Nghiên cứu xác định một số tham số về mưa góp phần hoàn thiện công thức tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường trong điều kiện khí hậu Việt Nam

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THAM SỐ VỀ

MƯA GÓP PHẦN HOÀN THIỆN CÔNG THỨC

TÍNH LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH

THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG TRONG

ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM

Chuyên ngành: Xây dựng đường ôtô và đường thành phố

Mã số: 62.58.30.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. BÙI XUÂN CẬY

2. GS.NGND.TSKH. NGUYỄN XUÂN TRỤC

HÀ NỘI - 2014

ii

Lời cảm ơn

Luận án được hoàn thành tại Trường Đại học Giao Thông Vận Tải. Tác

giả xin gửi lời cảm ơn tới Trường Đại học GTVT, Bộ môn Đường bộ, tới các

Thầy cô giáo, các Nhà khoa học, các bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã

giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án.

Đặc biệt, tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới GS.NGND.TSKH.

Nguyễn Xuân Trục và PGS.TS. Bùi Xuân Cậy là hai thầy giáo hướng dẫn đã

có những chỉ dẫn tận tình và quý báu giúp tác giả hoàn thành luận án.

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số

liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án

Nguyễn Anh Tuấn

iii

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN. ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỦ YẾU VÀ TỪ VIẾT TẮT. ix

DANH MỤC CÁC BẢNG. xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. xiii

PHẦN MỞ ĐẦU. 1

1. Giới thiệu tóm tắt luận án 1

2. Lý do chọn đề tài 1

3. Mục đích nghiên cứu 3

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

6. Những đóng góp mới của luận án 5

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. 6

1.1. Các nghiên cứu liên quan ở trong và ngoài nước 6

1.1.1. Sự hình thành dòng chảy lũ do mưa trên lưu vực 6

1.1.2. Các công thức tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước

nhỏ trên đường

7

1.1.2.1. Những cơ sở của lý thuyết tập trung nước từ lưu vực 7

1.1.2.2. Các công thức xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát

nước nhỏ trên đường ở một số nước trên thế giới

10

1.1.2.3. Các công thức xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát

nước nhỏ trên đường ở Việt Nam.

12

+ Công thức theo TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng

chảy lũ

12

+ Công thức cường độ giới hạn của Đại học Xây Dựng Hà Nội 13

+ Công thức cường độ giới hạn sử dùng trong tính toán thoát

nước đô thị theo tiêu chuẩn TCVN 7957:2008

14

1.1.2.4. Công thức Sôkôlôpsky 15

1.1.2.5. Xác định lưu lượng theo phương trình cân bằng lượng nước 15

1.1.2.6. Nhận xét về các công thức tính lưu lượng thiết kế 17

1.1.3. Vấn đề xác định các tham số về mưa trong các công thức tính lưu

lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường

17

1.1.3.1. Lượng mưa ngày tính toán Hn,p 18

iv

1.1.3.2. Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và phân vùng mưa 18

1.1.3.3. Xác định cường độ mưa tính toán aT,p 19

1.1.4. Nghiên cứu, phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến tính toán lưu

lượng lũ thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường

24

1.1.4.1. Khái quát chung về các nhân tố ảnh hưởng 24

1.1.4.2. Ảnh hưởng của nhân tố mưa 25

1.1.4.3. Ảnh hưởng của các yếu tố mặt đệm 26

1.1.4.4. Ảnh hưởng của giá trị tần suất thiết kế tới trị số lưu lượng lũ tính

toán

27

1.1.4.5. Tính chất ảnh hưởng tổng hợp của thông số cường độ mưa tính

toán trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ

trên đường

27

1.2. Những vấn đề còn tồn tại luận án tập trung giải quyết 28

1.3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài 29

1.4. Phương pháp nghiên cứu 30

1.5. Nhận xét, kết luận chương 1 30

Chương 2: NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM MƯA CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA

HIỆN TƯỢNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TRONG TÍNH TOÁN LƯU

LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN

ĐƯỜNG.

32

2.1. Khái quát về điều kiện khí hậu Việt Nam 32

2.2. Giới thiệu về mạng lưới các trạm khí tượng và nguồn số liệu đo

mưa ở nước ta

36

2.3. Nghiên cứu đặc điểm biến đổi của mưa chịu tác động của hiện

tượng biến đổi khí hậu và ảnh hưởng của nó đến tính toán lưu

lượng đỉnh lũ thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

38

2.3.1. Đặt vấn đề 38

2.3.2. Nội dung nghiên cứu 39

2.3.2.1. Mùa mưa, mùa khô 39

2.3.2.2. Tháng mưa nhiều ngày, ít ngày 40

2.3.2.3. Xu hướng và mức độ biến thiên lượng mưa năm và số ngày mưa

trong năm

41

2.3.2.4. Xu hướng và mức độ biến thiên của lượng mưa ngày lớn nhất

năm Hngày

max và cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm

44

v

aT

max. Tính đột biến cực đoan do ảnh hưởng của hiện tượng biến

đổi khí hậu

2.3.2.5. Giá trị trung bình trong nhiều nămX và hệ số Cv, Cs của lượng

mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max và cường độ mưa thời đoạn tính

toán lớn nhất năm aT

max

54

2.3.2.6. Chu kỳ biến đổi lớn - nhỏ - trung bình của lượng mưa ngày lớn

nhất năm Hngày

max và cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất

năm aT

max

58

2.3.2.7. Tương quan biến đổi về giá trị và thời điểm xuất hiện cùng nhau

của lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max và cường độ mưa thời

đoạn tính toán lớn nhất năm aT

max

62

2.4. Nhận xét, kết luận chương 2 67

Chương 3: XÁC ĐỊNH LƯỢNG MƯA NGÀY TÍNH TOÁN VÀ

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐẶC TRƯNG HÌNH DẠNG CƠN

MƯA.

70

3.1. Xác định lượng mưa ngày tính toán theo tần suất thiết kế 70

3.1.1. Đặt vấn đề 70

3.1.2. Xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế p 70

3.1.2.1. Vấn đề lấy mẫu thống kê 71

3.1.2.2. Kiểm định mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max 71

3.1.2.3. Tìm giá trị lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế p 74

3.1.2.4. Xử lý khi gặp những trận mưa đặc biệt lớn 75

3.1.2.5. Kiểm định sự phù hợp của đường tần suất lý luận Hn,p với tài liệu

thực đo

78

3.1.3. Kết quả xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế

p ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu lập với chuỗi số liệu đo mưa

thực tế từ năm 1960 - 2010

79

3.1.4. So sánh lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế p tính từ

năm 1960 tới năm 2010 so với Hn,p tính tới năm 1987. Nhận xét và

kiến nghị

79

3.2. Nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T và đề

xuất tiêu chí phân vùng mưa phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu

lượng lũ lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường

80

3.2.1. Khái niệm và đặc tính của hàm hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa



80

vi

3.2.2. Mục đích, ý nghĩa của việc nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình

dạng cơn mưa T

82

3.2.3. Phương pháp xây dựng hàm hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T

theo T trong một vùng mưa

83

3.2.3.1. Phương pháp xây dựng 83

3.2.3.2. Kết quả xây dựng hàm hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T 

T cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với chuỗi số liệu đo

mưa thực tế từ năm 1960 - 2010

84

3.2.3.3. Đánh giá sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T trong

một vùng mưa với các giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa

T,pi ở các tần suất pi khác nhau. Nhận xét và kiến nghị

85

3.2.4. Đề xuất tiêu chí, phương pháp phân vùng mưa phù hợp đối với yêu

cầu tính toán lưu lượng lũ lưu vực nhỏ của công trình thoát nước

nhỏ trên đường

86

3.3. Nhận xét, kết luận chương 3 91

Chương 4: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THAM SỐ CƯỜNG ĐỘ MƯA

TRONG TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THOÁT

NƯỚC NHỎ TRÊN ĐƯỜNG Ở VIỆT NAM.

93

4.1. Khái niệm về cường độ mưa 93

4.1.1. Khái niệm 93

4.1.2. Cường độ mưa tức thời at 93

4.1.3. Cường độ mưa trung bình lớn nhất trong thời khoảng tính toán, aT 93

4.2. Các giả thiết khi xác định cường độ mưa tính toán aT của thời

đoạn T

95

4.3. Các phương pháp xác định cường độ mưa tính toán aT,p ở thời

đoạn T và tần suất thiết kế p

95

4.4. Phương pháp trực tiếp xác định cường độ mưa tính toán aT,p ở thời

đoạn T và tần suất p

96

4.4.1. Trường hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi thực tế ở các trạm khí tượng

là liên tục

97

4.4.2. Trường hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi thực tế ở các trạm khí tượng

bị gián đoạn một hoặc một vài năm quan trắc

98

4.4.3. Kết quả xây dựng đường cong a - T - p (cường độ mưa - thời gian -

tần suất) bằng phương pháp trực tiếp ở 12 trạm khí tượng nghiên cứu

98

vii

với chuỗi số liệu đo mưa thực tế thu thập từ năm 1960 - 2010. Nhận

xét và kiến nghị

4.5. Nghiên cứu 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

100

4.5.1. Điều kiện áp dụng 100

4.5.2. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo lượng mưa ngày

tính toán và hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa

100

4.5.3. Đánh giá mức độ sai số, nhận xét và kiến nghị 100

4.6. Nghiên cứu xây dựng công thức xác định cường độ mưa tính toán

aT,p theo đặc trưng sức mưa và hệ số hình dạng cơn mưa

101

4.6.1. Điều kiện áp dung 101

4.6.2. Phân tích chọn dạng công thức thực nghiệm và phương pháp hồi quy

xác định giá trị các hệ số trong công thức tính cường độ mưa tính

toán aT,p

101

4.6.3. Xác định hệ số hình dạng cơn mưa m cho từng vùng mưa 103

4.6.4. Xác định sức mưa Sp ở tần suất p 106

4.6.5. Xác định hệ số vùng khí hậu A, B cho từng vùng mưa 108

4.6.6. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo sức mưa Sp và hệ số

hình dạng cơn mưa m. Đánh giá sai số, nhận xét và kiến nghị

111

4.6.7. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo hệ số vùng khí hậu

A, B và hệ số hình dạng cơn mưa m. Đánh giá sai số, nhận xét và

kiến nghị

111

4.7. Khảo sát quan hệ giữa sức mưa Sp theo tần suất và lượng mưa

ngày tính toán Hn,p theo tần suất trong cùng vùng mưa

112

4.7.1. Đặt vấn đề 112

4.7.2. Xác định hệ số hồi quy  của vùng mưa 113

4.7.3. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo hệ số hồi quy của

vùng khí hậu , hệ số hình dạng cơn mưa m và lượng mưa ngày tính

toán Hn,p. Đánh giá mức độ sai số, nhận xét và kiến nghị

115

4.8. Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán aT,p theo cường độ

mưa chuẩn aTo,p

115

4.8.1. Đặt vấn đề 115

4.8.2. Công thức tính cường độ mưa tính toán aT,p theo cường độ mưa

chuẩn aT0,p

116

viii

4.8.3. Đánh giá sai số, nhận xét và kiến nghị 117

4.9. Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng phương

pháp sử dụng trạm tựa

117

4.9.1. Cơ sở của phương pháp 117

4.9.2. Công thức xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng trạm tựa nội

suy theo lượng mưa ngày tính toán Hn,p

118

4.9.3. Công thức xác định cường độ mưa tính toán aT,p bằng trạm tựa nội

suy theo đặc trưng sức mưa Sp

119

4.9.4. Điều kiện áp dụng 120

4.9.5. Đánh giá sai số, nhận xét và kiến nghị 120

4.10. Phương pháp, nội dung và kết quả đánh giá sai số của các công

thức tính cường độ mưa tính toán aT,p

121

4.10.1. Phương pháp, nội dung đánh giá sai số của các công thức tính cường

độ mưa tính toán aT,p

121

4.10.2. Kết quả đánh giá và so sánh mức độ sai số của các công thức tính

cường độ mưa tính toán aT,p trong cùng một vùng mưa và giữa các

vùng mưa khác nhau.

122

4.11. Nhận xét, kết luận chương 4 124

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 128

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN. 133

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 134

ix

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỦ YẾU VÀ TỪ VIẾT TẮT

TT Ký hiệu Ý nghĩa

1 A Hệ số vùng khí hậu

2 a Cường độ mưa

3 aT,p Cường độ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p: là cường

độ mưa trung bình lớn nhất trong thời đoạn tính toán T ở tần

suất p; hay còn gọi là cường độ mưa giới hạn lớn nhất trong thời

đoạn tính toán T ở tần suất p

4 a,p Cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu

vực và tần suất p (chính là cường độ mưa tính toán aT,p khi tính

ở thời đoạn T = )

5 aT

max Cường độ mưa lớn nhất năm ở thời đoạn tính toán T: được xác

định từ số liệu đo mưa tự ghi thực tế tại các trạm khí tượng

6 B Hệ số vùng khí hậu

7 Blv Chiều rộng bình quân của lưu vực

8 bsd Chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực

9 F Diện tích lưu vực

10 g Cường độ tổn thất

11 H Lượng mưa

12 Hn,p Lượng mưa ngày tính toán ở tần suất p

13 HT,p Lượng mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p: là lượng mưa

lớn nhất trong thời đoạn tính toán T ở tần suất p

14 H,p Lượng mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu vực

và tần suất p (chính là lượng mưa tính toán HT,p khi tính ở thời

đoạn T = )

15 Hngày

max Lượng mưa ngày lớn nhất năm: được xác định từ số liệu đo

lượng mưa ngày thực tế tại các điểm đo mưa

16 HT

max Lượng mưa lớn nhất năm ở thời đoạn tính toán T: được xác

định từ số liệu đo mưa tự ghi thực tế tại các trạm khí tượng

17 i Cường độ thấm

18 Jls Độ dốc dọc trung bình lòng sông suối chính

19 Jsd Độ dốc trung bình sườn dốc lưu vực

20 Lls Chiều dài sông suối chính

21 li Tổng chiều dài các suối nhánh

22 m Hệ số hình dạng cơn mưa

23 mls =1/nls Thông số đặc trưng cho nhám lòng sông suối chính

x

24 msd =1/nsd Thông số đặc trưng cho nhám sườn dốc lưu vực

25 nls Hệ số nhám trung bình lòng sông suối chính

26 nsd Hệ số nhám trung bình sườn dốc lưu vực

27 N = 100/p Chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán (năm)

28 p Tần suất thiết kế (%)

29 Q Lưu lượng

30 Qp Lưu lượng thiết kế ở tần suất p: là lưu lượng lớn nhất qua mặt

cắt công trình ứng với tần suất thiết kế p

31 q Mô đuyn dòng chảy mưa, hay lưu lượng dòng chảy mưa (chưa

xét đến tổn thất) từ 1 đơn vị diện tích lưu vực, hay cường độ

mưa theo thể tích

32 S Sức mưa

33 Sp Sức mưa ở tần suất p

34 T Thời đoạn mưa tính toán

35 Tcn Thời gian mưa hiệu quả, hay thời gian cung cấp nước, hay thời

gian mưa sinh dòng chảy

36 t Thời gian

37 v Vận tốc

38 W Thể tích

39  Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa

40 T Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời đoạn tính toán T

41  Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời gian trung nước 

của lưu vực (chính là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa T khi

tính ở thời đoạn T = )

42  Hệ số hồi quy của vùng khí hậu

43 1 Hệ số tổn thất do ao hồ, đầm lầy

44  Hệ số xét đến việc mưa không đều trên lưu vực

45  Hệ số dòng chảy

46  Hệ số triết giảm lưu lượng dòng chảy phụ thuộc vào diện tích

lưu vực

47  Thời gian tập trung nước của lưu vực, hay thời gian tập trung

dòng chảy của lưu vực

* Các từ viết tắt:

48 BĐKH Biến đổi khí hậu

49 ĐBL Đặc biệt lớn

50 VN Việt Nam

51 WMO Tổ chức Khí tượng thế giới

xi

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT Số hiệu Tiêu đề Trang

1 Bảng 2.1 Thông tin về số liệu đo mưa ở 12 trạm khí tượng chọn

nghiên cứu

37

2 Bảng 2.2 Tổng hợp kết quả nghiên cứu tháng mưa nhiều ngày trong

năm, so sánh với kết quả nghiên cứu tháng mùa mưa trong

năm tại 12 trạm khí tượng nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

40

3 Bảng 2.3 Tổng hợp kết quả nghiên cứu xu hướng biến thiên của

lượng mưa năm và số ngày mưa trong năm tại 12 trạm khí

tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

43

4 Bảng 2.4 Tổng hợp kết quả nghiên cứu xu hướng biến thiên của

lượng mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max và cường độ mưa

lớn nhất năm aT

max ở các thời đoạn từ T = 5ph  1440ph

tại 12 trạm khí tượng nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

47

5 Bảng 2.5 So sánh các giá trị (Hngày

max)

*

, (aT

max)

*

lớn đột biến với giá

trị Hn,p , aT,p ở các mức tần suất thường dùng p = 4%, 1%

cùng thời kỳ từ năm 1960 - 2010

53

6 Bảng 2.6 Giá trị Cv và Cs của lượng mưa ngày lớn nhất năm

Hngày

max tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ năm

1960 - 2010

56

7 Bảng 2.7 Giá trị Cv và Cs của cường độ mưa lớn nhất năm aT

max ở

các thời đoạn tính toán T =5ph  1440ph tại 12 trạm khí

tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

57

8 Bảng 2.8 Tổng hợp kết quả nghiên cứu chu kỳ biến đổi của lượng

mưa ngày lớn nhất năm Hngày

max và cường độ mưa lớn nhất

năm aT

max ở các thời đoạn T =5ph  1440ph tại 12 trạm

khí tượng nghiên trong thời gian khảo sát đến năm 2010

61

9 Bảng 2.9 Bảng mầu đánh giá sự trùng lặp về thời điểm xuất hiện

cùng ngày tháng năm của Hngày

max và aT

max từ 5ph 

1440ph tại trạm Láng - Hà Nội từ năm 1960 - 2010

65

10 Bảng 2.10 Tổng hợp kết quả nghiên cứu mức độ trùng lặp về ngày

tháng xuất hiện trong năm của cường độ mưa lớn nhất năm

aT

max ở các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph so với

ngày tháng xuất hiện trong năm của lượng mưa ngày lớn

nhất năm Hngày

max tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ

năm 1960 - 2010

66

xii

11 Bảng 3.1 Số năm quan trắc cần thiết để đảm bảo sai số lấy mẫu của

chuỗi số liệu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm tại 12

trạm khí tượng chọn nghiên cứu

73

12 Bảng 3.2 Giá trị và thời điểm xuất hiện lượng mưa ngày lớn đột biến

(Hngày

max)

*

trong chuỗi số liệu từ năm 1960 - 2010 tại 12

trạm khí tượng chọn nghiên cứu

76

13 Bảng 3.3 Kết quả kiểm định theo tiêu chuẩn Smirnov - Kolmogorov

về sự phù hợp với số liệu thực đo của đường tần suất lý

luận lượng mưa ngày tính toán Hn,p tại 12 trạm khí tượng

chọn nghiên cứu với mức ý nghĩa cho phép  = 5%

79

14 Bảng 3.4 Tóm tắt quá trình xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn

mưa T

84

15 Bảng 3.5 Kết quả đánh giá sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn

mưa T thiết lập cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu

với số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010

86

16 Bảng 3.6 Sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở các trạm

Láng, trạm Hà Đông, trạm Sơn Tây tính so với đường T

trung bình 3 trạm

90

17 Bảng 4.1 Xác định các điểm trọng tâm phục vụ hồi quy tìm hệ số m 104

18 Bảng 4.2 Hồi quy với các điểm trọng tâm để tìm hệ số m 104

19 Bảng 4.3 Hệ số tương quan hồi quy R2

trong phép hồi quy xác định

giá trị hệ số hình dạng cơn mưa m ở 12 trạm khí tượng

chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

106

20 Bảng 4.4 Trình tự thực hiện hồi quy để tìm sức mưa Sp ở tần suất p 107

21 Bảng 4.5 Tổng hợp hệ số tương quan hồi quy R2

trong phép hồi quy

xác định sức mưa Sp ứng với các tần suất p = 1% 

99.99% ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với số liệu

đo mưa thu thập từ năm 1960 - 2010

108

22 Bảng 4.6 Trình tự thực hiện hồi quy để tìm hệ số vùng khí hậu A, B 110

23 Bảng 4.7 Trình tự thực hiện hồi quy để tìm hệ số hồi quy của vùng

khí hậu 

113

24 Bảng 4.8 Tổng hợp hệ số tương quan hồi quy R2

trong phép hồi quy

xác định hệ số  ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với

số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010

114

25 Bảng 4.9 Tổng hợp kết quả đánh giá mức độ sai số của các công

thức thực nghiệm tính cường độ mưa tính toán aT,p với số

liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010 tại 12 trạm nghiên cứu

123

xiii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

TT Số hiệu Tiêu đề Trang

1 Hình 1.1 Mô tả khái quát sự hình thành dòng chảy lũ do mưa

trên lưu vực

6

2 Hình 1.2 Sơ đồ hình thành dòng chảy: Bình đồ lưu vực 8

3 Hình 1.3 Sơ đồ hình thành dòng chảy: Giá trị lưu lượng chảy qua

công trình sau từng đơn vị thời gian

8

4 Hình 1.4 Ảnh hưởng của hình dạng cơn mưa tới cường độ mưa

tính toán a,p

28

5 Hình 2.1 Xu hướng biến thiên lượng mưa năm tại trạm Láng,

trạm Hà Đông, trạm TX.Sơn Tây của TP.Hà Nội từ

năm 1960 - 2010

42

6 Hình 2.2 Xu hướng biến thiên số ngày mưa trong năm tại trạm

Láng, trạm Hà Đông, trạm TX.Sơn Tây của TP.Hà Nội

từ năm 1960 - 2010

42

7 Hình 2.3 Xu hướng biến thiên của Hngày

max tại 12 trạm khí tượng

chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010

45

8 Hình 2.4 Xu hướng biến thiên của aT

max ở các thời đoạn T = 5ph

 1440ph tại trạm Láng - TP.Hà Nội từ 1960 - 2010

46

9 Hình 2.5 Lượng mưa ngày lớn nhất năm bình quân nhiều

nămHngày

max tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ

năm 1960 - 2010

55

10 Hình 2.6 Cường độ mưa lớn nhất năm bình quân nhiều

nămaT

max ở các thời đoạn từ T =5ph  1440ph tại 12

trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ 1960 - 2010

56

11 Hình 2.7 Chu kỳ biến đổi của lượng mưa ngày lớn nhất năm

Hngày

max tại trạm Láng - Hà Nội từ năm 1960 - 2010

60

12 Hình 2.8 Chu kỳ biến đổi của cường độ mưa lớn nhất năm aT

max

ở các thời đoạn tính toán T = 30ph, 180ph, 1440ph tại

trạm Láng – TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010

60

13 Hình 2.9 Đồ thị so sánh biến đổi về giá trị giữa Hngày

max và aT

max

ở các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph tại trạm

Láng - TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010

64

14 Hình 3.1 Sơ đồ xác định lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần

suất bằng thống kê xác suất với chuỗi số liệu đo lượng

mưa ngày ở các trạm đo mưa ở nước ta là liên tục

71

xiv

15 Hình 3.2 Xử lý trường hợp có 1 cơn mưa đặc biệt lớn nằm trong

chuỗi số liệu thống kê

77

16 Hình 3.3 Xử lý trường hợp có nhiều cơn mưa đặc biệt lớn nằm

trong chuỗi số liệu thống kê

77

17 Hình 3.4 Họ đường cong T,p ~ T ít thay đổi theo tần suất trong

một vùng mưa nhưng khác nhau giữa các vùng mưa

81

18 Hình 3.5 Phân vùng mưa bằng đường cong hệ số đặc trưng hình

dạng cơn mưa T  T

81

19 Hình 3.6 Sự khác nhau về chế độ mưa ở các trạm khí tượng gây

chênh lệch lưu lượng thiết kế của lưu vực nhỏ ở các

vùng khi cùng điều kiện mặt đệm và tần suất, khảo sát

với số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010

88

20 Hình 3.7 Các đường cong hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa

T  T tại 3 trạm Láng, trạm Hà Đông, trạm Sơn Tây

của TP. Hà Nội từ năm 1960 - 2010

90

21 Hình 4.1 Diễn biến lượng mưa tích lũy Ht và cường độ mưa tức

thời at trong một trận mưa thực tế

93

22 Hình 4.2 Phương pháp xác định cường độ mưa trung bình lớn

nhất trong khoảng thời gian tính toán T trên giấy đo

mưa tự ghi

94

23 Hình 4.3 Quan hệ cường độ mưa tính toán aT , lượng mưa lớn

nhất trong khoảng thời gian tính toán HT và thời đoạn

mưa tính toán T

94

24 Hình 4.4 Sơ đồ xác đinh cường độ mưa tính toán aT,p ở thời đoạn

T và tần suất p bằng thống kê xác suất trong trường

hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi ở các trạm khí tượng

của nước ta đủ dài, không liên tục, bị gián đoạn một số

năm quan trắc

99

25 Hình 4.5 Kết quả hồi quy tìm hệ số hình dạng cơn mưa m cho

trạm Láng - TP.Hà Nội với số liệu đo mưa thu thập từ

năm 1960 - 2010

105

26 Hình 4.6 Kết quả hồi quy tìm hệ số hồi quy của vùng khí hậu 

cho trạm TP.Lạng Sơn với số liệu đo mưa thu thập từ

năm 1960 - 2010

114

- 1 -

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Giới thiệu tóm tắt luận án.

- Mạng lưới giao thông ngày càng mở rộng, đặc biệt là vùng nông thôn, vùng sâu, vùng

xa; khu dân cư, khu đô thị phát triển với tốc độ nhanh; khu công nghiệp ngày một gia

tăng. Chúng đòi hỏi có công thức tính toán lưu lượng lũ thiết kế cho lưu vực nhỏ của

công trình thoát nước nhỏ đơn giản, dễ tính toán và có độ chính xác chấp nhận được.

Cùng với nhiều công trình nghiên cứu khác, công trình nghiên cứu trong luận án góp

phần tiếp tục hoàn thiện công thức tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế đối với lưu vực nhỏ,

cụ thể là vấn đề xác định các tham số về mưa trong các công thức tính lưu lượng đỉnh

lũ thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay.

- Nội dung luận án gồm có 4 chương; phần mở đầu; kết luận và kiến nghị; ngoài ra còn

có 1 quyển phụ lục đóng riêng.

+/ Phần mở đầu.

+/ Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.

+/ Chương 2: Nghiên cứu đặc điểm mưa chịu tác động của hiện tượng biến đổi khí

hậu trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.

+/ Chương 3: Xác định lượng mưa ngày tính toán và nghiên cứu xác định hệ số đặc

trưng hình dạng cơn mưa.

+/ Chương 4: Nghiên cứu xác định tham số cường độ mưa trong tính toán lưu lượng

thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở Việt Nam.

+/ Kết luận và kiến nghị.

+/ Quyền Phụ lục luận án: được đóng riêng, trong đó là các đồ thị, bảng tra kết quả

tính các thông số về mưa như Hn,p , đường cong a - T - p lập bằng phương pháp tính

trực tiếp, các giá trị T, Sp, m, A, B,  tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu lập với

số liệu đo mưa thực tế thu thập từ năm 1960 - 2010; và các nội dung khác.

2. Lý do chọn đề tài.

- Các công trình thoát nước nhỏ trên đường thường chiếm một tỷ trọng khiêm tốn trong

tổng giá thành xây dựng một con đường. Mặc dù chiếm tỷ trọng không lớn hơn so với

các hạng mục khác như nền, mặt đường, . . . nhưng khả năng hoạt động tiêu thoát lũ

của công trình thoát nước nhỏ lại ảnh hưởng rất lớn tới độ bền vững, chi phí khai thác

và hiệu quả sử dụng của con đường, ví dụ: xói lở ở hạ lưu gây hư hỏng công trình