ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN: VÕ ĐOÀN TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN: XÂY DỰNG ATLAT MƯA CỰC HẠN CHO TỈNH QUẢNG NGÃI DỰA TRÊN PHÂN TÍCH TẦN SUẤT MƯA VÙNG VÀ SUY LUẬN BAYESIAN Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Chí Công Đà Nẵng – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu sử dụng luận văn trung thực kết tính tốn luận văn chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Võ Đoàn MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Các nghiên cứu nước 1.1.1 Các nghiên cứu nước 1.1.2 Các nghiên cứu nước 1.2 Điều kiện tự nhiên tỉnh Quảng Ngãi 1.2.1 Vị trí địa lý 1.2.2 Đặc điểm địa hình 1.3 Đặc điểm khí hậu địa bàn tỉnh Quảng Ngãi 1.3.1 Phân vùng khí hậu tỉnh Quảng Ngãi 1.3.2 Đặc điểm mưa 1.4.Hiện trạng trạm khí tượng thủy văn tỉnh Quảng Ngãi 13 1.4.1 Mạng lưới trạm quan trắc mưa tỉnh Quảng Ngãi .13 1.4.2 Đánh giá chất lượng liệu mưa 14 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH TẦN SUẤT MƯA VÙNG 15 2.1 Sàng lọc số liệu 15 2.1.1 Mục đích 15 2.1.2 Phương pháp – Chỉ số đánh giá tính khơng phù hợp (Di) 16 2.2 Định dạng vùng đồng 16 2.2.1 Định nghĩa vùng đồng 16 2.2.2 Xác định vùng đồng 17 2.2.3 Lựa chọn hàm phân phối cho phân tích tần suất mưa vùng 18 2.2.4 Các dạng hàm phân phối phân tích thống kê 18 2.3 Ước lượng giá trị- phân tích tần suất mưa vùng 21 2.3.1 Chỉ số mưa vùng 21 2.3.2 Tổng quan suy luận Bayesian 21 2.3.3 Likelihood mẫu số liệu quan trắc mưa 22 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PHÂN TÍCH TẦN SUẤT MƯA VÙNG CHO TỈNH QUẢNG NGÃI 23 3.1 Biến đổi mưa 1,3,5,7 ngày lớn tỉnh Quảng Ngãi 23 3.1.1 Lượng mưa ngày max trung bình 23 3.1.2 Lượng mưa ngày lớn tuyệt đối 23 3.1.3 Đặc điểm lượng mưa thời đoạn 1,3,5,7 ngày max 23 3.2 Dữ liệu mưa phục vụ nghiên cứu 24 3.3 Áp dụng phân tích tần suất mưa vùng cho tỉnh Quảng Ngãi 26 3.3.1 Xác định tính không phù hợp (Di) cho vùng nghiên cứu 26 3.3.2 Kiểm tra tính đồng lượng mưa cực trị cho vùng nghiên cứu 28 3.3.3 Lựa chọn hàm phân phối xác suất 28 3.3.4 Phân tích tần suất mưa vùng cho mơ hình mưa 33 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG ATLAT MƯA CỰC HẠN CHO TỈNH QUẢNG NGÃI 38 4.1 Tổng quan phương pháp nội suy số liệu mưa GIS 38 4.2 Mục đích xây dựng Atlat mưa cực hạn 39 4.3 Lựa chọn số liệu sử dụng để thành lập Atlat mưa cực hạn 39 4.4 Ứng dụng GIS xây dựng Atlat mưa cực hạn cho tỉnh Quảng Ngãi 39 4.5 So sánh kết đồ mưa nội suy theo phương pháp địa phương phương pháp phân tích mưa vùng 40 4.6 Ứng dụng đồ lượng mưa đánh giá khả xả lũ cơng trình hồ chứa nước Nước Trong 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 XÂY DỰNG ATLAT MƯA CỰC HẠN CHO TỈNH QUẢNG NGÃI DỰA TRÊN PHÂN TÍCH TẦN SUẤT MƯA VÙNG VÀ SUY LUẬN BAYESIAN Học viên: Võ Đoàn Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thuỷ Mã số: ……Khóa: K31 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Để khắc phục hạn chế phương pháp phân tích tần suất mưa truyền thống, nghiên cứu giới áp dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng để làm lớn kích thước mẫu số liệu đo trạm vùng đồng giảm khơng chắn ước tính giá trị mưa cực hạn Ở Việt Nam, phương pháp chưa áp dụng rộng rãi, có hai nghiên cứu bước đầu áp dụng cho vùng tỉnh Quảng Nam tỉnh Gia Lai Việc áp dung phương pháp phân tích mưa vùng xây dựng Atlat mưa cực hạn cho toàn tỉnh cần thiết cơng tác phịng chống lũ lụt thời gian đến Do đó, tác giả đề xuất đề tài: Xây dựng Atlat mưa cực hạn cho tỉnh Quảng Ngãi dựa phân tích tần suất mưa vùng suy luận Bayesian Đề tài tiếp cận theo phương pháp phân tích tần suất mưa, nhằm cải thiện hạn chế phương pháp truyền thống để từ ước tính giá trị mưa ứng với tần suất cực hạn với độ tin cậy cao Kết thực làm tài liệu tham khảo kiểm chứng cho đơn vị quản lý nhà nước, thiết kế cơng trình, dự báo khí tượng thủy văn vận hành hồ đập địa bàn tỉnh Quảng Ngãi BUILD A WINDY MAP FOR THE QUANG NGAI PROVINCE BASED ON FISHERIES FREQUENCY ANALYSIS AND BAYESIAN DISCUSSION Abstract - In order to overcome the limitations of traditional rainfall frequency analysis, international studies have applied the regional rainfall frequency analysis method to scale up the sample size of stations in the homogeneous region and Reduce uncertainty in extreme rainfall estimate In Vietnam, this method has not been widely applied, only two studies initially applied to regions such as Quang Nam province and Gia Lai province Applying the method of regional rainfall analysis and the extreme rainfall in the province is essential for flood prevention in the coming time Therefore, the author proposes the topic: Extreme rainfall mapping for Quang Ngai based on regional rainfall frequency analysis and Bayesian inference The project approached a new method for the analysis of the incidence of precipitation, in order to improve the limitations of traditional methods to estimate the value of precipitation values with extreme frequencies with high reliability Results of implementation as reference and verification documents for state management units, work design, hydro-meteorological forecasting and dam reservoir operation in Quang Ngai province DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT RFA Regional Frequency Analysis GIS Geographic Information System GEV Generalized extreme-value distribution FABMC Frequecy Analysis Bayesian MacKov Chain Monte Carlo KTTV Khí tượng thủy văn ODA Official Development Assistance AusAID Australian Agency for International Development DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng 1.1 Trang Đặc trưng nhiệt độ trung bình năm khu vực nghiên cứu 1.2 Lượng mưa ngày lớn vị trí 10 1.3 Tần suất mưa năm số trạm 11 1.4 Lượng mưa mùa lũ, mùa kiệt tỷ lệ với lượng mưa năm 11 1.5 Thống kê trạm khí tượng, mưa vùng 2.1 13;14 Điều kiện đánh giá tính khơng phù hợp dựa số Di ứng với số lượng N trạm vùng nghiên cứu 16 3.1 Lượng mưa ngày lớn trạm 3.2 Các trạm quan trắc lượng mưa sử dụng tính tốn 24,25 3.3 Kết tính tốn Di cho khu vực nghiên cứu 26,27 3.4 Giá trị số đồng dạng Hi khu vực nghiên cứu 28 3.5 Giá trị tuyệt đối ZDIST 28 Kết ước tính lượng mưa ngày max 3.6 23 tương ứng thời gian lặp lại T=100 1000 năm cho trạm Trà Bồng 30 với ba dạng phân phối GEV, LN3 PE3 Kết ước tính lượng mưa ngày max 3.7 tương ứng thời gian lặp lại T=100 1000 năm cho trạm Trà Bồng 31 với ba dạng phân phối GEV, LN3 PE3 Kết ước tính lượng mưa ngày max 3.8 tương ứng thời gian lặp lại T=100 1000 năm cho trạm Trà Bồng 32 với ba dạng phân phối GEV, LN3 PE3 Giá trị mưa ngày max ứng với tần suất 2%; 3.9 1,5%;1,0%;0,5%; tương ứng với giá trị Maximum 34 Likelihood Giá trị mưa ngày max ứng với tần suất 2%; 3.10 1,5%;1,0%;0,5%; tương ứng với giá trị Maximum Likelihood 35 Giá trị mưa ngày max ứng với tần suất 2%; 3.11 1,5%;1,0%;0,5%; tương ứng với giá trị Maximum 36 Likelihood Giá trị mưa ngày max ứng với tần suất 2%; 3.12 1,5%;1,0%;0,5%; tương ứng với giá trị Maximum Likelihood 37 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ 1.1 1.2 3.1 3.2, 3.3, 3.4 3.5, 3.6, 3.7 3.8, 3.9, 3.10 4.1 4.2 4.3 Tên hình vẽ Trang Bản đồ hành tỉnh Quảng Ngãi Bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu Bản đồ vị trí trạm quan trắc mưa sử dụng nghiên cứu 26 Kết phân tích tần suất vùng ngày max cho trạm Trà Bồng với ba dạng phân phối GEV, LN3 PE3 Kết phân tích tần suất vùng ngày max cho trạm Ba Tơ với ba dạng phân phối GEV, LN3 PE3 Kết phân tích tần suất vùng ngày max cho trạm Ba Tơ với ba dạng phân phối GEV, LN3 PE3 Bản đồ mưa ngày max, P=1%, theo phương pháp vùng Sử dụng suy luận tần suất dạng phân phối LN3 Bản đồ mưa ngày max, P=1%, theo phương pháp địa phương-sử dụng suy luận Bayesian dạng phân phối LN3 Bản đồ vị trí Hồ Nước Trong 29 30 32 42 43 44 MỞ ĐẦU Sự cần thiết nghiên cứu Dựa số liệu quan sát nhiều nơi giới, mưa cực hạn (extreme rainfall) yếu tố chủ yếu tạo trận lũ có sức tàn phá nghiêm trọng, đặc biệt cơng trình xây dựng như: Hồ chứa, cầu cống thị Mưa cực hạn lượng mưa có giá trị ngang vượt giá trị tính tốn thiết kế cơng trình xây dựng Trên thực tế, kỹ sư dựa vào số liệu quan sát hạn chế trạm đo mưa để từ phân tích tần suất ước tính giá trị mưa thiết kế cho cơng trình Tuy nhiên, thời gian lặp lại giá trị thiết kế công trình thường lớn (T=100, 200 500 năm) nên việc ước tính thường khơng chắn tiềm ẩn khả vượt giá trị thiết kế Điều nguy hiểm đến an toàn cơng trình Bên cạnh đó, tác động biến đổi khí hậu tồn cầu, nghiên cứu cho thấy tương lai lượng mưa số vùng có tính đột biến cao mang tính cực đoan [4] Điều làm gia tăng không chắn giá trị ước tính mưa thiết kế cơng trình Để khắc phục hạn chế này, nghiên cứu giới áp dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng để làm lớn kích thước mẫu số liệu đo trạm vùng đồng giảm không chắn ước tính giá trị mưa cực hạn [7];[8];[9][10] Ở Việt Nam, phương pháp chưa áp dụng rộng rãi, có hai nghiên cứu bước đầu áp dụng cho vùng tỉnh Quảng Nam [5];[6] tỉnh Gia Lai [3] Từ lập luận trên, tác giả nhận định phương pháp củng áp dụng cho tỉnh Quảng Ngãi, vùng có lượng mưa dồi dào, ngày lớn, tâm mưa tập trung tại: Ba Tơ ; Gía Vực Sơn Hà, lượng mưa thường gây lũ lớn hệ thống sông Bên cạnh đó, lưu vực hệ thống sơng thuộc tỉnh Quảng Ngãi có nhiều hồ chứa thủy lợi thủy điện vào vận hành Việc áp dung phương pháp phân tích mưa vùng xây dựng Atlat mưa cực hạn cho toàn tỉnh cần thiết cơng tác phịng chống lũ lụt thời gian đến Do đó, tác giả đề xuất đề tài: Xây dựng Atlat mưa cực hạn cho tỉnh Quảng Ngãi dựa phân tích tần suất mưa vùng suy luận Bayesian Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu áp dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng cho tỉnh Quảng Ngãi - Xây dựng Altat mưa cực hạn để làm luận khoa học cho công tác quản lý, khai thác cơng trình thủy lợi, phịng chống thiên tai, thích ứng với biến đổi khí hậu BẢN ĐỒ PHÂN BỐ LƯỢNG MƯA NGÀY LỚN NHẤT (Tần suất 0,5%) GIÁ TRỊ MƯA NGÀY MAX, NG VI TN SUT Lng ma (mm) TT Tên trạm 20% 10% 5% 2% 1.5% 1% 0.5% 0.1% 0.02% 0.01% Lý S¬n 544 681 772 858 912 965 1041 1203 1329 1407 Ch©u ỉ 593 742 842 935 994 1051 1134 1311 1448 1533 Trµ Khóc 533 666 756 840 893 944 1018 1178 1301 1377 Qu¶ng Ng·i 559 700 794 882 938 992 1069 1237 1366 1446 S«ng VƯ 525 657 745 828 880 931 1004 1161 1282 1357 An ChØ 572 715 811 901 958 1013 1093 1264 1396 1478 Mé §øc 489 612 694 771 820 867 935 1081 1194 1264 §øc Phỉ 483 604 685 761 809 856 923 1067 1179 1248 Sa Huúnh 431 540 612 680 723 765 825 954 1054 1115 10 Ba T¬ 768 961 1090 1210 1287 1361 1468 1697 1875 1985 11 Gi¸ Vùc 731 915 1038 1153 1226 1297 1398 1617 1786 1891 12 Minh Long 820 1026 1164 1292 1374 1453 1567 1812 2002 2119 13 Sơn Hà 621 777 881 979 1041 1101 1187 1373 1516 1605 14 S¬n Giang 767 959 1088 1209 1285 1359 1466 1695 1872 1982 15 Sơn Tây 592 741 840 934 993 1050 1132 1309 1446 1531 16 Trµ Bång 714 893 1013 1125 1197 1266 1365 1578 1744 1845 609 762 864 960 1021 1079 1164 1346 1487 1574 BẢN ĐỒ PHÂN BỐ LƯỢNG MƯA NGÀY LỚN NHẤT (Tần suất 2%) BẢN ĐỒ PHÂN BỐ LƯỢNG MƯA NGÀY LỚN NHẤT (Tần suất 1,5%) BẢN ĐỒ PHÂN BỐ LƯỢNG MƯA NGÀY LỚN NHẤT (Tần suất 1%) BẢN ĐỒ PHÂN BỐ LƯỢNG MƯA NGÀY LỚN NHẤT (Tần suất 0,5%) BẢN ĐỒ PHÂN BỐ LƯỢNG MƯA NGÀY LỚN NHẤT (Tần suất 2,0%) GIÁ TRỊ MƯA NGÀY MAX, ỨNG VI TN SUT Lng ma (mm) TT Tên trạm 20% 10% 5% 2% 1.5% 1% 0.5% 0.1% 0.02% 0.01% Lý S¬n 467 580 657 729 776 822 890 1046 1178 1267 Ch©u ỉ 501 623 705 783 833 882 955 1123 1265 1360 Trµ Khóc 447 556 629 698 743 787 852 1001 1128 1213 Qu¶ng Ng·i 466 579 656 728 775 821 889 1044 1176 1265 S«ng VƯ 442 549 622 690 735 778 842 990 1115 1199 An ChØ 487 605 685 761 809 858 928 1091 1229 1321 Mé §øc 415 516 584 649 690 731 792 930 1048 1127 §øc Phỉ 419 521 589 654 696 738 799 939 1057 1137 Sa Huúnh 364 452 512 568 605 641 693 815 918 987 10 Ba T¬ 631 785 888 986 1049 1111 1203 1414 1593 1712 11 Gi¸ Vùc 592 736 833 925 984 1043 1129 1326 1494 1606 12 Minh Long 684 850 962 1068 1137 1204 1304 1532 1726 1855 13 Sơn Hà 536 666 753 837 890 943 1021 1200 1352 1453 14 S¬n Giang 645 802 907 1007 1072 1136 1229 1445 1627 1750 15 Sơn Tây 507 630 713 792 843 893 966 1135 1279 1375 16 Trµ Bång 599 744 842 935 995 1054 1141 1341 1511 1624 513 637 721 801 852 903 977 1148 1294 1391 BẢN ĐỒ PHÂN BỐ LƯỢNG MƯA NGÀY LỚN NHẤT (Tần suất 1,5%) BẢN ĐỒ PHÂN BỐ LƯỢNG MƯA NGÀY LỚN NHẤT (Tần suất 1%) BẢN ĐỒ PHÂN BỐ LƯỢNG MƯA NGÀY LỚN NHẤT (Tần suất 0,5%) ... xuất đề tài: Xây dựng Atlat mưa cực hạn cho tỉnh Quảng Ngãi dựa phân tích tần suất mưa vùng suy luận Bayesian Đề tài tiếp cận theo phương pháp phân tích tần suất mưa, nhằm cải thiện hạn chế phương... phương pháp phân tích tần suất mưa vùng sở suy luận Bayesian, thuật toán MCMC xây dựng đồ mưa cực hạn cho tỉnh Quảng Nam Gia Lai Kết cho thấy việc sử dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng khắc... dựng Atlat mưa cực hạn cho toàn tỉnh cần thiết cơng tác phịng chống lũ lụt thời gian đến Do đó, tác giả đề xuất đề tài: Xây dựng Atlat mưa cực hạn cho tỉnh Quảng Ngãi dựa phân tích tần suất mưa vùng