Nghiên cứu cải tiến phương pháp mô hình mưa và lưu lượng tiêu thiết kế Đồng bằng Bắc Bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN TH VIỆT HỒNG NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN PHƯ NG PHÁP ÁC Đ NH Ô H NH Ư VÀ LƯU LƯỢNG TIÊU THIẾT Ế CHO CÁC HỆ THỐNG TIÊU V NG ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ỹ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN TH VIỆT HỒNG NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN PHƯ NG PHÁP ÁC Đ NH Ô H NH Ư VÀ LƯU LƯỢNG TIÊU THIẾT Ế CHO CÁC HỆ THỐNG TIÊU V NG ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ Chuyên ngành: ỹ thuật tài nguyên nước ã số: 62-58-02-12 NGƯỜI HƯỚNG DẪN HO HỌC: 1.TS Nguyễn Tuấn nh 2.TS Lê Chí Nguyện HÀ NỘI, NĂM 2018 LỜI C ĐO N Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết lu n trong lu n án là trung th c, không sao ch p t b t k một nguồn nào và dưới b t k hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được th c hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định Tác giả lu n án Chữ ký Nguyễn Th Việt Hồng i LỜI CẢ N Trước hết tác giả xin được trân trọng cảm ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Tu n Anh, GS TS Lê Chí Nguyện đã định hướng về mặt khoa học và t n tình hướng dẫn để tác giả có thể hoàn thành lu n án này Tác giả xin được trân trọng cảm ơn đến các Thầy trong các Hội đồng ch m chuyên đề, Hội đồng ch m lu n án của tác giả, đã đóng góp các ý kiến quý báu để tác giả có thể hoàn thành lu n án Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học, Khoa Kỹ thu t tài nguyên nước; Bộ môn Kỹ thu t hạ tầng và Phát triển nông thôn Trường Đại học Thủy lợi đã tạo mọi điều kiện thu n lợi để tác giả hoàn thành lu n án Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Cao đẳng Thủy lợi Bắc bộ, nơi tác giả đang công tác, đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên tác giả trong suốt thời gian th c hiện lu n án Xin được cảm ơn Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hà Nam, Sở Xây d ng Hà Nam, Công ty cổ phần môi trường và công trình đô thị Hà Nam đã trao đổi, cung c p tài liệu cũng như kiến thức th c tế quý báu giúp tác giả hoàn thành các nội dung nghiên cứu của lu n án Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè luôn quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả vượt qua mọi khó khăn để tác giả có thể hoàn thành được lu n án của mình Tác giả lu n án Chữ ký Nguyễn Th Việt Hồng ii ỤC LỤC ỤC LỤC iii D NH ỤC BẢNG BIỂU .ix D NH ỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .1 1 Tính c p thiết của đề tài. 1 2 M c tiêu nghiên cứu .2 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .3 4 Nội dung nghiên cứu .3 5 Phương pháp nghiên cứu .3 6 Ý nghĩa khoa học và th c tiễn .4 CHƯ NG 1 TỔNG QU N .1 Tổng quan về mô hình mưa tiêu thiết kế .1 Khái niệm về mô hình mưa tiêu thiết kế .2 Các nghiên cứu về xác định mô hình mưa tiêu thiết kế .3 Các nghiên cứu xác định mô hình mưa tiêu thiết kế ở Việt Nam .2 Tổng quan các nghiên cứu về quan hệ lượng mưa – thời gian mưa – tần su t (DDF) và quan hệ cường độ mưa-thời gian mưa-tần su t (IDF) .1 Tổng quan các nghiên cứu về quan hệ lượng mưa – thời gian mưa – tần su t.2 Tổng quan các nghiên cứu về quan hệ cường độ mưa – thời gian – tần su t.3 Tổng quan các nghiên cứu về xây d ng bản đồ đẳng trị mưa .4 Tổng quan các nghiên cứu về tính lưu lượng tiêu thiết kế và hệ số hiệu chỉnh lưu lượng theo bước thời gian mưa .1 Các nghiên cứu về tính lưu lượng tiêu thiết kế cho các khu v c dân cư, đô thị.2 Các nghiên cứu về tính lưu lượng tiêu thiết kế cho các vùng nông nghiệp và hỗn hợp dân cư, nông nghiệp .5 Giới thiệu về đồng bằng Bắc Bộ .1 Điều kiện t nhiên vùng đồng bằng Bắc Bộ .2 Phát triển kinh tế xã hội trong vùng .3 Tình hình đo mưa trong khu v c .4 Tình hình tiêu nước trong khu v c .6 Kết lu n chương 1 .42 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH MƯA VÀ LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG TIÊU .1 Phương pháp xây d ng quan hệ lượng mưa - thời gian - tần su t và (DDF) quan hệ cường độ mưa - thời gian - tần su t (IDF) thời đoạn ngắn, t đó thiết l p công thức tính cường độ mưa cho các trạm đo mưa t ghi .1 Phương pháp xây d ng quan hệ lượng mưa – thời gian – tần su t .2 Thiết l p công thức tính cường độ mưa (quan hệ cường độ mưa – thời gian – tần su t) cho các trạm đo mưa t ghi .2 Phương pháp xây d ng các bản đồ đẳng trị lượng mưa thiết kế tương ứng với thời gian mưa và tần su t khác nhau cho vùng Đồng bằng Bắc bộ.1 L a chọn phần mềm vẽ bản đồ .2 L a chọn phương pháp nội suy trong phần mềm.3 Phương pháp mới đề xu t về l a chọn mô hình mưa tiêu thiết kế phù hợp nh t cho các khu v c trồng lúa vùng đồng bằng Bắc Bộ bằng mô phỏng toàn liệt các tr n mưa đã xảy ra trong th c tế .1 Giới thiệu phương pháp .2 Xây d ng các mô hình mưa điển hình .3 Phương pháp tính toán hệ số tiêu cho lúa .4 Phương pháp xây d ng hệ số hiệu chỉnh lưu lượng tiêu thiết kế t mô hình mưa giờ và mô hình mưa ngày cho vùng tiêu hỗn hợp nông nghiệp và dân cư đô thị .1 Tính toán lưu lượng tiêu của hệ thống theo mô hình SWMM .2 Tính toán lưu lượng tiêu của hệ thống theo TCVN 10406:2015 .5 Kết lu n chương 2 .71 CHƯ NG 3 ẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .1 Kết quả xây d ng quan hệ lượng mưa - thời gian - tần su t (DDF) và quan hệ cường độ mưa - thời gian - tần su t (IDF) .1 Kết quả xây d ng quan hệ DDF .2 Đánh giá khả năng ứng d ng của công thức tính cường độ mưa đã thiết l p.2 Kết quả xây d ng các bản đồ đẳng trị mưa thời đoạn ngắn ứng với tần su t thiết kế P = 10% cho vùng đồng bằng Bắc bộ.1 Kết quả xây d ng các bản đồ đẳng trị lượng mưa ứng với tần su t P = 10%.2 Kết quả xây d ng các bản đồ đẳng trị tham số của phương trình cường độ mưa ứng với tần su t P = 10% .3 Kết quả xác định mô hình mưa thiết kế hợp lý cho vùng trồng lúa ứng d ng cho khu v c Hà Nam .1 Tính toán và vẽ đường tần su t .2 Kết quả l a chọn các tr n mưa điển hình .3 Kết quả l a chọn tr n mưa thiết kế .4 Kết quả xây d ng hệ số hiệu chỉnh lưu lượng cho vùng tiêu hỗn hợp .1 Thiết l p các thông số giả định của hệ thống .2 Xây d ng hệ số hiệu chỉnh lưu lượng trong trường hợp chưa x t đến ảnh hưởng của hồ điều hòa trong hệ thống .3 Xây d ng hệ số hiệu chỉnh lưu lượng có x t đến ảnh hưởng của hồ điều hòa.5 Kết lu n chương 3 .134 ẾT LUẬN VÀ IẾN NGH .135 D NH ỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ.138 TÀI LIỆU TH HẢO.147 v D NH ỤC CÁC H NH ẢNH Hình 1 1 Phân bố xác su t của các tr n mưa nhóm thứ nh t tại Illinois[1] .7 Hình 1 2 Biểu đồ xác su t 10% các tr n mưa nhóm thứ nh t tại Illinois .8 Hình 1 3 Biểu đồ xác su t 50% các tr n mưa nhóm thứ nh t tại Illinois .8 Hình 1 4 Biểu đồ xác su t 90% các tr n mưa nhóm thứ nh t tại Illinois .8 Hình 1 5 Các đường quá trình mưa lũy tích mưa trong 24 giờ của SCS Hoa K .9 Hình 1 6 Phạm vi áp d ng các loại đường quá trình mưa của SCS trên lãnh thổ Hoa K .9 Hình 1 7 Biểu đồ mưa thiết kế xây d ng bằng phương pháp khối xen kẽ của Chow [3] .10 Hình 1 8 Biểu đồ quá trình mưa thiết kế hình tam giác .9 Các đường cong DDF của mưa lớn nh t thời đoạn ngắn tại trạm Phủ lý .10 Các đường cong IDF của mưa lớn nh t tại Chicago, Hoa K [3] .12 Bản đồ đẳng trị tham số của phương trình lượng mưa lưu v c sông Tre Venezie (Ý).13 Bản đồ xác định khu v c áp d ng các công thức tính lượng mưa được thiết l p thuộc lưu v c sông Tre Venezie (Ý) .14 Một ví d về 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) .15 Bản đồ vị trí vùng Đồng bằng Bắc bộ .16 Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn vùng ĐBBB .17 Bản đồ hệ thống thủy nông đồng bằng sông Hồng [51]. 40 Hình 1 18 Sơ đồ nội dung nghiên cứu và cách tiếp c n.44 Hình 2 1 Sơ đồ tiến trình xây d ng quan hệ DDF và IDF .2 Quan hệ giữa lượng mưa và thời gian mưa .49 Hình 2 3 Đường quan hệ Hd được mô tả bởi phương trình (2-14) và (2-15) và những điểm th c nghiệm .50 Hình 2 4 Bản đồ các trạm đo mưa t ghi vùng ĐBBB.52 Hình 2 5 Phương pháp nội suy IDW .54 vi Hình 2 6 Sơ đồ khối tính toán l a chọn MHM tiêu cho lúa phù hợp nh t bằng phương pháp so sánh mô phỏng toàn liệt .57 Hình 2 7 Dòng chảy t ô ruộng vào kênh .59 Hình 2 8 Sơ đồ khối tính hệ số tiêu thiết kế .62 Hình 2 9 Sơ đồ khối mô phỏng hệ số tiêu q~t toàn liệt .63 Hình 2 10 Sơ đồ một hệ thống tiêu hỗn hợp dân cư và nông nghiệp (TB: trạm bơm) .64 Hình 2 11 Sơ đồ khối tính toán dòng chảy cho lưu v c nghiên cứu .