Kết quả nghiên cứu bước đầu phân bố mưa 24 giờ max phục vụ công tác thiết kế công trình xả lũ hồ thủy lợi ở Nghệ An

Phương sai của phân bố mưa lệch chuẩn phản ánh cường độ mưa lớn trong khoảng thời gian ngắn 1-2 giờ trở xuống quyết định lớn đến cường độ đỉnh lũ. Đối với hồ Khe Nu-Nghi Lộc-Nghệ An, m ưa 24 giờ tần suất 0,5% (chu kỳ 200 năm) bằng 702,7mm /24h m ưa có phân bố lệch chuẩn với phương sai nhỏ nhất thì lưu lượng lũ đến có thể tăng lên tới khoảng 5,5 lần so với trường hợp phân bố lệch chuẩn với phương sai trung bình.

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BƯỚC ĐẦU PHÂN BỐ MƯA 24 GIỜ MAX PHỤC VỤ CÔNG TÁC THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH XẢ LŨ HỒ THỦY LỢI Ở NGHỆ AN PGS.TS Nguyễn Văn Hoàng Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam PGS.TS Đồn Dỗn Tuấn Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam ThS Nguyễn Văn Lợi Tổng cục Thủy lợi Tóm tắt: Phân bố cường độ m ưa thời đoạn (chẳng hạn giờ) đợt mưa lớn có vai trị hình thành đường tiến trình dịng lũ tới hồ chứa, có ý nghĩa thiết kế cơng trình thủy lợi Phân tích phân bố mưa thời đoạn đợt mưa 24 max thời kỳ 1991-2012 trạm khí tượng thủy văn Vinh-Nghệ An cho thấy phân bố m ưa có dạng lệch chuẩn Thơng số hình dáng phân bố lệch chuẩn có giá trị trung bình 0,39, trung bình trung tuyến 10,17 giờ, phương sai 5,47 trung bình hệ số tương quan m ưa tích lũy thực đo mưa phân bố lệch chuẩn 0,939 Phương sai phân bố mưa lệch chuẩn phản ánh cường độ mưa lớn khoảng thời gian ngắn 1-2 trở xuống định lớn đến cường độ đỉnh lũ Đối với hồ Khe Nu-Nghi Lộc-Nghệ An, m ưa 24 tần suất 0,5% (chu kỳ 200 năm) 702,7mm /24h m ưa có phân bố lệch chuẩn với phương sai nhỏ lưu lượng lũ đến tăng lên tới khoảng 5,5 lần so với trường hợp phân bố lệch chuẩn với phương sai trung bình Từ khóa: Cường độ m ưa, đợt mưa lớn 24h, phân bố lệch chuẩn, thông số hình dáng, trung tuyến, phương sai, đỉnh lũ Summary: Distribution of tem poral rainfall intensity (e.g., 1h) during storm rainfall period plays a m ain role in formation of incoming flood flow into reservoir curve which is important for irrigation reservoir design Distribution of 1h rainfall intensity during 24h-period storm rainfalls in the 1991-2012 years at Nghe An hydrometeorological station had been analyzed and showed that the distribution has skew normal type The skew-normal distribution has mean shape param eter of 0.39, m edian value of 10.17 hours, average dispersion coefficient of 5.47 hours The average squared correlation coefficient between m easured accum ulative rainfalls and the skew norm al distributed accumulative rainfalls is 0.939 The rainfall skew normal distribution dispersion coefficient expresses the most intensive rainfall intensity during 1h-2h or less and strongly determ ines the peak incoming flow For Khe Nu irrigation reservoir in Nghi Loc district, Nghe An province, the 24h rainfall of 0.5% frequency (200 years of return period) with 702.7mm/24h of skew normal distribution with the m inimal dispersion coefficient may results in peak flow of 5.5 tim es of that resulted by average dispersion coefficient Key words: Rainfall intensity, 24h storm rainfall period, skew normal distribution, shape param eter, m edian, dispersion, peak flow I MỞ ĐẦU Số liệu mưa đặc trưng theo tần suất đóng TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGH Ệ TH ỦY LỢI SỐ 20 - 2014 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ vai trị quan trọng nghiên cứu thiên tai lũ lụt thiết kết cơng trình giao thơng thủy thủy lợi, đặc biệt hồ chứa Nội dung tiến hành nghiên cứu liên tục từ nội dung phương pháp xác định tần suất m ưa, phân bố m ưa ngày-đêm đến vài ngày-đêm , lượng mưa ngày-đêm max m ưa 24 liên tục max, phân bố m ưa theo giờ, phút, đặc tính phân bố m ưa theo khơng gian thời gian… Có thể m inh chứng qua m ột số nghiên cứu Demetris Koutsoyiannis (1998) [1] trình bày phương pháp giá trị cực trị tổng quát (Generalized Extrem e Value (GEV) biến đổi đơn giản phương pháp xác suất Hershfield xác định lượng m ưa cực đại (PMP), mà theo phương pháp Hershfiled số liệu m ưa cực đại khơng thiết phải bị giới hạn Kết thể khác biệt lớn phương pháp Hershfield có kết phù hợp với liệu thực tế so với phương pháp truyền thống; David M Hershfield (1961) [2] phân tích tính tốn tần suất quan hệ đại lượng (giờ, vài giờ, ngày, vài ngày) tần suất khác lãnh thổ nước Mỹ; J.C Smithers and R E Schulze (2002) [3] xác định mối tương quan phân bố mưa m ột ngày-đêm, vài ngày-đêm, mưa 24 liên tục vài phân tích nghiên cứu xác định cho Nam Phi Vai trò phân bố m ưa đặc biệt quan tâm chương trình xây dựng sở liệu phục vụ phân tích thiết kế sửa chữa cải tạo nâng cấp khoảng 26.000 hồ-đập số 80.000 hồ-đập Mỹ (James N Moore and Ray C Riley, 2003)[4] tác giả trình bày khả thay việc sử dụng mưa m ax liên tục việc sử dụng m ưa 24 max m ưa max nhiều thời đoạn Đồng thời nhấn mạnh tầm quan trọng thời đoạn mà cường độ mưa lớn (thí dụ mưa max) Trong báo tập thể tác giả trình bày kết nghiên cứu bước đầu phân bố mưa 24 m ax TP Vinh-Nghệ An nhằm hỗ trợ cho cơng tác phân tích xác định dịng lũ đến hồ chứa thiết kế cơng trình nhằm đảm bảo an tồn kỹ thuật từ phương diện dịng chảy lũ II CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN Q UYẾT ĐỊNH ĐẾN DÒNG CHẢY LŨ DO MƯA LỚN Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hình thành lũ hình dáng đường cong tiến trình dịng chảy lũ là: 1) Thời gian tập trung dịng chảy; 2) Hình dáng lưu vực; 3) Diện tích lưu vực; 4) Địa hình; 5) Độ trữ nước bề m ặt; 6) Độ ẩm đất thời gian trước đợt m ưa nghiên cứu; 7) Lượng mưa; 8) Phân bố mưa Trong m ùa mưa lũ, yếu tố tác động tới hình thành dịng chảy lũ tới hồ chứa tóm tắt sau: - Thời gian tập trung dòng chảy tràn: thời gian để nước từ điểm xa lưu vực (tiểu lưu vực) chảy đến điểm quan tâm (đặc biệt hồ chứa…) [5] + Hình dáng lưu vực/tiểu lưu vực: ảnh hưởng đến hình thái đường cong diễn biến lưu lượng dịng chảy sông suối thông qua: 1) thời gian tập trung dịng chảy m ặt, 2) hình dáng tiểu lưu vực thu nước phân chia lưu vực Từ bắt đầu đợt mưa đến thời điểm tập trung dịng chảy tràn tới vị trí tập kết nước (sông, suối, hồ chứa…) m ột phần lưu vực đóng góp cho dịng chảy tập trung Vì vào thời điểm trước thời điểm tập trung dịng chảy tràn tới sơng, suối, hồ chứa… xem lượng nước tập trung tỷ lệ với diện tích đóng góp dịng chảy tràn [6] Lượng nước hình dáng lưu vực/tiểu lưu vực khác khác + Địa hình: thoải tăng lượng nước thấm vào đất làm giảm lượng dịng chảy m ặt đồng thời làm tăng khả giữ nước bề mặt + Lượng mưa: lượng m ưa lớn, dòng chảy m ặt lớn đỉnh lũ lớn, đồng thời thời gian tập trung dòng chảy giảm Liên quan đến lượng mưa phân tích tính tốn lũ phục vụ thiết kế cơng trình xả lũ hồ chứa tần suất mưa yêu cầu sử dụng, chẳng hạn mưa ngày max tần suất 1%, 0,5% Tuy nhiên, tiến trình dịng chảy lũ đến phụ thuộc nhiều vào phân bố mưa ngày mưa đó, đặc biệt thể rõ kết m ô TẠP CH Í KH OA H ỌC VÀ C ÔN G N GHỆ TH Ủ Y LỢI SỐ 20 - 2014 KHOA HỌC hình thủy văn-thủy lực Như vai trò lớn phân bố m ưa liên tục, chẳng hạn phân bố m ưa thời đoạn đợt m ưa liên tục 24 thay m ưa lớn ngày-đêm (từ 7h sáng hơm trước tới 7h sáng hôm sau) III PHÂN BỐ MƯA THỜI ĐOẠN GIỜ ĐỢT MƯA 24 GIỜ MAX TẠI VINH - NGHỆ AN 3.1 Về phân bố chuẩn phân bố lệch chuẩn mưa 24 m ax Phân bố mưa theo thời gian tương tự số liệu ngẫu nhiên, thông thường phân bố chuẩn (norm al distribution), phân bố Student, phân bố lệch chuẩn (skew-normal distribution)… Chẳng hạn J Juras (1994) [7] tiến hành sử dụng số thuật toán biến đổi khác xác định phân bố chuẩn m ưa theo thời gian qua việc xác định thông số phân bố chuẩn giá trị trung bình độ lệch chuẩn (standard deviation) Phân bố mưa theo thời đoạn 24 liên tục m ưa lớn (ứng với tần suất P đó, chẳng hạn 1%, 0,5%) có dạng tương tự đường cong hàm mật độ xác suất Để đơn giản hóa ta m inh họa với trường hợp phân bố chuẩn chuẩn hóa (standard norm al distribution): trục tung thể mật độ xác suất tương ứng lượng m ưa (trong khoảng thời gian đó, chẳng hạn phút, 10 phút, 15 phút, 30 phút 1giờ…), trục hoành biến ngẫu nhiên tương ứng thời gian tính từ thời điểm (có giá trị từ đến 24 giờ) (hình 1) Như vậy, diện tích đường cong có lượng mưa từ f(t1) đến f(t2) tổng lượng mưa khoảng thời gian từ t1 đến t2 (diện tích xác suất xảy t1tt2) CÔNG NGHỆ (shape parameter α) (Fernanda Figueiredo and M Ivette Gom es, 2013) [8] Vì vậy, xem xét trường hợp tổng quát phân bố lệch chuẩn Phân bố lệch chuẩn chuẩn hóa (standard skew-normal distribution) có dạng sau (Fernanda Figueiredo and M Ivette Gomes, 2013) [8] f ( x)  2 ( x) (x) (1) Trong đó, hàm mật độ xác suất phân bố chuẩn chuẩn hóa là: 2x  ( x)  e 2 (2) Hàm phân bố tích lũy chuẩn chuẩn hóa là:  x  1  1  erf  2   x ( x)    (t ) dt   (3) Phân bố lệch chuẩn chuẩn hóa (1) có dạng cụ thể sau: f ( x)  e 2  x2   x   1 erf     (4) Trong trường hợp tổng quát hàm phân bố lệch chuẩn có dạng: f ( x)   ( x  x   )       (1b) Trong hàm m ật độ xác suất phân bố chuẩn là: x ,         ( x  ) 2 e 2 2 (2b) Hàm phân bố tích lũy lệch chuẩn là: x Hình Phân bố chuẩn chuẩn hóa Phân bố chuẩn trường hợp riêng phân bố lệch chuẩn mà thơng số hình dáng  x   e      22   x        1  erf    2    ( t  ) 2 2 dt (3b) Từ (1b, 2b 3b) phân bố lệch chuẩn có dạng cụ thể sau: TẠP C HÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGH Ệ TH ỦY LỢI SỐ 20 - 2014 KHOA HỌC  ( x  ) f ( x)  CÔNG NGHỆ 2 e 2   x      (4b) 1  erf         3.3 Xác định thông số phân bố lệch chuẩn mưa 24 m ax TP Vinh-Nghệ An Số liệu mưa liên tục 24 max trạm khí tượng thủy văn Vinh-Nghệ An thời kỳ 19902012 phân tích sử dụng Kết trình bày sau (ngồi thơng số liên quan đến phân bố lệch chuẩn, hình cịn thể bình phương hệ số tương quan R số liệu thực tế kết tính theo phân bố lệch Vi nh - Nghệ An ‐ 199 1‐2 012 0,50 L ượng mưa g iờ ch uẩ n h óa 0,45 0,40 0,35 0,30 1991 19 92 199 1994 19 95 199 1997 19 98 199 2000 20 01 200 2003 20 04 200 2006 20 07 200 2009 20 10 201 2012 TB TB ‐σ 1,0 Vi nh -N ghệ An ‐ 19 91 ‐20 12 0,9 Tỷ lệ cộng dồn lượng mưa gi chuẩ n hóa 0,55 chuẩn xác định) Để phân tích đánh giá qui luật phân bố, xây dựng đường tiến trình cường độ mưa thời đoạn đợt mưa 24 max năm dạng mưa chuẩn hóa Wch (là tỷ số lượng mưa thời đoạn tổng lượng mưa thời gian đợt mưa 24 max) (hình 2) đường tích lũy mưa chuẩn hóa (hình 3) Hình trình bày đại diện phân bố mưa thời đoạn lệch chuẩn chuẩn hóa đợt mưa 24 max năm 1991 TB+σ 0,25 0,20 0,15 0,10 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Wch 1991 19 92 0,3 19 93 19 96 1994 1997 19 95 19 98 19 99 2000 20 01 20 02 2003 20 04 20 05 2006 20 07 20 08 20 11 2009 2012 20 10 TB 0,2 0,1 0,05 0,00 10 12 14 16 18 20 22 24 26 TB ‐σ 0,0 0 Giờ Hình Phân bố mưa thời đoạn đợt mưa 24 max chuẩn hóa thời kỳ 1991-2012 (trạm KTTV Vinh-Nghệ An) 10 12 14 16 18 TB+σ 20 22 24 26 Gi Hình Đường cong tích lũy mưa 24 max chuẩn hóa thời kỳ 1991-2012 (trạm KTTV Vinh-Nghệ An) Hình Mưa max chuẩn hóa năm 1991 Hình Mưa max chuẩn hóa tích lũy năm 1991 Một đặc điểm bật phân bố mưa chuẩn hóa tích lũy khu vực nghiên cứu dạng đối xứng đường cong qua tâm điểm (12 giờ, 0,5), tức đường thẳng phân bố mưa chuẩn hóa (mỗi lượng mưa chuẩn hóa 1/24) (đường màu đỏ hình 3) đường TẠP CH Í KH OA H ỌC VÀ C ÔN G N GHỆ TH Ủ Y LỢI SỐ 20 - 2014 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ phân chia nhóm đường cong mưa chuẩn hóa tích lũy đối xứng Đồng thời, hình thể 03 đường cong phân bố lệch chuẩn thời kỳ 1991-2012 trung bình, cộng trừ giá trị phương sai 03 thông số phân bố lệch chuẩn thông số hình dáng α, giá trị trung tuyến ξ phương sai ω (tương ứng đường cong màu đen, đường cong đen gạch dày đường cong đen gạch thưa) Các thông số phân bố lệch chuẩn mưa thời đoạn đợt mưa 24 max năm thời kỳ 1991-2012 thể bảng Giá trị thơng số hình dáng (α), giá trị trung tuyến (ξ) phương sai (ω) đợt mưa 24 lớn năm xác định phương pháp thử đạt hệ số tương quan R lớn Các đại lượng đặc trưng Max, Min, trung bình độ lệch chuẩn (σ) 03 thông số xác định phương pháp xác suất thống kê toán học Kết bảng cho thấy bình phương hệ số tương quan mưa thời đoạn biến thiến lớn, từ giá trị nhỏ mưa 24 max năm 1993 0,007, năm 1992 0,028 (mức độ tương quan yếu) tới giá trị tương đối lớn năm 1991 0,710, năm 2006 0,707 (mức độ tương quan chặt chẽ) Tuy nhiên bình phương hệ số tương quan mưa cộng dồn tương đối lớn, từ 0,899 năm 2007 đến 0,994 năm 1995 thể mức độ tương quan chặt chẽ (ngoại trừ năm 1997 0,544) Bảng Các thông số phân bố lệch chuẩn mưa đợt mưa 24 max trạm KTTV Vinh-Nghệ An R2 mưa chuẩn R2 mưa Năm α ω ξ chuẩn hóa hóa cộng dồn 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Max: Trung bình đại số: Min: Độ lệch chuẩn (σ) -0,90 -1,00 0,00 -0,05 1,50 0,10 0,00 1,40 -1,00 0,00 2,00 1,20 1,50 -1,00 -0,50 1,00 -1,00 1,80 1,50 -1,50 2,50 1,00 2,50 0,39 -1,50 1,19 9,40 9,00 10,00 11,00 10,50 9,50 22,00 2,30 14,00 8,50 9,50 6,00 11,80 15,50 11,00 2,00 11,00 12,00 10,50 7,50 11,75 9,00 22,00 10,17 2,00 4,11 68 3,60 8,80 10,00 4,90 5,50 12,00 1,50 1,80 6,00 0,80 5,50 12,00 6,00 4,00 4,00 1,00 6,00 2,50 7,50 4,00 6,50 6,50 12,00 5,47 0,80 3,19 0,710 0,028 0,007 0,145 0,606 0,106 0,160 0,688 0,263 0,310 0,322 0,168 0,233 0,457 0,288 0,707 0,109 0,526 0,213 0,314 0,467 0,223 0,710 0,320 0,007 0,217 0,922 0,900 0,946 0,972 0,994 0,931 0,544 0,978 0,992 0,921 0,984 0,962 0,977 0,980 0,979 0,942 0,899 0,991 0,960 0,917 0,990 0,982 0,994 0,939 0,544 0,094 TẠP CH Í KH OA H ỌC VÀ C ÔN G N GHỆ THỦ Y LỢI SỐ 20 - 2014 KHOA HỌC Các thông số phân bố mưa lệch chuẩn có vai trị định đến hình dáng đường tiến trình lũ sau: kết hợp với thơng số hình dáng (α) có giá trị âm mức độ lớn Vì trường hợp nghiên cứu đặc trưng phân bố mưa lệch chuẩn nên lựa chọn là: - Thơng số hình dáng (α): lệch phải (giá trị dương) thể hiện: ban đầu cường độ mưa tăng nhanh theo thời gian, tức dịng lũ lớn hình thành sớm, ngược lại; - Thơng số hình dáng (α) giá trị trung tâm (ξ) giá trị trung bình; - Giá trị phương sai (ω) biến thiên từ giá trị nhỏ đến trung bình với bước thay đổi 0,5 giá trị độ lệch chuẩn (σ) - Giá trị trung tâm (ξ): thể tâm mưa vào thời điểm giá trị ξ, lũ lớn vào khoảng thời gian ξ cộng đại lượng trễ đó; Tiến trình dịng chảy hình thành 04 đường cong phân bố mưa lệch chuẩn đặc trưng với phương sai ωTB=5,47; ωTB-0,5σ=3,88; 0,5(ωmin+ωTB-σ)=1,54 ωTB-σ=2,28, ωmin=0,8 với thơng số hình dáng (α) giá trị trung tâm (ξ) (hình 7) mơ hình mưa-dịng chảy HEC-HMS xác định - Phương sai (ω): thể tốc độ gia tăng cường độ mưa, giá trị nhỏ cường độ mưa tăng nhanh đạt lớn vào thời điểm ξ, ngược lại Như giá trị phương sai (ω) đóng vai trị quan trọng dịng chảy lũ lớn nhất, Lượng mưa chuẩn hóa 0.50   Vinh - Nghệ An 0.45 Min 0.40 ,5 (Min+ TB‐σ) 0.35 T B‐σ 0.30 T B‐0 ,5 σ 0.25 TB T B+0 ,5 σ 0.20 T B+σ 0.15 Max 0.10 0.05 0.00 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Giờ 1.00 Tỷ lệ cộng dồn lượng mưa chuẩn hóa   CÔNG NGHỆ Vinh - Nghệ An 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 Min 0,5(Min+TB‐σ) TB‐σ TB‐0,5σ TB TB+0,5σ TB+σ Max 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Giờ Hình Phân bố lệch chuẩn mưa thời đoạn chuẩn hóa Hình Phân bố tích lũy lệch chuẩn m ưa thời đoạn chuẩn hóa IV TIẾN TRÌNH DỊNG CHẢY LŨ CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC TRƯNG PHÂN BỐ LỆCH CHUẨN MƯA THỜI ĐOẠN GIỜ ĐỢT MƯA 24 GIỜ MAX Nu nằm địa phân xã Nghi Kiều-Nghi LộcNghệ An, nâng cấp sửa chữa năm 2012 Cơng trình có đỉnh đập cao trình +20m, chiều cao đập 9m, cao trình ngưỡng tràn +17,5m, MNDGC +19,1m, dung tích hữu hiệu 6,393 triệu m3, diện tích tưới thiết kế 375ha [10] Mơ hình mưa dịng chảy HECHMS [11, 12] sử dụng để mơ Đặc trưng tiến trình dịng chảy lũ đến loại phân bố mưa lệch chuẩn khác minh họa qua cơng trình hồ chứa Khe NuQn Hành-Nghệ An Cơng trình hồ chứa Khe TẠP CH Í KH OA H ỌC VÀ CƠN G N GH Ệ TH ỦY LỢI SỐ 20 - 2014 69 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ cơng trình hồ đập có đáp ứng nhu cầu thoát lũ đảm bảo mực nước hồ không vượt ngưỡng cho phép Lưu vực phân chia 10 tiểu lưu vực (TLV) dựa phân cắt địa hình đặc tính đất lớp phủ thực vật (hình 8) có giá trị số CN xác định đặc điểm thực vật thổ nhưỡng Các đường cong quan hệ mực nước hồ với dung tích, với diện tích mặt nước với lưu lượng tràn xây dựng để phục vụ liệu đầu vào liên quan mơ hình [12] tiến trình dịng chảy đến hồ chứa trường hợp phân bố mưa lệch chuẩn khác [12] Trong khuôn khổ viết tập trung tới nội dung phân bố mưa lệch chuẩn, nên khơng trình bày chi tiết mơ hình HEC-HMS Chỉ lưu ý điều kiện thơng số mơ hình khơng thay đổi, ngoại trừ số liệu mưa thời đoạn theo phân bố lệch chuẩn khác Điều thể rõ vai trò phân bố mưa lệch chuẩn khác đến hình thành đường tiến trình lũ khác mà ! 64 ! ! ! ! ! ! 34 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! hå Khe Bëi ! ! ! ! ! ! ! ! 164 ! 96 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 202 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 47 ! 236 ! ! ! 36 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 100 ®Ëp Khe L¸ch ! 19 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 120 ! 90 38 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ®Ëp Bëi ! ! ! ! 24 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! x Nghi Văn ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 50 75 ®Ëp Khe Nu ! ! 25 ! ! ! t.l ! ! 53 ! ! ! ! ! ! ! ! ! x∙ Nghi KiÒu 13 ! hå Khe Gỗ ! Hỡnh S phõn chia cỏc tiu lưu vực hồ Khe Nu phục vụ mơ hình HEC-HMS Kết mơ hình (hình 10) cho thấy với giá trị phương sai thay đổi từ giá trị trung bình qua trung bình trừ giá trị độ lệch chuẩn (σ) phương sai (ω), ứng với tần suất mưa 24 P=0,5% 702,7mm (theo kết phân tích tần suất mưa 24 max thời kỳ 1991-2012 trạm KTTV Vinh-Nghệ An [12]) lưu lượng đến hồ không lớn sức 70 xả lũ đập tràn Tuy nhiên, với giá trị phương sai (ω) nhỏ lưu lượng dịng chảy đến hồ lớn, lên tới khoảng 5,5 lần trường hợp giá trị phương sai (ω) trung bình trừ độ lệch chuẩn (α) phương sai, đồng thời lớn lực xả lũ đập tràn mực nước hồ đạt 19,18m, cao mực nước gia cường 0,08m TẠP C H Í KH OA HỌC VÀ CÔN G N GH Ệ TH ỦY LỢI SỐ 20 - 2014 KHOA HỌC   Lưu lượng (m3/s) 450 CÔNG NGHỆ 400 Q đến (m3/s) - ωMin Q đến (m3/s) - 0,5(Min+ωTB-σ) 350 Q tràn (m3/s) ‐ ωMin 300 Q tràn (m3/s) ‐ 0,5(Min+ωTB‐σ) 250 200 150 100 50 0 10 12 14 16 18 20 22 24 Thời gian từ đầu đợt mưa (h) Hình Đường tiến trình lưu lượng đến-đi hồ Khe Nu lũ năm 2010 100 Q đến (m3/s) - ωTB-σ Lưu lượng (m3/s) 90 Q đến (m3/s) - ωTB-0,5σ 80 Q đến (m3/s)-ωTB 70 Q tràn (m3/s) ‐ ωTB‐σ 60 Q tràn (m3/s) ‐ ωTB‐0,5σ 50 Q tràn (m3/s)‐ωTB 40 30 20 10 0 10 12 14 16 18 20 22 24 Thời gian từ đầu đợt mưa (h) Hình 10 Đường tiến trình lưu lượng đến-đi hồ Khe Nu lũ năm 2010 Kết minh chứng cho thấy vai trò quan trọng phân bố mưa đợt mưa max hình thành tiến trình dịng chảy lũ tới hồ chứa, đỉnh lũ đạt giá trị lớn cường độ mưa lớn thời đoạn ngắn, mà tác giả James N Moore and Ray C Riley (2003) [4] nêu tầm quan trọng thời gian cường độ mưa lớn (thí dụ mưa max) thời gian đợt mưa liên tục 24 max nhiều thời đoạn Điều gợi ý tới khả bổ sung thêm dạng phân bố mưa (hoặc lượng mưa max) yêu cầu tần suất mưa sử dụng thiết kế V NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nhận xét-kết luận: - Phân bố mưa thời đoạn đợt mưa 24 max Vinh-Nghệ An tn thủ phân bố lệch chuẩn với thơng số hình dáng (α) khơng lớn, trung bình 0,39, tức gần với phân bố chuẩn; - Phương sai (ω) phân bố lệch chuẩn mưa thời đoạn đợt mưa 24 max Vinh-Nghệ An có giá trị dao động lớn từ giá trị lớn 12 giờ, đến trung bình 5,47 nhỏ 0,80 giờ; - Phương sai (ω) phân bố lệch chuẩn TẠP CH Í KH OA H ỌC VÀ CÔN G N GH Ệ TH ỦY LỢI SỐ 20 - 2014 71 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ thơng số trực tiếp định đến giá trị đỉnh lũ dòng chảy tới hồ chứa yếu tố định đến cơng trình điều tiết lũ hồ chứa; - Kết mơ hình định lượng mưa dịng chảy cho thấy lưu lượng đỉnh lũ tăng lên cao giá trị phương sai (ω) phân bố lệch chuẩn giảm, áp dụng hồ chứa Khe Nu-Nghi Lộc-Nghệ An cho lưu lượng tăng lên khoảng 5,5 lần giá trị phương sai (ω) phân bố lệch chuẩn nhỏ Kiến nghị: - Nghiên cứu phân bố mưa thời đoạn đợt mưa 24 max khu vực khác tỉnh Nghệ An; - Nghiên cứu xem xét vấn đề bổ sung thêm yêu cầu dạng phân bố mưa, mà cụ thể giá trị thông số phương sai (ω) phân bố lệch chuẩn mưa thời đoạn đợt mưa 24 max việc yêu cầu tần suất mưa sử dụng thiết kế cơng trình thủy lợi TÀI LIỆU THAM KHẢO Demetris Koutsoyiannis, 1998 A probabilistic view of Hershfield’s method for estim ating probable maxim um precipitation David M Hershfield, 1961 Rainfall frequency atlas of the united states for Durations from 30 Minutes to 24 Hours and Return Periods from to 100 Years J.C Smithers and R E Schulze, 2002 Design rainfall and flood estimation in South Africa WRC Project No: K5/1060 James N Moore and Ray C Riley, 2003 Comparison of Temporal Rainfall Distributions for Near Probable Maximum Precipitation Storm Events for Dam Design National Water Managem ent Center, NRCS Little Rock, Arkansas, 2003 State of Florida Department of Transportation, 2012 Drainage Handbook Hydrology Geoffrey S Dendy, 1987 A 24-hour rainfall distribution and peak rate factors for use in Southwest Florida Luận văn thạc sỹ J Juras, 1994 Some common features of probability distributions for precipitation T heoretical and Applied Climatology Volume 49, Issue 2, pp 69-76 Fernanda Figueiredo and M Ivette Gomes, 2013 The skew-norm al distribution in SPC REVSTAT – Statistical Journal Volume 11, Number 1, March 2013, 83–104 Tài liệu quan trắc mưa trạm khí tượng thủy văn Vinh-Nghệ An thời kỳ 1991-2012 Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Trung ương 10 Công ty cổ phần tư vấn thiết kế Nam Kinh (Nghệ An), 2012 Báo cáo kinh tế kỹ thuật nâng cấp hồ chứa Khe Nu-Nghi Kiều-Nghi Lộc-Nghệ An 11 Bộ phần mềm HEC-HMS quân độ Mỹ phiên 3.4 tháng 8/2009 U.S Army Corps of Engineers Institute For Water Resources Hydrologic Engineering Center 609 Second Street Davis, CA 95616-4620 12 Nguyễn Văn Hoàng, Nguyễn Văn Lợi, Ứng Quốc Khang, 2013 Chuyên đề: Đề xuất qui trình vận hành hồ liên quan đến nguy lũ khu vực huyện Nghi Lộc tỉnh Nghệ An-thuộc Nhiệm vụ Nghiên cứu rủi ro thiên tai hồ chứa nhỏ vùng Bắc Trung Bộ, đề xuất m hình quản lý m hình vận hành nhằm hạn chế ngăn ngừa rủi ro Chủ nhiệm PGS.TS Đồn Dỗn Tuấn-Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 2012-2014 72 TẠP C H Í KH OA HỌC VÀ CƠN G N GH Ệ TH ỦY LỢI SỐ 20 - 2014 ... độ mưa lớn (thí dụ mưa max) Trong báo tập thể tác giả trình bày kết nghiên cứu bước đầu phân bố mưa 24 m ax TP Vinh -Nghệ An nhằm hỗ trợ cho cơng tác phân tích xác định dịng lũ đến hồ chứa thiết. .. PHÂN BỐ MƯA THỜI ĐOẠN GIỜ ĐỢT MƯA 24 GIỜ MAX TẠI VINH - NGHỆ AN 3.1 Về phân bố chuẩn phân bố lệch chuẩn mưa 24 m ax Phân bố mưa theo thời gian tương tự số liệu ngẫu nhiên, thông thường phân bố. .. số phân bố lệch chuẩn mưa 24 m ax TP Vinh -Nghệ An Số liệu mưa liên tục 24 max trạm khí tượng thủy văn Vinh -Nghệ An thời kỳ 19902012 phân tích sử dụng Kết trình bày sau (ngồi thơng số liên quan