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

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 ô tô và đường thành phố
Mã số: 62.58.30.01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội, 2014
- 2 -
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề nghiên cứu.
Ngày nay, mạng lưới giao thông ngày càng mở rộng, khu đô thị, khu
công nghiệp phát triển với tốc độ nhanh. Chúng đòi hỏi có công thức tính
toán lưu lượng thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ đơn giản, dễ tính
toán và có độ chính xác chấp nhận được.
Trong những thập kỷ gần đây, Việt Nam bị ảnh hưởng nghiêm trọng
của hiện tượng biến đổi khí hậu, làm gia tăng các hiện tượng khí hậu cực
đoan, ảnh hưởng đến chế độ mưa ở nước ta. Do vậy ảnh hưởng đến các
thông số về mưa sử dụng trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình
thoát nước nhỏ trên đường Q
p
. Việc sử dụng các thành quả nghiên cứu
các dữ liệu về mưa trước đây trong tính toán Q
p
trở nên giảm độ tin cậy,
bị sai số lớn, gây phát sinh các hư hỏng cho công trình, đình trệ giao
thông, tăng chi phí duy tu sửa chữa, ảnh hưởng đến môi sinh, . . .
Điều này thấy rất rõ ngoài thực tiễn như: hiện tượng hư hỏng các

công trình thoát nước nhỏ trên đường do mưa lũ ngày một gia tăng, hư
hỏng có thể xuất hiện ngay sau khi hoặc chỉ sau một vài năm đưa tuyến
đường vào sử dụng; hiện tượng tích nước ở thượng lưu làm ngập úng
ruộng đồng, làng mạc ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp thường hay
xảy ra ở miền Trung hiện nay sau khi xây dựng xong các con đường;
hiện tượng ngập úng đường phố sau các cơn mưa lớn ở một số đô thị của
nước ta gây khó khăn, xáo trộn sinh hoạt và sản xuất, . . . Rõ ràng, còn có
vấn đề tồn tại, nổi lên là vấn đề xác định các tham số về mưa trong công
thức tính Q
p
công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay.
Từ những đòi hỏi cấp thiết như trên, luận án được chọn nghiên cứu.
2. Mục tiêu nghiên cứu.
- Nghiên cứu lý thuyết, phân tích được bản chất, đề xuất được
nguyên tắc, phương pháp, công thức xác định các tham số về mưa dùng
trong các công thức tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước
nhỏ trên đường trong điều kiện Việt Nam.
- Vận dụng vào thực tiễn: trước mắt, do chưa có đủ điều kiện nên đặt
mục tiêu xác định giá trị cụ thể các tham số về mưa cho 12 trạm khí
tượng điển hình chọn nghiên cứu, các giá trị này được kiến nghị tham
khảo sử dụng vào thực tế hiện nay trong tính toán lưu lượng thiết kế công
trình thoát nước nhỏ trên đường ở những khu vực này của nước ta.
- 3 -
3. Nội dung nghiên cứu.
- Luận án tập trung nghiên cứu và giải quyết thông số về mưa. Đây là
thông số quyết định, quan trọng, bất định nhất trong tính toán Q
p
công
trình thoát nước nhỏ trên đường, hoàn toàn phụ thuộc vào đặc trưng khí
hậu của riêng Việt Nam. Các tham số về mưa nghiên cứu xác định là:

+) Nghiên cứu xác định lượng mưa ngày tính toán H
n,p
theo tần suất
thiết kế phù hợp với đặc điểm diễn biến thời tiết ở nước ta hiện nay.
+) Nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa Ψ
T
và
vấn đề phân vùng mưa phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu lượng thiết
kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở Việt Nam.
+) Nghiên cứu xác định tham số cường độ mưa tính toán a
T,p
ứng với
thời gian tập trung nước tính toán và tần suất thiết kế. Thông số cường độ
mưa tính toán a
T,p
là tham số ảnh hưởng tổng hợp trong tính toán lưu
lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.
- Trên đây đều là các tham số về mưa được sử dụng trong các công
thức tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.
4. Phương pháp nghiên cứu.
Phân tích thống kê là phương pháp chính được sử dụng trong luận án.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
- Nghiên cứu đặc điểm biến đổi của mưa, góp phần làm sáng tỏ hơn
tình trạng bất thường của sự biến đổi của mưa trên lãnh thổ Việt Nam
trong những thập kỷ gần đây. Thấy được tính cấp thiết phải hiệu chỉnh
hoặc dần thay thế mới cơ sở dữ liệu về mưa phù hợp với các diễn biến
thời tiết chịu tác động của hiện tượng BĐKH; kiến nghị giải pháp chủ
động ứng phó với hiện tượng biến đổi cực đoan về mưa trong tính toán
thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay.
- Nghiên cứu xác định các tham số về mưa (lượng mưa ngày tính

toán H
n,p
, cường độ mưa tính toán a
T,p
, phân vùng mưa hợp lý và các đặc
trưng khác về mưa: Ψ
T
, S
p
, A, B, m, α) phù hợp với điều kiện khí hậu
Việt Nam dùng trong các công thức tính Q
p
công trình thoát nước nhỏ
trên đường. Một vài tham số mưa nghiên cứu xác định trong luận án (như
tham số lượng mưa ngày tính toán H
n,p
, hệ số đặc trưng hình dạng cơn
mưa Ψ
T
) còn được sử dụng trong công thức Sôkôlôpsky tính lưu lượng
thiết kế cho lưu vực vừa và lớn; sử dụng trong tính toán mưa rào – dòng
chảy bằng mô hình NAM - MIKE cho kết quả tin cậy.
- 4 -
- Trạm đo mưa ở nước ta thì nhiều nhưng phần lớn là đo lượng mưa
ngày, ít trạm đo mưa tự ghi do vậy khi phương pháp xác định trực tiếp
tham số cường độ mưa tính toán dựa vào số liệu đo mưa tự ghi thực tế
chưa được phổ biến thì việc nghiên cứu xây dựng các công thức thực
nghiệm tính gián tiếp cường độ mưa tính toán a
T,p
trong luận án; vấn đề

chuyển lượng mưa ngày tính toán H
n,p
thành lượng mưa tính toán từng
thời khoảng ngắn H
T,p
là rất cần thiết đối với tính toán lưu lượng đỉnh lũ
thiết kế của lưu vực công trình thoát nước trên đường Việt Nam.
- Để quy hoạch phòng lũ tốt thì vấn đề trước tiên yêu cầu là phân
vùng mưa lũ hợp lý, phù hợp với đặc điểm mưa của từng vùng. Luận án
đã nghiên cứu đề xuất tiêu chí, phương pháp phân vùng mưa phục vụ cho
việc xây dựng bản đồ phân vùng mưa hợp lý với tỷ lệ lớn, phù hợp đối
với yêu cầu tính toán lưu lượng lũ lưu vực nhỏ của công trình thoát nước
nhỏ trên đường ở Việt Nam.
- Luận án xác lập được giá trị cụ thể các tham số về mưa, như: lượng
mưa ngày tính toán H
n,p
theo tần suất thiết kế, hệ số đặc trưng hình dạng
cơn mưa Ψ
T
, sức mưa S
p
, hệ số vùng khí hậu A, B, hệ số hình dạng cơn
mưa m, hệ số hồi quy của vùng khí hậu α, cường độ mưa chuẩn a
To,p
dùng trong 7 công thức thực nghiệm mà luận án nghiên cứu, phát triển để
tính cường độ mưa tính toán a
T,p
ứng với thời gian tập trung nước tính
toán và tần suất thiết kế, cho 12 trạm khí tượng điển hình chọn nghiên
cứu là các trạm: Tx.Mường Lay-T.Điện Biên, Tp.Tuyên Quang, Tp.Lạng

Sơn, Láng-HN, Hà Đông-HN, Tx.Sơn Tây-HN, Tp.Vinh, Tp.Đồng Hới,
Tp.Đà Nẵng, Tp.Nha Trang, Tp.Buôn Ma Thuột, Tp.Cần Thơ, với số liệu
đo mưa thực tế từ năm 1960 - 2010, kiến nghị tham khảo sử dụng vào
thực tiễn tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên
đường hiện nay ở những khu vực này của nước ta.
- Luận án cũng góp phần làm phong phú thêm các kiến thức trong
việc xác định các tham số về mưa sử dụng trong tính toán lưu lượng đỉnh
lũ thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.
6. Những đóng góp mới của luận án.
- Xác định được các giá trị lượng mưa ngày tính toán H
n,p
theo tần
suất thiết kế ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu trên cơ sở chuỗi số
liệu đo mưa thực tế dài, từ năm 1960 - 2010, trong đó thời gian cuối được
cho là ứng với bối cảnh mới có sự tác động của hiện tượng BĐKH, ứng
- 5 -
dụng để tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên
đường theo tiêu chuẩn thiết kế hiện hành TCVN9845:2013 [5] hay sử
dụng trong công thức Sôkôlôpsky tính lưu lượng thiết kế cho lưu vực vừa
và lớn (ở những khu vực có các trạm khí tượng này).
- Xác định được các giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa Ψ
T
cho khu vực 12 trạm khí tượng nghiên cứu với thời kỳ đo mưa từ năm
1960 - 2010, dùng để tính cường độ mưa tính toán ứng với thời gian tập
trung nước của lưu vực và tần suất thiết kế sử dụng trong tiêu chuẩn
TCVN9845:2013 [5] tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ
trên đường. Đồng thời nó là tham số quan trọng dùng để tính chuyển từ
lượng mưa ngày tính toán H
n,p
sang lượng mưa tính toán từng thời

khoảng ngắn H
T,p
dùng trong công thức Sôkôlôpsky tính lưu lượng thiết
kế cho lưu vực vừa và lớn, trong tính toán mưa rào - dòng chảy bằng mô
hình NAM - MIKE cho kết quả tin cậy. Ngoài ra hệ số đặc trưng hình
dạng cơn mưa Ψ
T
còn có thể được dùng làm tiêu chí để phân vùng mưa.
- Tổng kết và nghiên cứu cải tiến thành 7 dạng công thức thực
nghiệm tính tham số cường độ mưa tính toán a
T,p
ứng với thời gian tập
trung nước của lưu vực và tần suất thiết kế dùng để tính lưu lượng thiết
kế công trình thoát nước nhỏ trên đường tương ứng với các điều kiện
khác nhau về dữ liệu mưa hiện có ở vùng thiết kế, trong đó có 3 dạng là
công thức cải tiến mới của luận án, các công thức còn lại các hệ số trong
công thức được luận án xây dựng mới cho khu vực 12 trạm khí tượng
chọn nghiên cứu với thời kỳ đo mưa từ năm 1960 - 2010.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Các nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước.
1.1.1. Cơ sở lý thuyết của công thức xác định lưu lượng cực đại dòng
chảy lũ do mưa trên lưu vực [32].
- Công thức cường độ giới hạn xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế
được rút ra từ công thức căn nguyên dòng chảy nổi tiếng mà cơ sở của nó
là lý thuyết tập trung nước từ lưu vực. Lý thuyết này đầu tiên được các
nhà bác học Liên Xô (cũ) phân tích, nghiên cứu (N.E. Đôngôv, M.E.
Velikanov và M.M. Prôtôđiakônov) và hiện nay nó được sử dụng rộng
rãi trên thế giới trong lĩnh vực tính toán thủy văn. Các giả thiết là.
+) Lưu vực có dạng đều, ở giữa là lòng sông suối.
- 6 -

+) Mưa và tổn thất phân bố đồng đều trên toàn lưu vực và có cường
độ không thay đổi trong thời gian tính toán.
+) Coi tần suất mưa sinh dòng chảy lũ bằng tần suất dòng chảy lũ.
- Bằng việc phân tích quy luật nước chảy từ các sườn dốc lưu vực về
công trình thoát nước, các tác giả của lý thuyết tập trung nước từ lưu vực
đã rút ra công thức xác định lưu lượng cực đại của dòng chảy lũ thiết kế.
FaKQ
pp

,
τ
ϕ
=
(1.1)
Trong đó: Q
p
là lưu lượng thiết kế ở tần suất p; F là diện tích lưu vực
ϕ là hệ số dòng chảy, xét đến lượng nước mưa bị tổn thất
a
τ
,p
là cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước τ
của lưu vực và tần suất p. Chính là cường độ mưa trung bình
lớn nhất trong thời gian tập trung nước τ và tần suất p
K là hệ số chuyển đổi đơn vị khi các đại lượng trong công
thức không tính ở cùng đơn vị. K = 16.67 khi Q
p
tính bằng
m
3

/s, a
τ
,p
tính bằng mm/ph, F tính bằng km
2
.
- Công thức (1.1) là công thức cơ bản. Từ công thức cơ bản (1.1), rất
nhiều các tác giả đã nghiên cứu áp dụng và hoàn chỉnh cho phù hợp với
điều kiện thực tế về quy luật phân bố cường độ mưa, điều kiện nước chảy
trên các lưu vực tự nhiên.
1.1.2. Các công thức xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát
nước nhỏ trên đường ở một số nước trên thế giới và ở Việt Nam.
1.1.2.1. Ở một số nước trên thế giới: các nước có nền khoa học phát triển
như Anh, Mỹ, Pháp, Nga, Nhật Bản, Trung Quốc, . . . đều sử dụng công
thức cường độ giới hạn dạng (1.1) để xác định lưu lượng thiết kế Q
p
cho
công trình thoát nước nhỏ trên đường.
1.1.2.2. Các công thức xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát
nước nhỏ trên đường ở Việt Nam.
- Công thức cường độ giới hạn của TCVN9845:2013 Tính toán các
đặc trưng dòng chảy lũ [5]: áp dụng cho lưu vực có F ≤ 100 km
2
.
1,

δϕ
FHAQ
pnpp
=

(1.9)
Trong đó: A
p
là mô đuyn dòng chảy đỉnh lũ tương đối ở tần suất p
A
p
= 16.67Ψ
τ

/

τ
H
n,p
là lượng mưa ngày tính toán ở tần suất p
δ
1
là hệ số xét đến ảnh hưởng của ao hồ, đầm lầy.
- 7 -
- Công thức cường độ giới hạn của Đại học Xây Dựng Hà Nội (Công
thức do GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục đề xuất sử dụng) [3], [32].
Các công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta thường có diện
tích lưu vực nhỏ (thường dưới 1 km
2
đến một vài km
2
) nên thời gian tập
trung nước τ ngắn. Chính vì vậy việc tính Q
p
dựa vào thông số cường độ

mưa có thời gian mưa tính toán ngắn nhưng cường độ mưa lớn sẽ chính
xác hơn so với việc sử dụng thông số lượng mưa ngày như trong công
thức (1.9) của tiêu chuẩn thiết kế [5]. Trên quan điểm đó, từ những năm
1980, GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục đã đề xuất sử dụng công thức (1.10)
sau đây để tính lưu lượng thiết kế Q
p
cho công trình thoát nước nhỏ trên
đường với diện tích lưu vực F ≤ 30 km
2
ở Việt Nam.
1,
67.16
δφϕ
τ
FaQ
pp
=
(1.10)
Với: φ hệ số triết giảm lưu lượng dòng chảy phụ thuộc diện tích lưu vực.
- Công thức cường độ giới hạn sử dụng trong tính toán thoát nước
đường đô thị theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN7957:2008 [8].
FqCQ
pp

,
τ
=
(1.11)
Với: C là hệ số dòng chảy, phụ thuộc vào tính chất bề mặt lưu vực và p
q

τ
,p
là mô đuyn dòng chảy mưa hay cường độ mưa theo thể tích
tính toán ứng với thời gian tập trung nước τ và tần suất thiết kế p
q
τ
,p
= 166.67a
τ
,p
Ở đây: q
τ
,p
tính là lít/s/ha, a
τ
,p
tính là mm/ph.
1.1.2.3. Công thức Sôkôlôpsky [3], [15], [32].
Đây thuộc loại công thức thể tích, được sử dụng để tính lưu lượng
công trình thoát nước trên đường với diện tích lưu vực F >100 km
2
.
0
0,

)(278.0
QFf
t
HH
Q

l
p
p
+
−
=
δϕ
τ

(1.12)
Với: H
τ
,p
là lượng mưa tính toán ở thời gian tập trung nước τ của lưu
vực và tần suất p. Chính là lượng mưa lớn nhất trong thời gian tập
trung nước τ và tần suất p (mm)
H
0
là lớp nước mưa tổn thất ban đầu (mm)
f là hệ số hình dạng lũ , t
l
là thời gian lũ lên (h)
δ là hệ số xét đến ảnh hưởng giảm nhỏ lưu lượng của ao hồ, đầm
lầy và rừng cây trên lưu vực
- 8 -
Q
0
là lưu lượng nước trong sông trước khi có lũ (m
3
/s).

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.
Các tham số về mưa trong các công thức tính lưu lượng thiết kế
công trình thoát nước nhỏ trên đường là: Lượng mưa ngày tính toán H
n,p
ở tần suất thiết kế p; Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa Ψ
T
và vấn đề
phân vùng mưa; Cường độ mưa tính toán a
τ
,p
ở thời gian tập trung nước τ
và tần suất thiết kế p.
1.1.3.1. Lượng mưa ngày tính toán H
n,p
.
- Lượng mưa ngày tính toán H
n,p
được xác định theo phương pháp
phân tích thống kê trên cơ sở chuỗi số liệu đo lượng mưa ngày thực tế
nhiều năm liên tục tại các trạm đo mưa ở khu vực thiết kế công trình.
- Tính đến nay, cơ sở dữ liệu về H
n,p
đầy đủ nhất ở nước ta được
thành lập năm 1987 trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN9845:2013 [5], cho
589 điểm đo mưa trên toàn quốc với các mức tần suất p = 1%, 2%, 4%,
10%, 25%, 50%. Từ đó đến nay đã trải qua trên 25 năm, chế độ mưa ở
nước ta đã bị thay đổi, chịu ảnh hưởng của hiện tượng BĐKH nên cơ sở
dữ liệu này đến nay đã kém chính xác.
1.1.3.2. Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa

Ψ
T
và phân vùng mưa.
- Tính đến nay ở nước ta đã có một số công trình phân vùng mưa và
xây dựng hệ số Ψ
T
∼ T cho từng vùng mưa. Các công trình phân vùng
mưa này đều phân khu theo kiểu cường độ mưa, tức chỉ chú ý đến quan
hệ triết giảm cường độ mưa theo thời khoảng tính toán a
T
∼ T. Như phân
vùng mưa năm 1977 của quy phạm thủy lợi QP.TL.C-6-77 [7] phân miền
Bắc thành 10 vùng mưa; phân vùng mưa năm 1980 của Hoàng Minh
Tuyển phân toàn bộ lãnh thổ Việt Nam thành 15 vùng mưa [60]; phân
vùng mưa năm năm 1991 của Hoàng Niêm và Đỗ Đình Khôi chia toàn
toàn quốc thành 18 vùng mưa. Năm 1993, TS Trịnh Nhân Sâm cũng
phân toàn lãnh thổ thành 18 vùng mưa như trên nhưng giá trị hệ số Ψ
T
xác lập ở các vùng mưa có khác đi chút ít [29], [40]. Kết quả phân vùng
mưa năm 1993 được đưa vào trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN9845:2010
[5] hiện đang dùng để tính Q
p
cho công trình thoát nước trên đường.
- Như vậy qua thời kỳ các năm, chế độ mưa ở nước ta bị thay đổi dẫn
đến việc phân vùng mưa cũng được hiệu chỉnh cho phù hợp, giá trị hệ số
- 9 -
đặc trưng hình dạng cơn mưa Ψ
T
ở các vùng mưa cũng được hiệu chỉnh,
xác lập lại cho phù hợp.

1.1.3.3. Xác định cường độ mưa tính toán a
T,p
: có các hướng sau đây.
- Tính trực tiếp a
T,p
: trên cơ sở có đủ số liệu quan trắc đo mưa tự ghi
thực tế tại các trạm khí tượng, dùng phương pháp phân tích thống kê tính
ra giá trị cường độ mưa tính toán a
T,p
ở thời đoạn mưa tính toán T và tần
suất thiết kế p. Trong tính toán lưu lượng công trình thoát nước, thời
đoạn mưa tính toán T lấy bằng thời gian tập trung nước τ của lưu vực.
- Xác định cường độ mưa tính toán a
T,p
dựa vào lượng mưa ngày tính
toán H
n,p
và hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa
Ψ
T
.
pn
T
pT
H
T
a
,,
.
Ψ

=
(1.14)
Phương pháp này do Alêchxâyep đề xuất. Nó đang được sử dụng
ở Việt Nam để tính Q
p
trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN9845:2013 [5].
- Xây dựng các công thức thực nghiệm để tính a
T,p
.
Các công thức thực nghiệm được xây dựng đều dựa vào đặc trưng sức
mưa S và hệ số hình dạng cơn mưa m để xác định cường độ mưa tính
toán a
T,p
. Dạng công thức cơ bản là: a
T,p
= S
p
/ T
m
= (A + B.lgN) / T
m
.
Từ dạng công thức cơ bản này đã phát triển ra rất nhiều dạng công
thức thực nghiệm khác để phù hợp với điều kiện khí hậu ở từng nước,
như các công thức của Mỹ, Ấn Độ, Nga, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn
Quốc, Indonesia, Malaysia, . . . Trong các công thức này so với dạng
công thức cơ bản trên có thể thêm vào hoặc bớt đi một vài hệ số hồi quy.
Ở Việt Nam cũng đã có nhiều nghiên cứu để phù hợp với điều kiện
khí hậu ở nước ta, điển hình như:
./ Nghiên cứu của GS.TSKH Nguyễn Xuân Trục năm 1980 cho

18 trạm khí tượng:
m
pT
T
NBA
a
lg.
,
+
=
./ Nghiên cứu của TS.Trần Hữu Uyển năm 1973 cho 34 trạm khí
tượng:

mk
pT
NbT
NBA
a
).(
lg.
,
+
+
=
./ Nghiên cứu của TS.Trần Việt Liễn năm 1979 cho 47 trạm khí
tượng:
m
pT
bT
NBA

a
)(
lg.
,
+
+
=
- 10 -
./ Nghiên cứu của GS.TS Ngô Đình Tuấn năm 1980 cho 10 trạm
khí tượng:

m
T
ppT
eaa
−
=
.
max,,
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.
- Các nhân tố ảnh hưởng đến dòng chảy lũ của lưu vực nhỏ của công
trình thoát nước nhỏ trên đường có thể chia làm 3 loại là: Điều kiện khí
hậu, mà cụ thể là mưa; Các yếu tố mặt đệm; Tác động của các hoạt động
kinh tế - xã hội của con người.
+) Trong điều kiện khí hậu ở nước ta thì mưa là nhân tố ảnh hưởng
trực tiếp đến dòng chảy lũ của lưu vực nhỏ, mưa là nguyên nhân sinh
dòng chảy lũ trên lưu vực nhỏ ở nước ta.
+) Các yếu tố mặt đệm bao gồm: vị trí địa lý, đặc điểm địa hình, địa
mạo, điều kiện địa chất, thổ nhưỡng, đặc điểm bề mặt, hình dạng lưu vực,

. . . Các yếu tố này ảnh hưởng tới hai khâu chính là: quyết định đến quá
trình tập trung dòng chảy và lượng tổn thất. Ngoài ra vị trí địa lý, đặc
điểm địa hình ảnh hưởng đến điều kiện khí hậu thể hiện bằng các vùng,
miền khí hậu khác khau trên cả nước. Địa hình tác động đến mưa, đến
dòng chảy lũ của lưu vực vừa trực tiếp, vừa gián tiếp. Trực tiếp: tạo ra
lượng mưa lớn do đón gió, tạo ra lượng mưa bé do khuất gió. Gián tiếp:
tập trung nước nhanh hay chậm do độ dốc lớn hay bé, mạng lưới sông
suối hình nan quạt hay hình lông chim, . . .
+) Hoạt động kinh tế - xã hội của con người ngày nay càng lớn, có
ảnh hưởng tiêu cực hoặc tích cực, như ảnh hưởng gây ra hiện tượng biến
đổi khí hậu, nước biển dâng, ảnh hưởng làm thay đổi các yếu tố mặt đệm
lưu vực. Xét nó thông qua hai nhân tố mưa và các yếu tố mặt đệm.
- Ngoài ra, lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường
Q
p
còn chịu ảnh hưởng của tần suất thiết kế p. Với giá trị tần suất p càng
lớn (p = 10%, 20%, 50%, . . .) thì Q
p
tính ra càng nhỏ và ngược lại thiết
kế với giá trị p càng nhỏ (p = 3%, 2%, 1%, . . .) thì Q
p
tính ra càng lớn.
- Thông số cường độ mưa tính toán a
τ
,p
là một đại lượng ảnh hưởng
tổng hợp trong tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên
đường. Bởi vì nó thể hiện tác động của tất cả các nhân tố ảnh hưởng đến
tính toán lưu lượng lũ thiết kế của công trình thoát nước nhỏ trên đường
là nhân tố về mưa, các yếu tố mặt đệm và tần suất thiết kế.

+) Thật vậy: a
τ
,p
= H
τ
,p
/ τ
- 11 -
./ Chế độ mưa ở vùng thiết kế quyết định đến trị số lượng mưa
lớn nhất thời đoạn tính toán H
τ
,p
nên ảnh hưởng tới a
τ
,p
.
./ Tần suất thiết kế p ảnh hưởng tới H
τ
,p
nên ảnh hưởng tới a
τ
,p
.
./ Các yếu tố mặt đệm ảnh hưởng tới thông số thời gian tập trung
nước τ của lưu vực do vậy ảnh hưởng đến a
τ
,p
.
+) Ngoài ra, khác với thông số lượng mưa ngày tính toán H
n,p

thì
thông số cường độ mưa tính toán a
τ
,p
còn phản ảnh được ảnh hưởng của
hình dạng cơn mưa.
Hình 1.4 cho thấy mặc
dù có cùng lượng mưa ngày
tính toán H
n,p
nhưng ở hai vùng
mưa I và vùng mưa II có hình
dạng cơn mưa khác nhau thì
lượng mưa lớn nhất trong thời
đoạn tính toán H
τ
,p
ở hai vùng
mưa khác nhau và kết quả là
cường độ mưa tính toán
a
τ
,p
= H
τ
,p
/

τ cũng khác nhau.
t

H
τ
H
II
τ
,p
n,p
I
II
H
τ
,p
I
H
t,p
0
Hình 1.4: Ảnh hưởng của hình dạng
cơn mưa tới cường độ mưa a
τ
,p
- Như vậy, trong công thức cường độ giới hạn dùng tính Q
p
cho công
trình thoát nước nhỏ đã sẵn có một thông số ảnh hưởng tổng hợp là a
τ
,p
.
1.2. Những vấn đề còn tồn tại luận án tập trung giải quyết.
- Qua các phân tích, đánh giá ở trên thì vấn đề tồn tại cấp thiết nhất
nổi lên trong việc tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ

trên đường ở nước ta hiện nay là việc xác định các tham số về mưa trong
các công thức tính Q
p
công trình thoát nước nhỏ trên đường. Các tham số
về mưa hiện đang dùng do được xác lập những năm về trước đây nên
chưa phù hợp với yêu cầu tính toán Q
p
công trình thoát nước nhỏ trên
đường trong điều kiện tình hình thời tiết khí hậu ở nước ta hiện nay.
- Việc phân vùng mưa (quá rộng, đã lâu) như đang dùng trong tiêu
chuẩn thiết kế hiện hành TCVN9845:2013 [5] là chưa phù hợp đối với
yêu cầu tính toán Q
p
công trình thoát nước nhỏ trên đường trong điều
kiện hiện nay ở nước ta, cần đặt vấn đề nghiên cứu hiệu chỉnh.
- Thông số cường độ mưa tính toán có tính tổng hợp, tính đại diện
cho chế độ mưa và hình dạng cơn mưa của vùng mưa,

cho các đặc trưng
mặt đệm lưu vực, cho thời gian tập trung nước và tần suất thiết kế, nó
- 12 -
mang đặc trưng riêng biệt của điều kiện khí hậu Việt Nam, do vậy nó là
thông số cần thiết cho tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước
nhỏ trên đường, phản ánh sát hơn với điều kiện khí hậu và địa hình VN.
Cần nghiên cứu xác định tham số cường độ mưa tính toán a
T,p
trong điều
kiện khí hậu VN sử dụng để xác định lưu lượng thiết kế công trình thoát
nước nhỏ trên đường Q
p

đảm bảo mức độ chính xác yêu cầu.
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
2.1. Khái quát về điều kiện khí hậu Việt Nam.
- Việt Nam thuộc vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, gió mùa. Lượng mưa và
thời gian mưa hàng năm tương đối lớn, trung bình từ 1100 – 8000
mm/năm và từ 67 - 223 ngày mưa/năm, so với các nước cùng vĩ độ thì
cao gấp khoảng 2.4 lần [25].
- Chế độ mưa ở nước ta chịu ảnh hưởng của ba yếu tố chính là:
(i) Các hình thế thời tiết gây mưa hay nguyên nhân gây mưa
(ii) Gió
(iii) Địa hình.
2.2. Giới thiệu về mạng lưới các trạm khí tượng và nguồn số liệu đo
mưa ở nước ta.
- Theo nguồn của Trung tâm khí tượng thủy văn Quốc gia, hiện nay
toàn quốc có khoảng trên 800 điểm đo mưa (bao gồm các trạm khí tượng,
trạm thủy văn và các điểm đo mưa nhân dân đang hoạt động) phân bố
trên toàn lãnh thổ, đạt mật độ trung bình cả nước khoảng 433 km
2
/điểm
đo mưa. Thiết bị đo mưa tự ghi đã có ở hầu hết các trạm khí tượng,
chiếm khoảng 20% tổng số các trạm đo mưa, mỗi tỉnh đều có ≥ 1 trạm
khí tượng có máy đo mưa tự ghi, có tỉnh có đến ≥ 2 – 3 trạm, các điểm đo
mưa còn lại chỉ có thiết bị đo lượng mưa ngày.
- Về thời điểm quan trắc: ở miền Bắc có số liệu quan trắc đồng đều
từ khoảng năm 1960 trở về đây, ở miền Nam do hoàn cảnh lịch sử để lại
nên có số liệu quan trắc liên tục, tin cậy từ khoảng năm 1980 trở về đây.
- 13 -

- Trong luận án thu thập số liệu đo mưa từ năm 1960 – 2010 (các
trạm miền Bắc), từ 1980 – 2010 (các trạm miền Nam). Chuỗi số liệu
nghiên cứu dài 30 - 50 năm nên kết quả đảm bảo độ tin cậy cần thiết.
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.
Việc nghiên cứu được thực hiện qua 7 chỉ tiêu liên quan đến tính
toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường như sau.
2.3.1. Mùa mưa, mùa khô.
- Để phân biệt mùa mưa, mùa khô trong năm luận án sử dụng chỉ tiêu
‘‘vượt tổn thất’’ [34]. Theo chỉ tiêu này: mùa mưa là mùa gồm những
tháng liên tục có lượng mưa vượt lượng tổn thất (thường lấy là 100
mm/tháng, theo nghiên cứu [34]) với tần suất vượt p ≥ 50%.
Nghĩa là: p{ (H
tháng
)
i
≥ 100 mm/tháng } ≥ 50%.
- Kết quả nghiên cứu về mùa mưa trong năm trên chuỗi số liệu đo
mưa thực tế từ năm 1960 - 2010 ở 12 trạm khí tượng điển hình chọn
nghiên cứu như ở Bảng 2.2 dưới đây. Nhận thấy về tổng thể mùa mưa ở
nước ta chưa có sự dịch chuyển, thay đổi so với các kết quả nghiên cứu
trước đây, tuy nhiên có những dao động trong những năm về gần đây.
2.3.2. Tháng mưa nhiều ngày, ít ngày.
- Để phân loại tháng mưa nhiều ngày sử dụng hệ số phân loại
K
mưa-nhiều-ngày
= Số ngày mưa trong tháng / 30
- Tháng mưa nhiều ngày: K
mưa-nhiều-ngày

≥ 0.5
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 chọn nghiên cứu từ năm 1960 – 2010
TT Trạm khí tượng, địa danh Tháng mưa nhiều ngày
trong năm (bình quân)
Tháng mùa mưa
trong năm (bình quân)
Số
tháng
Thời điểm
xuất hiện
Số tháng
mùa mưa
Thời điểm
mùa mưa
1 Trạm TX. Mường Lay 4 tháng T5 → T8 6 tháng T4 → T9
2 Trạm TP. Tuyên Quang 6 tháng T3 → T8 7 tháng T4 → T10
3 Trạm TP. Lạng Sơn 4 tháng T5 → T8 5 tháng T5 → T9
4 Trạm Láng - Hà Nội 6 tháng T3 → T8 6 tháng T5 → T10
- 14 -
5 Trạm Hà Đông - Hà Nội 6 tháng T3 → T8 6 tháng T5 → T10
6 Trạm TX. Sơn Tây - HN 6 tháng T3 → T8 6 tháng T5 → T10
7 Trạm TP. Vinh 4 tháng T2 → T3 &
T9 → T10
4 tháng T8 → T11
8 Trạm TP. Đồng Hới 4 tháng T9 → T12 4 tháng T8 → T11
9 Trạm TP. Đà Nẵng 4 tháng T9 → T12 5 tháng T8 → T12
10 Trạm TP. Nha Trang 4 tháng T9 → T12 6 tháng T7 → T12
11 Trạm TP.

Buôn Ma Thuột 6 tháng T5 → T10 6 tháng T5 → T10
12 Trạm TP. Cần Thơ 7 tháng T5 → T11 7 tháng T5 → T11
- Nhận xét: Tháng mùa mưa chưa hẳn là tháng mưa nhiều ngày và
ngược lại. Điều đó cho thấy lượng mưa không rải đều ở các ngày mưa
mà tập trung vào một số đợt mưa lớn.
2.3.3. Xu hướng và mức độ biến thiên lượng mưa năm và số ngày mưa
trong năm.
- Sử dụng đường xu hướng trung bình và đường trung bình trượt kép
5 năm để nghiên cứu xu hướng và mức độ biến thiên theo thời gian của
đại lượng mưa khảo sát. Hình 2.1, hình 2.2 dưới đây là ví dụ về xu hướng
biến thiên của lượng mưa năm và số ngày mưa trong năm tại trạm Láng-
TP.HN, từ năm 1960-2010.
- Nhận xét: ở tất cả 12 trạm nghiên cứu, càng về những năm gần đây
thì sự biến đổi của lượng mưa năm H
năm
và số ngày mưa trong năm càng
nhiều hơn, khác hơn và bất thường hơn, xuất hiện các giá trị lớn đột biến
cực đoạn trong những năm càng về gần đây.


x
y
1
3
2
x
y
1
3

2
1-Thực đo; 2-Xu hướng trung bình; 3-Trung bình trượt kép 5 năm
các giá trị lớn đột biến xuất hiện trong những năm gần đây
Hình 2.1: Xu hướng biến thiên Hình 2.2: Xu hướng biến thiên số
‘‘ ’’
- 15 -
lượng mưa năm H
năm
trạm Láng -
TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010
ngày mưa trong năm trạm Láng -
TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010
2.3.4. Xu hướng và mức độ biến thiên của lượng mưa ngày lớn nhất
năm H
ngày
max
và cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm a
T
max
.
Tính đột biến cực đoan do ảnh hưởng của hiện tượng BĐKH.


x
y
1
3
2
x
y

1
3
2
1-Thực đo; 2-Xu hướng trung bình; 3-Trung bình trượt kép 5 năm
các giá trị lớn đột biến xuất hiện trong những năm gần đây
Hình 2.3: Xu hướng biến thiên
H
ngày
max
tại trạm Láng - TP.Hà Nội
từ năm 1960 - 2010
Hình 2.4: Xu hướng biến thiên
a
T
max
ở T= 60ph tại trạm Láng -
TP.Hà Nội từ năm 1960 - 2010
- Mục đích: so sánh, làm rõ quy luật biến đổi của hai thông số về
mưa rất quan trọng trong tính toán lưu lượng lũ thiết kế công trình thoát
nước nhỏ trên đường là H
ngày
max
và a
T
max
, đánh giá được sự khác biệt giữa
chúng. Nghiên cứu này còn đặc biệt cần thiết cho việc tính toán xác định
lượng mưa ngày tính toán H
n,p
theo tần suất thiết kế và cường độ mưa

tính toán thời đoạn a
T,p
theo tần suất thiết kế ở các chương 3 và chương 4
trong vấn đề xử lý mưa đặc biệt lớn. Ngoài ra, từ nghiên cứu này cũng đề
xuất biện pháp chủ động ứng phó với hiện tượng BĐKH trong tính toán
thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường hiện nay ở nước ta.
- Kết quả nghiên cứu: nhận thấy ở tất cả 12 trạm nghiên cứu, thông
số H
ngày
max
và thông số a
T
max
đều biến đổi liên tục và không đều, có những
thời điểm đột biến lớn xuất hiện trong những năm càng về gần đây.
Trong cùng một trạm thì xu hướng và mức độ của xu hướng biến thiên
theo thời gian của H
ngày
max
và a
T
max
là không như nhau, biên thiên của
H
ngày
max
và lượng mưa 24 giớ lớn nhất năm H
24h
max
là không giống nhau,

biên thiên của H
24h
max
không tương đồng với biến thiên của lượng mưa
lớn nhất năm H
T
max
ở các thời đoạn tính toán T ngắn khác.
‘‘ ’’
- 16 -
+) Tính đột biến cực đoạn của H
ngày
max
, a
T
max
xảy ra ở tất cả các trạm
nghiên cứu. Sự cực đoan về cả giá trị và thời điểm xuất hiện.
./ Cực đoan về giá trị: các giá trị (H
ngày
max
)
*
, (a
T
max
)
*
lớn đột biến
đều vượt quá các giá trị H

n,p
, a
T,p
ở tần suất thiết kế thường dùng cho
công trình thoát nước nhỏ p = 4%, thậm chí vượt cả giá trị ở p = 1%.
./ Cực đoan về thời điểm xuất hiện: giá trị lớn đột biến (H
ngày
max
)
*
,
(a
T
max
)
*
có thể xảy ra vào cả thời điểm thiết tưởng đã bước vào mùa khô.
Ngay cả thời điểm xuất hiện giá trị (H
ngày
max
)
*
, (a
T
max
)
*
lớn đột biến ở cùng
một trạm cũng không trùng nhau. Ví dụ đối với trạm Láng - HN, từ năm
1960 - 2010, thời điểm xuất hiện giá trị (H

ngày
max
)
*
là 31/10/2008 nhưng
thời điểm xuất hiện giá trị (a
20ph
max
)
*
là 03/5/2005, (a
30ph
max
)
*
là 03/5/2005,
trong khí đó năm 2005 lượng mưa ngày lớn nhất năm H
ngày
max
được tạo ra
lại rơi vào ngày 27/9/2005. Như vậy, với sự xuất hiện của cơn mưa có
cường độ mưa lớn đột biến mặc dù không tạo ra giá trị lượng mưa ngày
lớn nhất năm, không tạo ra giá trị lượng mưa ngày lớn đột biến thì vẫn
gây ra lũ lớn đột biến cho công trình thoát nước nhỏ trên đường do tính
chất lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường có thời gian
tập trung nước ngắn. Đây là điều cần đặc biệt lưu tâm trong tính toán
thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường.
+) Sự biến đổi của lượng mưa ngày lớn nhất năm H
ngày
max

, cường độ
mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm a
T
max
trong những năm càng về gần
đây làm cho giá trị H
n,p
, a
T,p
theo tần suất xác lập với chuỗi số liệu đo
mưa thực tế thu thập đến năm 2010 có xu hướng tăng lên so với kết quả
tính H
n,p
, a
T,p
với chuỗi số liệu đo mưa thu thập đến những năm về trước
kia, và kết quả là làm tăng trị số Q
p
tính được.
2.3.5. Giá trị trung bình trong nhiều năm

X và hệ số phân tán Cv, hệ
số thiên lệch Cs của H
ngày
max
và a
T
max
.
- Mục đích: nghiên cứu này phục vụ cho việc tính toán xác định H

n,p
,
a
T,p
theo tần suất thiết kế ở các chương 3 và 4 trong vấn đề ước tính các
tham số thống kê; trong vấn đề xác định số năm quan trắc lấy mẫu cần
thiết n
yc
để bảo đảm sai số lấy mẫu vì khi chuỗi thống kê H
ngày
max
, a
T
max
có
hệ số Cv càng lớn thì số năm quan trắc yêu cầu n
yc
càng phải dài để đảm
bảo có được kết quả tính toán xác định H
n,p
, a
T,p
là tin cậy. Tỷ số Cs

/

Cv
cũng là một điều kiện để quyết định lựa chọn luật phân bố xác xuất phù
hợp khi tính toán xác định H
n,p

, a
T,p
nhằm cho kết quả tốt nhất. Ngoài ra
- 17 -
giá trịX, Cv, Cs cũng phản ánh tính chất biến đổi theo thời gian của
thông số H
ngày
max
, a
T
max
mà ta cần nghiên cứu, so sánh, làm rõ.
- Kết quả nghiên cứu ở 12 trạm khí tượng từ năm 1960 – 2010: lượng
mưa ngày lớn nhất năm có giá trị trung bìnhH
ngày
max
từ 89.31 - 237.46
mm, hệ số Cv = 0.24 - 0.55, Cs = 0.34 - 2.99, Cs/Cv = 1.4 - 5.7; cường
độ mưa lớn nhất năm a
T
max
ở các thời đoạn T = 5ph - 1440ph có giá trị
trung bìnha
T
max
từ 3.01 - 0.07 mm/ph, Cv = 0.18 - 0.63, Cs = (-0.25) -
3.58, Cs/Cv = 0.05 - 8.0, cùng một trạm hệ số Cv, Cs của a
T
max
ở các thời

đoạn T càng ngắn thì thường có giá trị càng nhỏ và ngược lại.
2.3.6. Chu kỳ biến đổi lớn – nhỏ – trung bình của H
ngày
max
và a
T
max
.
- Mục đích: nghiên cứu này phục vụ cho việc kiểm tra tính đại biểu
của thời kỳ quan trắc lấy mẫu của chuỗi số liệu thống kê H
ngày
max
, a
T
max
đưa vào tính toán tần suất để xác định H
n,p
, a
T,p
ở chương 3 và 4. Được
coi là có tính đại biểu, phản ánh gần đúng với quy luật thay đổi chung
của tổng thể thì thời kỳ lấy mẫu H
ngày
max
, a
T
max
phải có được một số năm
thuộc thời kỳ mưa lớn và một số năm thuộc thời kỳ mưa nhỏ liên tiếp
nhau. Ngoài ra, nghiên cứu chu kỳ biến đổi cũng phản ánh sự biến đổi

theo thời gian của H
ngày
max
, a
T
max
mà ta cần nghiên cứu, so sánh, làm rõ.


+/ Thời kỳ lớn: (1983 -
1994), (2007 - 2010).
+/ Thời kỳ nhỏ: (1956
- 1983), (1999 -2007).
+/ Thời kỳ trung bình:
(1994 - 1999).
+/ Có 2 chu kỳ.


+/ Thời kỳ lớn: (1996 -
2010).
+/ Thời kỳ nhỏ: (1986
- 1996).
+/ Thời kỳ trung bình:
(1961 - 1986).
+/ Có 1 chu kỳ.
Hình 2.7: Chu kỳ biến đổi của lượng mưa ngày lớn nhất năm H
ngày
max
tại
trạm Láng - TP.Hà Nội từ năm 1960 – 2010

Hình 2.8: Chu kỳ biến đổi cường độ mưa lớn nhất năm a
T
max
ở thời đoạn
tính toán T = 30ph tại trạm Láng - TP.Hà Nội từ năm 1960 – 2010
- 18 -
- Để tìm chu kỳ biến đổi của H
ngày
max
, a
T
max
ta sử dụng đường lũy tích
sai chuẩn S
t
= Σ(K
i
– 1) với K
i
= (X
i
/X) là hệ số biến xuất. Trên đường
lũy tích sai chuẩn S
t
, nếu xét xu thế chung sẽ thấy có những nhóm năm
đường lũy tích luôn đi lên ứng với thời kỳ mưa lớn, hoặc luôn đi xuống
ứng với thời kỳ mưa nhỏ, hoặc luôn nằm ngang ứng với thời kỳ mưa
trung bình. Một chu kỳ mưa bao gồm một thời kỳ mưa lớn và một thời
kỳ mưa nhỏ hoặc một thời kỳ mưa lớn, một thời kỳ mưa nhỏ và một thời
kỳ mưa trung bình liên tiếp nhau. Ví dụ như ở hình 2.7, hình 2.8 trên.

- Nhận xét: H
ngày
max
, a
T
max
thay đổi có tính chu kỳ, chiều dài một chu
kỳ biến đổi của chúng dao động từ 20 – 50 năm. Trong cùng một trạm,
chu kỳ biến đổi của H
ngày
max
và a
T
max
là không như nhau, ở thời đoạn tính
toán T càng ngắn thì khác nhau càng nhiều và ngược lại. Với độ dài
chuỗi số liệu khảo sát đến năm 2010 ở các trạm khí tượng chọn nghiên
cứu, H
ngày
max
và a
T
max
ở T = 5ph - 1440ph đều đạt được tối thiểu 1 chu kỳ
biến đổi, có khi đạt được >= 2 chu kỳ biến đổi.
2.3.7. Tương quan biến đổi về giá trị và thời điểm xuất hiện cùng nhau
của H
ngày
max
và a

T
max
.
- So sánh biến đổi về giá trị: sử dụng tiêu chuẩn đồ thị để so sánh hệ
số biến xuất K
i
của H
ngày
max
và a
T
max
.
- 19 -
- So sánh về thời điểm xuất hiện trong cùng một ngày tháng trong
năm của H
ngày
max
và a
T
max
: đánh giá bằng bảng mầu.
Bảng 2.9: Bảng mầu đánh giá sự trùng lặp về thời điểm xuất hiện cùng
ngày tháng trong năm của H
ngày
max
và a
T
max
từ 5

→

1440ph tại trạm
Láng – TP. HN từ năm 1960 – 2010, (cùng mầu là trùng lặp)
Hình 2.9: Đồ thị so sánh biến đổi về giá trị giữa H
ngày
max
và a
T
max
ở các thời đoạn tính
toán T = 5

→

1440ph tại trạm Láng – Hà Nội từ năm 1960 - 2010
- 20 -
- Nhận xét: Sự biến đổi của thông số lượng mưa ngày lớn nhất năm
H
ngày
max
và thông số cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất năm a
T
max
ở cùng một trạm không có sự trùng lặp hoàn toàn mà có sự khác biệt,
thậm chí rất khác biệt. Sự khác biệt này xảy ra ở mọi khía cạnh: về xu
hướng biến thiên, chu kỳ biến đổi, về mức độ biến đổi, về hệ số Cv, Cs,
về thời điểm xuất hiện trùng nhau trong cùng một ngày tháng trong
năm, . . . . Sự khác biệt này giữa H

ngày
max
và a
T
max
phụ thuộc vào thời đoạn
tính toán T: ở các thời đoạn tính toán T càng nhỏ thì sự khác biệt giữa
a
T
max
(hay H
T
max
= T.a
T
max
) so với H
ngày
max
càng lớn, sự khác biệt giữa a
T
max
(H
T
max
) và H
ngày
max
càng giảm đi khi thời đoạn tính toán T tăng dần, tuy
nhiên tới giá trị T = 24h thì giữa a

1440ph
max
(hay H
24h
max
) và H
ngày
max
vẫn
không đạt được sự trùng lặp hoàn toàn mà vẫn còn tồn tại sự khác biệt.
Khi xác định lưu lượng lũ của lưu vực nhỏ của công trình thoát
nước nhỏ trên đường, thường tính ở phân khúc thời đoạn T nhỏ vì thời
gian tập trung nước τ của lưu vực nhỏ thường ngắn, nếu sử dụng thông
số lượng mưa ngày để tính toán có thể bỏ sót thời đoạn có cường độ mưa
lớn hoặc không xét được cơn mưa có cường độ mưa rất lớn nhưng lại có
lượng mưa ngày không phải là lớn nhất. Như vậy, để nâng cao mức độ
chính xác trong tính toán lưu lượng lũ lưu vực nhỏ của công trình thoát
nước nhỏ trên đường, phản ánh sát hơn điều kiện khí hậu và địa hình Việt
Nam thì nên sử dụng trực tiếp thông số cường độ mưa để tính toán.
Chương 3: XÁC ĐỊNH LƯỢNG MƯA NGÀY TÍNH TOÁN VÀ
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ĐẶC TRƯNG HÌNH DẠNG
CƠN MƯA
- 21 -
3.1. Xác định lượng mưa ngày tính toán theo tần suất thiết kế H
n,p
.
3.1.1. Đặt vấn đề.
- H
n,p
hiện là thông số mưa được dùng để tính Q

p
công trình thoát
nước nhỏ trên đường theo TCVN9845:2013 [5], thậm chí nó còn được
dùng để tính Q
p%
của lưu vực vừa và lớn. Bởi vì trong điều kiện ở nước ta
hiện nay, dữ liệu đo lượng mưa ngày rất phổ biến, phủ đều trên phạm vi
toàn lãnh thổ, đầy đủ và liên tục trong nhiều năm liền.
- Cơ sở dữ liệu H
n,p
đầy đủ nhất trong [5] được lập năm 1987, từ đó
đến nay đã trên 25 năm, giá trị H
n,p
đã bị thay đổi nhiều do chế độ mưa ở
nước ta bị thay đổi, đặc biệt thay đổi nhiều những năm càng về gần đây
do tác động của hiện tượng BĐKH. Do vậy cần nghiên cứu thành lập cơ
sở dữ liệu mới về H
n,p
phù hợp với các diễn biến thời tiết ở nước ta hiện
nay để sử dụng trong tính toán Q
p
công trình thoát nước trên đường.
3.1.2. Xác định lượng mưa ngày tính toán H
n,p
theo tần suất thiết kế p.
3.1.3. Kết quả xác định lượng mưa ngày tính toán H
n,p
theo tần suất
thiết kế p cho 12 trạm khí tượng nghiên cứu, nhận xét và kiến nghị.
Lấy mẫu và kiểm định mẫu thống kê lượng mưa ngày lớn nhất năm H

ngày
max

thu thập thực tế
Kiểm tra tính đại biểu:
./ Kiểm tra sai số lấy mẫu
./ Kiểm tra thời kỳ lấy mẫu
Tính tần suất kinh nghiệm:
./ Công thức kỳ vọng
Xử lý mưa đặc biệt lớn
Tìm đường tần suất lý luận phù hợp:
./ Hàm phân bố Kritski - Menkel (K-M)
./ Vẽ tìm đường tần suất lý luận phù hợp theo phương pháp đường thích hợp
Kiểm định sự phù hợp của đường tần suất lý luận với tài liệu thực đo:
./ Sử dụng tiêu chuẩn kiểm định Smirnov - Kolmogorov
Hình 3.1: Sơ đồ xác định lượng mưa ngày tính toán H
n,p
bằng phân tích
thống kê với chuỗi số liệu đo lượng mưa ngày ở các trạm đo mưa ở nước ta
thường là liên tục
- 22 -
- Áp dụng sơ đồ tính ở Hình 3.1 thiết lập giá trị H
n,p
tại 12 trạm khí
tượng chọn nghiên cứu với chuỗi số liệu đo mưa ngày thực tế thu thập từ
năm 1960 – 2010 cho kết quả đảm bảo độ tin cậy cần thiết, R
tincậy
≥ 95%,
phù hợp với đặc điểm của chế độ mưa ở nước ta trong tình hình thời tiết
khí hậu hiện nay chịu tác động của hiện tượng BĐKH.

- Khi so sánh giá trị H
n,p
luận án lập với số liệu đo mưa đến năm 2010
với giá trị H
n,p
lập trong [5] với số liệu đo mưa đến năm 1987 nhận thấy:
sau 23 năm, từ 1987 - 2010, ở tất cả các trạm khí tượng nghiên cứu ở các
vùng miền trên toàn quốc, giá trị H
n,p
ở các tần suất p thay đổi rất nhiều.
Ở các mức p càng nhỏ thì sự thay đổi thường càng lớn, có khi tăng lên
gấp 1.5 - 2 lần, ở mức p càng lớn thì sự chênh lệch ít hơn. Kết qủa so
sánh này phù hợp với các nghiên cứu về quy luật biến đổi của mưa tại
các trạm khí tượng đã thực hiện ở chương 2, đó là chế độ mưa ở nước ta
đã có sự thay đổi và thay đổi đáng kể những năm càng về gần đây.
- Do vậy kiến nghị sử dụng các số liệu lượng mưa ngày tính toán
theo tần suất H
n,p
lập cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với số liệu
đo mưa từ năm 1960 – 2010 như trong Phụ lục 1 để tính Q
p
công trình
thoát nước trên đường tại những khu vực có các trạm khí tượng này.
3.2. Nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa Ψ
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.
3.2.1. Khái niệm và đặc tính của hàm hệ số đặc trưng hình dạng cơn
mưa

Ψ
.
- Gọi Ψ
T,p
là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời đoạn T và tần
suất p tại một vùng mưa nào đó.
pn
pT
pT
H
H
,
,
,
=Ψ
(3.9)
- 23 -
- Bằng lý luận cũng như thực tiễn (ví dụ như kết quả nghiên cứu trên
số liệu đo mưa thực tế ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với số liệu
mưa thu thập từ năm 1960 – 2010 trong luận án) đã chứng minh rằng:
trong một vùng mưa đã được xác định thì họ các đường cong quan hệ
Ψ
T,p
∼ T ở các tần suất p khác nhau rất sít nhau, có nghĩa có thể xem như
chúng không phụ thuộc vào tần suất p nữa. Bởi vậy lấy đường trung bình
của họ các đường cong Ψ
T,p
∼ T ở các tần suất p để đại diện cho vùng
mưa đó, đường trung bình này được ký hiệu là Ψ
T

, như vậy Ψ
T
chỉ còn
phụ thuộc vào T, không phụ thuộc vào p, ta có công thức (3.10).
pn
pT
T
H
H
,
,
=Ψ
(3.10)
Với: H
T,p
là lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn tính toán T ở tần suất p
H
n,p
là lượng mưa ngày tính toán ở tần suất p
T là thời đoạn mưa tính toán. Khi tính Q
p
lấy T = τ.
- Hàm Ψ
T
có tính vùng rõ rệt: ở các vùng mưa khác nhau thì đường
cong quan hệ Ψ
T
∼ T sẽ khác nhau nên sử dụng đường quan hệ Ψ
T
∼ T để

phân vùng mưa. Hệ số Ψ
T
phản ánh hình dạng cơn mưa của vùng: xét lại
Hình 1.4 ở hai vùng mưa I, II có cùng lượng mưa ngày tính toán H
n,p
nhưng hình dạng cơn mưa khác nhau nên H
T,p
I
≠ H
T,p
II
, như vậy có thể
dùng tỷ số (H
T,p
/

H
n,p
) để đặc trưng cho hình dạng cơn mưa của vùng mưa
và Ψ
T
= H
T,p
/

H
n,p
được gọi là hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa.
3.2.2. Mục đích, ý nghĩa của việc nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng
hình dạng cơn mưa

Ψ
T
.
- Để xác định Q
p
công trình thoát nước nhỏ trên đường theo tiêu
chuẩn TCVN9845:2013 [5], ngoài việc xác định được thông số H
n,p
như
ở mục 3.1 trên, còn cần phải xác được giá trị của hệ số đặc trưng hình
dạng cơn mưa Ψ
T
ở thời đoạn tính toán T cho vùng mưa thiết kế phù hợp
và cập nhật được các diễn biến về mưa đến thời điểm hiện nay ở nước ta.
- Đồng thời, hệ số Ψ
T
còn dùng để xác định lượng mưa lớn nhất
trong thời đoạn tính toán H
T,p
theo tần suất tính từ H
n,p
theo tần suất, H
T,p
= Ψ
T
.H
n,p
, sử dụng trong công thức Sôkôlôpsky tính lưu lượng thiết kế
cho lưu vực vừa và lớn, nó cũng là thông số quan trọng trong tính toán
mưa rào - dòng chảy bằng mô hình NAM - MIKE cho kết quả tin cậy.

- Ngoài ra, hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa Ψ
T
∼ T là một thông
số rất quan trọng sử dụng trong việc phân vùng mưa.
- 24 -
- Từ những phân tích như trên thì việc nghiên cứu xác định hệ số Ψ
T
là một trong những nội dung nghiên cứu có ý nghĩa khoa học, thực tiễn.
3.2.3. Kết quả xây dựng hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa
Ψ
T
cho 12
trạm khí tượng nghiên cứu, nhận xét và kiến nghị.
- Với chuỗi số liệu đo mưa thực tế thu thập từ năm 1960 – 2010 tại
12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu, giá trị Ψ
T
được thiết lập có sai số rất
thấp theo tiêu chí đánh giá của tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) sử
dụng chỉ tiêu độ hữu hiệu R
hh
2
, đều đạt mức Khá, Tốt.
- Kiến nghị sử dụng các giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa
Ψ
T
ở các thời đoạn tính toán T = 5ph → 1440ph lập với số liệu đo mưa
thực tế từ năm 1960 - 2010 tại khu vực 12 trạm khí tượng nghiên cứu
như trong Phụ lục 2, để tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ
trên đường ở những khu vực này.
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.
- Trong thực tiễn tính toán, phải phân diện tích lãnh thổ thành những
vùng mưa và xây dựng giá trị bình quân của các thông số đặc trưng về
mưa trên toàn vùng để sử dụng chung cho tất cả các diện tích lưu vực
nằm trong vùng mưa đó. Phải làm như vậy bởi vì không phải tại bất cứ
một vị trí diện tích lưu vực nào cũng có đặt trạm đo mưa.
- Kết quả phân vùng mưa có ảnh hưởng tương đối lớn tới mức độ
chính xác của kết quả tính Q
p
công trình thoát nước nhỏ trên đường. Các
công trình phân vùng mưa hiện nay ở nước ta, ngay cả phân vùng mưa
đang dùng trong tiêu chuẩn thiết kế [5] được đánh giá là quá rộng, chưa
phù hợp đối với yêu cầu tính toán lưu lượng lũ lưu vực nhỏ của công
trình thoát nước nhỏ trên đường. Việc phân thành những vùng mưa rộng
lớn đã làm bình quân hóa quá rộng giá trị các thông số mưa đặc trưng
trên toàn vùng, làm mất đi tính đặc trưng riêng biệt của những diện tích
lưu vực nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường. Ngoài ra theo các
nghiên cứu chương 2, chế độ mưa ở nước ta đến nay đã bị thay đổi đáng
kể trong những năm càng về gần đây do chịu ảnh hưởng của BĐKH.
- Luận án đã kiến nghị, đề xuất một phương pháp, 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 như sau: Việc phân vùng mưa căn
- 25 -
cứ vào chỉ tiêu chính là hàm hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa Ψ
T
∼

T,
tức quan hệ triết giảm cường độ mưa theo thời khoảng tính toán, với mức

độ sai số khi tính toán phân vùng giữa các giá trị (Ψ
T,p
)
k
ở các vị trí k
trong vùng mưa so với giá trị trung bình Ψ
T
đặc trưng cho cả vùng mưa
không được vượt quá mức độ sai số cho phép, tức phải đảm bảo điều
kiện R
hh
2
≥ [R
hh
2
]
cp
; và kết hợp với việc phân tích tổng hợp một số yếu tố
ảnh hưởng đến chế độ mưa lũ như nguyên nhân gây mưa lũ, mùa mưa lũ,
đặc điểm địa hình.
+) Với phương pháp phân vùng này đã có thể tính toán định lượng
được mức độ sai số khi phân vùng mưa bằng chỉ tiêu độ hữu hiệu R
hh
2
.
+) Giá trị [R
hh
2
]
cp

chọn càng lớn thì kết quả phân vùng càng chi tiết
và ngược lại, giá trị [R
hh
2
]
cp
không được chọn thấp hơn 40% là mức quy
định tối thiểu phải đạt được của WMO.
+ Ví dụ vận dụng: thực hiện phân vùng cho TP.Hà Nội với số liệu
đo mưa thực tế từ năm 1960 -2010 của 3 trạm Láng, Hà Đông, Tx.Sơn
Tây với mức [R
hh
2
]
cp
= 85%, ở mức Tốt theo tiêu chí của WMO, thì
TP.Hà Nội được chia làm 2 vùng mưa: vùng mưa gồm các quận nội
thành và các huyện phía nam có địa hình đồng bằng và vùng mưa gồm
thị xã Sơn Tây và các huyện phía bắc có địa hình bán sơn địa.
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
4.1. Phương pháp trực tiếp xác định cường độ mưa tính toán a
T,p
.
Phương pháp này cho kết quả xác định a
T,p
chính xác, nhưng chỉ sử
dụng được khi có được số liệu đo mưa tự ghi thực tế ở vùng thiết kế với
số năm quan trắc đủ dài đến thời điểm thiết kế công trình.

4.1.1.

Trường hợp chuỗi số liệu đo mưa tự ghi thực tế ở các trạm khí
tượng là liên tục.
Việc tính trực tiếp a
T,p
tương tự như sơ đồ tính ở Hình 3.1
4.1.2. 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.
Trong trường hợp này việc xác định a
T,p
bằng phương pháp phân
tích thống kê theo sơ đồ ở Hình 4.4 dưới đây.
Hình 4.4: Sơ đồ xác đinh cường độ mưa tính toán a
T,p
ở thời đoạn T và tần suất p
bằng phân tích thống kê trong trường hợp 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