Nghiên cứu xây dựng công cụ hỗ trợ tính toán mưa lũ thiết kế khu vực trung trung bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHAN MẠNH HƢNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠNG CỤ HỖ TRỢ TÍNH TỐN MƢA LŨ THIẾT KẾ KHU VỰC TRUNG TRUNG BỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PHAN MẠNH HƢNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ TÍNH TỐN MƢA LŨ THIẾT KẾ KHU VỰC TRUNG TRUNG BỘ NGƢỜI HƢỚNG DẪN 1.TS ĐỖ XUÂN KHÁNH 2.TS VŨ THỊ MINH HUỆ HÀ NỘI, NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân học viên Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn dƣới hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) đƣợc thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Phan Mạnh Hƣng iii LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy cô hƣớng dẫn TS Đỗ Xuân Khánh TS Vũ Thị Minh Huệ tận tình định hƣớng, theo sát tác giả suốt trình nghiên cứu hoàn thiện Luận văn Học viên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Trƣờng Đại học Thuỷ Lợi, Phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ học viên trình làm Luận văn Học viên xin cảm ơn thầy cô Khoa Thuỷ Văn TNN dành nhiều thời gian cơng sức hỗ trợ tác giả hồn thành Luận văn Đồng thời tác giả nhận đƣợc động viên ủng hộ lớn vật chất tinh thần từ Sở Nông Nghiệp & PTNT Tỉnh Vĩnh Phúc, từ gia đình bạn bè Từ đáy lịng mình, học viên xin gửi đến họ lời cảm ơn chân thành sâu sắc Học viên xin trân trọng cám ơn ! iv MỤC LỤC CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH MƢA LŨ THIẾT KẾ 1.1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN MƢA LŨ THIẾT KẾ 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Tại Việt Nam 1.2 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU .8 1.2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên .8 1.2.2 Đặc điểm khí tượng, thủy văn 14 1.3 ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU 20 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN MƢA LŨ PHỤC VỤ BÀI TỐN TÍNH TỐN LŨ THIẾT KẾ .22 2.1 THU THẬP TÀI LIỆU ĐO MƢA 22 2.2 PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN CƢỜNG ĐỘ MƢA THỜI ĐOẠN NGẮN THIẾT KẾ 26 2.2.1 Lựa chọn hàm phân phối xác suất .27 2.2.2 Phương pháp vẽ đường tần suất cường độ mưa thiết kế 29 2.3 PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG BỘ CƠNG CỤ HỖ TRỢ TÍNH TỐN MƢA LŨ THIẾT KẾ 30 2.3.1 Phân vùng mưa – Bản đồ đẳng trị mưa 30 2.3.2 Công thức IDF kinh nghiệm 31 2.3.3 Xây dựng công thức tổng quát quan hệ cường độ mưa với thời kỳ lặp lại 34 2.3.4 Xây dựng đường cong lũy tích mưa 24 .37 2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG II 38 CHƢƠNG TÍNH TỐN THỬ NGHIỆM CHO VÙNG MƢA TRUNG TRUNG BỘ 39 3.1 XÂY DỰNG BẢN ĐỒ ĐẲNG TRỊ MƢA THIẾT KẾ 39 3.1.1 Xây dựng đồ mưa ngày lớn thiết kế .39 3.1.2 Xây dựng đồ đẳng trị mưa lớn ứng với tần suất 1% 10% …………………………………………………………………………………….43 3.1.3 Xây dựng quan hệ cường độ mưa-thời đoạn thời kỳ lặp lại (IDF) 49 3.2 THIẾT LẬP CÔNG THỨC IDF TỔNG QUÁT 53 3.2.1 Lựa chọn cơng thức tính cường độ mưa theo thời đoạn mưa thời kỳ lặp lại ……………………………………………………………………………………53 3.2.2 Thiết lập công thức IDF tổng quát 56 3.3 XÂY DỰNG ĐƢỜNG CONG LŨY TÍCH MƢA 24 GIỜ .66 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 67 PHỤ LỤC 74 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Chế độ bốc số trạm khu vực Trung Trung Bộ 15 Bảng 2-1 Danh sách tọa độ trạm KTTV đo mƣa 25 Bảng 2-2 Một số hàm phân phối xác suất thƣờng dùng 28 Bảng 2-3 Một số công thức cƣờng độ mƣa 32 Bảng 3-1 Cƣờng độ mƣa ngày lớn theo HPPXS 39 Bảng 3-2 Cƣờng độ mƣa lớn theo HPPXS 43 Bảng 3-3 Quan hệ cƣờng độ mƣa - thời đoạn mƣa ứng với thời kỳ lặp lại 200 năm, 100 năm 50 năm số trạm đo mƣa 50 Bảng 3-4 Tham số phƣơng trình IDF trạm Tuyên Hóa 54 Bảng 3-5 Bảng giá trị tham số sai số công thức IDF cƣờng độ mƣa trạm có thời kỳ lặp lại 100 năm 55 Bảng 3-6 Tỷ lệ / trạm Hiền Lƣơng (Quảng Trị) 57 Bảng 3-7 Mối quan hệ trung bình / trạm 57 Bảng 3-8 Bảng tổng hợp sai số trạm 58 Bảng 3-9 Tỷ lệ trạm Huế 59 Bảng 3-10 Tham số phƣơng trình trạm sai số 59 Bảng 3-11 Tổng hợp công thức IDF tổng quát trạm 59 Bảng 3-12 Kết IDF tính tốn theo PTTS (GEV) IDF theo công thức tổng quát 62 Bảng 3-13 Phân phối mƣa 24 h lớn trạm (tính theo % lũy tích) 67 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Bản đồ phân vùng cƣờng độ mƣa vùng đất liền Việt Nam Nguồn: [25] Hình 1-2 Bản đồ địa hình khu vực Trung Trung Bộ Hình 1-3 Bản đồ mạng lƣới sông suối khu vực Trung Trung Bộ 13 Hình 1-4 Bản đồ đẳng trị mƣa năm Việt Nam 17 Hình 1-5 Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu 20 Hình 2-1 Vị trí trạm đo mƣa Quảng Bình 22 Hình 2-1 Hình 2-2 Vị trí trạm đo mƣa Quảng Trị 22 Hình 2-3 Vị trí trạm đo mƣa Quảng Ngãi 23 Hình 2-4 Vị trí trạm đo mƣa Thừa Thiên Huế 24 Hình 2-5 Vị trí trạm đo mƣa Quảng Nam 24 Hình 2-5 Vị trí trạm đo mƣa Đà Nẵng 25 Hình 2-7 Sơ đồ bƣớc thiết lập công thức IDF tổng quát cho phân vùng 37 Hình 3-1 Giá trị cƣờng độ mƣa ngày thiết kế trạm Tun Hóa Quảng Bình với HPPXS PIII, Log-PIII, GUM, GEV 40 Hình 3-2 Giá trị cƣờng độ mƣa ngày thiết kế trạm Đông Hà, Quảng Trị với HPPXS PIII, Log-PIII, GUM, GEV 41 Hình 3-3 Bản đồ biến thiên Cv lƣợng mƣa ngày lớn khu vực Trung Trung Bộ 42 Hình 3-4 Bản đồ đẳng trị mƣa ngày max ứng với tần suất 1% (a) 10% (b) khu vực 43 Hình 3-5 Giá trị cƣờng độ mƣa ngày thiết kế trạm Quảng Ngãi với HPPXS PIII, Log-PIII, GUM, GEV 45 Hình 3-6 Giá trị cƣờng độ mƣa ngày thiết kế trạm Tam Kỳ với HPPXS PIII, LogPIII, GUM, GEV 45 Hình 3-8 Bản đồ đẳng trị mƣa max ứng với tần suất 1% (a) 10% (b) khu vực Trung Trung Bộ 47 Hình 3-7 Biến thiên Cv lƣợng mƣa lớn khu vực Trung Trung Bộ 48 Hình 3-9 Biểu đồ quan hệ cƣờng độ mƣa 1h lớn thời kỳ lặp lại trạm đo mƣa thuộc vùng mƣa X Quảng Bình 49 Hình 3-10 Biểu đồ quan hệ cƣờng độ mƣa 1h lớn thời kỳ lặp lại trạm đo mƣa thuộc vùng mƣa XI 51 Hình 3-11 Biểu đồ quan hệ cƣờng độ mƣa 1h lớn thời kỳ lặp lại trạm đo mƣa thuộc vùng mƣa XII 51 Hình 3-12 a) Cƣờng độ mƣa (60 phút) (GEV) Tuyên Hóa b) Cƣờng độ mƣa thời đoạn lớn khác thời kỳ lại tính tốn từ HPPXS GEV Tun Hóa 54 Hình 3-13 Đƣờng cong IDF theo công thức a) Talbot, b) Bernard, c) Kimijima 55 Hình 3-14 So sánh sai số RMSE bốn cơng thức a) Huế b) Tun Hóa 55 Hình 3-15 Biểu đồ sai số cƣờng độ mƣa tính theo PPXS cơng thức tổng qt 61 vii Hình 3-16 Giá trị cƣờng độ mƣa ứng với tần suất 1% tính theo PPXS theo cơng thức tổng qt trạm Tun Hóa Hình 3-17 Giá trị cƣờng độ mƣa ứng với tần suất 1% tính theo PPXS theo cơng thức tổng qt rạm Quảng Ngãi Hình 3-17 Đƣờng lũy tích mƣa 24 trạm (có chứa mƣa lớn nhất) Hình 3-18 Đƣờng lũy tích mƣa 24 trạm (có chứa mƣa 12 lớn nhất) viii 61 61 66 66 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT QPTL C6-77: Quy phạm tính toán thủy văn thiết kế C6 -77 TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam PTTS : Phân tích tần suất HPPXS : Hàm phân phối xác suất RMSE : Sai số quân phƣơng ix MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Hiện việc tính tốn thủy văn thiết kế dựa vào Quy phạm Tính tốn đặc trƣng thủy văn thiết kế (QPTL-C6-77) đƣợc Bộ Thủy lợi cũ ban hành tháng 09 năm 1977 Quy phạm quy định sử dụng tính tốn đặc trƣng thủy văn thiết kế trƣờng hợp có nhiều tài liệu, tài liệu khơng có tài liệu đo đạc thủy văn với phƣơng pháp tính tốn chủ yếu dựa quy phạm tính tốn Liên Xô (cũ) với bảng tra đƣợc xây dựng cho Việt Nam từ Quảng Trị trở phía Bắc Đối với tốn tính tốn lũ thiết kế trƣờng hợp khơng có tài liệu chủ yếu dựa vào công thức kinh nghiệm kết hợp với bảng tra phân theo vùng mƣa Các bảng tra đƣợc xây dựng từ chuỗi số liệu quan trắc ngắn mật độ trạm đo Năm 2013, Tổng cục Đƣờng Việt Nam biên soạn tiêu chuẩn Việt Nam 9845 sở tham khảo 22TCVN220-95 tính tốn đặc trƣng dịng chảy lũ, cơng thức tiêu chuẩn sử dụng phƣơng pháp nằm QPTL-C6-77 nhƣng có xét đến độ cầu, cống phục vụ giao thơng ngồi bảng tra đƣợc cập nhật, bổ sung cho tất vùng mƣa Việt Nam Trong thực tiễn, việc tính tốn lũ thiết kế cịn gặp nhiều khó khăn hạn chế, đặc biệt trƣờng hợp khơng có tài liệu đo đạc thủy văn dựa vào việc tính tốn mƣa, cƣờng độ mƣa thiết kế đồ đẳng trị mƣa, bảng tra tính tốn nhƣ quan hệ thời gian – cƣờng độ mƣa tần suất vùng mƣa rào (đƣờng cong IDF) QPTL-C6-77 đƣợc xây dựng từ năm 1977 cũ Trong QPTL-C6-77 khơng có quy định rõ ràng bƣớc tính tốn mƣa lũ thiết kế, chƣa có biểu đồ phụ trợ tính tốn cho vùng từ Quảng Trị trở vào Nam Bộ Hiện nay, mạng lƣới trạm quan trắc mƣa dày, nhiều trạm đo mƣa thời đoạn ngắn điều kiện thuận lợi để xây dựng đồ đẳng trị đƣờng cong IDF Vì vậy, học viên lựa chọn luận văn với nội dung “Nghiên cứu xây dựng công cụ hỗ trợ tính tốn mƣa lũ thiết kế cho khu vực Trung Trung Bộ” Luận văn tiến hành lựa chọn phƣơng pháp tính tốn mƣa lũ thiết kế từ xây dựng bổ sung, cập phụ lục hỗ trợ tính tốn mƣa, cƣờng độ mƣa thiết kế cho phân vùng mƣa cần thiết để phục Thứ tự Tên trạm Tuyên Hóa Hiền Lƣơng Huế Nam Đông Tam Kỳ Quảng Ngãi Công thức IDF tổng quát 3.2.2.3 Đánh giá cơng thức tổng qt Để đánh giá độ xác cơng thức tính cƣờng độ mƣa (mm/h) đƣợc cần đánh giá sai số cƣờng độ mƣa xác định theo công thức IDF tổng quát IDF đƣợc xây dựng từ Phân tích tần suất theo HPPXS GEV cho trạm đo mƣa đại diện cho vùng thông qua sai số quân phƣơng RMSE Trạm Tun Hóa (Quảng Bình) làm đại diện cho vùng mƣa X tỉnh Quảng Bình, trạm mƣa Huế (Thừa Thiên Huế) làm đại diện cho nhóm vùng mƣa XI (bao gồm huyện: Phong Điền, Quảng Điền, Hƣơng Trà, Thành phố Huế Phú Vang), trạm mƣa Hiền Lƣơng (tỉnh Quảng Trị) làm đại diện cho tỉnh Quảng Trị Nam Đông (Huế) làm đại diện cho huyện (Nam Đông bao gồm huyện A Lƣới, Nam Đông, Hƣơng Thủy, Phú Lộc tỉnh Thừa Thiên Huế) thuộc vùng mƣa XI, trạm mƣa Quảng Ngãi làm đại diện cho khu vực thành phố Đà Nẵng Thành phố Quảng Ngãi, huyện Sơn Tịnh Tƣ Nghĩa phía giáp biển (nhóm vùng XII) trạm Tam Kỳ Quảng Nam huyện lại Quảng Ngãi trừ hai huyện Ba Tơ huyện Đức Phổ (nhóm thuộc vùng XII) Bảng tra IDF tính theo PTTS sử dụng hàm GEV theo công thức tổng quát mà luận văn xây dựng trình bày Bảng 3-12 64 Biểu đồ sai số RMSE trạm mƣa đại diện RMSE (mm/h) 20 18 Hiền Lƣơng 16 Huế 14 Nam Đông 12 Quảng Ngãi 10 Tam Kỳ Tuyên Hóa 2 10 20 50 100 200Thời kỳ lặp lại (năm) Hình 3-15 Biểu đồ sai số cƣờng độ mƣa tính theo PPXS công thức tổng quát Sai số quân phƣơng trạm đại điện nhỏ 18 mm/h, với chu kỳ lặp lại 100 năm 200 năm sai số lớn hơn, hai trạm Tuyên Hóa Quảng Ngãi có RMSE lớn So sánh giá trị cƣờng độ mƣa ứng với tần suất 1% trạm Tuyên Hóa, trạm Quảng Ngãi cho thấy phù hợp với có cƣờng độ mƣa với thời đoan 15 phút lớn khoảng 10-15% Nhƣ thấy giá trị cƣờng độ mƣa tính tốn theo công thức tổng quát phù hợp với giá trị xác định theo PTTS từ chuỗi liệu thực đo mƣa Cƣờng độ mƣa tính tốn thực đo với chu kỳ lặp lại 100 năm trạm Tuyên Hóa Cƣờng độ mƣa tính tốn thực đo với chu kỳ lặp lại 100 năm trạm Quảng Ngãi 300 250 Tính tốn Tính tốn Cƣờng độ mƣa (mm/h) Cƣờng độ mƣa (mm/h) 250 Thực đo 200 150 100 50 200 Thực đo 150 100 50 15 30 45 60 120 180 240 360 720 1440 15 Hình 3-16 Giá trị cƣờng độ mƣa ứng với tần suất 1% tính theo PPXS theo công thức tổng quát trạm Tuyên Hóa 30 45 60 120 180 240 360 720 1440 Hình 3-17 Giá trị cƣờng độ mƣa ứng với tần suất 1% tính theo PPXS theo cơng thức tổng quát rạm Quảng Ngãi 65 Bảng 3-12 Kết IDF tính tốn theo PTTS (GEV) IDF theo cơng thức tổng qt Trạm Tun Hóa đại diện vùng X thuộc tỉnh Quảng Bình Chu kỳ lặp/Thời đoạn Cƣờng độ mƣa (mm/h) thời đoạn ứng với tần suất P(%) 15 200 100 50 20 10 281,52 253,52 226,04 190,32 163,48 136,12 127,04 200 100 50 20 10 96,12 238,76 216,41 194,07 164,53 142,18 119,84 112,64 97,49 30 156,12 144,44 132,72 117,08 105,00 92,40 88,12 73,36 183,50 166,33 149,15 126,45 109,28 92,10 86,57 74,93 45 132,24 122,52 112,77 99,76 89,71 79,23 75,68 63,39 153,63 139,25 124,87 105,86 91,48 77,11 72,48 62,73 60 129,41 118,95 108,45 94,44 83,61 72,33 68,51 55,28 134,31 121,74 109,17 92,55 79,98 67,41 63,37 54,84 120 104,05 94,92 85,75 73,52 64,07 54,21 50,88 39,33 95,20 86,29 77,38 65,60 56,69 47,78 44,91 38,87 180 80,83 73,73 66,61 57,11 49,77 42,11 39,52 30,55 77,11 69,89 62,68 53,14 45,92 38,70 36,38 31,49 240 77,34 70,11 62,86 53,19 45,71 37,92 35,28 26,15 66,22 60,02 53,82 45,63 39,43 33,24 31,24 27,04 360 54,83 49,83 44,82 38,12 32,95 27,56 25,74 19,42 53,28 48,29 43,30 36,71 31,73 26,74 25,14 21,75 720 46,99 41,72 36,58 29,93 24,95 19,90 18,23 12,55 36,55 33,13 29,71 25,19 21,77 18,35 17,24 14,93 1440 31,82 28,39 24,97 20,47 17,04 13,49 12,30 8,21 24,99 22,65 20,31 17,22 14,88 12,54 11,79 10,20 15 200 100 50 20 10 179,60 166,92 154,20 137,20 124,08 110,40 105,76 200 100 50 20 10 89,72 176,23 162,41 148,60 130,34 116,52 102,71 98,26 88,90 30 128,54 119,86 111,14 67,00 126,05 116,17 106,29 70,28 63,58 Trạm Hiền Lƣơng đại diện cho vùng XI Quảng Trị Chu kỳ lặp/Thời đoạn Cƣờng độ mƣa (mm/h) thời đoạn ứng với tần suất P(%) 99,50 90,52 81,14 77,98 66 93,23 83,35 73,47 45 100,68 94,21 87,72 79,05 72,36 65,39 63,01 54,84 101,89 93,90 85,91 75,35 67,37 59,38 56,81 51,39 60 84,66 79,22 73,76 66,47 60,85 54,98 52,99 46,11 87,14 80,31 73,48 64,45 57,62 50,79 48,59 43,96 120 56,10 52,40 48,69 43,74 39,91 35,92 34,56 29,89 59,06 54,43 49,80 43,68 39,05 34,42 32,93 29,79 180 47,61 44,11 40,60 35,91 32,30 28,52 27,25 22,82 46,79 43,12 39,45 34,60 30,94 27,27 26,09 23,60 240 46,04 42,22 38,38 33,27 29,32 25,19 23,80 18,97 39,60 36,49 33,39 29,29 26,18 23,08 22,08 19,97 360 31,52 29,08 26,64 23,37 20,85 18,22 17,33 14,25 31,25 28,80 26,35 23,11 20,66 18,21 17,43 15,76 720 27,21 24,80 22,38 19,15 16,65 14,05 13,17 10,12 20,80 19,17 17,54 15,38 13,75 12,12 11,60 10,49 1440 17,80 16,17 14,55 12,37 10,70 8,95 8,35 6,30 13,81 12,73 11,65 10,22 9,13 8,05 7,70 6,97 Trạm Huế đại diện cho vùng XI (bao gồm huyện: Phong Điền, Quảng Điền, Hƣơng Trà, Thành phố Huế Phú Vang) Chu kỳ lặp/Thời đoạn Cƣờng độ mƣa (mm/h) thời đoạn ứng với tần suất P(%) 15 200 100 50 20 10 181,72 169,76 157,72 141,68 129,28 116,32 111,96 200 100 50 20 10 96,80 190,29 173,06 155,83 133,05 115,82 98,59 93,05 81,37 30 151,12 140,46 129,74 115,44 104,40 92,88 88,98 75,48 153,77 139,85 125,93 107,52 93,60 79,67 75,19 65,75 45 135,01 125,28 115,51 102,48 92,40 81,91 78,36 66,05 131,97 120,02 108,07 92,28 80,33 68,38 64,53 56,43 60 108,29 100,81 93,29 83,26 75,52 67,44 64,71 55,24 117,13 106,52 95,92 81,90 71,29 60,69 57,27 50,08 120 107,78 96,28 85,16 70,96 60,46 49,93 46,46 34,81 85,35 77,62 69,90 59,68 51,95 44,22 41,74 36,50 180 73,59 67,09 60,61 52,03 45,45 38,65 36,36 28,47 69,94 63,61 57,28 48,91 42,57 36,24 34,20 29,91 240 73,56 65,71 58,12 48,43 41,26 34,08 31,71 23,76 60,47 54,99 49,52 42,28 36,80 31,33 29,57 25,85 360 66,16 58,00 50,30 40,74 33,87 27,17 25,00 17,85 49,03 44,59 40,15 34,28 29,84 25,40 23,97 20,96 720 44,72 39,21 34,00 27,54 22,90 18,37 16,90 12,07 33,98 30,90 27,83 23,76 20,68 17,61 16,62 14,53 1440 24,85 22,51 20,17 17,03 14,61 12,09 11,23 8,28 23,41 21,29 19,17 16,37 14,25 12,13 11,45 10,01 67 Trạm Nam Đông làm đại diện cho huyện (Nam Đông bao gồm huyện A Lƣới, Nam Đông, Hƣơng Thủy, Phú Lộc tỉnh Thừa Thiên Huế) thuộc vùng mƣa XI Chu kỳ lặp/Thời đoạn Cƣờng độ mƣa (mm/h) thời đoạn ứng với tần suất P(%) 15 200 100 50 20 10 200 100 50 20 10 211,40 196,16 180,88 160,44 144,68 128,24 122,68 103,44 230,37 208,62 186,87 158,11 136,36 114,61 107,60 92,85 30 154,98 143,18 131,36 115,56 103,34 90,62 86,32 71,40 177,69 160,91 144,14 121,96 105,18 88,40 83,00 71,62 45 131,08 120,48 109,85 95,65 84,69 73,25 69,39 55,99 149,81 135,67 121,52 102,82 88,68 74,53 69,98 60,38 60 129,79 118,28 106,73 91,32 79,42 67,00 62,80 48,26 131,90 119,44 106,99 90,53 78,07 65,62 61,61 53,16 120 88,36 80,24 72,09 61,21 52,81 44,05 41,08 30,81 95,59 86,57 77,54 65,61 56,58 47,56 44,65 38,53 180 83,32 75,31 67,27 56,54 48,24 39,60 36,67 26,54 78,65 71,22 63,80 53,98 46,55 39,13 36,74 31,70 240 71,68 64,79 57,87 48,64 41,50 34,07 31,55 22,84 68,35 61,89 55,44 46,91 40,46 34,00 31,92 27,55 360 66,25 59,64 53,00 44,14 37,30 30,16 27,75 19,39 55,97 50,68 45,40 38,41 33,13 27,84 26,14 22,56 720 49,72 44,73 39,72 33,04 27,87 22,49 20,67 14,36 39,63 35,89 32,15 27,20 23,46 19,72 18,51 15,97 1440 31,97 28,83 25,69 21,49 18,24 14,86 13,72 9,75 27,99 25,35 22,71 19,21 16,57 13,93 13,07 11,28 Trạm Tam Kỳ làm đại diện cho vùng XII khu vực Đà Nẵng trừ TP Đà Nẵng, tỉnh Quảng Nam huyện thuộc Quảng Ngãi trừ Ba Tơ, Đức Phổ, Thành phố Quảng Ngãi, vùng ven biển huyện Sơn Tịnh Tƣ Nghĩa Chu kỳ lặp/Thời đoạn Cƣờng độ mƣa (mm/h) thời đoạn ứng với tần suất P(%) 15 200 100 50 20 10 200 100 50 20 10 180,44 169,16 157,84 142,76 131,08 118,92 114,80 100,56 172,29 158,21 144,12 125,50 111,42 97,33 92,80 83,25 30 131,18 123,48 115,74 105,42 74,95 71,46 64,10 97,46 89,14 86,32 76,58 132,66 121,82 110,97 68 96,64 85,79 45 100,97 95,91 90,83 84,05 78,81 73,36 71,51 65,11 111,69 102,56 93,43 81,36 72,23 63,10 60,16 53,97 60 86,15 81,26 76,36 69,81 64,76 59,48 57,70 51,52 98,21 90,19 82,16 71,54 63,51 55,49 52,90 47,46 120 75,98 70,51 65,01 57,68 52,01 46,10 44,10 37,18 70,95 65,15 59,35 51,68 45,88 40,08 38,21 34,28 180 60,68 55,98 51,27 44,99 40,13 35,07 33,35 27,42 58,25 53,49 48,73 42,43 37,67 32,91 31,37 28,15 240 56,48 50,92 45,68 39,17 34,49 29,93 28,45 23,58 50,54 46,41 42,28 36,82 32,68 28,55 27,22 24,42 360 55,73 49,83 44,13 36,84 31,45 26,05 24,27 18,30 41,29 37,92 34,54 30,08 26,70 23,33 22,24 19,95 720 49,77 43,17 37,04 29,54 24,24 19,15 17,51 12,20 29,12 26,74 24,36 21,21 18,83 16,45 15,69 14,07 1440 33,39 29,11 25,06 20,04 16,44 12,92 11,78 8,03 20,49 18,81 17,14 14,92 13,25 11,57 11,04 9,90 Trạm Quảng Ngãi làm đại diện cho vùng mƣa XII khu vực Thành Phố Đà Nẵng, Thành phố Quảng Ngãi vùng ven biển thuộc huyện Sơn Tịnh Tƣ Nghĩa Chu kỳ lặp/Thời đoạn Cƣờng độ mƣa (mm/h) thời đoạn ứng với tần suất P(%) 200 100 50 20 10 200 100 50 20 10 15 241,84 215,16 190,72 161,32 140,92 121,56 115,40 95,64 188,57 174,47 160,36 141,72 127,62 113,52 108,98 99,42 30 120,70 114,12 107,50 98,66 91,84 84,72 82,32 73,98 135,58 125,44 115,30 101,90 91,76 81,62 78,35 71,48 45 101,81 95,45 89,07 80,55 73,96 67,09 64,77 56,72 108,92 100,78 92,63 81,86 73,72 65,57 62,95 57,42 60 87,95 82,79 77,60 70,68 65,34 59,76 57,88 51,35 92,44 85,52 78,61 69,47 62,56 55,65 53,42 48,73 120 66,24 61,37 56,49 49,97 44,94 39,69 37,91 31,76 60,93 56,37 51,82 45,79 41,24 36,68 35,21 32,12 180 51,96 48,22 44,46 39,44 35,57 31,53 30,16 25,43 47,29 43,75 40,21 35,54 32,00 28,47 27,33 24,93 240 43,83 40,67 37,50 33,27 30,00 26,59 25,44 21,44 39,39 36,45 33,50 29,61 26,66 23,71 22,77 20,77 360 31,97 29,71 27,44 24,42 22,08 19,65 18,82 15,97 30,36 28,09 25,82 22,82 20,55 18,28 17,55 16,01 720 25,25 23,18 21,10 18,33 16,19 13,96 13,20 10,59 19,36 17,91 16,46 14,55 13,10 11,65 11,19 10,21 1440 15,71 14,48 13,24 11,58 10,31 8,98 8,53 6,97 12,30 11,38 10,46 9,24 8,32 7,40 69 7,11 6,48 3.3 Xây dựng đƣờng cong lũy tích mƣa 24 Từ chuỗi liệu đo mƣa tự ghi 15 phút trạm Tuyên Hóa, Hiền Lƣơng, Huế, Nam Đông, Tam Kỳ, Quảng Ngãi lựa chọn phân bố mƣa 24 lớn điển hình với ba dạng: - Quá trình mƣa 24 lớn có cƣờng độ mƣa lớn - Q trình mƣa 24 lớn có cƣờng độ mƣa 12 lớn 100 90 80 Tỷ lệ % 70 60 50 40 30 20 10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Thời gian (giờ) Hiền lƣơng Nam Đơng Huế Quảng Ngãi Tam Kỳ Tun Hóa Hình 3-18 Đƣờng lũy tích mƣa 24 trạm (có chứa mƣa lớn nhất) 100 90 80 Tỷ lệ % 70 60 50 40 30 20 10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Thời gian (giờ) Hiền lƣơng Huế Nam Đơng Quảng Ngãi Tam Kỳ Tun Hóa Hình 3-19 Đƣờng lũy tích mƣa 24 trạm (có chứa mƣa 12 lớn nhất) 70 Bảng 3-13 Phân phối mƣa 24 h lớn trạm (tính theo % lũy tích) Thời gian (h) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hiền lƣơng 6h 12h max max 5,55 0,76 7,89 1,36 14,02 3,63 20,33 14,59 23,66 35,75 25,53 47,17 28,80 56,92 29,61 59,49 31,19 61,45 31,37 66,67 35,57 74,53 36,39 82,46 39,49 88,06 39,49 89,34 40,71 90,63 40,71 92,21 41,36 92,89 43,05 94,03 59,29 94,10 67,64 94,78 73,01 96,60 91,65 98,79 96,26 99,85 100 100 Huế 6h 12h max max 1,28 1,81 6,63 3,23 12,44 4,56 20,05 6,45 27,49 7,74 42,45 13,12 56,86 18,97 68,19 26,62 75,76 34,11 80,72 49,16 83,92 63,66 86,75 75,05 88,97 82,67 90,34 87,66 91,58 90,88 92,18 93,72 92,35 95,96 92,43 97,33 92,65 98,58 92,99 99,18 93,42 99,35 94,66 99,44 98,42 99,66 100 100 Nam Đông 6h 12h max max 0,41 2,78 0,91 7,37 1,05 11,74 1,37 16,03 1,37 21,51 4,29 27,96 4,29 33,70 4,84 36,34 5,76 42,88 5,89 48,50 6,99 51,42 10,92 57,29 22,70 61,35 29,01 65,00 38,60 71,01 44,81 79,52 61,31 85,14 72,04 88,70 80,26 91,01 86,61 92,90 89,13 95,63 95,93 98,66 99,68 99,58 100 100 Quảng Ngãi 6h 12h max max 6,39 0,00 15,33 0,28 21,29 0,42 23,92 0,42 24,70 1,76 24,77 3,46 24,91 9,17 25,05 19,89 25,12 26,59 25,12 54,44 25,41 68,83 25,55 69,82 25,55 70,45 26,90 72,14 28,60 74,40 34,35 76,16 45,14 86,04 51,88 90,34 79,91 93,86 94,39 94,15 95,39 95,13 96,03 97,53 97,73 98,73 100 100 Tam Kỳ 6h 12h max max 5,63 5,63 9,71 9,71 11,42 11,42 12,36 12,36 13,26 13,26 13,50 13,50 15,17 15,17 15,74 15,74 15,74 15,74 16,01 16,01 17,48 17,48 20,96 20,96 24,11 24,11 34,59 34,59 43,94 43,94 48,46 48,46 53,01 53,01 58,47 58,47 61,49 61,49 65,44 65,44 74,95 74,95 82,25 82,25 92,67 92,67 100 100 Tuyên Hóa 6h 12h max max 0,20 0,20 3,95 3,95 8,81 8,81 9,99 9,99 17,45 17,45 21,90 21,90 24,33 24,33 24,64 24,64 26,26 26,26 29,09 29,09 34,09 34,09 44,58 44,58 54,67 54,67 61,32 61,32 67,06 67,06 79,08 79,08 91,23 91,23 94,26 94,26 96,69 96,69 97,13 97,13 97,57 97,57 98,14 98,14 98,18 98,18 100 100 3.4 Kết luận chƣơng Từ phƣơng pháp tính tốn đƣợc trình bày chƣơng sở thu thập phân tích tài liệu mƣa tự ghi trạm, chƣơng xây dựng đƣợc cơng cụ hỗ trợ tính tốn mƣa lũ thiết kế cho khu vực Trung Trung Bộ, bao gồm: - Xây dựng đồ đẳng trị mƣa - Thiết lập công thức IDF tổng quát - Xây dựng đƣờng cong lũy tích mƣa 24 Nhằm đơn giản việc tính tốn mƣa thời đoạn ngắn cho khu vực Trung Trung Bộ, luận văn tiến hành lựa chọn trạm đo mƣa làm đại diện cho phân vùng coi trình mƣa nhƣ giá trị cƣờng độ mƣa phân vùng nhƣ Phân 71 tích lựa chọn trạm đo mƣa làm đại diện cho phân vùng mƣa khu vực nghiên cứu Trạm Tun Hóa (Quảng Bình) làm đại diện cho vùng mƣa X tỉnh Quảng Bình, trạm mƣa Huế (Thừa Thiên Huế) làm đại diện cho nhóm vùng mƣa XI (bao gồm huyện: Phong Điền, Quảng Điền, Hƣơng Trà, Thành phố Huế Phú Vang), trạm mƣa Hiền Lƣơng (tỉnh Quảng Trị) làm đại diện cho tỉnh Quảng Trị Nam Đông (Huế) làm đại diện cho huyện (Nam Đông bao gồm huyện A Lƣới, Nam Đông, Hƣơng Thủy, Phú Lộc tỉnh Thừa Thiên Huế) thuộc vùng mƣa XI, trạm mƣa Quảng Ngãi làm đại diện cho khu vực thành phố Đà Nẵng Thành phố Quảng Ngãi, huyện Sơn Tịnh Tƣ Nghĩa phía giáp biển (nhóm vùng XII) trạm Tam Kỳ Quảng Nam huyện lại Quảng Ngãi trừ hai huyện Ba Tơ huyện Đức Phổ (nhóm thuộc vùng XII) 72 KẾT LUẬN Những kết đạt luận văn Luận văn thu thập đƣợc tài liệu tính tốn, nghiên cứu xây dựng đƣờng cong IDF cơng cụ hỗ trợ tính tốn mƣa lũ thiết kế nƣớc liên quan trực tiếp đến luận văn, tổng kết chọn lọc đƣợc tài liệu đƣa hƣớng nghiên cứu phù hợp Luận văn phân tích đặc điểm địa lý tự nhiên, KTTV, phân vùng mƣa Việt Nam kết hợp với phân tích tài liệu đo mƣa tự ghi lựa chọn đƣợc trạm đo mƣa (Tuyên Hóa, Hiền Lƣơng, Huế, Nam Đông, Tam Kỳ Quảng Ngãi) làm đại diện cho phân vùng mƣa rào khu vực Trung Trung Bộ Trên sở PTTS luận văn xác định đƣợc giá trị lƣợng mƣa, cƣờng độ mƣa thiết kế với thời đoạn mƣa khác nhau, từ xây dựng đƣợc đồ đẳng trị mƣa cho khu vực Trung Trung Bộ Luận văn thực xây dƣng đƣờng cong IDF cách sử dụng mẫu liệu đo mƣa tự ghi trạm với bốn phƣơng trình IDF kinh nghiệm Kết chung phƣơng trình Kimijima Sherman với ba tham số a,b,e phù hợp với phân bố cƣờng độ mƣa khu vực Trung Trung Hơn nữa, luận văn thiết lập công thức IDF tổng quát sử dụng mối quan hệ cƣờng độ mƣa thời đoạn với chu kỳ lặp lại Luận văn xây dựng đƣợc cơng thức tính IDF tổng qt, đánh giá độ xác cơng thức cho trạm đo mƣa làm đại diện cho phân vùng mƣa Luận văn lựa chọn đƣợc mơ hình mƣa đại biểu (theo dạng đƣờng lũy tích mƣa 24 giờ) cho vùng mƣa khu vực Trung Trung Bộ Luận văn bƣớc đƣa đƣợc công cụ hỗ trợ cho việc tính tốn mƣa lũ ứng với tần suất thiết kế khác cho khu vực Trung Trung Bộ bao gồm: Bản đồ đẳng trị lƣợng mƣa ngày thiết kế ứng với tần suất 1% 10%, bảng tra công thức tổng quát tính cƣờng độ mƣa ứng với chu kỳ lặp lại thời gian mƣa khác cho vùng mƣa thuộc khu vực Kết nghiên cứu luận văn có ý nghĩa thực 73 tiễn khoa học để tham khảo điều chỉnh bổ sung quy phạm tính tốn thủy văn thiết kế C6-77 hành Hướng phát triển Luận văn Để nâng cao chất lƣợng nghiên cứu: i) Tiếp tục thu thập liệu đo mƣa tự ghi trạm đo mƣa, phân tích chuỗi liệu thực đo thông qua tiêu chuẩn kiểm định mẫu, phân tích tần suất lựa chọn hàm phân phối xác suất tốt cho phân vùng ii) Thiết lập đƣợc đồ phân bố tham số công thức IDF tổng quát cho khu vực Trung Trung Bộ iii) Phân tích phân bố xác suất lựa chọn mơ hình mƣa đại biểu chi tiết cho vùng nghiên cứu 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J C Smithers, "Methods for design flood estimation in South Africa," Water SA, 38(4), p pp 633–646 doi: 10.4314/wsa.v38i4.19, 2012 [2] Smithers, J C and Schulze, R E , "Design Rainfall and Flood Estimation in South Africa Pretoria, South Africa.," 2002 [3] M M Bernard, " Formulas for rainfall intensities of long durations," Transactions of the American Society of Civil Engineers, 96, pp 592-624, 1932 [4] Mohymont B, Demarée G R, " Courbes intensité-durée-fréquence des précipitations de Yangambi, Congo, au moyen de différents," Hydrology science Journal, pp 236-253, 2006 [5] Van de Vyver, H and Demarée, G R , " Construction of IntensityDurationFrequency (IDF) curves for precipitation at Lubumbashi, Congo, under the hypothesis of inadequate data," Hydrology science Journal 55, p 555–564, 2010 [6] Oyegoke, S O and Oyebande, L, "A new technique for analysis of extreme rainfall for Nigeria.," environmental resources journal 2, p 7–14., 2008 [7] Van Nguyen VT, Wang H., Regional estimation of short duration rainfall distribution using available daily rainfall data In Advances in Modeling the Management of Stormwater Impacts, CHI: Guelph, 1996 [8] Baghirathan, V.R., Shaw, E M, "Rainfall depth-duration-frequency studies for Srilanka.," Journal of Hydrology 37, p 223–239, 1978 [9] C W Sherman, " Frequency and intensity of excessive rainfall at Boston.," ASCE 95, p 951–960, 1931 [10] Garcia-Bartual M, Schneider H, "Estimating maximum shortduration rainfall intensities from extreme convictive storms.," Physics and Chemistry of the Earth, PartB: Hydrology and Atmosphere 26(9), pp 675-681., 2001 [11] Takara, "Report on data availability and IDF procedures: Situation in Japan .," Annex Japan Country report, Japan , 2005 [12] Nhat.L.M, Tachikawa Y., Sayama T and Takara K, "Regional rainfall intensityduration-frequency relationships for ungauged catchments based on scaling properties.," in Annuals of disas Prev, Res, Inst, Kyoto Univ 50,, Kyoto, 2008 [13] Menabde M., seed A., Pegram G, "A simple scaling model for extreme rainfall Water Resour Res 35,," Water Resour Res, p 335–339, 1999 [14] Yu P S., Yang T C et Lina C S , "Regional rainfall intensity formulas based on scaling property of rainfall.," Journal of Hydrology 295, p 108–123, 2004 75 [15] Mohymont B, Demarée G R., "Preservation of rainfall properties in stochastic disaggregation by a simple random cascade model.," Atmospheric resources, 77, pp 137-151, 2005 [16] Özger, M., Mishra, A.K., Singh, V.P, " Scaling characteristics of precipitation data in conjunction with wavelet analysis," Journal of Hydrology, 395, p 279−288, 2010 [17] Gupta, V K and Waymire, E, "Multiscaling properties of spatial and river flow distributions.," Journal of Geophysical Research 95, p 1999–2009, 1990 [18] Koutsoyiannis D., Foufoula-Georgui E., "A scaling model of storm hyetograph.," Water Resour Res 29, p 2345–2361, 1993 [19] Menabde M, seed A, Pegram G, "A simple scaling model for extreme rainfall.," Water Resour Res , vol 35, p 335–339, 1999 [20] Le Minh Nhat, Tachikawa, Y., Sayama, T., and Takara, K , "A simple scaling characteristic of rainfall in time and space to derive intensity duration frequency relationships," Annual Journal of Hydraulic Engineering, JSCE, vol 51, pp 7378, 2007 [21] Molnar, P and P Burlando, "Variability in the scaling properties of high resolution precipitation data in the Alpine climate of Switzerland," Water Resour Res, vol 44, p W10404, 2008 [22] Acar R, Celik S, Senocak S , "Rainfall intensity-duration-frequency model using an artificial neural network approach," JSIR , p 198–202, 2008 [23] Ceresetti D Anquetin S., Molinié G., Leblois E., et Creutin J D, Severity diagrams: a new approach for the multi-scale evaluation of extreme rainfall events [24] Quy phạm tính tốn thủy văn thiết kế, Bộ Thủy Lợi, 1977 [25] Đ Đ Khôi, "Xây dựng tập số liệu đặc trƣng tập atlat thủy văn sơng ngịi Việt Nam," 1991 [26] N V Thắng, "Nghiên cứu xây dựng đƣờng cong IDF cho vùng mƣa thuộc miền Bắc Việt Nam," Tạp chí khí tượng thủy văn, vol 678, pp 10-16, 2017 [27] Le Minh Nhat, Yasuto TACHIKAWA, and Kaoru TAKARA, "Establishment of IntensityDuration-Frequency Curves for Precipitation in the Monsoon Area of Vietnam," Annuals of Disas Prev Res Inst, Kyoto univ, vol 46B, pp 93-102, 2006 [28] Rao, A.R., Hamed, K.H, Flood frequency analysis, Boca Raton, London: CRC Press,, 2000 [29] WMO, Guide to hydrological practices, volume II: Management of water resources and application of hydrological practices, 6th edition, WMO-No 168 World Meteorological Organization, Geneva, Switzerland, 302, 2009 76 [30] Lang, M., Ouarda, T.B.M.J., Bobee, B, "Towards operational guidelines for over threshold modeling," Journal of Hydrology, , Vols 225(3-4), pp 103-117, 1999 [31] Hosking, J.R.M., Wallis, J.R., Regional Frequency Analysis: An Approach Based on L-Moments, Cambridge, UK, 224: Cambridge University Press, 1997 [32] Lƣơng Tuấn Anh, Nguyễn Thanh Sơn, Đặng Thu Hiền, "Đánh giá kết tính lũ thiết kế đƣờng phân phối tần suất khác nhau," Tạp chí Khoa học ĐHQGHN Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Vols 31, số 3S , pp 1-5, 2015 [33] Nguyễn Trƣờng Huy, Nguyễn Hoàng Lâm, Võ Ngọc Dƣơng, Phạm Thành Hƣng, Nguyễn Chí Cơng, "Chọn hàm phân phối xác suất đại diện cho phân phối mƣa ngày cực đại Việt Nam," Tạp chí khoa học kỹ thuật Thuỷ lợi Môi trường, vol 56, 2017 [34] Chow, V.T., Maidment, D.R & Mays, L.W, Applied Hydrology, McGraw-Hill, 1988 [35] Koutsoyiannis, D., Manetas, A, "A mathematical framework for studying rainfall intensity-duration-frequency relationships," Journal of Hydrology, vol 206, p 118–135, 1998 [36] C.-l Chen, "Rainfall intensity - duration - frequency formulas," Journal of hydraulic Engineẻing, Vols ASCE, 109(12), pp 1603-1621, 1983 [37] F Bell, "Generalized rainfall duration frequency relationships," Journal of Hydraulic Div, Vols ASCE, 95(1), pp 311-327, 1969 [38] Bougadis, J and Adamowski, A, "Scaling model of a rainfall intensitydurationfrequency relationships.," Hydrology research paper, p 3747–3757, 2006 77 PHỤ LỤC 78 ... luận văn nghiên cứu xây dựng công cụ hỗ trợ tính tốn mƣa lũ thiết kế cho khu vực Trung Trung Bộ Để đạt đƣợc mục tiêu trên, luận văn dự kiến có nội dung nghiên cứu cụ thể nhƣ sau: - Nghiên cứu lựa... rào khu vực Trung Trung Bộ CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH MƢA LŨ THIẾT KẾ 1.1 Tổng quan nghiên cứu tính tốn mƣa lũ thiết kế Ƣớc tính lũ thiết kế nhiệm vụ thiết yếu tính tốn thủy văn thiết. .. bão lũ, lƣu vực vùng nhỏ, mạng lƣới quan trắc thủy văn thƣa Chính vậy, luận văn định hƣớng nghiên cứu xây dựng cơng cụ hỗ trợ tính toán lũ thiết kế cho khu vực Trung Trung Bộ, cụ thể xây dựng