2.2.4.1. Nội dung tớnh toỏn theo phương phỏp xỏc suất thống kờ
1. Bước 1: Chọn mẫu : { }xi i 1,n=
a. Vẽ đường tần suất kinh nghiệm:
- Thống kờ lượng mưa vụ hằng năm (X vụ i).
- Sắp xếp số liệu lượng mưa vụ theo thứ tự giảm dần. - Tớnh lượng mưa vụ bỡnh quõn nhiều năm theo cụng thức :
vụ X = = ∑n vụ i i 1 1 X n (2 - 1) Trong đú:
+ Xvụ: Lượng mưa vụ bỡnh quõn nhiều năm của vụ. + n: Số năm tài liệu thu thập được.
+ Xvụ i: Tổng lượng mưa của vụ năm thứ i.
- Tớnh tần suất kinh nghiệm: Tớnh tần suất xuất hiện của những trị số đó sắp xếp này. Trong tớnh toỏn thuỷ văn thường sử dụng cỏc cụng thức sau để tớnh tần suất kinh nghiệm: + Cụng thức trung bỡnh: = m 0,5− P .100% n (2 - 2) + Cụng thức số giữa: P m 0,3.100% n 0, 4 − = + (2 - 3) + Cụng thức vọng số: P m .100% n 1 = + (2 - 4) Trong đú:
• Pi: Tần suất kinh nghiệm ứng với giỏ trị Xvụ i
• n: Số năm được chọn.
• m: Số thứ tự của liệt quan trắc Xvụ i đó được sắp xếp từ lớn đến nhỏ.
Đỏnh giỏ và lựa chọn cụng thức tớnh tần suất kinh nghiệm: Trong cỏc cụng thức trờn cụng thức kỳ vọng thường cho kết quả an toàn hơn và cú cơ sở lý luận, được sử dụng để tớnh toỏn dũng chảy lũ, mưa lũ. Cụng thức số giữa thường tớnh cho dũng chảy năm và mưa năm.
Do cụng thức vọng số an toàn và được sử dụng nhiều trong thực tế nờn ta chọn cụng thức kỳ vọng để tớnh tần suất kinh nghiệm.
- Vẽ đường tần suất kinh nghiệm: Chấm cỏc điểm quan hệ giữa lượng mưa vụ Xi với tần suất Pi (%) lờn giấy tần suất (Giấy Hazen) ta thu được đường tần suất kinh nghiệm.
b. Vẽ đường tần suất lý luận:
• Phương phỏp mụment: Là phương phỏp dựa hoàn toàn vào lý thuyết thống kờ để tớnh ra cỏc đặc trưng thống kờ.
( ) n 3 i i 1 v k 1 C n 1 = − = − ∑ (2 - 5) Trong đú: ki = vụ i vụ X
X là hệ số mụđuyn lượng mưa. - Tớnh hệ số thiờn lệch theo cụng thức: ( ) ( ) n 3 i i 1 s 3 v k 1 C n 3 .C = − = − ∑ (2 - 6)
Từ cỏc tham số Xvụ, Cv, Cs vẽ được đường tần suất lý luận (Dạng đường PIII). - Ưu nhược điểm của phương phỏp:
+ Ưu điểm: Nếu liệt tài liệu dài, phản ỏnh đỳng quy luật thống kờ của thuỷ văn thỡ kết quả tớnh toỏn sẽ phự hợp với thực tế cho kết quả tớnh toỏn khỏch quan.
+ Nhược điểm: Khi gặp trường hợp cú điểm đặc biệt xuất hiện khụng xử lý được và thường cho kết quả thiờn nhỏ khi tớnh cỏc đặc trưng thống kờ.
• Phương phỏp 3 điểm:
- Phương phỏp 3 điểm dựa vào cỏc giả thiết: + Đường tần suất là đường PIII.
+ Đường tần suất lý luận và đường tần suất kinh nghiệm trựng nhau hoàn toàn. + Đường tần suất lý luận và đường tần suất kinh nghiệm trựng nhau khi cú 3 điểm trựng nhau, thường chọn 3 điểm đú là cỏc điểm ứng với 5 %, 50 %, 95 %.
- Cỏch vẽ đường tần suất lý luận:
+ Chọn trờn đường tần suất kinh nghiệm 3 điểm X5%, X 50%, X95%. + Từ giả thiết đường tần suất là đường P III ta cú :
( ) P s X X = Φ. C , P .σ +m (2 - 7) + Từ (2 - 7) lập được hệ phương trỡnh: ( ) ( ) 5 s X 50 s X 95 s X X .(C ,5). m X . C ,50 . m X . C ,95 . m = Φ σ + = Φ σ + = Φ σ + (2 - 8) + Giải hệ phương trỡnh (2 - 8) được Cs, σ,mx.
+ Tớnh v X
C m
σ
= → Từ Cv, Cs, X vụ vẽ được đường tần suất lý luận.
- Ưu nhược điểm của phương phỏp: + Ưu điểm: Tớnh toỏn nhanh, đơn giản. + Nhược điểm:
> Kết quả phụ thuộc vào chủ quan người vẽ.
> Những điểm giữa cỏc điểm này chưa chắc đó phự hợp.
> Khi cú ớt tài liệu thỡ khụng đủ khống chế cỏc điểm đầu và điểm cuối dẫn đến khụng chớnh xỏc.
• Phương phỏp thớch hợp:
Phương phỏp thớch hợp cho rằng cú thể thay đổi cỏc số đặc trưng thống kờ trong chừng mực nhất định sao cho mụ hỡnh xỏc suất giả thiết thớch hợp với chuỗi số liệu thực đo.
- Tớnh Xvụ, Cv theo cụng thức (2 - 1) và (2 - 5).
- Giữ nguyờn X và Cv, chọn hệ số thiờn lệch Cs = m.Cv , thay đổi m cho đến khi đường tần suất lý luận tương đối phự hợp với đường tần suất kinh nghiệm.
- Ưu nhược điểm của phương phỏp:
+ Ưu điểm: Nếu sử dụng chương trỡnh mỏy tớnh để xõy dựng đường tần suất thỡ phương phỏp thớch hợp giỳp cho việc điều chỉnh sự phự hợp giữa đường tần suất lý luận và cỏc điểm kinh nghiệm nhanh và dễ dàng.
+ Nhược điểm: Việc tớnh toỏn, đỏnh giỏ phự hợp giữa đường tần suất lý luận và đường tần suất kinh nghiệm cũn phụ thuộc vào chủ quan người vẽ.
=> Qua phõn tớch ưu nhược điểm của cỏc phương phỏp vẽ đường tần suất lý luận, trong đồ ỏn này em chọn vẽ đường tần suất theo phương phỏp thớch hợp và dựng phần mềm TSTV2002 để tớnh toỏn.
3. Bước 3: Xỏc định trị số thiết kế.
Tra trờn đường tần suất lý luận giỏ trị thiết kế Xvụ P ứng với tần suất thiết kế P = 75 %.
4. Bước 4: Xỏc định mụ hỡnh phõn phối thiết kế. a. Chọn mụ hỡnh điển hỡnh:
• Nguyờn tắc chọn mụ hỡnh điển hỡnh: - Mụ hỡnh điển hỡnh xảy ra trong thực tế. - Cú Xvụ đh ≈ Xvụ P.
• Phương phỏp chọn mụ hỡnh điển hỡnh:
- Chọn theo quan điểm bất lợi: Đối với tưới, mưa phõn phối bất lợi tức là vào những thời kỳ cần nước thỡ lại mưa ớt, vào những thời kỳ cần ớt nước thỡ lại cú nhiều ngày mưa với lượng mưa lớn.
+ Ưu điểm: Cụng trỡnh đảm bảo được sự an toàn.
+ Nhược điểm: Cụng trỡnh cú vốn đầu tư lớn, hoạt động hiệu quả khụng cao. - Chọn theo quan điểm thường xuyờn xuất hiện: Là những trận mưa thường xuyờn xuất hiện trong tài liệu quan trắc. Chọn trong số cỏc mụ hỡnh cú Xvụ≈ Xvụ P một mụ hỡnh mà dạng phõn phối của nú xuất hiện nhiều lần nhất.
+ Ưu điểm: Cụng trỡnh khụng quỏ lớn, hoạt động hiệu quả hơn.
+ Nhược điểm: Gặp những năm cú thời tiết bất lợi thỡ cụng trỡnh khú cú thể đảm bảo được.
- Chọn năm thực tế: Chọn năm thực tế cú phõn phối xỏc suất nằm gần năm thiết kế ứng với tần suất P.
+ Nhược điểm: Do sự thay đổi tuõn theo quy luật tự nhiờn nờn năm thực tế đó xuất hiện rồi thỡ khụng xuất hiện lại nữa.
=> Qua việc phõn tớch ưu nhược điểm của cỏc phương phỏp chọn mụ hỡnh điển hỡnh, trong đồ ỏn này em chọn phương phỏp chọn mụ hỡnh điển hỡnh theo quan điểm bất lợi. b. Thu phúng: - Tớnh hệ số thu phúng theo cụng thức: K = h đ vụ P vụ X X (2 - 9) Trong đú:
+ Xvụ P: Tổng lượng mưa vụ của năm thiết kế ứng với tần suất thiết kế P. + Xvụ đh: Tổng lượng mưa vụ của năm điển hỡnh.
- Xỏc định mụ hỡnh mưa vụ thiết kế:
Xtk i = K.Xđh i (2 - 10)
Trong đú:
+ Xđh i: Là lượng mưa ngày thứ i của mụ hỡnh mưa vụ điển hỡnh. + Xtk i : Là lượng mưa ngày thứ i của mo hỡnh mưa vụ thiết kế.
2.2.4.2. Tớnh toỏn mụ hỡnh mưa vụ thiết kế
Chọn trong liệt tài liệu thực đo của trạm Phan Thiết 28 năm để tớnh toỏn. Trong 28 năm này cú cả những năm ớt nước, năm nước trung bỡnh, năm nhiều nước, số liệu của cỏc năm độc lập nhau và được đo trong điều kiện tương đối giống nhau. Như vậy mẫu được chọn thoả món tiờu chuẩn chọn mẫu.
1. Xõy dựng đường tần suất kinh nghiệm
Kết quả tớnh toỏn cỏc điểm tần suất kinh nghiệm cho vụ chiờm, vụ mựa, vụ đụng ở cỏc phụ lục 2 - 1, phụ lục 2 - 2, phụ lục 2 - 3.
2. Xõy dựng đường tần suất lý luận Xỏc định cỏc thụng số thống kờ: - Tớnh Xvụ = 28 i 1 1 . X 28 ∑= vụ i
- Tớnh tần suất kinh nghiệm Pi theo cụng thức (2 - 4):
i m P .100% n 1 = + , với n = 28. - Tớnh Cv theo cụng thức (2 - 5): n ( )3 i i 1 v k 1 C n 1 = − = − ∑ , với n = 28.
Do sử dụng phần mềm cú thể điều chỉnh sự phự hợp giữa đường tần suất lý luận và đường tần suất kinh nghiệm dễ dàng nờn em chọn phương phỏp thớch hợp để vẽ đường tần suất.
Kết quả tớnh toỏn thể hiện trong cỏc phụ lục 2 - 4, phụ lục 2 - 5, phụ lục 2 - 6. Thụng số thống kờ của cỏc vụ như sau:
- Vụ chiờm: Xvụ chiờm = 164,1 (mm); Cv = 0,5; Cs = 0,92. - Vụ mựa: Xvụ mựa = 814 (mm); Cv = 0,19; Cs = 0,42. - Vụ đụng: Xvụ đụng = 421,8 (mm); Cv = 0,37; Cs = 0,82. 3. Xỏc định tổng lượng mưa vụ thiết kế
Tra trờn đường tần suất lý luận ta xỏc định được lượng mưa ứng với tần suất thiết kế P = 75% của cỏc vụ như sau:
- Vụ chiờm: Xvụ chiờm tk = 104,2 (mm). - Vụ mựa: Xvụ mựa tk = 704,19 (mm). - Vụ đụng: Xvụ đụng tk = 307,87 (mm).
4. Tớnh toỏn mụ hỡnh phõn phối mưa vụ thiết kế a. Chọn mụ hỡnh điển hỡnh:
Dựa trờn nguyờn tắc và phương phỏp ở trờn ta chọn được mụ hỡnh mưa điển hỡnh của cỏc vụ như sau:
- Vụ chiờm: Năm 1990 cú Xvụ chiờm đh = 103,5 (mm). - Vụ mựa: Năm 1993 cú Xvụ mựa đh = 695,6 (mm).
- Vụ đụng: Năm 1989 - 1990 cú Xvụ đụng đh = 302,4 (mm). b. Thu phúng:
- Tớnh hệ số thu phúng theo cụng thức (2 - 9), ta được hệ số thu phúng của cỏc vụ như sau:
+ Vụ chiờm: Kvụ chiờm = 1,01. + Vụ mựa: Kvụ mựa = 1,012. + Vụ đụng: Kvụ đụng = 1,018.
- Tớnh toỏn mụ hỡnh mưa vụ thiết kế: Cú hệ số thu phúng K nhõn vào lượng mưa ngày của năm điển hỡnh theo cụng thức (2 - 10) được mụ hỡnh mưa vụ thiết kế.
Kết quả ghi ở cỏc phụ lục 2 - 7, phụ lục 2 - 8, phụ lục 2 - 9.