Các vấn đề nghiêm trọng trong phân tích tần suất lũ tại các vị trí có số liệu đo được thường phát sinh khi thực hiện ước lượng lũ ứng với các xác suất hiếm hơn so với phạm vi xác định bởi chuỗi số liệu hiện có. Độ chính xác của các ước lượng xác suất lũ dựa trên phân tích thống kê dữ liệu lũ sẽ giảm khi xét đến các xác suất hiếm hơn so với những xác suất được xác định trực tiếp từ chuỗi số liệu lũ tại chỗ – chuỗi này có thể bao gồm số liệu hệ thống, lịch sử và lũ cổ (paleoflood).
Nguyên nhân là do nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm sai số chọn mẫu từ số liệu trạm, bản chất phân phối của dữ liệu lũ không được biết một cách chính xác, và các quá trình vật lý gây ra lũ có thể thay đổi ở các cấp độ lưu lượng lớn hơn.
Mặc dù các phương pháp khác để ước lượng lũ trên một lưu vực và dữ liệu lũ từ các lưu vực lân cận đôi khi có thể được sử dụng để đánh giá mực nước lũ tại lưu lượng cao và các xác suất vượt hiếm, nhưng các quy trình này không thể được tiêu chuẩn hóa ở mức độ tương tự như các phương pháp đã được thảo luận trước đó.
Đối với những tình huống này, hướng dẫn này mô tả các thông tin cần được đưa vào phân tích, nhưng cho phép sự linh hoạt đáng kể trong việc áp dụng.
Các đường tần suất được ước tính bằng các quy trình được khuyến nghị trong mục Xác định đường tần suất lưu lượng lũ có thể được so sánh với các đường tần suất từ các lưu vực tương tự bằng phương pháp tần suất khu vực, hoặc với các đường tần suất từ lượng mưa sử dụng mô hình mưa–dòng chảy.
Trong một số trường hợp, các ước lượng độc lập có thể được gán trọng số và kết hợp lại để tạo ra ước lượng cải tiến, như được mô tả trong mục Gán trọng số cho các ước lượng tần suất độc lập.
Trước khi tiến hành so sánh, người phân tích cần đảm bảo rằng tất cả dữ liệu tại vị trí nghiên cứu và trong khu vực liên quan, như đã mô tả trong mục Thông tin tần suất lũ và phụ lục 3, đã được xem xét đầy đủ và đưa vào phân tích tần suất. Theo cách này, đường tần suất lũ có thể phản ánh (khi phù hợp) các thông tin sau:
- thông tin thời gian như dữ liệu lũ lịch sử và lũ cổ;
- thông tin không gian như độ lệch khu vực và đặc điểm lưu vực; và
- thông tin nguyên nhân như dữ liệu thủy khí hậu và dữ liệu phân bố hỗn hợp.
Merz và Blöschl (2008a,b) đã mô tả các cách kết hợp nhiều nguồn thông tin tần suất lũ khác nhau.
Mục đích sử dụng thông tin tần suất lũ sẽ quyết định lượng thời gian và công sức có thể hợp lý bỏ ra để thu thập thêm dữ liệu, so sánh với các lưu vực khác, sử dụng các ước lượng lũ từ lượng mưa, và gán trọng số cho các ước lượng độc lập. Mọi dạng phân tích đều nên được tích hợp khi ước tính cường độ lũ ứng với xác suất vượt nhỏ hơn 0.01 AEP, bao gồm so sánh với các lưu vực tương tự và so sánh với ước lượng từ lượng mưa.
Các mục sau mô tả việc sử dụng thông tin bổ sung để so sánh và có thể hiệu chỉnh phân tích tần suất lũ bằng cách gán trọng số cho các phân vị.
Việc khuyến nghị các quy trình cụ thể nhằm so sánh khu vực hoặc đánh giá độ chính xác của các ước lượng như vậy nằm ngoài phạm vi của các Hướng dẫn này.
V.1. So sánh với các lưu vực tương đồng
Việc so sánh và điều chỉnh tiềm năng của một đường tần suất dựa trên kinh nghiệm lũ lụt và thống kê lũ tại các lưu vực tương đồng về mặt thủy văn có thể cải thiện phần lớn các xác định tần suất lũ. Việc sử dụng hệ số độ lệch có trọng số theo khuyến nghị của các Hướng dẫn này là một hình thức chuyển giao thông tin khu vực đến vị trí đang được xem xét. Các phép so sánh bổ sung có thể hữu ích và sẽ được trình bày trong các đoạn tiếp theo.
Một phép so sánh giữa các hồ sơ lũ và bão lớn, chẳng hạn như các hồ sơ do U.S. Army Corps of Engineers (1973) (và các cơ quan khác) lập, và các phân tích tần suất dòng chảy lũ tại các lưu vực tương đồng về mặt thủy văn gần kề, thường sẽ hỗ trợ trong việc đánh giá và diễn giải cả kinh nghiệm về lũ bất thường lẫn phân tích tần suất lũ của lưu vực được xem xét. Hồ sơ lũ càng ngắn và sự kiện lũ càng bất thường thì nhu cầu thực hiện các so sánh như vậy càng lớn.
Các phương pháp ước lượng phân vị lũ khu vực có một lịch sử dài (Benson, 1964, 1962; Feaster and others, 2009) và đã được chứng minh là hoạt động tốt so với các phương pháp thay thế (Griffis và Stedinger, 2007a). Việc so sánh các phân vị và dạng của đường tần suất có thể được thực hiện bằng phương pháp lũ chỉ số (Dalrymple, 1960; Hosking và Wallis, 1997), phương pháp này có thể minh họa những điểm tương đồng hoặc khác biệt trong cơ chế dòng chảy do mưa gây ra (Cục Khai hoang, 2002; England and others, 2010). Việc so sánh các tham số đặc trưng khu vực (moment) như trung bình và độ lệch chuẩn với các ước lượng tại trạm cũng mang lại thông tin hữu ích (Griffis và Stedinger, 2007a); các mô hình khu vực của các moment này cũng có thể được xây dựng (Gotvald and others, 2012). Việc so sánh bằng biểu đồ diện tích lưu vực hoặc biểu đồ bao phủ lưu lượng đỉnh cũng có thể hữu ích, nếu có kèm theo phân tích thích hợp về các quá trình lũ và moment trong vùng (Blöschl và Sivapalan, 1997). Nếu các ước lượng này là độc lập với phân tích tại trạm, thì trung bình trọng số của hai ước lượng sẽ chính xác hơn bất kỳ ước lượng nào đơn lẻ.
Trong nhiều trường hợp, ước lượng tại trạm được sử dụng trong ước lượng khu vực; do đó, hai ước lượng này có mối tương quan với nhau (Moss và Thomas, 1982).
V.2. So sánh với các ước lượng lũ từ mưa
Lũ và các đường tần suất được xây dựng từ các ước lượng mưa có thể được sử dụng để so sánh và để hiệu chỉnh các đường tần suất lũ, bao gồm cả việc ngoại suy vượt ra ngoài các giá trị đã từng xảy ra. Như được mô tả trong phần Flood Estimates from Precipitation, các ước lượng lũ từ mưa có thể có được dựa trên việc tái dựng các sự kiện lũ cụ thể, sự kiện lũ tổng hợp, hoặc các ước lượng dòng chảy liên tục.
Khi có đường tần suất lũ từ một mô hình mưa–dòng chảy đã hiệu chỉnh cho lưu vực quan tâm, có thể thực hiện so sánh với các ước lượng từ các thủ tục được khuyến nghị trong phần Determination of the Flood Flow Frequency Curve. Việc vẽ đồ thị các ước lượng lũ cho nhiều mức xác suất vượt cung cấp định hướng cho việc kết hợp và ngoại suy đường tần suất. Cần có các ước lượng phương sai của phân vị từ mô hình mưa–dòng chảy để có thể kết hợp các ước lượng.
Bất kỳ phép gán trọng số hoặc kết hợp nào của các đường tần suất cũng cần ghi nhận độ chính xác tương đối giữa các ước lượng lũ và các dữ liệu lũ khác được sử dụng trong mô hình mưa–dòng chảy. Việc có nên thực hiện nỗ lực này hay không phụ thuộc vào quy trình và dữ liệu sẵn có cũng như mục đích sử dụng các ước lượng tần suất lũ.
Do sự đa dạng lớn của các mô hình mưa–dòng chảy, tham số và đầu vào, không có thủ tục cụ thể nào được khuyến nghị. Việc đánh giá các kỹ thuật sử dụng ước lượng lũ từ mô hình mưa–dòng chảy hiện không nằm trong phạm vi của các Hướng dẫn này. Các thủ tục thay thế để thực hiện các nghiên cứu như vậy hoặc các tiêu chí để quyết định khi nào nên kết hợp hoặc mở rộng các số liệu lũ hiện có bằng các thủ tục này vẫn chưa được đánh giá.
V.3. Gán trọng số cho các ước lượng tần suất độc lập
Khi các ước lượng tần suất lũ có sẵn từ các lưu vực tương tự hoặc từ các mô hình mưa–dòng chảy và chúng độc lập với các ước lượng tại chỗ được thực hiện theo các thủ tục được mô tả trong phần Determination of the Flood Flow Frequency Curve, thì các ước lượng phân vị lũ \(\hat{Q}_q\) này có thể được gán trọng số và kết hợp. Trọng số được dựa trên phương sai của phân vị và được giả định là không thiên lệch và độc lập. Trọng số được gán cho mỗi ước lượng tỷ lệ nghịch với phương sai của nó. Phụ lục 9 mô tả phương pháp gán trọng số được khuyến nghị và đưa ra ví dụ minh họa.
Khuyến nghị chỉ nên thực hiện gán trọng số khi có các ước lượng tin cậy của các phân vị lũ và phương sai của các phân vị này. Trước khi gán trọng số và kết hợp các ước lượng, cần đánh giá các phân vị và phương sai của chúng. Các ước lượng phân vị lũ có thể khác biệt đáng kể vì nhiều lý do (Rogger and others, 2012). Trong một số trường hợp, các ước lượng có độ biến động cao (ví dụ như từ mô hình mưa–dòng chảy) có thể không đáng tin cậy và không nên được gán trọng số vì điều đó có thể làm giảm độ chính xác của ước lượng tại chỗ.
Griffis và Stedinger (2007a) đã đánh giá nhiều phương pháp gán trọng số, bao gồm phương pháp gán trọng số theo phân vị và theo moment với hai hoặc ba tham số, cùng với các phương án khác. Như đã mô tả trong mục Thông tin vùng và các trạm lân cận, các ước lượng trung bình và độ lệch chuẩn vùng có thể sẵn có. Những moment này có thể được xem xét khi gán trọng số cho các đường tần suất. Nghiên cứu tính toán của Griffis và Stedinger (2007a) chỉ ra rằng việc gán trọng số đơn giản giữa các ước lượng phân vị tại chỗ và phân vị hồi quy vùng mang lại hiệu quả gần như tương đương với các phương pháp phức tạp hơn. Đối với các chuỗi số liệu ngắn, phương pháp này cải thiện đáng kể độ chính xác của phân vị. Việc gán trọng số đặc biệt hữu ích khi chuỗi số liệu tại chỗ ngắn (10 năm). Phương pháp gán trọng số theo phân vị được mô tả trong Phụ lục 9 là phương pháp được khuyến nghị.
Các nhà phân tích được khuyến khích kết hợp thông tin tần suất lũ từ tất cả các nguồn, nếu thích hợp. Trong một số trường hợp, thông tin từ nhiều nguồn có thể được kết hợp (Viglione and others, 2013). Ngoài quy trình được khuyến nghị trong Phụ lục 9, các phương pháp còn lại vẫn chưa được đánh giá đầy đủ.
Hỗ trợ duy trì trang:
Tôi xây dựng trang này để chia sẻ các tài liệu kỹ thuật cốt lõi trong thiết kế hạ tầng giao thông.
Nếu bạn thấy nội dung hữu ích và muốn góp phần duy trì trang hoạt động bền vững, tôi rất trân trọng mọi sự ủng hộ.