Kết quả nghiên cứu bước đầu phân bố mưa 24 giờ max phục vụ công tác thiết kế công trình xả lũ hồ thủy lợi ở Nghệ An

Trong bài báo này tập thể tác giả trình bày kết quả nghiên cứu bước đầu về phân bố mưa 24 giờ max tại TP. Vinh-Nghệ An nhằm hỗ trợ cho công tác phân tích xác định dòng lũ đến hồ chứa trong thiết kế công trình nhằm đảm bảo an toàn kỹ thuật từ phương diện dòng chảy lũ.

Phân bố cường độ mưa thời đoạn (chẳng hạn 1 giờ) trong đợt mưa lớn có vai trò chính trong hình thành đường tiến trình dòng lũ tới hồ chứa, rất có ý nghĩa trong thiết kế công trình thủy lợi. Phân tích phân bố mưa thời đoạn 1 giờ trong các đợt mưa 24 giờ max thời kỳ 1991-2012 tại trạm khí tượng thủy văn Vinh-Nghệ An cho thấy phân bố mưa có dạng lệch chuẩn. Thông số hình dáng phân bố lệch chuẩn có giá trị trung bình là 0,39, trung bình trung tuyến là 10,17 giờ, phương sai là 5,47 giờ và trung bình hệ số tương quan mưa tích lũy thực đo và mưa phân bố lệch chuẩn là 0,939. Phương sai của phân bố mưa lệch chuẩn phản ánh cường độ mưa lớn trong khoảng thời gian ngắn 1-2 giờ trở xuống quyết định lớn đến cường độ đỉnh lũ. Đối với hồ Khe Nu-Nghi Lộc-Nghệ An, mưa 24 giờ tần suất 0,5% (chu kỳ 200 năm) bằng 702,7mm/24h mưa có phân bố lệch chuẩn với phương sai nhỏ nhất thì lưu lượng lũ đến có thể tăng lên tới khoảng 5,5 lần so với trường hợp phân bố lệch chuẩn với phương sai trung bình.

I. MỞ ĐẦU

Số liệu mưa đặc trưng theo các tần suất đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong mọi nghiên cứu thiên tai lũ lụt và thiết kết các công trình giao thông thủy và thủy lợi, đặc biệt là hồ chứa. Nội dung này được tiến hành nghiên cứu liên tục từ nội dung về phương pháp xác định tần suất mưa, phân bố mưa một ngày-đêm đến vài ngày-đêm, lượng mưa 1 ngày-đêm max và mưa 24 giờ liên tục max, phân bố mưa theo giờ, phút, đặc tính phân bố mưa theo không gian và thời gian… Có thể minh chứng qua một số nghiên cứu như của Demetris Koutsoyiannis (1998) [1] trình bày một phương pháp giá trị cực trị tổng quát (Generalized Extreme Value (GEV) biến đổi đơn giản phương pháp xác suất của Hershfield xác định lượng mưa cực đại có thể (PMP), mà theo phương pháp Hershfiled số liệu mưa cực đại có thể không nhất thiết phải bị giới hạn. Kết quả cũng thể hiện sự khác biệt lớn giữa phương pháp Hershfield có kết quả phù hợp với dữ liệu thực tế hơn so với các phương pháp truyền thống; David M. Hershfield (1961) [2] phân tích tính toán các tần suất và quan hệ giữa các đại lượng (giờ, vài giờ, ngày, vài ngày) ở các tần suất khác nhau đối với lãnh thổ nước Mỹ; J.C. Smithers and R. E. Schulze (2002) [3] xác định mối tương quan giữa phân bố mưa một ngày-đêm, vài ngày-đêm, mưa 24 giờ liên tục và vài giờ được phân tích nghiên cứu xác định cho Nam Phi. Vai trò phân bố mưa được đặc biệt quan tâm trong chương trình xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ phân tích thiết kế sửa chữa cải tạo và nâng cấp khoảng 26.000 hồ-đập trong số 80.000 hồ-đập của Mỹ (James N. Moore and Ray C. Riley, 2003)[4] trong đó các tác giả trình bày khả năng thay thế việc sử dụng ít nhất là 6 giờ mưa max liên tục như hiện nay bằng việc sử dụng hoặc là mưa 24 giờ max hoặc là mưa max nhiều thời đoạn. Đồng thời trong đó cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của thời đoạn mà cường độ mưa lớn (thí dụ mưa 1 giờ max).

II. CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN QUYẾT ĐỊNH ĐẾN DÒNG CHẢY LŨ DO MƯA LỚN

III. PHÂN BỐ MƯA THỜI ĐOẠN 1 GIỜ ĐỢT MƯA 24 GIỜ MAX TẠI VINH - NGHỆ AN

3.1. Về phân bố chuẩn và phân bố lệch chuẩn mưa 24 giờ max

3.2. Xác định các thông số phân bố lệch chuẩn mưa 24 giờ max TP. Vinh-Nghệ An

IV. TIẾN TRÌNH DÒNG CHẢY LŨ CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC TRƯNG PHÂN BỐ LỆCH CHUẨN MƯA THỜI ĐOẠN 1 GIỜ ĐỢT MƯA 24 GIỜ MAX

V. NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Nhận xét-kết luận:

- Phân bố mưa thời đoạn 1 giờ các đợt mưa 24 giờ max tại Vinh-Nghệ An tuân thủ phân bố lệch chuẩn với thông số hình dáng (α) không lớn, trung bình là 0,39, tức là gần với phân bố chuẩn;

- Phương sai (ω) của phân bố lệch chuẩn mưa thời đoạn 1 giờ các đợt mưa 24 giờ max tại Vinh-Nghệ An có giá trị dao động lớn từ giá trị lớn nhất là 12 giờ, đến trung bình là 5,47 giờ và nhỏ nhất là 0,80 giờ;

- Phương sai (ω) của phân bố lệch chuẩn là thông số trực tiếp quyết định đến giá trị đỉnh lũ dòng chảy tới hồ chứa và là yếu tố quyết định đến công trình điều tiết lũ của hồ chứa;

- Kết quả mô hình định lượng mưa dòng chảy cho thấy lưu lượng đỉnh lũ tăng lên rất cao khi giá trị phương sai (ω) của phân bố lệch chuẩn giảm, áp dụng đối với hồ chứa Khe Nu-Nghi Lộc-Nghệ An cho lưu lượng tăng lên khoảng 5,5 lần khi giá trị phương sai (ω) của phân bố lệch chuẩn nhỏ nhất.

Kiến nghị:

- Nghiên cứu phân bố mưa thời đoạn 1 giờ đợt mưa 24 giờ max đối với các khu vực khác trong tỉnh Nghệ An;

- Nghiên cứu xem xét vấn đề bổ sung thêm yêu cầu về dạng phân bố mưa, mà cụ thể là giá trị thông số phương sai (ω) của phân bố lệch chuẩn mưa thời đoạn 1 giờ của đợt mưa 24 giờ max trong việc yêu cầu về tần suất mưa sử dụng trong thiết kế các công trình thủy lợi.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Demetris Koutsoyiannis, 1998. A probabilistic view of Hershfield’s method for estimating probable maximum precipitation.

[2]. David M. Hershfield, 1961. Rainfall frequency atlas of the united states for Durations from 30 Minutes to 24 Hours and Return Periods from 1 to 100 Years.

[3]. J.C. Smithers and R. E. Schulze, 2002. Design rainfall and flood estimation in South Africa. WRC Project No: K5/1060.

[4]. James N. Moore and Ray C. Riley, 2003. Comparison of Temporal Rainfall Distributions for Near Probable Maximum Precipitation Storm Events for Dam Design. National Water Management Center, NRCS. Little Rock, Arkansas, 2003.

[5]. State of Florida Department of Transportation, 2012. Drainage Handbook Hydrology.

[6]. Geoffrey S. Dendy, 1987. A 24-hour rainfall distribution and peak rate factors for use in Southwest Florida. Luận văn thạc sỹ.

[7]. J. Juras, 1994. Some common features of probability distributions for precipitation. Theoretical and Applied Climatology. Volume 49, Issue 2, pp 69-76.

[8]. Fernanda Figueiredo and M. Ivette Gomes, 2013. The skew-normal distribution in SPC. REVSTAT – Statistical Journal. Volume 11, Number 1, March 2013, 83–104.

[9]. Tài liệu quan trắc mưa tại trạm khí tượng thủy văn Vinh-Nghệ An thời kỳ 1991-2012. Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Trung ương.

[10]. Công ty cổ phần tư vấn thiết kế Nam Kinh (Nghệ An), 2012. Báo cáo kinh tế kỹ thuật nâng cấp hồ chứa Khe Nu-Nghi Kiều-Nghi Lộc-Nghệ An.

[11]. Bộ phần mềm HEC-HMS của quân độ Mỹ phiên bản 3.4 tháng 8/2009. U.S. Army Corps of Engineers Institute For Water Resources Hydrologic Engineering Center. 609 Second Street Davis, CA  95616-4620.

[12]. Nguyễn Văn Hoàng, Nguyễn Văn Lợi, Ứng Quốc Khang, 2013. Chuyên đề: Đề xuất qui trình vận hành hồ liên quan đến nguy cơ lũ khu vực huyện Nghi Lộc tỉnh Nghệ An-thuộc Nhiệm vụ Nghiên cứu rủi ro thiên tai của hồ chứa nhỏ vùng Bắc Trung Bộ, đề xuất mô hình quản lý và mô hình vận hành nhằm hạn chế và ngăn ngừa rủi ro. Chủ nhiệm PGS.TS. Đoàn Doãn Tuấn-Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam. 2012-2014.

Chi tiết bài báo: Kết quả nghiên cứu bước đầu phân bố mưa 24 giờ max phục vụ công tác thiết kế công trình xả lũ hồ thủy lợi ở Nghệ An

Tác giả:
PGS.TS. Nguyễn Văn Hoàng - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
PGS.TS. Đoàn Doãn Tuấn - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
ThS. Nguyễn Văn Lợi - Tổng cục Thủy lợi

TẠP CHÍ KH&CN THỦY LỢI