Nghiên cứu xây dựng công cụ hỗ trợ tính toán mưa lũ thiết kế khu vực trung trung bộ

Trong thực tiễn, việc tính toán lũ thiết kế vẫn còn gặp nhiều khó khăn hạn chế, đặc biệt trong trường hợp ít hoặc không có tài liệu đo đạc thủy văn do dựa vào việc tính toán mưa, cường đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

iii

LỜI CAM ĐOAN

Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân học viên Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn

Phan Mạnh Hưng

iv

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô hướng dẫn TS Đỗ Xuân Khánh và TS Vũ Thị Minh Huệ đã tận tình định hướng, theo sát tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận văn

Học viên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Trường Đại học Thuỷ Lợi, Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học đã tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ học viên trong quá trình làm Luận văn Học viên xin cảm ơn các thầy cô trong Khoa Thuỷ Văn và TNN đã dành nhiều thời gian công sức hỗ trợ tác giả hoàn thành Luận văn

Đồng thời tác giả cũng nhận được sự động viên và ủng hộ rất lớn về vật chất và tinh thần từ Sở Nông Nghiệp & PTNT Tỉnh Vĩnh Phúc, từ gia đình và bạn bè Từ đáy lòng mình, học viên xin gửi đến họ những lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất

Học viên xin trân trọng cám ơn !

v

MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH MƯA LŨ THIẾT CHƯƠNG 1

KẾ 4

TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN MƯA LŨ THIẾT KẾ 4 1.1

1.1.1 Trên thế giới 4 1.1.2 Tại Việt Nam 6

TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 8 1.2

1.2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 8 1.2.2 Đặc điểm khí tượng, thủy văn 14

ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU 20 1.3

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MƯA LŨ PHỤC VỤ BÀI TOÁN CHƯƠNG 2

2.3.4 Xây dựng đường cong lũy tích mưa 24 giờ 37

KẾT LUẬN CHƯƠNG II 38 2.4

TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM CHO VÙNG MƯA TRUNG TRUNG CHƯƠNG 3

3.1.3 Xây dựng quan hệ cường độ mưa-thời đoạn và thời kỳ lặp lại (IDF) 49

THIẾT LẬP CÔNG THỨC IDF TỔNG QUÁT 53 3.2

3.2.1 Lựa chọn công thức tính cường độ mưa theo thời đoạn mưa và thời kỳ lặp

3.2.2 Thiết lập công thức IDF tổng quát 56

XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG LŨY TÍCH MƯA 24 GIỜ 66 3.3

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 67 3.4

PHỤLỤC 74

Bảng 3-4 Tham số của các phương trình IDF của trạm Tuyên Hóa 54Bảng 3-5 Bảng giá trị tham số và sai số của 4 công thức IDF của cường độ mưa các

Bảng 3-6 Tỷ lệ / của trạm Hiền Lương (Quảng Trị) 57Bảng 3-7 Mối quan hệ trung bình giữa / tại các trạm 57

Bảng 3-10 Tham số của phương trình tại các trạm và sai số 59Bảng 3-11 Tổng hợp công thức IDF tổng quát của các trạm 59Bảng 3-12 Kết quả IDF tính toán theo PTTS (GEV) và IDF theo công thức tổng quát

62Bảng 3-13 Phân phối mưa 24 h lớn nhất tại các trạm (tính theo % lũy tích) 67

vii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Bản đồ phân vùng cường độ mưa vùng đất liền Việt Nam Nguồn: [25] 7

Hình 1-3 Bản đồ mạng lưới sông suối khu vực Trung Trung Bộ 13

Hình 2-1 Hình 2-2 Vị trí trạm đo mưa tại Quảng Trị 22

Hình 2-7 Sơ đồ các bước thiết lập công thức IDF tổng quát cho từng phân vùng 37Hình 3-1 Giá trị cường độ mưa ngày thiết kế trạm Tuyên Hóa Quảng Bình với các

Hình 3-2 Giá trị cường độ mưa ngày thiết kế trạm Đông Hà, Quảng Trị với các

Hình 3-3 Bản đồ biến thiên Cv của lượng mưa một ngày lớn nhất khu vực Trung

Hình 3-4 Bản đồ đẳng trị mưa 1 ngày max ứng với tần suất 1% (a) và 10% (b) trong

Hình 3-5 Giá trị cường độ mưa ngày thiết kế trạm Quảng Ngãi với các HPPXS PIII,

Hình 3-6 Giá trị cường độ mưa ngày thiết kế trạm Tam Kỳ với các HPPXS PIII,

Hình 3-8 Bản đồ đẳng trị mưa 1 giờ max ứng với tần suất 1% (a) và 10% (b) khu vực

Hình 3-7 Biến thiên Cv của lượng mưa một giờ lớn nhất khu vực Trung Trung Bộ 48Hình 3-9 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ mưa 1h lớn nhất và thời kỳ lặp lại của các

Hình 3-10 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ mưa 1h lớn nhất và thời kỳ lặp lại của các

Hình 3-11 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ mưa 1h lớn nhất và thời kỳ lặp lại của các

Hình 3-12 a) Cường độ mưa (60 phút) (GEV) tại Tuyên Hóa b) Cường độ mưa thời đoạn lớn nhất khác nhau và thời kỳ lại tính toán từ HPPXS GEV tại Tuyên Hóa 54Hình 3-13 Đường cong IDF theo công thức a) Talbot, b) Bernard, c) Kimijima 55Hình 3-14 So sánh sai số RMSE của bốn công thức tại a) Huế b) Tuyên Hóa 55Hình 3-15 Biểu đồ sai số giữa cường độ mưa tính theo PPXS và công thức tổng quát 61

viii

Hình 3-16 Giá trị cường độ mưa ứng với tần suất 1% tính theo PPXS và theo công

Hình 3-17 Giá trị cường độ mưa ứng với tần suất 1% tính theo PPXS và theo công

Hình 3-17 Đường lũy tích mưa 24 giờ tại các trạm (có chứa mưa 6 giờ lớn nhất) 66Hình 3-18 Đường lũy tích mưa 24 giờ tại các trạm (có chứa mưa 12 giờ lớn nhất) 66

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Hiện nay việc tính toán thủy văn thiết kế vẫn dựa vào Quy phạm Tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế (QPTL-C6-77) được Bộ Thủy lợi cũ ban hành tháng 09 năm

1977 Quy phạm này quy định sử dụng tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế trong các trường hợp có nhiều tài liệu, ít tài liệu và không có tài liệu đo đạc thủy văn với các phương pháp tính toán chủ yếu dựa trên các quy phạm tính toán của Liên Xô (cũ) với các bảng tra được xây dựng cho Việt Nam từ Quảng Trị trở ra phía Bắc Đối với bài toán tính toán lũ thiết kế trong trường hợp không có tài liệu chủ yếu là dựa vào công thức kinh nghiệm kết hợp với các bảng tra phân theo vùng mưa Các bảng tra được xây dựng từ chuỗi số liệu quan trắc ngắn và mật độ trạm đo ít

Năm 2013, Tổng cục Đường bộ Việt Nam biên soạn tiêu chuẩn Việt Nam 9845 trên cơ

sở tham khảo 22TCVN220-95 về tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ, các công thức trong tiêu chuẩn này vẫn sử dụng các phương pháp nằm trong QPTL-C6-77 nhưng có xét đến khẩu độ cầu, cống phục vụ giao thông ngoài ra các bảng tra được cập nhật, bổ sung cho tất cả các vùng mưa của Việt Nam

Trong thực tiễn, việc tính toán lũ thiết kế vẫn còn gặp nhiều khó khăn hạn chế, đặc biệt trong trường hợp ít hoặc không có tài liệu đo đạc thủy văn do dựa vào việc tính toán mưa, cường độ mưa thiết kế trong khi các bản đồ đẳng trị mưa, các bảng tra tính toán như quan hệ giữa thời gian – cường độ mưa và tần suất của từng vùng mưa rào (đường cong IDF) trong QPTL-C6-77 được xây dựng từ năm 1977 đã cũ

Trong QPTL-C6-77 không có quy định rõ ràng các bước tính toán mưa lũ thiết kế, chưa có các biểu đồ phụ trợ tính toán cho vùng từ Quảng Trị trở vào Nam Bộ Hiện nay, mạng lưới trạm quan trắc mưa dày, nhiều trạm đo mưa thời đoạn ngắn là điều kiện thuận lợi để xây dựng bản đồ đẳng trị và đường cong IDF

Vì vậy, học viên lựa chọn luận văn với nội dung “Nghiên cứu xây dựng công cụ hỗ trợ tính toán mưa lũ thiết kế cho khu vực Trung Trung Bộ” Luận văn tiến hành lựa chọn phương pháp tính toán mưa lũ thiết kế từ đó xây dựng bổ sung, cập các phụ lục hỗ trợ tính toán mưa, cường độ mưa thiết kế cho từng phân vùng mưa là rất cần thiết để phục

2

vụ bài toán tính toán lũ thiết kế Các phụ lục bổ trợ này là công cụ quan trọng trong tính toán thủy văn, phục vụ tính toán đỉnh lũ lớn nhất ứng với một tần suất xác định ở các vùng không có hoặc thiếu số liệu đo đạc thủy văn Kết quả tính toán mưa là cơ sở xác định lưu lượng lũ thiết kế

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Từ ý nghĩa khoa học và thực tiễn nêu trên, mục tiêu của luận văn là nghiên cứu xây dựng bộ công cụ hỗ trợ tính toán mưa lũ thiết kế cho khu vực Trung Trung Bộ

Để đạt được mục tiêu trên, luận văn dự kiến có nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:

- Nghiên cứu lựa chọn hàm phân phối xác suất tính toán mưa lũ thiết kế

- Xây dựng đường đẳng trị thời đoạn ngắn thiết kế cho khu vực Trung Trung Bộ

- Xây dựng đường cong quan hệ giữa cường độ - thời đoạn và tần suất mưa (IDF) cho khu vực Trung Trung Bộ

- Xây dựng công thức tổng quát quan hệ của cường độ mưa và chu kỳ lặp lại

- Lựa chọn mô hình mưa đại biểu cho khu vực Trung Trung Bộ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu: Mưa lũ thiết kế Khái niệm mưa lũ trong luận văn này được

hiểu là mưa sinh lũ

Phạm vi nghiên cứu: Trung trung Bộ, Việt Nam từ Quảng Bình đến Quảng Ngãi

4 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp tổng hợp địa lý, thủy văn: phân tích đặc điểm hình thành mưa lũ và phân vùng mưa rào

Phương pháp phân tích thống kê: tính toán giá trị mưa ngày, mưa thời đoạn ngắn thiết

kế, cường độ mưa thiết kế ứng với các thời đoạn khác nhau

Phương pháp sử dụng kỹ thuật viễn thám và GIS: Sử dụng để xây dựng các bản đồ đẳng

3

trị, phân vùng mưa, là cơ sở dữ liệu phụ trợ cho các phương pháp tính toán trong các trường hợp thiếu hoặc không có tài liệu

5 Cấu trúc luận văn:

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận văn được trình bày trong ba chương, bao gồm:

Chương 1: Tổng quan về các phương pháp tính mưa lũ thiết kế Trong chương này trình bày tổng quan về bài toán tính toán mưa lũ thiết kế trên thế giới và Việt Nam và giới thiệu đặc điểm địa lý tự nhiên và khí tượng thủy văn của khu vực Trung Trung

Chương 3: Tính toán thử nghiệm cho vùng mưa Trung Trung Bộ Chương 3 trình bày kết quả tính toán cụ thể cho khu vực Trung Trung Bộ Trong chương này có bản đồ đẳng trị mưa ngày, mưa giờ lớn nhất theo thiết kế của khu vực, đường cong IDF và công thức tổng quát cho các trạm mưa đại biểu của từng phân vùng mưa rào của khu vực Trung Trung Bộ

là những công cụ hỗ trợ, làm cơ sở cung cấp nguồn dữ liệu ước tính lũ thiết kế cho các lưu vực không có tài liệu đo đạc khí tượng, thủy văn

1.1.1 Trên thế giới

Cường độ mưa là lượng mưa rơi trên một đơn vị thời gian, có tính chất giảm dần theo thời gian mưa, để xác định chính xác cường độ mưa yêu cầu một số lượng lớn các tham số và phụ thuộc vào thời gian Những thông tin này thường được biểu diễn thông qua đường cong IDF Việc thiết lập đường cong này được giới thiệu lần đầu bởi Bernard (1932) [3] Sau đó các đường cong khác nhau được xây dựng cho các khu vực khác nhau trên thế giới Tại Châu Phi, một số nghiên cứu sử dụng phương pháp thống

kê để xây dựng các đường cong IDF, ví dụ tại Congo (Mohymont.B và Demarée.G.R (2006) và Van de Vyver, H và Demarée, G R (2010) [4]; [5]), tại Nigeria Oyegoke, S.O and Oyebande.L, (2008) [6] Theo phương pháp truyền thống, các đường cong IDF được xây dựng dựa trên phương pháp thống kê tần suất xảy ra các sự kiện mưa cực đoan tối đa hàng năm theo chu kì lặp lại hoặc dựa trên một hàm phân phối xác suất của các sự kiện này Mohymont B và Demarée G.R, (2006) [4] Quá trình này có một vài điểm hạn chế bao gồm việc lựa chọn dạng phân phối và ước lượng các tham số cho mỗi chu kì và yêu cầu để ngoại suy kết quả cho các chu kì khác nhau Độ chính xác của các quá trình này sẽ bị hạn chế bởi sai số trong lựa chọn hàm phân bố và thiếu khả

5

năng mô tả một cách rõ ràng tính chất mưa tại các chu kỳ khác nhau Van Nguyen VT

và Wang H (1996) [7] Bên cạnh đó phương pháp truyền thống còn tồn tại những nhược điểm sau Ví dụ, với một số lượng lớn các tham số tham gia sẽ làm cho nó trở nên none-parsimonious (không có tính chất cặp) theo quan điểm của phương pháp thống kê ( [8]; [9]; [3]; [10]; [11]; [12]) Phương pháp truyền thống không thể xét đến tính chất của mưa cho các chu kì khác nhau và nó chỉ dựa vào giá trị mưa cực đoan tối

đa hàng năm có sẵn tại khu vực nghiên cứu Do vậy cần thiết phải thiết lập một mô hình có thể mô tả tính chất của mưa thông qua một chuỗi thời gian liên tục bao gồm việc nội suy ra độ phân giải thời gian khi không có dữ liệu quan trắc và để giảm thiểu

số lượng của các tham số để tăng độ tin cậy của chúng

Chính vì vậy, đã xuất hiện một loạt các phương pháp thay thế để xây dựng đường cong IDF Ví dụ là phương pháp sử dụng các tính chất phân dạng của mưa bao gồm việc đề xuất tỷ lệ bất biến [13] khi mà tính chất tỷ lệ của moment thống kê mưa tại Nam Phi trong một khoảng chu kỳ từ 30 phút đến 1440 phút được đánh giá Yu P S và nnk (2004) [14] sử dụng công thức tính IDF vùng dể ước tính hệ số mũ tỉ lệ cho 46 trạm không có số liệu mưa tại Đài Loan Mohymont B, Demarée G R (2005) [15] nghiên cứu sự thay đổi của các tính chất theo tỷ lệ từ 62 trạm mưa ở Thụy sĩ và Özger, M và nnk (2010) [16] tập trung nghiên cứu về tính chất tỷ lệ của mưa tại 43 trạm mưa ở Texas Gần đây, các công thức tỷ lệ được đề xuất để kéo dài đường cong IDF từ IDF ngày tới IDF với bước thời gian thấp hơn dựa trên tính chất tỷ lệ Gupta.V.K (1990) [17] nghiên cứu khái niêm về tỷ lệ đơn giản và tỷ lệ phức tạp để biểu thị đặc điểm của cấu trúc xác suất của quá trình mưa Koutsoyiannis và Foulfoula-Georgiu (1993) [18]

sử dụng mô hình tỷ lệ để dự báo để xây dựng phân bố cường độ mưa theo thời gian Menabde et al (1999) cho rằng dựa trên các tính chất tỷ lệ có được do kinh nghiệm quan trắc và một vài giả thiết chung về hàm phân bố tích lũy của cường độ mưa trung bình lớn nhất năm có thể xây dựng được các mối quan hệ IDF đơn giản De Michele et

al (2002) [19] phát triển đường cong IDF thiết kế cho các trận bão ở Milan (Italia);

Yu, et al (2004) [14] phát triển các công thức IDF cho những khu vực không có trạm quan trắc tại Đài loan Molnar and Burlando (2005) [15] kiểm tra sự thay đổi của hệ số

mũ tỷ lệ tại những khu vực núi Alpine, Thụy sỹ Nhat, et al (2007) [20] phát triển mối quan hệ cho khu vực không có quan trắc dựa trên lý thuyết tỷ lệ tại Nhật Bản Molnar

6

and Burlando (2008) [21] nghiên cứu sự khác biệt của các tính chất tỷ lệ từ 62 trạm mưa tại Thụy Sỹ Acar, et al (2008) [22] sử dụng mô hình nhận thức nhiều lớp mạng trí tuệ nhân tạo để đánh giá các đường quan hệ IDF với thời đoạn ngắn Ceresseti (2011) [23] dựa trên quan điểm phân dạng để phân loại tính chất các đường cong IDF tại Pháp Tính chất tỷ lệ về các trận mưa cực đoan vẫn chưa được nghiên cứu tại cộng hòa Bennin Mục tiêu của Ceresseti là i) xác định tính chất tỷ lệ của các trận mưa cực đoan tại thung lũng Oueme ii) thiết lập trạng thái tỷ lệ của moment… iii) xây dựng các đường cong IDF cho các trận mưa thời đoạn ngắn từ mưa ngày sử dụng phượng pháp tỷ lệ và so sánh với phương pháp kinh nghiệm

1.1.2 Tại Việt Nam

Ở Việt Nam, ngay từ những năm 1960, dạng công thức lý luận đã được nghiên cứu và phát triển để sử dụng tính toán lũ thiết kế trong trường hợp không có tài liệu đo đạc dòng chảy lũ, tiêu biểu là công thức cường độ giới hạn với giả thiết tần suất lũ trùng với tần suất mưa Trong công thức này, lưu lượng đỉnh lũ thiết kế được tính toán thông qua cường độ mưa trung bình thời đoạn lớn nhất thiết kế

Trong thực tế cường độ mưa và lượng mưa thiết kế được tính theo hai loại phương pháp sau: (i) Phương pháp giải tích: xây dựng công thức kinh nghiệm được phân vùng theo lãnh thổ và sử dụng các công thức này trong tính toán thiết kế; (ii) Phương pháp

đồ giải: phân tích quan hệ giữa mưa thời đoạn ngắn với mưa ngày để xây dựng các đường cong triết giảm mưa Hiện nay trong tính mưa thiết kế theo Quy phạm tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế (QP C6-77) của Việt Nam đã sử dụng đường cong triết giảm mưa TP ~Tdo A-lếch-xây-ep đề nghị [24] và chia Việt Nam ra thành 15 phân vùng mưa rào

Vào cuối thập niên 90 của thế kỷ trước, đề tài nghiên cứu “Xây dựng tập số liệu đặc trưng và tập atlat thủy văn sông ngòi Việt Nam” thuộc chương trình nghiên cứu cấp nhà nước mang mã số 42A “Đánh giá điều kiện thiên nhiên và KTTV phục vụ sản xuất

và quốc phòng, trọng tâm là phục vụ nông nghiệp” trên cơ sở số liệu quan trắc mưa tự ghi và đo mưa bằng thùng trong thời kỳ quan trắc tính đến năm 1980 đã đưa ra số liệu mưa ngày lớn nhất ứng với các tần suất 1%, 5%, 10%, 20% và 50% tại 121 trạm đo

7

mưa trên phạm vi cả nước và cường độ mưa trung bình, lớn nhất trung bình thời đoạn (10, 30, 60, 90, 120, 240, 480, 720, 1440 phút) tại 83 trạm đo mưa trên phạm vi cả nước [25] Nghiên cứu này đã phân chia Việt Nam thành 18 vùng mưa Bản đồ phân vùng cường độ mưa vùng đất liền Việt Nam Nguồn: với các công thức tính cường độ mưa lớn nhất trung bình thời đoạn cho từng vùng và hiện đang được sử dụng phổ biến

ở Việt Nam

Hình 1-1 Bản đồ phân vùng cường độ mưa vùng đất liền Việt Nam Nguồn: [25]

8

Trong thời gian gần đây, việc nghiên cứu IDF tiếp tục được nghiên cứu cho một số khu vực ở Việt Nam Nghiên cứu của Nguyễn Văn Thắng [26] đã tiến hành xây dựng đường cong IDF cho 8 trạm khí tượng tại miền Bắc Việt Nam, nghiên cứu của Lê Minh Nhật và nnk [27] đã nghiên cứu, tính toán và đưa ra công thức tính IDF cho một

số trạm thuộc khu vực đồng bằng sông Hồng

Ngoài các công thức tính toán IDF được áp dụng ở trong nước, các công thức tính được sử dụng phổ biến ở nước ngoài cũng có thể áp dụng vào Việt Nam trên cơ sở của Thông tư số 40/2009/TT-BXD ngày 09 tháng 12 năm 2009 của Bộ Xây dựng và Quy định việc áp dụng tiêu chuẩn xây dựng nước ngoài trong hoạt động xây dựng ở Việt

Nam Trong Điều 6 của Thông tư đã quy định “Người quyết định đầu tư xem xét, quyết

định và chịu trách nhiệm về việc áp dụng tiêu chuẩn nước ngoài cho các hoạt động xây dựng do mình quản lý”

Tóm lại, IDF là công cụ được sử dụng phổ biến tại các nước trên thế giới cũng như Việt Nam phục vụ tính toán thủy văn thiết kế đặc biệt là dòng chảy lũ thiết kế đối với các công trình thủy lợi, tiêu thoát nước, giao thông và các công trình liên quan đến tài nguyên nước (cống, kênh, hồ, đập …) IDF thường được biểu diễn ở ba dạng: dạng bảng tra (ở quy phạm C6-77), dạng bản đồ phân bố mưa (hoặc tham số công thức IDF theo từng vùng mưa, bản đồ phân vùng cường độ mưa), dạng công thức tính cường độ mưa Ở các nước tiên tiến trên thế giới có nguồn tài liệu đo mưa tự ghi thời đoạn ngắn chất lượng tốt, IDF thường xuyên được nghiên cứu cập nhật để nâng cao độ tin cậy và thống nhất Ở Việt Nam IDF được xây dựng dưới dạng bảng tra, bản đồ phân vùng mưa rào và công thức ID (biểu diễn quan hệ giữa cường độ mưa và thời gian duy trì mưa) Đường cong triết giảm mưa được trình bày trong QP C6-77 được thực hiện từ nguồn số liệu ở miền Bắc và Bắc Trung Bộ từ những năm 1970, gần đây có được cập nhật bổ sung tuy nhiên chủ yếu chỉ mới thực hiện cho một số thành phố lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh …

Tổng quan khu vực nghiên cứu

1.2

1.2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

Vị trí địa lý

1.2.1.1

9

Khu vực Trung Trung Bộ bao gồm các tỉnh ven biển Miền Trung từ Bắc vào Nam gồm các tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Huế, Đà Nẵng, Quảng Nam và Quảng Ngãi, dân số toàn vùng khoảng 7 triệu dân Vùng có vị trí địa lý quan trọng, rất thuận lợi để phát triển kinh tế

Hình 1-2 Bản đồ địa hình khu vực Trung Trung Bộ

10

Điểm cực Bắc (thuộc Quảng Bình) có tọa độ 180 05’12” vĩ độ Bắc Điểm cực Tây (thuộc Quảng Bình) có tọa độ 1050 36’55” Kinh Đông Điểm cực Nam (thuộc Quảng Ngãi) có tọa độ 15o 25’ vĩ độ Bắc Điểm cực Đông (thuộc Quảng Ngãi) có tọa độ 109o04’ kinh Đông Khu vực này là dải đất hẹp có địa hình dốc có đường bờ biển dài, phía bắc là dãy Hoành Sơn ngăn cách với Hà Tĩnh, phía nam giáp với tỉnh Bình Định, Tây Nam giáp áp với tỉnh Gia Lai, phía Tây giáp với Lào và tỉnh Kom Tum

Đặc điểm địa hình

1.2.1.2

Khu vực Trung Trung Bộ là khu vực giáp biển Địa hình ở đây bao gồm đồng bằng ven biển và núi thấp, có chiều ngang theo hướng Đông - Tây (trung bình 40 - 50km), hẹp hơn so với xung quanh Hệ thống sông ngòi trong khu vực ngắn, dốc, có đường bờ biển dài, thềm lục địa hẹp

Quảng Bình, có địa hình khá phức tạp, phía bắc của tỉnh được ngăn cách với Hà Tĩnh

bởi dãy Hoành Sơn; phía tây bị án ngữ bởi dãy Trường Sơn với những khối núi đồ sộ,

có những ngọn núi cao trên 1000 m Các khối núi cao và dốc ở phía tây, một ít đồi núi thấp cùng với dải đồng bằng hẹp chạy dọc theo các lưu vực sông và bờ biển Phân bố

hệ thống núi theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, thấp dần từ tây sang đông, có nhiều đồi núi đa dạng bát úp cao trên dưới 300 m xen kẽ với đồng bằng làm cho địa hình chia cắt tương đối mạnh Nối tiếp phía đông của dải đồng bằng hẹp là những cồn cát chạy dọc theo bờ biển, có nơi lấn sâu vào 5-6 km, có nhiều cồn cát cao trên 40 m Quảng Bình có hệ thống sông suối khá lớn với mật độ 0,8 – 1,1 km/km2 Có năm sông chính bao gồm sông Roòn, sông Gianh, sông Lý Hòa, sông Dinh và sông Nhật Lệ Có khoảng 123 hồ chứa tự nhiên và nhân tạo với dung tích ước tỉnh 343 triệu m3

Quảng Trị chủ yếu nằm ở phần đông của dãy Trường Sơn có đường biên giới chung

với Lào dài 206 km thuộc đất liền và có đường bờ biển dài 75 km Ðịa hình tỉnh đa dạng bao gồm núi, đồi, đồng bằng và cồn cát ven biển chạy dọc theo hướng từ tây bắc xuống đông nam Địa hình bao gồm nhiều loại địa hình nhưng phần lớn lãnh thổ nằm

ở phía đông của dãy Trường Sơn, chỉ có một phần của huyện Hướng Hoá nằm ở sườn tây Ở phía tây là vùng núi cao rồi hạ xuống vùng đồi và núi thấp với tổng diện tích khoảng 81% diện tích toàn lãnh thổ, tiếp theo vùng đồi và núi thấp là vùng đồng bằng chiếm 11,5% diện tích và phía đông là vùng cồn cát ven biển Rừng núi trải dài theo

11

chiều dọc của tỉnh, với độ cao phổ biến từ 200-800 m, có nơi trên 1000 m như đỉnh Voi Mẹp (1701 m), đỉnh Ba Lê (1102 m) nằm trên đỉnh Trường Sơn, tổng diện tích khoảng 169900 ha (chiếm 37%) Chính những đỉnh núi cao này tạo nên đường phân nước giữa các sông ở sườn phía đông và phía tây của dãy Trường Sơn như các hệ thống sông Bến Hải, sông Thạch Hãn, sông Ô Lâu với các sông nhánh của sông Xê Pôn

Xét về vị trí, địa hình hiện tại lãnh thổ Thừa Thiên Huế được xem như là tận cùng

phía Nam của dãy núi trung bình Trường Sơn Bắc, phát triển theo hướng Tây Bắc – Đông Nam Đến phía Nam tỉnh, kiến trúc và định hướng Tây Bắc – Đông Nam của dãy Trường Sơn Bắc hoàn toàn bị biến đổi do khối núi trung bình á vĩ tuyến đâm ngang ra biển Bạch Mã - Hải Vân xuất hiện đột ngột Đặc trưng chung về địa hình của dãy Trường Sơn Bắc là sườn phía Tây thoải, thấp dần về phía sông Mêkông, còn sườn phía Đông khá dốc, bị chia cắt mạnh thành các dãy núi trung bình, núi thấp, gò đồi và tiếp nối là đồng bằng duyên hải, đầm phá, cồn đụn cát chắn bờ và biển Đông, trong đó khoảng 75,% tổng diện tích là núi đồi, 24,9% diện tích là đồng bằng duyên hải, đầm phá và cồn đụn cát nội đồng và chắn bờ

Địa hình Đà Nẵng khá đa dạng, vừa có đồng bằng vừa có núi, một bên là đèo Hải Vân

với những dãy núi cao, một bên là bán đảo Sơn Trà hoang sơ Vùng núi cao và dốc tập trung ở phía Tây và Tây Bắc, từ đây có nhiều dãy núi chạy dài ra biển, một số đồi thấp xen kẽ vùng đồng bằng ven biển hẹp Địa hình đồi núi chiếm diện tích lớn, độ cao khoảng từ 700 - 1.500m, độ dốc lớn (>400), là nơi tập trung nhiều rừng đầu nguồn và

có ý nghĩa bảo vệ môi trường sinh thái của thành phố Hệ thống sông ngòi ngắn và dốc, bắt nguồn từ phía Tây, Tây Bắc và tỉnh Quảng Nam Đồng bằng ven biển là vùng đất thấp chịu ảnh hưởng của biển bị nhiễm mặn, là vùng tập trung nhiều cơ sở nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ, quân sự, đất ở và các khu chức năng của thành phố

Địa hình Quảng Nam rất phức tạp, phía tây bắc của tỉnh được ngăn cách với tỉnh

Thừa Thiên - Huế bởi những núi cao trên 1000m trong dãy Bạch Mã; phía tây bị án ngữ bởi những khối núi đồ sộ, như đỉnh Lum Heo cao 2045m, phía tây nam có đỉnh Ngọc Linh cao 2598 m làm ranh giới với tỉnh KonTum Các khối núi cao và dốc ở phía tây, một ít đồi thấp cùng với dải đồng bằng hẹp chạy dọc theo các lưu vực sông

12

và bờ biển Phân bố hệ thống núi theo hướng tây bắc - đông nam, thấp dần từ tây sang đông Một số thành phố, huyện như: Tam Kỳ, Tiên Phước có nhiều đồi núi dạng bát úp cao trên dưới 300m xen kẽ với đồng bằng làm cho địa hình bị chia cắt ra từng mảnh Nối tiếp về phía đông của dải đồng bằng hẹp là những cồn cát chạy dọc bờ biển, có nơi lấn sâu vào 7 - 8km, có nhiều cồn cát cao trên 10m

Quảng Ngãi là tỉnh thuộc duyên hải Trung Trung Bộ với đặc điểm chung là núi lấn sát

biển, địa hình có tính chuyển tiếp từ địa hình đồng bằng ven biển ở phía đông đến địa hình miền núi cao ở phía tây Miền núi chiếm khoảng 3/4 diện tích tự nhiên toàn tỉnh, đồng bằng nhỏ hẹp chiếm 1/4 diện tích tự nhiên Cấu tạo địa hình Quảng Ngãi gồm các thành tạo đá biến chất, đá magma xâm nhập, phun trào và các thành tạo trầm tích

có tuổi từ tiền Cambri đến Đệ tứ Giống như các tỉnh miền Trung khác, địa hình Quảng Ngãi nhìn chung có dạng đẳng thước và được chia thành 4 vùng rõ rệt: vùng rừng núi, vùng trung du, vùng đồng bằng và vùng bãi cát ven biển

Mạng lưới sông suối

Một số hệ thống sông lớn theo hướng Bắc vào Nam khu vực Trung Trung Bộ có kể đến ba hệ thống sông lớn trong chín hệ thống sông lớn của cả nước là:

Hệ thống sông Hương có dạng hình nan quạt với diện tích lưu vực 2.830 km2, chiều dài sông 104 km Hệ thống sông Hương có 3 nhánh sông chính: Sông Bồ, sông Hữu Trạch và sông Tả Trạch (dòng chính) Các nhánh sông chính này đều bắt nguồn từ khu vực núi trung bình thuộc huyện A Lưới, Nam Đông chảy vào phá Tam Giang Theo đặc điểm hình thái dòng chính của hệ thống sông Hương có thể tách thành hai đoạn sông: đoạn chảy qua đồi núi và đoạn sông chảy qua đồng bằng duyên hải Đoạn sông chảy qua đồi núi thường có đáy sông dốc, nhiều thác ghềnh, không bị ảnh hưởng triều Ngoài các nhánh sông tự nhiên, còn có các sông đào nối sông Hương với sông Bồ, nối

13

sông Hương với đầm Cầu Hai, nối sông Bồ với phá Tam Giang

Hình 1-3 Bản đồ mạng lưới sông suối khu vực Trung Trung Bộ

Hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia được bắt nguồn từ vùng núi cao sườn phía Đông

của dãy Trường Sơn Vùng núi lòng sông hẹp, uốn khúc nhiều, bờ sông dốc đứng,

14

sông có nhiều ghềnh thác Hệ thống có hai dòng chính sông Thu Bồn và sông Vu Gia tạo thành Thượng lưu sông Thu Bồn được gọi là sông Tranh hay sông Tĩnh Gia, bắt nguồn từ vùng núi cao trên 2.000m ở sườn đông nam dãy Ngọc Linh chảy theo hướng gần bắc nam qua các huyện Trà My, Tiên Phước, Hiệp Đức và Quế Sơn, rồi chảy qua Giao Thuỷ vào vùng đồng bằng qua các huyện Duy Xuyên, Đại Lộc, Điện Bàn, Quế Sơn, đổ ra biển tại cửa Đại Lưu vực sông Vũ Gia - Thu Bồn

Hệ thống sông Trà Khúc có diện tích lưu vực khoảng 3.240 km2, là sông lớn có lượng nước dồi dào nhất so với các sông khác trong toàn tỉnh Ở thượng nguồn sông

có 03 nguồn chính sông Re từ vùng Giá Vực phía Tây huyện Ba Tơ; sông Rinh (Đắk Rinh) từ vùng Đông Kon Tum và huyện Sơn Tây, với các suối lớn, nhỏ hợp nước với nhau chảy theo hướng Tây- Đông, một nguồn nước rất quan trọng của sông Rinh là sông Tang; sông Xà Lò (Đắk Sêlô) bắt nguồn từ Tây Nam huyện Sơn Hà giáp với huyện Sơn Tây, chảy theo hướng Tây Nam- Đông Bắc Sông Trà Khúc có độ dài khoảng 135km, trong đó có khoảng 1/3 chiều dài sông chảy qua vùng núi và rừng rậm,

có độ cao 200 ÷ 1.000m, phần còn lại chảy qua vùng đồng bằng

1.2.2 Đặc điểm khí tượng, thủy văn

Khu vực Trung Trung Bộ là vùng duyên hải miền Trung được cấu tạo bởi một dải đất nằm giữa dãy Trường Sơn về phía Bắc, vùng cao Nguyên Nam Trung Bộ về phía Nam, và Biển Đông Dải đất bị chia cắt bởi nhiều nhánh núi Trường Sơn vươn ra đến tận biển nên đồng bằng ở miền Trung rất hạn hẹp Khu vực này có hai vùng khí hậu khác nhau Bắc Trường Sơn và Nam Trường Sơn

Phía Bắc bao gồm Quảng Bình, Quảng Trị và Thừa Thiên Huế là vùng Bắc đèo Hải Vân đôi khi có thời tiết lạnh và có những thời kỳ khô nóng do gió phơn tây nam gây nên Về mùa đông, do hình thế vùng này chạy dọc bờ biển Đông theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, đón trực diện với hướng gió mùa chủ đạo thổi trong mùa này là gió mùa Đông Bắc Lại bị hệ dãy núi Trường Sơn tương đối cao ở phía Tây (dãy Phong Nha -

Kẻ Bàng) và phía Nam (tại đèo Hải Vân trên dãy Bạch Mã) chắn ở cuối hướng gió mùa Đông Bắc Nên vì vậy vùng này vẫn bị ảnh hưởng bởi thời tiết lạnh do gió mùa Đông Bắc mang đến và thường kèm theo mưa nhiều (đặc biệt là tại Thừa Thiên - Huế)

do gió mùa thổi theo đúng hướng Đông Bắc mang theo hơi nước từ biển vào, hơi khác

15

biệt với thời tiết khô hanh của miền Bắc cùng trong mùa đông Gió mùa Đông Bắc thổi đến đây thường bị suy yếu và bị chặn lại bởi dãy Bạch Mã ít ảnh hưởng tới các vùng phía Nam Về mùa Hè, khi gió mùa Tây Nam hoạt động mạnh thổi từ vịnh Thái Lan qua vùng lục địa rộng lớn đến dãy Trường Sơn thì bị trút hết mưa xuống sườn Tây Trường Sơn nhưng vẫn tiếp tục vượt qua dãy núi để thổi sang vùng này Lúc này do không còn hơi nước nên gió mùa Tây Nam gây ra thời tiết khô nóng (có khi > 40°C,

độ ẩm chỉ còn 50 ÷ 60), gió này gọi là gió foehn

Phía Nam bao gồm các tỉnh Quảng Nam, Đà Nẵng và Quảng Ngãi là vùng đồng bằng ven biển Trung Bộ phía Nam đèo Hải Vân tương tự như phía bắc đèo Hải vân, tuy nhiên nhiệt độ có cao hơn và thỉnh thoảng có những đợt lạnh mùa đông tuy không dài, ảnh hưởng của gió Tây khô nóng không lớn như ở Bắc Trung Bộ Một đặc điểm quan trọng của miền khí hậu này là mùa mưa và mùa khô không cùng lúc với mùa mưa và khô của hai miến khí hậu còn lại Mùa hè, trong khi cả nước có lượng mưa lớn nhất, thì miền khí hậu này lại đang ở thời kỳ khô nhất Các tỉnh này nằm trong một vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với các đặc trưng chủ yếu như nhiệt độ cao, khí hậu nóng ẩm, cường độ ánh sáng mạnh, lượng mưa nhiều và tập trung vào một số tháng trong năm,

do vậy hàng năm thường xuyên xảy ra hạn hán và mưa bão, gây thiệt hại rất lớn về người và của Tổng nhiệt hàng năm từ 8500- 90000C, tổng bức xạ đạt 100- 160 kcal/cm2 , tăng dần từ Bắc vào Nam, tổng số giờ nắng khoảng 2000- 3000 giờ/năm

Chế độ bốc hơi

1.2.2.1

Khả năng bốc hơi phụ thuộc vào yếu tố khí hậu: nhiệt độ không khí, nắng, gió, độ ẩm Khả năng bốc hơi vùng nghiên cứu khoảng 800 – 1.300 mm, vùng núi bốc hơi ít khoảng 680 – 900 mm, vùng đồng bằng ven biển bốc hơi nhiều hơn khoảng 880 - 1.300mm Khả năng bốc hơi nhiều thường xảy ra vào các tháng ít mưa, nhiều nắng, nhiệt độ cao và tốc độ gió lớn, khả năng bốc hơi nhỏ thì ngược lại

Bảng 1-1 Chế độ bốc hơi một số trạm khu vực Trung Trung Bộ

Đồng Hới 60 44 53 73 125 169 194 152 86 78 77 72 1183 Đông Hà 54 47 66 91 147 212 237 194 95 65 60 57 1325

Chế độ mưa

1.2.2.2

Do đặc điểm địa hình, khu vực Trung Trung Bộ có dãy Trường Sơn chia cắt nên khu vực này có tâm mưa Bạch Mã thuộc Huế và lượng mưa biến đổi theo không gian về hai phía Bắc, Nam Mùa mưa thực sự kéo dài từ tháng IX đến tháng XII nhưng bắt đầu

từ tháng VIII, lượng mưa đã tăng nhanh đáng kể

Phía bắc đèo Hải Vân, lượng mưa có xu hướng tăng dần từ Tây sang Đông và từ Nam

ra Bắc Là vùng có lượng mưa thuộc loại tương đối phong phú, lượng mưa trung bình nhiều năm 1900 ÷ 3600 mm Lượng mưa có xu hướng tăng dần từ Tây sang Đông và

từ Nam ra Bắc Lưu vực sông Hương có chế độ mưa biến động mạnh nhất Nam Đông cách Thượng Nhật 7km, nhưng chênh lệch lượng mưa năm đến trên 500mm Mưa ở lưu vực sông Hương cũng chia làm hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa ít mưa Lượng mưa bình quân năm ở đây tăng dần từ Đông sang Tây và từ Bắc vào Nam mà trung tâm mưa lớn nhất là sườn Bạch Mã Trung bình 1 năm có 200 đến 220 ngày có mưa ở vùng miền núi và 150- 160 ngày có mưa ở vùng đồng bằng Tuy nhiên số ngày có mưa cũng phân bố không đều trong các tháng từ tháng I đến tháng IX có số ngày mưa ít nhất và từ tháng X đến tháng XII có số ngày mưa nhiều nhất, có năm mưa liên tục cả tháng

Phía Nam đèo Hải Vân, về mùa hạ, trong khi mùa mưa đang diễn ra trong phạm vi cả nước thì các tỉnh Trung Bộ do hiệu ứng phơn phía sườn khuất gió (phía Đông Trường Sơn) đang là mùa khô kéo dài với những ngày thời tiết khô nóng, đặc biệt ở vùng đồng bằng ven biển và các thung lũng dưới thấp Bên cạnh đó vùng núi phía Tây có dịu mát hơn do ảnh hưởng một phần mùa mưa của Tây Nguyên Lượng mưa hàng năm vùng nghiên cứu từ 2000  4000 mm và phân bố như sau: Từ 3.000  4.000 mm ở vùng núi cao như Trà My, Tiên Phước, Trà Bồng Từ 2.500  3.000 mm ở vùng núi trung bình

17

Khâm Đức, Nông Sơn, Quế Sơn Từ 2.000  2.500 0mm ở vùng núi thấp và đồng bằng ven biển: Hiên, Ba Na, Hội Khách, Ái Nghĩa, Giao Thuỷ, Hội An, Đà Nẵng Vùng nghiên cứu thời điểm bắt đầu mùa mưa không đồng nhất: Vùng núi mùa mưa đến sớm hơn (do ảnh hưởng mùa mưa Tây Trường Sơn) và chậm dần về phía đồng bằng ven biển Vùng mưa lớn chủ yếu ở vùng núi cao như Trà Bồng, Ba Tơ, Giá Vực, Sơn Long, Minh Giang từ 3200 – 3800 mm và vùng trung du, đồng bằng ven biển lượng mưa chỉ còn 1600 - 2500 mm

Hình 1-4 Bản đồ đẳng trị mưa năm Việt Nam

200 - 300 mm, lưu vực sông Gianh đạt từ 199 – 250 mm, lưu vực sông Kiến Giang từ

210 – 300 mm Lượng mưa một ngày lớn nhất phổ biến đạt từ 460 đến hơn 680 mm, một số điểm mưa lớn như Lệ Thủy và Đồng Hới, Đồng Tâm Thời kỳ mưa lớn chủ yếu tập trung vào tháng X hàng năm Theo số liệu quan trắc lượng mưa lớn nhất ngày tại Huế có thể lên tới 500 mm đến trên 900 mm, ở vùng cao đạt khoảng 600 mm đến trên

1000 mm Phía Nam đèo Hải Vân, do chịu tác động mạnh mẽ của mưa do bão, áp thấp nhiệt đới và các nhiễu động thời tiết biển Đông gây ra, các nơi thuộc vùng nghiên cứu

có lượng mưa ngày đêm khá lớn Lượng mưa một ngày lớn nhất dao động từ 500 đến hơn 700 mm, một số điểm có mưa lớn như Tiên Phước (534 mm), Khâm Đức (531 mm), 723 mm tại Giá Vực, Quảng Ngãi đạt 525mm, Trà Khúc 513mm, An chỉ 599,7mm Đặc biệt trận mưa lũ tháng XI và tháng XII năm 1999 đã gây mưa rất lớn trên vùng nghiên cứu, lượng mưa 1 ngày max đạt 677,2 mm tại Sơn Giang, 639,5 mm tại Ba Tơ

Gió bão

1.2.2.4

Khu vực Nam Trung Bộ chịu ảnh hưởng của hai luồng gió chính: từ tháng V đến tháng

IX hướng Đông Nam và Tây Nam, từ tháng X đến tháng IV hướng Đông và Đông 30 Bắc Tốc độ gió bình quân hàng năm vùng núi đạt 0,7  1,3 m/s, trong khi đó vùng đồng bằng ven biển đạt 1,3  1,6 m/s Bão thường xuất hiện từ biển Đông, do tác dụng chắn gió của các đỉnh núi cao và dãy Trường Sơn làm cho tốc độ gió và tốc độ di chuyển của bão bị chậm lại, bão trở thành vùng áp thấp gây gió mạnh và mưa lớn tạo nên lũ lụt vùng hạ du các sông hoặc hình thành lũ quét vùng thượng du Tốc độ gió lớn nhất quan trắc được khoảng 40m/s tại các vùng ven biển nơi có bão mạnh Bão thường xuất hiện từ biển Đông Do tác động chắn gió của dải Trường Sơn nên hàng năm vùng thượng và trung lưu thường không có bão Khi bão từ biển Đông đổ bộ vào gặp dải Trường Sơn làm cho tốc độ gió và tốc độ di chuyển của bão chậm lại Bão trở thành vùng áp thấp gây gió mạnh và mưa lớn cho toàn bộ lưu vực Riêng phần hạ lưu sông

Ba mở ra theo hướng Đông – Tây nên thuận tiện cho bão tràn vào gây gió mạnh và

19

mưa lớn ở hạ lưu Tần suất xuất hiện bão lớn nhất tháng IX – XI

Các hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn

- Bão và ATNĐ đổ bộ liên tiếp: Đây là hình thế thời tiết hay gặp Đặc điểm chung của loại hình 162 thế thời tiết này là trong vòng 8 ÷15 ngày có 2 ÷ 3 hoặc 4 cơn bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào vùng, như trận bão X/1983, VII, IX, X/1996, 1998, 1999,

2007, 2009, 2010 Lượng mưa rất lớn đạt trên 800 mm ÷ 1.700 mm ở vùng tâm bão đi qua hoặc bão tan thành ATNĐ gặp không khí lạnh; do mưa lớn trên diện rộng gây ra

lũ rất lớn nhất là ở hạ du các sông nơi bão đổ bộ vào

- Áp thấp nhiệt đới kết hợp với không khí lạnh: Loại hình thế thời tiết gây ra mưa rất lớn trên diện rộng lượng mưa đạt 800 mm ÷ 1.200 mm gây ra lũ lớn Điển hình cho dạng thời tiết này là do bão kết hợp không khí lạnh gây mưa lớn thượng nguồn sông Gianh 22/XI/1979 hoặc áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào Phú Yên di chuyển lên phía Bắc gặp không khí lạnh gây mưa lớn từ Hà Tĩnh tới Phú Yên gây lũ đặc biệt lớn ở vùng Quảng Trị - Thừa Thiên Huế vào cuối tháng X/1983 Các loại hình thời tiết gây mưa lũ trên đã gây ra mưa lớn và gây lũ trong toàn vùng nghiên cứu như các năm 1964, 1970,

1985, 1996, 1999, 2007, 2009, 2010 hoặc một số năm cũng gây lũ đặc biệt lớn ở một

Lưu vực sông Gianh, Nhật Lệ, lưu vực sông Thạch Hãn và lưu vực sông Hương lũ mang tính chất lũ núi rất rõ rệt, chịu ảnh hưởng trực tiếp của mưa bão, các nhiễu động

20

thời tiết gây mưa lớn cộng với sông suối ngắn có độ dốc lớn nên nước lũ tập trung nhanh, biên độ lũ lớn, cường suất nước lũ lớn, thời gian lũ lên ngắn, dạng lũ nhọn, nhiều đỉnh Đặc điểm này là do cường độ mưa lớn, tập trung nhiều đợt, tâm mưa nằm

ở trung hạ du các lưu vực sông, độ dốc sông lớn, nước tập trung nhanh Thời gian duy trì trận lũ thường là 2 ÷ 5 ngày đối với sông có lưu vực tương đối lớn, từ 1 ÷ 2 ngày với sông suối có lưu vực nhỏ hơn Lũ trên các lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, Trà Khúc lũ xảy ra dồn dập trong thời gian không dài và các trận lũ thường là lũ kép từ 2 đỉnh trở lên Một trong những đặc điểm lũ trong khu vực là lũ lên nhanh, xuống nhanh với biên độ và cường suất lũ lớn ở thượng và trung lưu, lũ lên tương đối nhanh nhưng rút chậm ở hạ lưu

Ở thượng lưu và trung lưu các sông, do cường suất mưa lớn, địa hình dốc, lòng sông hẹp nên lũ lên nhanh xuống nhanh với cường suất lũ lên trung bình khoảng 30- 70 cm/giờ, lớn nhất tới 100-400 cm/giờ Hạ du các sông chịu ảnh hưởng thủy triều mạnh, một số cơn bão mạnh đã làm nước dâng lên ở vùng ven biển rất lớn, nên lũ có cơ hội gặp đỉnh triều thì sẽ gây lũ lớn ở hạ du các sông

Định hướng nghiên cứu

1.3

Phân vùng

mưa rào Việt Nam

Hình 1-5 Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về công cụ hỗ trợ phục vụ tính toán lũ thiết kế áp dụng cho lưu

Thu thập các tài liệu nghiên cứu

Tính toán cường độ mưa thiết kế ứng với các thời đoạn (PTTS)

Các công thức I kinh nghiệm

Xây dựng đường cong IDF cho khu vực Trung Trung Bộ

21

vực không có tài liệu đo đạc lũ trên thế giới và Việt Nam cho thấy IDF và bản đồ đẳng trị, bản đồ phân vùng mưa là công cụ phổ biến Tuy nhiên hiện nay, ở nước ta công cụ này đã được xây dựng từ những thập niên 80 của thế kỷ 20 chưa được cập nhật cho phạm vi toàn quốc Khu vực Trung Trung Bộ là dải đất hẹp dài gồm các tỉnh duyên hải miền chung thường xuyên chịu ảnh hưởng nặng nề của bão lũ, các lưu vực của vùng này nhỏ, mạng lưới quan trắc thủy văn khá thưa Chính vì vậy, luận văn định hướng nghiên cứu xây dựng công cụ hỗ trợ tính toán lũ thiết kế cho khu vực Trung Trung Bộ,

cụ thể là xây dựng bản đồ đẳng trị mưa thời đoạn ngắn (1 giờ và 1 ngày lớn nhất), thiết lập công thức tổng quát IDF giúp chi tiết hóa cường độ mưa ngày, giời lớn nhất về thời

đoạn nhỏ hơn Sơ đồ nghiên cứu thể hiện trong Hình 1-5 Cụ thể, luận văn tiến hành thu thập tài liệu về đặc điểm KTTV khu vực nghiên cứu, phân vùng mưa rào của Việt Nam hiện nay đang được sử dụng trong TTTV, tài liệu đo mưa thời đoạn ngày và thời đoạn ngắn tại các trạm KTTV và đo mưa Sau đó, luận văn tiến hành phân tích tần suất xác định cường độ mưa ứng với các thời đoạn khác nhau thiết kế từ đó xây dựng bản đồ đẳng trị mưa, xây đựng đường cong IDF và công thức tổng quát quan hệ của cường độ mưa theo thời kỳ lặp lại

thể hiện trong Error! Reference source not found đến Hình 2-3 Luận văn đã thu

thập đƣợc số liệu mƣa ngày của 65 trạm (danh sách các trạm liệt kê trong

Hình 2-4 Vị trí trạm đo mƣa tại Thừa Thiên Huế

23

Hình 2-5 Vị trí trạm đo mƣa tại Quảng Nam

Hình 2-6 Vị trí trạm đo mƣa tại Đà Nẵng Bảng 2-1) với các thời kỳ đo khác nhau chủ yếu là từ năm 1980 đến năm 2005 và đồng

bộ từ năm 2010 đến 2018; số liệu mƣa 1 giờ của các trạm này đầy đủ từ năm 2010 đến

24

2018 và số liệu mƣa 15 phút (nguồn số liệu đo theo dự án ODA của đài khí tƣợng thủy

văn khu vực Trung Trung Bộ)

Hình 2-1 Vị trí trạm đo mƣa tại Quảng Bình Hình 2-2 Vị trí trạm đo mƣa tại Quảng Trị

25 Hình 2-3 Vị trí trạm đo mƣa tại Quảng Ngãi

26

Error! Reference source not found

Hình 2-4 Vị trí trạm đo mƣa tại Thừa Thiên Huế

Hình 2-5 Vị trí trạm đo mƣa tại Quảng Nam

28

24 Cổ Bi (Phong Sơn) Thừa Thiên Huế 756282 1818390

32 Cầu Truồi Thừa Thiên Huế 795531 1806626

Phương pháp tính toán cường độ mưa thời đoạn ngắn thiết kế

2.2

Trong phân tích tính toán thủy văn, việc ước tính cường độ mưa ứng với các tần suất thiết kế khác nhau là rất quan trọng Tần suất xuất hiện cường độ mưa được xác định

Khi đó tần suất tích lũy, cường độ mưa lớn nhất thời đoạn được xác định bằng cách sử dụng hàm phân phối xác suất (ví dụ: GEV, Phân phối Gumbel, Pearson loại III …)

2.2.1 Lựa chọn hàm phân phối xác suất

Để xác định cường độ mưa thời đoạn ngắn thiết kế, luận văn tiến hành phân tích tần suất (PTTS) xây dựng đường tần suất (ĐTS) từ chuỗi tài liệu đo mưa tự ghi liên tục Lựa chọn một số hàm phân phối xác suất (HPPXS) thích hợp để PTTS xác định các giá trị cường độ mưa thiết lế ứng với các phân vị các tần suất vượt hay chu kỳ lặp lại khác nhau [28, 29] Trong thực tiễn thường sử dụng chuỗi giá trị mưa lớn nhất từng thời kỳ hơn là lựa chọn chuỗi các giá trị vượt một ngưỡng nhất định vì tránh được sự chủ quan và khó khăn trong đề xuất giá trị ngưỡng [30] Tuy nhiên, chưa có đề xuất cụ thể một HPPXS nào thích hợp cho tất cả các chuỗi dữ liệu thực đo tại tất cả các trạm Trong tính toán ứng dụng hiện nay có rất nhiều các HPPXS khác nhau đã được đề xuất cho việc PTTS các biến cực trị trong thủy văn và các hàm này thường được liệt kê thành họ các hàm phân phối Có thể kể đến như họ hàm phân phối chuẩn, họ phân phối cực trị, họ Gamma, họ Bêta, họ Pareto, họ Hyphen, và nhiều họ khác [31, 28, 29] Trên thế giới, một số HPPXS được phân tích lựa chọn từ quá trình thực hành PTTS như là: hàm Gumbel ở Châu Âu và Nhật Bản, hàm GEV ở Úc, hàm GEV GNO và Log-Pearson 3 ở Canada Log – Pearson loại III và Pearson III ở Mỹ, hàm GLO ở Anh [28, 29] Ở Việt Nam, HPPXS Pearson III được sử dụng rộng rãi để xác định các đặc trưng mưa, lũ thiết kế [32] Nguyễn Trường Huy và nnk (2017) sử dụng liệt tài liệu mưa ngày lớn nhất của 155 trạm đo mưa của Việt Nam phân tích so sánh mức độ miêu

tả của 7 HPPXS phổ biến với các tiêu chí đánh giá khác nhau, cho thấy hàm GNO là

: hàm Gamma của biến số α

a, b là hằng số

Luận văn bước đầu tính toán cường độ mưa thời đoạn ngắn thiết kế cho khu vực Trung Trung Bộ sử dụng tài liệu đo mưa tự ghi với 4 HPPXS là hàm cực trị tổng quát (GEV), hàm Gumbel (GUM), hàm Pearson III và hàm Log – Pearson III

2.2.2 Phương pháp vẽ đường tần suất cường độ mưa thiết kế

Tần suất kinh nghiệm

Trong PTTS, nhiều dạng công thức kinh nghiệm được sử dụng phổ biến để xác định tần suất kinh nghiệm khi xây dựng đường tần suất kinh nghiệm

a Công thức vọng số của Weibull và Kritsky-Menken

b Công thức trung bình Hazen

c Công thức số giữa của Che-gô-đa-ép

Trong đó: m là số các giá trị lớn hơn hay bằng giá trị đã cho; n là số số liệu trong mẫu Luận văn lựa chọn công thức vọng số của Weibull và Kritsky-Menken, để tính toán tần suất kinh nghiệm cho chuỗi thống kê

Đường tần suất lý luận

Luận văn sử dụng phương pháp thích hợp dần để xây dựng đường tần suất lý luận cường độ mưa thời đoạn ngắn thiết kế trong phần mềm vẽ đường tần suất FFC 2008 Đường tần suất lý luận được xây dựng ứng với 4 HPPXS được lựa chọn phù hợp với việc PTTS lượng mưa và cường độ mưa lớn nhất thời đoạn Đó là hàm cực trị tổng quát (GEV), hàm Gumbel (GUM), hàm Pearson III và hàm Log – Pearson III