LUẬN VĂN THẠC SĨ: NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH TẦN SUẤT MƯA VÙNG VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ MƯA CHO TỈNH QUẢNG NAM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN VĨNH LONG

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH TẦN SUẤT
MƯA VÙNG VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ MƯA
CHO TỈNH QUẢNG NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

- ĐÀ NẴNG, 2015 -


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN VĨNH LONG

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH TẦN SUẤT
MƯA VÙNG VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ MƯA
CHO TỈNH QUẢNG NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thuỷ
Mã số: 60.58.0202

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Chí Cơng

- ĐÀ NẴNG, 2015 -

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu sử dụng trong luận văn là trung thực và kết quả tính tốn
trong luận văn này chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Vĩnh Long


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Sự cần thiết phải nghiên cứu ................................................................. 1
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu......................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................. 3
6. Cấu trúc luận văn .................................................................................. 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................... 4
1.1. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ................................. 4
1.1.1. Các nghiên cứu ngoài nước............................................................. 4
1.1.2. Các nghiên cứu trong nước ............................................................. 6
1.2. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TỈNH QUẢNG NAM ....................................... 8
1.2.1. Vị trí địa lý ...................................................................................... 8
1.2.2. Đặc điểm địa hình ........................................................................... 9
1.3. ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NAM ........... 10
1.3.1. Đặc điểm mưa ............................................................................... 10
1.3.2. Đặc điểm lũ trên lưu vực............................................................... 11

1.3.3. Phân vùng khí hậu tỉnh Quảng Nam ............................................. 13
1.4. HIỆN TRẠNG CÁC TRẠM KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN ...................... 15
1.4.1. Mạng lưới trạm quan trắc mưa tỉnh Quảng Nam .......................... 15
1.4.2. Đánh giá về chất lượng dữ liệu mưa ............................................. 18
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH TẦN SUẤT MƯA
VÙNG ............................................................................................................. 20
2.1 SÀNG LỌC SỐ LIỆU ............................................................................... 21
2.1.1. Mục đích ....................................................................................... 21
2.1.2. Phương pháp - Chỉ số đánh giá tính khơng phù hợp (Di) ............. 21


2.2. ĐỊNH DẠNG VÙNG ĐỒNG NHẤT ...................................................... 22
2.2.1. Vùng đồng nhất ............................................................................. 22
2.2.2. Xác định vùng đồng nhất .............................................................. 23
2.2.3. Lựa chọn hàm phân phối cho phân tích tần suất mưa vùng ......... 24
2.2.4. Các dạng hàm phân phối trong phân tích thống kê ...................... 25
2.3. ƯỚC LƯỢNG GIÁ TRỊ - PHÂN TÍCH TẦN SUẤT MƯA VÙNG...... 28
2.3.1. Chỉ số mưa vùng ........................................................................... 28
2.3.2. Tổng quan về suy luận Bayesian .................................................. 29
2.3.3. Likelihood của mẫu số liệu quan trắc ........................................... 29
CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PHÂN TÍCH TẦN SUẤT MƯA VÙNG CHO
TỈNH QUẢNG NAM .................................................................................... 31
3.1. BIẾN ĐỔI MƯA 1, 3, 5, 7 NGÀY LỚN NHẤT TỈNH QUẢNG NAM 31
3.1.1. Lượng mưa một ngày max trung bình .......................................... 31
3.1.2. Lượng mưa một ngày lớn nhất tuyệt đối ...................................... 31
3.1.3. Đặc điểm mưa thời khoảng 3, 5, 7 ngày max ............................... 32
3.2. DỮ LIỆU MƯA PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU .......................................... 33
3.3 ÁP DỤNG PHÂN TÍCH TẦN SUẤT MƯA VÙNG CHO TỈNH QUẢNG
NAM................................................................................................................ 38
3.3.1. Xác định tính khơng phù hợp (Di) ............................................... 38

3.3.2. Kiểm tra tính đồng nhất về lượng mưa cực trị .............................. 39
3.3.3. Lựa chọn hàm phân phối xác suất................................................. 39
3.3.4. Phân tích tần suất mưa vùng cho các mơ hình mưa ...................... 44
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN BỐ MƯA
CỰC TRỊ CHO TỈNH QUẢNG NAM ........................................................ 55
4.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY SỐ LIỆU MƯA
TRONG GIS [10] ............................................................................................ 55


4.2. MỤC ĐÍCH XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN BỐ LƯỢNG MƯA CỰC
TRỊ................................................................................................................... 56
4.3. LỰA CHỌN SỐ LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ MƯA . 57
4.4. ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN BỐ MƯA 1, 3, 5 VÀ 7
NGÀY MAX ỨNG VỚI CÁC TẦN SUẤT CHO TỈNH QUẢNG NAM ..... 57
4.5. SO SÁNH KẾT QUẢ BẢN ĐỒ MƯA NỘI SUY THEO PHƯƠNG PHÁP
TRUYỀN THỐNG VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MƯA VÙNG. ............. 71
4.6. ỨNG DỤNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ LẠI TẦN SUẤT
MƯA NĂM 1999 TRÊN LƯU VỰC HỒ PHÚ NINH .................................. 78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 81
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

RFA

Regional Frequency Analysis

GIS

Geographic Information System

GEV

Generalized extreme-value distribution

FABMC

Frequecy Analysis Bayesian MacKov Chain Monte Carlo

KTTV

Khí tượng thủy văn

ODA

Official Development Assistance

AusAID

Australian Agency for International Development


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

1.1.

Danh mục các trạm thuỷ văn trên địa bàn tỉnh Quảng Nam

17

1.2.

Danh mục các trạm khí tượng trên địa bàn tỉnh Quảng Nam

17

1.3.

Danh mục các trạm đo mưa trên địa bàn tỉnh Quảng Nam

17

1.4.

Danh sách các trạm đo mưa tự động

18

2.1.

Điều kiên đánh giá tính không phù hợp dự trên chỉ số Di

ứng với số lượng N trạm của vùng nghiên cứu

22

3.1.

Lượng mưa ngày lớn nhất tại các trạm

32

3.2.

33

3.3.

Các trạm quan trắc lượng mưa sử dụng tính tốn
Lượng mưa 1 ngày max các trạm trong vùng nghiên cứu

3.4.

Kết quả tính tốn Di cho khu vực nghiên cứu

38

3.5.

Giá trị chỉ số đồng dạng Hi

39

3.6.

Giá trị tuyệt đối của ZDIST
Giá trị mưa 1 ngày max ứng với 1,5%;1,0%;0,5%, tương
ứng với giá trị Maximum Likelihood
Giá trị mưa 3 ngày max ứng với 1,5%;1,0%;0,5%, tương
ứng với giá trị Maximum Likelihood
Giá trị mưa 5 ngày max ứng với 1,5%;1,0%;0,5%, tương
ứng với giá trị Maximum Likelihood
Giá trị mưa 7 ngày max ứng với 1,5%;1,0%;0,5%, tương
ứng với giá trị Maximum Likelihood

39

3.7.
3.8.
3.9.
3.10.

35

46
47
47
48

3.11.

Lượng mưa 1 và 3 ngày max ứng với độ tin cậy 5%, ML,

95%

48

3.12.

Lượng mưa 5 và 7 ngày max ứng với độ tin cậy 5%, ML,
95%

49

4.1.

Lượng mưa 7 ngày max các trạm Tam Kỳ, Phước Sơn và
Trà My, Trà Bồng và Châu Ổ ứng với các tần suất và độ
tin cậy tương ứng

79

4.2.

Lượng mưa quan trắc được tại trạm Xuân Bình và Phú
Ninh từ ngày 1-7/12/1999

79


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình vẽ

1.1.

Tên hình vẽ
Bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu

Trang
9

1.4.

Các khu vực đã xảy ra lũ quét trên lãnh thổ Việt Nam trong
giai đoạn 1953-2010
Bản đồ ngập lụt tỉnh ứng với mức BĐ3 - trạm Ái Nghĩa và
Câu Lâu
Bản đồ Phân vùng khí hậu tỉnh Quảng Nam

3.1.

Bản đồ vị trí trạm quan trắc mưa sử dụng

34

3.2.

Biểu đồ hệ số L-moment của mơ hình mưa 1 ngày max

40

3.3.

Biểu đồ hệ số L-moment của mơ hình mưa 3 ngày max

40

3.4.

Biểu đồ hệ số L-moment của mô hình mưa 5 ngày max

41

3.5.

Biểu đồ hệ số L-moment của mơ hình mưa 7 ngày max

41

1.2.
1.3.

10
12
14

3.12.

Đường tần suất mưa 1ngày max trạm Hiên với phân phối
Normal
Đường tần suất mưa 1ngày max trạm Hiên với phân phối
GEV
Đường tần suất mưa 1ngày max trạm Hiên với phân phối

Pearson III
Đường tần suất mưa 3ngày max trạm Hiên với hàm phân
phối GLO
Đường tần suất mưa 3ngày max trạm Hiên với hàm phân
phối GEV
Dạng đường cong tần suất hàm cực trị tổng quát - GEV
Đường tần suất mưa 1 ngày max trạm Hiên

3.13.

Đường tần suất mưa 1 ngày max trạm Thành Mỹ

45

3.14.

Đường tần suất mưa 1 ngày max trạm Hội Khách

45

3.15.

Đường tần suất mưa 1 ngày max trạm Ái Nghĩa

46

3.6.
3.7.
3.8.
3.9.

3.10.
3.11.

3.16.
3.17.

Hướng chiếu số liệu mưa cực trị theo trục Đơng Bắc
(hướng gió)
Biểu đồ độ tin cậy (5% và 95%) của lượng mưa 1 ngày
max (P=1%) tỉnh Quảng Nam

42
42
43
43
43
44
45

50
51


Số hiệu
hình vẽ
3.18.
3.19.
3.20.
4.1.
4.2.

4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
4.9.
4.10.
4.11.
4.12.
4.13.

Tên hình vẽ
Biểu đồ độ tin cậy (5% và 95%) của lượng mưa 3 ngày
max (P=1%) tỉnh Quảng Nam
Biểu đồ độ tin cậy (5% và 95%) của lượng mưa 5 ngày
max (P=1%) tỉnh Quảng Nam
Biểu đồ độ tin cậy (5% và 95%) của lượng mưa 7 ngày
max (P=1%) tỉnh Quảng Nam
Bản đồ phân bố lượng mưa 1 ngày max tỉnh Quảng Nam
(P=1,0%), ứng với độ tin cậy 5%.
Bản đồ phân bố lượng mưa 1 ngày max tỉnh Quảng Nam
(P=1,0%)
Bản đồ phân bố lượng mưa 1 ngày max tỉnh Quảng Nam
(P=1,0%), ứng với độ tin cậy 95%
Bản đồ phân bố lượng mưa 3 ngày max tỉnh Quảng Nam
(P=1,0%), ứng với độ tin cậy 5%
Bản đồ phân bố lượng mưa 3 ngày max tỉnh Quảng Nam
(P=1,0%)
Bản đồ phân bố lượng mưa 3 ngày max tỉnh Quảng Nam

(P=1,0%), ứng với độ tin cậy 95%
Bản đồ phân bố lượng mưa 5 ngày max tỉnh Quảng Nam
(P=1,0%), ứng với độ tin cậy 5%
Bản đồ phân bố lượng mưa 5 ngày max tỉnh Quảng Nam
(P=1,0%)
Bản đồ phân bố lượng mưa 5 ngày max tỉnh Quảng Nam
(P=1,0%), ứng với độ tin cậy 95%.
Bản đồ phân bố lượng mưa 7 ngày max tỉnh Quảng Nam
(P=1,0%), ứng với độ tin cậy 5%
Bản đồ phân bố lượng mưa 7 ngày max tỉnh Quảng Nam
(P=1,0%
Bản đồ phân bố lượng mưa 7 ngày max tỉnh Quảng Nam
(P=1,0%), ứng với độ tin cậy 95%
Bản đồ phân bố lượng mưa 7 ngày max khu vưc Tây Băc
tỉnh Quảng Nam (P=1,0%), ứng với độ tin cậy 95%.

Trang
52
53
54
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68

69
70
71


Số hiệu
hình vẽ
4.14.
4.15.
4.16.
4.17.
4.18.
4.19.
4.20.
4.21.
4.22.
4.23.

Tên hình vẽ
Bản đồ mưa 1 ngày max, P=1%, theo phương pháp truyền
thống-sử dụng suy luận tần suất và dạng phân phối GEV
Bản đồ mưa 1 ngày max, P=1%, theo phương pháp phân
tích vùng-sử dụng suy luận Bayesian và dạng phân phối
GEV
Bản đồ mưa 3 ngày max, P=1%, theo phương pháp truyền
thống-sử dụng suy luận tần suất và dạng phân phối GEV
Bản đồ mưa 3 ngày max, P=1%, theo phương pháp phân
tích vùng-sử dụng suy luận Bayesian và dạng phân phối
GEV
Bản đồ mưa 5 ngày max, P=1%, theo phương pháp truyền

thống-sử dụng suy luận tần suất và dạng phân phối GEV
Bản đồ mưa 5 ngày max, P=1%, theo phương pháp phân
tích vùng-sử dụng suy luận Bayesian và dạng phân phối
GEV
Bản đồ mưa 7 ngày max, P=1%, theo phương pháp truyền
thống-sử dụng suy luận tần suất và dạng phân phối GEV
Bản đồ mưa 7 ngày max, P=1%, theo phương pháp phân
tích vùng-sử dụng suy luận Bayesian và dạng phân phối
GEV
Bản đồ vị trí lưu vực hồ Phú Ninh
Biểu diễn lượng mưa 7 ngày max lưu vực Phú Ninh
(P=1%; 0,5%; 0,2%; 0,1%)

Trang
73
73
75
75
76
76
77
77
78
80


1

MỞ ĐẦU
1. SỰ CẦN THIẾT PHẢI NGHIÊN CỨU

Quảng Nam là một tỉnh duyên hải Miền Trung phía Bắc giáp tỉnh Thừa
Thiên Huế và Đà Nẵng ; phía Tây giáp với nước bạn Lào; phía Nam giáp với
tỉnh Quảng Ngãi, Kon Tum và phía Đơng giáp biển Đơng. Hàng năm, tình
hình mưa lũ diễn biến rất phức tạp với lượng mưa phân bố không đều và mưa
tập trung tại một số huyện như: Trà My, Đơng Giang và Tây Giang (Hình a).
Hình thái gây mưa lớn thường do khối khơng khí lạnh từ phía Bắc và áp thấp
từ biển Đơng kết hợp với địa hình núi cao đã tạo nên những trận mưa lớn gây
lũ trên tồn lưu vực sơng của tỉnh Quảng Nam 8.

Hình a. Lượng mưa năm trung Hình b. Ước tính và dự báo lượng mưa tương
bình (Nguồn : Đài KTTV Trung lai cho khu vực Nam Trung Bộ (Nguồn : Dự
án AusAID của Bộ Tài nguyên và Môi trường)
Trung Bộ)
Theo các kết quả nghiên cứu của dự án "Dự tính khí hậu tương lai với độ
phân giải cao cho Việt Nam" được cơ quan Phát triển Quốc tế Úc (AusAID)
thực hiện và được Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố năm 2013 [3]. Các
kết quả cho thấy rằng về dự tính xu thế mưa trên khu vực Nam Trung Bộ với


2

kịch bản của biến đổi khí hậu trong tương lai (2030 và 2050) thì lượng mưa
trên tồn khu vực có khuynh hướng tăng và biên độ dự đoán dao động lớn.
Từ những luận cứ trên, đã đặt ra nhiều câu hỏi cho các đơn vị quản lý
lưu vực sông và các nhà thiết kế trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy trên
địa bàn tỉnh Quảng Nam rằng: Liệu trong tương lai có xuất hiện những trận
mưa cực hạn (extreme rainfall ) với lượng mưa lớn hơn nhiều so với các số
liệu đã quan trắc hay không? Phương pháp phân tích tần suất truyền thống
dựa trên suy luận tần suất liệu có ước tính được giá trị cực hạn này chưa và độ
tin cậy là bao nhiêu? Nếu các trận lũ được tạo ra từ các trận mưa này thì liệu

các hồ đập có đảm bảo an tồn hay khơng? Trong khi lưu lượng lũ thiết kế
của các cơng trình dựa trên kết quả tính tần suất từ một mơ hình mưa bất lợi
của một hoặc một số trạm đo mưa đại diện. Theo nguyên lý xác suất thống kê
và phương pháp suy luận truyền thống (suy luận tần suất) thì với kích thước
mẫu số liệu quan trắc có hạn của một trạm đo (khu vực miền Trung, số liệu
mưa ngày dứơi 40 năm) là khó có thể ước tính được các giá trị mưa ứng với
các tần suất cực hạn như: 0,1% ; 0,5%; 1,0%...
Để giải quyết vấn đề trên, hiện nay có một phương pháp mới trong phân
tích tần suất 12-24 đó là phương pháp phân tích tần suất mưa vùng để làm
lớn kích thước mẫu số liệu của các trạm đo trong vùng nghiên cứu thông qua
chỉ số mưa vùng (index rainfall) và dựa trên suy luận Bayesian, thuật tốn
Markov chain Monte Carlo để ước tính các tần suất cực hạn với độ tin cậy
cao.
Đây chính là động lực giúp tác giả thực hiện đề tài : Nghiên cứu tần suất
mưa vùng và xây dựng bản đồ mưa cho tỉnh Quảng Nam.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu áp dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng, từ đó
xây dựng các bản đồ mưa ứng với các tần suất cực hạn cho tỉnh Quảng Nam.


3

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tượng: Số liệu mưa ngày các trạm Khí tượng, trạm thủy văn và
trạm đo mưa nhân dân trong vùng nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu: Tiến hành thu thập và phân tích số liệu mưa tất cả
các trạm trên địa bàn tỉnh Quảng Nam và các trạm lân cận giáp ranh giới tỉnh.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phương pháp thống kê, tổng hợp địa lý, thông tin địa lý GIS.
- Phương pháp phân tích tần suất mưa vùng.

- Phương pháp kiểm chứng.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
+ Ý nghĩa khoa học
Đề tài tiếp cận theo một phương pháp mới trong phân tích tần suất mưa,
nhằm cải thiện những hạn chế của phương pháp truyền thống để từ đó ước
tính được các giá trị mưa ứng với các tần suất cực hạn với độ tin cậy cao. Làm
cơ sở khoa học cho các ban ngành liên quan trong tỉnh Quảng Nam trong việc
kiểm tra an toàn hồ đập và chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu.
+ Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu dự kiến làm tài liệu tham khảo và kiểm chứng cho
các đơn vị quản lý nhà nước, thiết kế cơng trình, dự báo khí tượng thủy văn
và vận hành các hồ đập trên địa bàn tỉnh Quảng Nam.
6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Luận văn gồm phần Mở đầu, 04 chương và phần kết luận và kiến nghị.
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết phân tích tần suất mưa vùng
Chương 3: Áp dụng phân tích tần suất mưa vùng cho tỉnh Quảng Nam
Chương 4: Ứng dụng GIS xây dựng bản đồ mưa cực hạn cho tỉnh Quảng
Nam
Kết luận và kiến nghị


4

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC
Trong những năm gần đây khí hậu có chiều hướng diễn biến phức tạp.

Những biến đổi bất thường của khí hậu đã tác động đáng kể đến sự biến động
của các yếu tố khí tượng, đặc biệt là lượng mưa. Dẫn đến sự biến đổi của chu
trình thủy văn và tài nguyên nước trong hệ thống khí hậu, làm thay đổi các giá
trị trung bình cũng như cực trị của khí hậu. Gây ảnh hưởng xấu đến sự phát
triển của sinh vật cũng như tác động tiêu cực đến đời sống con người.
Trong số những sự thay đổi đó, xu hướng biến đổi về lượng mưa, đặc
biệt là ở các trận mưa lớn (mưa cực trị - extreme rainfall) có ý nghĩa đặc biệt
quan trọng vì nó có thể là một trong những nguyên nhân gây nên các hiện
tượng thiên tai như lũ lụt, ngập úng, trượt lở đất,.. và uy hiếp đến sự an toàn
của hồ đập.
1.1.1. Các nghiên cứu ngoài nước
Trên thế giới, việc nghiên cứu về xu hướng biến đổi cũng như tần suất
xảy ra các giá trị cực hạn của môi trường như: lũ lụt, hạn hán, mưa, bão...đã
được quan tâm và nghiên cứu rất nhiều. Vì đó là cơ sở cho việc xây dựng các
phương án ứng phó khẩn cấp, thiết kế cơng trình, quản lý-vận hành hồ chứa
nước, ...và đặt biệt là việc tính tốn các chi phí liên quan đến bảo hiểm. Việc
ước tính tần suất thường rất khó khăn vì các sự kiện cực hạn rất hiếm xảy ra,
chu kỳ lặp lại lớn (T > 100 năm), trong khi dữ liệu quan trắc thường không đủ
dài cho việc phân tích và tính tốn tần suất (thường thì các liệt quan trắc < 50
năm).
Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính, phương pháp phân tích
tần suất vùng (RFA) đã được (Hosking, J. and J. Wallis, 1997) phát triển và


5

nghiên cứu sử dụng rộng rãi trong ngành khí tượng-thuỷ văn của các nước ở
Châu Âu để phân tích các giá trị cực hạn khí hậu như: lũ, mưa, hạn hán, bão...
Đặt biệt là sử dụng để phân tích tần suất lũ và mưa cực hạn. Một số nghiên
cứu phân tích về mưa cực trị có thể tóm lược:

Năm 2003, H. J. Fowler và C. G. Kilsby [20] đã phân tích tần suất mưa
cực hạn cho Vương Quốc Anh với chuỗi số liệu từ 1961 đến 2000.
Năm 2007, J. R.Wallis, M. G. Schaefer, B. L. Barker và G. H. Taylor
[29] đã sử dụng phương pháp phân tích tần suất mưa vùng để xây dựng bản
đồ mưa 24 giờ và 2 giờ lớn nhất cho bang Washington.
Năm 2011, Cosmo S. Ngongondo, Chong-Yu Xu, Lena M. Tallaksen,
Berhanu Alemaw và Bias Chirwa [17] đã phân tích tần suất mưa cực đại ứng
với các mơ hình mưa 1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất cho khu vực phía nam Malawi
sử dụng chỉ số mưa và cách tiếp cận L-moments.
Năm 2013, Tamara Benabdesselam và Hocine Amarchi [27] sử dụng các
tiếp cận vùng để tính lượng mưa ngày cực đại trên khu vực Đông Bắc của
Algeria và đã vẽ đường đẳng trị mưa một ngày max cho khu vực này.
Năm 2013, Amina Shahzadi, Ahmad Saeed Akhter và Betul Saf [12]
phân tích mưa cực đại cho khu vực gió mùa của Pakistan.
Năm 2013, Julie Carreau, Luc Neppel, Patrick Arnaud và Philippe
Cantet [23] đã phân tích tần suất mưa cực hạn cho miền nam nước Pháp và đã
so sánh 3 cách tiếp cận về phân tích tần suất mưa (1) SIGE: phương pháp tiếp
cận dựa trên nội suy tuyến tính các thơng số GEV ước tính tại trạm quan trắc.
(2) RFA: là một phương pháp phân tích tần suất vùng (xác định vùng đồng
nhất trong khu vực xung quanh các trạm quan trắc để tăng kích thước mẫu
thơng qua giá trị chỉ số vùng). (3) SHYPRE: là phương pháp sử dụng các máy
đo mưa tự động, từ lượng mưa hàng giờ ngẫu nhiên đo được. SHYPRE có thể
mơ phỏng thành chuỗi số liệu mưa, với số liệu thống kê tương tự như số liệu
quan trắc.


6

Năm 2013, Th. Arti Devi và Parthasarthi Choudhury [13] đã sử dụng
phương pháp phân tích tần suất mưa vùng để phân tích tần suất cho mưa

cực trị khu vực IV của Ấn Độ.
Tóm lại, phương pháp tiếp cận theo phương pháp phân tích tần suất mưa
vùng đã được các nước ở Châu Âu, Châu Mỹ phát triển và cho thấy những ưu
điểm vượt trội nhằm giải quyết và khắc phục những hạn chế về số liệu thống
kê. Từ đó làm cơ sở cho việc xây dựng các bản đồ mưa cực trị cho các vùng
nghiên cứu.
1.1.2. Các nghiên cứu trong nước
Ở nước ta, nhìn chung nghiên cứu về xu thế biến đổi của lượng mưa
ngày cực đại, cũng như tần suất các hiện tượng khí hậu cực đoan cịn rất mới
mẻ. Những năm gần đây, có một số các dự án được tài trợ bởi các tổ chức phi
lợi nhuận ngồi nước nhằm nghiên cứu khí hậu cực đoan ở nước ta trong điều
kiện biến đổi khí hậu, nhằm đánh giá xu thế biến động của các yếu tố cực trị
khí hậu để đưa ra các kế hoạch ứng phó, trong đó lượng mưa cực trị ln là
yếu tố được quan tâm. Các nghiên cứu có thể kể đến:
Năm 2012, dự án nghiên cứu “Dự tính khí hậu tương lai với độ phân giải
cao cho Việt Nam” được chính phủ Ôt-xtrây-li-a tài trợ, do Tổ chức Nghiên
cứu Khoa học và Cơng nghiệp Liên bang Ơt-xtrây-li-a (CSIRO) chủ trì, phối
hợp với Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Mơi trường - Bộ Tài nguyên
và Môi trường và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà
Nội thực hiện. Thứ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường Trần Hồng Hà đã ký
giới thiệu Báo cáo tóm tắt kết quả Dự án Dự tính khí hậu tương lai với độ
phân giải cao cho Việt Nam [3] để các cơ quan nghiên cứu, các Bộ, ngành và
địa phương tham khảo trong việc định hướng ứng phó với biến đổi khí hậu.
Trong đó nhận định cho khu vực Nam Trung Bộ vào giữa thế kỷ 21 (20452065 và cuối thế kỷ 21 (2045-2065) sẽ có “Lượng mưa năm ít biến đổi, Cực
trị mưa giảm nhưng có biến động với biên độ lớn”.


7

Năm 2014, dự án “Ứng dụng mơ hình hệ thống Trái đất của Na Uy xây

dựng kịch bản biến đổi khí hậu, nghiên cứu hệ thống gió mùa và các hiện
tượng khí hậu cực đoan” [10], cho biết dự tính "Lượng mưa ngày cực đại toàn
quốc ở giai đoạn cuối thế kỷ 21 có thể tăng đến trên 37% (kịch bản RCP4.5)
đến 45% (kịch bản RCP8.5)".
Ngô Đức Thành, Phan Văn Tân (2013) [9], sử dụng phương pháp kiểm
nghiệm phi tham số Mann-Kendall và phương pháp ước lượng xu thế của
Sen đánh giá xu thế biến đổi của 7 yếu tố khí tượng trên lãnh thổ Việt Nam
cho giai đoạn 1961-2007. Kết quả cho thấy lượng mưa giảm ở phía Bắc vĩ
tuyến 17 và tăng lên ở phía Nam.
Từ chuỗi số liệu lượng mưa ngày của các trạm (Vũ Thị Hằng, Chu Thị
Hường, Phan Văn Tân, 2009) [7] đã thành lập chuỗi phương trình hồi qui
tuyến tính một biến lượng mưa cực đại cho từng tháng. Từ đó đã nhận định xu
thế biến đổi lượng mưa cực đại của các vùng trên cả nước trong các giai
đoạn. Nghiên cứu này cho thấy biến động tăng dần lượng mưa cực trị ở khu
vực Nam Trung Bộ.
Đánh giá tần suất sự kiện mưa cực đại tại Hải Phòng và Nha Trang
(Phạm Hải An, Vũ Duy Vĩnh, Trần Đình Lân) đã dùng số liệu lượng mưa
ngày tại trạm Phủ Liễn (1978-2007, Hải Phòng) và tại trạm Nha Trang (19792008, Khánh Hòa), và dùng phương pháp Mann-Kendall để phân tích xu thế
mưa cực đại và sử dụng phân phối cực đại Gumbell để phân tích trị số lượng
mưa cực đại với các chu kỳ lặp lại cho trước.
Tóm lại, Ở Việt Nam các nghiên cứu về xu hướng biến đổi lượng mưa
cho tương lai tương đối hoàn chỉnh. Tuy nhiên, các nghiên cứu về tần suất
mưa cực trị vẫn cịn hạn chế. Hiện nay có 2 phương pháp suy luận: (01)
Phương pháp suy luận tần suất (truyền thống) - hiện nay đang được áp dụng
trong tính tốn và đại diện là Phần mềm FFC 2008 của Trung tâm Khoa học


8

công nghệ cửa sông ven biển và hải đảo. (02) Phương pháp suy luận Bayes Đây là phương pháp suy luận dựa trên đinh lý Bayes - Hiện vẫn chưa được

nghiên cứu nhiều ở Việt Nam và đại diện là phần mềm FAMBC của TS.
Nguyễn Chí Cơng.
Tuy nhiên, vì chuỗi quan trắc khí tượng thủy văn của nước ta cịn rất
thưa, phân bố không đồng đều, số liệu quan trắc thường khơng đảm bảo cho
việc phân tích tần suất. Để khắc phục cho tình trạng đó, việc áp dụng phương
pháp phân tích tần suất vùng (RFA) đã được phát triển và sử dụng rộng rãi
trong ngành khí tượng - thuỷ văn ở các nước Châu Âu có thể sẽ là giải pháp.
Phương pháp này có thể tổng hợp dữ liệu quan trắc của những trạm “tương
tự” - là một cách tiếp cận có thể ước lượng các giá trị cực trị cho những khu
vực khơng có trạm quan trắc hoặc những nơi có dữ liệu quan trắc ngắn.
Phương pháp phân tích tần suất dựa trên cách tiếp cận vùng hiện còn rất mới
và chưa được nghiên cứu nhiều ở nước ta. Đặc biệt cho tỉnh Quảng Nam, nơi
có hệ thống sông lớn, mật độ hồ chứa dày đặc và thường xuyên chịu tác động
của thiên tai.
1.2. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TỈNH QUẢNG NAM
1.2.1. Vị trí địa lý
Quảng Nam có diện tích tự nhiên 10.438,37 km2 là một trong những tỉnh
có diện tích lớn nhất của nước ta; bờ biển dài 125km, từ Hịa Hải, Điện
Dương đến phía bắc vịnh Dung Quốc. Phía Bắc giáp thành phố Đà Nẵng và
tỉnh Thừa Thiên - Huế, phía Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi, phía Tây giáp nước
Cộng hoà dân chủ nhân dân Lào và tỉnh Kon Tum, phía Đơng giáp Biển
Đơng. Có 18 đơn vị hành chính: thành phố Tam Kỳ, thành phố Hội An (bao
gồm đảo Cù lao Chàm), các huyện đồng bằng là Duy Xuyên, Điện Bàn,
Thăng Bình và Núi Thành; các huyện đồng bằng - trung du: Phú Ninh, Quế
Sơn, Đại Lộc và các huyện miền núi là: Bắc Trà My, Nam Trà My, Nam


9

Giang, Đông Giang, Tây Giang, Phước Sơn, Hiệp Đức, Tiên Phước và Nơng

Sơn, tỉnh lỵ đóng tại thành phố Tam Kỳ.
1.2.2. Đặc điểm địa hình
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 1.000m trong dãy
Bạch Mã; phía Tây bị án ngữ bởi những khối núi đồ sộ, như đỉnh Lum Heo
cao 2.045m, đỉnh Tion cao 2.032m, đỉnh Gle-lang cao 1.865m, núi Mang cao
1.708m; phía Tây Nam có đỉnh Ngọc Linh cao 2.598 m làm ranh giới với tỉnh
KonTum; phía Nam cũng có những đỉnh cao trên 1.000 m chạy ra gần sát
biển làm thành ranh giới phân chia Quảng Nam với tỉnh Quảng Ngãi.

Cao độ
(m)

Hình 1.1. Bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu
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 và bờ biển. Phân bố hệ thống núi


10

theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, thấp dần từ Tây sang Đông. Một số huyện,
thị 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.
Do yếu tố vị trí địa lý và địa hình nên Quảng Nam là tỉnh phải thường
xuyên gánh chịu các loại hình thiên tai như mưa lớn, bão, lũ, trượt lở đất [6].
Quảng Nam là tỉnh thường xuyên phải gánh chịu những hâu quả hết sức
nặng nề do lũ, lụt. Số đợt lũ trung bình trên hệ thống sông Vu Gia- Thu Bồn:
+ Từ báo động 1 trở lên: Trung bình 4 đợt/năm.
+ Từ báo động 2 trở lên: Trung bình 2 đợt /năm.
+ Từ báo động 3 trở lên: Trung bình 1 đợt /năm.

Đây cũng là địa phương đã từng xảy ra các trận lũ quét [4], đặc biệt là
khi xảy ra mưa lớn trên khu vực đồi núi phía Tây.

Hình 1.2. Các khu vực đã xảy ra lũ quét trên lãnh thổ Việt Nam trong giai
đoạn 1953-2010 (Nguồn: Dự án: Điều tra, khảo sát, xây dựng bản đồ phân
vùng nguy cơ lũ quét khu vực Miền Trung, Tây Nguyên [4])
1.3. ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NAM
1.3.1. Đặc điểm mưa
a. Lượng mưa trung bình năm [8]
Ở các địa phương Quảng Nam, tổng lượng mưa trung bình năm thuộc
loại lớn so với khu vực và toàn quốc. Tổng lượng mưa trung bình năm ở đồng


11

bằng ven biển và các huyện: Hiên, Nam Giang, Đại Lộc từ 2.200-2.500mm, ở
trung du và vùng núi từ 3.000-4.000mm, vùng núi cao phía tây nam tỉnh có
lượng mưa trung bình năm trên 4.000mm. So với các trung tâm mưa lớn nhất
nước ta là Bắc Giang có lượng mưa trung bình năm 4.779mm thì tại Trà My
(Quảng Nam) có lượng mưa trung bình năm là 4.169mm, năm mưa lớn nhất
đạt 7.303mm (năm 1996) cũng là một trong những địa phương mưa lớn nhất
trên toàn quốc.
b. Mùa mưa
Thường kéo dài trong 4 tháng từ IX đến tháng XII, mưa lớn trên toàn
lưu vực tập trung chủ yếu vào tháng X, XI. Tổng lượng mưa 4 tháng mùa
mưa thường chiếm 70-75% tổng lượng mưa tồn năm, trong đó tổng lượng
mưa tháng X, XI đã chiếm 40-50% tổng lượng mưa toàn năm. Lượng mưa
này phân bố không đều: Vùng núi Tây Bắc, lượng mưa mùa lũ từ 1.0001.300mm; vùng đồng bằng ven biển: lượng mưa mùa lũ từ 1.300-1.400mm;
Vùng núi phía Tây Nam thì ngược lại, lượng mưa mùa lũ từ 1.700-2.500mm.
c. Cường độ mưa (mưa 1 giờ)

Chỉ thống kê tại 2 trạm có máy tự ghi, thời gian từ năm 1996 đến năm
2000, nhưng kết quả cho thấy cường độ mưa cũng rất lớn. Tại trạm Tam Kỳ
lượng mưa 1 giờ max đạt 63 mm, tại Trà My đạt 80 mm.
d. Các hình thế gây mưa lớn
Mưa lớn là hệ quả tổng của 3 nhân tố: đới gió đơng dày với hàm lượng
ẩm cao; các nhiễu động khí quyển quy mơ lớn và tác động động lực mạnh
mạnh mẽ của địa hình Trường Sơn.Cả ba nhân tố đều rất quan trọng nhưng
mưa lớn chỉ xảy ra khi có nhiễu động khí quyển, chủ yếu là các xoáy thuận
nhiệt đới (bão, áp thấp nhiệt đới), dải hội tụ nhiệt đới và front lạnh.
1.3.2. Đặc điểm lũ trên lưu vực
a. Nguyên nhân sinh lũ [8]
Sông suối ở Quảng Nam hầu hết đều bắt đầu và kết thúc trên lãnh thổ


12

nên dòng chảy các mùa đều chịu ảnh hưởng trực tiếp của chế độ mưa trong
tỉnh, đặc biệt là dòng chảy mùa lũ.
Các hình thế thời tiết gây mưa lớn như bão, áp thấp nhiệt đới, khơng khí
lạnh, dải hội tụ nhiệt đới và các nhiễu động khác như sóng đơng đều có thể
gây nên mưa lũ ở Quảng Nam, đặc biệt khi có sự tác động kết hợp giữa các
hình thế thời tiết này thì khả năng mưa lũ sẽ rất lớn. Mưa lớn kết hợp với địa
hình dốc là ngun nhân chính gây nên lũ ở Quảng Nam

Hình 1.3. Bản đồ ngập lụt tỉnh ứng với mức BĐ3 - trạm Ái Nghĩa và Câu
Lâu. (Biên tập theo sản phẩm Bản đồ ngập lụt Dự án GIS - Đài KTTVTTB)
b. Đặc điểm lũ
Mực nước trên các sông trong năm chỉ thay đổi khi có lũ. Mực nước này
chỉ duy trì trong thời gian ngắn (7-10 ngày).
Các lưu vực sơng suối trong vùng thường có diện tích nhỏ, sơng suối

ngắn dốc khơng có trung lưu, khả năng điều tiết dịng chảy nhỏ, vì vậy tính
chất lũ trong vùng nghiên cứu có thời gian tập trung lũ ngắn, cường suất lũ


13

lớn xấp xỉ 100mm/h, đỉnh lũ nhọn và thường có nhiều đỉnh. Một trong những
đặc điểm lũ trong hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn 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.
1.3.3. Phân vùng khí hậu tỉnh Quảng Nam
Căn cứ vào hệ thống chỉ tiêu phân vùng, sơ đồ phân vùng khí hậu Quảng
Nam thành 3 vùng và gồm 11 tiểu vùng [8].
a. Vùng khí hậu núi cao và núi vừa (có độ cao trên 600 m) (I)
Thuộc vùng khí hậu này (I) có 4 tiểu vùng khí hậu với tổng nhiệt độ năm
dưới 8000độC, tổng bức xạ năm dưới 120Kcal/cm2 năm và có dưới 1800 giờ
nắng/năm. Trong vùng khí hậu I có 4 tiểu vùng khí hậu:
I1 - Tiểu vùng khí hậu nam Bạch Mã và tây bắc Bà Nà - núi Chúa. Tổng
lượng mưa năm của tiểu vùng I1 từ 2.500mm đến 3.000mm.
I2 - Tiểu vùng khí hậu thuộc huyện Tây Giang. Tổng lượng mưa năm
của tiểu vùng này từ 2.000mm đến 2.500mm.
I3 - Tiểu vùng khí hậu thuộc phía tây huyện Nam Giang và phần lớn
huyện Phước Sơn. Tổng lượng mưa năm của tiểu vùng này từ 2.500mm đến
3.000mm.
I4 - Tiểu vùng khí hậu thuộc tây nam huyện Phước Sơn, huyện Nam Trà
My, phía nam và tây nam huyện Bắc Trà My. Tổng lượng mưa năm của tiểu
vùng này trên 3.000mm.
b.Vùng khí hậu núi thấp (có độ cao dưới 600m) và trung du (II)
Trong vùng khí hậu này có nhiệt độ trung bình năm từ 8000 độ C đến
9.000 độ C, có tổng lượng bức xạ năm từ 120Kcal/cm2 năm đến 140Kcal/cm2

năm và có tổng số giờ nắng từ 1.800 đến 2.000giờ/năm. Trong vùng II có 4
tiểu vùng khí hậu:
II1- Tiểu vùng khí hậu thuộc huyện Đông Giang. Tổng lượng mưa năm
của tiểu vùng này từ 2.500mm – 3.000mm.


14

II2 - Tiểu vùng khí hậu thuộc phía đơng huyện Nam Giang và tây Đại
Lộc. Tổng lượng mưa năm của tiểu vùng này từ 2.000mm – 2.500mm.
II3 - Tiểu vùng khí hậu phía tây huyện Quế Sơn, huyện Hiệp Đức và
phần lớn huyện Tiên Phước. Tổng lượng mưa năm của tiểu vùng này từ
2500mm - 3000mm.
II4 - Tiểu vùng khí hậu thuộc phía đơng huyện Bắc Trà My, phần tây
nam huyện Tiên Phước và tây nam huyện Núi Thành. Tổng lượng mưa năm
của tiểu vùng này trên 3.000mm.

Hình 1.4. Bản đồ Phân vùng khí hậu tỉnh Quảng Nam