Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

THIẾT LẬP CƠNG THỨC TÍNH LƯU LƯỢNG ĐỈNH LŨ
THIẾT KẾ CHO CÁC LƯU VỰC KHƠNG CĨ TÀI LIỆU
THỦY VĂN KHU VỰC TÂY BẮC
Nguyễn Thị Thu Nga
Trường Đại học Thủy lợi, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Để tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế cho các
lưu vực khơng có tài liệu, theo Quy phạm
QPTL C6-77 [1], có thể sử dụng một trong
ba công thức là công thức cường độ giới hạn,
công thức triết giảm và cơng thức thể tích.
Trong đó cơng thức cường độ giới hạn được
ứng dụng cho các lưu vực có diện tích dưới
100km2,cơng thức triết giảm và cơng thức thể
tích (Xokolopski) và được ứng dụng cho lưu
vực có diện tích trên 100km2. Ba cơng thức
này đại biểu lần lượt cho ba loại công thức lý
luận, công thức kinh nghiệm và công thức
bán kinh nghiệm. Công thức cường độ giới
hạn được xây dựng dựa theo lý thuyết quá
trình hình thành dịng chảy từ mưa. Cơng
thức có xét đến nhiều quá trình bao gồm quá
trình mưa, quá trình tổn thất, q trình chảy
truyền trong sơng, trên sườn dốc, với nhiều
tham số xác định phức tạp. Ngược lại, công
thức triết giảm chỉ thuần túy dựa vào mối
quan hệ giữa mô đun đỉnh lũ và diện tích lưu

vực, xây dựng dựa vào tài liệu thực đo. Công
thức Xokolopski dựa trên khá nhiều giả thiết
giản hóa bao gồm quan hệ đỉnh lũ và tổng
lượng lũ, quan hệ tổng lượng lũ và lượng
mưa gây lũ, không xét đến thời gian chảy
truyền trên sườn dốc.
Nghiên cứu này phát triển mối quan hệ giữa
lưu lượng đỉnh lũ thiết kế với các đặc trưng khí
hậu và đặc trưng lưu vực, bao gồm lượng mưa
ngày thiết kế, độ dốc lưu vực, chiều dài sơng
và diện tích lưu vực. Từ đó có thể tìm ra dạng
cơng thức kinh nghiệm tương tự như cơng
thức triết giảm, nhưng có xét đến nhiều yếu tố


ảnh hưởng hơn. Nghiên cứu được áp dụng cho
khu vực Tây Bắc thuộc vùng thượng nguồn
sông Đà và sông Mã bao gồm các tỉnh Lai
Châu, Sơn La, Điện Biên và Hịa Bình.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp hồi
quy đa biến để xây dựng phương trình hồi
quy của lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất
1% theo các đặc trưng về khí hậu và lưu vực.
Quy trình thực hiện bao gồm các bước sau:
- Lựa chọn các trạm đo lũ trên khu vực
nghiên cứu có diện tích vừa và nhỏ, xây dựng
đường tần suất xác định Qmax1%
- Lựa chọn các trạm mưa đại diện cho các

lưu vực, xác định lượng mưa ngày X1max1%
- Sử dụng bản đồ DEM kết hợp bản đồ địa
hình xác định các đặc trưng lưu vực
- Sử dụng kỹ thuật hồi quy đa biến tìm
kiếm quan hệ giữa Qmax1% với X1max1% và các
đặc trưng lưu vực.
- Đánh giá sai số giữa Qmax1% tính theo
phương trình hồi quy và Qmax1% xác định theo
phân bố xác suất.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1. Giới thiệu về khu vực nghiên cứu
Khu vực Tây Bắc Bắc Bộ bao gồm lưu vực
sông Đà, thượng nguồn lưu vực sông Mã và
một phần nhỏ thượng nguồn lưu vực sông
Mekong. Đặc điểm chung về địa hình ở khu
vực này là núi cao, địa hình chia cắt mạnh.
Tuy nhiên, chế độ mưa trong vùng có sự khác
biệt rõ rệt. Trong khi khu vực thượng nguồn

733


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

sơng Đà là nơi có nguồn nước dồi dào, với
tâm mưa lớn Sìn Hồ thì vùng thượng nguồn
sơng Mã lại thuộc vùng ít mưa. Ngồi ra khu
vực cao ngun Sơn La - Mộc Châu cũng là
vùng mưa ít.


TT
4

Nậm
Pơ

475 172.4 213

169.8

Mường
Nhé

5

Pa Há

424 154.8 208

169.8

Mường
Nhé

6

Mường
261 100.1 208
Mít


284.5

Lai
Châu

7

Nậm
Mức

2680 1054

184

191

Tủa
Chùa

8

Bản
Củng

2620

170

229.2


Than
Un

9

Mù
Cang
Chải

230 290.7 164

253

Mù
Cang
Chải

10

Nậm
Chiến

313

115

166

233.5


Khau
Phạ

11

Phiêng
269
Hiềng

82.8

157

167

Phù
n

36.7

229

360

Hịa
Bình

Hình 1. Bản đồ mạng lưới trạm KTTV
3.2. Dữ liệu đầu vào

Mạng lưới các trạm khí tượng thủy văn
trong khu vực được trình bày trong Hình 1.
Các trạm thủy văn được lựa chọn để phân
tích là tồn bộ các trạm có tài liệu đo lưu
lượng lũ ngoại trừ một số trạm trên dịng
chính sơng Đà. Trong đó, có khá nhiều trạm
đã dừng đo. Từ bản đồ DEM kết hợp với bản
đồ địa hình tỉ lệ 1:50.000, xác định một số
đặc trưng của lưu vực, bao gồm diện tích lưu
vực (F), tổng chiều dài sơng suối (Li), độ
dốc bình qn lưu vực (Jd). Tương ứng với
mỗi lưu vực, lựa chọn trạm mưa điển hình để
xác định lượng mưa ngày ứng với tần suất
1% (X1max1%). Tổng hợp các đặc trưng được
trình bày trong Bảng 1.
Bảng 1. Các đặc trưng lưu vực
và lượng mưa
TT

F
Li
Jd X1max1% Trạm
Trạm
mưa
TV (km2) (km) (%o) (mm)

1

Bản
Yên


638 238.1 175

243.4

Điện
Biên

2

Nậm
Công

868 267.7 169

198.7

Sốp
Cộp

3

Nà Hừ

155

381.6

Mường
Tè


50.5

197

F
Li
Jd X1max1% Trạm
Trạm
TV (km2) (km) (%o) (mm)
mưa

12

Bãi
Sang

97.5

967

Đồng thời, từ tài liệu đo lũ tại các trạm thủy
văn có trên khu vực nghiên cứu, lựa chọn hàm
Pearson III xác định các giá trị Qmax1%.
3.3. Xây dựng phương trình hồi quy đa
biến
Sử dụng phương pháp hồi quy đa biến, xác
định lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất 1%
theo dạng sau:
Qmax1%  b0 X 1b1 X 2b 2  X kbk

(1)
trong đó bi (i = 1, ..., k) là các hằng số hồi
quy được xác định theo nguyên lý bình
phương tối thiểu, Xi là các đặc trưng về lưu
vực và khí hậu, Qmax1% là lưu lượng đỉnh lũ
ứng với tần suất 1%. Phương pháp này được
sử dụng nhiều cho các đơn vị thuộc Cơ quan
Khảo sát Địa chất Mỹ [2].
Phương trình (1) sau khi lấy logarit hai vế
có dạng tuyến tính như sau:
log Qmax1%  log b0  b1 log X 1 
(2)
 b2 log X 2    bk log X k
trong đó, các hằng số bi được xác định bằng
cơng cụ Data Analysis/Regression trong Excel.

734


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

3.4. Kiểm định thơng số mơ hình hồi quy
Để kiểm định các thơng số trong mơ hình
hồi quy, tác giả sử dụng phương pháp leaveone-out cross validation. Với số lượng mẫu đã
có là 12, mỗi lần phân tích hồi quy được thực
hiện cho 11 giá trị, sử dụng 01 giá trị cịn lại
để kiểm định. Tổng cộng có 12 lần thực hiện
hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình. Mơ hình
được lựa chọn là mơ hình có sai số cả giai
đoạn hiệu chỉnh và kiểm định đều nhỏ.

4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Phương trình hồi quy tính Qmax1% cho khu
vực Tây Bắc đượclựa chọn như sau:
.997
Qmax1%  0.0095 F 1.108  L0.153 J d0.034 X10max
1% (3)
trong đó giá trị sai số tương đối giữa Qmax1%
tính tốn và Qmax1% Pearson III trung bình
giai đoạn hiệu chỉnh và kiểm định lần lượt là
2,64% và 1,87%.
Các thơng số thống kê của mơ hình hồi
quy đa biến được trình bày trong Bảng 2.
Bảng 2. Các đặc trưng thống kê
mơ hình hồi quy đa biến
Hệ số tương quan R

0.994

mưa được chọn chưa đại diện cho lưu vực.
Điều này cũng là khó khăn chung khi tính lũ
cho các lưu vực vừa và nhỏ ở Việt Nam.
5. KẾT LUẬN

Việc xây dựng các cơng thức tính lũ thiết
kế dựa vào các đặc trưng về khí hậu và lưu
vực có ý nghĩa thực tiễn rất cao, giúp giảm
khó khăn khi xác định đỉnh lũ thiết kế cho
các lưu vực không có tài liệu đo đạc thủy
văn. Với kết quả ban đầu khá tốt, phương

pháp này có thể triển khai rộng rãi cho các
khu vực khác trên cả nước. Tuy nhiên, do
thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên kết quả
mới chỉ xây dựng mối quan hệ giữa lưu
lượng đỉnh lũ 1% với một vài đặc trưng lưu
vực. Định hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ có
thể mở rộng ra xem xét một số yếu tố khác,
ví dụ như loại đất và thảm phủ thực vật, đồng
thời tính tốn cho các trường hợp tần suất
khác. Kết quả này nằm trong khuôn khổ đề
tài NCKH cấp Bộ của Trường Đại học Thủy
lợi về "Nghiên cứu cập nhật phương pháp
tính tốn các đặc trưng thủy văn thiết kế cho
các cơng trình thủy lợi".

0.989

6. TÀI LIỆU THAM KHẢO

R2sau hiệu chỉnh

0.982

Sai số chuẩn

0.053

Số quan trắc

11


[1] Bộ Thủy lợi. 1979. Quy phạm Tính tốn các
đặc trưng thủy văn thiết kế. QPTL C6-77.
[2] Thomas, W.O. 1987. Summary of U.S.
Geological Survey Regional Regression
Equation. 66th Annual Meeting of the
Transportation
Research
Board,
Washington, D.C.
[3] Trần Thanh Xuân. Đặc điểm thủy văn và
nguồn nước sông Việt Nam. NXB Nơng
nghiệp, 2007.

R

2

Nhìn chung, kết quả cho thấy lưu lượng
tính tốn theo cơng thức bám khá sát với lưu
lượng xác định từ đường tần suất. Mặc dù
vẫn còn một số kết quả còn chênh lệch như ở
trạm Pa Há, Mường Mít (sai số trên 10%).
Một trong những nguyên nhân có thể do trạm

735