập trung đồng

hy (hy* Thời gin tập trung dng chiy Te < th

* Mưa phn bổ du theo không gan va | "A PH ch eu vục kn’)

thôi gian * Chg số ding chây

* Dang chiy tin trên bề mặt là chủ yêu | *I cường độ mưa (manh)* Lượng trữ tong kênh không đồng kể

2) Phương trình hồi | Diện ích hưu vực giới hạn tổng vinguy vàng USGS

ôn ích uw vực A (Km)

* Giá trị định Mã do điều kiện tự nhiên | * Mưa trung bình năm P( mm)

hi Ming dịu túc độn ch cc up co qg độc ly

"khác Thường dùng trong quy hoạch Đ cao (độ Be uu vực)

3) NRCS Luu vực vừa vinhd A <65 kes? | * Ma 2h

4)TRSS * Phân bỗ mưa da fH IA, HH

* Đồng chấy gầm chiy trân và chấy | * Chỉ sổCN

tong lệnh “Tran

* Điễn toán ong kênh đơn giản "

5) Đường 1b đơn vị | * A 04-2500 kn? * Bản đồ đẳng tị phân bồ mưa

ich A (kn)

* Quan hệ mưa và đồng chay là yến | * Chiu đãi ow vực L đem m)

‘in * Chiều dai lea vực Le (km m)

* Biểu đồ 10 don vi tổng hợp,6) Phương pháp | * Lưu vực vừa và lớn số team do đạc, số | *n > I0 năm,

thông kệ: Log PHI, | liệu đẩy đủ

* Thời gian mưa và sường độ mưa đều

* Số hệnH,

Bllntin I7B weg

7) Chuyén adi _—_| Lu vue wane we = QA (i) và A; (km)

+) Các phương pháp tính lũ iất kế ở Úc Phuong pháp tính lũ thiết kế được đề cập

10

trong các tai iệu như các văn bản hướng dẫn tính toán thoát nước các tiêu chuẩn, các

nghiên cứu, kiến nghị Các phương pháp tính lũ bao gồm: phương pháp mô hình quantệ cho lưu vực nhỏ với hệ số dong chảy cho vùng nông thôn và đô thị với mức độ lặp.

lại khác nhan (Cs) cho nông thôn, Cụ cho đô th, Trong đó, điều kiện ứng đọng mô hình quan hệ là diện tích A < 25 km” (nông thôn) và A < Ikm” (đô thi), Cường độ mưa

thiết kế ADF) được p trong hệ thống dữ liệu cường độ mưa lớn nhất của Viện khí

tượng và thủy văn quốc gia của NewZealand và của Cục khí tượng Úc (Ban ofMeteorology).

+) © Columbia, theo ti liệu đại biễu như "Hướng dẫn và tiêu chuẩn thiết kế cầu”,

(2007) đã trình bày tính lũ theo cỡ lưu vực, đối với lưu vực có diện tích thoát nước A >

20 km? diing các phương pháp: phan tích tn suất tram - thống kê xác suất (Các phân phối xác suất được sử dụng gồm EVTI, Log Normal, Log Pearson II): phân tích tần suit vũng (hồi quy vũng): mồ bình quan hệ Đối với diện ích lưu vue nhỏ và đồ thị A

Môi số nghiên cứu tiêu

thông ở Mỹ, Anh, Úc, Nhật như sau:

ác phương pháp tính lũ thiết kế choing trình giao

Richard H.Me Cuen (2002) [25] biên soạn tải liệu hướng dẫn tính lũ thiết kế cho công trnh giao thông ở Mỹ Tải liệu để cập cách tip cận, phương pháp và điều

kiện áp dụng tong thiết kế các công trình thoát nước qua đường bộ Trong đó để cập

phương pháp tính mưa thiết kế h riêng cho vùng có va không có tram; Các

phương pháp xác định đình lä thiết kế bao gm thdng ké xác suất theo Gumbel và log

Pearson Ill, phương tình hat quy, phương pháp SCS - CN, mổ hình quan hệ Cúc

công thức kinh nghiệm để xác định lưu lượng đỉnh lũ và các đường lũ đơn vị dạng

phân tích và tổng hợp để xác định quá trình lũ thiết kế: các công thức xác định thời

gian tập trung đồng chảy Te

DPWH(2002) [26] đã biên soạn "Hướng dẫn và tiêu ch

la kỹ thuật ở Nhật bản,

phần phân tích thay văn thiết ké Nội dung tinh toán thủy văn gdm: quá tình Khảo sit, điề tra, phân ích mưa và ding chủy (tram đại biểu) Số liệu yêu cầu để tính lũ bao gồm mưa ngày, mưa giờ, biểu đổ mưa thiết kế theo hình hình thé thời tiết, mực

nước lớn nhất ngày, lưu lượng lũ tự ghi, quan hệ HQ Trong đó, phương phíp tắt định dling để xác định lũ thết kế trong trường hop không có số gu đo đạc Phần tính mưa.

thiết kể, tài liệu đã trình bay cách xây dựng và ứng dụng đường cong IDF dùng tính lũ theo công thức mô hình quan hệ trong trường hợp A < 20km”, trong trường hợp không dđủ số liệu mưa có thể lấy đường cong IDF của lưu vực tương tự có số liệu, Đôi với dign tích lưu vực A > 20km thi tính theo các bước: Ung dung GIS xây dựng lưu vực

với bản đồ địa hình 1:50.000: tính mưa thế kế trung bình bao gồm lượng mưa trung

binh năm lớn nhất, lượng mưa trung bình theo thời kỳ lặp lại theo phương pháp số học,

da giác Thessien; lựa chọn phân bố mưa điễn hình và thiết lập đường corlũy tíchign hù cho mỗi thời khoảng; Tính lũ thiết kế theo các phương pháp mổ hình quan

"hệ, đường lũ đơn vị và phương trình lượng trữ:

USACE - AED [27] có trình bày hai phương pháp tính lũ thiết kế gồm đường lũ don

ví (SCS) nã mổ lành quan hệ, rong đỏ để cập đến các yễ chính cần xác định gồm

bộ đường cong IDF của mưa 24h (hoi kỷ lặp li T = 10, 20 và 50 năm), hệ số dong

chảy C, thời gian tập trung dòng chảy Te và các đặc trưng lưu vực (diện tích, chiều

dải độ đốc)

Engineers Australia (2006), (2013) [28], [29] tai liệu Hướng dẫn tinh mưa - dòng chảy phần tên thất ở Uo, để cập chỉ tết rong ARR, các phương pháp tính lã thiết kế:

mô hình quan hệ với hệ số dong chảy được thiết lập theo thời kỳ lặp lại Cạ, Cs, Cau,

Cu các giá trị này đều tính theo Cụ: Phương pháp mô Hình quan hệ, mô hình toán

(RORB) Trong đó phương pháp mô hình quan bệ và chỉ số lũ dùng cho lưu vực nhỏ.

(A < 50 km), con phương pháp RORB thi ứng dụng cho A> 50 km?, Đường quá trình lũ thết kế được xây dựng bằng phương pháp RORB cho lưu vực lớn, côn đối với lưu

vự nhỏ phải sử dụng đường quá trình lũ điễn hình.

Bruce (2007) [30] đã tổng quan các phương pháp tinh lũ thiết kế va xác định khâu độ.

thoát nước qua công trinh cổng và cầu nhỏ trên đường ô tô ở Mỹ, từ năm 1911 các

Hiệp hội đường (AREMWA) dũng 6

công thức tính diện tích thoát nước và 21 công thức cho lưu lượng định lũ thiết kế

nhân viên báo ti và kỹ sư đường sắt của Mỹ

năm 1962, Chow đã xây dựng 12 công thức tínhtích thoát nước và 62 công.

thức tinh lưu lượng lũ thết kể, Tuy nhiên chi một vải công thức được ứng dung rộng

12

rãi đành cho ngành cầu đường Mỹ như: Băng Dun (Duns table), công thức Myers và

Talbot để tính diện tích cần thiết thoát nước và công thức của Burkli Ziegler để tính

lưu lượng định lũ Bảng Dun được phát triển bởi James Dun, một ky sư trưởng của.

đường sắt Atchison, Topeka và Santa Fe, phiên bản đầu tiên năm 1890 và bản cuối

cùng năm 1906 Công thức Myers được kỹ sư đường sắt, E.T.C Myers phát triển đầu

tiên vào năm 1879 có dang A = CVD với A diện tích thoát nước và D là diện tích lưu vực, C là hệ số phụ thuộc vào điều kiện mặt đệm Công thức Talbot được xây dựng.

năm 1887 do giáo sư A.N Talbot của đại học Illinois với điện tích thoát nướcthiết

bao gồm: A= C.D3⁄4, Công thức tính lưu lượng lũ do Burkl - Ziegler, một ky sư

người Thuy Sĩ xây dựng năm 1880; Công thức dạn q = CIL, Lễ với 4 lưu lượn lũ

đơn vị (efvire); C là hệ số đồng chảy có giá trị từ 0.31 đến 0,75; là cường độ mưa (inh); S là độ đốc lưu vực; A là điện tích lưu vực(areres) Phương pháp mô hình quan hệ theo Dooge (1957) (thực tế được xây dựng bởi Thomas Mulvany 1851) để tính toán lũ thiết kế với công thức Q = C.LA Đến nay phương pháp đã cải tiến vì thêm thời khoảng lap lại và tin suất mưa (TR40) Ngoài ra, Các phương pháp như phân tích tin

suất lũ theo Bullentin 17, phương pháp mô hình quan hệ và SCS theo TR55 cũng được.

giới thiệu và ứng dụng trong các thời đoạn tiếp theo Phương pháp BPR của Cục giao

thông công chính năm 1950 xác định la thiết kế theo thời khoảng 5, 10, 25 và 50 cho lưu vực nông thôn và nhỏ hơn 1000 arces ở Đông vả trung Mỹ Phương trình hồi quy vùng ứng với tin suất lũ xây dựng năm 1960 do USGS thay vì sử dụng đồ thị để tra

như trước đây Những phương trình hồi quy nảy được ứng dụng rộng rãi tính lũ cho.

'vùng nông thôn ở Mỹ.

Va còn rit nhiều các nghiên cứu khác nữa cũng để cập đến các vấn để nảy, tuy nhiên.

nội dung cũng tương tự như các phương pháp đã nêu ở phần rên,

Kết luận, từ tổng quan các phương pháp nghiên cứu cho thấy, phương pháp mổ hinkquan hệ và đường lĩ đơn vị SCS được sử dụng hầu hết ở các nước Nhật, phương Tây

và Mỹ dùng để thiét kế công tinh giao thông Điều nảy chứng tỏ, mức độ tin cậy và

tính hiệu quả của các phương pháp.

1222 Tinh ta thi ké ở các nước Đông Âu và Nea

Cie phương pháp tính lũ thiết kế được để cập chủ yếu trong các ti liệu và quy tỉnh,

tiêu chuẩn ở Nga bao gồm

Quy trình BCH 63-67,"Quy trình khảo sit và thiết kế công trinh vượt sông trên đường sắt và đường 610° uy tà th BCH 63-67) trình bày các phương pháp tinh đặc trưng lũ

thiết kế trong điều kiện thiểu số liệu thực đo là các phương pháp Cường độ giới hạn, Xokolopsky Phương pháp cường độ giới han được xây dựng dựa theo lý thuyết tập trung ding chảy dang tông quát là: Qp = K.a„.œ,„F với K là hệ số chuyển đổi đơn vi; a, là cường độ mưa ứng với thai đoạn lớn nhất a, là hệ số dng chảy: E là diện tích lưu

vực Con phương pháp Xokolopsky là dang công thức thé ích.

kế CH 435-72 (1972) thững chỉ dẫn về xác định các đặc trưng

thủy văn tính toán" đã tình bảy một số phương pháp tinh toán lưu lượng thết kế từ

mua và mặt đệm trong trường hợp thiếu số liệu thực đo lũ, các phương pháp tinh toán.

đồng chảy lũ đề cập đến như: phương pháp Cường độ giới hạn, phương phấp Xokolopsky cho trường hợp thiếu số liệu thực đo Các phương pháp nay chính là các

phương pháp giới thiệu trong QP.TL C - 6 - 77 và TCVN 9845:2013 ở Vi

Bapkov V.F., Andreev O.V (1972) xuất bản cuốn Thiết kế đường 6 tô, nội dung của

cuốn sich phần tỉnh toán thủy văn thiết kế trình bày các phương pháp tính lũ thiết dối với trường hợp không có s liệu thực do bao gồm các phương pháp Cường độ giới

hạn, Xokolopsky tương tự như trong TC CH 435-72,

Paôdonhekov B.F (1978) "Tinh toán dòng chảy cực đại trong thiết kế các công

tình đường ô 16" Trình bay phương pháp tính lũ thiết kế cũng bằng phương pháp “Cường độ giới hạ, Xokolopsky trong trường hợp thiểu số ligu Ngoài ra, còn rất nhiều

nhà khoa học wy tin của Nga nghiên cứu xây dựng theo các dạng khác nhau, điễn hình

như Kocherin; Protodiakonov; Bephan; Alekeeev Có thể tm tit các phương pháp sử

‘dung ở các nước này như bảng sau

Bang 1.2 Bảng thống kê các phương pháp tính lữ thiết kế ở Đông Âu va Nga

Phương pháp — | Tóm tit yêu cầu cia phương pháp Sốlệu yêu cầu

1) Thống kế ác | * Có trạm đo đạc mye nước và lưu | * S8 liệ lũ thục đo (Q) (20), (a)

sult lượng lũ

* Dong chy do mưa rào* Lan vue lớa

* SỐ liệu đải, tin ey, đồng nhất,

glu nhi: n> 30 năm.

3) Lưu vực tương | * Đẳng nhất về địa hình và khí hậu - | * Digm ic lưu vụ A (he)

* Trạm tương tự *.ÁAi

3) Cường độ giới | * Dig ich A < 100 km * Điện ch lưu vực A (km)

han " 5

* Mưa đồng đề trên lưu vực * Hệ số đồng chảy, 0,9

* Curing độ mơ không đổi * Mo dn nh l lớn nhấ, Ap

* Đông chảy được sinh hoàn toàn | * Lượng mưa ngĩy thế kế, Hap

sắc điện ch ấp nước co vàn

* Hệ số ao hồ đầm ly, ð* Tân suit mưa bằng tn suất đồng

4) Xokolopsky | *DiệntEhlwuveA>I00kmẺ | + HESS dng hay,* Dưỡng cong ti gảm mưa * Hệ số hình dạng lũ, £

* Lưu lượng sông tớc lữ * Dig ch lu ve, (km)

* Lượng mưa thiết kế Hin từ W, | * Lớptổn thất ban dt, Ho (mm)* Thời gian 1 lên bằng thời gian tp | * Hệ số ao hồ đầm lầy 8

trung dòng chả

gay * Thời gian I lên T thị

* Tân uất mưa bằng tổn suất

* Lượng mưa ngày, Hp’

12.3 Tĩnh thi kế ở Việt Nam

1.2.3.1 Quy đình về cấp đường và ẩn suất lĩ tế kế

Cong trình giao thông ở Việt Nam được quy hoạch và xây dụng theo các tuyển phục vụ giao thương giữa các tỉnh thành va các nước trong khu vực Quy định cấp đường.

dura vào một độ phươngsino thông (lưu lượng phương tiện đi lạiđường),những nơi tuyển đường đ qua như đô thị hoặc vùng trọng yếu xây đụng theo cấp cao

(0,11 HH) còn như ving nông thôn, vùng đổi núi hay trang du là đường cấp thấp AV, Y, VD, Các tuyển đường cỗ yêu cầu tỉnh l thết kế và cổ báo cáo thủy văn, thủy

lực (sau năm 1995), đặc trưng thủy văn thiết kế quan trọng là mực nước đỉnh lũ và lưu.

lượng dinh la giá tri này ding để xây dựng cầu, cổng, rãnh thoát nước Những nơi

không có đủsố liệu thì inh lũ thiết kế từ lượng mưa Ingày max và đặc trưng mat đệm

Đường miễn núi chiếm 70% tổng số km đường trên toàn quốc được thiết kế với cắp IV, V và VI với tần suất lũ 2 - 4% các hang mục thoát nước không đầy đã hoặc không

di năng lực thoát nước Các phương pháp tính phụ thuộc vào điện ti„ảnh trạng sốHiệu thủy văn và mức độ quan trọng của công trình Đối với cầu lớn và cầu trung

(chiều dài cầu L > 25m) và có nhiều số liệu thủy văn thì tinh lưu lượng thế kế theo

phương pháp thống kế xác suất: ngược lại nếu không có số liệu thủy văn thi tính theo

phương pháp Xokolopsky Đối với lưu vực nhỏ, các công trình thoát nước trên đường

như cầu nhỏ, cổng và đường trin thường đồng các công thức kink nghiệm hoặc bin

kinh nghiệm như: công thức Cường độ giới hạn, Triết giảm Tin suất thiết kế công

thiết kế cầu 22 TEN 272 - 01

va tiêu chuẩn thiết kế đường 6t6 22 TCN 273 -O1 [21] [31]trình thoát nước trên đường giao thông theo tiêu chu

Bang 1.3 Quy định về tần suất lũ

Cấp đường

Loại công trình

Đường cao ức, cấp | tràm w Nền đường Nhu đổi với cầu nhỏ và cổng

Cầu lớn và cầu trung i100 110 150

Chu nhỏ và cing 1100 150 125

Rãnh 125 125 125

Ghi chú: 1 Đổi với các cầu có khẩu độ Le >10m và các kết cấu vĩnh cửu thi tin suất

ấy bằng 1:100 và không phụ thuộc vào cắp đường II Déi với đường ning

tính toán

sắp cải tạo nếu có khó khăn lớn về kỹ thuật hoặc phát sinh khối lượng lớn thì cho phép: "hạ tiêu chuẩn về tin suất lũ tính toán nếu được sự đồng ý của cơ quan có thẳm quyền.

12.3.2 Cúc nghiên cứu v tính lĩ hắt kế

‘inh lũ thiết kế cho công tinh giao thông ở Việt Nam phụ thuộc vào diện tích lưu vue,

tình trạng số liệu thủy văn và mức độ quan trọng của công trình (cắp công trình) Có thể phân thành hai nhốm: i) nhóm phương pháp phân tích thống kê và i) nhóm phân

tích nguyên nhân hình thành (hình 1.2);

= ae

CC | Nhan | + Quan L mâm | > sen |

— “=3

Hình 1.2 Các phương pháp tính lũ cho giao thông ở Việt Nam

i) Nhóm phương pháp thống kê xác suất khi có nhiều số liệu đo đạc lũ (các phân phổi

gốm Log Pearson IIl, Pearson Ill, Krisky - Mennkel) Hiện nay, có nhiều phin mềm

vẽ đường tin suất được xây dựng để tinh các tham số thing kê nhằm tăng độ chính xác

và tiên dung Tuy vậy, các công trình giao thông phần lớn đều có vị tí tai các sông, suối không có số liệu 1ũ thực đo để ứng dụng phương pháp thống kê xác suất

ii) Nhóm phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành, gồm các công thức kinh

nghiệm theo Liên xô cũ (1-1): (1-2): (1-4) và các công thức kinh nghiệm xây dựng cho

từng vùng:

+ Công thức Cường độ giới hạn cho lưu vực F< 100 km?

Qp = Pps Hap F.3: ay

+ Công thức Cường độ giới hạn cho lưu vực nhỏ F < 30 km?

Qp = 16,67 a,p-F.p.dy d2)

"` = el as)

++ Công thức Xokolopsky cho lưu vực F > 100 km”

“—==._` 4)

“Thực t, công thức Cường độ giới hạn (A < 100 km?) là công thức tính định lũ theo

cường độ mưa lớn nhất giới hạn trong khoảng thời gian tập trung dòng chảy Các côngthức đều cần các bảng tra như: Bảng tra hệ số dòng chảy; bảng tra thời gian tập trung,

đồng chảy; bảng ta mô dun định lũ ứng với tin suất tiết kể, bảng tra hệ ố tri giảm ao hỗ, dim lẫy, bảng ra hệ số nim sườn dốc và lòng sông Công thức Xokolopsky thuộc nhóm công thức th ích phụ thuộc vào lượng mưa thời đoạn, lớp nước tôn thit

ban đầu (Hạ), hệ số hình dạng biểu đồ lũ và các thông số mặt đệm khác Các phương.

pháp khi áp dụng ở Việt Nam cho đến nay bộc lộ rit nhiều hạn chế.

Một số nghiên cứu điển hình có để cập đến tính lũ thiết kế cho công trình giao thông &

Việt Nam bao gồm:

Mai Anh Twin (2003) [32] là uận án tin sỹ nghiên cứu v8 các hạnh tong tính

thủy lực thủy văn, é tong ngành giao thông, tác giả đã thống kể các hư hong trên đường giao thông và đánh giá nguyên nhân xây ra sự cỗ Có nhiều nhóm nguyên

nhân được đề cập như: do địa chất, kết cấu và thi công và do thủy lực thủy văn Với

những nguyên nhân này, tác giả đ kết luận một số vn để côn hạn chế trong tính thủy

Ie thủy văn như: việc quy định tần suất 1 các hệ số, các bảng tra và các vấn để liên

«quan đến tích nước trước cổng và khẩu độ Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu mới dừng ở

việc ting kết những nhược điểm của phương pháp tính toán thủy văn, thủy lực chưa

đưa ra lời giảithích hay cách khắc phục một cách tiệt 8

‘Trin Đình Nghiên (2003) [33] trình bảy những thông tin cơ bản và cập nhật nhằm dap ứng nhu cầu của sinh viên, các kỹ sư, học viên cao học trong lĩnh vục xây dựng sông trình cầu, đường nói riêng và co sở hạ ting nói chung khi giải quyết vẫn để ác

động tương hỗ giữa công trình và dng sông, đây một tài liêu cập nhật các kiến thie

18

thuỷ lực, động lực học dòng sông và (huỷ lực công tinh cả

mộtcông thức mới của các nước, Các phương pháp mới dừng &

phương pháp cho người đọc

"Nguyễn Quang Chiêu & Trần Tuần Hiệp (2004) [34] đỀ cập đến việc điều tra khảo

sát thủy văn, tính toán lưu lượng nước, chọn loại cống, cầu nhỏ, xác định khẩu độ cầu.

nhỏ, cổng đường trần, tinh toán các thiết bị tiêu năng, tinh xói hạ lưu các cầu cổng

Trong tải liệu này có trình bày đến phương pháp tính lũ theo công thức đơn giản của

Bônđakôp (Nga), phương pháp được cho là tiện dụng đối với công trình thoát nước nhỏ Tuy a hiện nay cũng còn nhiều vẫn để chưa được cập nhật Bộ GTVT, Số tay tính toán thủy văn - thủy lực cầu đường (2006) [35], [36], [31]

Do nhóm kỹ sư thuộc Vụ khoa học công nghệ, Bộ Giao thông Vận tải viết về cách tínhn, trong điều

thủy văn, thủy lực cho các công tinh giao thông trong các điều kiện về địa hình và tài

liệu khác nhau Cúc công thức vẫn chủ yéu dựa theo QP-TL C - 6 - 77 với các bằng tra

43 được xây dựng từ những năm 80 trở về trước, được áp dụng theo quy phạm của

‘Nga hoặc xây dựng trong điều kiện chu: ‘con ngắn, đến nay vẫn chưa được cập.

nhập Các phương pháp mới chỉ mang tính giới thiệu chứ chưa có quy tinh inh và cậpnhật theo các kỹ thuật hiện đại.

Nguyễn Xuân Trục (2009 [37] dé cập theo hai vấn dé lớm: Đối với công tình vượt qua sông subi lớn (chu lớn và cổng), đề xuất công thức tính toắn lưu lượng và mực

nước thiết kế, xói lỡ ông cu và thương hạ lưu cu, ảnh hưởng nước ding khu vee

sầu, đề xuất cao trinh cầu, đường dẫn theo các công thức của Liên xô và công thức thực nghiệm Déi với công trinh vượt qua sông suối nhỏ (cầu nhỏ và cổng) tác giả để xuất công thức tính lưu lượng tử lượng mưa thiết kể Các công thức chính là các công thức thực nghiệm của Liên xô cũ có điều chính các tham s6 Thực tế, cho đến nay các

sông trình đều tính theo các phương pháp nêu trong tà liệu này

Doin Như Thái Dương (2012) [38] (Luận văn thạc sỹ), cũng chỉ ra các sự cổ trên

đường miễn núi sau mưa lồ và đưa ra các giải pháp thiết kể thiết kể nhằm giảm thiêu

những ảnh hưởng của mưa lũ đến công trình giao thông Giải pháp chỉ mang tinh cải

tiến về mặt xây đụng

Nguyễn Tiến Cương (2012) [39] (Luận văn thạc sỹ), đã đề cập về thực trang công trình giao thông thuộc tỉnh Hòa bình về những sự cổ sau mưa lũ: sụt trượt, x64 16 công.

tình cầu cổng, công trình thoát nước và xác định nguyên nhân tác động là do nước

m, từ đó đề xuất các biện pháp công tình nang cao hiệu quả khai th,

Trong tính thir nghiệm, vẫn sử dụng các phương pháp tinh lũ thiết kế theo TCVN.

9845:2013 ĐỀ ải mới chỉ là đưa ra giải pháp nhằm nẵng cao năng lực của công trình

chứ chưa nghiên cứu chí tiết về phần tính lũ và đề xuất phương pháp tính lũ thiết kế

cho công trình giao thông.

Nguyễn Anh Tuần (2014) (40] (Luận án tiến sỹ ky thuậ0, đã tỉnh lại Hap (lượng

tượng điển hình trên toàn quốc và mưa ngày lớn nhất ứng với tn suất) tại 14 trạm kí

tọa độ đường cong mưa cho 1 - 1440 phút tại một số trạm trên phục vụ cho công tác

tinh lưu lượng bằng công thức cường độ giới hạn Trong luận án có nghiên cứu ey thể việc inh đặc trưng mưa ngây cho các tram điễn hình, tuy nhiễn mới dừng lạ ở phần

tính toán đặc trưng mưa mà chưa cụ thể được phương pháp tính 10 cho công trình giao

thông cho ving nghiên cứu,

1.3 Những hạn chế trong tính lũ thiết kế cho giao thông ở Việt Nam

ết kế cho Qua nghiên cứu, phân tích và đánh giá tổng quan cho thấy tính toán lũ t

công trình giao thông ở Việt Nam có một số hạn chế như:

i) Hiện nay, việc chon tin suất mới dựa vào cắp đường mà chưa xét đến các điều kiện

bit lợi khác như điều kiện tự nhiền và khí tượng thủy văn của ving xây dựng công trình dẫn đến tình trang công trình không đủ năng lực và gặp nhiễu sự cố Điễn hình như lũ 2014 trên toàn tỉnh Lạng Sơn (lũ ich sử năm 1986, 2008, 2014) tắt nhiều tuyển

đường bị hư hong phải sửa, các taluy bị sat lở, đường bị ngập nhiều giờ gây deh tắc

giao thông, công trình edu công bị hư hỏng nặng nề

ii) Việc tính la thiết kế mới chú trọng xác định dịnh Ki mã chưa xét đến tổng lượng lũ (0W) din đến tổng lượng nước đổ dồn vào công trình, không kịp thoát (khẩu độ nhỏ),

tạo hiện tượng ích nước ở hượng lưu đối với các công nh, tạo ấp lực kh gây hông

mỗ cầu cổng hay dui cổng, mặt đường bị phá hai bên thân cổng [32].

iit)chuẩn 22TCN-220-95 [31] được xây dựng trong dig

lic bẩy giờ côn it, không có điều kiện kiểm nghiệm, nên hướng tiếp cận là sử dụng các

kiện tả liệu quan trắc

20

công thức chủ yêu từ Liên x6 cũ với phương pháp và các bing tra chưa được cập nhật dẫn đến sai số trong tính toán

~ Việc tra hệ số dòng chảy (phụ thuộc vào.p đất, diện tích lưu vực và lượng

mưa) Cơ sở Khoa học của bảng tra nảy rit hạn chế vi bản đổ loại dt vả thảm phủ thực vat đều là các bản đồ giấy, được xây dựng từ lâu, nhất là cho khu vực Đông Bắc, Đặc

khô xác định

biệt en lưu vực có nhiều loại đất và thảm phú sẽ long chảy

~ Việc tra thời gian chay truyền trên sum dốc (phụ thuộc vào hệ số địa mạo.

sườn đốc và vũng mưa) với hệ dia mạo sườn đốc phụ thuộc vào cấp đất, vùng mơa và các đặc trưng lưu vue: Các thông số này déu khó xác định chỉ tiết với cách tính truyền thống.

- Việc tra mô dun đồng chảy theo tin suất (mô dun dòng chảy lớn nhấ) phụ

thuộc vào (thời gian chảy trên sườn dốc; hệ số địa mạo lòng sông; vùng mưa); bảng tra

đã được xây dung từ lầu với điều kiện số liệu rit hạn chế chuỗi số ngắn Vũng mưa

rong lớn quy định không rõ, ắt khó xác định chính xác vũng mưa của lưu vực hoát

~ Việc tra tọa độ đường cong triết giảm mưa phụ thuộc vào vùng mưa, thời đoạnmưa, thoi gian tập trung dỏng chảy, trong đó thời tập trung dòng chảy phụ thuộc vào.

điều ki của lưu vực; bảng tra này cũng được xây dựng từ lâu trong điều kiện hạn chế

về số liệu, chuỗi số liệu để xây dụng ngắn dẫn tính chính xác không đảm bảo Vùng trưa qué lớn, các kết quả tính mưa thiết kế sẽ bị thi lớn hoặc thiên nhỏ.

~ Việc tra hệ số nhấm sườn dốc (n) (phụ thuộc vào hiện trang sử dụng đất, ý lệ

cây cö); Tra hệ số nhám lòng sông (phụ thuộc vào đặc điểm của lòng sông); Tra hệ số

trất giảm do ảnh hưởng của ao hd (điện tích ao hd đầm lầy) Các hệ số này cũng rất

khó xác định.

Kit luận, các bảng tra là cơ sở khoa học của các phương pháp tính li thiết kế cho công

trình giao thông hiện tại đã cũ, chủ yếu sử dung từ các nghiên cứu ở Liên Xô cũ và

được xây đựng từ số liệu rất hạn chế ở Việt Nam (bản đồ ti lệ nhỏ, chuỗi số iệu quan

trắc ngắn), khả năng hỗ rợ trong tinh toán còn theo cách truyền thống, chưa cập nhập

sắc công cụ hiện đại nên kết quả không tránh khỏi những sai số không mong muốn và

phụ thuộc nhiễu vào kinh nghiệm người tính.

1.4 ĐỀ xuất hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

“Từ những hạn chế rong các phương pháp tín lũ cho ngành giao thông ở Việt Nam, và

tu điểm trong một số phương pháp tinh lũ thiết kế đang được sử dạng ở các nước

phương Tay, Nhật và Mỹ (Tính ưu việt bởi khả năng cập nhật thông tin liên tục về bẻ

mặt và việc sử dụng các mô hình toán các kỹ thuật viễn thim và hệ thông thông tin địa lý (GIS) hỗ trợ tính toán), luận án đã lựa chọn hướng tiếp cận các phương pháp nghiên cứu tỉnh là thiết kế (Mô hình quan hệ, SCS-CN và hồi quy vùng) cho các công

trình thoát nước cho khu vực ving núi Đông Bắc như minh hoa trong hình 1.3

i) Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, điều kiện ứng dung và yêu cba số iệu (các thông số cin xác định) của các phương pháp lựa chọn (chi tết ở mục L4);

ii) Nghiên cứu đặc trưng mura (mue 2.2.1) gồm biển động của mưa lồ thông qua thông kê và đánh giá các inh thể hồi tiết gây mưa lĩ trong khu vựe; sự biển động của mưa

lũ theo không gian và thời gian Trong đó, phương pháp Mann - Kendall và Sen được.

sử đụng để đánh giá sự bin động của mưa theo thai gian, phương pháp phân tích tin suit, xây dựng các bộ đường cong IDF (Cường độ mưa - Thời gian mưa - Tần suit

cho các tiêu vũng khác nhau trong khu vục cũng như chuyển déi (chỉ tết hóa) mưa

ngày thành mưa thời đoạn ngắn Kỹ thuật Viễn thám và GIS được sử dụng để cập nhập

các số liệu mới từ ảnh vệ tinh va phân tích không gian để đánh giá sự biến động của mưa theo không gian và xây dựng các bản dỗ ding trị về biển đổi lượng mưa, hệ số

biển đổi lượng mưa CV theo không gian trong khu vực nghiên cứu;

) Nghiên cứu phân tích diễu kiện mat đệm của khu vực Đông Bắc (mục 2.22) bao

gốm nghiên cứu phân tich các đặc trưng hình thải của iễu lưu vực thoát nước qua cầu,

"nghiên cứu xây dựng bản đồ chi số CN, bản đỗ hệ số đồng chảy C, bản đỗ hệ số nhám

Manning và các bảng tra phụ trợ, kỹ thuật Viễn thám và mô hình phân tích không gian.

trong GIS được sử dụng dé tận dụng ưu điểm của dit liệu không gian và khả năng cập.

nhật nhanh những a liệu này khi áp dang thực tế;

iv) Tính toán thir nghiệm, đánh giá kết quả: phân tích cơ sở và các điều kiện áp dungquất các phương pháp phù hợp cho từng loại công trình

Í <HÿsốdôngchyC - Đường là đơn vị ĐiểnehlmvwA

1 -cuing 48 mai = Dign ic inte A ~ Độ độ hu vue $ 1

{Í-Bôndieue || Tahoma id: | Xung | X& | Nự

N Đấng CC | cGiuthama ain’ | eto am | vang

Tiên gọi sỗ || ng hinh đớiđopn || ties | hang | dồn || “Shae

ev a weraic | CN tong sam

1 -Điển đồngtheo || + Cường độ mưa trưng lưu chấyC

Y) Xây dựng chương trình tính nhằm tích hợp tat cả các kết qua đạt được cùng với quy trình hướng dẫn tính toán lũ thiết kế cho các công trình giao thông thuộc khu vực vùng núi Đông Bắc với mong muốn chương trình này giải quyết được một số hạn chế trong tinh toán hiện nay, đồng thời để mở cho phép người dùng tiếp tục cập nhật và hoàn

thiện các phương pháp tính (mục 3.4).

15 Tổng quan vỀ khu vực nghiên cứu

15.1 Đặc điểm tự nhiên

ISL Vịmiđịa lý

‘Theo phân chia trước đây, vùng Đông Bắc nước ta gồm các tỉnh như Cao Bằng, Lang

‘Son, Bắc Giang, Bắc Ninh, Quảng Ninh, Hai Phòng Trong nghiên cứu nay, vùng Đông

Bắc được giới hạn bởi các tinh Hi Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Lạng Sơn, Thái

Nguyên, Bắc Giang, Quảng Ninh Lio Cai, Tuyên Quang, Yên Bái Đông Bắc tiếp giáp với Trung Quốc ở phía bắc và phía đông, phía Đông nam trồng ra vịnh Bắc Bộ, phía Nam giới hạn bởi day núi Tam Dao và vùng đồng bằng châu thé sông Hing.

”

1.5.1.2 Đặc diém địa hình

‘Vang Đông Bắc la khu vực có địa hình đồi núi đốc cao, vực thẳm, chia cắt mạnh, lại

nằm trong những tâm mưa lớn, trong mia mua lũ tinh trang sat trượt núi, cất đứt

đường, làm trdi cầu giao thông xây ra khả nghiêm trọng Hai tinh Lạng Sơn va Bi Kan thuộc ving núi Dông Bắc với 80% diện tích đồi núi có địa hình thay đổi lớn như: "Địa hình vùng núi cao, địa bình ving đổi núi thấp, địa bình núi đá vôi, địa hình thùng Tăng kiến tạo - xâm thực Ở day là vùng đầu nguồn của các con sông lớn với độ dốc

phức tạp tạo điều kiện hình thành các trận lũ quét, lũ ống hay lũ cực hạn nếu diễn biến.

về thám phủ bị thay đổi theo chiều hướng xấu đi Chiếm phần lớn là diện tích núi,

có nhiều day núi cao ở phía Tây, đặc biệt dãy Hoàng Liên Sơn, chạy dọc theo hướng Đông Bắc - Tây Nam, ở phia Đông lại có những dãy núi cao chạy theo hình cảnh

củng, phía đồng

bằng làm cho địa hình của Đông Bắc chia cắt phức tạp Dưới đây là bán đồ chỉ tiết về

dia hình thuộc hai tỉnh nằm trong phạm vi nghiên cứu của luận án (Hình 1.5). ông thời có nhiều con sông, subi bắt đầu nguồn từ núi cao đổ xì

BAN ĐÔ ĐỊA HÌNH KHU VỰC NGHIÊN CUU

Hình 1.5 Bán đồ địa hình khu vực nghiên cứu (Tinh Bắc Kạn và Lạng Son)

15.13 Đặc điểm địa chất thổ nhường

Sự hình thành cũng như quá trình phát sinh của lớp v6 thé nhường có mỗi liên quan

chật chẽ với đá và khoáng chất hình thành thổ nhưỡng Có khoảng 20 phân vị dia ting,

có tuổi Cambri đến Đệ Tú Dat đá chủ yếu rong các phân vị này như sau: Đá granit (thuộc nhóm đất macma a xít có him lượng SiO, rit cao), đắt được hình thành từ loi đá này thưởng có thành phần cơ giới nhẹ, ting mỏng, độ phì nhiêu thấp:

© Đá Andézit (là loại đá thuộc nhóm macma trung tinh chưa nhiều loại khoảng,

chất, đây là loại đá dễ bị phong hóa cho lớp phủ thé nhưỡng day, thành phin cơ giới năng, cấu trúc tơi xếp.

© Nhóm dé trim ích gồm 6 loi dé và các mẫu đất:

¥ Bai vôi, Đá granit; Đá phiến sét; Đá cát: Đá Macma trung tính; Sản phẩm

bồi tụ:

Y Nhóm đất nâu đỏ; Nhóm đất nâu vàng; Nhóm dat xám feralit; Nhóm đất

xám mùn trên núi; Nhóm đất phủ sa chua, phèn tiềm tả 1g và x6i môn mạnh tro sỏi đá

[41] Trong đó: Nhóm dat feralit đỏ n thạch sét, phiển sa vaing phát triển trên đá phi

biển chit Loại đắt này thường có khả năng git nước kém, ý lệ sắt trong dit cao, giầu

canxi Nhóm đắt feralit đỏ vàng phát triển trên đá macma a xít, phân bố tập trung ở

sườn một số dãy núi nằm ở phía Tây và Tây Nam khu vực; độ dày ting đắt vào loại trung bình và mỏng Nhóm đất phát tiển trên đá kiềm (đá vôi, đá bazic), loại đất đá ốt, thích hop cho trồng cây nông nghiệp ngắn ngày, gid chất canxi, nhưng độ đây không đồng đều và thiểu nước mặt, loại dất phát triển trên đá giầu chất dink dưỡng, độ dày thường sâu Nhóm dat phù sa, phát triển trên phù sa cổ tập trung ở phần hạ lưu sông, đắt có ting sâu diy, nhưng bạc mầu

1.5.2 Đặc điễm khí trọng thay văn

a) Đặc điểm khí tượng.

Vang Đông Bắc là nơi lập trung tâm mưa lớn của cả nước như tâm mưa Bắc Quang,Móng Cái, Đình Lập Mùa mưa ở khu vực Đông Bắc từ tháng V đến tháng IX, lượng.mưa chiếm từ 75 - 80% tổng lượng mưa năm, tháng có lượng mưa lớn nhất là thang

6

VII và thắng VHI với lượng mưa phân bổ én 300mm thing Các tâm mưa lớn xuất

hiện ở những ving núi cao đôn gió mùa im, như ở dãy núi Tam Đảo ở hữu ngan sông

Công (tên 2600mm), dãy núi Yên Tử (trên 2000mm), vùng Bắc Quang, Đình Lập,

Méng Céi, Mia mưa vào các thing V - IX, có năm sém hơn từ thing IV Lượng mưa

ngày lớn nhất đã quan trắc được ở một số trạm như sau: Tại Binh Lập: 306,4mm ngày

14/7/1911 Tại Bắc Kan: 456,Imm ngày 17/10/1984.

Tinh Bắc Kạn và Lang Sơn nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với đặc trưng

t độ

trung bình năm là 20.22°C, cao nhất là 32°C, thấp nhất là 1.6°C [41] Gió mùa đã Khí hậu miễn Bắc 6 mia đông lạnh, mưa it; mùa hè nóng ẩm, mưa nhiễu, N

gây ra hiện tượng mưa mùa vả phân hoá theo không gian Lượng mưa trung bình năm bình quân khoảng 1,084 mm, phân bổ không đều theo vũng và theo mia Mùa mưa từ

tháng IV đến tháng IX có mưa nhiều, lượng mưa chiếm khoảng 80 - 85% lượng mưa

cả năm Độ âm không khi trung bình hàng năm vào khoảng 82,0% Có 2 hướng gióchính là gió Đông Bắc thô từ tháng XII đến tháng IV năm sau và gió Đông Nam thổitừ thing V đến thing XI Nơi diy cũng có các thing mùa hạ mưa lớn, mưa tập tung

dể gây 1a lũ ống, la quết, xói môn đất đai [41], Các đặc trmg trung bình nhiễu năm có thể nêu tóm tắt trong bảng sau:

Bang 1.4 Các đặc trưng khí tượng trung bình nhiễu năm

TT | Cácdietag ‘Trang inh nim | Caonhất | Thấpnhất

+ | Me 1000-1510mm — | 3000mm | 00mm

3 | Do am 84% 90% 61%

4 | Bốchơi 1535mm, 3332 | 6838 4 | Hướng gió thịnh hành | Đông Bắc, Đông Nam

‘Negus Tang tân Tie liệu Khí trơn thu văn, Bộ TN&MT 2013) và [55]

by Đặc điểm thuỷ văn

Kết quả của các nghiên cứu [7], [9], [11] cho thấy: nguyên nhân gây lũ lớn ở các sông khu vực min Bắc rit phúc tạp do tổ hợp của nhiều loại hình thời tt, Mùa lĩ thường