Tài liệu Bài giảng mưa lũ cực hạn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN BÀI GIẢNG TÍNH MƯA LŨ CỰC HẠN Hà Nội, tháng 3/2016 Lời mở đầu Bài giảng tính mưa lũ cực hạn được biên soạn nhằm cung cấp cho học viên cao học chuyên ngành thủy văn của Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội các kiến thức cập nhật về các phương pháp tính mưa, lũ lớn nhất có thể xảy ra (mưa, lũ cực hạn). Trong quá trình biên soạn bài giảng không thể tránh được những sai sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các anh chị học viên. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MƯA, TỔN THẤT VÀ LŨ ................................. 1 1.1. Mưa và đường quá trình mưa ................................................................... 1 1.1.1. Khái niệm mưa ........................................................................................... 1 1.1.2. Nguyên nhân gây ra mưa ........................................................................... 2 1.1.3. Các phương pháp đo mưa ........................................................................... 4 1.1.4. Một số đặc trưng của mưa .......................................................................... 5 1.1.5. Sự biến đổi lượng mưa ............................................................................... 6 1.1.6. Phương pháp tính mưa bình quân lưu vực ................................................. 7 1.1.7. Đường cong Độ sâu - Thời đoạn - Diện tích(DAD) .................................. 11 1.1.8. Đường cong Cường độ- Thời đoạn -Tần suất(IDF) .................................. 13 1.2. 1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.3. Quá trình tổn thất ................................................................................... 19 Tổn thất tích đọng .................................................................................... 19 Tổn thất do bốc-thoát hơi nước ................................................................ 20 Tổn thất thấm ........................................................................................... 22 Dòng chảy lũ ............................................................................................ 32 1.3.1. Lũ và các đặc trưng lũ .............................................................................. 32 1.3.2. Phương pháp xác định quá trình lũ .......................................................... 36 1.3.3. Mô hình hộp đen - Đường đơn vị xác định quá trình lũ ........................... 36 Chương 2. TIÊU CHUẨN LŨ THIẾT KẾ VÀ TÍNH LŨ THIẾT KẾ LŨ QUÉT VÀ PHÂN VÙNG LŨ QUÉT .................................................................................... 56 2.1. Tiêu chuẩn lũ thiết kế ............................................................................. 56 2.1.1. Lựa chọn tiêu chuẩn lũ thiết kế theo Nghị định số 72/2007/NĐ -CP ......... 56 2.1.2. Lựa chọn tiêu chuẩn lũ thiết kế theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT ........ 56 2.1.3. Đề xuất của Ngân hàng Thế giới ............................................................. 56 2.2. Tính toán lũ thiết kế ........................................................................ 57 2.2.1. Tiêu chuẩn thiết kế lũ hồ chứa hiện hành ............................................... 57 2.2.2. Tiêu chuẩn lũ thiết kế áp dụng cho dự án hỗ trợ thủy lợi Việt nam (Vietnam Water Resources Assistant Project - VWRAP) ......................................... 57 2.2.3. Tính toán lũ thiết kế ................................................................................ 58 2.2.4. Mô hình lũ thiết kế ................................................................................... 60 2.3. Lũ quét .................................................................................................... 62 2.3.1. Mô hình lũ thiết kế ........................................................................... 63 2.3.1. Khái niệm chung ....................................................................................... 63 2.3.2. Các dạng lũ quét ....................................................................................... 65 2.3.3. Phân biệt lũ quét với lũ thường. ................................................................ 69 2.3.4. Một số trận lũ quét lớn xảy ra ở Việt Nam ....................................... 70 2.4. Phân vùng khả năng xuất hiện lũ quét ............................................ 72 2.4.1. Phương pháp chung nghiên cứu lũ quét .......................................... 72 2.4.2. Xây dựng bản đồ phân vùng lũ quét ................................................. 73 Chương 3. TÍNH MƯA CỰC HẠN VÀ LŨ CỰC HẠN .................................................. 89 3.1. Khái niệm mưa cực hạn/mưa lớn nhất có thể xảy ra .............................. 89 3.2. Các phương pháp tính mưa cực hạn ....................................................... 89 3.2.1. Phương pháp cực đại hoá trận mưa thực đo ............................................ 90 3.2.2. Chuyển vị các trận mưa quan trắc tại trạm về lưu vực tính toán .............. 95 3.2.3. Lấy đường bao trên các giá trị tính toán .................................................. 97 3.2.4. Phương pháp suy luận .............................................................................. 98 3.2.5. Phương pháp tổng quát hoá ..................................................................... 98 3.2.6. Phương pháp thống kê Hershfield ............................................................ 99 3.2.7. Phương pháp thời gian và không gian .................................................... 106 3.2.8. Phương pháp mô hình toán .................................................................... 106 3.3. Phương pháp tính mưa cực hạn ở Việt Nam ......................................... 106 3.3.1. Các hình thế thời tiết gây mưa lớn ......................................................... 106 3.3.2. Những tồn tại và hướng khắc phục tính mưa cực hạn ........................... 107 3.3.3. Tính toán mưa cực hạn theo các phương pháp khác nhau ..................... 107 3.4. 3.4.1. 3.4.2. 3.5. 3.5.1. 3.5.2. Tính toán lũ cực hạn .............................................................................. 117 Tính toán lũ cực hạn PMF bằng mô hình Tank ..................................... 117 Sử dụng mô hình TANK tính lũ cực hạn PMF ....................................... 122 Tính toán lũ cực hạn PMF bằng mô hình MIKE NAM ......................... 124 Cấu trúc của mô hình ............................................................................. 124 Các thành phần của dòng chảy .............................................................. 126 3.5.3. Các thông số của mô hình ...................................................................... 127 3.5.4. Các điều kiện ban đầu của mô hình ....................................................... 128 3.5.5. Ảnh hưởng khi thay đổi bộ thông số ....................................................... 129 3.5.6. Kết quả tính toán lũ cực hạn PMF theo mô hình MIKE NAM ................ 134 3.6. Tính toán lũ cực hạn PMF bằng phương pháp đường đơn vị không thứ nguyên SCS ............................................................................................ 134 3.6.1. Xác định đường đơn vị .......................................................................... 134 3.6.2. Tính toán đường đơn vị cho lưu vực hồ Phú Ninh ................................ 136 3.6.3. Kết quả tính quá trình lũ cực hạn PMF cho lưu vực hồ Phú Ninh ......... 134 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MƯA, TỔN THẤT VÀ LŨ Quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực bao gồm 3 quá trình chính, đó là quá trình mưa, quá trình tổn thất và quá trình tập trung nước hình thành dòng chảy (Hình 1.1). Hình 1.1: Quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực 1.4. Mưa và đường quá trình mưa 1.4.1. Khái niệm mưa Mưa là hiện tượng nước ở thể lỏng hoặc thể rắn từ các tầng khí quyển rơi xuống bề mặt đất. Mưa chính là hiện tượng không khí ẩm vì một nguyên nhân nào đó mà lạnh đi xuống dưới điểm sương (là nhiệt độ lúc hơi nước trong không khí đạt tới trạng thái bão hoà) và nhờ các hạt bụi trong không khí tạo điều ki ện cho phần hơi nước quá bão hòa mau chóng ngưng kết lại thành hạt, các hạt đó không ngừng lớn dần lên đến khi trọng lượng của nó thắng được lực ma sát của tầng khí quyển và tốc độ các luồng không khí đi lên mà rơi xuống thành mưa. Mưa được hình thành từng đợt, mỗi đợt được coi là một trận mưa. Mưa là một quá trình quan trọng đóng vai trò chính trong sự hình thành dòng chảy trên lưu vực. Lượng mưa và quá trình mưa quyết định lưu lượng và quá trình dòng chảy, “Sông ngòi là sản phẩm của khí hậu”. 2 Mưa luôn biến đổi theo không gian và thời gian gây nên dòng chảy cũng biến đổi theo. Mùa mưa nhiều cũng chính là mùa lũ trong sông, mùa mưa ít ứng với mùa cạn. Vùng mưa nhiều sẽ có lượng dòng chảy dồi dào. 1.4.2. Nguyên nhân gây ra mưa Hình 1.2: Quá trình Gradian đoạn nhiệt Mưa xảy ra trên lưu vực do nhiều nguyên nhân khác nhau hoặc do tổ hợp nhiều hình thái thời tiết gây ra. 3 Hình 1.3: Quá trình hình thành mưa Khi khối không khí bốc lên cao, do áp suất xung quanh giảm đi rất nhanh theo chiều cao làm cho thể tích khối không khí đó nở ra và sinh công. Năng lượng sản ra công đó lấy ngay trong bản thân khối không khí, vì vậy mà nhiệt độ giảm đi. 1) Mưa front Khi một khí đoàn lạnh khô chuyển động tới gặp khí đoàn nóng ẩm tạo nên front lạnh, không khí nóng ở mặt tiếp xúc sẽ bị đẩy lên cao sinh ra hiện tượng lạnh đi vì động lực, hơi nước ngưng tụ gây mưa được gọi là mưa front lạnh. Ở nước ta, mưa front lạnh thường xảy ra khi có gió mùa Đông Bắc ở đầu và cuối mùa khô. Khi một khí đoàn nóng ẩm di chuyển gặp khí đoàn lạnh đứng yên hoặc đang di chuyển chậm tạo nên front nóng, khí đoàn nóng sẽ bốc lên cao, hơi nước ngưng tụ rơi xuống tạo thành mưa được gọi mưa front nóng. Hình 1.4: Mưa front 4 2) Mưa đối lưu Về mùa hè mặt đất bị nung nóng làm cho lớp không khí ẩm sát mặt đất nóng bốc lên cao làm thành một luồng khí đối lưu với lớp không khí trên cao gây ra hiện tượng mất nhiệt. Hơi nước ngưng tụ gây mưa đồng thời kèm theo hiện tượng sấm sét. Mưa đối lưu thường có cường độ mưa lớn nhưng phạm vi không rộng và thời gian mưa không dài. Hình 1.5: Mưa đối lưu 3) Mưa địa hình Khối không khí ẩm trên đường di chuyển gặp núi cao sẽ bốc lên theo sườn núi gây nên hiện tượng lạnh đi vì động lực, hơi nước ngưng kết lại tạo thành mưa. Mưa địa hình tập trung ở sườn đón gió, phía núi khuất gió không khí khô vì không còn hơi nước và có thể bị nóng lên do ma sát. Mưa theo mùa ở hai phía dãy Trường Sơn giữa biên giới Viêt-Lào là một điển hình của loại mưa này. 1.4.3. Các phương pháp đo mưa Hình 1.6: Mưa địa hình 5 Lượng mưa và cường độ mưa được đo đạc tại các trạm khí tượng, thủy văn. Để đo lượng mưa và cường độ mưa người ta thường dùng thùng đo mưa để đọc trực tiếp lượng mưa trong một thời đoạn nào đó hoặc máy đo mưa tự ghi để ghi lại quá trình lượng mưa theo thời gian. Hiện nay, ở các trạm khí tượng người ta đã đo mưa bằng các thiết bị đo mưa tự động, liên kết với máy tính để lưu số liệu đo cường độ mưa và lượng mưa trong các tập số liệu. Hình 1.7a: Máy đo mưa SL 3-1 Hình 1.7b: Trạm khí tượng tự động 1.4.4. Một số đặc trưng của mưa 1) Lượng mưa Lượng mưa là lớp nước mưa rơi trong một thời đoạn nào đó, đơn vị là mm. Lượng mưa quan trắc được trong một trận mưa gọi là lượng mưa trận, trong một ngày đêm gọi là lượng mưa ngày, nếu thời đoạn tính toán là một tháng, một năm ta có tương ứng lượng mưa tháng và lượng mưa năm. Thí dụ, l ượng mưa một năm nào đó tại một trạm quan trắc là 1500mm, có nghĩa là tại vị trí đó lượng mưa rơi xuống trong năm xếp được thành một lớp dày 1500mm. 2) Cường độ mưa Cường độ mưalà lượng mưa rơi trong một đơn vị thời gian, đơn vị tính thường dùng là mm/phút hoặc mm/h. Mưa rào là loại mưa có cường độ lớn tập trung trong thời gian ngắn có diện tích mưa không rộng. Mưa rào-mưa dầm thường có thời gian mưa dài, cường độ mưa tương đối lớn, diện tích mưa cũng khá rộng và có thể tồn tại những khoảng thời gian trong đó cường độ mưa rất lớn, hay gây ra lũ nguy hiểm. Thời gian có cường độ mưa lớn so với toàn trận không dài songcó tác dụng quyết định trong việc hình thành con lũ, lượng mưa trong thời gian này thường chiếm 8090% lượng mưa cả trận. 3) Quá trình mưa 6 Quá trình mưa là sự biến đổi lượng mưa theo thời gian.Phân tích chế độ mưa thời đoạn ngắn thực chất là phân tích đặc điểm của đường quá trình mưa trong một trận mưa và tìm ra những dạng đặc trưng của quá trình mưa. 250.0 Lượng mưa X (mm) 200.0 150.0 100.0 50.0 0.0 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 Thời gian mưa (giờ) Hình 1.8: Quá trình mưa 2-5/XII/199 tại trạm Tam Kỳ Quá trình biến đổi lượng mưa hoặc cường độ mưa trong một trận mưa còn được gọi mô hình mưa của một trận mưa, nó đặc trưng cho dạng mưa và tính chất mưa của một trận mưa. Mô hình phân phối mưa của các trận mưa khác nhau thường khác nhau. Một trận mưa có thể có một đỉnh hoặc nhiều đỉnh. Phân tích chế độ mưa thời đoạn ngắn đặc biệt quan trọng trong tính toán lũ và tính toán tiêu úng. 1.4.5. Sự biến đổi lượng mưa 1) Biến đổi mưa theo thời gian Sự thay đổi có quy luật của mưa theo thời gian còn gọi là chế độ mưa. Phân tích chế độ mưa nhiều năm, chế độ mưa năm và chế độ mưa gây lũ là rất cần thiết trong tính toán thuỷ văn. Khi nghiên cứu đặc điểm chế độ mưa trong một năm cần phân chia thời gian trong năm ra mùa mưa (các tháng mưa nhiều) và mùa khô (các tháng ít mưa), sự chênh lệch lượng mưa giữa hai mùa. Ngoài ra cần phân tích sự phân phối mưa theo thời gian trong một năm với thời đoạn tính toán ngày hoặc tháng. 7 Quá trình thay đổi lượng mưa các thời đoạn theo thời gian trong một năm gọi là phân phối mưa trong năm. 2) Phân bố mưa theo không gian Mưa luôn phân bố không đều trên lưu vực nhưng mỗi lưu vực chỉ có một số trạm quan trắc mưa nhất định. Vì vậy, trong tính toán thủy văn nói chung, tính toán dòng chảy lũ nói riêng phải tìm cách tính lượng mưa bình quân lưu vực từ một số hữu hạn các trạm quan trắc mưa. 1.4.6. Phương pháp tính mưa bình quân lưu vực Hiện nay, để tính mưa bình quân lưu vực người ta thường sử dụng 03 phương pháp là: Phương pháp bình quân số học, phương pháp bình quân có trọng số (phương phápđa giác Theissen), phương pháp đường đẳng trị. Lấy ví dụ lưu vực hứng nước với 4 trạm đo mưa (hình 1.10), giá trị đo mưa ở mỗi trạm được Hình 1.9: Lưu vực thủy văn với 04 trạm đo mưa trình bày ở Bảng 1.1. Bảng 1.1: Lượng mưa tại 04 trạm quan trắc Mưa (mm) Thời gian mưa (h) Giờ 1 Giờ 2 Giờ 3 Giờ 4 Tổng lượng mưa A 15 10 3 2 30 B 12 15 8 5 40 C 8 0 6 4 28 D 5 8 2 2 17 Trạm 1) Phương pháp bình quân số học Theo phương pháp này, lượng mưa bình quân trên lưu vực được tính theo công thức: 1 n    i n i 1 (1-1) 8 Trong đó: X i là lượng mưa của trạm thứ i, n là số trạm đo mưa tính toán. Phương pháp này thích hợp đối với những lưu vực có nhiều trạm đo mưa và được bố trí ở những vị trí đặc trưng. Nếu các trạm đo mưa phân bố tương đối đều trên toàn lưu vực thì kết quả tính theo công thức này khá chính xác. Ví dụ cụ thể được trình bày ở hình 1.10 như sau: Hình 1.10: Lượng mưa của 4 trạm đo mưa trên một lưu vực (mm) Áp dụng công thức (1-1) ta tính được lượng mưa trung bình như sau: 2) Phương pháp đa giác Thiessen Phương pháp này lần đầu tiên được đề xuất bởi Thiessen năm 1911, chú trọng đến diện tích đại diện của từng trạm. Nó được cho rằng những trạm này ảnh hưởng đến mỗi trạm mưa, được thể hiện ở hình 1.11. 9 Hình 1.11: Tính mưa bình quân theo phương pháp Theissen (a)Lượng mưa đại diện (b)Diện tích f i Cách làm cụ thể như sau: Nối các trạm đo mưa trên bản đồ thành những tam giác sao cho các cạnh của các tam giác đó không cắt nhau. Sau đó vẽ đường trung trực các cạnh củacác tam giác đó, các đường này tạo thành những đa giác (hình 1.11 (b)). Lượng mưa của trạm đo nằm trong mỗi đa giác là lượng mưa bình quân của phần diện tích thuộc đa giác đó. Khi đó lượng mưa bình quân toàn lưu vực  được tính theo công thức: n  f X i 1 n i f i 1 i (1-2) i Trong đó: X i là lượng mưa của trạm đo thứ i (mm) đại diện cho lượng mưa bình quân của đa giác có diện tích f i , F là diện tích của toàn bộ lưu vực (km2 ), n là số trạm đo mưa. Dựa vào công thức (1-2) ta tính được mưa bình quân lưu vực như sau: 3) Phương pháp đường đẳng trị Đường đẳng trị mưa là đường cong nối liền các điểm trên bản đồ có lượng mưa bằng nhau. Các đường đẳng trị mưa được vẽ trên một vùng lãnh thổ rộng lớn trên cơ sở các tài liệu đo mưa trên toàn lãnh thổ, trong đó có chứa lưu vực nghiên cứu (hình 1.12). 10 Hình 1.12: Tính mưa bình quân lưu vực theo phương pháp đường đẳng trị (a)Lượng mưa đo (b) Các đường đẳng trị mưa Lượng mưa bình quân lưu vực  được tính theo công thức sau: n Χ Χ  f i( i 2 i1)   i1 n (  f i F) i1 (1-3) Trong đó: X i là giá trị lượng mưa của đường đẳng trị thứ i trong phạm vi lưu vực (mm), F là diện tích của toàn bộ lưu vực (km 2 ), f i là diện tích bộ phận của lưu vực nằm giữa hai đường đẳng trị liên tiếp thứ i và i+1 và đường phân lưu của lưu vực (km 2 ), số mảnh diện tích bộ phận của lưu vực. Kết quả tính theo phương pháp này có nhiều ưu điểm so với các phương pháp trên do khắc phục được những trường hợp mà sự phân bố của các trạm đo mưa trên lưu vực nghiên cứuphân bố không đều và không đặc trưng, đặc biệt là những trường hợp mà trên lưu vực nghiên cứu không có trạm đo mưa. Tuy nhiên, do phải xây dựng bản đồ đẳng trị mưa nên khối lượng tính toán lớn. Dựa vào hình 1.5 ta tính được các diện tích của 4 vùng như sau: - Diện tích vùng I: 40 km 2 - Diện tích vùng II: 80 km 2 - Diện tích vùng III: 70 km 2 - Diện tích vùng IV: 50 km 2 - Tổng lưu vực hứng nước: 240 km 2 Diện tích vùng II và III rơi vào khoảng 2 đường đẳng trị. Vì thế, những vùng này có lượng mưa tương ứng như sau: 11 II= (10+15)/2= 12.5 mm III= (5+10)/2 = 7.5 mm Dựa vào công thức 1-3 ta tính được mưa bình quân lưu vực nhưu sau:  (40x15)  (80x12,5)  (70x 7,5)  50x5  9,89mm 240 1.4.7. Đường cong Độ sâu - Thời đoạn - Diện tích(DAD) Mục đích của việc xác định đường cong DAD là phục vụ tính mưa lớn nhất khả năng. Thường thì mưa biến đổi không đều theo thời gian, mưa lớn với cường độ cao chỉ tập trung trong một thời gian ngắn, sau đó giảm dần.Tương tự, cùng một thời đoạn mưa nhưng lượng mưa trên một vùng diện tích nhỏ có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn lượng mưa trên vùng diện tích rộng hơn. Chính vì vậy, phận tích cáccường cong DAD cho biết lượng mưa lớn nhất theo những thời đoạn khác nhau tương ứng với những diện tích khác nhau của các trận mưa. 1) Định lượng của bản đồ địa hình Bước đầu tiên là để chuẩn bị một bản đồ địa hình của khu vực với tỷ lệ thích hợp(1:250.000, 1:500.000). Sau đó đưa các trạm quan trắc lên bản đồ, xác định các cấp diện diện tích của lưu vực và ranh giới tương ứng trên bản đồ. Hình 1.13: Bản đồ địa hình của lưu vực nghiên cứu và các trạm đo mưa 2) Điều tra các trạm quan trắc và lựa chọn thời kỳ quan trắc Điều tra mạng lưới các trạm đo mưa trong vùng nghiên cứu xem xem trạm nào có đầy đủ số liệu và số liệu tin cậy, trạm nào bị mất tích số liệu hoặc số liệu 12 không đáng tin cậy. Qua đó lựa chọn được mạng lưới trạm quan trắc phục vụ tính toán xây dựng DAD. 3) Giảm số lượng các trận mưa và lựa chọn các trận mưa lớn điển hình Trong bước này, cần phải lựa chọn các trận mưa lớn điển hình trong số các trận mưa quan trắc được. Mưa lớn điển hình là những trận mưa lớn cả về lượng, cường độ và xảy ra trên phạm vi không gian rộng lớn (xảy ra ở nhiều trạm) của lưu vực. Một số trận mưa cần được loại trừ khỏi các phân tích mặc dù là trận mưa lớn vì những lý do như sự cố của các trạm đo mưa, những sai lầm của con người hoặc mất dữ liệu. 4) Vẽ bản đồ đẳng trị mưa thời đoạn Trên cơ sở các trận mưa điển hình đã chọn tại các trạm quan trắc tiến hành tính toán xác định lượng mưa ứng với các thời đoạn mưa khác nhau. Từ đó vẽ các bản đồ đẳng trị mưa thời đoạn. Có thể dùng phương pháp nội suy, ngoại suy trung bình trượt hoặc phần mềm ArcView để xây dựng bản đồ đẳng trị . Bảng 1.2: Ví dụ tính toán mưa thời đoạn 24h với diện tích Giới hạn của đường đẳng trị mưa Lượng mưa trung bình giữa hai đường đẳng trị (mm) Diện tích (Km 2 ) Diện tích lũy tích (Km 2 ) Tổng lượng mưa (mm) Tổng lượng mưa lũy tích (mm) Lượng mưa trung bình lớn nhất (mm) 90-100 95 0,02 0,02 1,90 1,90 95,00 80-90 85 3,88 3,90 329,80 331,70 85,05 70-80 75 21,10 25,00 1582,50 1914,20 76,56 60-70 65 149,66 174,66 9727,90 11642,10 66,65 50-60 55 1184,18 1358,84 65129,90 76772,00 56,49 40-50 45 3175,47 4534,31 142896,15 219668,15 48,44 30-40 35 3221,91 7756,22 112766,85 332435,00 42,86 20-30 25 10676,70 18432,92 266917,50 599352,50 32,51 10-20 15 9731,51 28164,43 145972,65 745325,15 26,46 0-10 5 73,57 28238,00 367,85 745693,00 26,40 Lượng mưa trung bình lớn nhất (mm) 13 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Diện tích lũy tích (Km2) Lượng mưa theo từng thời đoạn (mm) Hình 1.14: Đường cong DAD thời đoạn 24h 250.00 200.00 Lượng mưa lớn nhất (24h) Lượng mưa lớn nhất (48h) 150.00 100.00 50.00 0.00 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Diện tích (Km2) Hình 1.15: Đường cong DAD cho các thời đoạn 1.4.8. Đường cong Cường độ- Thời đoạn -Tần suất(IDF) Đối với nhiều trường hợp phân tích thủy văn, các bài toán quy hoạch hoặc thiết kế, ước tính cường độ mưa có thể tin cậy là cần thiết. Quan hệ IDFdùng để ước tính cường độ mưa tương ứng với các khoảng thời gian và chu kỳ lặp lại khác nhau. 14 Hình 1.16: Đường cong IDF 1) Các bước xây dựng đường cong IDF Kỹ thuật tiêu biểu cho thành lập các đường cong IDF mưa được tiến hành qua ba bước. Bước đầu tiên là xây dựng hàm phân bố xác suất (PDF) hoặc hàm phân phối tích lũy (CDF) cho mỗi nhóm bao gồm các giá trị dữ liệu trong một thời đoạn cụ thể. Nó có thể liên quan đến cường độ mưa lớn nhất cho mỗi thời khoảng với chu kỳ lặp lạitương ứng được xác định từ hàm phân phối lũy tích. Với chu kỳ lặp lạiT, tần suất tích lũy tương ứng F sẽ là: F  1 1 T hoặc T  1 1 F (1-4) Một khi đã biết tần suất tích lũy thì cường độ mưa lớn nhất được xác định bằng cách sử dụng hàm phân bố xác suất lý thuyết do ta chọn (Gumbel, Pearson III…). Pearson loại III phân phối thường được sử dụng tại Việt Nam để phân tích tần suất. 15 Hình 1.17: Chuyển đổi các đường cong CDF sangcác đường cong IDF Bước tiếp theo, các cường độ mưa đối với từng thời đoạn và một tập các thời kỳ lặplại (ví dụ: 5, 10, 20, 50.100 năm…) được tính toán. Việc này được thực hiện bằng cách sử dụng các hàm phân bố xác suất đã nói ở trên. Hình 1.16 cho thấy sự chuyển đổi các đường cong CDF sang các đường cong IDF. Bước cuối cùng, các công thức thực nghiệm trình bày dưới đây được sử dụng để xây dựng các đường cong mưa IDF. Các phương pháp bình phương tối thiểu được áp dụng để xác định các thông số của phương trình IDF kinh nghiệm dùng để biểu đạt các quan hệ cường độ-thời đoạn-tần suất. 2) Các công thức IDF kinh nghiệm Các công thức IDF là các phương trình kinh nghiệm biểu đạt cho một mối quan hệ giữa cường độ mưa lớn nhất (như biến phụ thuộc) và các thông số khác mà ta quan tâm như thời đoạn mưa và tần suất (như là các biến độc lập). Có một số hàm thường dùng có thể tham khảo trong tài liệu thủy văn ứng dụng(Chow et al, 1988). Bốn hàm cơ bản dùng để mô tả mối quan hệ thời gian cường độ mưa được tóm tắt như sau: Công thức Talbot: i Công thức Bernard: a db (1-5)