i

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 ôtô và đường thành phố
Mã số: 62.58.30.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. BÙI XUÂN CẬY

2. GS.NGND.TSKH. NGUYỄN XUÂN TRỤC


Tác giả luận án
Nguyễn Anh Tuấn
iii

MỤC LỤC

Trang
LỜI CAM ĐOAN. ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỦ YẾU VÀ TỪ VIẾT TẮT. ix
DANH MỤC CÁC BẢNG. xi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. xiii
PHẦN MỞ ĐẦU.
1
1.

Giới thiệu tóm tắt luận án 1
2.

Lý do chọn đề tài 1
3.

Mục đích nghiên cứu 3
4.


+ Công thức theo TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng
chảy lũ
12
+ Công thức cường độ giới hạn của Đại học Xây Dựng Hà Nội 13
+ Công thức cường độ giới hạn sử dùng trong tính toán thoát
nước đô thị theo tiêu chuẩn TCVN 7957:2008
14
1.1.2.4.

Công thức Sôkôlôpsky 15
1.1.2.5. Xác định lưu lượng theo phương trình cân bằng lượng nước 15
1.1.2.6.

Nhận xét về các công thức tính lưu lượng thiết kế 17
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
17
1.1.3.1.

Lượng mưa ngày tính toán H
n,p
18
iv

1.1.3.2. Hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa

T
và phân vùng mưa
18
1.1.3.3. Xác định cường độ mưa tính toán a


Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài
29
1.4.

Phương pháp nghiên cứu 30
1.5.

Nhận xét, kết luận chương 1
30
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.
32
2.1. Khái quát về điều kiện khí hậu Việt Nam
32
2.2. Giới thiệu về mạng lưới các trạm khí tượng và nguồn số liệu đo
mưa ở nước ta
36
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.
38
2.3.1.

Đặt vấn đề 38
2.3.2.

Nội dung nghiên cứu 39

và cường độ mưa thời đoạn tính
toán lớn nhất năm a
T
max

54
2.3.2.6.

Chu kỳ biến đổi lớn - nhỏ - trung bình của lượng mưa ngày lớn
nhất năm H
ngày
max
và cường độ mưa thời đoạn tính toán lớn nhất
năm a
T
max

58
2.3.2.7.

Tương quan biến đổi về giá trị và thời điểm xuất hiện cùng nhau
của lượng mưa ngày lớn nhất năm H
ngày
max
và cường độ mưa thời
đoạn tính toán lớn nhất năm a
T
max

62

3.1.2.4.

Xử lý khi gặp những trận mưa đặc biệt lớn 75
3.1.2.5.

Kiểm định sự phù hợp của đường tần suất lý luận H
n,p
với tài liệu
thực đo
78
3.1.3.

Kết quả xác định lượng mưa ngày tính toán H
n,p
theo tần suất thiết kế
p ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu lập với chuỗi số liệu đo mưa
thực tế từ năm 1960 - 2010
79
3.1.4.

So sánh lượng mưa ngày tính toán H
n,p
theo tần suất thiết kế p tính từ
năm 1960 tới năm 2010 so với H
n,p
tính tới năm 1987. Nhận xét và
kiến nghị
79
3.2. Nghiên cứu xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa


T



T cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với chuỗi số liệu đo
mưa thực tế từ năm 1960 - 2010
84
3.2.3.3. Đánh giá sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa

T
trong
một vùng mưa với các giá trị hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa

T,pi
ở các tần suất p
i
khác nhau. Nhận xét và kiến nghị
85
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
86
3.3. Nhận xét, kết luận chương 3
91
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.
93


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
98
4.4.3.

Kết quả xây dựng đường cong a

-

T

-

p (cường độ mưa - thời gian -
tần suất) bằng phương pháp trực tiếp ở 12 trạm khí tượng nghiên cứu
98

vii

với chuỗi số liệu đo mưa thực tế thu thập từ năm 1960

-

2010. Nhận
xét và kiến nghị 4.5. Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán a
T,p


Phân tích chọn dạng công thức thực nghiệm và phương pháp hồi quy
xác định giá trị các hệ số trong công thức tính cường độ mưa tính
toán a
T,p

101
4.6.3. Xác định hệ số hình dạng cơn mưa m cho từng vùng mưa 103
4.6.4.

Xác định sức mưa S
p
ở tần suất p 106
4.6.5.

Xác định hệ số vùng khí hậu A, B cho từng vùng mưa 108
4.6.6.

Công thức tính cường độ mưa tính toán a
T,p
theo sức mưa S
p
và hệ số
hình dạng cơn mưa m. Đánh giá sai số, nhận xét và kiến nghị
111
4.6.7.

Công thức tính cường độ mưa tính toán a
T,p
theo hệ số vùng khí hậu

mưa chuẩn a
To,p

115
4.8.1.

Đặt vấn đề 115
4.8.2.

Công thức tính cường độ mưa tính toán a
T,p
theo cường độ mưa
chuẩn a
T0,p

116
viii

4.8.3.

Đánh giá sai số, nhận xét và kiến nghị 117
4.9. Nghiên cứu xác định cường độ mưa tính toán a
T,p
bằng phương
pháp sử dụng trạm tựa
117
4.9.1.

Cơ sở của phương pháp 117
4.9.2.

Phương pháp, nội dung đánh giá sai số của các công thức tính cường
độ mưa tính toán a
T,p

121
4.10.2.

Kết quả đánh giá và so sánh mức độ sai số của các công thức tính
cường độ mưa tính toán a
T,p
trong cùng một vùng mưa và giữa các
vùng mưa khác nhau.
122
4.11. Nhận xét, kết luận chương 4
124
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
128
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN. 133
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 134
ở thời đoạn T = )
5 a
T
max
Cường độ mưa lớn nhất năm ở thời đoạn tính toán T: được xác
định từ số liệu đo mưa tự ghi thực tế tại các trạm khí tượng
6 B Hệ số vùng khí hậu
7 B
lv
Chiều rộng bình quân của lưu vực
8 b
sd
Chiều dài bình quân của sườn dốc lưu vực
9 F Diện tích lưu vực
10 g Cường độ tổn thất
11 H Lượng mưa
12 H
n,p
Lượng mưa ngày tính toán ở tần suất p
13 H
T,p
Lượng mưa tính toán ở thời đoạn T và tần suất p: là lượng mưa
lớn nhất trong thời đoạn tính toán T ở tần suất p
14
H
,p
Lượng mưa tính toán ở thời gian tập trung nước

của lưu vực
và tần suất p (chính là lượng mưa tính toán H

23 m
ls
=1/n
ls
Thông số đặc trưng cho nhám lòng sông suối chính
x

24 m
sd
=1/n
sd
Thông số đặc trưng cho nhám sườn dốc lưu vực
25 n
ls
Hệ số nhám trung bình lòng sông suối chính
26 n
sd
Hệ số nhám trung bình sườn dốc lưu vực
27 N = 100/p Chu kỳ lặp lại cơn mưa tính toán (năm)
28 p Tần suất thiết kế (%)
29 Q Lưu lượng
30 Q
p
Lưu lượng thiết kế ở tần suất p: là lưu lượng lớn nhất qua mặt
cắt công trình ứng với tần suất thiết kế p
31 q Mô đuyn dòng chảy mưa, hay lưu lượng dòng chảy mưa (chưa
xét đến tổn thất) từ 1 đơn vị diện tích lưu vực, hay cường độ
mưa theo thể tích
32 S Sức mưa
33 S



Hệ số hồi quy của vùng khí hậu
43

1

Hệ số tổn thất do ao hồ, đầm lầy
44


Hệ số xét đến việc mưa không đều trên lưu vực
45


Hệ số dòng chảy
46


Hệ số triết giảm lưu lượng dòng chảy phụ thuộc vào diện tích
lưu vực
47


Thời gian tập trung nước của lưu vực, hay thời gian tập trung
dòng chảy của lưu vực
*

Các t
ừ viết tắt:

3 Bảng 2.3

Tổng hợp kết quả nghiên cứu xu hướng biến thiên của
lượng mưa năm và số ngày mưa trong năm tại 12 trạm khí
tượng chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010
43
4 Bảng 2.4

Tổng hợp kết quả nghiên cứu xu hướng biến thiên của
lượng mưa ngày lớn nhất năm H
ngày
max
và cường độ mưa
lớn nhất năm a
T
max
ở các thời đoạn từ T = 5ph  1440ph
tại 12 trạm khí tượng nghiên cứu từ năm 1960 - 2010
47
5 Bảng 2.5

So sánh các giá trị (H
ngày
max
)
*
, (a
T
max
)

mưa ngày lớn nhất năm H
ngày
max
và cường độ mưa lớn nhất
năm a
T
max
ở các thời đoạn T =5ph  1440ph tại 12 trạm
khí tượng nghiên trong thời gian khảo sát đến năm 2010
61
9 Bảng 2.9

Bảng mầu đánh giá sự trùng lặp về thời điểm xuất hiện
cùng ngày tháng năm của H
ngày
max
và a
T
max
từ 5ph 
1440ph tại trạm Láng - Hà Nội từ năm 1960 - 2010
65
10 Bảng 2.10

Tổng hợp kết quả nghiên cứu mức độ trùng lặp về ngày
tháng xuất hiện trong năm của cường độ mưa lớn nhất năm
a
T
max
ở các thời đoạn tính toán T = 5ph  1440ph so với

luận lượng mưa ngày tính toán H
n,p
tại 12 trạm khí tượng
chọn nghiên cứu với mức ý nghĩa cho phép  = 5%
79
14 Bảng 3.4

Tóm tắt quá trình xác định hệ số đặc trưng hình dạng cơn
mưa 
T

84
15 Bảng 3.5

Kết quả đánh giá sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn
mưa 
T
thiết lập cho 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu
với số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010
86
16 Bảng 3.6

Sai số của hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa ở các trạm
Láng, trạm Hà Đông, trạm Sơn Tây tính so với đường 
T

trung bình 3 trạm
90
17 Bảng 4.1


Trình tự thực hiện hồi quy để tìm hệ số vùng khí hậu A, B 110
23 Bảng 4.7

Trình tự thực hiện hồi quy để tìm hệ số hồi quy của vùng
khí hậu 
113
24 Bảng 4.8

Tổng hợp hệ số tương quan hồi quy R
2
trong phép hồi quy
xác định hệ số  ở 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu với
số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010
114
25 Bảng 4.9

Tổng hợp kết quả đánh giá mức độ sai số của các công
thức thực nghiệm tính cường độ mưa tính toán a
T,p
với số
liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010 tại 12 trạm nghiên cứu
123
xiii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

TT

S
ố hiệu

chọn nghiên cứu từ năm 1960 - 2010
45
8 Hình 2.4 Xu hướng biến thiên của a
T
max
ở các thời đoạn T = 5ph
 1440ph tại trạm Láng - TP.Hà Nội từ 1960 - 2010
46
9 Hình 2.5 Lượng mưa ngày lớn nhất năm bình quân nhiều
nămH
ngày
max
tại 12 trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ
năm 1960 - 2010
55
10 Hình 2.6 Cường độ mưa lớn nhất năm bình quân nhiều
năma
T
max
ở các thời đoạn từ T =5ph  1440ph tại 12
trạm khí tượng chọn nghiên cứu từ 1960 - 2010
56
11 Hình 2.7 Chu kỳ biến đổi của lượng mưa ngày lớn nhất năm
H
ngày
max
tại trạm Láng - Hà Nội từ năm 1960 - 2010
60
12 Hình 2.8 Chu kỳ biến đổi của cường độ mưa lớn nhất năm a
T

Họ đường cong

T,p
~ T ít thay đổi theo tần suất trong
một vùng mưa nhưng khác nhau giữa các vùng mưa
81
18 Hình 3.5 Phân vùng mưa bằng đường cong hệ số đặc trưng hình
dạng cơn mưa 
T
 T
81
19 Hình 3.6 Sự khác nhau về chế độ mưa ở các trạm khí tượng gây
chênh lệch lưu lượng thiết kế của lưu vực nhỏ ở các
vùng khi cùng điều kiện mặt đệm và tần suất, khảo sát
với số liệu đo mưa từ năm 1960 - 2010
88
20 Hình 3.7 Các đường cong hệ số đặc trưng hình dạng cơn mưa


T
 T tại 3 trạm Láng, trạm Hà Đông, trạm Sơn Tây
của TP. Hà Nội từ năm 1960 - 2010
90
21 Hình 4.1 Diễn biến lượng mưa tích lũy H
t
và cường độ mưa tức
thời a
t
trong một trận mưa thực tế
93

cho trạm TP.Lạng Sơn với số liệu đo mưa thu thập từ
năm 1960 - 2010
114

- 1 -

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Giới thiệu tóm tắt luận án.
- Mạng lưới giao thông ngày càng mở rộng, đặc biệt là vùng nông thôn, vùng sâu, vùng
xa; khu dân cư, khu đô thị phát triển với tốc độ nhanh; khu công nghiệp ngày một gia
tăng. Chúng đòi hỏi có công thức tính toán lưu lượng lũ thiết kế cho lưu vực nhỏ của
công trình thoát nước nhỏ đơn giản, dễ tính toán và có độ chính xác chấp nhận được.
Cùng với nhiều công trình nghiên cứu khác, công trình nghiên cứu trong luận án góp
phần tiếp tục hoàn thiện công thức tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế đối với lưu vực nhỏ,
cụ thể là vấn đề xác định các tham số về mưa trong các công thức tính lưu lượng đỉnh
lũ thiết kế cho công trình thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay.
- Nội dung luận án gồm có 4 chương; phần mở đầu; kết luận và kiến nghị; ngoài ra còn
có 1 quyển phụ lục đóng riêng.
+/ Phần mở đầu.
+/ Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
+/ 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.
+/ Chương 3: Xác định lượng mưa ngày tính toán và nghiên cứu xác định hệ số đặc
trưng hình dạng cơn mưa.
+/ 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.
+/ Kết luận và kiến nghị.
+/ Quyền Phụ lục luận án: được đóng riêng, trong đó là các đồ thị, bảng tra kết quả
tính các thông số về mưa như H

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 hiện nay gây khó khăn, xáo trộn
sinh hoạt và sản xuất, . . . . Tất cả những vấn đề trên đều liên quan đến khâu thiết kế
công trình thoát nước nhỏ trên đường, trong đó có việc tính toán xác định lưu lượng
thiết kế Q
p
.
- 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 đã 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 gia 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 thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên đường, làm cho việc sử dụng các
thành quả nghiên cứu các dữ liệu về mưa trước đây trong tính toán lưu lượng thiết kế
công trình thoát nước nhỏ trên đường trở nên giảm độ tin cậy.
- Thực tiễn hiện nay ở nước ta cho thấy, 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. Thực tế trên đường Hồ Chí Minh do khẩu
độ cầu, cống tính toán không đủ tiêu thoát đã tạo ra những trận lũ quét dữ dội ‘‘thế
năng biến thành động năng’’, ví dụ trận lũ quét lịch sử tại Sơn Diệm năm 2002. Rõ
ràng, còn có vấn đề tồn tại trong việc tính toán xác định lưu lượng thiết kế công trình
thoát nước nhỏ trên đường ở nước ta hiện nay. Nổi lên là vấn đề xác định các tham số
về mưa trong các công thức tính lưu lượng thiết kế.
- Từ những đòi hỏi cấp thiết như trên, luận án “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’’ được chọn nghiên cứu.
- 3 -



[26], [27],

[31], [32],

[33], [34],

[35],

[37],

[38],

[39], [40], [42], [44], [47],
[48], [49], [50], [51], [53], [54], [55], [56], . . . .
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu: công trình thoát nước nhỏ (cầu nhỏ, cống, rãnh thoát nước
mặt) trên đường bộ, đường sắt, đường đô thị, sân bay.
- Phạm vi nghiên cứu: cho lưu vực nhỏ, ở Việt Nam.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
1) 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.
2) 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
là rất cần thiết đối với
thực tiễn tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế của lưu vực công trình thoát nước trên
đường Việt Nam.
4) 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.
5) 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 
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 , 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 nghiên cứu là các
trạm: TX.Mường Lay-T.Điện Biên, TP.Tuyên Quang-T.Tuyên Quang, TP.Lạng
Sơn-T.Lạng Sơn, Trạm Láng-TP.Hà Nội, Trạm Hà Đông-HN, TX.Sơn Tây-HN,
TP.Vinh-T.Nghệ An, TP.Đồng Hới-T.Quảng Bình, TPhố.Đà Nẵng, TP.Nha Trang-
T.Khánh Hòa, TP.Buôn Ma Thuột-T.Đắk Lắk, TPhố.Cần Thơ, với số liệu đo mưa
thực tế thu thập từ năm 1960 - 2010, kiến nghị tham khảo sử dụng vào thực tiễn tính

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 
T
còn có thể
được dùng làm tiêu chí để phân vùng mưa.
3) 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.

- 6 -

Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Các nghiên cứu liên quan ở trong và ngoài nước.
1.1.1. Sự hình thành dòng chảy lũ do mưa trên lưu vực [15].
- 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

t


t là đường quá trình m
ưa
và đường cong tổn thất, trong đó a
t
và g
t
lần lượt là cường độ mưa
và
cường độ tổn thất tại thời đi
ểm t bất
kỳ.
+) Thời gian mưa là T
mưa
,
trong giai
đoạn sinh dòng chảy có a
t
 g
t
,
kho
ảng thời gian này gọi là thời gian
mưa hiệu quả hay thời gian cấp nư
ớc

Hình 1.1: Mô tả khái quát sự hình thành
dòng chảy lũ do mưa trên lưu vực

t
- 7 -

1.1.2. Các công thức tính toán lưu lượng thiết kế công trình thoát nước nhỏ trên
đường.
Hiện nay, lý luận cũng như phương pháp, công thức tính toán dòng chảy lũ có rất
nhiều. Đối với công trình thoát nước nhỏ trên đường, việc xác định lưu lượng thiết kế
hiện nay ở các nước có nền khoa học tiên tiến như Mỹ, Anh, Pháp, Nga, Nhật Bản,
Trung Quốc, . . . đều sử dụng công thức cường độ giới hạn. Ở Việt Nam, trong các
tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, TCVN9845:2013 Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ
[5] và TCVN7957:2008, Thoát nước - mạng lưới và công trình bên ngoài [8] cũng sử
dụng công thức cường độ giới hạn để xác định lưu lượng thiết kế cho công trình thoát
nước nhỏ trên đường ô tô và đường đô thị.
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. Dưới đây là
trình bày tóm tắt lý thuyết tập trung nước từ lưu vực, theo tài liệu [32].
1.1.2.1. Những cơ sở của lý thuyết tập trung nước từ lưu vực [32].
 Các giả thiết của M.M. Prôtôđiakônov.
+) Lưu vực có dạng đều, ở giữa là lòng sông suối.
+) 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 ra dòng chảy lũ bằng tần suất dòng chảy lũ trên lưu vực.
 Thời gian tập trung nước của lưu vực, ký hiệu là : là thời gian để một giọt nước xa
nhất trên lưu vực kịp chảy về mặt cắt đặt công trình thoát nước.
 Đường đẳng thời: là đường nối các điểm trên lưu vực có cùng thời gian nước chảy về
mặt cắt đặt công trình thoát nước.
 Công thức xác định lưu lượng cực đại của dòng chảy lũ do mưa trên lưu vực.

Hỡnh 1.2: Bỡnh lu vc
Hỡnh 1.3: S giỏ tr lu lng chy qua
cụng trỡnh sau tng n v thi gian
+ Sau phỳt th nht ch cú lng nc ma trờn phn din tớch f
1
ca lu vc kp
chy v mt ct t cụng trỡnh thoỏt nc, lng nc ma trờn cỏc phn din tớch
lu vc f
2
, f
3
, f
4
mi ang tin dn v phớa mt ct t cụng trỡnh thoỏt nc. Do ú
lu lng nc chy qua mt ct t cụng trỡnh thoỏt nc sau phỳt th nht s l:
Q
1
= a.f
1

+ Sau phỳt th hai, ngoi lng nc ma trờn phn din tớch f
1
cũn cú thờm lng
nc ma trờn phn din tớch f
2
ca lu vc chy v mt ct t cụng trỡnh thoỏt
nc. Theo nguyờn tc xp chng lng nc, lu lng nc chy qua mt ct t
cụng trỡnh thoỏt nc sau phỳt th hai l: Q
2
= a.(f

a.f3
a.f4
a.f1
a.f2
a.f3
a.f4
a.f2
a.f3
a.f4
a.f1
a.f2
a.f3
a.f4
a.f2
a.f3
a.f4
a.f3
a.f4
a.f1
a.f2
a.f3
a.f4
Bắt đầu:
a.f1
a.f2
a.f3
a.f4
a.f1
a.f2
a.f3

f
4

V trớ t cụng trỡnh
thoỏt nc

ng
1 vtg

2 vtg

3 vtg

4 vtg

- 9 -

Từ sau phút thứ tư trở đi là: Q
4
= a.(f
1
+ f
2
+ f
3
+ f
4
)
+ Nhận thấy, lưu lượng lớn nhất chảy qua mặt cắt đặt công trình thoát nước sẽ do
toàn bộ diện tích lưu vực F tạo ra và thời đoạn mưa tạo ra lưu lượng lớn nhất Q

p
và xét tới đơn vị
tính của các tham số trong công thức, có được công thức (1.1) tính lưu lượng đỉnh lũ
thiết kế tại mặt cắt đặt công trình thoát nước của lưu vực như sau.
FaKQ
pp

,



(1.1)
Trong đó: Q
p
là lưu lượng thiết kế ở tần suất p
F là diện tích lưu vực
 là hệ số dòng chảy, xét đến lượng nước mưa bị tổn thất
a
,p
là cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu
vực và tần suất p. Chính là cường độ mưa trung bình lớn nhất trong
thời gian tập trung nước  và tần suất p, còn được gọi là cường độ
mưa giới hạn lớn nhất ở thời gian tập trung nước  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. Khi Q
p
tính bằng m
3
/s, a
,p


Q là lưu lượng dòng chảy; C là hệ số dòng chảy, phụ thuộc vào đặc trưng bề mặt
lưu vực; I là cường độ mưa trung bình ứng với thời gian tập trung nước; A là diện
tích lưu vực; K là hệ số chuyển đổi đơn vị.
- Ở Mỹ: sử dụng công thức cường độ giới hạn [20].
AICKQ
p




(1.3)

Q
p
là lưu lượng thiết kế ở tần suất p;  là hệ số phân bố mưa rào, được xây dựng
thành đồ thị tra; C là hệ số dòng chảy, phụ thuộc vào tính chất bề mặt và chu kỳ mưa;
I là cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước của lưu vực và tần suất thiết kế
p; A là diện tích lưu vực; K là hệ số chuyển đổi đơn vị.
Ngoài ra còn viết ở dạng:
AqCQ
p



(1.3’)
với: K.I = q là mô đuyn dòng chảy mưa tính toán.
- Ở Pháp: Albert Caquot xây dựng công thức thực nghiệm biểu thị dưới dạng phương
trình cân bằng thể tích dựa trên nguyên lý hiệu quả năng lực của mạng lưới. Đây được
đánh giá là một trong những mô hình nổi tiếng của thế giới và được áp dụng từ lâu ở


của lưu vực, viết lại có dạng công thức (1.4) như sau.
AaCQ
c
t

).(6





(1.4)

- Ở Nga và các nước thuộc Liên Xô (cũ): sử dụng công thức cường độ giới hạn.
+) Công thức cường độ giới hạn của Viện Thiết kế đường Liên Xô (cũ) do
B.F.PEREVÔZNHEKÔP đề xuất [32].

dipp
KKFaKQ
,



(1.5)

Q
p
là lưu lượng thiết kế ở tần suất p;  là hệ số dòng chảy trên sườn dốc; a
,p

nghiệm theo F:
n
CF )(
1



với C, n là các hệ số kinh nghiệm.
+) Công thức cường độ giới hạn theo Tiêu chuẩn dòng chảy BCN 63-67 của Bộ Giao
Thông Vận Tải Liên Xô (cũ) [32].





1,
FaKQ
pp

(1.6)

Q
p
là lưu lượng thiết kế ở tần suất p;  là hệ số dòng chảy hoàn toàn; a
,p
là
cường độ mưa tính toán ở thời gian tập trung nước  của lưu vực và tần suất thiết
kế p; F là diện tích lưu vực; 
1
là hệ số triết giảm do ao hồ;  là hệ số xét đến sự