kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.
Theo công thức cường độ giới hạn, cũng như công thức Sôkôlôpsky, tính theo phương trình cân bằng lượng nước, lưu lượng thiết kế Qp của một lưu vực F nào đó chỉ được xác định khi biết được các tham số trong công thức là tham số về mưa, tham số về tổn thất và tham số thời gian tập trung nước. Như vậy trong các công thức tính Qp, ngoài các tham số về mưa mang nhiều yếu tố bất định do phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, các thông số xác định lượng tổn thất (như hệ số dòng chảy , cường độ thấm i, hệ số tổn thất do ao hồ, đầm lầy 1, . . .) và thông số thời gian tập trung nước được xác định bằng các bảng tra thực nghiệm lập sẵn, các công thức kinh nghiệm hoặc nửa lý thuyết như đang sử dụng trong các quy trình thiết kế ở nước ta.
- 18 -
Luận án tập trung chính vào vấn đề tham số mưa. Các tham số về mưa trong các công thức tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường là.
./ Lượng mưa ngày tính toán Hn,p ở tần suất thiết kế p
./ Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và vấn đề phân vùng mưa
./ Cường độ mưa tính toán a,p ở thời gian tập trung nước và tần suất thiết kế p
1.1.3.1. Lượng mưa ngày tính toán Hn,p.
- Lượng mưa ngày tính toán Hn,p được xác định theo phương pháp phân tích thống kê trên cơ sở chuỗi số liệu quan trắc đo lượng mưa ngày thực tế trong nhiều năm liên tục tại các trạm đo mưa ở khu vực thiết kế công trình.
- Tính đến nay, cơ sở dữ liệu về lượng mưa ngày tính toán Hn,p đầy đủ nhất ở nước ta sử dụng để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước trên đường được thành lập năm 1987, trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành [5], cho 589 điểm đo mưa trên toàn quốc với các mức tần suất p = 1%, 2%, 4%, 10%, 25%, 50%.
- Từ đó đến nay đã trải qua trên 25 năm, chế độ mưa ở nước ta đã bị thay đổi, chịu ảnh hưởng của hiện tượng biến đổi khí hậu nên cơ sở dữ liệu này đến nay đã kém chính xác. Chính vì vậy, trong tiêu chuẩn thiết kế [5] cũng khuyến cáo nên thu thập số liệu đo lượng mưa ngày thực tế ở trạm đo mưa trong khu vực thiết kế đến thời điểm thiết kế công trình để xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p sử dụng vào việc tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước trên đường.
1.1.3.2. Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và phân vùng mưa.
- Trong quy phạm thủy lợi, QP.TL.C-6-77 Quy phạm tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế [7], ban hành năm 1977, các tác giả đã đưa ra bảng phân khu mưa rào cho phần lãnh thổ miền Bắc Việt Nam với 10 khu và xác lập giá trị các đường cong hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T T cho từng khu.
- Qua nghiên cứu các tài liệu đo mưa trong mấy chục năm, một số tác giả đã đưa ra các sơ đồ phân khu mưa rào khác. Năm 1980, tác giả Hoàng Minh Tuyển, Viện Khí tượng thủy văn, với số liệu đo mưa thu thập ở 60 trạm khí tượng trên toàn quốc dài từ 10 - 20 năm (50% số trạm có chuỗi số liệu dài 20 năm bắt đầu từ 1961, chủ yếu ở miền Bắc, còn lại dài 10 năm ở miền Nam), tác giả đã phân toàn bộ lãnh thổ Việt Nam thành 15 vùng mưa và xác lập giá trị các đường cong hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T T cho 15 vùng mưa này [60].
- 19 -
- Năm 1991, tác giả Hoàng Niêm và Đỗ Đình Khôi đã chia toàn bộ lãnh thổ Việt Nam thành 18 vùng mưa tương ứng với 18 đường cong hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T T được xác lập cho từng vùng [29], [40]. Năm 1993, TS Trịnh Nhân Sâm, Viện thiết kế Giao thông, cũng đưa ra sự phân vùng mưa tương tự cho lãnh thổ Việt Nam, phân toàn lãnh thổ thành 18 vùng mưa như trên nhưng giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T của các đường cong T T xác lập ở các vùng mưa có khác đi chút ít [29], [40]. Kết quả này được đưa vào trong tiêu chuẩn thiết kế [5], TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ, hiện nay đang dùng để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước trên đường ở nước ta.
- Như vậy, qua thời kỳ các năm, chế độ mưa ở nước ta bị thay đổi dẫn đến việc phân vùng mưa cũng được hiệu chỉnh cho phù hợp, giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T ở các vùng mưa cũng được hiệu chỉnh, xác lập lại cho phù hợp.
1.1.3.3. Xác định cường độ mưa tính toán aT,p: việc xác định thông số cường độ mưa tính toán luôn là vấn đề khó khăn, phức tạp nhất. Các nghiên cứu trong nước và quốc tế hiện nay có các hướng sau đây để xác định aT,p.
- Tính trực tiếp aT,p : trên cơ sở có đủ số liệu quan trắc đo mưa thực tế bằng máy đo mưa tự ghi tại các trạm khí tượng, dùng phương pháp phân tích thống kê tính ra giá trị cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn mưa tính toán T và tần suất thiết kế p (trong tính toán lưu lượng công trình thoát nước, thời đoạn mưa tính toán T được lấy bằng thời gian tập trung nước của lưu vực). Có thể lập sẵn thành các biểu đồ quan hệ cường độ mưa - thời gian - tần suất (biểu đồ a -T - p) cho từng vùng có chế độ mưa như nhau, sử dụng để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường. Xu hướng này được sử dụng thịnh hành ở Mỹ, Nhật, Úc, . . . và các nước phát triển có hạ tầng mạng lưới các trạm khí tượng đo mưa tự ghi đầy đủ, lâu dài. - Xác định cường độ mưa tính toán aT,p dựa vào lượng mưa ngày tính toán Hn,p và hệ
số đặc trưng hình dạng cơn mưa T.
p n T p T H T a , . , (1.14)
Trong đó: aT,p là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p
T là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời đoạn T, lập cho từng vùng mưa
Hn,p là lượng mưa ngày tính toán ở tần suất p
- 20 -
Phương pháp này do Alêchxâyep đề xuất được sử dụng ở Liên Xô trước đây và hiện nay đang được sử dụng ở Việt Nam để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường, mà cụ thể trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN9845:2013 [5].
- Xây dựng các công thức thực nghiệm để tính cường độ mưa tính toán aT,p.
+) Ở Liên Xô cũ, Trung Quốc thường dùng dạng chung là, [25], [29], [32], [40], [52].
m p p T T S a , (1.15)
Hoặc một số công thức tương tự:
Công thức G.A. Alêchxâyep: p m p T b T S a ) ( , (1.16) Công thức D.L. Sôkôlôpsky: T p p m T S a ) 1 ( , (1.17)
Trong đó: S là sức mưa biểu thị mối quan hệ giữa cường độ mưa và tần suất thiết kế; sức mưa Sp ở tần suất p tính theo công thức (1.18) sau
NB B A Sp .lg
(1.18)
A, B, b là các hệ số vùng khí hậu, phụ thuộc vào từng vùng mưa m là hệ số hình dạng cơn mưa, phụ thuộc vào từng vùng mưa
N là chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán (năm), N = 100/p với p là tần suất thiết kế tính theo %, (lgN - logarit cơ số 10 của N)
T là thời đoạn mưa tính toán, khi tính toán lưu lượng Qp lấy T = . +) Ở Ấn Độ thường dùng dạng, [29], [40]. m x p T T c N K a . , (1.19)
Trong đó: K, x, c, m là các hệ số vùng khí hậu, phụ thuộc vào từng vùng mưa; N là chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán; T là thời đoạn mưa tính toán. +) Ở Mỹ thường dùng dạng, [29], [34], [40], [50]. d T C aT p m , (1.20)
Trong đó: C, m và d là các hệ số vùng khí hậu phụ thuộc vào vùng mưa và chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán N; T là thời đoạn mưa tính toán. +) Ở Nhật Bản: các dạng công thức thường dùng là, [59], [61]. Công thức Talbol: b T C aT p , (1.21)
- 21 - Công thức Bernard: T p m