NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THAM SỐ VỀ MƯA GÓP PHẦN HOÀN THIỆN CÔNG THỨC TÍNH LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THAM SỐ VỀ MƯA GÓP PHẦN HOÀN THIỆN CÔNG THỨC TÍNH LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎTRÊN ĐƯỜNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM1 LỜI MỞ ĐẦU I. PHẦN MỞ ĐẦU 1.GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN Luận án đề xuất phương pháp đánh giá hiệu quả đầu tư giao thông đường b ộ v ề m ặt kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu và có sử dụng kinh tế lượng vào đánh giá hi ệu qu ả đ ầu t ư giao thông đường bộ về mặt kinh tế xã hội trên địa bàn khu vực duyên hải Nam Trung Bộ. Luận án phân tích, đánh giá thực trạng hiệu quả về mặt kinh tế xã hội của đầu t ư phát triển hệ thống giao thông đường bộ khu vực duyên hải Nam Trung Bộ nhằm đ ề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả đầu tư về mặt kinh tế xã h ội c ủa giao thông đ ường b ộ trong khu vực duyên hải Nam Trung Bộ. 2. SỰ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Nguyễn Anh Tuấn

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THAM SỐ VỀ MƯA GÓP PHẦN HOÀN THIỆN CÔNG THỨC TÍNH LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM

Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Mã số: 62.58.30.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2014

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề nghiên cứu.

Ngày nay, mạng lưới giao thông ngày càng mở rộng, khu đô thị, khucông nghiệp phát triển với tốc độ nhanh Chúng đòi hỏi có công thức tínhtoán lưu lượng thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ đơn giản, dễ tínhtoán và có độ chính xác chấp nhận được

Trong những thập kỷ gần đây, Việt Nam bị ảnh hưởng nghiêm trọngcủa hiện tượng biến đổi khí hậu, làm gia tăng các hiện tượng khí hậu cựcđoan, ảnh hưởng đến chế độ mưa ở nước ta Do vậy ảnh hưởng đến cácthông số về mưa sử dụng trong tính toán lưu lượng thiết kế công trìnhthoát nước nhỏ trên đường Qp Việc sử dụng các thành quả nghiên cứucác dữ liệu về mưa trước đây trong tính toán Qp trở nên giảm độ tin cậy,

bị sai số lớn, gây phát sinh các hư hỏng cho công trình, đình trệ giaothông, tăng chi phí duy tu sửa chữa, ảnh hưởng đến môi sinh,

Điều này thấy rất rõ ngoài thực tiễn như: hiện tượng hư hỏng cáccông trình thoát nước nhỏ trên đường do mưa lũ ngày một gia tăng, hưhỏng có thể xuất hiện ngay sau khi hoặc chỉ sau một vài năm đưa tuyếnđường vào sử dụng; hiện tượng tích nước ở thượng lưu làm ngập úngruộng đồng, làng mạc ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp thường hayxảy ra ở miền Trung hiện nay sau khi xây dựng xong các con đường;hiện tượng ngập úng đường phố sau các cơn mưa lớn ở một số đô thị củanước ta gây khó khăn, xáo trộn sinh hoạt và sản xuất, Rõ ràng, còn cóvấn đề tồn tại, nổi lên là vấn đề xác định các tham số về mưa trong côngthức tính Qp công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay

Từ những đòi hỏi cấp thiết như trên, luận án được chọn nghiên cứu

2 Mục tiêu nghiên cứu.

- Nghiên cứu lý thuyết, phân tích được bản chất, đề xuất đượcnguyên tắc, phương pháp, công thức xác định các tham số về mưa dùngtrong các công thức tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nướcnhỏ trên đường trong điều kiện Việt Nam

- Vận dụng vào thực tiễn: trước mắt, do chưa có đủ điều kiện nên đặtmục tiêu xác định giá trị cụ thể các tham số về mưa cho 12 trạm khítượng điển hình chọn nghiên cứu, các giá trị này được kiến nghị thamkhảo sử dụng vào thực tế hiện nay trong tính toán lưu lượng thiết kế côngtrình thoát nước nhỏ trên đường ở những khu vực này của nước ta

3 Nội dung nghiên cứu.

- Luận án tập trung nghiên cứu và giải quyết thông số về mưa Đây làthông số quyết định, quan trọng, bất định nhất trong tính toán Qp côngtrình thoát nước nhỏ trên đường, hoàn toàn phụ thuộc vào đặc trưng khíhậu của riêng Việt Nam Các tham số về mưa nghiên cứu xác định là:+) Nghiên cứu xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suấtthiết kế phù hợp với đặc điểm diễn biến thời tiết ở nước ta hiện nay.+) Nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T vàvấn đề phân vùng mưa phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu lượng thiết

kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở Việt Nam

+) Nghiên cứu xác định tham số cường độ mưa tính toán aT,p ứng vớithời gian tập trung nước tính toán và tần suất thiết kế Thông số cường độmưa tính toán aT,p là tham số ảnh hưởng tổng hợp trong tính toán lưulượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường

- Trên đây đều là các tham số về mưa được sử dụng trong các côngthức tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường

4 Phương pháp nghiên cứu.

Phân tích thống kê là phương pháp chính được sử dụng trong luận án

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

- Nghiên cứu đặc điểm biến đổi của mưa, góp phần làm sáng tỏ hơntình trạng bất thường của sự biến đổi của mưa trên lãnh thổ Việt Namtrong những thập kỷ gần đây Thấy được tính cấp thiết phải hiệu chỉnhhoặc dần thay thế mới cơ sở dữ liệu về mưa phù hợp với các diễn biếnthời tiết chịu tác động của hiện tượng BĐKH; kiến nghị giải pháp chủđộng ứng phó với hiện tượng biến đổi cực đoan về mưa trong tính toánthiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay

- Nghiên cứu xác định các tham số về mưa (lượng mưa ngày tínhtoán Hn,p, cường độ mưa tính toán aT,p, phân vùng mưa hợp lý và các đặctrưng khác về mưa: T, Sp, A, B, m, ) phù hợp với điều kiện khí hậuViệt Nam dùng trong các công thức tính Qp công trình thoát nước nhỏtrên đường Một vài tham số mưa nghiên cứu xác định trong luận án (nhưtham số lượng mưa ngày tính toán Hn,p, hệ số đặc trưng hình dạng cơnmưa T) còn được sử dụng trong công thức Sôkôlôpsky tính lưu lượngthiết kế cho lưu vực vừa và lớn; sử dụng trong tính toán mưa rào – dòngchảy bằng mô hình NAM - MIKE cho kết quả tin cậy

- Trạm đo mưa ở nước ta thì nhiều nhưng phần lớn là đo lượng mưangày, ít trạm đo mưa tự ghi do vậy khi phương pháp xác định trực tiếptham số cường độ mưa tính toán dựa vào số liệu đo mưa tự ghi thực tếchưa được phổ biến thì việc nghiên cứu xây dựng các công thức thựcnghiệm tính gián tiếp cường độ mưa tính toán aT,p trong luận án; vấn đềchuyển lượng mưa ngày tính toán Hn,p thành lượng mưa tính toán từngthời khoảng ngắn HT,p là rất cần thiết đối với tính toán lưu lượng đỉnh lũthiết kế của lưu vực công trình thoát nước trên đường Việt Nam.

- Để quy hoạch phòng lũ tốt thì vấn đề trước tiên yêu cầu là phânvùng mưa lũ hợp lý, phù hợp với đặc điểm mưa của từng vùng Luận án

đã nghiên cứu đề xuất tiêu chí, phương pháp phân vùng mưa phục vụ choviệc xây dựng bản đồ phân vùng mưa hợp lý với tỷ lệ lớn, phù hợp đốivới yêu cầu tính toán lưu lượng lũ lưu vực nhỏ của công trình thoát nướcnhỏ trên đường ở Việt Nam

- Luận án xác lập được giá trị cụ thể các tham số về mưa, như: lượngmưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế, hệ số đặc trưng hình dạngcơn mưa T, sức mưa Sp, hệ số vùng khí hậu A, B, hệ số hình dạng cơnmưa m, hệ số hồi quy của vùng khí hậu , cường độ mưa chuẩn aTo,pdùng trong 7 công thức thực nghiệm mà luận án nghiên cứu, phát triển đểtính cường độ mưa tính toán aT,p ứng với thời gian tập trung nước tínhtoán và tần suất thiết kế, cho 12 trạm khí tượng điển hình chọn nghiêncứu là các trạm: Tx.Mường Lay-T.Điện Biên, Tp.Tuyên Quang, Tp.LạngSơn, Láng-HN, Hà Đông-HN, Tx.Sơn Tây-HN, Tp.Vinh, Tp.Đồng Hới,Tp.Đà Nẵng, Tp.Nha Trang, Tp.Buôn Ma Thuột, Tp.Cần Thơ, với số liệu

đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010, kiến nghị tham khảo sử dụng vàothực tiễn tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trênđường hiện nay ở những khu vực này của nước ta

- Luận án cũng góp phần làm phong phú thêm các kiến thức trongviệc xác định các tham số về mưa sử dụng trong tính toán lưu lượng đỉnh

lũ thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường

6 Những đóng góp mới của luận án.

- Xác định được các giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tầnsuất thiết kế ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu trên cơ sở chuỗi sốliệu đo mưa thực tế dài, từ năm 1960 - 2010, trong đó thời gian cuối đượccho là ứng với bối cảnh mới có sự tác động của hiện tượng BĐKH, ứng

dụng để tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trênđường theo tiêu chuẩn thiết kế hiện hành TCVN9845:2013 [5] hay sửdụng trong công thức Sôkôlôpsky tính lưu lượng thiết kế cho lưu vực vừa

và lớn (ở những khu vực có các trạm khí tượng này)

- Xác định được các giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa Tcho khu vực 12 trạm khí tượng nghiên cứu với thời kỳ đo mưa từ năm

1960 - 2010, dùng để tính cường độ mưa tính toán ứng với thời gian tậptrung nước của lưu vực và tần suất thiết kế sử dụng trong tiêu chuẩnTCVN9845:2013 [5] tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏtrên đường Đồng thời nó là tham số quan trọng dùng để tính chuyển từlượng mưa ngày tính toán Hn,p sang lượng mưa tính toán từng thờikhoảng ngắn HT,p dùng trong công thức Sôkôlôpsky tính lưu lượng thiết

kế cho lưu vực vừa và lớn, trong tính toán mưa rào - dòng chảy bằng môhình NAM - MIKE cho kết quả tin cậy Ngoài ra hệ số đặc trưng hìnhdạng cơn mưa T còn có thể được dùng làm tiêu chí để phân vùng mưa

- Tổng kết và nghiên cứu cải tiến thành 7 dạng công thức thựcnghiệm tính tham số cường độ mưa tính toán aT,p ứng với thời gian tậptrung nước của lưu vực và tần suất thiết kế dùng để tính lưu lượng thiết

kế công trình thoát nước nhỏ trên đường tương ứng với các điều kiệnkhác nhau về dữ liệu mưa hiện có ở vùng thiết kế, trong đó có 3 dạng làcông thức cải tiến mới của luận án, các công thức còn lại các hệ số trongcông thức được luận án xây dựng mới cho khu vực 12 trạm khí tượngchọn nghiên cứu với thời kỳ đo mưa từ năm 1960 - 2010

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước.

1.1.1 Cơ sở lý thuyết của công thức xác định lưu lượng cực đại dòng chảy lũ do mưa trên lưu vực [32].

- Công thức cường độ giới hạn xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kếđược rút ra từ công thức căn nguyên dòng chảy nổi tiếng mà cơ sở của nó

là lý thuyết tập trung nước từ lưu vực Lý thuyết này đầu tiên được cácnhà bác học Liên Xô (cũ) phân tích, nghiên cứu (N.E Đôngôv, M.E.Velikanov và M.M Prôtôđiakônov) và hiện nay nó được sử dụng rộngrãi trên thế giới trong lĩnh vực tính toán thủy văn Các giả thiết là

+) Lưu vực có dạng đều, ở giữa là lòng sông suối

+) Mưa và tổn thất phân bố đồng đều trên toàn lưu vực và có cường

độ không thay đổi trong thời gian tính toán

+) Coi tần suất mưa sinh dòng chảy lũ bằng tần suất dòng chảy lũ

- Bằng việc phân tích quy luật nước chảy từ các sườn dốc lưu vực vềcông trình thoát nước, các tác giả của lý thuyết tập trung nước từ lưu vực

đã rút ra công thức xác định lưu lượng cực đại của dòng chảy lũ thiết kế

F a K

Qp   ,p. (1.1)Trong đó: Qp là lưu lượng thiết kế ở tần suất p; F là diện tích lưu vực

 là hệ số dòng chảy, xét đến lượng nước mưa bị tổn thấta,p là cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước của lưu vực và tần suất p Chính là cường độ mưa trung bìnhlớn nhất trong thời gian tập trung nước  và tần suất p

K là hệ số chuyển đổi đơn vị khi các đại lượng trong côngthức không tính ở cùng đơn vị K = 16.67 khi Qp tính bằng

m3/s, a,p tính bằng mm/ph, F tính bằng km2

- Công thức (1.1) là công thức cơ bản Từ công thức cơ bản (1.1), rấtnhiều các tác giả đã nghiên cứu áp dụng và hoàn chỉnh cho phù hợp vớiđiều kiện thực tế về quy luật phân bố cường độ mưa, điều kiện nước chảytrên các lưu vực tự nhiên

1.1.2 Các công thức xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ trên đường ở một số nước trên thế giới và ở Việt Nam.

1.1.2.1 Ở một số nước trên thế giới: các nước có nền khoa học phát triển

như Anh, Mỹ, Pháp, Nga, Nhật Bản, Trung Quốc, đều sử dụng côngthức cường độ giới hạn dạng (1.1) để xác định lưu lượng thiết kế Qp chocông trình thoát nước nhỏ trên đường

1.1.2.2 Các công thức xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ trên đường ở Việt Nam.

- Công thức cường độ giới hạn của TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ [5]: áp dụng cho lưu vực có F  100 km2

1 ,

1 là hệ số xét đến ảnh hưởng của ao hồ, đầm lầy

- Công thức cường độ giới hạn của Đại học Xây Dựng Hà Nội (Công thức do GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục đề xuất sử dụng) [3], [32].

Các công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta thường có diệntích lưu vực nhỏ (thường dưới 1 km2 đến một vài km2) nên thời gian tậptrung nước  ngắn Chính vì vậy việc tính Qp dựa vào thông số cường độmưa có thời gian mưa tính toán ngắn nhưng cường độ mưa lớn sẽ chínhxác hơn so với việc sử dụng thông số lượng mưa ngày như trong côngthức (1.9) của tiêu chuẩn thiết kế [5] Trên quan điểm đó, từ những năm

1980, GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục đã đề xuất sử dụng công thức (1.10)sau đây để tính lưu lượng thiết kế Qp cho công trình thoát nước nhỏ trênđường với diện tích lưu vực F  30 km2 ở Việt Nam

1 , .

67

16  a F  

Với:  hệ số triết giảm lưu lượng dòng chảy phụ thuộc diện tích lưu vực

- Công thức cường độ giới hạn sử dụng trong tính toán thoát nước đường đô thị theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN7957:2008 [8].

F q C

Với: C là hệ số dòng chảy, phụ thuộc vào tính chất bề mặt lưu vực và pq,p là mô đuyn dòng chảy mưa hay cường độ mưa theo thể tíchtính toán ứng với thời gian tập trung nước  và tần suất thiết kế p

,

)(

278.0

Q F f t

H H

H0 là lớp nước mưa tổn thất ban đầu (mm)

f là hệ số hình dạng lũ , tl là thời gian lũ lên (h)

 là hệ số xét đến ảnh hưởng giảm nhỏ lưu lượng của ao hồ, đầmlầy và rừng cây trên lưu vực

Q0 là lưu lượng nước trong sông trước khi có lũ (m3/s).

1.1.3 Vấn đề xác định các tham số về mưa trong các công thức tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

Các tham số về mưa trong các công thức tính lưu lượng thiết kếcông trình thoát nước nhỏ trên đường là: Lượng mưa ngày tính toán Hn,p

ở tần suất thiết kế p; Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và vấn đềphân vùng mưa; Cường độ mưa tính toán a,p ở thời gian tập trung nước 

và tần suất thiết kế p

1.1.3.1 Lượng mưa ngày tính toán H n,p

- Lượng mưa ngày tính toán Hn,p được xác định theo phương phápphân tích thống kê trên cơ sở chuỗi số liệu đo lượng mưa ngày thực tếnhiều năm liên tục tại các trạm đo mưa ở khu vực thiết kế công trình

- Tính đến nay, cơ sở dữ liệu về Hn,p đầy đủ nhất ở nước ta đượcthành lập năm 1987 trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN9845:2013 [5], cho

589 điểm đo mưa trên toàn quốc với các mức tần suất p = 1%, 2%, 4%,10%, 25%, 50% Từ đó đến nay đã trải qua trên 25 năm, chế độ mưa ởnước ta đã bị thay đổi, chịu ảnh hưởng của hiện tượng BĐKH nên cơ sở

dữ liệu này đến nay đã kém chính xác

1.1.3.2 Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và phân vùng mưa.

- Tính đến nay ở nước ta đã có một số công trình phân vùng mưa vàxây dựng hệ số T  T cho từng vùng mưa Các công trình phân vùngmưa này đều phân khu theo kiểu cường độ mưa, tức chỉ chú ý đến quan

hệ triết giảm cường độ mưa theo thời khoảng tính toán aT  T Như phânvùng mưa năm 1977 của quy phạm thủy lợi QP.TL.C-6-77 [7] phân miềnBắc thành 10 vùng mưa; phân vùng mưa năm 1980 của Hoàng MinhTuyển phân toàn bộ lãnh thổ Việt Nam thành 15 vùng mưa [60]; phânvùng mưa năm năm 1991 của Hoàng Niêm và Đỗ Đình Khôi chia toàntoàn quốc thành 18 vùng mưa Năm 1993, TS Trịnh Nhân Sâm cũngphân toàn lãnh thổ thành 18 vùng mưa như trên nhưng giá trị hệ số Txác lập ở các vùng mưa có khác đi chút ít [29], [40] Kết quả phân vùngmưa năm 1993 được đưa vào trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN9845:2010[5] hiện đang dùng để tính Qp cho công trình thoát nước trên đường

- Như vậy qua thời kỳ các năm, chế độ mưa ở nước ta bị thay đổi dẫnđến việc phân vùng mưa cũng được hiệu chỉnh cho phù hợp, giá trị hệ số

đặc trưng hình dạng cơn mưa T ở các vùng mưa cũng được hiệu chỉnh,xác lập lại cho phù hợp.

1.1.3.3 Xác định cường độ mưa tính toán a T,p : có các hướng sau đây.

- Tính trực tiếp a T,p : trên cơ sở có đủ số liệu quan trắc đo mưa tự ghi

thực tế tại các trạm khí tượng, dùng phương pháp phân tích thống kê tính

ra giá trị cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn mưa tính toán T và tầnsuất thiết kế p Trong tính toán lưu lượng công trình thoát nước, thờiđoạn mưa tính toán T lấy bằng thời gian tập trung nước  của lưu vực

- Xác định cường độ mưa tính toán a T,p dựa vào lượng mưa ngày tính toán H n,p và hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T

p n

T p

T

Phương pháp này do Alêchxâyep đề xuất Nó đang được sử dụng

ở Việt Nam để tính Qp trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN9845:2013 [5]

- Xây dựng các công thức thực nghiệm để tính a T,p

Các công thức thực nghiệm được xây dựng đều dựa vào đặc trưng sứcmưa S và hệ số hình dạng cơn mưa m để xác định cường độ mưa tínhtoán aT,p Dạng công thức cơ bản là: aT,p = Sp / Tm = (A + B.lgN) / Tm

Từ dạng công thức cơ bản này đã phát triển ra rất nhiều dạng côngthức thực nghiệm khác để phù hợp với điều kiện khí hậu ở từng nước,như các công thức của Mỹ, Ấn Độ, Nga, Trung Quốc, Nhật Bản, HànQuốc, Indonesia, Malaysia, Trong các công thức này so với dạngcông thức cơ bản trên có thể thêm vào hoặc bớt đi một vài hệ số hồi quy

Ở Việt Nam cũng đã có nhiều nghiên cứu để phù hợp với điều kiệnkhí hậu ở nước ta, điển hình như:

./ Nghiên cứu của GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục năm 1980 cho

18 trạm khí tượng: T p m

T

N B A

./ Nghiên cứu của TS.Trần Hữu Uyển năm 1973 cho 34 trạm khítượng:

m k p

T

N b T

N B A a

).(

lg.,





./ Nghiên cứu của TS.Trần Việt Liễn năm 1979 cho 47 trạm khí

b T

N B A a

)(

lg.,







./ Nghiên cứu của GS.TS Ngô Đình Tuấn năm 1980 cho 10 trạm

p p

+) Trong điều kiện khí hậu ở nước ta thì mưa là nhân tố ảnh hưởngtrực tiếp đến dòng chảy lũ của lưu vực nhỏ, mưa là nguyên nhân sinhdòng chảy lũ trên lưu vực nhỏ ở nước ta

+) Các yếu tố mặt đệm bao gồm: vị trí địa lý, đặc điểm địa hình, địamạo, điều kiện địa chất, thổ nhưỡng, đặc điểm bề mặt, hình dạng lưuvực, Các yếu tố này ảnh hưởng tới hai khâu chính là: quyết định đếnquá trình tập trung dòng chảy và lượng tổn thất Ngoài ra vị trí địa lý, đặcđiểm địa hình ảnh hưởng đến điều kiện khí hậu thể hiện bằng các vùng,miền khí hậu khác khau trên cả nước Địa hình tác động đến mưa, đếndòng chảy lũ của lưu vực vừa trực tiếp, vừa gián tiếp Trực tiếp: tạo ralượng mưa lớn do đón gió, tạo ra lượng mưa bé do khuất gió Gián tiếp:tập trung nước nhanh hay chậm do độ dốc lớn hay bé, mạng lưới sôngsuối hình nan quạt hay hình lông chim,

+) Hoạt động kinh tế - xã hội của con người ngày nay càng lớn, cóảnh hưởng tiêu cực hoặc tích cực, như ảnh hưởng gây ra hiện tượng biếnđổi khí hậu, nước biển dâng, ảnh hưởng làm thay đổi các yếu tố mặt đệmlưu vực Xét nó thông qua hai nhân tố mưa và các yếu tố mặt đệm

- Ngoài ra, lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường

Qp còn chịu ảnh hưởng của tần suất thiết kế p Với giá trị tần suất p cànglớn (p = 10%, 20%, 50%, ) thì Qp tính ra càng nhỏ và ngược lại thiết

kế với giá trị p càng nhỏ (p = 3%, 2%, 1%, ) thì Qp tính ra càng lớn

- Thông số cường độ mưa tính toán a,p là một đại lượng ảnh hưởngtổng hợp trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trênđường Bởi vì nó thể hiện tác động của tất cả các nhân tố ảnh hưởng đếntính toán lưu lượng lũ thiết kế của công trình thoát nước nhỏ trên đường

là nhân tố về mưa, các yếu tố mặt đệm và tần suất thiết kế

+) Thật vậy: a,p = H,p / 

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

./ Tần suất thiết kế p ảnh hưởng tới H,p nên ảnh hưởng tới a,p / Các yếu tố mặt đệm ảnh hưởng tới thông số thời gian tập trungnước  của lưu vực do vậy ảnh hưởng đến a,p

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

Hình 1.4 cho thấy mặc

dù có cùng lượng mưa ngày

tính toán Hn,p nhưng ở hai vùng

mưa I và vùng mưa II có hình

dạng cơn mưa khác nhau thì

lượng mưa lớn nhất trong thời

đoạn tính toán H,p ở hai vùng

mưa khác nhau và kết quả là

cường độ mưa tính toán

- Như vậy, trong công thức cường độ giới hạn dùng tính Qp cho côngtrình thoát nước nhỏ đã sẵn có một thông số ảnh hưởng tổng hợp là a,p

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

- Qua các phân tích, đánh giá ở trên thì vấn đề tồn tại cấp thiết nhấtnổi lên trong việc tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏtrên đường ở nước ta hiện nay là việc xác định các tham số về mưa trongcác công thức tính Qp công trình thoát nước nhỏ trên đường Các tham số

về mưa hiện đang dùng do được xác lập những năm về trước đây nênchưa phù hợp với yêu cầu tính toán Qp công trình thoát nước nhỏ trênđường trong điều kiện tình hình thời tiết khí hậu ở nước ta hiện nay

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

- Thông số cường độ mưa tính toán có tính tổng hợp, tính đại diệncho chế độ mưa và hình dạng cơn mưa của vùng mưa, cho các đặc trưngmặt đệm lưu vực, cho thời gian tập trung nước và tần suất thiết kế, nó

mang đặc trưng riêng biệt của điều kiện khí hậu Việt Nam, do vậy nó làthông số cần thiết cho tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nướcnhỏ trên đường, phản ánh sát hơn với điều kiện khí hậu và địa hình VN.Cần nghiên cứu xác định tham số cường độ mưa tính toán aT,p trong điềukiện khí hậu VN sử dụng để xác định lưu lượng thiết kế công trình thoátnước nhỏ trên đường Qp đảm bảo mức độ chính xác yêu cầu

Chương 2: NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM MƯA CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA HIỆN TƯỢNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TRONG TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ

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

- Việt Nam thuộc vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, gió mùa Lượng mưa vàthời gian mưa hàng năm tương đối lớn, trung bình từ 1100 – 8000mm/năm và từ 67 - 223 ngày mưa/năm, so với các nước cùng vĩ độ thìcao gấp khoảng 2.4 lần [25]

- Chế độ mưa ở nước ta chịu ảnh hưởng của ba yếu tố chính là:(i) Các hình thế thời tiết gây mưa hay nguyên nhân gây mưa(ii) Gió

đo mưa Thiết bị đo mưa tự ghi đã có ở hầu hết các trạm khí tượng,chiếm khoảng 20% tổng số các trạm đo mưa, mỗi tỉnh đều có  1 trạmkhí tượng có máy đo mưa tự ghi, có tỉnh có đến  2 – 3 trạm, các điểm

đo mưa còn lại chỉ có thiết bị đo lượng mưa ngày

- Về thời điểm quan trắc: ở miền Bắc có số liệu quan trắc đồng đều

từ khoảng năm 1960 trở về đây, ở miền Nam do hoàn cảnh lịch sử để lạinên có số liệu quan trắc liên tục, tin cậy từ khoảng năm 1980 trở về đây

- Trong luận án thu thập số liệu đo mưa từ năm 1960 – 2010 (cáctrạm miền Bắc), từ 1980 – 2010 (các trạm miền Nam) Chuỗi số liệunghiên cứu dài 30 - 50 năm nên kết quả đảm bảo độ tin cậy cần thiết.

2.3 Nghiên cứu đặc điểm biến đổi của mưa chịu tác động của hiện tượng biến đổi khí hậu và ảnh hưởng của nó đến tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

Việc nghiên cứu được thực hiện qua 7 chỉ tiêu liên quan đến tínhtoán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường như sau

2.3.1 Mùa mưa, mùa khô.

- Để phân biệt mùa mưa, mùa khô trong năm luận án sử dụng chỉ tiêu

‘‘vượt tổn thất’’ [34] Theo chỉ tiêu này: mùa mưa là mùa gồm nhữngtháng liên tục có lượng mưa vượt lượng tổn thất (thường lấy là 100mm/tháng, theo nghiên cứu [34]) với tần suất vượt p  50%

Nghĩa là: p{ (Htháng)i  100 mm/tháng }  50%

- Kết quả nghiên cứu về mùa mưa trong năm trên chuỗi số liệu đomưa thực tế từ năm 1960 - 2010 ở 12 trạm khí tượng điển hình chọnnghiên cứu như ở Bảng 2.2 dưới đây Nhận thấy về tổng thể mùa mưa ởnước ta chưa có sự dịch chuyển, thay đổi so với các kết quả nghiên cứutrước đây, tuy nhiên có những dao động trong những năm về gần đây

2.3.2 Tháng mưa nhiều ngày, ít ngày.

- Để phân loại tháng mưa nhiều ngày sử dụng hệ số phân loại

Kmưa-nhiều-ngày = Số ngày mưa trong tháng / 30

- Tháng mưa nhiều ngày: Kmưa-nhiều-ngày  0.5

Bảng 2.2: Tổng hợp kết quả nghiên cứu tháng mưa nhiều ngày trong năm, so sánh với kết quả nghiên cứu tháng mùa mưa trong năm tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm

1960 – 2010

TT Trạm khí tượng, địa danh Tháng mưa nhiều ngày

trong năm (bình quân)

Tháng mùa mưa trong năm (bình quân)

Số tháng

Thời điểmxuất hiện

Số thángmùa mưa

Thời điểmmùa mưa

mà tập trung vào một số đợt mưa lớn.

2.3.3 Xu hướng và mức độ biến thiên lượng mưa năm và số ngày mưa trong năm.

- Sử dụng đường xu hướng trung bình và đường trung bình trượt kép

5 năm để nghiên cứu xu hướng và mức độ biến thiên theo thời gian củađại lượng mưa khảo sát Hình 2.1, hình 2.2 dưới đây là ví dụ về xu hướngbiến thiên của lượng mưa năm và số ngày mưa trong năm tại trạm Láng-TP.HN, từ năm 1960-2010

- Nhận xét: ở tất cả 12 trạm nghiên cứu, càng về những năm gần đâythì sự biến đổi của lượng mưa năm Hnăm và số ngày mưa trong năm càngnhiều hơn, khác hơn và bất thường hơn, xuất hiện các giá trị lớn đột biếncực đoạn trong những năm càng về gần đây

Hình 2.1: Xu hướng biến thiên

lượng mưa năm H năm trạm Láng

-TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010

Hình 2.2: Xu hướng biến thiên số ngày mưa trong năm trạm Láng - TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010

2.3.4 Xu hướng và mức độ biến thiên của lượng mưa ngày lớn nhất năm H ngày max và cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm a T max Tính đột biến cực đoan do ảnh hưởng của hiện tượng BĐKH.

Hình 2.3: Xu hướng biến thiên

H ngày max tại trạm Láng - TP.Hà Nội

từ năm 1960 - 2010

Hình 2.4: Xu hướng biến thiên

a T max ở T= 60ph tại trạm Láng TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010

Mục đích: so sánh, làm rõ quy luật biến đổi của hai thông số vềmưa rất quan trọng trong tính toán lưu lượng lũ thiết kế công trình thoátnước nhỏ trên đường là Hngàymax và aTmax, đánh giá được sự khác biệt giữachúng Nghiên cứu này còn đặc biệt cần thiết cho việc tính toán xác địnhlượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế và cường độ mưatính toán thời đoạn aT,p theo tần suất thiết kế ở các chương 3 và chương 4trong vấn đề xử lý mưa đặc biệt lớn Ngoài ra, từ nghiên cứu này cũng đềxuất biện pháp chủ động ứng phó với hiện tượng BĐKH trong tính toánthiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường hiện nay ở nước ta

- Kết quả nghiên cứu: nhận thấy ở tất cả 12 trạm nghiên cứu, thông

số Hngàymax và thông số aTmax đều biến đổi liên tục và không đều, có nhữngthời điểm đột biến lớn xuất hiện trong những năm càng về gần đây.Trong cùng một trạm thì xu hướng và mức độ của xu hướng biến thiêntheo thời gian của Hngàymax và aTmax là không như nhau, biên thiên củaHngàymax và lượng mưa 24 giớ lớn nhất năm H24hmax là không giống nhau,

‘‘ ’’

biên thiên của H24hmax không tương đồng với biến thiên của lượng mưalớn nhất năm HTmax ở các thời đoạn tính toán T ngắn khác.

+) Tính đột biến cực đoạn của Hngàymax, aTmax xảy ra ở tất cả các trạmnghiên cứu Sự cực đoan về cả giá trị và thời điểm xuất hiện

./ Cực đoan về giá trị: các giá trị (Hngàymax)*, (aTmax)* lớn đột biếnđều vượt quá các giá trị Hn,p , aT,p ở tần suất thiết kế thường dùng chocông trình thoát nước nhỏ p = 4%, thậm chí vượt cả giá trị ở p = 1%

./ Cực đoan về thời điểm xuất hiện: giá trị lớn đột biến (Hngàymax)*,(aTmax)* có thể xảy ra vào cả thời điểm thiết tưởng đã bước vào mùa khô.Ngay cả thời điểm xuất hiện giá trị (Hngàymax)*, (aTmax)* lớn đột biến ở cùngmột trạm cũng không trùng nhau Ví dụ đối với trạm Láng - HN, từ năm

1960 - 2010, thời điểm xuất hiện giá trị (Hngàymax)* là 31/10/2008 nhưngthời điểm xuất hiện giá trị (a20phmax)* là 03/5/2005, (a30phmax)* là 03/5/2005,trong khí đó năm 2005 lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngàymax được tạo ralại rơi vào ngày 27/9/2005 Như vậy, với sự xuất hiện của cơn mưa cócường độ mưa lớn đột biến mặc dù không tạo ra giá trị lượng mưa ngàylớn nhất năm, không tạo ra giá trị lượng mưa ngày lớn đột biến thì vẫngây ra lũ lớn đột biến cho công trình thoát nước nhỏ trên đường do tínhchất lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường có thời giantập trung nước ngắn Đây là điều cần đặc biệt lưu tâm trong tính toánthiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường

+) Sự biến đổi của lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngàymax, cường độmưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm aTmax trong những năm càng về gầnđây làm cho giá trị Hn,p , aT,p theo tần suất xác lập với chuỗi số liệu đomưa thực tế thu thập đến năm 2010 có xu hướng tăng lên so với kết quảtính Hn,p , aT,p với chuỗi số liệu đo mưa thu thập đến những năm về trướckia, và kết quả là làm tăng trị số Qp tính được

2.3.5 Giá trị trung bình trong nhiều nămX và hệ số phân tán Cv, hệ

số thiên lệch Cs của H ngày max và a T max

- Mục đích: nghiên cứu này phục vụ cho việc tính toán xác định Hn,p ,aT,p theo tần suất thiết kế ở các chương 3 và 4 trong vấn đề ước tính cáctham số thống kê; trong vấn đề xác định số năm quan trắc lấy mẫu cầnthiết nyc để bảo đảm sai số lấy mẫu vì khi chuỗi thống kê Hngàymax, aTmax có

hệ số Cv càng lớn thì số năm quan trắc yêu cầu nyc càng phải dài để đảmbảo có được kết quả tính toán xác định Hn,p, aT,p là tin cậy Tỷ số Cs / Cv

cũng là một điều kiện để quyết định lựa chọn luật phân bố xác xuất phùhợp khi tính toán xác định Hn,p , aT,p nhằm cho kết quả tốt nhất Ngoài ragiá trịX, Cv, Cs cũng phản ánh tính chất biến đổi theo thời gian củathông số Hngàymax, aTmax mà ta cần nghiên cứu, so sánh, làm rõ.

- Kết quả nghiên cứu ở 12 trạm khí tượng từ năm 1960 – 2010: lượngmưa ngày lớn nhất năm có giá trị trung bìnhHngàymax từ 89.31 - 237.46

mm, hệ số Cv = 0.24 - 0.55, Cs = 0.34 - 2.99, Cs/Cv = 1.4 - 5.7; cường

độ mưa lớn nhất năm aTmax ở các thời đoạn T = 5ph - 1440ph có giá trịtrung bìnhaTmax từ 3.01 - 0.07 mm/ph, Cv = 0.18 - 0.63, Cs = (-0.25) -3.58, Cs/Cv = 0.05 - 8.0, cùng một trạm hệ số Cv, Cs của aTmax ở các thờiđoạn T càng ngắn thì thường có giá trị càng nhỏ và ngược lại

2.3.6 Chu kỳ biến đổi lớn – nhỏ – trung bình của H ngày max và a T max

- Mục đích: nghiên cứu này phục vụ cho việc kiểm tra tính đại biểucủa thời kỳ quan trắc lấy mẫu của chuỗi số liệu thống kê Hngàymax, aTmaxđưa vào tính toán tần suất để xác định Hn,p , aT,p ở chương 3 và 4 Đượccoi là có tính đại biểu, phản ánh gần đúng với quy luật thay đổi chungcủa tổng thể thì thời kỳ lấy mẫu Hngàymax, aTmax phải có được một số nămthuộc thời kỳ mưa lớn và một số năm thuộc thời kỳ mưa nhỏ liên tiếpnhau Ngoài ra, nghiên cứu chu kỳ biến đổi cũng phản ánh sự biến đổitheo thời gian của Hngàymax, aTmax mà ta cần nghiên cứu, so sánh, làm rõ

+/ Thời kỳ lớn: (1983 1994), (2007 - 2010).+/ Thời kỳ nhỏ: (1956

1983), (1999 2007).+/ Thời kỳ trung bình:(1994 - 1999)

+/ Có 2 chu kỳ

Hình 2.7: Chu kỳ biến đổi của lượng mưa ngày lớn nhất năm H ngày max tại

trạm Láng - TP.Hà Nội từ năm 1960 – 2010