XÂY DỰNG ATLAT MƯA CỰC HẠN CHO TỈNH QUẢNG NGÃI DỰA TRÊN PHÂN TÍCH TẦN SUẤT MƯA VÙNG VÀ SUY LUẬN BAYESIAN TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  VÕ ĐOÀN 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 : 60 58 02 02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN CHÍ CƠNG Phản biện 1: TS Lê Ngọc Dương Phản biện 2: TS Lê Hùng Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 21 tháng 08 năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Xây dựng, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN MỞ ĐẦU Sự cần thiết nghiên cứu 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 cơng 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 tồn 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 khơng 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] 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 phục vụ quản lý, khai thác cơng trình thủy lợi, phòng chống thiên tai Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Số liệu mưa ngày trạm Khí tượng, trạm thủy văn trạm đo mưa nhân dân vùng nghiên cứu; Phạm vi nghiên cứu: Thu thập phân tích số liệu mưa tất trạm địa bàn tỉnh trạm lân cận giáp ranh Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thống kê, tổng hợp địa lý; Phương pháp phân tích tần suất mưa vùng; Phương pháp hệ thống thông tin địa lý GIS Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học: 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 - Ý nghĩa thực tiễn: 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 Cấu trúc luận văn Luận văn gồm phần Mở đầu, 04 chương phần kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các nghiên cứu nước 1.1.1 Các nghiên cứu ngồi nước Một số nghiên cứu phân tích mưa cực trị tóm lược: Năm 2003, H J Fowler C G Kilsby [19] phân tích tần suất mưa cực hạn cho Vương Quốc Anh với chuỗi số liệu từ 1961 đến 2000 Năm 2007, J R.Wallis, M G Schaefer, B L Barker G H Taylor [31] sử dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng để xây dựng đồ mưa 24 lớn cho bang Washington Năm 2011, Cosmo S Ngongondo, Chong-Yu Xu, Lena M Tallaksen, Berhanu Alemaw Bias Chirwa [16] phân tích tần suất mưa cực đại ứng với mơ hình mưa 1, 3, 5, ngày lớn cho khu vực phía nam Malawi sử dụng số mưa cách tiếp cận Lmoments Năm 2013, Tamara Benabdesselam Hocine Amarchi [29] sử dụng tiếp cận vùng để tính lượng mưa ngày cực đại khu vực Đông Bắc Algeria vẽ đường đẳng trị mưa ngày max cho khu vực Năm 2013, Amina Shahzadi, Ahmad Saeed Akhter Betul Saf [11] phân tích mưa cực đại cho khu vực gió mùa Pakistan Năm 2013, Julie Carreau, Luc Neppel, Patrick Arnaud Philippe Cantet [22] phân tích tần suất mưa cực hạn cho miền nam nước Pháp so sánh cách tiếp cận phân tích tần suất mưa (1) SIGE: phương pháp tiếp cận dựa nội suy tuyến tính thơng số GEV ước tính trạm quan trắc (2) RFA: phương pháp phân tích tần suất vùng (xác định vùng đồng khu vực xung quanh trạm quan trắc để tăng kích thước mẫu thơng qua giá trị số vùng) (3) SHYPRE: phương pháp sử dụng máy đo mưa tự động, từ lượng mưa hàng ngẫu nhiên đo SHYPRE mô thành chuỗi số liệu mưa, với số liệu thống kê tương tự số liệu quan trắc Năm 2013, Th Arti Devi Parthasarthi Choudhury [12] sử dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng để phân tích tần suất cho mưa cực trị khu vực IV Ấn Độ Tóm lại, phương pháp tiếp cận theo phương pháp phân tích tần suất mưa vùng nước Châu Âu, Châu Mỹ phát triển cho thấy ưu điểm vượt trội nhằm giải khắc phục hạn chế số liệu thống kê 1.1.2 Các nghiên cứu nước Bộ Tài nguyên Môi trường ký Báo cáo tóm tắt kết Dự án Dự tính khí hậu tương lai với độ phân giải cao cho Việt Nam [1] để Bộ, ngành địa phương nghiên cứu, tham khảo việc định hướng ứng phó với biến đổi khí hậu Trong nhận định cho khu vực Miền trung vào kỷ 21 (2045-2065 cuối kỷ 21 (20452065) có “Lượng mưa năm biến đổi, cực trị mưa giảm có biến động với biên độ lớn” Năm 2014, dự án “Ứng dụng mơ hình hệ thống Trái đất Na Uy xây dựng kịch biến đổi khí hậu, nghiên cứu hệ thống gió mùa tượng khí hậu cực đoan” [9], cho biết dự tính "Lượng mưa ngày cực đại toàn quốc giai đoạn cuối kỷ 21 tăng đến 37% (kịch RCP4.5) đến 45% (kịch RCP8.5)" Ngô Đức Thành, Phan Văn Tân (2013) [8], sử dụng phương pháp kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendall phương pháp ước lượng xu Sen đánh giá xu biến đổi yếu tố khí tượng lãnh thổ Việt Nam cho giai đoạn 1961-2007 Kết cho thấy lượng mưa giảm phía Bắc vĩ tuyến 17 tăng lên phía Nam Đánh giá tần suất kiện mưa cực đại Hải Phòng Nha Trang (Phạm Hải An, Vũ Duy Vĩnh, Trần Đình Lân) dùng số liệu lượng mưa ngày trạm Phủ Liễn (1978-2007, Hải Phòng) trạm Nha Trang (1979-2008, Khánh Hòa), dùng phương pháp MannKendall để phân tích xu mưa cực đại sử dụng phân phối cực đại Gumbell để phân tích trị số lượng mưa cực đại với chu kỳ lặp lại cho trước Nguyễn Vĩnh Long, Nguyễn Chí Công (2015) [5] Lê Minh Vỹ sử dụng 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 phục hạn chế số lượng mẫu thống kê, tăng độ tin cậy giá trị ước tính vùng ngoại suy, xây dựng đồ mưa phù hợp với xu phân bố mưa địa bàn 02 tỉnh nói Tóm lại, Ở Việt Nam nghiên cứu xu hướng biến đổi lượng mưa cho tương lai tương đối hoàn chỉnh Tuy nhiên, nghiên cứu tần suất mưa cực trị chưa phổ biến Hiện nay, có phương pháp suy luận: (01) Phương pháp suy luận tần suất (truyền thống) (02) Phương pháp suy luận Bayesian - Đây phương pháp suy luận dựa định lý Bayes - Hiện chưa nghiên cứu nhiều Việt Nam đại diện phần mềm FAMBC TS Nguyễn Chí Cơng Tuy nhiên, mật độ trạm quan trắc khí tượng thủy văn nước ta cịn thưa, phân bố khơng đồng đều, số liệu quan trắc thường không đảm bảo cho việc phân tích tần suất Để khắc phục cho tình trạng đó, việc áp dụng phương pháp phân tích tần suất vùng (RFA) phát triển sử dụng rộng rãi ngành khí tượng thuỷ văn nước Châu Âu giải pháp Phương pháp tổng hợp liệu quan trắc trạm “tương tự” - cách tiếp cận ước lượng giá trị cực trị cho khu vực khơng có trạm quan trắc nơi có liệu quan trắc ngắn Phương pháp phân tích tần suất dựa cách tiếp cận vùng chưa nghiên cứu nhiều nước ta 1.2 Điều kiện tự nhiên tỉnh Quảng Ngãi 1.2.1 Vị trí địa lý Quảng Ngãi tỉnh thuộc vùng Duyên hải Nam Trung bộ, có tọa độ địa lý từ 14032’00” đến 15025’00” vĩ độ Bắc 108016’00” đến 109004’00” Ranh giới tỉnh Quảng Ngãi với: - Phía Bắc giáp tỉnh Quảng Nam - Phía Nam giáp tỉnh Bình Định, Gia Lai - Phía Tây giáp tỉnh Kon Tum - Phía Đơng Biển Đơng Hình 1.1 Bản đồ hành tỉnh Quảng Ngãi 1.2.2 Đặc điểm địa hình Nhìn chung tồn tỉnh có dạng địa hình sau: 1.2.2.1 Vùng núi cao và trung bình Vùng núi cao trung bình nằm phía Tây chạy dọc theo ranh giới Quảng Nam, Kon Tum Bình Định Đây sườn phía Đơng dãy Trường Sơn với cao độ trung bình từ 500 đến 700m, có đỉnh cao 1.000 m đỉnh Hòn Bà 1.146 m, vùng Sơn Hà, Trà Bồng có núi cao từ 1.400÷1.600 m Với dạng địa hình dãy núi chạy dài bao bọc phía Bắc, Tây Nam hình thành cánh cung bao bọc vùng đồng Quảng Ngãi Chính dạng địa hình thuận lợi đón gió mùa Đơng Bắc hình thái thời tiết từ biển Đơng đưa vào làm cho lượng mưa vùng dồi dào, hình thành tâm mưa như: Ba Tơ, Trà Bồng, Gia Vực có lượng mưa từ 3.200÷4.000 mm/năm 1.2.2.2 Vùng đồng bằng Chạy dọc từ Bắc vào Nam tiến sát gần biển thuộc vùng đất nằm hạ lưu sông tỉnh Bề mặt không phẳng, hướng dốc từ Tây sang Đông với cao độ biến đổi từ 20÷10 m chiếm khoảng 20% diện tích tự nhiên 1.2.2.3 Vùng cát ven biển Bao gồm cồn cát, đụn cát phân bố thành dải hẹp, chạy dài ven biển với chiều rộng trung bình km chạy dọc từ đầu tỉnh (huyện Bình Sơn) đến cuối tỉnh (huyện Đức Phổ) có độ cao vùng đồng Hình 1.2 Bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu Hình 1.3 Bản đồ mạng lưới sơng ngịi tỉnh Quảng Ngãi 1.3 Đặc điểm khí hậu địa bàn tỉnh Quảng Ngãi 1.3.1 Phân vùng khí hậu tỉnh Quảng Ngãi Bảng 1.4: ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH NĂM Ở CÁC KHU VỰC NGHIÊN CỨU Địa điểm Sơn Tây Trà Bồng Sơn Giang Minh Long Ba Tơ Quảng Ngãi Sa Huỳnh Lý Sơn Độ cao (m) >500 >100 40 >100 52 Nhiệt độ trung bình năm (oC) 23,4 25,2 25,4 25,3 25,3 25,8 26,0 26,5 Từ nghiên cứu chia vùng nghiên cứu thành vùng khí hậu sau: Vùng I - khí hậu núi cao núi vừa (độ cao 500m) Vùng II - khí hậu núi thấp trung du (độ cao 500m) Vùng III - khí hậu đồng bằng, duyên hải đảo Lý Sơn 1.3.2 Đặc điểm mưa a a Sự thay đổi của mưa năm theo khơng gian Lượng mưa có xu hướng giảm từ Bắc vào Nam Vùng mưa lớn vùng núi cao Trà Bồng, Ba Tơ, Giá Vực, Sơn Long, Minh Giang từ 3200–3800mm vùng trung du, đồng ven biển lượng mưa 1600 - 2500 mm b Sự thay đổi của mưa năm theo thời gian Theo thời gian, biến động mưa năm vùng nghiên cứu lớn, lượng mưa hàng năm không ổn định Năm mưa nhiều gấp ÷ lần năm mưa ít, năm 1996, 1998 năm 1999 năm mưa nhiều khắp vùng nghiên cứu, năm 1999 đạt 5094,7 mm Giá Vực, 4216,7 mm Sơn Hà, 6520,5 mm Ba Tơ, 5916,8 mm Sơn Giang, Minh Long 6180,7 mm 3947,6 mm Quảng Ngãi Nhưng năm 1982 năm mưa với lượng mưa đo Giá Vực 1299 mm, Sơn Hà 2007,9 mm, Trà Bồng 2671,2 mm, Ba Tơ 1952,6 mm, Sơn Giang 1975,6mm 1373,9 mm Quảng Ngãi Do địa hình nên vùng nghiên cứu xuất đỉnh mưa phụ vào tháng V tháng VI, với lượng mưa trung bình tháng chiếm khoảng 4-7% lượng mưa năm Như vậy, qua biến trình mưa vùng cho thấy chênh lệch tháng mưa nhiều tháng mưa khoảng 400 - 800 mm Tức tháng mưa nhiều có tổng lượng mưa gấp khoảng 1,5- 20 lần tháng mưa Sự phân phối mưa năm không đồng c Mùa mưa - Chế độ gió mùa với dải Trường Sơn tạo tương phản sâu sắc mùa khơ mùa mưa tồn vùng nghiên cứu Mùa mưa tháng từ tháng IX đến tháng XII Do xâm nhập sâu phía Nam gió mùa Đơng Bắc nên Quảng Ngãi tương đối lạnh tháng XII, I - Do hiệu ứng “phơn” dãy Trường Sơn gió mùa Tây Nam nên vùng nghiên cứu xuất thời kỳ nắng nóng khơ hạn suốt tháng mùa hạ d Các hình gây mưa lớn Việt Nam nói chung tỉnh Quảng Ngãi nói riêng chịu tác động hồn lưu khí khu vực gió mùa Đông Nam Á Về mùa đông (từ tháng IX năm trước đến tháng III năm sau), khơng khí lạnh từ trung tâm khí áp cao lạnh cực đới lục địa châu Á (Xibia) thổi tới vùng áp thấp lục địa châu Úc dạng đợt gió mùa Đơng Bắc mang khơng khí lạnh cực đới tràn xuống Trong q trình di chuyển xuống phía Nam khơng khí khơ lạnh cực đới bị biến tính mạnh, sưởi ấm ẩm Khi gió mùa Đơng Bắc nhiệt độ giảm đột ngột, nhiệt độ trung bình ngày giảm trung bình từ 3-6°C, cá biệt có đợt giảm 10-12°C, đồng thời có gia tăng lượng mây mưa Vào cuối mùa hè (tháng VII-IX) cịn có khối khơng khí nóng, ẩm bất ổn định Nam Thái Bình Dương lên Đó luồng khơng khí tồn rìa Nam dải áp thấp xích đạo dải hội tụ nhiệt đới (vùng hội tụ tín phong Bắc bán cầu gió mùa mùa hè) Khi gió mùa hè Tây Nam cực thịnh (tháng VII-VIII) dải hội tụ nhiệt đới bị dịch chuyển lên phía Bắc (từ 20° vĩ Bắc trở lên) So với khơng khí đến từ vịnh Bengan, khơng khí xích đạo mát, ẩm nhiều nguồn cung cấp ẩm mùa hè Các nhiễu động khơng khí mùa hè hội tụ nhiệt đới, áp thấp nhiệt đới, bão thường mang lại thời tiết xấu, bất lợi, mang lại lượng mưa đáng kể thời kỳ Đến lúc chuyển tiếp hè sang đông (tháng IX - XI) thường phát sinh tượng giao hội gió mùa Đơng Bắc với nhiễu động nhiệt đới (hội tụ nhiệt đới, áp thấp nhiệt đới, bão) hoạt động Trung Nam Biển Đông gặp núi cao chắn gió có mưa lớn xảy lâu 1.4 Hiện trạng trạm khí tượng thủy văn 1.4.1 Mạng lưới trạm quan trắc mưa tỉnh Quảng Ngãi Trong khu vực nghiên cứu có 23 trạm đo mưa; địa bàn tỉnh 16 trạm, Quảng Nam 03 trạm, Bình Định 02 trạm Kon Tum có 02 trạm Bảng 1.5: Thống kê trạm đo khí tượng, mưa vùng Toạ độ TT Tên Trạm Tam Kỳ Tiên Phước Trà My Lý Sơn Châu Ổ 10 11 12 13 14 Trà Khúc Quảng Ngãi Sông Vệ An Chỉ Mộ Đức Đức Phổ Sa Huỳnh Ba Tơ Giá Vức 15 Minh Long Liệt tài liệu 1979 - 2014 1988 - 2013 1978 - 2011 1986 - 2015 1977 - 1993 1995 - 2015 1977- 2015 1980 - 2014 1995 - 2015 1977- 2015 1977 - 2015 1977 - 2015 1980 - 2014 1977 - 2014 1977 - 2015 1977 - 1989 1991 - 2015 Kinh độ Vĩ Độ 108°30' 108o18' 108°13’ 109°09' 15°31' 15o29' 15°20’ 15°23' 108°46' 15°16' 108°47' 108°47' 108° 50' 108°48' 108°53' 108° 57' 109°037' 108°43' 108° 33' 15°08' 15°08' 15° 2' 14° 58' 14° 58' 14° 48' 14°72' 14° 46' 14° 42' 108° 42' 14° 55' Cao độ trạm (m) 8,7 6,5 10 Tùy thuộc vào số lượng trạm nhóm mà số D trạm thứ i (Di) phải thỏa mãn: Di  ( N  1) / Trong trường hợp số trạm N > 15, Di  2.2 Định dạng vùng đồng 2.2.1 Vùng đồng Một khu vực coi vùng đồng khu vực mà trạm quan trắc khác lại có biến số thay đổi tỷ lệ phân bố xác suất xấp xỉ Điều kiện áp dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng: - Quan trắc trạm độc lập; số liệu quan trắc trạm vùng nối tiếp độc lập chuỗi liệu có phân phối giống - Sự phân bố biến thay đổi tỷ lệ (rescaled variable) trạm giống loại phân phối biến thay đổi tỷ lệ quy định cách xác Như điều kiện đảm bảo, bao hàm tồn vùng đồng 2.2.2 Xác định vùng đồng Chỉ số đánh giá vùng đồng xác định Hk: ; k=1,2,3 (2-8) Trong đó: -  v  v giá trị trung bình độ lệch chuẩn tương ứng trọng số độ lệch chuẩn sinh từ (N=500 lần) mô Monte Carlo sử dụng phân phối Kappa bốn thông số - Vk: độ lệch chuẩn trọng số bình quân hệ số biến sai tuyến tính (tính theo 2-6; 2-7; 2-8) + n: Độ lớn chuỗi số liệu; + N: Số trạm quan trắc mưa Vùng đồng liệu xác định: - Nếu H < 1: Vùng đồng nhất, áp dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng - Nếu 1 1.622 1.851 1.46 0.583 0.684 1.33 0.489 0.285 1.45 0.351 0.666 0.120 0.979 0.035 Ngày Max 0.29 2.18 1.45 1.54 1.48 0.655 0.888 0.855 0.144 0.847 1.55 0.406 0.948 0.259 1.13 0.092 Ngày Max 0.956 1.43 1.95 1.82 0.764 0.501 0.755 1.038 0.128 0.815 2.74 0.201 0.848 0.156 1.738 0.098 16 ID 17 18 19 20 21 22 23 Tên Trạm Sơn Giang Sơn Tây Trà Bồng An Hịa Hịa Nhơn Đăk Glei ComPlơng Di Ngày Max 0.169 1.75 0.801 1.059 1.491 2.147 2.265 Ngày Max 1.76 2.00 0.773 1.37 1.19 Di> 1.528 Ngày Max 1.059 0.432 0.138 2.48 Di> 1.77 1.36 Ngày Max 1.037 0.364 0.819 Di> Di> 2.012 0.815 Nhận xét: Ta thấy, hầu hết tất Di< Riêng số trạm có Di> 3, như: trạm Tiên Phước, trạm Đăk Glei (mưa ngày max); trạm Hòa Nhơn (mưa ngày max); trạm An Hòa Hòa Nhơn (mưa ngày max) Kết luận: Đối với mơ hình mưa ngày max: Sử dụng số liệu mưa 23 trạm để đưa vào phân tích tần suất mưa vùng; mơ hình mưa ngày max: Loại 02 trạm Tiên Phước Đăk Glei có Di> 3, sử dụng số liệu mưa 21 trạm cịn lại có Di< để phân tích tần suất mưa vùng; mơ hình mưa 05 ngày max: Loại trạm Hịa Nhơn (Bình Định) có Di> 3, sử dụng số liệu mưa 22 trạm cịn lại có Di< để phân tích tần suất mưa vùng; mơ hình mưa ngày max: Loại 02 trạm An Hịa Hịa Nhơn có Di> 3, sử dụng số liệu mưa 21 trạm lại có Di< để phân tích tần suất mưa vùng 3.3.2 Kiểm tra tính đồng lượng mưa cực trị cho vùng nghiên cứu Trình bày kết Hi nhận từ test Hosking-Wallis, với số lần mô N=500 cho 23 trạm Bảng 3.4 Giá trị số đồng dạng Hi khu vực nghiên cứu Mô hình mưa Ngày Max Ngày Max Ngày Max Ngày Max H1 -1.539 -2.87 -2.65 -2.813 H2 1.162 -0.78 0.19 -0.494 H3 0.646 -0.411 0.716 1.25 Kết luận: Các kết cho thấy, số liệu mưa cực trị 1,3,5 ngày max 23 trạm vùng nghiên cứu đồng Vì vậy, đủ điều kiện để áp dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng 3.3.4 Lựa chọn hàm phân phối xác suất Bảng 3.10 thể kết tính tốn giá trị ZDIST hàm phân phối tương ứng với mơ hình mưa cực trị thơng qua test Hosking-Wallis 17 Bảng 3.5 Giá trị tuyệt đối ZDIST ngày ngày |ZDIST| max max max max GEN LOGISTIC (GLO) 2.26 1.829 3.463 0.21 GEN EXTREME VALUE (GEV) -0.42 -2.57 -1.39 -0.434 GEN NORMAL (LN3) -2.51 -0.688 -1.202 0.139 PEARSON TYPE III (PE3) -2.97 -1.51 -1.61 -0.069 GEN PARETO (GPA) -6.24 -8.30 -7.91 -7.96 Nhận xét: Các phân phối Cực trị tổng quát (GEV), Gen Normal, Pearson | 1.64 mơ hình mưa ngày max, III cho kết | Z ngày max ngày max; riêng ngày max có hàm phân phối DIST | 1.64 (theo bảng GEN LOGISTIC (GLO) cho kết | Z 3.10) Các hàm phân phối phù hợp mặt thống kê tương ứng với kích thước mẫu nghiên cứu Để chọn hàm phân phối phù hợp cho mơ hình mưa, ta tiến hành vẽ đường tần suất mưa cực trị cho trạm đo mưa quan sát phân bố điểm thống kê ước tính với đường lý luận tương ứng với hàm phân phối Hình 3.2, 3.3, 3.4 thể kết phân tích tần suất vùng cho trạm đo mưa Trà Bồng ứng với mơ hình mưa ngày max Các kết dựa code “BayesianMCMC_HW.r” [17] 3.11) GEV 3.12) LN3 3.13) PE3 DIST Hình 3.2) GEV; 3.3) LN3 3.4) PE3 là kết phân tích tần suất vùng ngày max cho trạm Trà Bồng với ba dạng phân phối Đường liền nét là giá trị ước tính ML, hai đường đứt nét và tương ứng là giá trị ước tính với độ tin cậy 5% và 95%, các điểm chấm là giá trị quan sát mưa ngày lớn của vùng 18 So sánh ta thấy dạng phân phối GEV, LN3 PE3 có đường tần suất bám sát điểm kinh nghiệm Tuy nhiên, qua so sánh, khoảng cách hai đường đứt nét với độ tin cậy 5% 95%, cho ta chọn hàm LN3 có khoảng cách gần Tương tự, tiến hành phân tích tần suất mưa vùng cho trạm Ba Tơ cho mơ hình mưa ngày max với hàm phân phối Cực trị tổng quát (GEV), Gen Normal, Pearson III Tác giả nhận kết thể hình 3.5, 3.6, 3.7 (5 ngày max) 3.8, 3.9, 3.10 (7 ngày max) 3.5) GEV 3.6) LN3 3.7) PE3 Qua kết phân phối cho thấy, dạng phân phối LN3 có đường đứt nét 5% bám sát điểm kinh nghiệm 02 dạng phân phối cịn lại Để đơn giản, giảm khối lượng tính toán, ta chọn hàm phân phối GEV để toán toán lựa chọn tần suất mưa cho ngày max 3.8) GEV 3.9) LN3 3.10) PE3 So sánh ta thấy dạng phân phối GEV, LN3 PE3 có đường tần suất bám sát điểm kinh nghiệm Tuy nhiên, qua so sánh, khoảng cách hai đường đứt nét với độ tin cậy 5% 95%, cho ta chọn hàm GEV có khoảng cách gần nhất, để toán toán lựa chọn tần suất mưa cho ngày max 19 3.3.5 Phân tích tần suất mưa vùng cho mơ hình mưa a Cách thức thực - Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng code “BayesianMCMC_HW.r” [17], để phân tích tần suất lấy kết - Các tần suất cực trị chọn tương ứng với tần suất: 0,50%; 1,00%; 1,50%; 2% (Theo QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT) - Các kết tác giả xây dựng thành đồ mưa cực trị cho tỉnh Quảng Ngãi trình bày chương b Sơ đờ tính toán c Kết phân tích tần suất mưa vùng Các kết phân tích tần suất mưa vùng thể chi tiết Phụ lục 2.1; 2.2, 2.3 2.4 CHƯƠNG ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG ATLAT PHÂN BỐ MƯA CỰC TRỊ CHO TỈNH QUẢNG NGÃI 4.1 Tổng quan phương pháp nội suy số liệu mưa GIS [10] Hàng loạt tác giả (Tabios Salas, 1985 [30]; Phillips nnk, 1992 [26]) phương pháp địa thống kê (kriging) đem lại kết ước tính lượng mưa xác phương pháp truyền thống khác Tuy nhiên phương pháp địa thống kê (kriging) yêu cầu trạm đo có đồng đều, tuân theo quy luật định Trong phương pháp trọng số (IDW) cho phép áp dụng với trạm đo phân bố ngẫu nhiên Chúng chọn phương pháp trọng số làm phương pháp nội suy số liệu mưa GIS để xây dựng Atlat mưa cực trị cho tỉnh Quảng Ngãi 4.2 Mục đích xây dựng đồ mưa cực trị Việc xây dựng đồ phân bố lượng mưa cực trị đưa nhận định phân vùng có nguy cao thiên tai lũ lụt, lũ quét, sạt lở đất, an tồn cơng trình đặc biệt cơng trình hồ chứa nước Từ làm sở cho quy hoạch kinh tế xã hội, đồng thời đưa áp lực cần tăng cường lực thích ứng với thiên tai cho người dân khu vực đó, nhằm giảm thiểu thiệt hại thiên tai 4.3 Lựa chọn số liệu để thành lập đồ mưa Các số liệu sử dụng để thành lập đồ phân bố lượng mưa cực trị số liệu mưa 1, 3, ngày max ứng với tần suất 2%, 20 1,5%, 1,0% , 0,5% Bảng số liệu số 3.14, 3.15, 3.16 3.17 4.4 Ứng dụng GIS xây dựng đồ phân bố mưa 1, 3, 5, ngày max ứng với tần suất cho tỉnh Quảng Ngãi Các nghiên cứu trước 1, 2 phương pháp IDW nội suy mưa phù hợp cho kết tốt so với phương pháp nội suy khác Trong nghiên cứu này, đồ phân bố lượng mưa thành lập dựa nguyên tắc nội suy biến đổi trung bình với trọng số tính theo khoảng cách ngược Kết đồ mưa 1, ,5 ngày max ứng với tần suất 2%, 1,5%, 1% 0,5% xem Phụ lục Từ đồ kết quả, ta thấy: Diện phân bố lượng mưa cực trị phù hợp với thực tế diễn địa bàn tỉnh (kinh nghiệm qua nhiều năm làm cơng tác phịng chống lụt bão Chi cục Thủy lợi Quảng Ngãi) 4.5 So sánh kết đồ mưa nội suy theo phương pháp địa phương phương pháp phân tích mưa vùng Để đánh giá lại kết nghiên cứu phương pháp phân tích tần suất mưa Tác giả sử dụng số liệu mưa ngày max để tiến hành thiết lập đồ mưa theo 02 phương pháp: (i) Phương pháp địa phương sử dụng suy luận Bayesian dạng phân phối GEV (hình 4.1) (ii) Phương pháp phân tích mưa vùng theo suy luận Bayesian dạng phân phối GEV (hình 4.2) So sánh kết phương pháp nhận thấy: (i) Hình 4.1 cho thấy tâm mưa lớn khu vực Sơn Giang; khu vực Minh Long Ba Tơ, Trà Bồng có lượng mưa thấp (ii) Ngược lại, Hình 4.2 cho thấy tâm mưa lớn khu vực Minh Long; khu vực Ba Tơ, Sơn Giang Trà Bồng có lượng mưa thấp Vậy đâu quy luật phân bố mưa ngày max phù hợp? Đánh giá chung khí hậu tỉnh Quảng Ngãi [4]: “Vùng núi cao trung bình nằm phía Tây, chiếm khoảng 70% diện tích tự nhiên chạy dọc theo ranh giới Quảng Nam, Kon Tum Bình Định Đây sườn phía Đơng dãy Trường Sơn với cao độ trung bình từ 500 đến 700m, có đỉnh cao 1.000 m đỉnh Hịn Bà 1.146 m, vùng Sơn Hà, Trà Bồng có núi cao từ 1.400÷1.600 m Với dạng địa hình dãy núi chạy dài bao bọc phía Bắc, Tây 21 Nam hình thành cánh cung bao bọc vùng đồng Quảng Ngãi Chính dạng địa hình thuận lợi đón gió mùa Đơng Bắc hình thái thời tiết từ biển Đơng đưa vào làm cho lượng mưa vùng dồi đào, hình thành tâm mưa như: Ba Tơ, Trà Bồng, Gia Vực, có lượng mưa từ 3.200÷4.000 mm/năm” Mặt khác, thực tế từ kết thông kê cho thấy lượng mưa ngày max vùng 425,5 ÷ 747,4 mm/ngày Như Trà Bồng lượng mưa ngày max đo vào ngày 29/IX/2009 747,4 mm/ngày, Giá Vực lượng mưa ngày max đo vào ngày 3/XII/1986 723,2 mm/ngày Ngày 4/XII/1999 Sơn Giang 677,2 mm/ngày Ba Tơ 639,5 mm/ngày xuất ngày 3/XII/1999; ngày – 4/XII/1999 vùng thượng nguồn sông Trà Khúc xuất mưa lớn nhiều năm trạm Sơn Giang, Ba Tơ Sơn Hà Dựa vào tài liệu đo mưa trạm, thấy rõ trận mưa lớn không xuất Minh Long Từ yếu tố khách quan thấy phương pháp phân tích mưa vùng có nhiều ưu điểm, kết ước tính phân bố lượng mưa ngày max ứng với tần suất 1% theo phương pháp phân tích mưa vùng (hình 4.2) cho kết phù hợp phương pháp địa phương (hình 4.1) Hình 4.1 Bản đồ mưa ngày max, P=1%, theo phương pháp vùng Sử dụng suy luận tần suất dạng phân phối LN3 22 Hình 4.2 Bản đồ mưa ngày max, P=1%, theo phương pháp địa phương-sử dụng suy luận Bayesian dạng phân phối LN3 Vậy có khác biệt kết này? Các nghiên cứu trước để ước tính giá trị ứng với tần suất 1% hay thời gian lặp lại 100 năm cần có mẫu số liệu thống kê quan sát đủ dài để đảm bảo chắn suy luận vùng ngoại suy, mẫu số liệu ngắn việc suy luận vùng ngoại suy phụ thuộc vào đường cong tăng trưởng mô hình phân phối giá trị lớn ghi nhận mẫu số liệu thống kê, định xu hướng dạng đường cong tăng trưởng Trên thực tế số liệu quan sát trạm hạn chế (thường < 35 năm), điều không đảm bảo chắn suy luận nêu hạn chế phương pháp phân tích tần suất theo trạm đo Thực kiểm chứng lượng mưa ngày max ghi nhận cho tất trạm địa bàn tỉnh Quảng Ngãi cho thấy lượng mưa ngày max đo trạm Trà Bồng vào năm 1999 lớn (X= 747,4 mm) chiều dài mẫu quan sát trạm 39 năm Điều dẫn đến không tin cậy ước tính tần suất 1% trạm Trà Bồng kết đồ phân bố mưa (hình 4.1) cho thấy lượng mưa ngày max lớn Minh Long Qua phân tích cho thấy kết sử dụng phương pháp phân tích vùng (hình 4.7) có nhiều ưu điểm, độ tin cậy cao phù hợp với xu phân bố mưa địa bàn tỉnh Quảng Ngãi 23 4.6 Ứng dụng đồ lượng mưa đánh giá khả xả lũ cơng trình Hồ chứa nước Nước Trong 4.6.1 Số liệu theo hồ sơ thiết kế duyệt Công trình thủy lợi Hồ chứa nước Nước Trong nằm địa bàn xã Sơn Bao, huyện Sơn Hà, tỉnh Quảng Ngãi Hình 4.3 Bản đồ vị trí Hồ Nước Trong Cơng trình xây dựng hồn thành cuối năm 2016, hoàn chỉnh thủ tục để bàn giao đưa vào sử dụng Một số thông số sau: + Dung tích tồn bộ: V= 289,5x106m3 + Cơng trình cấp II, tần suất thiết kế lũ P=0,5% + Chiều cao đập max: Hmax= 72,5m + Lưu lượng ứng với tần suất thiết kế lũ: Qtk0,5%= 7830,0m3/s + Diện tích lưu vực: Flv=460,0km2 4.6.2 Kết kiểm chứng Sử dụng đồ Raster (độ phân giải 50m x50m) phân bố lượng mưa cực trị ngày max tỉnh Quảng Ngãi để ước tính giá trị lượng mưa lưu vực Nước Trong kết HnP = 723 (mm) Thay vào cơng thức tính tốn lưu lượng đỉnh lũ Qmax theo công thức triết giảm module đỉnh lũ, ta Qmax = 6.828,81(m3/s) Như vậy, lưu lượng tính toán kiểm chứng Qp0,5%