Nghiên cứu cải tiến phương pháp xác định mô hình mưa và lưu lượng tiêu thiết kế cho các hệ thống tiêu vùng đồng bằng bắc bộ (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN THỊ VIỆT HỒNG NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MƠ HÌNH MƢA VÀ LƢU LƢỢNG TIÊU THIẾT KẾ CHO CÁC HỆ THỐNG TIÊU VÙNG ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nƣớc Mã số chuyên ngành: 62-58-02-12 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2018 Cơng trình hồn thành Trƣờng Đại học Thủy lợi Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: GS.TS Lê Chí Nguyện Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp vào lúc ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi MỞ ĐẦU Tính cấp thi t tài Trong công tác quy hoạch, thiết ế hệ thống ti u, nh ng nội dung qu n trọng xác đ nh mơ hình mư thiết ế t nh tốn lưu lượng ti u thiết ế Tuy có nhiều nghi n cứu vấn đề cịn có số tồn tại:: i) Đối với vùng đô th h y dân cư tập trung n y dùng công thức cường độ giới hạn để t nh lưu lượng ti u thiết ế, cơng thức t nh cường độ mư xây dựng tr n sở số liệu trước gây s i số lớn cho ết t nh toán Đồng thời th m số công thức xác đ nh v tr có trạm đo, nh ng vùng x trạm đo sử dụng th m số củ trạm gần nhất, hó đảm bảo độ ch nh xác ii) Hiện n y t nh toán hệ số tiêu cho lúa, MHM xác đ nh theo phương pháp thu phóng trận mư điển hình thường dẫn đến ết hệ số lưu lượng ti u lớn nhỏ ứng với tần suất thiết ế iii) Các vùng ti u ĐBBB đại đ số vùng ti u hỗn hợp, nhiên việc chọn MHM ngày để xác đ nh trận mư thiết ế dẫn đến ết t nh toán lưu lượng ti u thiết ế củ cơng trình nh, cống, trạm bơm thi n nhỏ Ch nh vậy, việc thiết lập hệ số hiệu chỉnh lưu lượng làm sở xác đ nh lưu lượng ti u thiết ế ứng với MHM hi biết lưu lượng ti u thiết ế tính theo MHM ngày cần thiết thực tiễn n y hi tốc độ th hó tăng nh nh Ngoài ra, việc xây dựng đồ đẳng tr mư thiết ế phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết ế hệ thống ti u v trí khơng có trạm đo cần thiết Với nh ng lý n u tr n, đề tài: “Nghiên cứu cải tiến phương pháp xác định mơ hình mưa lưu lượng tiêu thiết kế cho hệ thống tiêu vùng đồng Bắc Bộ” đề xuất nghi n cứu Mục tiêu nghiên cứu Nghi n cứu cải tiến phương pháp xác đ nh mơ hình mư ti u thiết ế lưu lượng ti u thiết ế nhằm nâng c o độ ch nh xác củ ết t nh toán lưu lượng ti u thiết ế cho hệ thống ti u vùng đồng Bắc Bộ Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghi n cứu: mơ hình mư ti u thiết ế lưu lượng ti u thiết ế - Phạm vi nghi n cứu: Vùng đồng Bắc Bộ Nội dung nghiên cứu i) Xây dựng qu n hệ lượng mư -thời gi n mư -tần suất (DDF) qu n hệ cường độ mư –thời gi n mư –tần suất (IDF) cho 15 trạm đo mư tự ghi thời đoạn ngắn (d = 10’÷24h); ii) Xây dựng đồ đẳng tr mư nhằm nội suy không gi n, xác đ nh lượng mư cường độ mư nh ng v tr hơng có trạm đo iii) Lự chọn MHM ti u thiết ế hợp lý phương pháp so sánh mơ tồn liệt trận mư xảy r thực tế để t nh toán chế độ ti u cho vùng trồng l Ứng dụng cho hu vực Hà N m; iv)Thiết lập hệ số hiệu chỉnh lưu lượng thiết ế cho hệ thống ti u hỗn hợp nông nghiệp dân cư đô th từ MHM MHM ngày hu vực Phủ Lý, Hà N m Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp ế thừ ; Phương pháp phân t ch thống ; Phương pháp phân t ch tương qu n hồi quy thực nghiệm; Phương pháp mơ hình, mơ Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Luận án góp phần hồn thiện sở ho học phương pháp luận xác đ nh: cường độ mư thiết ế để t nh toán lưu lượng thiết ế củ hệ thống thoát nước mư hu dân cư, đô th ; lự chọn MHM thiết ế hợp lý t nh toán hệ số tiêu cho lúa; bổ sung phương pháp xác đ nh nh nh lưu lượng ti u thiết ế ứng với MHM cho hệ thống ti u hỗn hợp hi biết hệ số ti u t nh theo MHM ngày phục vụ toán quy hoạch, thiết ế sơ hệ thống ti u - Kết nghi n cứu củ luận án ứng dụng cơng tác quy hoạch, thiết ế hệ thống ti u thoát nước mư hu vực dân cư, đô th hệ thống ti u nông nghiệp – dân cư vùng nghi n cứu Cấu trúc luận án Ngoài phần Mở đầu, Kết luận iến ngh , luận án gồm chương: Chƣơng 1: Tổng qu n Chƣơng 2: Xây dựng phương pháp xác đ nh mơ hình mư lưu lượng thiết ế cho hệ thống ti u Chƣơng 3: Kết nghi n cứu thảo luận CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan v mơ hình mƣa tiêu thi t k 1.1.1 Khái niệm mơ hình mưa tiêu thiết kế Mơ hình mư ti u thiết ế MHM ứng với tần suất thiết ế xác đ nh dùng để thiết ế hệ thống ti u Mơ hình trận mư ti u thiết ế b o gồm: thời gi n mư ; tổng lượng mư củ trận mư tương ứng với tần suất thiết ế phân bố mư theo thời gi n củ trận mư tương ứng với tần suất thiết ế Phạm vi ứng dụng củ mư thiết ế rộng lớn, sở để đề r giải pháp cải tạo, nâng cấp h y thiết ế hệ thống ti u Trong luận án thống ý hiệu: lượng mư H (mm); Cường độ mư I (mm/h mm/ph t); thời gi n mư ý hiệu d (giờ ph t) 1.1.2 Các nghiên cứu xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế Phương pháp xác đ nh MHM thiết ế (Design storm) nghi n cứu nhiều tác giả tr n giới, n y chi thành b nhóm: Nhóm phương pháp thứ nhất: Xác đ nh MHM thiết ế dự vào phân bố mư củ trận mư điển hình xảy r thực tế, điển hình như: MHM thiết ế củ Huff (1967), Yen Chow (1980); Cơ qu n bảo vệ đất Ho Kỳ (SCS, 1986) Nhóm phương pháp có ưu điểm là: dạng phân bố củ mư gần giống với trận mư xảy r thực tế Tuy nhi n có mặt hạn chế chư có ti u ch cụ thể để nhận dạng trận mư điển hình; đồng thời ết phụ thuộc vào chủ qu n người t nh tốn, nhiều thời gi n Nhóm phương pháp thứ hai: MHM tiêu thiết ế xác đ nh dự vào qu n hệ lượng mư – thời gi n mư – tần suất (DDF) cường độ mư – thời gi n mư – tần suất (IDF) điển hình như: Chow (1988) đề xuất MHM hối xen ẽ dự tr n mối qu n hệ DDF; Keifer Chu (1957) Ưu điểm củ phương pháp MHM tiêu thiết ế xác đ nh nh nh thông qu ết qu n hệ DDF IDF Tuy nhi n có nhược điểm dạng phân bố củ mơ hình mư hơng giống trận mư thực tế Nhóm phương pháp thứ ba: Cơ sở củ phương pháp lự chọn MHM thiết ế th ch hợp dự tr n ết mơ mư tồn liệt trận mư xảy r khứ, điển hình như: C o (1993); Despotovic (1996)[9]; Alfieri (2007) với nguy n tắc là: mơ hình mư ti u thiết ế gọi th ch hợp hi tạo r dịng chảy lớn xác đ nh từ phân t ch tần suất liệt dịng chảy đo đạc liệt dịng chảy mơ từ trận mư đo đạc Ưu điểm củ phương pháp qu mơ tồn liệt lự chọn mô MHM tốt MHM tạo r dịng chảy có tần suất xuất sát với tần suất thiết ế củ trận mư xảy r Tuy nhi n phương pháp có nhược điểm hối lượng t nh tốn lớn nhiều thời gi n 1.1.3 Các nghiên cứu xác định mơ hình mưa tiêu thiết kế Việt Nam Phương pháp thu phóng trận mưa điển hình: Ở Việt N m, công tác quy hoạch, thiết ế hệ thống ti u nước mặt (gồm vùng nông nghiệp mà chủ yếu l nước vùng dân cư, đô th ) n y thường sử dụng phương pháp thu phóng trận mư điển hình với tài liệu mư ngày, mư để xác đ nh trận mư thiết ế Phương pháp có ưu điểm: Dự vào tài liệu thống , đo đạc sẵn có qu nhiều năm củ trạm để chọn r MHM ti u thiết ế, phương pháp đơn giản, dễ xây dựng Một số nghiên cứu khác: Tác giả Tr nh Kim Sinh (2009); Tác giả Bùi Nam Sách (2000): Các ết nghi n cứu rõ, với đặc điểm đ lý tự nhi n củ vùng ĐBBB, t nh toán xác đ nh MHM ti u thiết ế cho nông nghiệp n n chọn MHM ngày lớn với dạng phân phối có đỉnh rơi vào ngày thứ b thứ tư củ trận mư Tuy nhi n nghi n cứu dừng lại việc xem xét t nh cần thiết củ việc áp dụng MHM chư xây dựng MHM áp dụng cho hu dân cư, đô th , công nghiệp h y hỗn hợp Tác giả Nguyễn Mạnh Hùng (2010); Lã Thanh Hà (2011): Các phương pháp sử dụng nghi n cứu củ h i tác giả có ưu điểm giá tr lưu lượng đỉnh tổng lượng sát với giá tr đo đạc Tuy nhi n nghi n cứu xem xét đến mư điểm (phù hợp cho lưu vực ti u nhỏ) mà chư đề cập đến phân bố hông theo hông gi n củ mư - yếu tố có ảnh hưởng đáng ể đến ết t nh tốn mư -dịng chảy lưu vực ti u vừ lớn 1.2 Tổng quan nghiên cứu v quan hệ lƣợng mƣa – thời gian – tần suất (DDF) quan hệ cƣờng ộ mƣa-thời gian mƣa-tần suất (IDF) Các đặc t nh tỷ lệ củ thời đoạn mư mô tả đường cong qu n hệ lượng mư – thời gi n mư – tần suất (DDF) trạm đo mư , sử dụng rộng rãi t nh tốn mư thiết ế Mơ hình cho phép th m số hó đường cong DDF cách hiệu chi tiết, đư r ết ch nh xác việc xác đ nh lượng mư thiết ế Theo nhiều nghiên cứu: Chen, C L., 1983; Burlando, P and Rosso, R., 1996, L Văn Nghinh đường cong DDF thường xác đ nh phương trình th m số (H = dn) Qu n hệ IDF thông thường biểu diễn dạng đồ th Khi có đủ số mư t xây dựng đường cong IDF phân t ch tần suất Một phân phối xác suất thường h y dùng phân t ch tần suất mư phân phối Gumbel Điển hình như: El-sayed (2011) Le.Minh.Nhat (2006); Doãn Th Nội (2016) Các qu n hệ IDF cịn biểu th phương trình nhiều công thức hác nhau: Wenzen (1982), TCVN 7957 (2008), Trần Việt Liễn (1979), Trần H u Uyển (1973) công thức t nh toán cường độ mư biểu th theo quy luật q = A/tn Tuy nhi n nhiều công thức xây dựng từ nh ng năm 1920, 1941 1980 n n việc áp dụng công thức hơng cịn sát với thực tế, ảnh hưởng củ biến đổi h hậu làm cho cường độ mư th y đổi Điều ảnh hưởng đến mức độ ch nh xác củ ết t nh toán lưu lượng ti u thiết ế Vì cần phải nghi n cứu, xem xét biến động củ mư theo hông gi n thời gi n đồng thời xây dựng công thức t nh cường độ mư tr n sở cập nhật số liệu mư vùng theo phương pháp n y 1.3 Tổng quan nghiên cứu v xây dựng ẳng trị mƣa Đường đẳng tr mư đường cong nối liền điểm tr n đồ có lượng mư nh u tr n sở số liệu thực đo củ trạm có thuộc vùng nghi n cứu Phương pháp đường đẳng tr có nhiều ưu điểm hơng cho t t nh lượng mư bình quân lưu vực mà cịn t nh đến phân bố hơng củ mư theo hông gi n (như v tr tâm mư , xu biến đổi củ mư theo hướng ) Tài liệu đo trạm đo mư cho t biết lượng mư điểm, tr n nh ng lưu vực nhỏ, qu n trắc đặt đ điểm th ch hợp coi lượng mư trạm đo đại biểu cho lượng mư bình quân toàn hu vực Ở hu vực tương đối lớn lượng mư xác đ nh dẫn đến ết hông đảm bảo ch nh xác Tuy nhi n, phải xây dựng đồ đẳng tr mư n n hối lượng t nh toán lớn Tr n giới có nghi n cứu xây dựng đồ đẳng tr mư như: Hershfield (1961); Ở Italy, đồ đẳng tr th m số củ phương trình lượng mư lập cho nhiều vùng, từ đồ nội suy th m số hu vực cần xây dựng công thức t nh lượng mư trường hợp hơng có trạm đo Ở Việt N m có tác giả Trần Th nh Xuân (2007), Đặng Quốc Dũng (2015), xây dựng đồ đẳng tr mư phần mềm ArcGis với phương pháp nội suy hác nh u 1.4 Tổng quan nghiên cứu v tính lƣu lƣợng tiêu thi t k hệ số hiệu chỉnh lƣu lƣợng theo bƣớc thời gian mƣa Trong hệ thống ti u b o gồm nhiều đối tượng như: hu dân cư, đô th , công nghiệp, đất trồng l Để xác đ nh lưu lượng ti u củ hệ thống cần phải t nh hệ số ti u thành phần củ đối tượng cần ti u + Tính lưu lượng tiêu thiết kế cho khu vực dân cư, đô thị: Khi t nh toán lưu lượng ti u thiết ế củ tuyến cống cho hu đô th , dân cư tập trung hu công nghiệp theo TCVN 7957:2008 Q = q.C.F (1-23) Cường độ mư t nh tốn xác đ nh biểu đồ qu n hệ IDF công thức giới thiệu mục 1.2 + Tính lưu lượng tiêu thiết kế cho vùng nông nghiệp hỗn hợp dân cư, nông nghiệp theo công thức sau: Qtk  qtk A 1000 (1-20) Hệ số ti u thiết ế củ hệ thống xác đ nh từ hệ số ti u thành phần củ đối tượng cần ti u hệ thống t nh theo TCVN: 10406 (2015) Cũng theo TCVN 10406 (2015) Đối với vùng ti u hỗn hợp, trường hợp đối tượng ti u nước hu công nghiệp đô th chiếm tỷ lệ lớn (≥ 50 % HT) tập trung thành tiểu vùng độc lập Nếu hơng có tài liệu mư giờ, sử dụng MHM ngày, hệ số ti u thiết ế củ đối tượng xác đ nh sau: qji = Km C j Pi với (1-22) 8,64 Km = 24 Thq (1-23) Trong : Km hệ số điều chỉnh số mư hiệu ngày: Thq số mư hiệu trung bình ngày mư củ trận mư ti u thiết ế Có thể sử dụng mơ hình tốn - thủy lực họ mơ hình MIKE, mơ hình SWMM, KOD, VRSAP, phần mềm ti n tiến hác iểm nghiệm thực tế để t nh toán ti u nước 1.5 Giới thiệu v ồng Bắc Bộ Vùng có v tr giới hạn s u: Ph Bắc giáp tỉnh Bắc Gi ng Thái Nguy n, Quảng Ninh; ph N m giáp tỉnh Th nh Hố; ph Đơng giáp biển Đơng; ph Tây giáp tỉnh Hồ Bình, Ph Thọ Vùng gồm 10 tỉnh, thành phố: Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương, Hưng Y n, Bắc Ninh, Vĩnh Ph c, Thái Bình, Hà Nam, N m Đ nh, Ninh Bình Trong nh ng năm gần tỉnh ĐBBB có nhiều biến động yếu tố inh tế xã hội diện t ch đất c nh tác giảm; diện t ch chuyển đổi từ đất l s ng r u màu, thủy sản tăng; đô th - công nghiệp gi tăng ảnh hưởng tới y u cầu ti u thoát nước củ hệ thống ti u 1.6 K t luận chƣơng Qu nghi n cứu, phân t ch đánh giá ưu nhược điểm củ phương pháp xác đ nh mơ hình mư ti u thiết ế t nh toán lưu lượng ti u thiết ế tr n giới Việt N m n y Luận án đ nh hướng lự chọn nội dung phương pháp nghi n cứu thể sơ đồ tiếp cận đây: Hình 1.18 Sơ đồ nội dung nghi n cứu cách tiếp cận ết xác đ nh Phần mềm ArcGis đ ng sử dụng rộng rãi n y, cung cấp giải pháp toàn diện từ nhập số liệu, chỉnh lý, phân t ch phân phối thông tin tr n mạng Internet tới cấp độ hác nh u Các phương pháp nội suy hông gi n t ch hợp ArcGIS b o gồm hầu hết phương pháp nội suy thông dụng IDW, Spline, Kriging Đối với vùng ĐBBB, đ hình t th y đổi n n tác giả lự chọn phương pháp nội suy Spline để t nh toán nội suy lượng mư theo hơng gi n phương pháp cho ết t b ảnh hưởng mật độ trạm đo mư so với phương pháp hác 2.3 Phƣơng pháp xác ịnh MHM thi t k hợp lý cho vùng trồng lúa Cơ sở củ phương pháp lự chọn mơ hình mư thiết ế th ch hợp dự tr n ết mơ mư tồn liệt củ tác giả: C o (1993); Despotovic (1996); Alfieri (2007) với nguy n tắc là: MHM ti u thiết ế gọi th ch hợp hi tạo r dòng chảy (hệ số ti u) lớn xác đ nh từ phân t ch tần suất liệt dịng chảy đo đạc liệt dịng chảy mơ từ trận mư đo đạc dự tr n giả thiết: ruộng hồn chỉnh; cơng trình ti u mặt ruộng đập tràn chảy tự với bước tính tốn s u đây: Bước 1: Xây dựng mơ hình mư thiết kế hác nh u để lựa chọn; Bước 2: Sử dụng trận mư thiết ế xác đ nh trước ứng với tần suất thiết ế P để xác đ nh hệ số tiêu thiết kế, ký hiệu qTK(P); Bước 3: Từ tài liệu mư ngày thực đo, tách trận mư có H ≥ 100mm cho năm; Bước 4: Mơ q trình: mư  q cho trận mư xác đ nh bước 3 qmax trận  xác đ nh qmaxmax năm Bước 5: T nh vẽ đường tần suất với liệt qmaxmax ứng với tần suất thiết ế P, xác đ nh hệ số ti u ứng với P, gọi qTL(P) (hệ số ti u toàn liệt) Bước 6: So sánh ết t nh qTK(P) qTL(P) qu số s i số tương đối q: q  qTK ( P )  qTL ( P ) qTL ( P ) (2-22) 100% MHM thiết ế cho |q nhỏ MHM thiết ế th ch hợp Trong qtk qTL thực chương trình máy t nh sơ đồ s u 11 BEGIN Nhập số liệu: Mư thiết ế (Pi), ch u ngập củ l , hoi, Ht,… i:= (i =1÷N) Giải phương trình s u PP lặp chi đơi (ẩn số i) i:= i+1 i=N S Đ In ết q~t END Hình 2.9 Sơ đồ hối mơ hệ số ti u q~t tồn liệt (Chương trình t nh lập ngơn ng Visu l B sic 6.0 có sơ đồ hối hình 2.8 2.9 iểm đ nh phương pháp so sánh ết t nh từ chương trình từ phần mềm Exel truyền thống) 12 2.4 Phƣơng pháp xác ịnh hệ số hiệu chỉnh lƣu lƣợng thi t k hệ thống tiêu cho vùng hỗn hợp từ mơ hình mƣa mơ hình mƣa ngày Trong thực tế n y, hi t nh toán ti u cho hu dân cư, đô th thường chọn bước thời gi n mư thiết ế 10, 30 h y 60 ph t tùy theo quy mơ lưu vực, cịn hi t nh hệ số ti u lưu lượng ti u cho vùng nông nghiệp vùng hỗn hợp thường chọn bước thời gi n mư thiết ế 01 ngày, dẫn đến ết t nh toán lưu lượng ti u thiết ế củ cơng trình ti u trạm bơm thi n nhỏ, v dụ nh, cống, nh ti u ch nh củ : trạm bơm H u Hị huyện Th nh Trì, trạm bơm Phù Đổng Gi Lâm; trạm bơm Lạc Tràng Phủ Lý øng øng Vu lúa Sông Vu Khu dân cư lúa Kênh kết hợp đường giao thông Vùng lúa TB Khu dân cư Hình 2.10 Sơ đồ HT ti u hỗn hợp dân cư nông nghiệp(TB: trạm bơm) Để đánh giá ảnh hưởng củ bước thời gi n mư thiết ế đến ết t nh lưu lượng ti u thiết ế cho hệ thống ti u hỗn hợp nông nghiệp hu dân cư Luận án lự chọn trận mư thiết ế ngày m x xác đ nh mục 2.3 với bước thời gi n 1h ngày lớn để nghi n cứu áp dụng xác đ nh hệ sô giảm lưu lượng ti u củ hệ thống thông qu hệ số K (được gọi hệ số hiệu chỉnh lưu lượng), tỷ số gi lưu lượng ti u thiết ế t nh theo bước thời gian 1h lưu lượng ti u thiết ế t nh theo bước thời gi n ngày Q (2-27) K h Qng Trong đó: Qh lưu lượng ti u củ hệ thống tương ứng MHM (m3/s); Qng lưu lượng ti u củ hệ thống tương ứng mơ hình mư ngày (m3/s) Từ thiết lập mối qu n hệ gi lưu lượng ti u t nh theo mô hình mư mơ hình mư ngày cho hệ thống ti u giả đ nh Chọn mơ hình SWMM để 13 mô thủy văn, thủy lực cho phần đô th Vùng nông nghiệp sử dụng phương pháp hồ mặt ruộng để giải đường qt Số liệu nhập vào n t củ mô hình Sử dụng mơ hình tr n ết hợp để mơ mư dịng chảy cho tồn lưu vực nghi n cứu theo sơ đồ đây: BẮT ĐẦU Từ số liệu mư , chiều rộng tràn, chiều c o tràn , sử dụng phương pháp t nh hệ số ti u cho l xác đ nh trình Q~t từ ruộng - Vẽ sơ đồ hệ thống ti u tr n SWMM - Nhập thơng số củ tồn lưu vực ti u (thơng số lưu vực th , ch thước hình học, c o độ củ hệ thống nh, o, trạm bơm ) Nhập điều iện bi n: Mư , mực nước, lưu lượng vào (inflows) n t - Mơ mư -dịng chảy cho lưu vực th - Diễn tốn dịng chảy hệ thống ti u Kiểm tr hợp lý củ ết mô Xuất ết t nh toán: Z~t Q~t nút KẾT THÚC Hình 2.11 Sơ đồ hối t nh tốn dịng chảy cho lưu vực nghi n cứu 2.5 K t luận chƣơng i) Nhằm cải tiến phương pháp xác cường độ mư thiết ế cho hệ thống ti u dân cư, đô th , chương giới thiệu phương pháp thiết lập phương trình tính cường độ mư với thời đoạn ngắn (d = 10 ph t ÷24h) ứng với T = 2, 5, 10 20 năm cho hu vực ĐBBB ii) Đã đề xuất phương pháp lự chọn mô hình 14 mư thiết ế hợp lý cho l phân t ch tần suất liệt dịng chảy mơ từ trận mư đo đạc iii) Đã giới thiệu phương pháp xác đ nh hệ số hiệu chỉnh lưu lượng K hi biết tỷ lệ diện t ch l diện t ch hu dân cư Từ xác đ nh lưu lượng ti u thiết ế ứng với bước thời gi n 1h hi biết lưu lượng ti u thiết ế ứng với bước thời gi n ngày cho đoạn nh ti u qu hu dân cư h y có bờ nh ết hợp đường gi o thông CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xây dựng quan hệ lƣợng mƣa - thời gian - tần quan hệ cƣờng ộ mƣa - thời gian - tần suất Từ ết xây dựng qu n hệ Hd thiết lập h i phương trình cho h i thời hoảng trước s u điểm chuyển tiếp, s u chuyển đổi thành cơng thức cường độ mư theo (2-18) ết bảng 3.6 đến 3.13 bảng 3.10 minh họ đây: Bảng 3.10 Phương trình biểu th qu n hệ I  d củ trạm với T = 10 năm STT Tên trạm d*(h) Vĩnh Y n 10 11 12 13 14 15 Sơn Tây Láng Hà Đông Hà Nam N m Đ nh Văn Lý Hưng Y n Bắc Ninh Hải Dương Chí Linh Ninh Bình Nho Quan Thái Bình Hải Phịng I = adn-1 I1 = a1dn1-1 (khi d ≤ d*) I1 = a2dn2-1 (khi d > d*) R2 1,15 I1 = 74,65.d -0,440 I2 = 80,56.d -0,67 0,996 1,40 I1 = 82,96.d -0,440 I2 = 81,37.d -0,59 0,997 I1 = 91,88.d -0,590 I2 = 86,82.d -0,67 0,997 I1 = 94,22.d -0,560 I2 = 91,43.d -0,66 0,999 I1 = 97,23.d -0,29 I2 = 91,25.d -0,70 0,995 I1 = 88,05.d -0,42 I2 = 91,93.d -0,73 0,996 I1 = 87,38.d -0,351 I2 = 91,44.d -0,607 0,998 I1 = 81,51.d -0,41 I2 = 83,12.d -0,79 1,000 I1 = 88,81.d -0,45 I2 = 89,59.d -0,72 0,996 I1 = 82,80.d -0,40 I2 = 85,57.d -0,67 0,995 I1 = 76,66.d -0,393 I2 = 78,08.d -0,762 0,998 I1 = 79,11.d -0,44 I2 = 84,69.d -0,63 0,996 I1 = 93,89.d -0,339 I2 = 89,35.d -0,668 0,999 I1 = 72,79.d -0,400 I2 = 75,47.d -0,59 0,995 I1 = 85,60.d -0,29 I2 = 94,12.d -0,70 0,996 0,73 0,72 0,86 1,12 1,19 1,05 1,12 1,13 1,05 1,42 0,87 1,21 1,26 15 Các giá tr a, n phụ thuộc vào tài liệu mư trạm; thể xu biến đổi củ mư theo thời gian; giá tr a1 ứng với d = 1h 3.2 K t xây dựng ẳng trị mƣa thi t k ứng với thời gian tần suất khác cho vùng ồng Bắc Bộ Căn vào phương pháp xây dựng đồ đẳng tr lự chọn giới thiệu mục 2.3 Tiến hành t nh toán tần suất xác đ nh lượng mư thời đoạn 1h, 3h, 6h, 12h, 24h, ngày, ngày lớn năm ứng với tần suất 10 % Sử dụng phần mềm ArcGis 10 với phương pháp nội suy Spline để mô tả phân bố củ mư theo hơng gi n vùng ĐBBB hình 3.15 đến 3.15h Hình 3.15a – Hình 3.15h: Phân bố lượng mư thời đoạn 1h m x – ngày max củ trạm ứng với P = 10% Luận án xây dựng đồ đẳng tr th m số củ phương trình cường độ mư lớn năm ứng với tần suất thiết ế 10% (Hình 3.16a, b, c, d) Hình 3.16a – Hình 3.16d: Bản đồ đẳng tr th m số 1; n1; a2; n2 củ phương trình cường độ mư với P = 10% 16 Kết phân t ch mư theo hông gi n cho thấy lượng mư phân bố hông theo hông gi n thời gi n Mư lớn tập trung chủ yếu hu vực Hà Nội, Hà N m, Hải Phịng Khu vực có lượng mư thấp phổ biến Hưng Y n, Bắc Ninh, Hải Dương Dự vào đồ xác đ nh lượng mư v tr hơng có trạm đo mư để phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết ế hệ thống ti u nước hu vực dân cư, đô th , công nghiệp vùng 3.3 K t xác ịnh mơ hình mƣa thi t k hợp lý cho vùng trồng lúa ứng dụng cho khu vực Hà Nam Với bước t nh toán xác đ nh mơ hình mư ti u thiết ế cho vùng trồng l phương pháp mơ tồn liệt trận mư xảy r thực tế giới thiệu chi tiết mục 2.3, tiến hành t nh toán ết số s i số tương đối q xác đ nh từ mô mư thiết ế mơ mư tồn liệt tổng hợp vào bảng 3.37 Bảng 3.37 Bảng tổng hợp ết xác đ nh số s i số tương đối q MHM btràn (m/ha) qTK (10%) qTL (10%) q (%) A1 btràn = 0,33 12,06 15,57 22,5 % A2 btràn2 = 0,29 13,75 14,97 8,15 % A3 btràn3 = 0,35 A4 16,81 16,59 1,30 % 13,60 16,85 19,30 % btràn = 0,38 A5 btràn = 0,43 10,87 17,11 36,50 % B1 btràn6 = 0,41 13,81 16.87 18,14 % B2 btràn7 = 0,32 16,76 16.24 3,20 % 18,33 17.03 7,63 % B3 btràn = 0,42 Căn vào ết xác đ nh bảng 3.34, t thấy với mơ hình mư thiết ế ngày m x dạng cho ết xác đ nh s i số q có giá tr s i số tuyệt đối nhỏ (q = 1,3%) Vậy mơ hình mư th ch hợp lự chọn để t nh ti u cho l hu vực Phủ Lý mơ hình mư ngày m x có đỉnh mư rơi vào ngày thứ (hình 3.23) 17 Lƣợng mƣa (mm) 250 200 150 100 50 t (ngày) Hình 3.23 Mơ hình mư thiết ế ngày m x – Hà Nam 3.4 K t xây dựng hệ số hiệu chỉnh lƣu lƣợng vùng tiêu hỗn hợp Luận án nghi n cứu hệ thống giả đ nh cho vùng hỗn hợp Hệ thống ti u lự chon làm sở để nghi n cứu hệ thống ti u Lạc Tràng Hà Nam có đối tượng ch nh đất dân cư đô th đất trồng l đ ng có chuyển đổi nh nh tỷ lệ sử dụng đất ( hình 3.36) Lự chọn trận mư thiết ế ngày m x củ trạm Phủ Lý xác đ nh mục 3.3 với bước thời gi n 1h ngày để áp dụng xác đ nh hệ số hiệu chỉnh lưu lượng ti u củ hệ thống K (là tỷ số gi lưu lượng ti u thiết ế t nh theo bước thời gi n 1h bước thời gian ngày) cho h i trường hợp: i) Chư xét đến ảnh hưởng củ hồ điều hò hệ thống (t nh tốn sơ bộ) ii) Có xét đến ảnh hưởng củ hồ điều hò (với hồ = 2% HT ) thuộc hu ruộng l trước hi đổ vào nh để giảm nhỏ hệ số ti u s u hi tr bớt phần lượng nước cần ti u tr n ruộng l âng So Ch âu Lúa Lúa Lúa Cửa xả Lúa Bể hút Khu dân cư Lúa Lúa Lúa Hình 3.24 Sơ đồ hệ thống ti u vùng hỗn hợp trồng l 3.4.1 Thiết lập thông số giả định hệ thống 18 hu dân cư Bảng 3.39 Bảng tổng hợp diện t ch hu ti u củ hệ thống theo phương án PA Giả đ nh Tổng diện tích (ha) Trường hợp tính tốn Diện t ch l (ha) Tỷ lệ % Diện t ch dân cư (h ) Tỷ lệ % 60 20 TH 240 80 TH 210 70 90 30 TH 180 60 120 40 TH 150 50 150 50 TH 120 40 180 60 TH 90 30 210 70 TH 400 80 100 20 TH 350 70 150 30 TH 300 60 200 40 TH 250 50 250 50 TH 200 40 300 60 TH 150 30 350 70 TH 800 80 200 20 TH 700 70 300 30 TH 600 60 400 40 TH 500 50 500 50 TH 400 40 600 60 TH 300 30 700 70 300 500 1000 3.4.2 Xây dựng hệ số hiệu chỉnh lưu lượng trường hợp chưa xét đến ảnh hưởng hồ điều hòa hệ thống Từ ết t nh lưu lượng theo mô hình mư ết t nh lưu lượng theo mơ hình mư ngày thiết lập hệ số hiệu chỉnh lưu lượng ti u củ hệ thống bảng 3.42 đây: Bảng 3.42 Bảng tổng hợp ết t nh hệ K khơng ể hồ điều hị PA Giả đ nh Tổng diện tích (ha) (1) (2) 300 Trường hợp tính tốn l = Slúa/Sht (ha) Qh (m3/s) Qng (m3/s) K = Qh/Qng (3) (4) (5) (6) (7) TH 0.8 15.2 4.08 3.73 TH 0.7 18.67 4.19 4.46 TH 0.6 21.56 4.3 5.01 19 PA Giả đ nh Tổng diện tích (ha) Trường hợp tính tốn l = Slúa/Sht (ha) Qh (m3/s) Qng (m3/s) K = Qh/Qng TH 0.5 25.26 4.42 5.71 TH 0.4 28.75 4.53 6.35 TH 0.3 32.07 4.64 6.91 TH 0.8 25.5 6.8 3.75 TH 0.7 30.38 6.98 4.35 TH 0.6 36.28 7.17 5.06 TH 0.5 41.09 7.36 5.58 TH 0.4 45.88 7.55 6.08 TH 0.3 50.03 7.74 6.46 TH 0.8 46.95 13.59 3.45 TH 0.7 50.96 13.97 3.72 TH 0.6 60.56 14.34 3.94 TH 0.5 63.17 14.72 4.16 TH 0.4 64.44 15.09 4.27 TH 0.3 69.98 15.85 4.42 500 1000 Căn vào số liệu ết cột (4) cột (7) củ bảng 3.42, vẽ biểu đồ qu n hệ gi tỷ số l = Slúa/SHT giá tr hệ số hiệu chỉnh K = Qh/Qng Biểu đồ quan hệ K l chưa kể hồ điều hòa K 8.00 S=300 6.00 4.00 S=500 2.00 S=100 0.00 0.5 αl = Slúa/SHT Hình 3.27 Qu n hệ gi hệ số K tỷ số l Nhận xét: Kết cho thấy, hệ số l giảm hệ số K tăng l n (nghĩ lưu lượng t nh theo mơ hình mư tăng) Đối với hệ thống có diện t ch phụ trách nhỏ (TH1, TH2), đường qu n hệ lK có độ dốc lớn (K=3,73 ÷ 6,9); cịn hệ thống phụ trách diện t ch lớn (S = 1000 h ) đường qu n hệ l  K có độ dốc nhỏ (K = 3,45 ÷ 4,42), có xu nằm ng ng tách biệt với h i đường tr n 20 3.4.3 Xây dựng hệ số hiệu chỉnh lưu lượng có xét đến ảnh hưởng hồ điều hịa Hiện n y giải pháp thường đề xuất dự án quy hoạch thủy lợi cải tạo số o hồ có chuyển đổi số diện t ch đất nông nghiệp sản xuất ém hiệu số loại đất trũng thấp hác thành o hồ điều hoà để cải thiện điều iện ti u nước hiệu chỉnh giản đồ hệ số ti u Trong trường hợp luận án xét đến điều tiết nước củ o hồ với diện t ch chiếm 2% diện t ch toàn hệ thống để giải toán ti u nước cho lưu vực nghi n cứu Từ ết t nh lưu lượng theo mơ hình mư (bảng 3.43) ết t nh lưu lượng theo mô hình mư ngày (bảng 3.44), thiết lập hệ số hiệu chỉnh lưu lượng ti u củ hệ thống có ể hồ điều hò bảng 3.45 đây: Bảng 3.45 Bảng tổng hợp ết t nh hệ số K có ể hồ điều hị PA Giả đ nh Tổng diện tích (ha) Trường hợp tính tốn l = Slúa/Sht (ha) Qh (m3/s) Qng (m3/s) K = Qh/Qng (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) TH 0.8 13.5 3.38 3.99 TH 0.7 16.76 4.84 4.79 TH 0.6 20.0 3.6 5.75 TH 0.5 23.8 3.71 6.42 TH 0.4 26.5 3.83 6.92 TH 0.3 29.8 3.94 7.56 TH 0.8 23.5 6.8 3.46 TH 0.7 28.38 6.98 4.07 TH 0.6 33.28 7.17 4.64 TH 0.5 38.09 7.36 5.18 TH 0.4 42.96 7.55 5.69 TH 0.3 47.82 7.74 6.18 TH 0.8 43.62 13.59 3.21 TH 0.7 48.3 13.97 3.46 TH 0.6 52.56 14.34 3.67 300 500 1000 21 PA Giả đ nh Tổng diện tích (ha) Trường hợp tính tốn l = Slúa/Sht (ha) Qh (m3/s) Qng (m3/s) K = Qh/Qng TH 0.5 57.5 14.72 3.91 TH 0.4 62.06 15.09 4.11 TH 0.3 66.8 15.85 4.21 Căn vào số liệu ết cột (4) cột (7) củ bảng 3.45, vẽ biểu đồ qu n hệ gi tỷ số l = Slúa/Sht giá tr hệ số hiệu chỉnh K = Qh/Qng hình 3.29 đây: K Biểu đồ quan hệ K l có kể hồ điều hòa 8.00 6.00 S=300 4.00 S=500 2.00 S=1000 0.00 0.5 αl = Slúa/SHT Hình 3.29 Qu n hệ gi hệ số K tỷ số l trường hợp có ể hồ điều hị Nhận xét: Bố tr hồ điều hò hệ thống làm giảm lưu lượng ti u củ hệ thống cho trường hợp t nh toán (bảng 3.45), đường qu n hệ lK theo b phương án có tách biệt (biểu đồ 3.29) thể độ dốc lớn (K = 3,46 ÷ 7,56) trường hợp hệ thống có diện t ch phụ trách nhỏ (TH1, TH2), cịn hệ thống phụ trách diện t ch lớn (S = 1000 h ) đường qu n hệ lK có độ dốc nhỏ (K = 3,21 ÷ 4,21) Bảng giá tr hệ số K biểu đồ qu n hệ ứng dụng để xác đ nh lưu lượng ti u thiết ế ứng với mơ hình mư hi biết hệ số ti u t nh theo mơ hình mư ngày nhằm nâng c o độ ch nh xác t nh toán thiết ế cơng trình ti u thuộc hu dân cư, th hệ thống ti u hỗn hợp n y 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ K t luận Nhằm cải tiến phương pháp xác đ nh MHM lưu lượng ti u thiết ế để tính tốn quy hoạch, thiết ế hệ thống ti u nước mặt vùng ĐBBB Luận án giải nh ng vấn đề s u: i) Đã nghi n cứu, đánh giá tổng qu n nghi n cứu nước giới có li n qu n đến luận án phương pháp xác đ nh MHM ti u thiết ế t nh toán lưu lượng ti u thiết ế Từ đề r mục ti u nghi n cứu củ luận án ii) Đã thu thập, hảo sát số liệu mư 15 trạm đo mư tự ghi ĐBBB với số liệu cập nhất từ năm 1985 đến 2014 Từ nghi n cứu thiết lập cơng thức tính cường độ mưa (thời đoạn ngắn d = 10 phút ÷ 24h) cho h i thời hoảng trước s u điểm chuyển tiếp I1 = a1.dn1-1 (d ≤ d*) I2 = a2.dn2-1 (d > d*) Ứng với chu ỳ lặp lại 2, 5, 10 20 năm (tương ứng P = 50, 20, 10, %) iii) Đã xây dựng đồ đẳng tr lượng mư lớn thời đoạn: 1h, 3h, 6h, 12h, 24h, ngày, ngày đồ đẳng tr tham số củ phương trình cường độ mư Dựa vào đồ xác đ nh giá tr lương mư cường độ mư v trí khơng có trạm đo nhằm phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết kế, cải tạo, nâng cấp hệ thống ti u nước khu vực đô th dân cư nông thôn vùng iv) Đã xác đ nh mơ hình mư ti u thiết kế cho lúa phương pháp mơ hình tốn mơ q trình mư – dịng chảy phân t ch từ liệt dịng chảy mơ từ trận mư đo đạc Kết xác đ nh mơ hình mư ti u hợp lý cho lúa khu vực Hà Nam trận mư ngày m x xuất năm 2008 có tổng lượng mư 396 mm, có đỉnh mư rơi vào ngày thứ trận mư v) Luận án thiết lập bảng tr giá tr K, tỷ số gi hệ số ti u thiết ế t nh theo mơ hình mư mơ hình mư ngày cho hệ thống ti u hu vực Phủ Lý, Hà N m với thông số giả đ nh Bảng giá tr hệ số K ứng dụng để xác đ nh lưu lượng ti u thiết ế ứng với mơ hình mư củ cơng trình ti u hi biết hệ số ti u t nh theo mô hình mư ngày 23 Nh ng óng góp luận án i) Luận án thiết lập quan hệ lượng mư – thời gi n mư – tần suất (DDF) quan hệ cường độ mư – thời gi n mư – tần suất (IDF) cho lượng mư thời đoạn ngắn (d = 10 phút ÷24h) vùng ĐBBB ii) Luận án xây dựng hệ số hiệu chỉnh lưu lượng tiêu thiết kế cho hệ thống tiêu vùng tiêu hỗn hợp nông nghiệp dân cư th từ mơ hình mư mơ hình mư ngày khu vực Phủ Lý, tỉnh Hà Nam Hạn ch luận án i) Do điều kiện thực tế hách qu n vùng nghiên cứu có số trạm đo mư tự ghi dẫn đến kết nội suy khơng gian cịn có sai số ii) Phương pháp xác đ nh hệ số hiệu chỉnh lưu lượng K nghi n cứu tính tốn cho h i trường hợp khơng kể có kể hồ điều hòa hệ thống Tuy nhiên toán đặt xét đến trường hợp phân bố dân cư tập trung mà chư nghiên cứu cho trường hợp khác Ki n nghị i) Các phương pháp xác đ nh MHM tiêu thiết kế t nh lưu lượng tiêu thiết kế củ luận án áp dụng cho vùng hác có điều iện tương tự ii) Việc tiếp cận ứng dụng phương pháp nghi n cứu mà luận án thực tiếp tục mở rộng, phát triển trường hợp có xét đến ảnh hưởng củ biến đổi h hậu toàn cầu iii) Tài liệu mư củ trạm thuộc vùng đồng Bắc Bộ có chất lượng tốt, nhi n số lượng trạm đo hạn chế Nhà nước cần nghi n cứu bổ sung trạm đo mư tự ghi để mật độ trạm vùng dày hơn, nhằm tăng độ ch nh xác n cho ết nghi n cứu iv) Có thể mở rộng nghi n cứu hi xác đ nh hệ số giảm lưu lượng K trường hợp hệ thống có đặc điểm hác như: quy mơ hệ thống, cơng trình đầu mối, hình dạng củ hu ti u 24 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Nguyễn Th Việt Hồng, Nguyễn Tuấn Anh, “Thiết lập quan hệ lượng mư – Thời gi n mư – Tần suất cho số vùng Đồng Bắc bộ”, Tuyển tập Hội ngh khoa học thường niên, ĐH Thủy lợi, tháng 11/2016, trang 362-364 Nguyễn Th Việt Hồng, Nguyễn Tuấn Anh, Nguyễn Hoàng Sơn, “Sử dụng phần mềm Arcgis 10 phương pháp nội suy Spline nghiên cứu phân bố lượng mư thời đoạn ngắn lớn vùng Đồng Bắc bộ”, Tạp chí khí tượng thủy văn, số 676 (4/2017), ISSN 2525 -2208 Trang 56-63 Nguyễn Th Việt Hồng, Nguyễn Tuấn Anh, “Nghi n cứu lự chọn mơ hình mư ti u thiết ế hợp lý để t nh toán ti u cho l vùng Đồng Bắc Ứng dụng cho hu vực Hà N m”, Tạp ch Kỹ thuật tài nguy n nước, số 01/2018, ISSN 1859-3771, trang 29-35 Nguyễn Th Việt Hồng, Nguyễn Tuấn Anh, “Xây dựng cơng thức tính cường độ mưa thiết kế đồ đẳng trị tham số vùng đồng Bắc Bộ”, Tạp ch Kho học ỹ thuật Thủy lợi môi trường, số 60 (3/2018), ISSN 1859 – 3941, trang 48-57 ... liệt trận mư xảy r thực tế để t nh toán chế độ ti u cho vùng trồng l Ứng dụng cho hu vực Hà N m; iv)Thiết lập hệ số hiệu chỉnh lưu lượng thiết ế cho hệ thống ti u hỗn hợp nông nghiệp dân cư đô th... mư để phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết ế hệ thống ti u nước hu vực dân cư, đô th , công nghiệp vùng 3.3 K t xác ịnh mô hình mƣa thi t k hợp lý cho vùng trồng lúa ứng dụng cho khu vực Hà... lớn cho ết t nh toán Đồng thời th m số công thức xác đ nh v tr có trạm đo, nh ng vùng x trạm đo sử dụng th m số củ trạm gần nhất, hó đảm bảo độ ch nh xác ii) Hiện n y t nh toán hệ số tiêu cho