Giáo trình đo đạc và chỉnh lý số liệu thủy văn phần 1

-1- LỜI NÓI ĐẦU Đo đạc chỉnh lý số liệu thuỷ văn môn học sở ngành Thuỷ văn – Môi trường Từ nhiều năm giảng dạy chương trình đào tạo đại học Trường Đại học Thuỷ lợi Do nhu cầu nâng cấp bổ sung, hỗ trợ dự án” Tăng cường lực cho trường Đại học Thuỷ lợi” phủ Đan Mạch tài trợ, giáo trình “Đo đạc chỉnh lý số liệu thuỷ văn” biên soạn lại bổ sung số nội dung : Đo đạc chất lương nước xây dựng sở liệu khí tượng thuỷ văn Nội dung giáo trình gồm kiến thức đo đạc yếu tố thuỷ văn phương pháp chỉnh lý số liệu thuỷ văn Giới thiệu thiết bị , máy móc thường dùng để quan trắc trạm thuỷ văn nước ta Giáo trình gồm chương : Chương : Giới thiệu chung Chương : Đo đạc chỉnh lý số lượng nước Chương : Đo chất lượng nước chỉnh lý số liệu Chương : Xây dựng sở liệu khí tượng thuỷ văn Chương : Thực tập môn học đo đạc chỉnh lý số liệu thuỷ văn Giáo trình tập thể giáo viên môn Chỉnh trị sông biên soạn Do thời gian có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, mong góp ý độc giả để nâng cao chất lượng giáo trình lần xuất sau PGS TS Đỗ Tất Túc -2- Chương I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tầm quan trọng mục đích việc quản lý đo đạc số liệu thuỷ văn Nước loại tài nguyên quý giá coi vĩnh cửu Khơng có nước khơng có sống hành tinh Nước động lực chủ yếu chi phối hoạt động dân sinh, kinh tế người Nước sử dụng rộng rãi nông nghiệp, công nghiệp, thuỷ điện, giao thông vận tải, nuôi trồng thuỷ sản v v… Trên hành tinh nước tồn nhiều dạng khác nhau: nước mặt đất, nước ngồi đại dương, nước sơng, hồ, ao, nước ngầm, nước khơng khí, băng tuyết dạng khác Nước có hai thuộc tính bản, gây lợi gây hại Nước nguồn động lực cho hoạt động kinh tế gây hiểm hoạ ghê gớm cho người, trận lũ quét có sức phá huỷ lớn gây thiệt hại người tài sản cho vùng dân cư phá huỷ cân sinh thái vùng lãnh thổ mà tràn qua Tài nguyên nước coi vĩnh cửu vô tận, mặt khác tài nguyên nước phân bố khơng đồng đều, hành tinh có vùng khơ hạn vùng phong phú nước Chẳng hạn lãnh thổ nước ta lượng mưa vùng Bắc Quang – Hà Giang khoảng 3000 mm/năm, vùng Phan Thiết – Bình Thuận lượng mưa năm khoảng 600-700 mm Đo đạc chỉnh lý số liệu thuỷ văn nội dung quan trọng công tác điều tra, quản lý tổng hợp tài nguyên nước 1.2 Số liệu thuỷ văn (số lượng, chất lượng) Tài nguyên nước đánh giá ba đặc trưng lượng, chất lượng động thái Lượng đặc trưng biểu thị tiềm mức độ phong phú tài nguyên nước vùng lãnh thổ Chất lượng nước bao gồm đặc trưng hàm lượng chất hồ tan khơng hịa tan nước (có thể có lợi hoăc hại tuỳ theo tiêu chuẩn đối tượng sử dụng nước) -3- Động thái nước thể thay đổi đặc trưng lượng chất theo thời gian không gian, trao đổi nước vùng lãnh thổ, quy luật vận động nước sông, trao đổi nước mặt nước ngầm, q trình trao đổi chất hồ tan (truyền mặn) vv… Chẳng hạn nguồn nước sông Hồng chảy qua mặt cắt Sơn Tây với tổng lượng nước trung bình hàng năm khoảng 120 tỷ m3 (lượng) mét khối nước chứa khoảng 200 gam bùn cát lơ lửng (chất lượng) Trong số 120 tỷ m3/năm sơng Đà đóng góp xấp xỉ 50% cịn lại sông Lô sông Thao chuyển tiếp xuống hạ lưu tổng lượng nước lại chuyển qua sơng Đuống khoảng 35% hồ nhập với nguồn nước hệ thống sơng Thái Bình (đó quy luật vận động) Những số liệu đặc trưng tài nguyên nước nêu sở cho công tác quy hoạch lợi dụng, khai thác nguồn nước cho có hiệu nhất, đồng thời có biện pháp hạn chế “thuỷ tai “ tới mức thấp 1.3 Hệ thống trạm đo (tiêu chuẩn hệ thống trạm đo hện Việt Nam) Để có số liệu đặc trưng tài nguyên nước nêu cần thiết phải có trạm đo phân bố tồn hệ thống sơng, trạm đo trang bị phương tiện kĩ thuật thích hợp để thu thập số liệu cụ thể số lượng, chất lượng quy luật vận động nguồn nước Các đặc trưng tài nguyên nước không ngừng thay đổi theo thời gian (theo mùa, theo năm nhiều năm) không gian (từ nguồn sông đến trung du, đồng bằng, cửa sơng) Vì vấn để đặt hệ thống sông cần trạm đo, phân bố vùng nào, đo yếu tố gì, cần thiết phải có thiết bị đo nào, phương pháp đo tính tốn để có số liệu tài nguyên nước hệ sơng với chi phí thấp số liệu xác đầy đủ Đó nội dung môn học đo đạc chỉnh lý số liệu thuỷ văn 1.3.1 Mạng lưới trạm thuỷ văn Mạng lưới trạm thuỷ văn nhà nước thành lập để làm nhiệm vụ đo đạc thu thập số liệu mực nước, lưu lượng nước, hàm lượng bùn cát hệ thống sông nhằm phục vụ dân sinh xây dựng phát triển kinh tế 1.3.1.1 Phân cấp trạm thuỷ văn -4- Căn theo số lượng yếu tố đo đạc chia ba cấp trạm thuỷ văn sau đây: 1) Trạm thuỷ văn cấp I: có nhiệm vụ đo ba yếu tố mực nước, lưu lượng nước bùn cát lơ lửng 2) Trạm thuỷ văn cấp II: có nhiệm vụ đo ba yếu trạm thuỷ văn cấp I chủ yếu đo mực nước lưu lượng nước bùn cát đo số thời đoạn định năm (trạm cấp I đo suốt năm) 3) Trạm thuỷ văn cấp III: đo mực nước 1.3.1.2 Phân loại trạm thuỷ văn Căn đối tượng phục vụ thời gian hoạt động chia hai loại trạm sau: 1) Trạm thuỷ văn Loại trạm thu thập số liệu nhằm phục vụ cho nhiều đối tượng (thuỷ lợi, giao thông thuỷ, phòng chống lũ lụt…) thời gian hoạt động thường xuyên 20 năm không khống chế thời gian tối đa (càng lâu năm tốt 2) Trạm thuỷ văn chuyên dùng Loại trạm đo đạc để có số liệu phục vụ cho đối tượng cụ thể thời gian hoạt động tuỳ thuộc yêu cầu đối tượng sử dụng số liệu Chẳng hạn trạm cấp III chuyên dùng đo mực nước phục vụ công tác thi công nhà máy thuỷ điện thời giam bảy năm Ngoài cách phân loại cịn phân loại theo nhân tố ảnh hưởng Chẳng hạn trạm thuỷ văn vùng ảnh hưởng triều trạm thuỷ văn không ảnh hưởng triều 1.3.1.3 Phân bố trạm thuỷ văn hệ thống sông 1) Về số lượng trạm thuỷ văn Xét theo yêu cầu kĩ thuật nói hệ thống sơng khơng hạn chế số lượng trạm thuỷ văn, có nghĩa có nhiều trmạ đo số liệu thể đầy đủ chi tiết quy luật vận động nguồn nước Điều giúp cho công tác quy hoạch sử dụng nước hợp lí, hiệu hơn, giúp cho thiết kế cơng trình giảm nhỏ hệ số an tồn tăng hiệu ích kinh tế Tuy nhiên bố trí nhiều trạm đo tăng chi phí thiết bị đo đạc, nhân lực cơng tác quản lí vv… Do quy hoạch số lượng trạm thuỷ văn hệ thống sơng tuỳ thuộc tính tốn cân đối quy hoạch sử dụng nguồn nước (thuỷ lợi, thuỷ điện, công nghiệp, giao -5- thông thuỷ vv…) với lợi ích kinh tế chi phí đầu tư xây dựng mạng lưới trạm mà lựa chọn cho phù hợp 2) Về phân bố trạm đo hệ thống sông Với số lượng trạm đo phân bố hợp lí số liệu thu mạng lưới trạm có tính đại biểu cao sử dụng có hiệu quả, ngược lại phân bố khơng hợp lí hạn chế giá trị sử dụng Bố trí trạm thuỷ văn hệ thống sông cần phải đạt yêu cầu sau: a) Khống chế nguồn nước sơng sơng nhánh cấp I (sơng nhánh chảy trực tiếp vào sơng chính) kể nhập lưu phân lưu b) Lưu vực tương ứng trạm phải bao gồm nhiều cỡ khác nhau: Trạm đo lưu vực nhỏ (F < 100 km2); Trạm đo lưu vực vừa 100 km2 ≤ F ≤ 5000 km2 trạm đo mưa lưu vực lớn F > 5000 km2 [5] c) Bố trí trạm đo đại biểu vùng núi: trung du, đồng bằng; trmạ đo vùng đá vơi (nếu có) tram đo vùng rừng nguyên sinh; vùng đồi nuí trọc phong hoá vv… Mạng lưới trạm đạt ba yêu cầu nêu thuận lợi cho công tác quy hoạch sử dụng nguồn nước, tính tốn đặc trưng thuỷ văn thiết kế, đặc biệt trường hợp khơng có số liệu phải chọn lưu vực tương tự -6- Hình 1-1: Mạng lưới trạm thuỷ văn hệ thống sông Cả- Nghệ an 1.3.2 Sơ lược mạng lưới trạm thuỷ văn nước ta Mạng lưới trạm thuỷ văn nước ta hình thành từ đầu kỉ XX kĩ sư người Pháp xây dựng hệ thống sơng Hồng chủ yếu phục vụ cho phịng chống lũ lụt vùng đồng Bắc Bộ thời Theo số liệu quan lưu trữ cho thấy trạm thuỷ văn Sơn Tây Hà Nội sông Hồng đo mực nước từ năm 1902 Từ năm 1956 nhà nước ta bước đầu khôi phục phát triển mạng lưới trạm hệ thống sông thuộc miền Bắc tới năm 1960 mạng lưới trạm tương đối hoàn chỉnh từ vùng núi tớ đồng ven biển ảnh hưởng triều Mạng lưới góp phàn tích cực cơng tác phịng chống lũ lụt khai thác trị thuỷ sơng Hồng Điển hình nhà máy thuỷ điện lớn Hồ Bình, Sơn La, Tuyên Quang thiết kế dựa theo số liệu trạm thuỷ văn Hồ Bình, Tạ Bú, Hàm Yên Đến trạm thuỷ văn hệ thống sông lớn sông Hồng, sông Thái Bình, sơng -7- Mã, sơng Cả có chuỗi số liệu 40 năm trạm có số liệu lâu năm 100 năm Đây kho số liệu quý để nhà khoa học tìm hiểu phân tích quy luật tự nhiên để phục vụ tốt cho xây dựng phát triển kinh tế Đối với hệ thống sông miền Nam trước năm 1975 có số trạm đo sơng lớn vùng hạ lưu sông Mê Kông thuộc đồng nam Từ năm 1976 mạng lưới trạm thuỷ văn hệ thống sông miền Nam xây dựng tương đối đồng tới chuỗi số liệu trạm 20 năm, bước đầu phát huy tác dụng phục vụ cho quy hoạch lợi dụng nguồn nước Hiện mạng lưới trạm thuỷ văn toàn quốc bổ sung điều chỉnh để đáp ứng yêu cầu xây dựng phát triển kinh tế phịng chơng thiên tai 1.4 Khảo sát lựa chọn đoạn sông đặt tuyến đo trạm thuỷ văn Việc phân bố trạm thuỷ văn trình bày tiết có tính chất định hướng số lượng trạm, phân vùng đặt trạm chưa xác định cụ thể vị trí ứng với kinh độ, vĩ độ thuộc địa phương vv… Vấn đề chọn đoạn sông đặt tuyến đo cho trạm thuỷ văn phải đáp ứng số điều kiện kĩ thuật sau đây: 1.4.1 Điều kiện địa hình, địa mạo 1.4.1.1 Cao trình bờ sơng u cầu cao trình hai bờ sông phải vượt mực nước lũ lịch sử, không xảy tượng chảy tràn bờ (mất nước) Điều kiện đảm bảo cho số liệu lưu lượng nước, tổng lượng nước đo trạm phản ảnh khả cấp nước lưu vực trạm đo (không sai lệch nước), khống chế lưu lượng nước qua trạm 1.4.1.2 Cao trình đáy sơng u cầu cao trình đáy sơng thấp dần theo chiều dịng chảy hình thành độ dốc xi thuận Điều kiện tạo cho hướng chảy đồng theo chiều sâu, hạn chế tượng rối động, giúp cho việc đo lưu tốc dễ dàng, xác Trái lại, cao trình đáy sơng hình thành độ dốc ngược tạo nên hướng chảy không đồng tầng mặt tầng đáy (hướng chảy chéo nhau) dễ tạo nên tượng rối động gây nên sai số đo lưu tốc 1.4.1.3 Hình dạng sơng -8- u cầu đoạn sơng đặt tuyến đo phải có dạng tương đối thẳng với chiều dài L gấp ba đến năm lần chiều rộng trung bình B [L = (3÷5)B] Mặt khác theo chiều dịng chảy độ rộng sông tương đối đồng không mở rộng thu hẹp đột ngột Với hình dạng sơng tạo nên hướng chảy đồng tồn mặt cắt có phương gần song song với đường mép nước Từ dễ dàng xác định mặt cắt tuyến đo vng góc với hướng chảy tồn dòng Mặt khác hướng chảy song song với mép nước hạn chế tượng xói lở giữ ổn định cho cơng trình đo quan hệ tương quan lưu lượng ~ mực nước Ngược lại hình dạng sơng cong thu hẹp hay mở rộng phát sinh hướng chảy vịng chảy xiên khó xác định mặt cắt tuyến đo vng góc, mặt khác tượng chảy vịng chảy xiên gây nên xói lở bồi lắng hai bờ, tạo vùng chảy xoáy xâm hại đến cơng trình đo đồng thời làm cho quan hệ lưu lượng mực nước không ổn định Lưu ý u cầu hình dạng đoạn sơng tương đối thẳng với chiều dài tối đa đến năm lần chiều rộng trung bình xuất phát từ điều kiện thực tế khó tìm đoạn sơng thẳng với độ dài vượt năm lần độ rộng Chẳng hạn với đoạn sơng đồng có chiều rộng km chiều dài đoạn sông thảng cần thiết km, điều khó hình thành thực tế Xét với trường hợp bất lợi đoạn sông thẳng nối tiếp hai đoạn sơng cong phát sinh hướng chảy xiên, nhiên với chiều dài gấp ba đến năm lần chiều rộng góc lệch xiên không lớn sai số hướng chảy xiên gây chấp nhận 1.1.1.4 Hình dạng mặt cắt ngang Yêu cầu mặt cắt ngang có dạng mở rộng dần, khơng mở rộng đột ngột (có bãi tràn), lịng sơng thoai thoải khơng có thực vật thuỷ sinh cản trở đo đạc Điều kiện tạo cho phân bố lưu tốc theo chiều rộng sông biến đổi đều, phù hợp với phương pháp trung bình cộng để tính lưu tốc bình qn phận gữa hai thuỷ trực Tuy nhiên, sơng đồng khó đáp ứng u cầu sơng đồng thường có bãi tràn bãi ngầm dịng làm cho phân bố lưu tốc theo độ rộng biến đổi phức tạp -9- 1.4.2 Điều kiện địa chất Chọn đoạn sơng có kết cấu điạ chất tốt kể lịng sơng bờ sơng nhằm hạn chế xói lở đồng thời đảm bảo bền vững cho công trình đo cáp treo, hệ thống thước nước, máy tự ghi vv… 1.4.3 Điều kiện nhân tố ảnh hưởng khác Các nhân tố ảnh hưởng khác gồm có: Hiện tượng nước dâng (nước dồn ứ, nước vật lại) tổ hợp lũ nhánh sông (khu vực ngã ba sông); nước dâng vận hành đập điều tiết nước Tác động tượng nước dâng làm cho mực nước dâng cao lưu lượng lại giảm nhỏ, chí ngừng chảy chảy ngược cục đoạn sơng ngắn Điều gây khó khăn cho đo đạc (vì lưu tốc nhỏ đo khơng xác) đồng thời hình thành quan hệ mực nước lưu lượng trái quy luật thông thường (nghịch biến) khó khăn cho cơng tác chỉnh lí số liệu tượng nước dâng biến đổi khơng có quy luật Do khơng nên chọn đoạn sơng đặt trạm khu vực ảnh hưởng nước dâng Đối với sơng miền núi cịn có tác động thác nước gây nên tượng nước nhảy, sóng xáo động mạnh dịng chảy Với dịng sơng vùng đồng có tác động giao thơng thuỷ, bến cảng xếp dỡ hàng hố, có nhiều phương tiện giao thông thuỷ neo đậu, hoạt động làm rối động dịng chảy cản trở đo đạc, không chọn đoạn sông đặt tuyến đo phạm vi ảnh hưởng bến cảng, thác nước Ngoài điều kiện có tính chất kĩ thuật nêu cần lưu ý tới điều kiện sinh hoạt nhân viên, nên đo đạc đặc biệt trạm đo sông suối vùng núi hẻo lánh Kinh nghiệm thực tế cho thấy không quan tâm mức tới yếu tố người chất lượng số liệu đo đạc khó đạt u cầu Vì có trường hợp phải châm chước điều kiện kĩ thuật mà chọn đoạn sông gần làng, gần đường giao thông, bưu điện vv… để hạn chế khó khăn đời sơngs nhân viên trạm đo - 10 - Hình 1-2 a: Hướng chảy thay đổi theo hình dạng sơng Hình 1-2 b: Hướng chảy thay đổi theo độ dốc đáy sông 1.4.4 Khảo sát thực địa lập hồ sơ kĩ thuật đoạn sông đặt trạm Căn điều kiện nêu mục tiến hành khảo sát thực địa lập hồ sơ kĩ thuật xét chọn đoạn sông cụ thể để đặt tuyến đo cho trạm Để công tác khảo sát kĩ thuật có hiệu cần phải thựchiện khảo sát sơ đồ địa hình thơng dụng với tỷ lệ 1/50000 tỷ lệ lớn Qua khảo sát sơ xác định giới hạn đoạn sông cần phải khảo sát kĩ thuật với chiều dài khoảng 3÷5 km (giới hạn đoạn sông xác định theo kinh độ, vĩ độ theo địa danh) Hồ sơ kĩ thuật đoạn sơng gồm có: 1) Bản đồ điạ hình sơng với tỷ lệ 1/1000 lớn (gồm điạ hình lịng sơng bờ sơng) 2) Bản đồ mặt cắt dọc hai bờ sông đáy sông 3) Bản đồ hệ thống mặt cắt ngang sông (gồm nhiều mặt cắt) - 11 - 4) Bản đồ hướng chảy sông 5) Tài liệu khảo sát điạ chất 6) Tài liệu điều tra mực nước kiệt lũ lịch sử 7) Tài liệu dân sinh kinh tế vùng tài liệu liên quan cần thiết khác Công tác khảo sát lập hồ sơ kĩ thuật đoạn sông đoàn khảo sát chuyên nghành thực 1.4.4.1 Xác định tuyến đo cho trạm cấp I Căn theo hồ sơ kĩ thuật đoạn sơng dài 3÷5 km với điều kiện điạ hình, địa chất định lượng (bản đồ, số liệu) với độ xác cần thiết, từ phân tích, so sánh xác định giới hạn cụ thể đoạn sống đủ dài đạt yêu cầu đặt tuyến đo Trạm thuỷ văn cấp I gồm tuyến đo sau: 1) Tuyến (tuyến bản) Tuyến mặt cắt ngang sơng vng góc với hướng chảy bình qn tồn dịng định vị khoảng đoạn sông chọn Trường hơp chưa có điều kiện xác định hướng chảy bình qn tồn dịng định vị mặt cắt ngang tuyến vng góc với đường đồng mức lịng sơng có phương song song với Tại tuyến xây dựng cơng trình đo mực nước, cơng trình đo lưu lượng nước bùn cát Trên thực địa, mặt cắt ngang tuyến định vị bốn cột tiêu thẳng hàng (mỗi bờ có hai cột) 2) Tuyến đo phao Tuyến đo phao gồm hai mặt cắt ngang song song với tuyến cách tuyến hai phía thượng hạ lưu Khoảng cách hai tuyến đo phao phải đủ dài cho thời gian phao trôi từ tuyến thượng lưu tới tuyến hạ lưu không nhỏ 20 giây (xét với lưu tốc lớn nhất) Mỗi tuyến đo phao định vị bốn cột tiêu thẳng hàng tương tự tuyến Tuyến đo phao tuyến dự phịng Trong trường hợp cơng trình đo lưu tốc máy có cố, khơng sử dụng tiến hành đo lưu tốc phao 3) Tuyến đo độ dốc mặt nước - 12 - Tuyến đo độ dốc gồm hai mặt cắt song song cách tuyến hai phía tương tự hai tuyến đo phao, khoảng cách hai tuyến độ dốc phải đủ dài cho chênh lệch mực nước hai tuyến không nhỏ 20 cm (Mục giới thiệu để tham khảo) Thực trạng tuyến đo độ dốc trạm thuỷ văn khơng có tính thực dụng mà có tính hình thức Có thể lý giải điều sau: Nếu đặt hai tuyến với khoảng cách đủ dài để có chênh lệch 20 cm sông miền núi hai tuyến phải cách xấp xỉ 1km, cịn sơng đồng khoảng cách chừng 2÷3 km Như đo độ dốc cần phải hai người kèm theo phương tiện di chuyển dọc sơng hai phía thượng hạ lưu đr đo mực nước thời điểm, điều có nghĩa phải tăng biên chế trang thiết bị khó chấp nhận (trong yếu tố độ dốc mặt nước yếu tố phụ trợ) Mặt khác xây dựng hai tuyến đo mực nước cách xa tuyến khó khăn cho việc kiểm tra bảo quản cơng trình đo hàng ngày Trái lại xây dựng hai tuyến đo mực nước cách xa tuyến để thuận lợi cho di chuyển đo đạc quản lí cơng trình chênh lệch mực nước hai tuyến nhỏ ( khoảng 3÷4cm với đồng khoảng 6÷7 cm với sơng miền núi) sai số đo mực nước tới ±2cm (nếu hai tuyến sai 1cm ngược chiều ) sai số dẫn cao độ khoảng ± 2cm Như sai số đo mực nước sai số dẫn cao độ làm sai lệch độ dốc khoảng 50 ÷ 100%, chí có trường hợp phát sinh độ dốc ngược Hình 1-3 a: Tuyến đo trạm thuỷ văn cấp I - 13 - Hình 1-3 b: Xác định vị trí trạm vµ diƯn tÝch l−u vùc Mặt cắt ngang tuyến định vị đồ địa hình thơng dụng với tỷ lệ 1/50000 tương ứng với toạ độ địa lý cụ thể (kinh độ, vĩ độ) từ xác định đường chia nước (phân thuỷ) tính diện tích lưu vực trạm đo máy đo diện tích đếm ô vuông theo tỷ lệ đồ Đối với lưu vực lớn sử dụng đồ địa hình tỷ lệ 1/100.000 1/250.000 Mặt khác cần đặt tên trạm đo theo tên địa phương cho dễ liên hệ giao dịch - 14 - Tiếp theo cơng tác xây dựng cơng trình đo mực nước, lưu lượng nước, bùn cát với nhà làm việc trạm 1.4.4.2 Xác định tuyến đo cho trạm cấp III Quy trình xác định tuyến đo cho trạm cấp III tương tự trạm cấp I, nhiên trạm cấp III đo mực nước nên điều kiện địa hình, địa mạo khơng địi hỏi khắt khe trạm cấp I Chẳng hạn mặt cắt ngang chấp nhận dạng bãi tràn rộng, độ dốc lịng sơng ngược hướng chảy ảnh hưởng khơng đáng kể vv… Do cơng tác khảo sát thực địa lập hồ sơ kĩ thuật đoạn sông đơn giản nhiều phạm vi khảo sát khoảng 1÷2 km - 15 - Chương II ĐO ĐẠC VÀ CHỈNH LÝ SỐ LƯỢNG NƯỚC 2-1 ĐO MỰC NƯỚC 2.1.1 Tầm quan trọng việc đo mực nước Mực nước cao trình mặt nước so với mặt chuẩn quy ước có cao trình “0” Mặt chuẩn quy định cho vùng lãnh thổ Miền Bắc nước ta chọn mực nước biển trung bình nhiều năm đảo Dấu (Hải Phòng), vùng đồng sơng Cửu Long chọn mực nước biển trung bình mũi Nai (Kiên Giang) làm chuẩn coi hệ cao độ quốc gia Kí hiệu biểu thị mực nước thường dùng chữ H Đơn vị đo thông dụng ngành thuỷ văn cm Nước ta thuộc vùng nhiệt đới có điạ hình tiếp giáp với biển Đơng, mưa lũ thuỷ triều hai nhân tố chủ yếu tạo nên dao động mực nước sông + Ảnh hưởng mưa lũ Vùng trung thượng lưu hệ thống sông không chịu ảnh hưởng triều mà tuý chịu ảnh hưởng mưa lũ Theo chu kì khí hậu, năm có mùa mưa mùa khô kế tiếp, tương ứng với mùa mưa mùa lũ tương ứng với mùa khô muà kiệt Mực nước mùa lũ dao động tuỳ thuộc phân phối mưa sinh lũ (vượt thấm) lưu vực theo thời gian Mực nước mùa kiệt dao động tuỳ thuộc khả cấp nước ngầm lưu vực Tương ứng với trận mưa lưu vực mực nước sơng hình thành trận lũ, gồm pha nước lên pha nước xuống Mực nước thấp thời điểm bắt đầu pha nước lên gọi chân lũ lên, mực nước cao trận lũ gọi đỉnh lũ, mực nước thấp thời điểm kết thúc pha nước xuống gọi chân lũ xuống Hiệu số mực nước đỉnh lũ chân lũ gọi biên độ lũ (lên xuống) Thời gian từ chân lên đến đỉnh lũ gọi thời gian lũ lên, từ đỉnh tới chân xuống gọi thời gian lũ xuống - 16 - Nếu có nhiều trận mưa mực nước hình thành dạng lũ nhiều đỉnh (lũ kép) Số lượng trận lũ mùa nhiều hay ít, cường suất lũ mạnh hay yếu, thời gian lũ dài, ngắn tuỳ thuộc tính chất ngẫu nhiên mưa sinh lũ + Ảnh hưởng thuỷ triều Thuỷ triều tượng mực nước biển dao động lên xuống có tính chất chu kì Thuỷ triều hình thành ngồi biển truyền vào cửa sông tiếp giáp biển làm cho mực nước vùng hạ lưu gần cửa sơng dao động có tính chất chu kì tương ứng với thuỷ triều biển Chế độ nhật triều chu kì khoảng 24h50 phút, chế độ bán nhật triều khoảng 12h25 phút Mỗi chu kì triều gồm pha triều lên pha triều xuống Đặc trưng mực nước chu kì triều tương tự đặc trưng trận lũ, theo gồm có mực nước chân triều lên, mực nước đỉnh triều, mực nước chân triều xuống, biên độ triều (lên, xuống) Thực chất vùng hạ lưu gần cửa sơng khơng ảnh hưởng triều mà cịn chịu ảnh hưởng mưa lũ thượng nguồn Do dao động mực nước phụ thuộc tổ hợp lũ triều Hình 2-1 a: Quá trình mực nước lũ tháng Hình 2-1 b: Quá trình mực nước triều tháng - 17 - + Ảnh hưởng nhân tố khác Ngoài tác động hai nhân tố chủ yếu mưa lũ thuỷ triều, dao động mực nước sơng cịn chịu ảnh hưởng điều kiện điạ hình lớp phủ bề mặt lưu vực, điều kiện điạ hình lịng sơng hoạt động người Chẳng hạn với lưu vực nhỏ miền núi mực nước dao động lên xuống với cường suất lớn, thời gian lũ ngắn, với lưu vực lớn mực nước dao động điều hồ Địa hình sơng mở rộng thu hẹp làm biến dạng lũ triều theo hướng dòng chảy Hoạt động người trồng rừng, khai thác rừng, xây dựng đập dâng, xây dựng nhà máy thuỷ điện, cống ngăn triều, trạm bơm tiêu úng, đắp đê bao vv làm biến dạng lũ triều Tuy nhiên ảnh hưởng điều kiện địa hình hoạt động người chi phối nhiều dao động mực nước sơng mà làm thay đổi quy luật dao động theo chu kì ngày, nửa ngày thuỷ triều 2.1.2 Chế độ đo mực nước Chế độ đo mực nước quy định số lần đo phân phối lần đo mực nước ngày nhằm mục đích thu số liệu tương đối đầy đủ, xác thay đổi mực nước theo thời gian không đòi hỏi nhiều nhân lực (biên chế nhân sự, lương bổng) cường độ làm việc căng thẳng (ca, kíp ngày đêm) Điều có nghĩa quy định chế độ đo cần phải hài hoà yêu cầu kĩ thuật chi phí đo đạc Theo quy phạm đo đạc thuỷ văn hành có quy định chế độ đo sau: Đo hai lần ngày vào thời điểm 19 Đo bồn lần ngày vào thời điểm 1, 7, 13, 19 Đo tám lần ngày vào thời điểm 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22 Đo mười hai lần ngày vào lẻ 1, 3, 5, 7, 9….21, 23 Đo hai tư lần ngày vào thời điểm 1, 2, 3, 4…23, 24 Nguyên tắc áp dụng chế độ là: cường suất mực nước lớn đo nhiều lần ngày ngược lại (cường suất mực nước mức độ thay đổi mực nước đơn vị - 18 - thời gian dH / dt (cmm/giờ) Trên thực tế thường vận dụng chế độ đo mực nước sau: Đối với vùng sông ảnh hưởng triều áp dụng chế độ đo đồng 24 lần ngày mực nước vùng triều dao động liên tục với cường suất tương đối lớn Đối với vùng sông không ảnh hưởng triều áp dụng chế độ đo lần ngày mùa kiệt, có lũ nhỏ áp dụng chế độ đo lần ngày Trong mùa lũ tuỳ theo cường suất mực nước mà thay đổi chế độ đo cho phù hợp phải đo lần ngày 2.1.3 Dụng cụ đo đạc trang thiết bị đo mực nước Phương tiện đo mực nước dùng rộng rãi nhiều trạm thuỷ văn hệ thống cọc hệ thống thuỷ chí đo mực nước Ưu điểm loại phương tiện chi phí đầu tư xây dựng thấp, cách sử dụng đơn giản 1) Hệ thống cọc đo mực nước a) Cấu tạo Hệ thống cọc đo mực nước gồm nhiều cọc gỗ, bệ tông kim loại Hệ thống cọc chôn vững chắc, thẳng hàng theo tuyến đo trạm thuỷ văn cho đo mực nước từ thấp đến cao Đầu cọc cao mặt đất khoảng 10cm cao trình đầu cọc xác định theo hệ cao độ quốc gia Khoảng cách cọc không gần xa cho với cấp mực nước có thề lội sông đo trực tiếp đầu cọc an tồn thuận tiện (hình 2-2a) Hệ thống cọc đánh số thứ tự từ vị trí cao tới thấp b) Cách sử dụng Người đo mực nước lội tới gần cọc, sử dụng thước cầm tay chuyên dùng đo độ sâu từ mặt nước tới đầu cọc ghi vào sổ đo mực nước Trị số độ sâu thường quen gọi “số đọc” Mực nước thời điểm đo tính sau: H = Δ + S1 Trong H : Mực nước tức thời Δ1 : Cao trình đầu cọc S1 : Số đọc độ sâu đầu cọc c) Điều kiện sử dụng - 19 - (2-1) Hệ thống cọc đo mực nước chi phí đầu tư thấp, khơng cản trở giao thơng thuỷ sử dụng cho trạm đo có nhiều phương tiện giao thơng thuỷ hoạt động Mặt khác hệ thống phải lội đo trực tiếp phù hợp với địa hình lịng sơng có độ dốc nhỏ đảm bảo an tồn 2) Hệ thống thuỷ chí đo mực nước a) Cấu tạo Thuỷ chí loại thước chuyên dùng đo mực nước ngành thuỷ văn thường làm gỗ chịu nước Hình dạng thủy chí có số đo sau: Chiều dài khoảng 2÷3 m, chiều rộng từ 10÷20 cm, chiều rộng từ 3÷4 cm Thuỷ chí sơn kẻ vạch với độ xác cm Thuỷ chí dựng theo phương thẳng đứng giá đỡ kim loại có kết cấu móng bê tơng Hệ thống thuỷ chí dựng thẳng hàng theo tuyến đo mực nước trạm cho đo cấp mực nước từ thấp đến cao Cao trình vạch số thuỷ chí (gốc thuỷ chí) xác định theo hệ cao độ quốc gia Hệ thống thuỷ chí đánh số thứ tự từ cao tới thấp Hình 2-2 a: Hệ thống cọc đo mực nước - 20 - ... chỉnh lý số lượng nước Chương : Đo chất lượng nước chỉnh lý số liệu Chương : Xây dựng sở liệu khí tượng thuỷ văn Chương : Thực tập môn học đo đạc chỉnh lý số liệu thuỷ văn Giáo trình tập thể giáo. .. tài trợ, giáo trình ? ?Đo đạc chỉnh lý số liệu thuỷ văn? ?? biên soạn lại bổ sung số nội dung : Đo đạc chất lương nước xây dựng sở liệu khí tượng thuỷ văn Nội dung giáo trình gồm kiến thức đo đạc yếu... đo cần phải hài hoà yêu cầu kĩ thuật chi phí đo đạc Theo quy phạm đo đạc thuỷ văn hành có quy định chế độ đo sau: Đo hai lần ngày vào thời điểm 19 Đo bồn lần ngày vào thời điểm 1, 7, 13 , 19 Đo