Kết quả nghiên cứu tính toán mưa lớn nhất khả năng (PMP) cho lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn

Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu phương pháp thống kê của Hershfield để ước tính lượng mưa lớn nhất khả năng cho lưu vực Vu Gia - Thu Bồn. Ưu điểm của phương pháp này cho kết quả tính toán nhanh, hợp lý khi có các phân tích phù hợp với điều kiện khí hậu của từng lưu vực. Mặt khác, số liệu sử dụng trong phương pháp thống kê chủ yếu là lượng mưa thực đo thời đoạn ngắn với thời gian quan trắc dài, nên rất phù hợp với tính hình số liệu hiện có của các lưu vực sông miền Trung của Việt Nam. Kết quả nghiên cứu này sẽ là tiền đề cho việc đánh giá khả năng sinh mưa lớn nhất của lưu vực từ đó có những đề xuất, kiến nghị hợp lý cho việc quản lý cũng như thiết kế các công trình hồ chứa vừa và lớn trên lưu vực nghiên cứu.

I. GIỚI THIỆU

Lượng mưa lớn nhất khả năng (Probable Maximum Precipitation-PMP) được định nghĩa theo tổ chức khí tượng thế giới (WMO, 2009) như sau: “Lượng mưa lớn nhất khả năng là lớp nước mưa lớn nhất về mặt lý thuyết có thể xuất hiện trên một diện tích trong một thời gian cụ thể”. Như vậy,lượng mưa lớn nhất khả năng được hiểu là một đại lượng mang tính vật lý hơn là tính chất thống kê của một đại lượng ngẫu nhiên, và giá trị lượng mưa lớn nhất khả năng của mỗi lưu vực là một giá trị xác định.

Tuy nhiên do các đại lượng vật lý khí quyển luôn biến động và thường không theo quy luật, hay nói đúng hơn là việc xác định quy luật vật lý của các đại lượng thời tiết rất khó thực hiện. Chính vì vậy, việc xác định chính xác giá trị lượng mưa lớn nhất khả năng là một công việc khó cũng như kiểm định kết quả tính toán là không hề đơn giản. Do đó, các phương pháp tính toán chỉ thực hiện được việc ước tính các giá trị lượng mưa lớn nhất nhất khả năng, mỗi phương pháp chỉ đưa ra một kết quả gần đúng lân cận giá trị mưa cực đại của lưu vực. Các phương pháp ước tính lượng mưa lớn nhất khả năng có thể kể đến là: phương pháp cục bộ (cực đại hóa trận mưa địa phương hoặc mô hình địa phương), phương pháp chuyển vị(chuyển vị bão hoặc mô hình chuyển vị), phương pháp kết hợp (cực đại hóa cả không gian và thời gian của trận bão hoặc kết hợp với các trận bão hoặc mô hình kết hợp), phương pháp suy luận (mô hình lý thuyết hoặc mô hình suy luận), phương pháp tổng quát hóa (tính toán tổng quát hóa), phương pháp thống kê (tính toán thống kê). Đa số các phương pháp kể trên đòi hỏi cần phải có nhiều loại số liệu khí tượng khác như nhiệt độ điểm sương, gió, độ ẩm… Chỉ có phương pháp thống kê đòi hỏi ít loại dữ liệu hơn, chủ yếu là số liệu mưa thực đo thời đoạn ngắn trong thời gian dài. Phương pháp thống kê cho kết quả nhanh và độ chính xác đảm bảo nếu có những phân tích lựa chọn hệ số hợp lý [3].

Trong những năm gần đây, mưa lũ trên các lưu vực sông của Việt Nam, đặc biệt là trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn có xu hướng ngày càng tăng về tần suất, cường suất cũng như mức độ thiệt hại mà nó gây ra. Theo các thống kê, nghiên cứu mưa, lũ trên lưu vực Vu Gia - Thu Bồn cho thấy các giá trị cực đoan về mưa lũ trong thời gian gần đây có xu thế tiệm cận với các giá trị tần suất thiết kế trước đây. Do đó, để đảm bảo an toàn của các công trình trên lưu vực trong các thiết kế hiện nay cần phải tính toán các giá trị lũ thiết kế theo hướng tiếp cận an toàn hơn. Phương pháp tính toán thiết kế theo lượng lũ lớn nhất khả năng là một phương pháp được hình thành từ đầu thế kỷ 20 và đã đạt được hiệu quả cao trong việc thiết kế nhiều công trình quan trọng trên thế giới, đảm bảo sự an toàn cao cho công trình và hạ du. Trong những năm gần đây, Việt Nam cũng đã sử dụng tiêu chí lũ PMF để kiểm tra thiết kế cho một số công trình hồ đập lớn đặc biệt là các công trình có nguồn vốn nước ngoài như 6 hồ lớn trong dự án VWRAP do Ngân hàng thế giới tài trợ.

Để tính toán lượng lũ lớn nhất khả năng thì nhất thiết phải tính toán được lượng mưa lớn nhất khả năng của lưu vực đó. Việc ước tính một giá trị lượng mưa lớn nhất khả năng chính xác sẽ là một tiền đề quan trọng cho việc xác định đúng lưu lượng lũ lớn nhất của lưu vực. Mục đích của bài viết, vận dụng phương pháp thống kê của Hershfield để tính toán lượng mưa lớn nhất khả năng cho lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn từ đó làm cơ sở cho việc tính toán các giá trị lũ lớn nhất, phục vụ cho bài toán quản lý rủi ro thiên tai và an toàn các công trình trên lưu vực.

II. HIỆN TRẠNG LƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN

2.1 Điều kiện tự nhiên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn

2.2  Hệ thống quan trắc khí tượng – thủy văn

2.3 Chế độ mưa trên lưu vực Vu Gia – Thu Bồn

III. NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PMP THEO PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ CỦA HERSHFIELD

III. ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP HERSHFIELD TÍNH TOÁN LƯỢNG MƯA LỚN NHẤT KHẢ NĂNG CHO LƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN

IV. KẾT LUẬN

Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu và sử dụng thành công phương pháp thống kê của Hershfield tính toán lượng mưa lớn nhất khả năng cho lưu vực Vu Gia – Thu Bồn. Nghiên cứu đã sử dụng chuỗi số liệu quan trắc của 18 trạm đo mưa trên lưu vực. Kết quả tính toán theo phương pháp thống kê Hershfield cho PMP 1 ngày trung bình trên lưu vực khoảng 838,4mm và 3 ngày là 1.941mm. Lượng mưa lớn tập trung chủ yếu ở những trạm nằm phía núi cao, thượng nguồn của lưu vực phù hợp với yếu tố địa hình cao chắn gió mang hơi ẩm gây mưa từ đại dương. Nghiên cứu này cũng cho thấy, tính hợp lý của phương pháp thống kê Hershfield phụ thuộc rất lớn vào việc lựa chọn giá trị của hệ số tần suất Km . Trong nghiên cứu này, hệ số Km đã được phân tích trên toàn bộ lưu vực để từ đó đề xuất lấy giá trị Km nằm ở đường bao trên cho giá trị là Km = 6,24 cho mưa thời đoạn 1 ngày và Km = 8,47 cho mưa thời đoạn 3 ngày. Qua phân tích, so sánh tỷ số giữa lượng mưa lớn nhất quan trắc được với lượng mưa lớn nhất khả năng được tính toán trong nghiên cứu này ở lưu vực Vu Gia – Thu Bồn với các vùng khác trên thế giới có khí hậu tương đồng cho thấy việc lựa chọn giá trị Km như ở trên là hợp lý, cụ thể, tỷ số tính cho lưu vực Vu Gia - Thu Bồn dao động trong khoảng từ 0,49 – 0,77 (hình 4), tại Mỹ: 0,5 - 0,87 [9], tại Malaysia: 0,39 – 0,72 [6]. 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. B. Ghahraman (2008). The estimate of one day duration probable maximum precipitation over Atrak watershed in Iran. Iranian Journal of Science & Technology, Transaction B, Engineering, Vol. 32, No. B2, pp 175-179

[2]. Chow, V. T. (1951). A general formula for hydrologic frequency analysis. Trans. Am. Geophys. Union, Vol. 32, pp. 231-237.

[3]. Dương Quốc Huy, Nguyễn Tùng Phong, Ngô Lê Long, Ngô Lê An. Giới thiệu một số phương pháp tính mưa lớn nhất khả năng PMP. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi số 14-2013. Trang 37-42.

[4]. Hershfield, D. M. (1961). Estimating the probable maximum precipitation. J. Hydraul. Div., ASCE, Vol. 87, (HY5), pp. 99-116.

[5]. Hershfield, D. M. (1965). Method for estimating the probable maximum precipitation. J. Am. Water Works Assoc., Vol. 57, pp. 965-972.

[6]. M.N. Desa M., P.R. Rakhecha. Probable maximum precipitation for 24-h duration over an equatorial region: Part 2-Johor, Malaysia. Atmospheric Research 84 (2007) 84–90.

[7]. Nguyen Huu Khai. About probable maximum precipitation and flood in Central Vietnam, VNU Journal of Science, T22, No.1 (2006).

[8]. Probable Maximum Precipitation (PMP) over mountainous region of Cameron Highlands- Batang Padang Catchment of Malaysia. 4th International Conference on Energy and Environment 2013 (ICEE 2013)

[9]. World Meteorological Organization, (2009). Manual for estimation of probable maximum precipitation. WMO, No. 1045, pp. 65-75.

Chi tiết bài báo: Kết quả nghiên cứu tính toán mưa lớn nhất khả năng (PMP) cho lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn

Tác giả: ThS. Dương Quốc Huy, PGS.TS. Nguyễn Tùng Phong, KS. Nguyễn Văn Duy
Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
PGS.TS. Ngô Lê Long, TS. Ngô Lê An - Trường Đại học Thủy lợi

TẠP CHÍ KH&CN THỦY LỢI