2.2. Cơ sở xác định cường độ mưa tính toán
2.2.1. Khái quát về cường độ mưa
- Khái niệm :
Cường độ mưa là lượng mưa trong một đơn vị thời gian, đơn vị tính là mm/phút. Cường độ mưa là thông số đặc trưng quan trọng của một cơn mưa.
- Cường độ mưa tức thời, at : Tại một thời điểm t bất kỳ nào đó của một cơn mưa thì cường độ mưa tức thời được tính theo công thức sau :
Trong đó :
at – Là cường độ mưa tức thời.
Ht – Là lượng mưa tích lũy, là hàm của t, t là thời điểm tính.
at(max)
Ht
at
H a
0 t* t(mua ) t
Hình 2.2: Diễn biến lượng mưa tích lũy Ht và cường độ mưa tức thời trong một trận mưa thực tế.
+) Theo tài liệu đo mưa có thể mô tả diễn biến một cơn mưa thực tế như sau: tại thời điểm bắt đầu mưa, cường độ mưa at0 bằng 0. Cường độ mưa at tăng dần lên theo thời gian mưa của cơn mưa và đạt giá trị cực đại atmax tại thời điểm t* nào đấy( thường là khoảng giữa cơn mưa). Tiếp theo cường độ mưa giảm dần và kết thúc cơn mưa thì cường độ mưa at mưa lại bằng 0. Diễn biến này được thể hiện ở Hình 2.1.
+) Như vậy, trong một cơn mưa thực tế cường độ mưa tức thời thay đổi liên tục và là một hàm số phụ thuộc vào thời gian và không gian.
- Cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng tính toán, aT.
Trong tính toán lưu lượng đỉnh lũ công trình thoát nước nhỏ trên đường, quan tâm đến cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian tính toán T nào đấy.
Cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian T được xác định theo công thức (2.2) như sau :
Trong đó :
aT – Cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian tính toán T (mm/ph);
HT – Là lượng mưa lớn nhất trong thời gian tính toán T (mm);
T – Là thời đoạn mưa tính toán (phút).
Nếu xét thêm yếu tố tần suất mưa tính toán p% thì công thức là :
Khi này :
aT.p - Được gọi là cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng thời
gian tính toán T ở tần suất p, hay còn được gọi là cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p, hay cường độ mưa giới hạn lớn nhất trong thời đoạn tính toán T và tần suất p (mm/phút).
HT.p – Là lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn tính toán T ở tần suất p, hay còn gọi là lượng mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p (mm).
T – Là thời đoạn mưa tính toán (ph). Trong tính toán Qp công trình thoát nước thời đoạn tính toán T được lấy bằng thời gian tập chung nước τ của lưu vực, khi này aT.p được ký hiệu là aτ.p, HT.p được ký hiệu là Hτ.p và chỉ số “T” ở các tham số mưa khác cũng được ký hiệu là “τ”.
+) Theo khái niệm trên thì cường độ mưa trung bình lớn nhất aT trong khoảng thời gian tính toán T được xác định như sau : Trên biểu đồ của máy đo mưa tự ghi, xê dịch chọn trên đoạn dốc nhất của biểu đồ xác định được giá trị lớn nhất của lượng mưa HT của thời đoạn tính toán T, và tính được aT theo công thức (2.2). Hình 2.3 dưới đây.
T2 T1
Ht (mm)
0 t (ph)
HT2
HT1
Ht
HT
0 T
aT
HT aT
Hình 2.3: Phương pháp xác định cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian tính toán T trên giấy đo mưa tự ghi, với Ht là lượng mưa tích lũy.
Hình 2.4: Quan hệ cường độ mưa tính toán aT, lượng mưa lớn nhất trong khoảng thời gian tính toán HT và thời đoạn mưa tín toán T.
+) Phân tích sơ đồ Hình 2.3 xác định cường độ mưa tính toán aT ở thời đoạn T, thấy :
- Khi thời đoạn mưa tính toán T tăng lên thì lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn tính toán HT cũng tăng lên nhưng mức độ tăng của HT không thể bằng mức độ tăng của T nên cường độ mưa tính toán thời đoạn aT bị giảm đi. Hay nói cách khác cường độ mưa tính toán thời đoạn aT tỷ lệ nghịch với thời đoạn mưa tính toán T, Hình 2.4.
Để nghiên cứu tính chất này rất nhiều tác giả đã dựa vào số liệu đo mưa thực tế trên máy đo mưa tự ghi và đã có kết luận thống nhất.
Các kết quả nghiên cứu đều chỉ ra rằng cường độ mưa tính toán thời đoạn aT tỷ lệ nghịch với thời đoạn mưa tính toán T theo quan hệ dạng hàm số mũ.
Khi xác định lượng mưa lớn nhất HT trong thời đoạn mưa tính toán T trên đường cong tích lũy mưa thì phải chọn đoạn có độ dốc lớn nhất. Điều này chứng tỏ cường độ mưa tính toán thời đoạn aT là đại lượng phụ thuộc vào hình dạng cơn mưa.
Các nghiên cứu dựa vào máy đo mưa tự ghi đã cho thấy hình dạng cơn mưa sẽ khác nhau ở mỗi vùng mưa và tần suất mưa tính toán p. Ở một vùng mưa thì cường độ mưa tính toán thời đoạn aT sẽ thay đổi theo tần suất mưa tính toán p, khi tần suất p càng nhỏ thì aT,p càng lớn và ngược lại.