Báo cáo tóm tắt Đề tài Nghiên cứu xây dựng bộ cơ sở dữ liệu mưa cực hạn phục vụ giảm nhẹ thiên tai trên địa bàn một số tỉnh miền Trung và Tây Nguyên
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC
ĐÀ NẴNG
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BỘ CƠ SỞ DỮ LIỆU
MƯA CỰC HẠN PHỤC VỤ GIẢM NHẸ THIÊN TAI
TRÊN ĐỊA BÀN MỘT SỐ TỈNH MIỀN TRUNG
VÀ TÂY NGUYÊN
Mã số: B2016-ĐN02-02
Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS NGUYỄN CHÍ CÔNG
Tham gia: ThS NGUYỄN VĨNH LONG
Đà Nẵng, 2019
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Study to build an extreme rainfall database for
disaster mitigation in the Central and Highlands, Vietnam.
Code number: B2016-ĐN02-02
Coordinator: Nguyen Chi Cong
Implementing institution: The University of Danang-
University of Science and Technology
Duration: from 9/2016 to 9/2018
2. Objective(s): The project uses a regional approach in
frequency analysis of rainfall to build an extreme rainfall database
and to actively control natural disasters in the Central and Highlands,
Vietnam.
3. Creativeness and innovativeness: Apply a regional
method for 75 rainfall gauges in the Central and Highlands, to build
an extreme rainfall database and to build a map of extreme rainfall
distribution with high reliability.
4. Research results: The project has achieved three main
results: (i) to estimate an extreme rainfall database of 75 rain gauges
in a study area based on regional rainfall analysis; (ii) to build a map
of extreme rainfall distribution for the Central and Highlands,
Vietnam; (iii) Application of this map to develop disaster risk map
due to heavy rainfall for provinces in the Central and Highlands,
Vietnam.
5. Products: The project has achieved the following products:
(i) serve in postgraduate training with three master theses
successfully defended; (ii) publish scientific papers with four articles
published in national journals and conferences; (iii) application of
regional method for rainfall data in the Central and Highlands,
Vietnam.
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts
and benefits of research results: The results will be transferred free
to the Technical Center for Disaster Prevention in the Central and
Highlands at 102 Yen Bai street, Hai Chau district, Da Nang city.
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................ 2
Tính cấp thiết của đề tài:......................................................................... 2
Mục tiêu đề tài: ....................................................................................... 2
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ......................................................... 3
Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:............................................ 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH KHÍ HẬU VÙNG NGHIÊN
CỨU........................................................................................................ 3
1.1.Đặc điểm khí hậu khu vực nghiên cứu ............................................. 3
1.2.Hiện trạng các trạm đo mưa vùng nghiên cứu.................................. 3
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................... 4
2.1.Phương pháp phân chia vùng đồng nhất dữ liệu mưa ngày.............. 5
2.2.Phương pháp kiểm tra tính đồng nhất mẫu dữ liệu........................... 5
2.3.Phương pháp phân tích tần suất mưa vùng....................................... 5
2.4.Phương pháp nội suy mưa................................................................. 5
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BỘ CƠ SỞ DỮ LIỆU MƯA CỰC HẠN... 5
3.1. Cơ sở dữ liệu vùng nghiên cứu........................................................ 5
3.2. Kết quả phân chia vùng đồng nhất................................................... 5
3.3. Kết quả phân tích tần suất mưa vùng và bộ cơ sở dữ liệu mưa thời
đoạn......................................................................................................... 9
3.4. Kết quả bản đồ mưa thời đoạn....................................................... 10
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BẢN ĐỒ RỦI RO THIÊN TAI DO MƯA
LỚN ...................................................................................................... 11
4.1.Cơ sở pháp lý và sự cần thiết xây dựng bản đồ rủi ro thiên tai....... 11
4.2.Lựa chọn kịch bản xây dựng bản đồ rủi ro thiên tai do mưa lớn.... 11
4.3.Các bước xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro thiên tai do mưa lớn....... 13
4.4. Kết quả bản đồ rủi ro thiên tai do mưa lớn .................................... 13
Trang 1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài:
Khu vực Miền Trung và Tây Nguyên hàng năm chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các
loại thiên tai, đặc biệt là do mưa lũ. Do lượng mưa phân bố không đồng đều cả
về không gian và thời gian, kết hợp với địa hình sườn dốc nên khi có mưa lớn
thường xãy ra lũ lớn và sạt lỡ đất trên các lưu vực hệ thống sông làm thiệt hại
về người, tài sản và phá hoại các công trình hồ đập. Một hạn chế hiện nay
trong tính toán lũ và mưa thiết kế cho các công trình hồ đập là tính không chắc
chắn. Điều này dẫn đến rủi ro và mất an toàn cho các hồ đập trong mùa mưa
lũ, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang diễn ra như hiện nay thì sự
không chắc chắn trong ước tính giá trị mưa cực hạn là rất cao. Mưa cực hạn là
giá trị ước tính lượng mưa theo các tần suất thiết kế và kiểm tra công trình ứng
với các thời đoạn mưa 24h; 72h; 120h; 168h. Theo số liệu thống kê sự mất an
toàn các hồ, đập tại Miền Trung và Tây Nguyên phần lớn là do những trận
mưa cực hạn gây nên. Tuy nhiên việc ước tính mưa cực hạn hiện nay tại Việt
Nam vẫn còn nhiều hạn chế do sử dụng cách tiếp cận địa phương, tức là chỉ sử
dụng số liệu thống kê của 1 trạm đo mưa với số năm quan sát rất ngắn so với
yêu cầu thống kê trong ước tính các giá trị cực hạn. Để khắc phục hạn chế
trên, đề tài sử dụng cách tiếp vùng trong phân tích tần suất mưa, nhằm giảm sự
không chắc chắn trong ước tính mưa cực hạn. Đề tài “Nghiên cứu xây dựng
bộ cơ sở dữ liệu mưa cực hạn phục vụ giảm nhẹ thiên tai trên địa bàn một
số tỉnh Miền Trung và Tây Nguyên” là hết sức cần thiết trong bối cảnh hiện
nay.
Mục tiêu đề tài:
Mục tiêu tổng quát của đề tài là sử dụng cách tiếp cận vùng trong phân tích tần
suất mưa để xây dựng được bộ cơ sở dữ liệu mưa cực hạn nhằm chủ động
trong công tác phòng chống thiên tai trên địa bàn các tỉnh Miền Trung và Tây
Nguyên.
Để đạt được mục tiêu này đề tài cần thực hiện các mục tiêu cụ thể như sau:
-Phân tích tần suất mưa vùng dựa trên tất cả số liệu đo mưa của các trạm đo
thuộc vùng nghiên cứu;
-Ước tính lượng mưa cực hạn theo tần suất thiết kế, tần suất kiểm tra công
trình và theo các thời đoạn mưa;
-Xây dựng bản đồ phân bố mưa cực hạn;
-Ứng dụng cơ sở dữ liệu mưa cực hạn trong phòng chống thiên tai.
Trang 2
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là số liệu thống kê lượng mưa ngày của các trạm đo
mưa trong vùng nghiên cứu.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung cho các tỉnh ở khu vực Miền trung và
Tây nguyên như: Thừa Thiên Huế; Đà Nẵng; Quảng Nam; Quảng Ngãi;
KonTum và Gia Lai.
Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
Đề tài sử dụng cách tiếp cận vùng (regional approach) trong phân tích
tần suất mưa thay cho cách tiếp cận truyền thống. Cách tiếp cận mưa vùng là
tập hợp tất cả số liệu quan sát mưa của tất cả các trạm đo mưa trong vùng
nhằm mục đích tăng kích thước mẫu số liệu thống kê để suy luận thống kê
vùng có sự chắc chắn, sau đó phân phối giá trị mưa vùng về các trạn đo mưa
theo chỉ số mưa vùng.
Để giải quyết bài toán này, hiện nay thường sử dụng phương pháp suy
luận Bayesian và phương pháp mô phỏng Monte Carlo theo các chuổi Markov
Chain.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH KHÍ HẬU VÙNG NGHIÊN CỨU
1.1.Đặc điểm khí hậu khu vực nghiên cứu
Vùng nghiên cứu bao gồm 6 tỉnh thuộc khu vực MT-TN gồm: Thừa
Thiên Huế, Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Kun Tom và Gia Lai.
1.2.Hiện trạng các trạm đo mưa vùng nghiên cứu
Nhìn chung, mạng lưới quan trắc mưa vùng nghiên cứu phân bố rất
không đồng đều theo không gian. Vùng núi cao, nơi đầu nguồn các hệ thống
sông suối, mạng lưới điểm đo mưa thưa, đặc biệt là vùng núi phía Tây Bắc của
tỉnh Thừa Thiên Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi. Các trạm quan trắc lượng
mưa được xây dựng bởi các đơn vị khác nhau nhằm phục vụ cho các lĩnh vực
khác nhau, hơn nữa đội ngũ quan trắc lại không được đào tạo chính quy,
không hiểu được các quy chế quy định quan trắc, lưu trữ số liệu.
Ngoài ra, còn chưa có quy chế về trao đổi số liệu, thông tin nên dữ liệu,
cho nên tuy nguồn dữ liệu mưa quan trắc được rất lớn, song lại rất phân tán,
thậm chí được coi là tài sản riêng; công nghệ quan trắc nhìn chung lạc hậu,
thiếu đồng bộ. Từ đó dẫn đến việc khai thác dữ liệu rất khó khăn và hạn chế
hiệu quả sử dụng.
Mưa tại vùng nghiên cứu chủ yếu được quan trắc từ sau ngày đất nước
được thống nhất. Một số trạm được thành lập và quan trắc ngay từ năm 1976,
nhưng cũng có một số trạm được thành lập muộn hơn. Một số trạm được
Trang 3
thành lập nhưng chỉ hoạt động được một số năm. Do đó số liệu mưa vùng
nghiên cứu không đồng bộ về thời điểm cũng như thời gian quan trắc.
Nguồn số liệu mưa được sử dụng trong nghiên cứu tổng hợp từ nhiều
nguồn: Đài Khí tượng thủy văn khu vực Trung Trung Bộ; Đài khí tượng thủy
văn Tây Nguyên, công ty khai thác công trình thủy lợi các tỉnh.
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trong thủy văn công trình, phân tích tần suất mưa thiết kế là thực sự
cần thiết. Theo quy chuẩn và tiêu chuẩn thiết kế thì các tần suất thiết kế công
trình thường nằm ở vùng đuôi của đường cong tần suất. Tuy nhiên với số năm
quan trắc ngắn của mỗi trạm đo sẽ dẫn đến sự không chắc chắn của giá trị suy
luận ứng với tần suất thiết kế. Để khắc phục hạn chế này, phương pháp phân
tích tần suất vùng (RFA-Regional Frequency Analysis) đã được áp dụng rộng
rãi trong những năm gần đây.
Đối với phân tích tần suất mưa thì bản chất của phương pháp vùng là
nhóm tất cả các giá trị thống kê của các trạm đo mưa trong vùng sau khi các
giá trị thống kê của mỗi trạm được chia cho “chỉ số mưa vùng”, sau đó tiến
hành phân tích tần suất vùng với mục đích làm lớn kích thước mẫu thống kê,
từ đó tăng độ tin cậy của đường cong suy luận vùng. Sau đó, giá trị đường
cong suy luận vùng này được nhân với chỉ số mưa vùng ta sẽ thu được đường
cong suy luận cho mỗi trạm đo mưa trong vùng với độ tin cậy cao hơn so với
phương pháp suy luận mà chỉ sử dụng số liệu thống kê hạn chế của mỗi trạm.
Tuy nhiên, để làm được điều này dữ liệu mưa vùng phải thỏa mãn điều
kiện là “đồng nhất” và chỉ số mưa vùng sử dụng theo đề xuất của Hosking và
Wallis (1997) là bộ giá trị mưa bình quân của mỗi trạm đo. Theo Hosking và
Wallis (1997), một vùng được xem là đồng nhất về dữ liệu mưa khi mẫu dữ
liệu mưa của các trạm đo có cùng chung một tỷ lệ phân phối, điều này đồng
nghĩa sẽ tồn tại một hàm phân phối thống kê chung cho tất cả các mẫu thống
kê trong vùng và mẫu dữ liệu mưa vùng phải thỏa mãn các điều kiện của test
Hosking và Wallis. Nếu không thỏa mãn điều kiện này thì cần phải tiến hành
chia vùng nghiên cứu chính (main region) thành các tiểu vùng (sub-region)
sao cho mẫu dữ liệu của các tiểu vùng thỏa mãn test Hosking và Wallis.
Do vậy, trong phân tích tần suất mưa vùng có 2 bước cơ bản là (i) phân
chia vùng đồng nhất và (ii) phân tích tần suất vùng sau khi được phân chia.
Trong nghiên cứu này, kết quả phân tích tần suất mưa vùng tại các trạm ứng
với các tần suất thiết kế và các thời đoạn mưa bất lợi 1, 3, 5 và 7 ngày lớn nhất
sẽ được trích suất để xây dựng bộ cơ sở dữ liệu mưa thời đoạn và sử dụng
phương pháp nội suy trong ArcGIS để xây dựng bản đồ mưa thời đoạn nhằm
nhận biết vùng tiềm ẩn rủi ro thiên tai do mưa lớn và đề xuất giải pháp phòng
ngừa thiệt hại.
Trang 4
Trong nội dung báo cáo này sẽ trình bày cơ sở lý thuyết các phương
pháp được sử dụng để tạo ra bộ cơ sở dữ liệu mưa thời đoạn và bản đồ mưa
thời đoạn.
2.1.Phương pháp phân chia vùng đồng nhất dữ liệu mưa ngày
a. Phương pháp phân cụm không thứ bậc (K-Means)
b. Phương pháp phân cụm thứ bậc (Ward)
2.2.Phương pháp kiểm tra tính đồng nhất mẫu dữ liệu
2.3.Phương pháp phân tích tần suất mưa vùng
a. Lựa chọn phân phối thống kê
b. Phương pháp chỉ số mưa vùng
c. Thuật toán Bayesian Markov chain Monte Carlo
2.4.Phương pháp nội suy mưa
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng trong nội suy mưa thì phương
pháp nội suy khoảng cách ngược (IDW) là phù hợp nhất và cho kết quả tốt
hơn so với các phương pháp nội suy khác. Trong nghiên cứu này, bản đồ phân
bố lượng mưa được thành lập dựa trên nguyên tắc nội suy biến đổi trung bình
với trọng số tính theo khoảng cách ngược.
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BỘ CƠ SỞ DỮ LIỆU MƯA CỰC HẠN
3.1. Cơ sở dữ liệu vùng nghiên cứu
a. Vùng nghiên cứu
Vùng nghiên cứu bao gồm 6 tỉnh thuộc khu vực MT-TN gồm: Thừa
Thiên Huế, Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Kun Tom và Gia Lai.
b. Dữ liệu
Trong RFA, mẫu số liệu thực đo của các trạm đóng vai trò rất quan
trọng. Theo đó mẫu số liệu đo phải thỏa mãn điều kiện: tính đại diện về không
gian, thời gian đo liên tục và đủ dài (ít nhất trên 15 năm), chất lượng đo phải
tin cậy và đặc biệt là mẫu dữ liệu vùng phải đồng nhất. Qua phân tích và đánh
giá, nghiên cứu đã lựa chọn được 75 trạm thỏa mãn điều kiện. Trong đó, thời
gian đo ngắn nhất là 15 năm (trạm IaLy) và dài nhất là 59 năm (trạm Pleiku),
thời gian đo liên tục trung bình là 31 năm.
c. Vector tham số thuộc tính trạm đo mưa
Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng tham số thuộc tính mưa là (kinh
độ, vĩ độ và độ cao độ) của trạm quan trắc mưa. Các thuộc tính này phù hợp
với hiện trạng số liệu của khu vực nghiên cứu và đặc biệt là tham số cao độ
trạm có ảnh hưởng rất lớn đến lượng mưa.
3.2. Kết quả phân chia vùng đồng nhất
Các kết quả được trình bày dưới đây được thực hiện theo một quy trình
và tiêu chí như sau. Trong RFA, để tăng kích thước mẫu thống kê và giảm sự
không chắc chắn suy luận ứng với các tần suất thiết kế thì số lượng các trạm
đo trong vùng hay tiểu vùng càng nhiều càng tốt. Do đó khi phân cụm cần hạn
Trang 5
chế phân quá nhiều tiểu vùng và số lượng các trạm trong các tiểu vùng tương
đối đồng đều nhau. Quy trình thực hiện như sau: (i) với 4 mẫu dữ liệu tương
ứng với thời đoạn mưa tính toán là 1 NLN (24h), 3 NLN (72h), 5 NLN (120h)
và 7 NLN (168h) của 75 trạm, đầu tiên cho K=1 và kiểm tra tính đồng nhất
của 4 mẫu dữ liệu này; (ii) nếu mẫu dữ liệu nào không đồng nhất thì tăng K=2
và tiếp tục kiểm tra tính đồng nhất các tiểu vùng của mẫu dữ liệu đó. Tương tự
như vậy cho đến khi các tiểu vùng là đồng nhất.
Bảng 3.1 trình bày kết quả kiểm tra tính đồng nhất khi K=1 của 4 mẫu
dữ liệu (1 NLN, 3 NLN, 5 NLN, 7 NLN ).
Bảng 3.1: Chỉ số (Hn) kiểm tra tính đồng nhất của 4 mẫu dữ liệu (K=1)
Hn
H1
H2
H3
1 NLN
2.073
1.163
0.774
Không
nhất
3 NLN
-0.380
1.561
0.868
5 NLN
-0.667
1.446
1.072
7 NLN
1.451
2.902
2.647
đồng
Kết luận
Đồng nhất
Đồng nhất
Không đồng nhất
Hình 3.1 và Hình 3.2 thể hiện kết quả phân cụm (K=2) theo phương
pháp K-Means và Ward cho mẫu dữ liệu 1 NLN và 7 NLN với thuộc tính các
trạm là kinh độ, vĩ độ và cao độ. Hình 3.3 và Hình 3.4 thể hiện bản đồ phân bố
2 tiểu vùng bằng phương pháp Ward (ký hiệu vùng A và vùng B) và K-Means
(ký hiệu vùng 1 và vùng 2).
Biểu đồ phân cụm theo phương pháp Ward (Hình 3.2) cho thấy với mẫu
dữ liệu 1 NLN, các tiểu vùng đồng thời đạt được đồng nhất khi K= 5. Tuy
nhiên kích thước mẫu dữ liệu của 5 tiểu vùng đã bị giảm đáng kể (N = 23, 15,
12, 7 và 18 trạm). Trong khi đó, phương pháp K-Means phân chia thành 3 tiểu
vùng và mẫu dữ liệu 3 tiểu vùng đều đồng nhất (Bảng 3.4) và kích thước mẫu
dữ liệu mỗi trạm khá đồng đều (N= 30, 19 và 26 trạm), tức là giữ nguyên vùng
1 (đồng nhất) và phân chia vùng 2 thành vùng 2’ và vùng 2’’. Do đó, đối với
mẫu dữ liệu 1 NLN chọn phương pháp K-Means để phân cụm và số tiểu vùng
K=3 là hợp lý nhất.
Đối với mẫu dữ liệu 7 NLN khi K=3 (Bảng 3.5): theo phương pháp
Ward (Hình 3.5) chia vùng A (50 trạm) thành vùng A’(27 trạm) và vùng A”
(23 trạm). Theo phương pháp K-Means (Hình 3.6) chia tiểu vùng 2 thành vùng
2’ (19 trạm) và vùng 2” (26 trạm). Bảng 6 cho thấy chỉ số Hn của các tiểu
vùng đều đồng nhất, ngoại trừ tiểu vùng A” (Ward) là có thể đồng nhất.
Tác giả khuyến nghị nên dùng kết quả của phương pháp K-Means trong
phân cụm cho 2 mẫu dữ liệu này, với số lượng tiểu vùng K=3 và số lượng
trạm đo của mỗi tiểu vùng lần lượt là 30, 19 và 26 trạm theo vị trí như Hình
3.6.
Trang 6
Hình 3.1: Biểu đồ phân cụm theo phương pháp K-Means (Với K=2)
Hình 3.2: Biểu đồ phân cụm theo phương pháp Ward (K= 2, 3, 4 và 5)
Hình 3.3: Bản đồ phân tiểu vùng
theo phương pháp Ward (K=2)
Hình 3.4: Bản đồ phân tiểu vùng
theo phương pháp K-Means (K=2)
Bảng 3.2: Chỉ số (Hn) kiểm tra tính đồng nhất của mẫu dữ liệu 1 NLN
(K=2)
Phương pháp
Ward
Vùng B/
(NA = 50 trạm) (NB = 25 trạm)
K-Means
Vùng/
Số trạm
Vùng A/
Vùng 1/
Vùng 2/
(N1 = 30 trạm)
(N2 = 45 trạm)
H1
H2
0.040
0.544
-0.113
-0.046
2.163
1.059
2.130
1.516
Trang 7
H3
0.714
0.388
-0.159
1.116
Kết luận
Đồng nhất
Đồng nhất
Không đồng nhất
Không đồng nhất
Bảng 3.3: Chỉ số (Hn) kiểm tra tính đồng nhất của mẫu dữ liệu 7 NLN (K=2)
Phương pháp
Vùng/
Số trạm
H1
H2
Ward
Vùng B/
(NB = 25 trạm) (N1 = 30 trạm)
K-Means
Vùng A/
(NA = 50 trạm)
-1.575
2.288
2.650
Vùng 1/
Vùng 2/
(N2 = 45 trạm)
3.692
3.412
2.773
1.691
1.060
0.765
-2.347
-0.407
-0.235
H3
Không
nhất
đồng
Kết luận
Đồng nhất
Đồng nhất
Không đồng nhất
Bảng 3.4: Chỉ số (Hn) kiểm tra tính đồng nhất của mẫu dữ liệu 1NLN (K=3)
theo phương pháp K-Means
Hn
H1
H2
H3
Vùng 1 (N= 30 trạm)
-0.113
Vùng 2’ (N= 19 trạm)
1.828
Vùng 2” (N= 26 trạm)
-0.262
-0.046
0.780
1.009
-0.159
0.106
1.404
Kết luận Đồng nhất
Đồng nhất
Đồng nhất
Hình 3.6: Bản đồ phân tiểu vùng
theo phương pháp K-Means cho 7
NLN
Hình 3.5: Bản đồ phân tiểu vùng theo
phương pháp Ward cho 7 NLN
Bảng 3.5: Chỉ số (Hn) kiểm tra tính đồng nhất của mẫu dữ liệu 7 NLN
(K=3) theo phương pháp Ward và K-Means
Ward (không chọn)
K-Means (phương án chọn)
Vùng/
Số trạm
Vùng A’ / Vùng A” /
Vùng B/
Vùng 1
Vùng 2’
Vùng 2”
(N=27trạm) (N= 23 trạm)
(N= 25 trạm) (N= 30 trạm) (N= 19 trạm) (N= 26 trạm)
H1
H2
H3
-2.546
-0.775
-0.600
0.637
1.997
2.000
1.422
1.070
0.705
-2.499
-0.374
-0.179
0.430
1.684
1.597
-1.142
-0.229
-0.311
Kết luận Đồng nhất Có thể đồng nhất Đồng nhất
Đồng nhất
Đồng nhất
Đồng nhất
Trang 8
3.3. Kết quả phân tích tần suất mưa vùng và bộ cơ sở dữ liệu mưa
thời đoạn
a. Lựa chọn hàm phân phối phù hợp
- Thời đoạn mưa 1 ngày lớn nhất (NLN)
Kết quả (Bảng 3.6) tính giá trị ZDist tương ứng với 5 dạng phân phối được
xem là có khả năng phù hợp (GLO, GEV, LN3, PE3 và GPA) cho mẫu dữ liệu
của mỗi vùng cho thấy với thời đoạn mưa 1NLN của vùng 1 có 2 hàm (GEV
và GNO) phù hợp, tương tự vùng 2’ có 2 hàm (GLO và GEV) riêng vùng 2’’
chỉ cho kêt quả hàm phân phối GLO là thoả mãn. Theo nguyên tắc chọn hàm
phân phối thống kê, tác giả chọn hàm GEV cho dữ liệu vùng 1; GLO cho vùng
2’ và vùng2’’.
Bảng 3.6: Lựa chọn hàm phân phối |ZDIST|≤1,64
|ZDIST
GLO
GEV
GNO
PE3
|
Vùng 1
2.114
Vùng 2’
0.445
Vùng 2’’
0.419
-0.485
-1.094
-2.368
-6.429
GEV
-1.107
-1.711
-2.826
-4.850
GLO
-1.831
-2.367
-3.482
-6.983
GLO
GPA
Chọn PP
- Thời đoạn mưa 3 ngày lớn nhất (NLN)
Bảng 3.7: Lựa chọn hàm phân phối |ZDIST|≤1,64
|ZDIST
GLO
GEV
GNO
PE3
|
3 Ngày max
-0.03666401
-3.927036
-4.793269
-6.636803
-12.78301
GLO
GPA
Chọn PP
- Thời đoạn mưa 5 ngày lớn nhất (NLN)
Bảng 3.8: Lựa chọn hàm phân phối |ZDIST|≤1,64
|ZDIST
GLO
GEV
GNO
PE3
|
3 Ngày max
0.5508964
-3.67314
-4.39342
-6.091067
-13.10289
GLO
GPA
Chọn PP
- Thời đoạn mưa 7 ngày lớn nhất (NLN)
Bảng 3.9: Lựa chọn hàm phân phối |ZDIST|≤1,64
|ZDIST
GLO
GEV
|
Vùng 1
Vùng 2’
4.073886
Vùng 2’’
0.7942786
-1.073591
-0.1370156
-2.313939
0.02300771
Trang 9
GNO
PE3
GPA
-2.964454
-4.234077
-7.4059
GLO
0.4441826
0.09149525
-7.992157
GEV
-1.518394
-2.444315
-5.349626
GLO
Chọn PP
b. Kiểm chứng kết quả
Để kiểm chứng kết quả phân tích tần suất mưa vùng, tác giả đề xuất giải
pháp như sau: chọn mẫu dữ liệu đại diện là mưa thời đoạn 1 NLN, sử dụng 2
phương pháp phân tích tần suất mưa vùng và địa phương để phân tích tần suất
mẫu dữ liệu này. Cả hai phương pháp đều dựa trên suy luận Bayesian MCMC,
sau đó trích xuất giá trị mưa thời đoạn ứng với tần suất 1% (thời gian lặp lại
T=100 năm) cho các trạm đo trong vùng. Sử dụng 2 kết quả này để xây dựng
bản đồ mưa thời đoạn và so sánh giữa kết quả phân bố mưa tính toán và thực
tế.
Bản đồ kết quả nội suy sẽ ở dạng raster với kích thước pixel được lấy là
50m x 50m; sau đó sẽ cắt bỏ những phần ngoài khu vực nghiên cứu được các
bản đồ phân bố lượng mưa 1 NLN ứng với T=100 năm. Kết quả cho thấy
lượng mưa 1 NLN ứng với T=100 năm khá phù hợp với thực tế quan trắc của
các trạm đo, cụ thể như: lượng mưa 1NLN xét trên toàn vùng chủ yếu tập
trung tại vùng duyên hải Miền Trung và cục bộ lớn nhất tại các điểm trạm
như: Tà Lương (ID=7); Nam Đông (10), Trà My (26), Sơn Giang (36), Minh
Long (41). Trong khi đó phương pháp địa phương (hình 8) cho kết quả không
phù hợp với thực tế, đặc biệt tại điểm trạm Huế (5) và Krông Pa (73). Nguyên
nhân là do phương pháp địa phương sử dụng mẫu số liệu ngắn của mỗi trạm
đo để suy luận giá trị mưa với thời gian lặp lại cao.
c. Bộ cơ sở dữ liệu mưa thời đoạn
Qua các phần tích như trên cho thấy phương pháp phân tích tần suất mưa
vùng cho kết quả ước tính mưa thời đoạn có độ tin cậy và phù hợp với phân bố
mưa thực tế hơn so với phương pháp địa phương. Nghiên cứu sử dụng phương
pháp phân tích tần suất mưa vùng để ước tính lượng mưa thời đoạn ứng với
các tần suất thường dùng trong thiết kế công trình: 2%; 1,5%; 1%; 0,5%;
0,1%; 0,02% và 0,01%. Các mức tần suất này được ước tính cho các bộ cơ sở
dữ liệu mưa 1; 3; 5 và 7 ngày lớn nhất.
Các bảng 3.13; 3.14; 3.15 và 3.16 thuộc phụ lục 1, thể hiện các giá trị ước
tính lượng mưa thời đoạn tại 75 trạm đo mưa thuộc vùng nghiên cứu. Bộ sơ sở
dữ liệu này có thể dùng thiết kế công trình và xây dựng bản đồ mưa thời đoạn
phục vụ công tác phòng chống thiên tai.
3.4. Kết quả bản đồ mưa thời đoạn
Sử dụng bộ cơ sở dữ liệu mưa thời đoạn trên để xây dựng các bản đồ
mưa thời đoạn bằng công cụ ArcGIG dựa trên phương pháp nội suy khoảng
cách ngược (IDW). Với mục đích xây dựng bản đồ mưa thời đoạn phục vụ
Trang 10
công tác dự báo và cảnh báo lũ quét và sạt lở đất.. Các tần suất được xem xét
để xây dựng bản đồ mưa thời đoạn có thể là 2%; 1,5%; 1% và 0,5%.
Từ hình 3.11 đến hình 3.14 thuộc phụ lục 2 là bản đồ mưa thời đoạn 1
ngày lớn nhất ứng với các tần suất xem xét. Từ hình 3.15 đến hình 3.18 thuộc
phụ lục 2 là bản đồ mưa thời đoạn 3 ngày lớn nhất ứng với các tần suất xem
xét. Từ hình 3.19 đến hình 3.22 thuộc phụ lục 2 là bản đồ mưa thời đoạn 5
ngày lớn nhất ứng với các tần suất xem xét. Từ hình 3.23 đến hình 3.26 thuộc
phụ lục 2 là bản đồ mưa thời đoạn 7 ngày lớn nhất ứng với các tần suất xem
xét.
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BẢN ĐỒ RỦI RO THIÊN TAI DO MƯA LỚN
4.1.Cơ sở pháp lý và sự cần thiết xây dựng bản đồ rủi ro thiên tai
Để xác định vùng rủi ro do mưa lớn, nghiên cứu dựa trên 02 văn bản
pháp lý của Thủ tướng chính phủ dưới đây:
-Quyết định số 44/2018/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ, ngày 15
tháng 8 năm 2018, Quy định chi tiết về cấp độ rủi ro thiên tai.
-Quyết định số 705/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ, ngày 07 tháng 6
năm 2018, Phê duyệt chương trình cập nhật phân vùng rủi ro thiên tai, lập bản
đồ cảnh báo thiên tai, đặc biệt là các thiên tai liên quan đến bão, nước dâng do
bão, lũ, lũ quét, sạt lở đất, hạn hán, xâm nhập mặn.
4.2.Lựa chọn kịch bản xây dựng bản đồ rủi ro thiên tai do mưa
lớn
Kịch bản xây dựng bản đồ rủi thiên tai do mưa lớn dựa theo hướng dẫn
của Quyết định số 44/2018/QĐ-TTg về lượng mưa và thời gian mưa. Theo đó,
tổng lượng mưa trong 24 giờ kéo dài trong thời gian: (i) từ 1 đến 2 ngày và (ii)
từ 2 đến 4 ngày (bảng 4.1). Do đó, với khoảng thời gian duy trì từ 1 đến 2
ngày, nghiên cứu lựa chọn thời đoạn mưa 1 ngày (24h) và với khoảng thời
gian duy trì từ 2 đến 4 ngày, nghiên cứu lựa chọn thời đoạn mưa 3 ngày (72h).
Tuy nhiên, ứng với mỗi thời đoạn mưa việc lựa chọn lượng mưa ứng với tần
suất nào là một vấn đề cần xem xét.
Kịch bản mưa lựa chọn là mưa thời đoạn 24h và 72h ứng với tần suất
2% để xây dựng bản đồ rủi ro thiên tai do mưa lớn cho các tỉnh thuộc vùng
nghiên cứu (Hình 4.1 và Hình 4.2).
Trang 11
Hình 4.2: Bản đồ phân bố mưa thời
đoạn 72h, tần suất p=2%
Hình 4.1: Bản đồ phân bố mưa thời
đoạn 24h, tần suất p=2%
Bảng 4.1: Lựa chọn kịch bản xây dựng bản đồ rủi ro do mưa lớn Theo Quyết
định số 44/2018/QĐ-TTg
(i)
Sử dụng thời đoạn mưa 24h và tần suất 2% tương ứng với thời gian lặp lại
50 năm:
Vùng đồng bằng
Ngưỡng mưa phân chia cấp
độ rủi ro
I
Lượng mưa trong 24 giờ từ trên 200 mm đến 500 200 < X ≤ 500 mm
mm, kéo dài từ 1 ngày đến 2 ngày ở khu vực
đồng bằng.
II
Lượng mưa trong 24 giờ trên 500 mm, kéo dài từ X > 500 mm
1 ngày đến 2 ngày ở khu vực đồng bằng.
Vùng trung du và miền núi
Ngưỡng mưa
I
Lượng mưa trong 24 giờ từ 100 mm đến 200 100 ≤ X ≤ 200 mm
mm, kéo dài từ 1 ngày đến 2 ngày ở vùng trung
du, miền núi
II
Lượng mưa trong 24 giờ từ trên 200 mm đến 500 200 < X ≤ 500 mm
mm, kéo dài từ 1 ngày đến 2 ngày ở khu vực
trung du, miền núi;
III
Lượng mưa trong 24 giờ trên 500 mm, kéo dài từ X> 500 mm
1 đến 2 ngày ở khu vực trung du, miền núi.
Sử dụng thời đoạn mưa 72h và tần suất 2% tương ứng với thời gian lặp lại
50 năm:
(ii)
Vùng đồng bằng, trung du và miền núi
Ngưỡng mưa phân chia cấp
độ rủi ro
II
Lượng mưa trong 24 giờ từ 100 mm đến 200 300 mm ≤ X ≤ 600 mm
mm, kéo dài từ trên 2 ngày đến 4 ngày ở khu vực
đồng bằng, trung du, miền núi à Sử dụng thời
Trang 12
đoạn mưa 3 ngày lớn nhất thì:Lượng mưa trong
72 giờ từ 3x100 mm đến 3x200 mm
III
Lượng mưa trong 24 giờ từ trên 200 mm đến 500 600 mm < X ≤ 1500 mm
mm, kéo dài từ trên 2 ngày đến 4 ngày ở khu vực
đồng bằng, trung du, miền núi à Sử dụng thời
đoạn mưa 3 ngày lớn nhất thì:Lượng mưa trong
72 giờ từ 3x200 mm đến 3x500 mm
4.3.Các bước xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro thiên tai do mưa lớn
Theo Quyết định số 44/2018/QĐ-TTg thì bản đồ phân cấp độ rủi ro
thiên tai do mưa lớn (RR_mưa) phụ thuộc vào 3 biến sau đây: (a) sự phân
vùng miền núi, trung du và đồng bằng; (b) sự phân bố mưa theo thời đoạn 24h
và 72h; (c) giá trị ngưỡng mưa phân chia cấp độ rủi ro. Có thể tổng quát hóa
bằng quan hệ sau: RR_mưa = f (a, b, c)
Trong đó:
-Biến a xác định bằng cách sử dụng quy định hiện hành về các xã,
huyện miền núi (nguồn lấy từ trang thông tin chính phủ) kết hợp với bản đồ
địa hình và bản đồ phân vùng khí hậụ của các tỉnh (nguồn lấy từ Đài khí tượng
thủy văn) trong vùng nghiên cứu.
-Biến b được lấy từ bộ cơ sở dữ liệu mưa thời đoạn 24h-2% và 72h-2%
như đã trình bày ở mục 4.2.
-Biến c được lấy theo giá trị phân ngưỡng ở Bảng 4.1.
Bản đồ cấp độ rủi ro thiên tai do mưa lớn được thực hiện bằng công cụ
ArcGis và theo các bước sau đây:
Bước 1: Xây dựng bản đồ phân vùng miền núi, trung du và đồng bằng
dựa trên đặc điểm địa hình, khí hậu và ranh giới đơn vị hành chính thuộc miền
núi và vùng cao của từng tỉnh thuộc vùng nghiên cứu;
Bước 2: Chồng bản đồ mưa thời đoạn theo kịch bản đề xuất KB-24h-
2% và KB-72h-2% lên bản đồ phân vùng ở bước 1;
Bước 3: Xây dựng bản đồ cấp độ thiên tai (cấp 1, 2 và 3) do mưa lớn
cho vùng nghiên cứu dựa trên các biến a, b và c.
Bước 4: Tách và làm mịn bản đồ đến đơn vị hành chính xã theo cấp độ
rủi ro thiên tai do mưa lớn cho từng tỉnh từ bản đồ vùng nghiên cứu ở bước 3.
Phổ màu phân vùng rủi ro thiên tai do mưa lớn dựa trên Quyết định số
44/2014/QĐ-TTg với các cấp độ rủi theo 3 cấp như sau:
4.4. Kết quả bản đồ rủi ro thiên tai do mưa lớn
Nghiên cứu sử dụng bản đồ GIS chi tiết đến đơn vị hành chính xã (Hình
4.3) thuộc vùng nghiên cứu và tiến hành hiệu chỉnh theo nguyên tắc sau: ở
mỗi đơn vị hành chính cấp xã nếu tồn tại 2 mức cấp độ rủi ro. Diện tích ứng
với mức cấp độ rủi ro nào lớn hơn thì sẽ quy đổi mức cấp độ rủi ro đó. Hình
4.4 là kết quả phân vùng rủi ro sau khi hiệu chỉnh.
Các kết quả trên bước đầu đã nhận diện vùng rủi ro và phân cấp độ rủi
ro thiên tai do mưa lớn dựa trên quy định của Thủ tướng Chính phủ vừa mới
ban hành (QĐ 44/2018/QĐ-TTg) và bộ cơ sở dữ liệu mưa cực hạn của đề tài
Trang 13
nghiên cứu. Đây là cơ sở khoa học để thực hiện các bước nghiên cứu tiếp theo
như: xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro do sạt lỡ đất và lũ quét theo nội dung quy
định của QĐ 44/2018/QĐ-TTg.
Hình 4.3: Bản đồ ranh giới địa chính phân
chia đến cấp xã
Hình 4.4: Bản đồ cấp độ rủi
ro do mưa lớn KB-24h-2%
sau hiệu chỉnh
KET LUẠ N VA KIEN NGHỊ
KẾT LUẬN
Sau 2 năm thực hiện, đến này đề tài nghiên cứu đã thực hiện tốt các
mục tiêu đặt ra như:
a) Nghiên cứu xây dựng bộ cơ sở dữ liệu mưa cực hạn theo tần suất thiết
kế, tần suất kiểm tra công trình và theo các thời đoạn mưa dựa trên
phương pháp phân tích mưa vùng với độ tin cậy cao. Kết quả này rất
cần thiết cho công tác thiết kế, vận hành các công trình và có khả năng
ứng dụng trong công tác phòng chống thiên tai. Các kết quả nghiên cứu
cho thấy phương pháp phân tích tần suất mưa vùng đã khắc phục được
những hạn chế của phương pháp truyền thống trước đây. Đối với vùng
nghiên cứu với 75 trạm đo mưa, nghiên cứu đã chỉ ra sự đồng nhất và
phân vùng đồng nhất trong phân tích tần suất mưa vùng theo các thời
đoạn mưa;
b) Nghiên cứu xây dựng các bản đồ phân bố mưa cực hạn. Kết quả này
thực sự có ý nghĩa cho việc nhận dạng vùng rủi ro thiên tai như mưa
lớn, lũ quét và sạt lỡ đất;
Trang 14
c) Nghiên cứu xây dựng bản đồ cấp độ rủi ro thiên tai do mưa lớn theo
hướng dẫn mới nhất của Chính phủ cho các tỉnh thuộc vùng nghiên cứu.
Đây là một ứng dụng của kết quả nghiên cứu (bộ cơ sở dữ liệu mưa cực
hạn và bản đồ phân bố mưa cực hạn) trong công tác phòng chống thiên
tai.
Bên canh đó, phương pháp luận và cơ sở dữ liệu của đề tài đã được sử
dụng để hướng dẫn 03 học viên cao học và đã bảo vệ thành công (đăng ký
hướng dẫn 01 luận văn thạc sĩ). Các kết quả nghiên cứu của đề tài đã được
công bố 04 bài báo khoa học trên các tạp chí khoa học chuyên ngành và hội
nghị quốc gia (đăng ký 03 bài báo trong nước).
KIẾN NGHỊ
Để tăng thêm độ chắc chắn của bộ cơ sở dữ liệu mưa cực hạn, định kỳ 5
năm hoặc 10 năm tiếp theo cần tiếp tục cập nhật chuỗi dữ liệu mưa của 75
trạm trong vùng nghiên cứu, đồng thời cần bổ sung thêm các trạm đo mưa tự
động nhằm tăng độ chính xác trong nội suy mưa của bản đồ phân bố mưa cực
hạn.
Hướng phát triễn tiếp theo của đề tài sẽ là mở rộng phạm vi nghiên cứu
cho tất cả các vùng trong cả nước, từ đó chuẩn hóa bản đồ phân bố mưa cực
hạn cho các vùng.
Trang 15
19 trang
22280
Free
Bạn đang xem tài liệu "Báo cáo tóm tắt Đề tài Nghiên cứu xây dựng bộ cơ sở dữ liệu mưa cực hạn phục vụ giảm nhẹ thiên tai trên địa bàn một số tỉnh miền Trung và Tây Nguyên", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bao_cao_tom_tat_de_tai_nghien_cuu_xay_dung_bo_co_so_du_lieu.pdf
