Kỷ niệm 55 năm thành lập Đại học Thủy lợi

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỒI QUY ĐA BIẾN
XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN BỐ MƯA THEO KHÔNG GIAN
VÀ ĐỘ CAO

Ngô Lê An

Bộ môn Thuỷ văn và Tài nguyên nước, Trường Đại học Thủy lợi. Email:


1. TỔNG QUAN Mục tiêu nghiên cứu: xây dựng tính tốn
mưa theo không gian và độ cao theo phương
Mưa có sự phân bố mạnh mẽ theo không pháp hồi quy đa biến.
gian, trong khi mạng lưới quan trắc mưa
thường thưa, ít đảm bảo tính đại biểu. Trên Phạm vi nghiên cứu: lượng mưa năm của
thế giới đã có nhiều nghiên cứu về việc ước vùng mưa Tây Bắc và Đơng Bắc. Đây là khu
tính mưa theo khơng gian, mở đầu là Alfred vực có mật độ trạm đo dày, các trạm đo được
H. Thiessen vào năm 1911 [3] đã đưa ra phân bố trên nhiều độ cao khác nhau nên phù
cách tính tốn phân bố mưa theo khơng hợp.
gian bằng cách chia các vùng đất thành
các đa giác. Phương pháp này có ưu điểm 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
tính tốn nhanh nhưng độ chính xác phụ
thuộc vào phân bố vị trí các trạm quan trắc Báo cáo sử dụng các phương pháp sau:
và nó không xé́t được ảnh hưởng của yếu - Phương pháp kế thừa: kế thừa các
tố địa hình. Hay và nnk, 1998 [4] đã sử dụng nghiên cứu trước đây
phương pháp hồi quy tuyến tính cho các - Phương pháp thống kê: hồi quy đa biến
thông số độ cao, độ dốc, hướng núi… để tính phân tích quan hệ giữa mưa năm theo khơng
tốn mưa. C. Brundon và J.McClatchey [2] gian và độ cao.
đã có một nghiên cứ́u tính toán lượng - Phương pháp Viễn thám và Hệ thông tin
mưa dựa theo độ cao bằng phương pháp địa lý: xây dựng bản đồ mưa theo không gian.

Hồi quy đa biến. Nghiên cứu được thực
hiện ở một vùng trung du nước Anh kết quả 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
tìm ra được phương trình bậc nhất mơt tả
quan hệ giữa lượng mưa với độ cao: 3.1. Xây dựng phương trình
P=b0+b1*H+e (mm) với H là đợ cao (m).Gần
đây nhất là nghiên cứu của hai nhà nghiên Phương trình hồi quy đa biến tổng qt có
cứu: Myoung-Jin Um và Hyeseon Yun [1] đã dạng:
tìm được mối liên hệ giữa tám biến đị̣a hình
để nội suy ra lượng mưa trung bình năm ở Y=a0 + a1.x1 + a2.x2 + a3.x3 +….an.xn
đảo Jeru Hàn Quốc bằng phương pháp hồi
quy đa biến. Nghiên cứu cho rằng chỉ tồn tại Với - Y : Lượng mưa năm (mm)
tối đa được 4 yế́u tớ địa hình ảnh hưởng trực - a0, a1, …, an : Hệ sớ phương trình
tiếp tới lượng mưa qua 2 mơ hình tính. Mơ - x1, x2 ...., xn : Giá trị các biến độc lập
hình 1: Có thể tính lượng mưa năm từ: Độ cao,
vĩ độ, góc và khoảng cách tới biển. Mơ hình 2: Trong nghiên cứu này, Y là lượng mưa
Độ cao, góc, khoảng cách tới biển, khoảng cách năm ở các trạm đo. Toạ độ TX(m), TY(m) theo
tới tiêu điểm của hình elip (xác định trên bản hệ quy chiếu UTM84 và độ cao Z(m) tương
đồ). ứng của trạm đo được sử dụng như các biến
độc lập.
Từ những nghiên cứu trên có thể thấy rằng
có mối quan hệ giữa lượng mưa với những Các hệ số và các biến trong phương trình
biến mơ tả vị trí trong khơng gian và độ cao hồi quy được kiểm định theo các chỉ tiêu F và
của nó. Mối quan hệ giữa các biến cũng thay chỉ tiêu Student. Phương trình đa biến đảm
đổi cùng với sự thay đổi của lượng mưa năm. bảo các chỉ tiêu F, t có độ hệ số tương quan
toàn cục xấp xỉ 0,8 trở lên sẽ được coi là đạt
yêu cầu. Các trạm đo mưa sử dụng trong
nghiên cứu được trình bày ở bảng 1 cùng với
số liệu mưa các năm gần đây.

480


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2014. ISBN: 978-604-82-1388-6

Trong phân tính hồi quy đa biến, các ảnh Bảng 2 cho thấy, nếu sử dụng toàn bộ 32
hưởng của từng biến độc lập tới biến phụ trạm đo mưa xây dựng phương trình hồi quy
thuộc cũng cần xem xét. Đồng thời nhằm tính tốn cho tồn vùng Đông Bắc và Tây Bắc
khuếch đại ảnh hưởng các biến đã chọn ở sẽ không đảm bảo yêu cầu do hệ số R2 thấp.
trên đến lượng mưa để có thể ước tính được Nếu xây dựng phương trình hồi quy cho từng
giá trị mưa chính xác, nghiên cứu sử dụng vùng Tây Bắc và Đông Bắc sẽ cho kết quả hệ
thêm các giá trị biến độc lập: Tx2, Ty2, Z2, số tương quan rất tốt.
Tx*Ty, Ty*Z.

Bảng 1. Các trạm đo mưa sử dụng trong nghiên cứu

TT Trạm Tx (m) Ty (m) Z (m) X2011 (mm) X2012 (mm) X2013 (mm)
293000 2368000 547 1355 1854 1819
1 Điện Biên 532951 2301890 110 1752 1978 1736
254753 2486432 368 1970 2668 2458
2 Hồ Bình 350144 2415085 174 1520 1699 1756
462300 2306200 832 1567 1691 1685
3 Mường Tè 402100 2419100 1347 1160 1898 1802
320000 2473000 1526 2273 2930 2761
4 Quỳnh Nhai 386000 2360000 633 1092 1480 1546
343900 2480600 860 1580 2620 2648
5 Mộc châu 389000 2321000 344 1068 1258 1220
426000 2328000 285 1069 1282 1295
6 Mù Cang Chải 379700 2470800 1735 2321 2430 2714
391998 2488550 179 1660 1571 1563
7 Sình Hồ 445091 2473510 178 1966 1643 1749
487932 2399626 46 2141 2028 1494

8 Sơn La 426000 2492000 976 1546 1528 1597
588500 2324900 10 1836 1813 1934
9 Tam Đường 553001 2339419 14 1788 1822 1789
522393 2412551 31 1435 1933 1649
10 Sông Mã 496579 2523225 151 1865 2473 2315
487500 2487200 459 3171 4651 5605
11 Yên Châu 683000 2416000 306 1200 1323 1598
651000 2461900 170 1130 1437 1408
12 SaPa 640000 2379000 50 1362 1721 2064
627000 2506200 225 1114 1653 1225
13 Lào Cai 568500 2539400 198 837 1213 1306
655800 2526400 530 1455 2005 1649
14 Vĩnh Yên 584500 2448500 144 1152 1250 1699
565700 2422500 120 1128 1426 1972
15 Yên Bái 586300 2388000 32 1412 1557 2572
508700 2439300 40 1388 1870 1858
16 Bắc Hà 527900 2450000 45 1494 1842 1612

17 Láng

18 Sơn Tây

19 Tuyên Quang

20 Hà Giang

21 Bắc Quang

22 Lạng Sơn


23 Thất Khê

24 Hữu Lũng

25 Cao Bằng

26 Bảo Lạc

27 Trùng Khánh

28 Bắc Cạn

29 Định Hóa

30 Thái Nguyên

31 Hàm Yên

32 Chiêm Hóa

Báo cáo xây dựng phương trình hồi quy ĐB 2012 0.98 Đạt
đa biến cho 3 năm 2011, 2012, 2013 theo 2
trường hợp: ĐB 2013 0.97 Đạt

1) Sử dụng tất cả 32 trạm đo mưa. Vì vậy, báo cáo sẽ xây dựng phương trình
2) Sử dụng 18 trạm mưa đầu tiên tính cho hồi quy cho từng vùng mưa để từ đó xây
vùng mưa Tây Bắc (TB) và 14 trạm mưa còn dựng bản đồ phân bố mưa năm cho tồn bộ
lại tính cho vùng mưa Đông Bắc (ĐB). vùng núi phía Bắc Việt Nam.

Bảng 2. Tương quan đa biến lượng mưa Kết quả tính tốn lượng mưa năm cho tất

năm cả các trạm được trình bày ở hình 1.

Vùng Năm Hệ số R2 Kết luận
Cả ĐB+TB 2011 0.42 Không đạt
Cả ĐB+TB 2012 0.31 Không đạt
Cả ĐB+TB 2013 0.28 Không đạt
2011 0.77
TB 2012 0.87 Đạt
TB 2013 0.88 Đạt
TB 2011 0.97 Đạt
ĐB Đạt

481

Kỷ niệm 55 năm thành lập Đại học Thủy lợi

Hình 4: Bản đồ phân bố mưa năm 2013 miền Bắc
–

Việt Nam

Hình 1: Lượng mưa năm thực đo và mơ phỏng 4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
các trạm miền Bắc
Kết quả phân tích cho thấy, lượng mưa
3.2 Xây dựng bản đồ phân bố mưa năm
khu vực miền Bắc Việt Nam năm có mối quan hệ giữa toạ độ vị trí và độ

Sử dụng phần mềm hệ thông tin địa lý cao. Báo cáo đã nghiên cứu và xây dựng bản
ArcGIS để xây dựng bản đồ mưa với số liệu
địa hình được lấy từ bản đồ DEM 90m SRTM. đồ phân bố mưa năm trên lưu vực sơng Hồng


Hình 2: Bản đồ phân bố mưa năm 2011 miền Bắc ở Việt Nam dựa trên mối quan hệ này bằng
–
phương pháp hồi qui đa biến cho ba năm
Việt Nam
2011, 2012 và 2013. Hệ số tương quan trong
Hình 3: Bản đồ phân bố mưa năm 2012 miền Bắc
– cả ba năm này đều cao thể hiện sự quan hệ

Việt Nam rõ ràng. Bản đồ phân bố mưa cho ba năm

được xây dựng dựa trên phần mềm GIS cho

hình ảnh dễ nhìn, trực quan.

Kết quả nghiên cứu mới chỉ dừng ở ba năm

gần đây 2011, 2012, 2013 cho lượng mưa

năm. Các biến đưa vào xem xét mới chỉ là toạ

độ và

độ cao của các điểm đo mưa. Tuy nhiên do

thời đoạn phân tích là mưa năm nên một số

yếu tố gây mưa như hình thế thời tiết gây

mưa, hướng gió mang hơi ẩm… khơng có ảnh


hưởng đáng kể đến kết quả.

5. KẾT LUẬN

Bài báo đã đưa ra một cách tính tốn nội
suy mưa theo khơng gian có xét đến ảnh
hưởng của địa hình. Kết quả nghiên cứu mới
chỉ dừng lại ở vùng phía Bắc Việt Nam, phân
chia thành 2 khu vực Tây Bắc và Đông Bắc
cho lượng mưa năm. Để kết quả nghiên cứu
có độ tin cậy cao hơn nữa, bài báo cần tìm
hiểu và phân tích thêm nhiều lưu vực khác,
trong các thời đoạn khác nhau và trong nhiều
thời gian khác nhau.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Myoung-Jin Uma, Hyeseon Yun.b, Chang-
Sam Jeong, Jun-Haeng Heo. 2011. Factor
analysis and multiple regression between
topography and precipitation on Jeju Island,
Korea. Journal of Hydrology - 410 (2011)
189-203

482

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2014. ISBN: 978-604-82-1388-6

[2]. C. Brunsdon, J. Mcclatchey Band, D.J [3]. Thiessen, A. H. 1911. Precipitation

Unwin. Spatial variations in the verage average for large areas. Monthly Weather
rainfall-altitude relatinonship in Great Rev., 39, 1082–1084
Britain: An approach using geographically
weighted regression. 2011. International [4]. Hay, L., Viger, R. & McCabe, G. 1998.
Journal of Climatology- Int.J.Climatol.21: Precipitation interpolation in mountainous
455-466, 2011. regions using multiple linear regression.
Proceedings of the HeadWater 98
Conference, Mean/Merano, Italy, April
1998. IAHS publication No. 248, pp. 33–38.

483