(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian mưa thiết kế đến lưu lượng thiết kế của hệ thống thoát nước đô thị

Lời cảm ơn
Để hồn thành chương trình đào tạo cao học chuyên ngành Cấp Thoát
Nước – trường Đại học Thủy Lợi khóa học 20 (2012 - 2014), cần hồn thiện
luận văn tốt nghiệp cuối khóa.
Trong q trình học tập cũng như làm luận văn, tác giả đã nhận được sự
quan tâm, giúp đỡ của của Ban giám hiệu nhà trường, Phòng đào tạo đại học
và sau đại học, Khoa Kỹ Thuật Quản Lý Tài Nguyên Nước và toàn thể các
thầy, cơ giáo.
Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn
Tuấn Anh – Người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học, đã hết lòng giúp đỡ,
tận tình giảng giải cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Cơng ty Thốt Nước Hà Nội đã
tạo điều kiện cho tác giả đi thực tế và thu thập tài liệu về hệ thống thoát nước.
Cuối cùng, tác giả cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp
20CTN, các anh, chị khóa trước đã động viên, đóng góp ý kiến và hỗ trợ trong
suốt quá trình học tập và làm luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!
Ngày

tháng

năm

Học viên

Nguyễn Anh Hùng


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan rằng, luận văn “ Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian
mưa thiết kế đến lưu lượng thiết kế của hệ thống thốt nước đơ thị” là cơng

trình nghiên cứu khoa học của riêng tơi. Các số liệu là trung thực, kết quả
nghiên cứu của luận văn này chưa từng được sử dụng trong bất cứ một luận
văn nào khác mà đã bảo vệ trước.
Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được
cảm ơn và các thông tin, tài liệu tham khảo đều được ghi rõ nguồn gốc trích
dẫn.
Ngày

tháng

năm

Học viên

Nguyễn Anh Hùng


MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................ 3
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.............................................................................. 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................... 8
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU............................................ 3
1.1 KHÁI NIỆM VỀ MƯA THIẾT KẾ................................................................ 3
1.1.1 Mưa.......................................................................................................... 3
1.1.2 Mưa thiết kế............................................................................................. 3
1.2 TỔNG QUAN MƯA THIẾT KẾ CHO THỐT NƯỚC ĐƠ THỊ TRÊN THẾ
GIỚI...................................................................................................................... 6
1.2.1 Mơ hình mưa thiết kế của Huff (1967)..................................................... 7
1.2.2. Phương pháp khối xen kẽ........................................................................ 8

1.2.3 Mơ hình mưa thiết kế của Keifer và Chu (1957)...................................... 9
1.2.4 Phương pháp mơ hình mưa hình tam giác.............................................. 11
1.3 TỔNG QUAN MƯA THIẾT KẾ CHO THỐT NƯỚC ĐƠ THỊ Ở VIỆT
NAM...................................................................................................................12
1.3.1 Các nghiên cứu của Việt Nam về công thức xác định cường độ mưa.....12
1.3.2 Phương pháp xác định mơ hình mưa thiết kế dựa trên trận mưa điển hình
...........................................................................................................................14
CHƯƠNG II: TÌNH HÌNH CHUNG CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU................17
2.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN............................................................................... 17
2.1.1 Vị trí địa lý............................................................................................ 17
2.1.2 Địa lý, địa hình và địa mạo.................................................................... 18
2.1.3 Khí tượng................................................................................................ 18


2.2 ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - XÃ HỘI................................................................. 26
2.2.1 Dân cư................................................................................................... 26
2.2.2 Tình hình sử dụng đất............................................................................. 27
2.3 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC, NGẬP ÚNG TRÊN KHU
VỰC NGHIÊN CỨU..........................................................................................29
2.3.1 Hiện trạng hệ thống thốt nước khu vực................................................. 29
2.3.2 Tính hình ngập úng trong vùng............................................................... 29
2.3.3 Nguyên nhân gây ngập úng................................................................... 30
2.4 ĐỊNH HƯỚNG QUY HOẠCH KHU VỰC TRONG NHỮNG NĂM TỚI .34
2.4.1 Hướng phát triển chung không gian của đô thị....................................... 34
2.4.2 Định hướng phát triển giao thông.......................................................... 35
2.4.3 Định hướng quy hoạch san nền.............................................................. 36
2.4.4 Định hướng quy hoạch thoát nước mưa................................................. 37
CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN MƯA THIẾT KẾ ĐẾN
LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CỦA HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC QUẬN THANH
XUÂN – TP. HÀ NỘI.................................................................................................. 41

3.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƯA THIẾT KẾ VỚI CÁC THỜI GIAN MƯA
KHÁC NHAU.....................................................................................................42
3.1.1 Mơ hình mưa thiết kế với thời gian mưa bằng 3 giờ, chu kỳ lặp lại T=10

năm.................................................................................................................. 43
3.1.2 Mơ hình mưa thiết kế với thời gian mưa bằng 6 giờ, chu kỳ lặp lại T=10

năm.................................................................................................................. 44
3.1.3 Mơ hình mưa thiết kế với thời gian mưa bằng 12 giờ, chu kỳ lặp lại T=10

năm.................................................................................................................. 46
3.1.4 Mô hình mưa thiết kế với thời gian mưa bằng 24 giờ, chu kỳ lặp lại T=10

năm.................................................................................................................. 50
3.2 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SWMM ĐỂ MƠ PHỎNG MƯA – DỊNG
CHẢY VỚI CÁC MƠ HÌNH MƯA THIẾT KẾ TRÊN......................................55


3.2.1

Giới thiệu mơ hình SWMM.................................................................... 55

3.2.1.1 Các khả năng của mơ hình..............................................................55
3.2.1.2 Các ứng dụng của mơ hình..............................................................56
3.2.2

Ứng dụng mơ hình SWMM mơ phỏng mưa thiết kế – dịng chảy thiết kế

cho lưu vực quận Thanh Xuân với các mô hình mưa thiết kế kể trên..............56
3.2.2.1 Dữ liệu đầu vào...............................................................................56

3.2.2.2 Xây dựng mơ hình SWMM..............................................................57
3.2.2.3 Kết quả mơ phỏng các trận mưa thiết kế tại các vị trí tính tốn......59
3.3 XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CỦA CỐNG DỰA TRÊN MƠ
PHỎNG CÁC TRẬN MƯA THỰC ĐO TRONG Q KHỨ...........................63
3.3.1

Mơ phỏng các trận mưa trong quá khứ................................................... 63

3.3.2

Tính tần suất lưu lượng từ đỉnh lũ mô phỏng các trận mưa trong quá khứ

...........................................................................................................................68
3.4 SO SÁNH KẾT QUẢ LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ GIỮA MÔ PHỎNG TRẬN
MƯA THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CÁC TRẬN MƯA THỰC ĐO..................71
3.5 ĐỀ XUẤT THỜI GIAN MƯA THIẾT KẾ HỢP LÝ....................................74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 75


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các hệ số trong phương trình (1.1) cho thời kỳ xuất hiện lại 10 năm tại
một số địa phương ở Hoa Kỳ....................................................................................6
Bảng 1.2 Giá trị của các tham số của đường DDF.................................................14
Bảng 2.1: Nhiệt độ trung bình tháng tại Hà Nội (0C)..............................................18
Bảng 2.2: Độ ẩm tương đối trung bình tháng tại Hà Nội (%)..................................19
Bảng 2.3: Thống kê lượng mưa các thời đoạn lớn nhất tại trạm khí tượng Láng....19
Bảng 2.4: Lượng mưa thiết kế 1, 3, 5, 7 ngày max (đơn vị: mm)............................20
Bảng 2.5: Phân phối trận mưa 3 ngày max ứng với tần suất P = 10% (đơn vị: mm)
...................................................................................................................................20

Bảng 2.6: Lượng mưa 72 giờ tại trạm Láng (mm)...................................................20
Bảng 2.7: Lượng mưa 3 ngày của trận mưa đặc biệt lớn năm 2008 (mm)..............22
Bảng 2.8: Lượng bốc hơi trung bình tháng tại Hà Nội (mm)..................................22
Bảng 2.9: Các mực nước sông Hồng tại trạm Hà Nội ứng với các tần suất tính tốn
(liệt số liệu 1970-2008)...........................................................................................24
Bảng 2.10: Mực nước thấp nhất sông Hồng tại Hà Nội (cm)..................................24
Bảng 2.11: Các mực nước Sông Hồng tại Yên Sở ứng với các tần suất tính tốn...26
Bảng 2.12: Tình hình dân cư vùng nghiên cứu........................................................26
Bảng 3.1: Giá trị các tham số của đường DDF........................................................42
Bảng 3.2: Mơ hình mưa thiết kế với thời gian mưa 3giờ, tần suất lặp T=10 năm. . .43
Bảng 3.3: Mơ hình mưa thiết kế với thời gian mưa 6giờ, tần suất lặp T=10 năm. . .44
Bảng 3.4: Mơ hình mưa thiết kế với thời gian mưa 12giờ, tần suất lặp T=10 năm 46
Bảng 3.5: Mô hình mưa thiết kế với thời gian mưa 24giờ, tần suất lặp T=10 năm 50
Bảng 3.6: Thống kê diện tích các cửa xả đảm nhận tiêu thoát................................58


Bảng 3.7: Kết quả lưu lượng lớn nhất thiết kế tương ứng các mơ hình mưa thiết kế
...................................................................................................................................60
Bảng 3.8: Danh sách các trận mưa lớn nhất toàn liệt...............................................63
Bảng 3.9: Lưu lượng đỉnh được mô phỏng bởi các trận mưa lớn nhất toàn liệt......65
Bảng 3.10: Kết quả lưu lượng lớn nhất năm thiết kế từ các trận mưa toàn liệt.......68
Bảng 3.11: Lưu lượng lớn nhất thiết kế giữa mô phỏng các trận mưa thiết kế và mô
phỏng trận các trận mưa toàn liệt, chu kỳ lặp T=10 năm........................................72
Bảng 3.12: Chênh lệch giữa QTL(P) và QTK(P)...................................................72


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Đồ thị quan hệ độ sâu mưa và diện tích mưa để tính các giá trị trung bình
của mưa diện (Tổ chức khí tượng thế giới, 1983).....................................................4

Hình 1.2 Các đường cong IDF của mưa lớn nhất tại Chicago...................................5
Hình 1.3 Phân bố xác suất của các trận mưa nhóm thứ nhất....................................7
Hình 1.4 Biểu đồ xác suất 10% các trận mưa nhóm thứ nhất....................................8
Hình 1.5 Biểu đồ xác suất 50% các trận mưa nhóm thứ nhất....................................8
Hình 1.6 Biểu đồ quá trình mưa thiết kế xây dựng bằng phương pháp khối xen kẽ..9
Hình 1.7 Biểu thị biểu đồ quá trình mưa bằng các đường cong..............................10
Hình 1.8 Biểu đồ quá trình mưa thiết kế hình tam giác...........................................11
Hình 2.1: Vị trí hệ thống thốt nước Quận Thanh Xn – Lưu vực sơng Tơ Lịch. .17
Hình 3.1: Mơ hình mưa thiết kế với gian mưa 3 giờ...............................................44
Hình 3.2: Mơ hình mưa thiết kế với gian mưa 6 giờ...............................................46
Hình 3.3: Mơ hình mưa thiết kế với gian mưa 12 giờ.............................................49
Hình 3.4: Mơ hình mưa thiết kế với gian mưa 24 giờ.............................................54
Hình 3.5: Khai báo các thơng số SWMM................................................................58
Hình 3.6: Các thơng số cơ bản SWMM...................................................................58
Hình 3.7: Sơ đồ mạng thốt nước - phần mềm SWMM..........................................59
Hình 3.8 Đường biểu diễn Qmax thiết kế của các mơ hình mưa thiết kế
tại vị trí các cửa xả..................................................................................................60
Hình 3.9 : Đường lưu lượng tại các vị trí cửa xả được mơ phỏng bởi trận mưa 3h .61
Hình 3.10 : Đường lưu lượng tại các vị trí cửa xả - được mơ phỏng bởi trận mưa 6h
...................................................................................................................................61
Hình 3.11 : Đường lưu lượng tại các vị trí cửa xả - được mô phỏng bởi trận mưa
12h........................................................................................................................... 62


Hình 3.12 : Đường lưu lượng tại các vị trí cửa xả - được mơ phỏng bởi trận mưa
24h........................................................................................................................... 62
Hình 3.13 : Một số trận mưa toàn liệt tại trạm khí tượng Láng...............................64
Hình 3.14 : Q trình lưu lượng tại các vị trí cửa xả - được mơ phỏng bởi trận thực
đo 12/9/1985............................................................................................................ 67
Hình 3.15 : Quá trình lưu lượng tại các vị trí cửa xả - được mơ phỏng bởi trận thực

đo 23/10/1988.......................................................................................................... 67
Hình 3.16 Đường tần suất Qmax tại Cửa Xả 1.......................................................68
Hình 3.17 Đường tần suất Qmax tại Cửa Xả 2.......................................................69
Hình 3.18 Đường tần suất Qmax tại Cửa Xả 3.......................................................69


1

MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, việc tính tốn thiết kế hệ thống thốt nước mưa đơ thị được
dựa theo tiêu chuẩn thiết kế : TCVN 7957 – 2008, gồm 2 bước :
Bước thứ nhất : Tính lưu lượng dịng chảy lớn nhất thiết kế (Q) theo
cơng thức cường độ giới hạn :
Q = q.C.F
Trong đó : q : cường độ mưa tính tốn (l /s.ha)
C : hệ số dịng chảy
F : diện tích lưu vực tính đến mặt cắt tính tốn (ha) từ đó
tính đường kính cống (Dc).
Bước thứ hai : Sử dụng mơ hình tốn để tính tốn mưa – dịng chảy và
diễn tốn thủy lực trong hệ thống thoát nước nhằm kiểm tra lại kết quả sơ bộ
ở bước thứ nhất.
Khi sử dụng mô hình mơ phỏng q trình mưa – dịng chảy cần một
trận mưa thiết kế, tuy nhiên trong tiêu chuẩn thiết kế chưa quy định rõ thời
gian của trận mưa thiết kế chọn như thế nào. Có tác giả chọn thời gian mưa
thiết kế bằng thời gian tập trung dòng chảy, có tác giả chọn thời gian mưa
thiết kế là 3 giờ, 6 giờ, 12 giờ, 24 giờ hoặc là dài hơn nữa. Do vậy, khó khăn
cho kỹ sư tính tốn thiết kế, nên cần có nghiên cứu về thời gian mưa thiết kế,
đó là lý do đề tài ‘‘ Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian mưa thiết kế đến lưu
lượng thiết kế của hệ thống thốt nước đơ thị’’ được đề xuất nghiên cứu.

II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Đánh giá ảnh hưởng của thời gian mưa thiết kế đến lưu lượng thiết kế
của hệ thống thốt nước đơ thị. Từ đó kiến nghị kỹ sư lựa chọn thời gian mưa
thiết kế hợp lý khi tính tốn thiết kế hệ thống thốt nước đơ thị.


2

III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu điển hình cho hệ thống thốt nước mưa Quận Thanh Xn,
TP Hà Nội (phạm vi lưu vực sông Tô Lịch). Sử dụng tài liệu trạm khí tượng
Láng.
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phương pháp khảo sát, điều tra thực địa.
- Phương pháp thu thập, thống kê và phân tích số liệu.
- Phương pháp kế thừa.
- Phương pháp sử dụng mơ hình tốn.


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 KHÁI NIỆM VỀ MƯA THIẾT KẾ
1.1.1 Mưa
Mưa là quá trình quan trọng đóng vai trị chính trong sự hình thành dịng
chảy trên lưu vực. Lượng mưa và quá trình mưa (P~t) quyết định lưu lượng và
q trình dịng chảy trong cống.
Một trận mưa rào trên lưu vực được đặc trưng bởi:
- Thời gian mưa (phút, giờ, ngày).
- Tổng lượng mưa (mm).
- Phân bố mưa theo thời gian P(t).
1.1.2 Mưa thiết kế

Trận mưa thiết kế là một mơ hình mưa được xác định dùng để thiết kế
một hệ thống thủy văn. Mưa thiết kế được đặc trưng bởi:
- Chu kỳ lặp lại của trận mưa thiết kế (tần suất thiết kế).
- Thời gian mưa (phút, giờ, ngày).
- Độ sâu mưa (lượng mưa)
- Phân bố mưa theo thời gian P(t).
1.1.2.1 Độ sâu mưa thiết kế
Là độ sâu lớp nước mưa trong một khoảng thời gian mưa nào đó. Đơn vị
đo độ sâu mưa thường tính bằng mm. Độ sâu mưa thiết kế có thể là độ sâu
mưa điểm hoặc độ sâu mưa diện.
Mưa điểm là mưa xuất xuất hiện tại một địa điểm đơn độc trong khơng
gian, cịn mưa mưa diện là mưa xuất hiện trên một vùng nào đó.


Đối với mỗi thời gian mưa, ta tiến hành phân tích tần suất để tính các độ
sâu mưa thiết kế ứng với các thời kỳ xuất hiện lại khác nhau, sau đó các độ
sâu mưa thiết kế được chuyển đổi thnh cng ma bng cỏch em chia

đối
với một
khu
vực
cho
trớc
Số phần
trăm
của
lợng
ma
điểm

chỳng cho thời gian mưa tương ứng.
DiÖn tÝch (mi 2)
0
100

48

97

145193

241290331
24 giê

90
6 giê
3 giê

80

70

1 giê
30 phót

60
50

0

125
250

37
5

500

625

750

875

DiƯn tÝch (km2 )

Hình 1.1 Đồ thị quan hệ độ sâu mưa và diện tích mưa để tính các giá trị trung
bình của mưa diện (Tổ chức khí tượng thế giới, 1983)
Đồ thị quan hệ độ sâu mưa – diện tích đối với các thời gian mưa khác
nhau được thiết lập từ kết quả phân tích về độ sâu mưa- diện tích mưa- thời
gian mưa trong đó đã chuẩn bị sẵn các bản đồ đẳng lượng mưa cho mỗi thời
gian mưa. Các bản đồ này được xây dựng từ bảng ghi về lượng mưa lớn nhất
thực đo trên một vùng có trạm đo mưa dầy, người ta xác định diện tích nằm
bên trong mỗi đường đẳng lượng mưa trên các bản đồ này và lập biểu đồ độ
sâu mưa trung bình quan hệ với diện tích đối với từng thời gian mưa.
1.1.2.2 Quan hệ giữa cường độ mưa- thời gian mưa- tần suất
Cường độ mưa là lượng mưa rơi xuống mặt đất trong một đơn vị thời

gian.


6

Quan hệ giữa cường độ mưa - thời gian mưa - tần suất thông thường
được biểu diễn dưới dạng đồ thị trong đó thời gian mưa được đặt trên trục
hồnh, cường độ mưa đặt trên trục tung và cácđường cong tương ứng với thời
kỳ xuất hiện lại.
+ Cường độ mưa: i

P
(mm/h hoặc in/h)

T

(1.1)

+ Độ sâu mưa: P (mm hoặc in)
+ Thời gian mưa: T (h)
+ Tần suất được biểu thị theo thời kỳ xuất hiện lại, đó là khoảng thời
gian trung bình giữa các biến cố mưa có độ lớn bằng hoặc lớn hơn trị số thiết
kế.
Trong nhiều trường hợp người ta đã xác định sẵn những đường cong mẫu
của quan hệ giữa cường độ mưa-thời gian mưa-tần suất (gọi là quan hệ IDF)
cho các địa điểm nghiên cứu.
Thêi kú xuất hiện lại (năm)

Các đờng cong IDF của ma lớn nhất tại Chicago

Cờng độ ma (in/h)

10
8
6
5
4
3
10
0
50
25
10
5

2

1
0,8

2

0,6
5

6

8

10

20
40
Thời gian ma (phút)

60

80 100

Hỡnh 1.2 Các đường cong IDF của mưa lớn nhất tại Chicago


7

Khi có đủ các số liệu tại địa phương ta có thể xây dựng các đường cong
IDF bằng phân tích tần suất. Một phân bố xác suất thường hay dùng trong
phân tích tần suất mưa là phân bố giá trị cực hạn loại I hay phân bố Gumbel.
Các đường cong (IDF) quan hệ giữa cường độ mưa-thời gian mưa-tần
suất còn được biểu thị bằng phương trình, ví dụ phương trình do Wenzel
(1982) đề nghị :
i

c
(1.2)

Tde  f

Trong đó:
- i: cường độ mưa thiết kế (in/h)
- Td : thời gian mưa (phút)

- c,e,f: là các hệ số thay đổi theo địa điểm và theo thời kỳ xuất hiện lại
Bảng 1.1 Các hệ số trong phương trình (1.1) cho thời kỳ xuất hiện lại 10 năm tại
một số địa phương ở Hoa Kỳ
TT Địa phương

c

e

f

1

Atlanta

97,5

0,83

6,88

2

Chicago

94,9

0,88

9,04

3

Cleveland

73,7

0,86

8,25

4

Denver

96,6

0,97

13,9

5

Houston

97,4

0,77

4,8

6

Los Angeles

20,3

0,63

2,06

7

New York

78,1

0,82

6,57

1.2 TỔNG QUAN MƯA THIẾT KẾ CHO THỐT NƯỚC ĐƠ THỊ
TRÊN THẾ GIỚI
Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về xây dựng mơ hình mưa
thiết kế, cụ thể như một số tác giả sau:


1.2.1 Mơ hình mưa thiết kế của Huff (1967)
Huff thiết lập các quan hệ phân bố theo thời gian của các trận mưa rào
lớn trên các diện tích rộng tới 400 mi 2 tại Illinois. Mơ hình phân bố theo thời

gian được xây dựng cho 4 nhóm xác suất, từ nhóm mưa ác liệt nhất (nhóm thứ
nhất) đến nhóm mưa ít ác liệt nhất (nhóm thứ tư). Hình 1.3 trình bày phân bố
xác suất của các trận mưa rào thuộc nhóm đầu tiên (nhóm mưa ác liệt nhất),
Đó là những đường cong trơn chu, chúng phản ảnh phân bố theo thời gian của
lượng mưa trung bình và khơng thể hiện c cỏc c tớnh thay i gp ca

Số phần trăm của tổng lợng ma

cỏc trn ma ro thc t.
100
90

10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%

80
70
60

90%

Xác suất

50

40
30
20
10
0

0

10

20 30 40 50 60 70 80 90 100
Số phần trăm tÝch lịy cđa thêi gian ma

Hình 1.3 Phân bố xác suất của các trận mưa nhóm thứ nhất

Từ biểu đồ phân bố xác suất của

trận mưa nhóm thứ nhất người ta thiết

lập các biểu đồ chọn lọc cho các trận mưa nhóm thứ nhất ứng với các xác suất
lũy tích 10%, 50% và 90% (Hình 1.4 đến hình 1.6), mỗi biểu đồ biểu thị số


Số phần trăm của tổng lợng ma

phn trm ca tng lượng mưa trong mỗi khoảng số gia 10% của thời gian
ma.

60
Xác suất 10%

50
40
30
20

Số phần trăm của tổng lợng ma

10
0

0

10

20 30 40 50 60 70 80 90 100
Số phần trăm tích lịy cđa thêi gian ma

Hình 1.4 Biểu đồ xác suất 10% các trận mưa nhóm thứ nhất

40

X¸c st 50%

30
20
10
0

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Số phần trăm tÝch lịy cđa thêi gian ma

Hình 1.5 Biểu đồ xác suất 50% các trận mưa nhóm thứ nhất

1.2.2. Phương pháp khối xen kẽ
Phương pháp này được đề xuất bởi Chow (1988). Với phương pháp này
mơ hình mưa thiết kế từ một đường cong quan hệ cường độ- thời gian mưa-


tần suất (IDF) hoặc quan hệ lượng mưa- thời gian mưa- tần suất (DDF). Mơ
hình mưa này được đặc trưng bởi độ sâu mưa xuất hiện trong n khoảng thời
gian tkế tiếp nhau trên tổng thời gian mưa
Td

n.t. Sau khi lựa chọn thời

kỳ xuất hiện lại thiết kế, ta đọc cường độ mưa cho mỗi thời gian mưa t,
2 t, 3 t... từ một đường IDF tương ứng với thời kỳ xuất hiện lại đã chọn
và tính độ sâu mưa mưa lũy tích bằng cách nhân cường độ mưa với thời
gian mưa. Lấy hiệu số giữa hai giá trị liên tiếp của độ sâu mưa lũy tích, ta sẽ
tính được độ sâu mưa thiết kế ứng với mỗi

tvà được gọi là các khối.

Các khối được sắp xếp với cường độ mưa lớn nhất được xếp ở giữa hoặc ở
thời gian xuất hiện đỉnh của thời gian mưa, các khối còn lại được sắp xếp
theo thứ tự giảm dần và được chia đều ở bên phải và bên trái của khối trung
tâm.

0,7

Lỵng ma (in)

0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0

0

10

20

30

40

50 60 70 80
Thêi gian (phót)

90 100

110

120

Hình 1.6 Biểu đồ quá trình mưa thiết kế xây dựng bằng phương pháp khối xen kẽ

1.2.3 Mơ hình mưa thiết kế của Keifer và Chu (1957)


Keifer và Chu (1957) đã đề xuất một một mô hình mưa giả tưởng để
thiết kế hệ thống thốt nước ở Chicago. Ngun tắc tính tốn tương tự như
phương pháp khối xen kẽ, cơsở của mơ hình này là từ một phương trình đã


biết của đường cong quan hệ cường độ mưa-thời gian mưa-tần suất (gọi là
quan hệ IDF), ta có thể xây dựng được các phương trình về sự thay đổi của
cường độ mưa theo thời gian trong đường quá trình mưa thiết kế. Độ sâu mưa
tương ứng với một thời gian mưa Td chung quanh đỉnh mưa thì bằng với giá
trị xác định bằng đường cong hoặc phương trình của đường cong IDF (cường
Cêng ®é ma i

độ mưa ở đây được coi là biến đổi một cách liên tục trong quá trình mưa)
Td

f(tb)
f(ta)

ta

Thêi gian

tb

Hình 1.7 Biểu thị biểu đồ quá trình mưa bằng các đường cong

Đường quá trình mưa gồm hai nhánh đường cong với

ia  f (t a ) và

ib  f (t b ) với i a , ib là các cường độ mưa trước và mưa sau đỉnh. Tổng độ sâu
mưa R trong thời gian mưa Td được tính bằng diện tích nằm bên dưới các
nhánh đường cong:
rTd

R

Với

r

ta
Td



0

(1r)Td

f (t a )dta


T ta

d 
r

tb
1r

 0f (tb )dt
b

(1.3)


Đối với thời gian mưa Td bất kỳ, f (t ) =f (t và lấy đạo hàm theo Td’
a
b
)
ta có:

dR
f
dTd (t
a

)  f (t b )

Gọi cường độ mưa trung bình trong thời gian Td là iav ta có: R=Td.iav.
lấy đạo hàm theo Td ta được:
dR

dTd 
iav
Với



Td

diav  f (ta)  f (tb)

(1.4)

dTd

c  vi phân và thay vào phương trình trên ta có phương trình
 Te  f
d
c (1 e)Te f
d
(1.5)
của
 cường độ mưa i: i
iav





d

(Te  f )2
1.2.4 Phương pháp mơ hình mưa hình tam giác
Phương pháp này được đề xuất bởi Yen và Chow (1980). Với mô hình
mưa hình tam giác có cạnh đáy là thời gian mưa Td, chiều cao h là cường độ
mưa. Khi biết độ sâu mưa và thời gian mưa ta xác định được cường độ mưa là
2P
h T
d
ta

tb

Cêng ®é ma i

r = ta
Td
h

chiều cao h:

Thêi gian t

Hình 1.8 Biểu đồ quá trình mưa thiết kế hình tam giác


Ta định nghĩa một hệ số trước đỉnh r, đó là tỉ số của thời gian xuất hiện
đỉnh mưa (ta) so với tổng thời gian mưa (Td).


ta

Td

r

tb

Td

ta

1 rTd (1.6)

Với giá trị của r = 0,5 tương ứng với cường độ mưa lớn nhất xuất hiện
tại điểm giữa của thời gian mưa T d . Với r <0,5 thì thời điểm xuất hiện cường
độ mưa lớn nhất sẽ sớm hơn và ngược lại nếu r>0,5 thì sẽ chậm hơn.
Giá trị thích hợp của r được xác định bằng cách tính tốn tỷ số của thời
gian xuất hiện đỉnh so với tổng thời gian mưa của nhiều trận mưa thực đo với
thời gian mưa khác nhau và lấy giá trị trung bình theo trọng số thời gian mưa
của các tỷ số đó.
1.3 TỔNG QUAN MƯA THIẾT KẾ CHO THỐT NƯỚC ĐƠ THỊ Ở
VIỆT NAM
1.3.1 Các nghiên cứu của Việt Nam về công thức xác định cường độ mưa
a. Cơng thức tính cường độ mưa của Viện thiết kế Bộ Giao Thơng
a

S
(t  b)n

Trong đó:

A  B lg
N



 t  b 



n



10  12,5 lg N
.K
t  120,66

(1.7)

bn

A=10

A, B là tham số địa lý

B=12,5
N: độ lặp lại
S: sức mạnh trận mưa ứng với p% mm/h, mm/ph
n: chỉ số giảm dần cường độ (a) theo thời gian t, n = o,66
b: tham số hiệu chỉnh, b = 12

t: thời gian mưa
K: hệ số khí hậu (hệ số hiệu chỉnh tùy thuộc vào từng vùng khí hậu)


b. Theo đề nghị của TS. Trần Hữu Uyển, cường độ mưa ở Việt Nam có
thể tính theo cơng thức :
q

35n q (1  C lg P)
20

(t  15)n

l/s.ha

(1.8)

Khi xác định cường độ mưa tính tốn cho một vùng nào đó cần tuân thủ
theo các quy định của quy phạm.
Như vậy, tùy theo đồi tượng nghiên cứu và quy mô của lưu vực cũng
như số liệu quan trắc có được mà cơng thức tính tốn cường dộ mưa có những
dạng khác nhau. Nhưng nhìn chung quan hệ giữa cường độ mưa và thời gian
biểu thị theo quy luật:
q
A
t
n

(1.9)

Những nơi có số liệu quan trắc bằng máy đo tự ghi trong nhiều năm có
thể dùng phương pháp tốn học để xác định các giá trị A và n.
c. Dựa trên đặc điểm của mưa và số liệu mưa của vùng đồng bằng Bắc
Bộ tác giả PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh – trường Đại học Thủy Lợi đã nghiên
cứu và xây dựng quan hệ lượng mưa- thời gian mưa- tần suất (đường quan hệ
DDF) như sau:
LnTf1 )

Hd (T)  (b1LnT  c1)d(e1

đối với d   T
LnTf2 )

Hd (T)  (b2LnT  c2 )d(e2
đối với d >  T

(1.10)
(1.11)

Công thức (1.2) và công thức (1.3) biểu thị mối quan hệ lượng mưa thời gian mưa - chu kỳ lặp lại. Nếu thay T = 1/P sẽ có mối quan hệ lượng
mưa – thời gian mưa – tần suất như sau: