NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ MƯA TÍNH TOÁN ỨNG VỚI CÁC CƠN MƯA TIÊU CHUẨN KHÁC NHAU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
PHẠM VĂN TÂN
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ MƯA TÍNH TOÁN ỨNG VỚI
CÁC CƠN MƯA TIÊU CHUẨN KHÁC NHAU
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình giao thông
Mã số: 60 58 02 05
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - Năm 2015
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
1
Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Dương Tất Sinh
Cán bộ chấm phản biện 1: GS.TS Phạm Cao Thăng
Cán bộ chấm phản biện 2: GS.TS Vũ Đình Phụng
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
Ngày 08 tháng 02 năm 2015
2
LỜI CẢM ƠN
Cảm ơn công ty cổ phần tư vấn thiết kế xây dựng và
chuyển giao công nghệ Tầm Nhìn Mới đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện để tác
giả hoàn thành luận văn này.
HÀ NỘI 2015
Tôi xin cam đoan
Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn
trung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và
pháp luật Việt Nam. Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Phạm Văn Tân
3
MỤC LỤC
Trang

PHẠM VĂN TÂN 1
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT 1
LỜI CẢM ƠN 3
Tôi xin cam đoan 3
MỤC LỤC 4
Tóm tắt luận văn 7
Danh mục ký hiệu 8
Danh mục các bảng 9
Danh mục các hình vẽ 10
MỞ ĐẦU 11
1. Đặt vấn đề 11
2. Mục tiêu, phương pháp và nội dung nghiên cứu của luận văn 12
2.1.Mục tiêu 12
2.2.Phuơng pháp : 12
2.3.Nội dung nghiên cứu : 12
3. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn 13
CHƯƠNG 1 13
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐƯỜNG Ô TÔ. VAI
TRÒ CỦA THỦY VĂN CÔNG TRÌNH. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
13
1.1. Khái quát chung về thoát nước đường ô tô 13
1.1.1. Khái quát về điều kiện khí hậu và mưa lũ ở Việt Nam 13
1.1.2. Hệ thống thoát nước mặt và thoát nước ngầm đường ô tô 17
1.1.3. Các công trình thoát nước ngang trên đường ô tô 18
1.1.4. Một số đặc điểm của hệ thống thoát nước đường ô tô tại Việt Nam 19
1.2. Vai trò của thủy văn công trình và vấn đề xác định lưu lượng mưa tính toán 20
1.2.1. Vai trò của thủy văn công trình 20
1.2.2. Các phương pháp xác định lưu lượng mưa tính toán 21
a) Lượng mưa ngày tính toán Hn,p theo tần suất thiết kế p 21
b) Các yếu tố ảnh hưởng đến lưu lượng mưa tính toán 22

* Khái quát chung về yếu tố ảnh hưởng 22
1.4. Đặt vấn đề nghiên cứu 48
4
1.5. Kết luận chương 1 49
CHƯƠNG 2 50
CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ MƯA TÍNH TOÁN 50
2.1. Khái niệm về mưa 50
2.1.1. Khái niệm chung 50
2.1.2. Các tính chất đặc trưng của mưa 50
2.1.3. Cách biểu thị 51
2.1.4. Cách đo mưa (quan trắc) 51
2.2. Cơ sở xác định cường độ mưa tính toán 52
2.2.1. Khái quát về cường độ mưa 52
2.2.2.Các yếu tố ảnh hưởng tới cường độ mưa 56
2.2.3.Các phương pháp xác định cường độ mưa 56
a) Xác định cường độ mưa theo phương pháp phân tích số liệu thông kê 59
b) Xác định cường độ mưa theo phương pháp cường độ mưa giới hạn 60
2.2.4. Các phương pháp xác định cường độ mưa tính toán 65
2.3. Xây dựng công thức xác định cường độ mưa tính toán dựa trên các cơn mưa tiêu chuẩn khác nhau.
80
2.3.1. Khái niệm về cơn mưa tiêu chuẩn 80
2.3.2. Xây dựng các công thức xác định cường độ mưa tính toán dựa trên cơn mưa tiêu chuẩn 82
2.3.3. Nghiên cứu cơ sở lựa chọn công thức tính toán ứng với các cơn mưa tiêu chuẩn khác nhau 83
2.4. Kết luận chương 2 85
CHƯƠNG 3 86
XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ MƯA TÍNH TOÁN ỨNG VỚI CÁC CƠN
MƯA TIÊU CHUẨN KHÁC NHAU 86
3.1. Lựa chọn địa phương và lưu vực tính toán 86
3.1.1. Giới thiệu chung về khu vực xây dựng công trình 87
3.2.2. Tính cường độ mưa tiêu chuẩn cho vùng lựa chọn 100

3.3. Xác định cường độ mưa tính toán ứng với các cơn mưa tiêu chuẩn 102
3.4. Nhận xét kết quả 105
Qua kết quả xác định cường độ mưa tính toán ứng với các cơn mưa tiêu chuẩn khác nhau cho thấy: 105
- Cường độ mưa tính toán xác định được xấp xỉ bằng với cường độ mưa của cơn mưa tiêu chuẩn 105
- Cường độ mưa của các cơn mưa tiêu chuẩn khác nhau thì cường độ mưa tính toán cũng khác nhau. 105
Điều đó cho thấy việc sử dụng một cơn mưa tiêu chuẩn cho các vùng địa lý khác nhau và ngay trong một
vùng địa lý là không hoàn toàn phù hợp. Lý do là cường độ mưa của các cơn mưa tiêu chuẩn khác nhau
sẽ cho các cường độ mưa tính toán khác nhau. Khi đó kết quả xác định lưu lượng sẽ khác nhau cùng với
một lưu vực. 105
3.5. Kết luận chương 3 105
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106
1. Kết luận 106
- Cường độ mưa tính toán xác định được xấp xỉ bằng với cường độ mưa của cơn mưa tiêu chuẩn( ở đây
đanh tính cho một vị trí địa lý cụ thể) 107
5
- Cường độ mưa của các cơn mưa tiêu chuẩn khác nhau thì cường độ mưa tính toán cũng khác nhau. 107
Điều đó cho thấy việc sử dụng một cơn mưa tiêu chuẩn cho các vùng địa lý khác nhau và ngay trong một
vùng địa lý là không hoàn toàn phù hợp. Lý do là cường độ mưa của các cơn mưa tiêu chuẩn khác nhau
sẽ cho các cường độ mưa tính toán khác nhau. Khi đó kết quả xác định lưu lượng sẽ khác nhau cùng với
một lưu vực. 107
2. Kiến nghị 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO 107
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 108
6
Tóm tắt luận văn
Họ và tên học viên: Phạm Văn Tân
Chuyên ngành:Xây dựng đường ô tô và đường thành phố Khóa K25A
Cán bộ hướng dẫn: Đại tá,TS. Dương Tất Sinh
Tên đề tài: Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán ứng với các cơn
mưa tiêu chuẩn khác nhau.

Tóm tắt:Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán ứng với các cơn
mưa tiêu chuẩn khác nhau là có ý nghĩa thực tiễn và nhằm mục đích sử dụng
cơn mưa tiêu chuẩn phù hợp cho các vùng địa phương có điều kiện địa hình
cụ thể và mưa lũ khác nhau. Đề xuất giới hạn áp dụng cho mỗi cơn mưa tiêu
chuẩn và chỉ ra được cơ sở khoa học xây dựng cường độ mưa tính toán từ cơn
mưa tiêu chuẩn. Xây dựng cơ sở xác định cường độ mưa tính toán từ các cơn
mưa tiêu chuẩn khác nhau.và so sánh đánh giá và định hướng sử dụng công
thức xác định cường độ mưa tính toán ứng với các cơn mưa tiêu chuẩn khác
nhau.
7
Danh mục ký hiệu
1 A Hệ số vùng khí hậu.
2 a Cường độ mưa
3 a
T,p
Cường dộ mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p: là
cường dộ mưa trung bình lớn nhất trong thời đoạn mưa
tính toán T ở tần suất p
4
a
τ
,p
Cường độ mưa tính toán ở thời đoạn tập chung nước τ của
lưu vực và tần suất p
5 B Hệ số vùng khí hậu
6 F Diện tích lưu vực
7 H Lượng mưa
8 H
n,p
Lượng mưa ngày ở tần suất p

9 H
T,p
Lượng mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p
10
H
τ
,p
Lượng mưa tính toán ở thời gian tập chung nước τ và tần
suất p
11 p Tần suất thiết kế (%)
12 Q Lưu lượng
13 Q
p
Lưu lượng ở tần suất p
14 S Sức mưa
15 S
p
Sức mưa ở tần suất p
16 T Thời đoạn mưa tính toán
17 t Thời gian
18
ψ
Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa
8
19
ψ
Τ
Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời đoạn tính toán
T
20

ψ
τ
Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở thời gian tập chung
nước τ
21
δ
1
Hệ số tổn thất do ao hồ đầm lầy
22
γ
Hệ số xét đến việc mưa không đều trên lưu vực
23
ϕ
Hệ số dòng chảy
24
φ
Hệ số triết giảm lưu lượng dòng chảy phụ thuộc vào diện
tích lưu vực
25
τ
Thời gian tập chung nước của lưu vực
26 L
ls
Chiều dài sông suối chính
27
Σ
li
Tổng chiều dài sông suối nhánh
28 m Hệ số hình dạng cơn mưa
29 q

Mô đuyn dòng chẩy mưa, hay lưu lượng dòng chảy mưa
(chưa xét đến tổn thất) từ 1 đơn vị diện tích lưu vực
Danh mục các bảng
Bảng .1-1
Bảng tra hệ số giảm lưu lượng φ phụ thuộc vào diện tích
Bảng 1-2 Bảng tra hệ số tổn thất do ao hồ,đầm lầy δ
1
Bảng 1-3
Bảng tra hệ số dòng chảy ϕ
Bảng 3-1 Tần suất lượng mưa lớn nhất thời đoạn 15 phút
Bảng 3-2 Tần suất lượng mưa lớn nhất thời đoạn 30 phút
Bảng 3-3 Tần suất lượng mưa lớn nhất thời đoạn 45 phút
9
Bảng 3-4 Tần suất lượng mưa lớn nhất thời đoạn 60 phút
Bảng 3-5 Tần suất lượng mưa lớn nhất thời đoạn 90 phút
Bảng 3-6 Tần suất lượng mưa lớn nhất thời đoạn 120 phút
Bảng 3-7 Tần suất lượng mưa lớn nhất thời đoạn 180 phút
Bảng 3- 8 Cường độ mưa ứng với thời gian mưa ở tần suất p =1%
Bảng 3- 9 Cường độ mưa ứng với thời gian mưa ở tần suất p =3%
Bảng 3-10 Cường độ mưa ứng với thời gian mưa ở tần suất p =5%
Danh mục các hình vẽ
Hình 1.1 Bình đồ lưu vực
Hình 1.2
Sơ đồ giá trị lưu lượng chẩy qua công trình sau từng đơn vị thời
gian
Hình 2.1 Biểu đồ biểu thị cường độ mưa
Hình 2.2
Diễn biến lượng mưa tích lũy H
t
và cường độ mưa tức thời trong

một trận mưa thực tế
Hình 2.3 Phương pháp xác định cường độ mưa trung bình lớn nhất trong
khoảng thời gian tính toán T trên giấy đo mưa tự ghi, với H
t
là
10
lượng mưa tích lũy.
Hình 2.4
Quan hệ cường độ mưa tính toán a
T,
lượng mưa lớn nhất trong
khoảng thời gian tính toán H
T
và thời đoạn mưa tính toán T
Hình 3.1 Bình đồ lưu khu vực tính toán
Hình 3.2 Cường độ mưa chuẩn ứng với tần suất p=1,3,5%
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Cường độ mưa tính toán là cơ sở xác định lưu lượng tính toán và là cơ
sở để tính toán thủy lực, xác định khẩu độ công trình thoát nước trên đường ô
tô nói riêng và các công trình khác nói chung.
Trong thực tế thiết kế công trình thoát nước hiện nay, có nhiều quan
điểm sử dụng các cơn mưa tiêu chuẩn khác nhau. Trong thực tế, ở các địa
phương khác nhau, cường độ mưa và thời gian kéo dài của mưa là rất khác
nhau do chịu ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên. Vì vậy, vấn đề đặt ra là nếu
sử dụng một cơn mưa tiêu chuẩn để xác định cường độ mưa tính toán cho các
11
địa phương khác nhau với các hệ số như đã có hiện nay thì kết quả có khác
nhau không?
Vì thế, dựa trên công thức xác định cường độ mưa tính toán theo

phương pháp cường độ mưa giới hạn và cơn mưa tiêu chuẩn vẫn thường sử
dụng, cần xây dựng cơ sở xác định cường độ mưa tính toán từ các cơn mưa
tiêu chuẩn khác nhau. Từ đó, nghiên cứu khả năng sử dụng các cơn mưa tiêu
chuẩn khác nhau cho phù hợp với từng vùng miền cụ thể. Xây dựng mô hình
lưu vực để đánh giá và so sánh.
2. Mục tiêu, phương pháp và nội dung nghiên cứu của luận văn
2.1.Mục tiêu
+ Làm rõ được cơ sở khoa học xây dựng công thức xác định cường độ
mưa tính toán .
+ Xây dựng cơ sở xác định cường độ mưa tính toán từ dựa trên cơn
mưa tiêu chuẩn .
+ So sánh ,đánh giá và định hướng sử dụng công thức xác định cường
độ mưa tính toán ứng với các cơn mưa tiêu chuẩn khác nhau.
2.2.Phuơng pháp :
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp xử lý số liệu thực tế thu thập được.
2.3.Nội dung nghiên cứu :
Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán ứng với các cơn mưa tiêu
chuẩn khác nhau cho công trình thoát nước đường ô tô đô thị.
Nội dung nghiên cứu gồm các vấn đề chính như sau :
- Mở đầu
- Tổng quan về hệ thống thoát nước đường ô tô. Vai trò của thủy văn công
trình. Đặt vấn đề nghiên cứu.
12
- Cơ sở khoa học xác định cường độ mưa tính toán.
- Xác định cường độ mưa tính toán ứng với các cơn mưa tiêu chuẩn.
- Kết luận và kiến nghị.
3. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn
Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán ứng với các cơn mưa tiêu
chuẩn khác nhau là có ý nghĩa thực tiễn và nhằm mục đích:
+ Sử dụng cơn mưa tiêu chuẩn phù hợp cho các vùng địa phương có

điều kiện địa hình cụ thể và mưa lũ khác nhau.
+ Đề xuất giới hạn áp dụng cho mỗi cơn mưa tiêu chuẩn.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐƯỜNG Ô TÔ. VAI TRÒ
CỦA THỦY VĂN CÔNG TRÌNH. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát chung về thoát nước đường ô tô
1.1.1. Khái quát về điều kiện khí hậu và mưa lũ ở Việt Nam
Việt Nam nằm trong vành đai nội chí tuyến, thuộc vùng khí hậu nhiệt
đới ẩm, gió mùa. Khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm không thuần nhất trên toàn
lãnh thổ, thay đổi theo mùa và theo vùng từ thấp lên cao, từ Bắc vào Nam, từ
Đông sang Tây. Lãnh thổ Việt Nam được chia làm hai miền khí hậu lớn và
khác biệt. Miền Bắc , từ 16 vĩ độ bắc( ngang đèo Hải Vân) trở ra phí Bắc, là
khí hậu nhiệt đới gió mùa, một năm có 4 mùa rõ rệt, Xuân – Hạ - Thu – Đông,
13
chịu ảnh hưởng của gió mùa đông bắc và gió mùa đông nam, nhiệt dộ không
khí trung bình hang năm <24
0
. Miền Nam, từ 16 vĩ độ Bắc trở vào phía Nam,
do ít chịu ảnh hưởng của gió mùa nên khí hậu nhiệt đới khá điều hòa, không
có mùa dông, vùng đồng bằng nóng quanh năm và chia thành hai mùa rõ rệt
là mùa mưa và mùa khô, nhiệt độ không khí trung bình hàng năm từ 24
0
-

28
0
.
Bên canh đó, do cấu tạo địa hình Việt Nam còn có những vùng tiểu khí hậu,
có nơi khí hậu ôn đới như Sa Pa, Đà Lạt, có nơi thuộc khí hậu lục địa như Lai
Châu, Sơn La.

Việt Nam có lượng bức xạ mặt trời rất lớn, lượng bức xạ dồi dào, nắng
trên toàn lãnh thổ, thời gian nắng dài. Miền Bắc có số giờ nắng trung bình
trong năm <2000 giờ, tổng xạ trung bình hàng năm <586KJ/cm
2
. Miền Nam
có số giờ nắng trung bình trong năm >2000h, tổng xạ trung bình hàng năm
>586KJ/cm
2
Độ ẩm tương đối của không khí trên toàn lãnh thổ nước ta quanh
năm cao, trung bình trên 80%
Trên lãnh thổ nước ta, lượng mưa và thời gian mưa hàng năm tương đối
lớn, trung bình từ 1100-8000 mm/ năm và từ 67-223 ngày mưa trong năm.
Mưa phân bố không đều và tập chung vào các tháng mùa mưa. Nhiều trận
mưa có cường độ lớn, nhiều đợt mưa liên tục kéo dài, gây lũ lụt. So với lượng
mưa trung bình hàng nă ở các nước cùng vĩ độ thì Việt Nam được đánh giá là
có lượng mưa khá dồi dào, gấp khoảng 2.4 lần
Do ảnh hưởng của gió mùa và sự phức tạp của địa hình nên Việt Nam
thường gặp những hiện tượng thời tiết đặc biệt, gây bất lợi như : bão, lũ lụt, lũ
quét…
Mưa ở nước ta phân bố không đều theo không gian và thời gian. Chế
độ mưa ở nước ta rất phong phú, thể hiện theo mùa rõ rệt. Một năm phân ra
hai mùa là mùa mưa và mùa khô, các trận mưa gây lũ lớn tập chung chủ yếu
14
vào mùa mưa. Mùa mưa ở nước ta chậm dần từ bắc vào Nam. Chế độ mưa
chịu ảnh hưởng của ba yêu tố chính là :
- Các hình thế thời tiết gây mưa hay nguyên nhân gây mưa
- Gió
- Địa hình.
Các hình thế thời tiết gây mưa ở nước ta rất phức tạp. Do lãnh thổ Việt
Nam trải dài trên 10 vĩ độ Bắc, lại nằm ở vùng thường gặp gỡ của các nhiễu

động thời tiết như bão, áp cao Thái Bình Dương, áp thấp nhiệt đới, dải hội tụ
nhiệt đới, không khí lạnh, xoáy thuận , …. Nên nguyên nhân hình thành mưa
lũ lớn ở mỗi khu vực cũng phải khác nhau . Mưa lớn gây lũ lớn ở nước ta chủ
yếu là các vùng đồi núi phía bắc, miền Trung và Tây Nguyên.
+ Ở miền Bắc : nguyên nhân gây mưa lớn hầu như là sự kết hợp hoặc
hoạt động liên tiếp của nhiều hình thế thời tiết, phần lớn các trận mưa lớn là
do kết hợp hoặc liên tiếp xẩy ra của 2 hoặc 3 hình thế thời tiết, thậm chí có
những trận mưa lớn có tới 5-7 hình thế thời tiết kết hợp hoặc liên tiếp hoạt
động, những trận mưa lũ do một hình thế thời tiết đơn độc xẩy ra rất hiếm, trừ
khi do bão. Do vậy mưa lớn khu vực miền bắc có đặc điểm là trận mưa dài
ngày, thường từ vài ngày đến hai ba tuần, trung bình khoảng 7-8 ngày, mỗi
trận thường gồm nhiều đợt mưa, 2 đến 3 đợt, thậm chí tới 4 hay 5 đợt, mỗi
đợt tập chung 1 đến 3 ngày, thời gian giữa các đợt mưa từ 5-7 h đến trên dưới
1 ngày, trong thời gian này có mưa nhỏ hoặc không mưa. Mưa lũ lớn xẩy ra
trên một diện tích rộng, mỗi trận mưa lũ lớn thường có nhiều tâm mưa, vị trí
của các tâm mưa phụ thuộc vào các hình thế thời tiết gây mưa, điều kiện địa
hình và vị trí của lưu vực, các tâm mưa có lượng mưa đạt trên 500mm/trận
thường chiếm một phần rất nhỏ so với diện tích lưu vực. Sự phân bố mưa theo
không gian và thời gian không đều. Tính thất thường của mưa gây lũ thể hiện
15
ở sự biến động của lượng mưa từng năm, từng tháng, từng ngày. Do lượng
mưa lớn, cường độ mưa lớn, độ dốc của vùng núi lớn hơn, rừng bị tàn phá
nhiều nên cường suất nước lũ dâng rất lớn.
+ Đối với khu vực miền Trung và Tây nguyên : nguyên nhân gây mưa
lớn và đặc biệt lớn ở khu vực miền Trung chủ yếu là do loại hình thời tiết là
bão hoặc áp thấp nhiệt đới, bão hoặc áp thấp nhiệt đới kết hợp với không khí
lạnh, đôi khi là các trận bão liên tiếp. Do vậy mưa lớn khu vực miền trung có
đặc điểm là thời gian của trận mưa tùy theo hình thế thời tiết gây mưa có thể
kéo dài từ 2-3 ngày cho tới 10-12 ngày. Tâm mưa và lượng mưa phụ thuộc rất
nhiều vào nguyên nhân gây mưa mà chủ yếu là bão. Tâm mưa luôn ở sát vị trí

đổ bộ của bão hoặc xê dịch đi chút ít, lượng mưa tại tâm mưa thường từ 300-
500mm/ trận, đặc biệt có những trận mưa có lượng mưa trận tại tâm mưa đạt
tới trên 1000mm Lượng mưa một ngày tại khu vực miền Trung đạt trên 600
- 700mm không phải là hiếm như khu vực miền Bắc, lượng mưa một ngày đạt
trên 400mm là thường xuyên. Do đặc điểm địa hình của khu vực miền Trung
và Tây Nguyên với dãy Trường Sơn chạy dọc theo chiều dài khu vực và rất
gần biển nên mưa phân hóa dọc theo chiều dài của khu vực là rất rõ nét. Nói
chung mưa lũ ở miền Trung và Tây Nguyên chủ yếu là do bão và áp thấp
nhiệt đới gây ra nên thường mưa không kéo dài nhưng tập trung và diện mưa
cũng khá rộng với cường độ mưa lớn nên thường gây ra lũ rất ác liệt với hậu
quả nghiêm trọng do kết hợp với điều kiện địa hình hẹp, dốc lớn . Vùng cửa
sông lại chịu ảnh hưởng của thủy triều và nước biển dâng do bão mạnh nên
càng tăng mức độ ngập lụt của lũ trong vùng. Đây là một vấn đề cần lưu tâm
trong tính toán thiết kế các công trình thoát nước ở khu vực này.
+) Đối với miền Nam: các hình thế thời tiết gây mưa đơn giản hơn, chế
độ mưa ít thất thường hơn nhưng hay xảy ra tác động kép của mưa lớn và
hiện tượng thủy triều dâng làm gia tăng mức độ ngập lụt trong vùng.
16
+) Đặc điểm mưa gây lũ lưu vực nhỏ: đối với lưu vực nhỏ thì mưa được
xem như phân bố đều trên lưu vực và ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng lũ,
thời gian lũ, cường suất lũ và tổng lượng lũ. Khác với lưu vực lớn thì mưa lớn
và mưa đặc biệt lớn trên diện rộng là do kết hợp của nhiều hình thế thời tiết,
nhưng đối với lưu vực nhỏ thì chỉ cần một hình thế thời tiết cũng gây mưa với
cường độ và lượng mưa lớn như mưa bão, áp thấp nhiệt đới và đặc biệt là
mưa dông thường diễn ra với cường độ lớn trên diện tích không lớn trong một
thời gian ngắn. Mưa dông mang những sắc thái có tính chất địa phương. Một
đặc điểm rất rõ nét của lưu vực nhỏ là có thể gây ra lũ lớn và lũ đặc biệt lớn
khi xuất hiện cơn mưa có cường độ lớn mặc dù thời gian mưa ngắn hơn,
lượng mưa ngày có thể nhỏ hơn những ngày khác do vậy ngoài các nguyên
nhân gây mưa lũ như đối với lưu vực lớn thì mưa dông cũng là một nguyên

nhân gây ra lũ ở lưu vực nhỏ.
1.1.2. Hệ thống thoát nước mặt và thoát nước ngầm đường ô tô
Mạng lưới giao thông ngày cảng được mở rộng, đặc biệt là vùng
nông thôn, vùng sâu, vùng xa; khu dân cư, khu đô thị phát triển với tốc độ
nhanh. Chúng đòi hỏi có một giải pháp thiết kế tính toán hợp lý, đơn giản.
Hệ thống thoát nước đường ô tô là các công trình và một số biện pháp
kỹ thuật để đảm bảo cho nền đường không bị ẩm ướt, trong đó, gồm hệ thống
thoát nước ngầm và hệ thống thoát nước mặt
* Hệ thống thoát nước mặt: Về cơ bản là độ dốc ngang và độ dốc
dọc của đường. Hệ thống rãnh dọc, rãnh đỉnh, rãnh tập trung nước, thùng
đấu, dốc nước và bậc nước và công trình thoát nước qua đường như : cầu,
cống, đường thấm, đường tràn, các công trình hướng dòng nước và uốn nắn
dòng chảy.
17
* Hệ thống thoát nước ngầm: Rãnh ngầm, giếng ngầm, có tác dụng
ngăn chặn, tháo và hạ mực nước ngầm, đảm bảo nền đường không bị ẩm ướt,
do đó cải thiện được chế độ thủy nhiệt của nền - mặt đường.
1.1.3. Các công trình thoát nước ngang trên đường ô tô.
* Cống :
Cống là công trình thoát nước chính trên đường. Cống có nhiều loại :
Cống tròn, cống vuông, cống vòm, khẩu độ cống có thể từ 0.5m -6m. Số ống
cống có thể rất nhiều, nói chung không hạn chế. Ví dụ ở Mỹ đã làm công
trình cống có 167 ống loại đường kính 0.7m. Số lượng ống cống thường bị
chiều cao cho phép của nền đường và địa hình lòng suối khống chế, và nói
chung phải qua luận chứng kỹ thuật.
Theo kinh nghiệm nếu lưu lượng trên 15m
3
/s thì làm cống vuông kinh
tế hơn cống tròn. Trong đại đa số các trường hợp vì cần phải thoát một lưu
lượng nhỏ hơn rất nhiều do đó cống tròn bê tong cốt thép được phổ biến nhất.

Mặt khác cống tròn dễ thi công và rất tiện cho việc cơ giới hóa trong thi công.
Cống vòm dùng ở những nơi gần đá và địa chất lòng sông tốt. Để tiện cho sửa
chữa trong thời gian khai thác, đối với cống có khẩu độ dưới 1m chiều dài
cống không nên vượt quá 20m.
Cống gồm các cống ngang và cống dọc trên trên đường, cống ngang
đặt ở những nơi tụ thủy, cống dọc chạy theo dọc đường nơi đoạn đường đào
và đoạn đường đắp thấp.
* Cầu :
Cầu thường dùng khi lưu lượng lớn hơn 25 - 30m
3
/s. Nói chung thiết
tùy thuộc vào mặt kinh tế kỹ thuật để quyết định một cách hợp lý phương án
cầu hay cống, về các phương án thi công và sự liện hệ mối giao thông đường
thủy, tải trọng tác dụng lên bề mặt.
18
* Rãnh :
Rãnh gồm rãnh biên, chạy dọc được, hay rãnh đỉnh, để thu nước từ
lưu vực nhỏ đổ về công trình, thoát nước ngang mặt người ta hay dùng rãnh
biên, thu nước ngang đường, đổ về các hố ga thu nước ( đường thành phố ).
Làm giảm tác dụng phá hoại của nước ngấm xuống mặt đường, tăng tuổi thọ
của đường.
1.1.4. Một số đặc điểm của hệ thống thoát nước đường ô tô tại Việt Nam
Với xu thế đang phát triển, nên công nghiệp ngày càng hiện đại, giao
thông là một trong những vấn đề huyết mạch góp phần cho các khu công
nghiệp phát triển, bên cạnh đó, nông thôn ngày càng đổi mới, đường xá ngày
càng đường nâng cấp, chuyên nghiệp hơn, quy mô hơn, và ngày càng có sự
tính toán chính sác hơn, các con đường liên tỉnh liên huyện ngày được nâng
cấp và đô thị hóa, các tuyến cao tốc nhanh chóng được thi công và rút ngắn
khoảng cách đi lại, làm kinh tế tăng lên, ( Hà Nội – Lào Cai, Cầu Giẽ - Ninh
Bình, hay đường cao tốc Láng –Hòa Lạc …)

Ở những Thành phố, các công trình giao thông ngày càng tăng, quy
mô lớn, các khu dân cư ngày một dầy hơn, vấn đề thoát nước đòi hỏi phải tính
toán chuẩn hơn, chi tiết, chính xác, phù hợp với điều kiện thời tiết khí hậu
thay đổi, mưa gió thất thường như hiện nay.
Vấn đề xác định lưu lượng mưa của nước ta từ trước đến nay có sự
ảnh hưởng của lượng mưa ngày tính toán, lưu lượng liên quan đến khẩu độ
các công trình thoát nước trên đường. Nhiều công trình mưa xong bị ứ đọng,
gây ảnh hưởng tới giao thông, và trên hết, nó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ
công trình, khả năng khai thác, gây tổn thất nghiêm trọng cho nhà nước.
Một số công trình mới xây dựng coi nhẹ việc tính toán thủy văn, hay
thu thập số liệu chưa chuẩn, hay không cập nhập với khí hậu, thời tiết thay đổi
19
dẫn đến việc xác định khẩu độ các công trình thoát nước không được chính
sác, không đảm bảo thoát nước.
Cũng do sự biến đổi khác thường của khí hậu nước ta hiện nay, nhưng
công trình đã xây dựng đã lâu, không thể đáp ứng được vai trò vốn có của nó
là thoát nước, và nó chuyển sang phá hoại công trình giao thông. Bên cạnh
đó, tần suất thiết kế lựa chọn ứng với các công trình cũng ảnh hưởng tương
đối tới việc tính lưu lượng nước.
Vấn đề về hệ thống thoát nước cho công trình ở Việt Nam còn nhiều
bất cập, ở một số tỉnh Miền trung, hệ thống thoát nước còn sơ sài, không đáp
ứng được khi lũ tràn về, hệ thống thoát nước chưa phù hợp với công trình xây
dựng và sự phát triển của đô thị.
1.2. Vai trò của thủy văn công trình và vấn đề xác định lưu lượng mưa
tính toán
1.2.1. Vai trò của thủy văn công trình
Các công trình nhỏ thoát nước trên đường thường chiếm một tỷ trọng
khiêm tốn trong tổng giá thành xây dựng một con đường. Mặc dù không
chiếm tỷ trọng không lớn so với các hạng mục khác như nền, mặt đường, …
nhưng khả năng hoạt động tiêu thoát lũ của công trình thoát nước nhỏ lại ảnh

hưởng rất lớn đến độ bền vững, chi phí khai thác và hiệu quả sử dụng của con
đường, ví dụ : xói lở ở hạn lưu gây hư hỏng công trình cống thoát nước ngang
đường khi gặp mưa lũ lớn có thể gây hư hỏng một đoạn nền đường, mặt
đường, gây đình trệ giao thông, ảnh hưởng và gây hỏng các đoạn lân cận, có
thể làm chi phí duy tu bảo trì tăng lên. Đồng thời ở một mức độ nào đó, khả
năng tiêu thoát lũ của công trình thoát nước nhỏ trên đường còn ảnh hưởng tới
môi trường sản xuất, sinh hoạt của cư dân trong vùng có công trình, như:
Hiện tượng tích lũy nước ở thượng lưu làm ngập úng đồng ruộng, ảnh hưởng
đến thu hoạch của ngành nông nghiệp, hay hiện tượng ngập đường phố sau
20
các cơn mưa lớn ở thành phố ( như tại Hà Nội năm 2008) gây khó khăn và
xáo trộn sinh hoạt, sản xuất. Tất cả nhưng vấn đề trên đều liên quan đến thiết
kế tính toán công trình thoát nước nhỏ trên đường, hay nói cách khác, chính là
tính toán thủy văn cho công trình. Tính toán một cách chính xác nhất, để thiết
kế các công trình thoát nước nhỏ được tiết kiệm, nhưng vẫn đảm bảo thoát
nước cho công trình, không gây hiện tượng xói, hay ứ đọng gây gập.
1.2.2. Các phương pháp xác định lưu lượng mưa tính toán
a) Lượng mưa ngày tính toán H
n,p
theo tần suất thiết kế p.
Trong điều kiện kết cấu hạ tầng của ngành khí tượng thủy văn ở nước
ta đến nay thì dữ liệu đo lượng mưa ngày phổ biến, phủ đều trên phạm vi toàn
lãnh thổ, đầy đủ và liên tục trong nhiều năm lền bởi thiết bị đo lượng mưa
ngày đơn giản, không đỏi hỏi thiết bị đo mưa tự ghi phức tạp, đầu tư tốn kém
như khi xác định cường độ mưa. Do vậy đây vẫn là một cơ sở dữ liệu quý báu
về mưa. Mặt khác, lượng mưa ngày tính toán theo tần suất H
n,p
vẫn là thông số
mưa được sử dụng trong tính toán lưu lượng thiết kế cho công trình thoát
nước nhỏ trên đường hiện nay theo tiêu chuẩn TCVN9845:2013 Tính toán

đặc trưng dòng chẩy lũ và thậm chí nó còn được dùng để tính lưu lượng Q
p%
của lưu vực vừa và lớn.
- Theo các tài liệu, ở nước ta hiện nay cơ sở dữ liệu về lượng mưa ngày
tính toán H
n,p
theo tần suất đầy đủ nhất được thành lập năm 1987 trong tài liệu
cho 589 điểm đo mưa trên toàn quốc ở các mức tần suất p=1%, 2%, 4%, 10%,
25%, 50%. Nhưng từ năm 1987 đến nay đã trải qua trên 25 năm, giá trị lượng
mưa ngày tính toán 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 biến đổi khí hậu.
21
Do vậy, cần một cơ sở dữ liệu mới về lượng mưa ngày tính toán theo
tần suất phù hợp với diễn biến thời tiết ở nước ta hiện nay để sử dụng trong
quá trình tính toán lưu lượng lũ cho các công trình thoát nước.
b) Các yếu tố ảnh hưởng đến lưu lượng mưa tính toán
* Khái quát chung về yếu tố ảnh hưởng.
+) Có thể phân các nhân tố ảnh hưởng đến dòng chảy lũ của lưu vực
nhỏ của công trình thoát nước nhỏ trên đường thành ba loại chính 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, các nhân tố khác như bốc hơi, . . .
được coi là ảnh hưởng không đáng kể vì đối với lưu vực nhỏ mưa lớn liên tục,
lượng bốc hơi rất bé so với lượng mưa nên bỏ qua.
+) 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 ảnhhưởng 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, . . .
22
+) Hoạt động kinh tế - xã hội của con người ngày nay càng lớn, chúng
có ảnh hưởng tiêu cực hoặc tích cực. Tác động của các hoạt động này ảnh
hưởng đến nhân tố khí hậu như hiện tượng biến đổi khí hậu, nước biển dâng,
ảnh hưởng làm thay đổi các yếu tố mặt đệm lưu vực. Như vậy, tác động của
hoạt động kinh tế - xã hội của con người đến dòng chảy lũ của lưu vực nhỏ
của công trình thoát nước nhỏ trên đường là tác động gián tiếp, xét nó thông
qua hai nhân tố là mưa và các nhân tố mặt đệm.
+) Theo mức độ ảnh hưởng giảm dần đến dòng chảy lũ của lưu vực
công trình thoát nước nhỏ trên đường, có thể sắp xếp các nhân tố trên theo thứ
tự: mưa → các yếu tố mặt đệm (địa hình) → hoạt động kinh tế xã hội của con
người. Ba nhân tố này thực ra không độc lập mà chúng có mối quan hệ ràng
buộc, chế ước, tác động lẫn nhau, một yếu tố thay đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi
của các yếu tố khác ở mức độ khác nhau.
* Ảnh hưởng của yếu tố khí hậu
Trong những năm gần đây, hiện tượng biến đổi khí hậu, nước biển
dâng diễn ra rất mạnh mẽ trên toàn cầu. Đây là hiện tượng được các nhà khoa
học xác định là có thực và theo đánh giá thì Việt Nam là một trong những
nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng của hiện tượng này. Dưới tác động của hiện
tượng biến đổi khí hậu, nước biển dâng, thiên tai và các hiện tượng khí hậu
cực đoan tăng, 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, hay cường độ mưa để

thiết kế các công trình thoát nước nhỏ trên đường trở nên giảm độ tin cậy.
Thực tiễn hiện nay, các hiện tượng bất lợi như trên đối với công trình
thoát nước nhỏ trên đường ngày một gia tăng. Có những tuyến đường xuất
hiện các hư hỏng tại các công trình thoát nước nhỏ trên đường do mưa lũ
ngay sau khi hoặc chỉ sau một vài năm đưa vào sử dụng. Nguyên nhân một
phần nhỏ có sự góp phần của sự thay đổi của khí hậu. Các thông số thay đổi
23
dẫn đến tính toán sai so với thực tế, thiết kế tính toán khẩu độ của cầu cống
không đủ tiêu thoát đã tạo ra những trận quét dữ dội, thế năng biến thành
động năng, rõ ràng khí hậu thay đổi thì nên xem xét các thông số, cập nhập để
sát với thời điểm hiện tại để tính toán các công trình được đảm bảo tuổi thọ.
Trong điều kiện khí hậu thì mưa là nhân tố ảnh hưởng trược tiếp đến
dòng chảy của lưu vực nhỏ, các yếu tố khác như bốc hơi …coi như ảnh hưởng
không đáng kể vì với lưu vực nhỏ mưa lớn liên tục, lượng bốc hơi là be so với
lượng mưa nên bỏ qua.
Do bản chất của cường độ mưa là do cơn mưa quyết định phần lớn
nên nó sẽ là một yếu tố vô cùng quan trọng để xác định cường độ mưa, hay
nói cách khác mưa là một yếu tố quan trọng trong việc xác định cường độ
mưa qua thời gian mưa, tổng lượng nước mưa và một số đặc tính khác.
Khi mưa rơi xuống lưu vực, ban đầu nước mưa đọng trên các lá cây,
thảm phủ thực vật, trữ vào trong các khe rỗng và chỗ trũng, một phần rất nhỏ
lượng nước bốc hơi trở lại khí quyển, đại bộ phận thấm xuống đất và chưa
sinh ra dòng chẩy trên bề mặt lưu vực, cường độ mưa a lúc này nhỏ hơn
cường độ tổn thất. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn tổn thất hoàn toàn.
Khi mưa vẫn tiếp tục, khi cường độ mưa vượt quá cường độ tổn thất
sẽ bắt sinh ra dòng chẩy trên bề mặt và sẽ lớn dần lên. Dưới tác dụng của
trọng lực nước sẽ chảy tràn theo bề mặt sườn dốc lưu vực vào lòng sông suối
và tập chung về mặt cắt đặt công trình thoát nước, giai đoạn này là giai đoạn
sinh dòng chảy.
Trong giai đoạn sinh dòng chẩy, tổn thất vẫn tiếp tục. Từ thời điểm

kết thúc giai đoạn sinh dòng chảy trở đi đến lúc mưa kết thúc lại có cường độ
mưa a nhỏ hơn cường độ tổn thất. Như vậy trong giai đoạn này mạc dù mưa
24
vẫn còn nhưng đã không còn tác dụng cấp nước cho dòng chảy trên mặt lưu
vực nữa.
Đối với lưu vực nhỏ của công trình thoát nước trên đường, tính chất
của mưa quyết định tính chất của lũ, lượng mưa trong một trận mưa càng lớn,
lượng dòng chẩy lũ càng lớn, và lớp nước lũ trên bề mặt càng lớn thì tức là
cường độ mưa lớn, làm tốc độ tập trung nước càng nhanh, kết quả là cường
suất lũ càng lớn. Phân phối mưa theo thời gian ảnh hưởng trực tiếp đến cường
suất lũ và lưu lượng đỉnh lũ. Mưa tập chung với cường độ lớn sẽ hình hành lũ
lớn và ngược lại.
* Ảnh hưởng của yếu tố mặt đệm
Như ta đã biết, việc phân bố mưa trên trái đất là không đều theo vĩ độ.
Mưa tập chung nhiều ở vùng xích đạo, và tập chung mưa nhiều ở vùng ôn
đới, mưa càng ít khi càng về hai cực Nam và Bắc. Điều này ảnh hưởng trực
tiếp đến cường độ mưa và lưu lượng mưa tính toán, việc tính các đặc trưng
của mưa theo từng vùng còn nhiều vấn đề chưa thỏa đáng
- Tuy không có được ảnh hưởng quyết định như nhân tố mưa nhưng
các yếu tố mặt đệm có ảnh hưởng quan trọng tới lưu lượng lũ tính toán của
lưu vực công trình thoát nước nhỏ trên đường. Các yếu tố mặt đệm của lưu
vực bao gồm: địa hình, địa mạo bề mặt lưu vực, địa chất thổ nhưỡng, hình
dạng, diện tích lưu vực, lòng sông suối, cỏ cây, ao hồ, . . . . ảnh hưởng tới thời
gian tập trung dòng chảy và lượng tổn thất.
- Địa hình ảnh hưởng ở các mặt: ảnh hưởng đến chế độ mưa (cao độ
của địa hình, hướng đón gió ẩm của sườn núi ảnh hưởng đến chế độ mưa,
lượng mưa - điều này được chỉ ra trong những nghiên cứu ở chương 2), độ
dốc của địa hình (độ dốc của sườn dốc lưu vực J
sd
, độ dốc của lòng sông suối

chính J
ls
) ảnh hưởng tới thông số thời gian tập trung nước τ. Địa hình càng
25