Xây dựng atlas mưa ngày cực đại cho Việt Nam

Bài báo này trình bày việc xây dựng atlas mưa ngày cực đại cho toàn Việt Nam sử dụng liệt tài liệu mưa từ 155 trạm quan trắc dựa trên suy luận tần suất cho mỗi trạm. Atlas được xây dựng dựa trên 03 hàm phân phối xác suất đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới, bao gồm hàm phân phối cực trị tổng quát (GEV), hàm phân phối chuẩn tổng quát (GNO) và hàm phân phối Pearson loại III (PE3), nhằm mục đích hỗ trợ tốt nhất cho việc tính toán và chọn mưa ngày thiết kế cực đại khi sử dụng
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng atlas mưa ngày cực đại cho Việt NamBÀI BÁO KHOA HỌCXÂY DỰNG ATLAS MƯA NGÀY CỰC ĐẠI CHOVIỆT NAMNguyễn Hoàng Lâm1, Nguyễn Trường Huy1, Võ Ngọc Dương1,Phạm Thành Hưng1, Nguyễn Chí Công1Tóm tắt: Việc thiết kế, quản lý và vận hành hệ thống các công trình thủy đòi hỏi các thông tinvề tần suất và cường độ mưa cực đại. Các thông tin này thường được thể hiện dưới dạng các đườngtần suất mưa (ĐTS) tại một trạm hay dưới dạng một atlas cho nhiều trạm hay một vùng. Bài báo nàytrình bày việc xây dựng atlas mưa ngày cực đại cho toàn Việt Nam sử dụng liệt tài liệu mưa từ 155trạm quan trắc dựa trên suy luận tần suất cho mỗi trạm. Atlas được xây dựng dựa trên 03 hàm phânphối xác suất đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới, bao gồm hàm phân phối cực trị tổng quát(GEV), hàm phân phối chuẩn tổng quát (GNO) và hàm phân phối Pearson loại III (PE3), nhằmmục đích hỗ trợ tốt nhất cho việc tính toán và chọn mưa ngày thiết kế cực đại khi sử dụng. Sự khácbiệt về giá trị mưa ngày tính toán cực đại dựa trên ba phân phối tương ứng với các tần suất khácnhau cũng đượcphân tích và trình bày trong bài báo.Từ khóa: Atlas mưa, hàm phân phối xác suất, mưa ngày cực đại, phân tích tần suất, đường tầnsuất.Ban Biên tập nhận bài: 12/3/20171. Giới thiệuViệc thiết kế, quản lý và vân hành hệ thốngcác công trình thủy nói riêng và các công trìnhxây dựng nói chung như hệ thống thoát nước đôthị, hệ thống hồ chứa và đập dâng, hệ thống tiêuthoát nước cho cây trồng, v.v. đòi hỏi các thôngtin về tần suất, thời lượng và cường độ của mưacực đại (MCĐ). Những thông tin này thường cóđược thông qua việc thực hiện phân tích tần suấtmưa (PTTS) và sau đó thường được trình bàydưới dạng các đường tần suất mưa (ĐTS) tại mộttrạm hay dưới dạng một atlas cho nhiều trạm haymột vùng [10]. Tùy thuộc vào mục đích sử dụngmà các ĐTS có thể được xây dựng cho các thờiđoạn khác nhau, từ MCĐ thời đoạn ngắn như 5phút, 10 phút, 1 giờ cho đến các thời đoạn dàihơn như 1 ngày, 3 ngày, 10 ngày. Các thông tinMCĐ thời đoạn ngắn thường cần thiết cho việctính toán, đánh giá tác động của MCĐ lên hệthống thoát nước và ngập úng đô thị, trong khicác thông tin MCĐ thời đoạn dài thường đượcsử dụng cho việc thiết kế và quản lý các hồTrường Đại học Bách Khoa - Đại họcĐà Nẵng124TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂNSố tháng 02 - 2017Ngày phản biện xong: 30/06/2017chứa, đập dâng, các công trình tiêu nước cho câytrồng, v.v…Để thực hiện PTTS và xây dựng các ĐTS,trước hết các dữ liệu MCĐ cần được trích xuất từchuỗi dữ liệu đo mưa đầy đủ hay liên tục. Sauđó, một hàm phân phối xác suất (HPPXS) thíchhợp nhất sẽ được lựa chọn và sử dụng cho việcPTTS để có được các giá trị MCĐ tương ứng vớicác điểm phân vị tại các tần suất vượt hay cácchu kỳ lặp lại khác nhau [8, 10]. Trong thựchành, thông thường phương pháp sử dụng chuỗigiá trị mưa lớn nhất năm đượcsử dụng phổ biếnhơn so với phuơng pháp sử dụng chuỗi giá trịvượt trên một ngưỡng nhất định vì dễ thực hiện,tránh được sự chủ quan và khó khăn của việc lựachọn giá trị ngưỡng để trích xuất[6]. Tuynhiên,việc lựa chọn một HPPXS thích hợp vẫnchưa có sự nhất trí chung và thường phụ thuộcvào các đặc trưng của chuỗi dữ liệu thực đo tạicác trạm cụ thể.Thực tế hiện này có rất nhiều các HPPXSkhác nhau đã được đề xuất cho việc PTTS cácbiến cực trị trong thủy văn và các hàm nàythường được liệt kê thành họ các hàm phân phối.BÀI BÁO KHOA HỌCCó thể kể đến như họ hàm phân phối chuẩn, họphân phối cực trị, họ Gamma, họ Bêta, họPareto, họ Hyphen, và nhiều họ khác [4, 8, 10].Tuy nhiên quy trình thực hành PTTS từ các quốcgia lớn trên thế giới đang quy vào việc sử dụngcác phân phối như: hàm Gumbel ở Châu Âu vàNhật Bản, hàm GEV ở Úc, hàm GEV, GNO vàLog-Pearson 3 ở Canada, Log-Pearson vàPearson 3 ở Hoa Kỳ, và hàm GLO ở Anh [8, 10].Nguyen et al.(2002), so sánh các phân phối nàycùng với một số HPPXS khác sử dụng dữ liệuMCĐ 5 phút và 1 giờ từ 20 trạm đo ở Quebec,Canada và chỉ ra rằng GEV và GNO hoạt độngtốt hơn nhiều so với GUM và GLO [7].Green et al.(2012) so sánh mức độ miêu tả mưacực đại của 05 phân phối phổ biến cho MCĐ ởÚc và chỉ ra rằng GEV thích hợp nhất[5]. Ở nướcta, các đặc trưng lũ thiết kế thông thường đượctính theo đường cong phân phối xác suất PE3[2]. Tran et al.(2008) sử dụng phân phối PE3 đểxây dựng IDF cho một vài trạm ở Việt Nam [9].Nguyễn Trường Huy và nnk (2017) so sánh mứcđộ miêu tả của 07 HPPXS phổ biến sử dụng liệttài liệu mưa ngày cực đại từ 155 trạm quan trắcmưa ở Việt Nam. Kết quả phân tích dựa trên cáctiêu chí đánh giá khác nhau cho thấy rằng phânphối GNO là thích hợp nhất cho việc PTTS mưangày cực đại.Tuy nhiên hai hàm phân phối GEVvà PE3 cũng cho kết quả gần như tương đồngvới hàm GNO và cũng được kiến nghị sử dụngcho việc PTTS mưa ngày cực đại nhằm tăng độtin cậy [5].Ở Việt Nam các trạm đo mưa thời đoạn ngắnthường phân bố thưa thớt, chuỗi thời gian quantrắc ngắn và không liên tục. Bài báo này, bướcđầu đề xuất việc xây dựng atlas mưa ngày cựcđại cho toàn Việt Nam sử dụng tài liệu mưa ngàycực đại từ 155 trạm quan trắc trên toàn quốc dựatrên suy luận tần suất cho mỗi trạm đo. Chi tiếtvề cơ sở dữ liệu mưa sử dụng cho bài báo đượctrình bày trong mục 2. Các ĐTS và atlas đượcxây dựng dựa trên 03 HPPXS là hàm phân phốicực trị tổng quát (GEV), hàm phân phối chuẩntổng quát (GNO) và hàm phân phối Pearson loạiIII (PE3) nhằm mục đích cung cấp nhiều thôngtin hơn và hỗ trợ tốt nhất cho việc tính toán vàchọn mưa ngày cực đại thiết kế khi sử dụng. Chitiết về các hàm phân phối và phương pháp xâydựng ĐTS và atlas được trình bày trong mục 3.Kết quả xây dựng ĐTS, atlas, cũng như so sánhsự khác biệt về mưa ngày cực đại dựa trên baphân phối tương ứng với các tần suất hay các chukỳ lặp lại khác nhau cũng được trình bày trongmục 4. Mục 5 trình bày tóm lược lại các kết quảđạt được và kết luận.2. Cơ sở dữ liệuTổng cộng 155 trạm mưa được sử dụng đểxây dựng ĐTS và atlas mưa ngày cực đại choViệt Nam ...