Báo cáo tổng kết 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

xtreme 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 L ỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................ 2 Tính c ấp thi ết c ủa đề tài: ......................................................................... 2 Mục tiêu đề tài: ....................................................................................... 2 Đối tượng và ph ạm vi nghiên c ứu: ......................................................... 3 Cách ti ếp cận và phương pháp nghiên cứu: ............................................ 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH KHÍ H ẬU VÙNG NGHIÊN CỨU ........................................................................................................ 3 1.1.Đặc điểm khí h ậu khu vực nghiên c ứu ............................................. 3 1.2.Hiện trạng các tr ạm đo mưa vùng nghiên cứu .................................. 3 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................... 4 2.1.Phương pháp phân chia vùng đồng nh ất d ữ li ệu mưa ngày .............. 5 2.2.Phương pháp kiểm tra tính đồng nh ất m ẫu dữ li ệu ........................... 5 2.3.Phương pháp phân tích tần suất mưa vùng ....................................... 5 2.4.Phương pháp nội suy mưa ................................................................. 5 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG B Ộ CƠ SỞ DỮ LI ỆU MƯA CỰC H ẠN ... 5 3.1. Cơ sở dữ li ệu vùng nghiên c ứu ........................................................ 5 3.2. Kết qu ả phân chia vùng đồng nh ất ................................................... 5 3.3. Kết qu ả phân tích t ần suất mưa vùng và bộ cơ sở dữ li ệu mưa thời đoạn ......................................................................................................... 9 3.4. Kết qu ả bản đồ mưa thời đoạn ....................................................... 10 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG B ẢN ĐỒ RỦI RO THIÊN TAI DO MƯA LỚN ...................................................................................................... 11 4.1.Cơ sở pháp lý và s ự cần thi ết xây d ựng b ản đồ rủi ro thiên tai....... 11 4.2.Lựa ch ọn kịch b ản xây d ựng b ản đồ rủi ro thiên tai do mưa lớn .... 11 4.3.Các bước xây d ựng b ản đồ cấp độ rủi ro thiên tai do mưa lớn ....... 13 4.4. Kết qu ả bản đồ rủi ro thiên tai do mưa lớn .................................... 13 Trang 1 MỞ ĐẦU Tính c ấp thi ết c ủa đề tài: Khu v ực Mi ền Trung và Tây Nguyên hàng năm chịu ảnh hưởng r ất l ớn bởi các lo ại thiên tai, đặc bi ệt là do mưa lũ. Do lượng mưa phân bố không đồng đều cả về không gian và th ời gian, k ết h ợp v ới địa hình sườn d ốc nên khi có mưa lớn thường xãy ra lũ lớn và s ạt l ỡ đất trên các lưu vực h ệ th ống sông làm thi ệt h ại về người, tài s ản và phá ho ại các công trình h ồ đập. M ột h ạn ch ế hi ện nay trong tính toán lũ và mưa thiết k ế cho các công trình h ồ đập là tính không ch ắc ch ắn. Điều này d ẫn đến r ủi ro và m ất an toàn cho các h ồ đập trong mùa mưa lũ, đặc bi ệt trong b ối c ảnh bi ến đổi khí h ậu đang diễn ra như hiện nay thì s ự không ch ắc ch ắn trong ước tính giá tr ị mưa cực h ạn là r ất cao. Mưa cực h ạn là giá tr ị ước tính lượng mưa theo các tần suất thi ết k ế và ki ểm tra công trình ứng với các th ời đoạn mưa 24h; 72h; 120h; 168h. Theo s ố li ệu th ống kê sự mất an toàn các hồ, đập t ại Mi ền Trung và Tây Nguyên ph ần l ớn là do nh ững tr ận mưa cực h ạn gây nên. Tuy nhiên vi ệc ước tính mưa cực h ạn hi ện nay t ại Vi ệt Nam vẫn còn nhi ều h ạn ch ế do sử dụng cách ti ếp c ận địa phương, tức là ch ỉ sử dụng s ố li ệu th ống kê c ủa 1 tr ạm đo mưa với s ố năm quan sát rất ng ắn so v ới yêu c ầu th ống kê trong ước tính các giá tr ị cực h ạn. Để kh ắc ph ục h ạn ch ế trên, đề tài s ử dụng cách ti ếp vùng trong phân tích t ần su ất mưa , nhằm gi ảm s ự không ch ắc ch ắn trong ước tính mưa cực h ạn. Đề tài “ Nghiên c ứu xây d ựng bộ cơ sở dữ li ệu mưa cực h ạn ph ục v ụ gi ảm nh ẹ thiên tai trên địa bàn m ột số tỉnh Mi ền Trung và Tây Nguyên ” là hết s ức c ần thi ết trong b ối c ảnh hi ện nay. Mục tiêu đề tài: Mục tiêu t ổng quát c ủa đề tài là s ử dụng cách ti ếp cận vùng trong phân tích t ần su ất mưa để xây d ựng được b ộ cơ sở dữ li ệu mưa cực h ạn nh ằm ch ủ động trong công tác phòng ch ống thiên tai trên địa bàn các t ỉnh Mi ền Trung và Tây Nguyên. Để đạt được m ục tiêu này đề tài c ần thực hi ện các m ục tiêu c ụ th ể như sau: -Phân tích t ần su ất mưa vùng dựa trên tất c ả số li ệu đo mưa của các tr ạm đo thu ộc vùng nghiên c ứu; -Ước tính lượng mưa cực h ạn theo t ần su ất thi ết k ế, t ần su ất ki ểm tra công trình và theo các th ời đoạn mưa; -Xây d ựng b ản đồ phân bố mưa cực h ạn; -Ứng d ụng cơ sở dữ li ệu mưa cực h ạn trong phòng ch ống thiên tai. Trang 2 Đối tượng và ph ạm vi nghiên c ứu: Đối tượng nghiên c ứu là s ố li ệu th ống kê lượng mưa ngày của các tr ạm đo mưa trong vùng nghiên cứu. Ph ạm vi nghiên c ứu c ủa đề tài t ập trung cho các tỉnh ở khu v ực Mi ền trung và Tây nguyên như: Thừa Thiên Hu ế; Đà Nẵng; Qu ảng Nam; Qu ảng Ngãi; KonTum và Gia Lai. Cách ti ếp c ận và phương pháp nghiên cứu: Đề tài s ử dụng cách ti ếp c ận vùng (regional approach) trong phân tích tần su ất mưa thay cho cách ti ếp c ận truy ền th ống. Cách ti ếp c ận mưa vùng là tập h ợp t ất c ả số li ệu quan sát mưa của t ất c ả các tr ạm đo mưa trong vùng nh ằm m ục đích tăng kích thước m ẫu s ố li ệu th ống kê để suy lu ận thống kê vùng có s ự ch ắc ch ắn, sau đó phân phối giá tr ị mưa vùng về các tr ạn đo mưa theo ch ỉ số mưa vùng. Để gi ải quy ết bài toán này, hi ện nay thường s ử dụng phương pháp suy lu ận Bayesian và phương pháp mô phỏng Monte Carlo theo các chu ổi Markov Chain. CH ƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH KHÍ H ẬU VÙNG NGHIÊN C ỨU 1.1. Đặc điểm khí h ậu khu v ực nghiên c ứu Vùng nghiên c ứu bao g ồm 6 t ỉnh thu ộc khu v ực MT-TN g ồm: Th ừa Thiên Hu ế, Đà Nẵng, Qu ảng Nam, Qu ảng Ngãi, Kun Tom và Gia Lai. 1.2.Hi ện tr ạng các tr ạm đo mưa vùng nghiên c ứu Nhìn chung, m ạng lưới quan tr ắc mưa vùng nghiên cứu phân b ố rất không đồng đều theo không gian. Vùng núi cao, nơi đầu ngu ồn các h ệ th ống sông su ối, m ạng lưới điểm đo mưa thưa, đặc bi ệt là vùng núi phía Tây B ắc c ủa tỉnh Th ừa Thiên Hu ế, Qu ảng Nam, Qu ảng Ngãi. Các tr ạm quan tr ắc lượng mưa được xây d ựng b ởi các đơn vị khác nhau nh ằm ph ục v ụ cho các lĩnh v ực khác nhau, hơn nữa đội ngũ quan trắc l ại không được đào tạo chính quy, không hi ểu được các quy ch ế quy định quan tr ắc, lưu trữ số li ệu. Ngoài ra, còn chưa có quy chế về trao đổi s ố li ệu, thông tin nên d ữ li ệu, cho nên tuy ngu ồn d ữ li ệu mưa quan trắc được r ất l ớn, song l ại r ất phân tán, th ậm chí được coi là tài s ản riêng; công ngh ệ quan tr ắc nhìn chung l ạc h ậu, thi ếu đồng b ộ. T ừ đó dẫn đến vi ệc khai thác d ữ li ệu r ất khó khăn và hạn ch ế hi ệu quả sử dụng. Mưa tại vùng nghiên c ứu ch ủ yếu được quan tr ắc t ừ sau ngày đất nước được th ống nh ất. M ột s ố tr ạm được thành l ập và quan tr ắc ngay t ừ năm 1976, nhưng cũng có một s ố tr ạm được thành l ập mu ộn hơn. Một s ố tr ạm được Trang 3 thành l ập nhưng chỉ ho ạt động được m ột s ố năm. Do đó số li ệu mưa vùng nghiên c ứu không đồng b ộ về th ời điểm cũng như thời gian quan tr ắc. Ngu ồn s ố li ệu mưa được s ử dụng trong nghiên c ứu t ổng h ợp t ừ nhi ều ngu ồn: Đài Khí tượng th ủy văn khu vực Trung Trung B ộ; Đài khí tượng th ủy văn Tây Nguyên, công ty khai thác công trình th ủy l ợi các t ỉnh. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong th ủy văn công trình, phân tích tần su ất mưa thiết k ế là th ực s ự cần thi ết. Theo quy chu ẩn và tiêu chu ẩn thi ết k ế thì các t ần su ất thi ết k ế công trình thường n ằm ở vùng đuôi của đường cong t ần su ất. Tuy nhiên v ới s ố năm quan tr ắc ng ắn c ủa m ỗi tr ạm đo sẽ dẫn đến s ự không ch ắc ch ắn c ủa giá tr ị suy lu ận ứng v ới t ần su ất thi ết k ế. Để kh ắc ph ục h ạn ch ế này, phương pháp phân tích t ần su ất vùng (RFA-Regional Frequency Analysis) đã được áp d ụng r ộng rãi trong nh ững năm gần đây. Đối v ới phân tích t ần su ất mưa thì bản ch ất c ủa phương pháp vùng là nhóm t ất c ả các giá tr ị th ống kê c ủa các tr ạm đo mưa trong vùng sau khi các giá tr ị th ống kê c ủa m ỗi tr ạm được chia cho “chỉ số mưa vùng”, sau đó ti ến hành phân tích t ần su ất vùng v ới m ục đích làm lớn kích thước m ẫu th ống kê, từ đó tăng độ tin c ậy c ủa đường cong suy lu ận vùng. Sau đó, giá trị đường cong suy lu ận vùng này được nhân v ới ch ỉ số mưa vùng ta sẽ thu được đường cong suy lu ận cho m ỗi tr ạm đo mưa trong vùng với độ tin c ậy cao hơn so với phương pháp suy luận mà ch ỉ sử dụng s ố li ệu th ống kê h ạn chế của m ỗi tr ạm. Tuy nhiên, để làm được điều này d ữ li ệu mưa vùng phải th ỏa mãn điều ki ện là “đồng nh ất” và chỉ số mưa vùng sử dụng theo đề xu ất c ủa Hosking và Wallis (1997) là b ộ giá tr ị mưa bình quân của m ỗi tr ạm đo. Theo Hosking và Wallis (1997), m ột vùng được xem là đồng nh ất v ề dữ li ệu mưa khi mẫu d ữ li ệu mưa của các tr ạm đo có cùng chung một t ỷ lệ phân ph ối, điều này đồng nghĩa sẽ tồn t ại m ột hàm phân ph ối th ống kê chung cho t ất c ả các m ẫu th ống kê trong vùng và m ẫu d ữ li ệu mưa vùng phải th ỏa mãn các điều ki ện c ủa test Hosking và Wallis. N ếu không th ỏa mãn điều ki ện này thì c ần ph ải ti ến hành chia vùng nghiên c ứu chính (main region) thành các ti ểu vùng (sub-region) sao cho m ẫu dữ li ệu của các ti ểu vùng th ỏa mãn test Hosking và Wallis. Do v ậy, trong phân tích t ần su ất mưa vùng có 2 bước cơ bản là (i) phân chia vùng đồng nh ất và (ii) phân tích t ần su ất vùng sau khi được phân chia. Trong nghiên c ứu này, k ết qu ả phân tích t ần su ất mưa vùng tại các tr ạm ứng với các t ần suất thi ết k ế và các th ời đoạn mưa bất l ợi 1, 3, 5 và 7 ngày l ớn nhất sẽ được trích su ất để xây d ựng b ộ cơ sở dữ li ệu mưa thời đoạn và s ử dụng phương pháp nội suy trong ArcGIS để xây d ựng bản đồ mưa thời đoạn nh ằm nh ận bi ết vùng ti ềm ẩn r ủi ro thiên tai do mưa lớn và đề xu ất gi ải pháp phòng ng ừa thi ệt h ại. Trang 4 Trong n ội dung báo cáo này s ẽ trình bày cơ sở lý thuy ết các phương pháp được s ử dụng để tạo ra b ộ cơ sở dữ li ệu mưa thời đoạn và b ản đồ mưa th ời đoạn. 2.1.Phương pháp phân chia vùng đồng nh ất d ữ li ệu mưa ngày a. Phương pháp phân cụm không th ứ bậc (K-Means) b. Phương pháp phân cụm th ứ bậc (Ward) 2.2. Phương pháp kiểm tra tính đồng nh ất m ẫu d ữ li ệu 2.3. Phương pháp phân tích tần su ất mưa vùng a. L ựa ch ọn phân ph ối th ống kê b. Phương pháp chỉ số mưa vùng c. Thu ật toán Bayesian Markov chain Monte Carlo 2.4. Phương pháp nội suy mưa Các nghiên c ứu trước đây đã chỉ ra r ằng trong n ội suy mưa thì phương pháp n ội suy kho ảng cách ngược (IDW) là phù h ợp nh ất và cho k ết qu ả tốt hơn so với các phương pháp nội suy khác. Trong nghiên c ứu này, b ản đồ phân bố lượng mưa được thành l ập d ựa trên nguyên t ắc n ội suy bi ến đổi trung bình với tr ọng s ố tính theo kho ảng cách ngược. CHƯƠNG 3: XÂY D ỰNG B Ộ CƠ SỞ DỮ LI ỆU MƯA CỰC H ẠN 3.1. Cơ sở dữ li ệu vùng nghiên c ứu a. Vùng nghiên c ứu Vùng nghiên c ứu bao g ồm 6 t ỉnh thu ộc khu v ực MT-TN g ồm: Th ừa Thiên Hu ế, Đà Nẵng, Qu ảng Nam, Qu ảng Ngãi, Kun Tom và Gia Lai. b. Dữ li ệu Trong RFA, m ẫu s ố li ệu th ực đo của các tr ạm đóng vai trò rất quan tr ọng. Theo đó mẫu s ố li ệu đo phải th ỏa mãn điều ki ện: tính đại di ện v ề không gian, th ời gian đo liên tục và đủ dài (ít nh ất trên 15 năm), chất lượng đo ph ải tin c ậy và đặc bi ệt là m ẫu d ữ li ệu vùng ph ải đồng nh ất. Qua phân tích và đánh giá, nghiên c ứu đã lựa ch ọn được 75 tr ạm th ỏa mãn điều ki ện. Trong đó , th ời gian đo ngắn nh ất là 15 năm (trạm IaLy) và dài nh ất là 59 năm (trạm Pleiku), th ời gian đo liên tục trung bình là 31 năm. c. Vector tham s ố thu ộc tính tr ạm đo mưa Trong nghiên c ứu này, tác gi ả sử dụng tham s ố thu ộc tính mưa là (kinh độ, vĩ độ và độ cao độ) c ủa tr ạm quan tr ắc mưa. Các thuộc tính này phù h ợp với hi ện tr ạng s ố li ệu c ủa khu v ực nghiên c ứu và đặc bi ệt là tham s ố cao độ tr ạm có ảnh hưởng r ất l ớn đến lượng mưa . 3.2. Kết qu ả phân chia vùng đồng nh ất Các k ết qu ả được trình bày dưới đây được th ực hi ện theo m ột quy trình và tiêu chí như sau. Trong RFA, để tăng kích thước m ẫu th ống kê và gi ảm s ự không ch ắc ch ắn suy lu ận ứng v ới các t ần su ất thi ết k ế thì s ố lượng các tr ạm đo trong vùng hay tiểu vùng càng nhi ều càng t ốt. Do đó khi phân cụm c ần h ạn Trang 5 ch ế phân quá nhi ều ti ểu vùng và s ố lượng các tr ạm trong các ti ểu vùng tương đối đồng đều nhau. Quy trình th ực hi ện như sau: (i) với 4 m ẫu d ữ li ệu tương ứng v ới th ời đoạn mưa tính toán là 1 NLN (24h), 3 NLN (72h), 5 NLN (120h) và 7 NLN (168h) của 75 tr ạm, đầu tiên cho K=1 và ki ểm tra tính đồng nh ất của 4 m ẫu d ữ li ệu này; (ii) n ếu m ẫu d ữ li ệu nào không đồng nhất thì tăng K=2 và ti ếp t ục ki ểm tra tính đồng nh ất các ti ểu vùng c ủa m ẫu d ữ li ệu đó. Tương tự như vậy cho đến khi các ti ểu vùng là đồng nh ất. Bảng 3.1 trình bày k ết qu ả ki ểm tra tính đồng nh ất khi K=1 c ủa 4 m ẫu dữ li ệu (1 NLN, 3 NLN, 5 NLN, 7 NLN ). Bảng 3.1: Ch ỉ số (H n) ki ểm tra tính đồng nh ất c ủa 4 mẫu dữ li ệu (K=1) Hn 1 NLN 3 NLN 5 NLN 7 NLN H1 2.073 -0.380 -0.667 1.451 H2 1.163 1.561 1.446 2.902 H3 0.774 0.868 1.072 2.647 Không đồng Kết lu ận Đồng nh ất Đồng nh ất Không đ ồng nh ất nh ất Hình 3.1 và Hình 3.2 th ể hi ện k ết qu ả phân c ụm (K=2) theo phương pháp K-Means và Ward cho m ẫu d ữ li ệu 1 NLN và 7 NLN v ới thu ộc tính các tr ạm là kinh độ, vĩ độ và cao độ. Hình 3.3 và Hình 3.4 th ể hi ện b ản đồ phân b ố 2 ti ểu vùng b ằng phương pháp Ward (ký hiệu vùng A và vùng B) và K-Means (ký hi ệu vùng 1 và vùng 2). Bi ểu đồ phân c ụm theo phương pháp Ward ( Hình 3.2) cho th ấy v ới m ẫu dữ li ệu 1 NLN, các ti ểu vùng đồng th ời đạt được đồng nh ất khi K= 5. Tuy nhiên kích thước m ẫu d ữ li ệu c ủa 5 ti ểu vùng đã bị gi ảm đáng kể (N = 23, 15, 12, 7 và 18 tr ạm). Trong khi đó, phương pháp K -Means phân chia thành 3 ti ểu vùng và m ẫu d ữ li ệu 3 ti ểu vùng đều đồng nh ất (Bảng 3.4) và kích thước m ẫu dữ li ệu mỗi tr ạm khá đồng đều (N= 30, 19 và 26 tr ạm), t ức là gi ữ nguyên vùng 1 (đồng nh ất) và phân chia vùng 2 thành vùng 2’ và vùng 2’’. Do đó, đối v ới mẫu d ữ li ệu 1 NLN ch ọn phương pháp K -Means để phân c ụm và s ố ti ểu vùng K=3 là h ợp lý nh ất. Đối v ới m ẫu d ữ li ệu 7 NLN khi K=3 (Bảng 3.5): theo phương pháp Ward (Hình 3.5) chia vùng A (50 tr ạm) thành vùng A’(27 trạm) và vùng A” (23 tr ạm). Theo phương pháp K -Means (Hình 3.6) chia ti ểu vùng 2 thành vùng 2’ (19 trạm) và vùng 2” (26 trạm). B ảng 6 cho th ấy ch ỉ số Hn của các ti ểu vùng đều đồng nh ất, ngo ại tr ừ ti ểu vùng A” (Ward) là có th ể đồng nh ất. Tác gi ả khuy ến ngh ị nên dùng k ết qu ả của phương pháp K -Means trong phân c ụm cho 2 m ẫu d ữ li ệu này, v ới s ố lượng ti ểu vùng K=3 và s ố lượng tr ạm đo của m ỗi ti ểu vùng l ần lượt là 30, 19 và 26 tr ạm theo v ị trí như Hình 3.6. Trang 6 Hình 3.1: Bi ểu đồ phân c ụm theo phương pháp K -Means (V ới K=2) Hình 3.2: Bi ểu đồ phân c ụm theo phương pháp Ward (K= 2, 3, 4 và 5) Hình 3.3: B ản đồ phân ti ểu vùng Hình 3.4: Bản đồ phân ti ểu vùng theo phương pháp Ward (K=2) theo phương pháp K -Means (K=2) Bảng 3.2: Ch ỉ số (H n) ki ểm tra tính đồng nh ất c ủa mẫu dữ li ệu 1 NLN (K=2) Phương pháp Ward K-Means Vùng/ Vùng A/ Vùng B/ Vùng 1/ Vùng 2/ Số tr ạm (N A = 50 tr ạm) (N B = 25 tr ạm) (N 1 = 30 tr ạm) (N 2 = 45 tr ạm) H1 0.040 2.163 -0.113 2.130 H2 0.544 1.059 -0.046 1.516 Trang 7 H3 0.714 0.388 -0.159 1.116 Kết lu ận Đồng nh ất Không đồng nh ất Đồng nh ất Không đồng nh ất Bảng 3.3: Ch ỉ số (H n) ki ểm tra tính đồng nhất c ủa mẫu d ữ li ệu 7 NLN (K=2) Phương pháp Ward K-Means Vùng/ Vùng A/ Vùng B/ Vùng 1/ Vùng 2/ Số tr ạm (N A = 50 tr ạm) (N B = 25 tr ạm) (N 1 = 30 tr ạm) (N 2 = 45 tr ạm) H1 -1.575 1.691 -2.347 3.692 H2 2.288 1.060 -0.407 3.412 H3 2.650 0.765 -0.235 2.773 Không đồng Kết lu ận Đồng nh ất Đồng nh ất Không đ ồng nh ất nh ất Bảng 3.4: Ch ỉ số (H n) ki ểm tra tính đồng nhất c ủa mẫu d ữ li ệu 1NLN (K=3) theo phương pháp K -Means Hn Vùng 1 (N= 30 tr ạm) Vùng 2’ (N= 19 tr ạm) Vùng 2” (N= 26 trạm) H1 -0.113 1.828 -0.262 H2 -0.046 0.780 1.009 H3 -0.159 0.106 1.404 Kết lu ận Đồng nh ất Đồng nh ất Đồng nh ất Hình 3.5: Bản đồ phân ti ểu vùng theo Hình 3. 6: Bản đồ phân ti ểu vùng phương pháp Ward cho 7 NLN theo phương pháp K -Means cho 7 NLN Bảng 3.5: Ch ỉ số (H n) ki ểm tra tính đồng nh ất của mẫu dữ li ệu 7 NLN (K=3) theo phương pháp Ward và K -Means Vùng/ Ward (không ch ọn) K-Means (phương án chọn) Vùng A’ / Vùng A” / Vùng B/ Vùng 1 Vùng 2’ Vùng 2” Số tr ạm (N=27tr ạm) (N= 23 tr ạm) (N= 25 tr ạm) (N= 30 tr ạm) (N= 19 tr ạm) (N= 26 tr ạm) H1 -2.546 0.637 1.422 -2.499 0.430 -1.142 H2 -0.775 1.997 1.070 -0.374 1.684 -0.229 H3 -0.600 2.000 0.705 -0.179 1.597 -0.311 Kết lu ận Đồng nh ất Có th ể đồng nh ất Đồng nh ất Đồng nh ất Đồng nh ất Đồng nh ất Trang 8 3.3. Kết qu ả phân tích t ần su ất mưa vùng và bộ cơ sở dữ li ệu mưa th ời đoạn a. Lựa chọn hàm phân ph ối phù h ợp - Th ời đoạn mưa 1 ngày lớn nhất (NLN) Kết qu ả (Bảng 3.6) tính giá tr ị ZDist tương ứng v ới 5 d ạng phân ph ối được xem là có kh ả năng phù hợp (GLO, GEV, LN3, PE3 và GPA) cho m ẫu d ữ li ệu của m ỗi vùng cho th ấy v ới th ời đoạn mưa 1NLN c ủa vùng 1 có 2 hàm (GEV và GNO) phù h ợp, tương tự vùng 2’ có 2 hàm (GLO và GEV) riêng vùng 2’’ ch ỉ cho kêt qu ả hàm phân ph ối GLO là tho ả mãn. Theo nguyên t ắc ch ọn hàm phân phối th ống kê, tác gi ả ch ọn hàm GEV cho d ữ li ệu vùng 1; GLO cho vùng 2’ và vùng2’’. Bảng 3.6: L ựa chọn hàm phân ph ối |ZDIST |≤1,64 |Z DIST | Vùng 1 Vùng 2’ Vùng 2’’ GLO 2.114 0.445 0.419 GEV -0.485 -1.107 -1.831 GNO -1.094 -1.711 -2.367 PE3 -2.368 -2.826 -3.482 GPA -6.429 -4.850 -6.983 Ch ọn PP GEV GLO GLO - Th ời đoạn mưa 3 ngày l ớn nhất (NLN) Bảng 3.7: Lựa chọn hàm phân ph ối |ZDIST |≤1,64 |Z DIST | 3 Ngày max GLO -0.03666401 GEV -3.927036 GNO -4.793269 PE3 -6.636803 GPA -12.78301 Ch ọn PP GLO - Th ời đoạn mưa 5 ngày lớn nhất (NLN) Bảng 3.8: L ựa chọn hàm phân ph ối |ZDIST |≤1,64 |Z DIST | 3 Ngày max GLO 0.5508964 GEV -3.67314 GNO -4.39342 PE3 -6.091067 GPA -13.10289 Ch ọn PP GLO - Th ời đoạn mưa 7 ngày lớn nhất (NLN) Bảng 3.9: L ựa chọn hàm phân ph ối |ZDIST |≤1,64 |Z DIST | Vùng 1 Vùng 2’ Vùng 2’’ GLO -0.1370156 4.073886 0.7942786 GEV -2.313939 0.02300771 -1.073591 Trang 9 GNO -2.964454 0.4441826 -1.518394 PE3 -4.234077 0.09149525 -2.444315 GPA -7.4059 -7.992157 -5.349626 Ch ọn PP GLO GEV GLO b. Ki ểm ch ứng k ết qu ả Để ki ểm ch ứng k ết qu ả phân tích t ần su ất mưa vùng, tác giả đề xu ất gi ải pháp như sau: chọn m ẫu d ữ li ệu đại di ện là mưa thời đoạn 1 NLN, s ử dụng 2 phương pháp phân tích tần su ất mưa vùng và địa phương để phân tích t ần su ất mẫu d ữ li ệu này. C ả hai phương pháp đều d ựa trên suy lu ận Bayesian MCMC, sau đó trích xuất giá tr ị mưa thời đoạn ứng v ới t ần su ất 1% (th ời gian l ặp l ại T=100 năm) cho các trạm đo trong vùng. Sử dụng 2 k ết qu ả này để xây d ựng bản đồ mưa thời đoạn và so sánh gi ữa k ết qu ả phân b ố mưa tính toá n và th ực tế. Bản đồ kết qu ả nội suy s ẽ ở dạng raster v ới kích thước pixel được l ấy là 50m x 50m; sau đó sẽ cắt b ỏ nh ững ph ần ngoài khu v ực nghiên c ứu được các bản đồ phân b ố lượng mưa 1 NLN ứng v ới T=100 năm. Kết qu ả cho th ấy lượng mưa 1 NLN ứng v ới T=100 năm khá phù hợp v ới th ực t ế quan tr ắc c ủa các tr ạm đo, cụ th ể như: lượng mưa 1NLN xét trên toàn vùng chủ yếu t ập trung t ại vùng duyên h ải Mi ền Trung và c ục b ộ lớn nh ất t ại các điểm tr ạm 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 qu ả không phù hợp v ới th ực t ế, đặc bi ệt t ại điểm tr ạm Hu ế (5) và Krông Pa (73). Nguyên nhân là do phương pháp địa phương sử dụng m ẫu s ố li ệu ng ắn c ủa m ỗi tr ạm đo để suy lu ận giá tr ị mưa với th ời gian l ặp l ại cao. c. Bộ cơ sở dữ li ệu mưa thời đoạn Qua các ph ần tích như trên cho thấy phương pháp phân tích tần su ất mưa vùng cho k ết qu ả ước tính mưa thời đoạn có độ tin c ậy và phù h ợp với phân b ố mưa thực t ế hơn so với phương pháp địa phương. Nghiên c ứu s ử dụng phương pháp phân tích t ần su ất mưa vùng để ước tính lượng mưa thời đoạn ứng v ới các t ần su ất thường dùng trong thi ết k ế công trình: 2%; 1,5%; 1%; 0,5%; 0,1%; 0,02% và 0,01%. Các m ức t ần su ất này được ước tính cho các b ộ cơ sở dữ li ệu mưa 1; 3; 5 và 7 ngày l ớn nhất. Các bảng 3.13; 3.14; 3.15 và 3.16 thu ộc ph ụ lục 1, th ể hi ện các giá tr ị ước tính lượng mưa thời đoạn tại 75 tr ạm đo mưa thuộc vùng nghiên c ứu. B ộ sơ sở dữ li ệu này có th ể dùng thi ết k ế công trình và xây d ựng b ản đồ mưa thời đoạn ph ục v ụ công tác phòng ch ống thiên tai. 3.4. Kết qu ả bản đồ mưa thời đoạn Sử dụng b ộ cơ sở dữ li ệu mưa thời đoạn trên để xây d ựng các b ản đồ mưa thời đoạn bằng công c ụ ArcGIG d ựa trên phương pháp nội suy kho ảng cách ngược (IDW). Với m ục đích xây dựng bản đồ mưa thời đoạn ph ục v ụ Trang 10 công tác dự báo và c ảnh báo lũ quét và sạt l ở đất.. Các t ần su ất được xem xét để xây d ựng b ản đồ mưa thời đoạn có th ể là 2%; 1,5%; 1% và 0,5%. Từ hình 3.11 đến hình 3.14 thu ộc ph ụ lục 2 là b ản đồ mưa thời đoạn 1 ngày l ớn nh ất ứng v ới các t ần su ất xem xét. T ừ hình 3.15 đến hình 3.18 thu ộc ph ụ lục 2 là b ản đồ mưa thời đoạn 3 ngày l ớn nh ất ứng v ới các t ần su ất xem xét. T ừ hình 3.19 đến hình 3.22 thu ộc ph ụ lục 2 là b ản đồ mưa thời đoạn 5 ngày l ớn nh ất ứng v ới các t ần su ất xem xét. T ừ hình 3.23 đến hình 3.26 thu ộc ph ụ lục 2 là b ản đồ mưa thời đoạn 7 ngày l ớn nh ất ứng v ới các t ần su ất xem xét. CHƯƠNG 4: XÂY D ỰNG B ẢN ĐỒ RỦI RO THIÊN TAI DO MƯA LỚN 4.1.Cơ sở pháp lý và s ự cần thi ết xây d ựng b ản đồ rủi ro thiên tai Để xác định vùng r ủi ro do mưa lớn, nghiên c ứu d ựa trên 02 văn bản pháp lý c ủa Th ủ tướng chính ph ủ dưới đây: -Quy ết định số 44/2018 /QĐ -TTg c ủa Th ủ tướng chính ph ủ, ngày 15 tháng 8 năm 2018, Quy định chi ti ết v ề cấp độ rủi ro thiên tai. -Quy ết định số 705/QĐ-TTg c ủa Th ủ tướng chính ph ủ, ngày 07 tháng 6 năm 2018, Phê duyệt chương trình cập nh ật phân vùng r ủi ro thiên tai, l ập b ản đồ cảnh báo thiên tai, đặc bi ệt là các thiên tai liên quan đến bão, nước dâng do bão, lũ, lũ quét, sạt l ở đất, h ạn hán, xâm nh ập mặn. 4.2.L ựa ch ọn k ịch b ản xây d ựng b ản đồ rủi ro thiên tai do mưa lớn Kịch b ản xây d ựng b ản đồ rủi thiên tai do mưa lớn d ựa theo hư ớng d ẫn của Quy ết định s ố 44/2018 /QĐ -TTg về lượng mưa và thời gian mưa. Theo đó, tổng lượng mưa trong 24 giờ kéo dài trong th ời gian: ( i) t ừ 1 đến 2 ngày và ( ii ) từ 2 đến 4 ngày (b ảng 4.1) . Do đó, với kho ảng th ời gian duy trì t ừ 1 đến 2 ngày, nghiên c ứu l ựa ch ọn th ời đoạn mưa 1 ngày (24h) và v ới kho ảng th ời gian duy trì t ừ 2 đến 4 ngày, nghiên c ứu lựa ch ọn th ời đoạn mưa 3 ngày (7 2h). Tuy nhiên, ứng v ới m ỗi th ời đoạn mưa vi ệc l ựa ch ọn lượng mưa ứng v ới t ần su ất nào là m ột v ấn đề cần xem xét. Kịch b ản mưa lựa ch ọn là mưa th ời đoạn 24h và 72h ứng v ới t ần su ất 2% để xây d ựng b ản đồ rủi ro thiên tai do mưa lớn cho các t ỉnh thu ộc vùng nghiên c ứu (Hình 4.1 và Hình 4.2). Trang 11 Hình 4. 1: B ản đ ồ phân bố mưa th ời Hình 4. 2: B ản đồ phân bố mưa th ời đo ạn 24h, tần su ất p=2% đo ạn 72h, tần su ất p=2% Bảng 4.1: Lựa chọn kịch b ản xây d ựng b ản đồ rủi ro do mưa lớn Theo Quy ết định số 44/2018 /QĐ -TTg (i) Sử dụng th ời đoạn mưa 24h và tần su ất 2% tương ứng v ới th ời gian l ặp l ại 50 năm : Vùng đồng b ằng Ngưỡng mưa phân chia c ấp 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 mi ền 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. (ii) Sử dụng th ời đoạn mưa 72h và tần su ất 2% tương ứng v ới th ời gian l ặp l ại 50 năm : Vùng đồng b ằng, trung du và mi ền núi Ngưỡng mưa phân chia c ấp 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 d ựng b ản đồ cấp độ rủi ro thiên tai do mưa lớn Theo Quy ết định số 44/2018 /QĐ -TTg thì b ản đồ phân c ấp độ rủi ro thiên tai do mưa lớn (RR_mưa) ph ụ thu ộc vào 3 bi ến sau đây: (a) sự phân vùng mi ền núi, trung du và đồng b ằng; (b) sự phân b ố mưa theo thời đoạn 24h và 72h; (c) giá tr ị ngưỡng mưa phân chia cấp độ rủi ro. Có th ể tổng quát hóa bằng quan h ệ sau: RR _mưa = f (a, b, c) Trong đó: -Bi ến a xác định b ằng cách s ử dụng quy định hi ện hành v ề các xã, huyện mi ền núi (ngu ồn l ấy t ừ trang thông tin chính ph ủ) k ết h ợp v ới b ản đồ địa hình và b ản đồ phân vùng khí h ậụ của các t ỉnh (ngu ồn lấy t ừ Đài khí tượng th ủy văn) trong vùng nghiên cứu. -Bi ến b được l ấy t ừ bộ cơ sở dữ li ệu mưa thời đoạn 24h-2% và 72h-2% như đã trình bày ở mục 4.2. -Bi ến c được l ấy theo giá tr ị phân ngưỡng ở Bảng 4.1. Bản đồ cấp độ rủi ro thiên tai do mưa lớn được th ực hi ện b ằng công c ụ ArcGis và theo các bư ớc sau đây: Bước 1: Xây d ựng b ản đồ phân vùng mi ền núi, trung du và đồng b ằng dựa trên đặc điểm địa hình, khí h ậu và ranh gi ới đơn vị hành chính thu ộc mi ền núi và vùng cao c ủa t ừng t ỉnh thu ộc vùng nghiên c ứu; Bước 2: Ch ồng b ản đồ mưa th ời đoạn theo k ịch b ản đề xu ất KB-24h- 2% và KB-72h-2% lên b ản đồ phân vùng ở bước 1; Bước 3: Xây d ựng b ản đồ cấp độ thiên tai (c ấp 1, 2 và 3) do mưa lớn cho vùng nghiên c ứu dựa trên các bi ến a, b và c. Bước 4: Tách và làm m ịn b ản đồ đến đơn vị hành chính xã theo cấp độ rủi ro thiên tai do mưa lớn cho t ừng t ỉnh từ bản đồ vùng nghiên c ứu ở bước 3. Ph ổ màu phân vùng r ủi ro thiên tai do mưa lớn d ựa trên Quy ết định số 44/2014/QĐ -TTg v ới các c ấp độ rủi theo 3 c ấp như sau: 4.4. Kết qu ả bản đồ rủi ro thiên tai do mưa lớn Nghiên c ứu s ử dụng b ản đồ GIS chi ti ết đến đơn vị hành chính xã (Hình 4.3) thu ộc vùng nghiên c ứu và ti ến hành hi ệu ch ỉnh theo nguyên t ắc sau: ở mỗi đơn vị hành chính c ấp xã n ếu t ồn t ại 2 m ức c ấp độ rủi ro. Di ện tích ứng với m ức c ấp độ rủi ro nào l ớn hơn thì sẽ quy đổi m ức c ấp độ rủi ro đó. Hình 4.4 là k ết qu ả phân vùng r ủi ro sau khi hi ệu ch ỉnh. Các k ết qu ả trên bước đầu đã nhận di ện vùng rủi ro và phân cấp độ rủi ro thiên tai do mưa lớn d ựa trên quy định của Th ủ tướng Chính ph ủ vừa m ới ban hành (QĐ 44/2018/QĐ -TTg) và b ộ cơ sở dữ li ệu mưa cực h ạn c ủa đề tài Trang 13 nghiên c ứu. Đây là cơ sở khoa h ọc để th ực hi ện các bước nghiên c ứu ti ếp theo như: xây dựng b ản đồ cấp độ rủi ro do s ạt l ỡ đất và lũ quét theo nội d