TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ MÔN QUẢN LÝ TỔNG HỢP VÙNG VEN BIỀN PGS TS Trần Thanh Tùng (Chủ biên) TS Nguyễn Quang Chiến, TS Lê Tuấn Hải, PGS TS Nguyễn Thị Thế Nguyên GIÁO TRÌNH ĐO ĐẠC THỦY, HẢI VẢN VÙNG[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ MÔN QUẢN LÝ TỔNG HỢP VÙNG VEN BIỀN PGS TS Trần Thanh Tùng (Chủ biên) TS Nguyễn Quang Chiến, TS Lê Tuấn Hải, PGS TS Nguyễn Thị Thế Nguyên GIÁO TRÌNH ĐO ĐẠC THỦY, HẢI VẢN VÙNG CỬA SÔNG, VEN BIỂN NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI Biên mục xuất phấm Thư viện Quốc gia Việt Nam Giáo trình Đo đạc thủy, hải văn vùng cửa sông, ven biến / Trần Thanh Tùng (ch.b.), Nguyễn Quang Chiến, Lê Tuấn Hải, Nguyễn Thị Thế Nguyên - H : Bách khoa Hà Nội, 2020 - 284tr : minh họa ; 27cm ĐTTS ghi: Trường Đại học Thuỳ lợi Bộ môn Quản lý Tổng hợp vùng ven biển Phụ lục: tr 278-279 - Thư mục: tr 280-283 Đo đạc Thuỷ văn học Hải dương học Cửa sông vùng ven biến Giáo trình 526.990711 - dc23 BKF0180p-CIP LỜI NÓI ĐÀU Đo đạc thủy, hải văn vùng cửa sông, ven biển nội dung quan trọng cồng tác điều tra vùng cửa sông vùng ven biển nuớc ta, nhu công tác quy hoạch, khai thác, bảo vệ thiết kế cơng trình vùng cửa sơng, ven biển Do cần trang bị kiến thức đo đạc quan trắc biển cho kỹ sư, cán quản lý làm công tác quản lý, quy hoạch tính tốn thiết kế cơng trình vùng ven biển Việt Nam có 3.200 km đường bờ biến, nhiều đoạn bờ có cấu tạo cát mịn, bùn (như vùng đồng châu thố sông Hồng, sông Cửu Long) cấu tạo cát (như dải bờ biển miền Trung) bị xói lở với tốc độ cao, đặc biệt điều kiện nay, tác động tượng thời tiết bất thường ngày trở nên rõ rệt Trong vài thập kỷ qua, việc nghiên cứu phương pháp, công nghệ quan trắc, đo đạc bờ bãi biến nói chung yếu tố động lực vùng ven bờ vùng cửa sơng có vai trò chi phối diễn biến diễn bờ biến nói riêng nhiều nhà khoa học tố chức quan tâm đạt nhiều thành tựu tiên tiến Sự phát triển nhanh kinh tế với việc ứng dụng rộng rãi thành tựu khoa học kỹ thuật đại từ nước tiên tiến giới lĩnh vực kỹ thuật biển vào nước ta bước đại hóa cơng nghệ quan trắc, đo đạc biển Việt Nam Tuy nhiên, để ứng dụng phát triển công nghệ quan trắc, đo đạc vùng ven biển phục vụ công tác quản lý, khai thác, bảo vệ tài ngun, mơi trường vùng ven biến, tính tốn thiết kế cơng trình ven biến kết cần phải bố sung hoàn thiện nhiều Từ năm 2003, mồn học “Thủy đạc biển” bắt đầu giảng dạy cho sinh viên theo học chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình biến khoa Kỹ thuật biến, Trường Đại học Thủy lợi Mặc dù vậy, nhiều nguyên nhân khác nên giáo trình phục vụ cho mơn học chưa biến soạn đế phục vụ việc giảng dạy Với lý nêu trên, biên soạn “Giáo trình Đo đạc thủy, hải văn vùng cửa sông, ven biển” để làm tài liệu phục vụ cho việc đào tạo đo đạc yếu tố thủy, hải văn vùng cửa sông, ven biến Việt Nam Giáo trình khơng tài liệu giảng dạy môn học “Đo đạc quan trắc biến” cho sinh viên theo học chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình biến Trường Đại học Thủy lợi mà cịn làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên ngành khoa học Trái Đất khác Ngồi ra, giáo trình tài liệu tham khảo cho sinh viên cán ngành Xây dựng, Hàng hải, Giao thông, Tài nguyên Môi trường, Khoa học biến, cho nhà quy hoạch quản lý, Nội dung giáo trình gồm chương, việc biên soạn phân công sau: PGS TS Trần Thanh Tùng, chủ biên, biên soạn phần mở đầu chương 1,3,4 TS Nguyễn Quang Chiến biên soạn chương 5, 6, TS Lê Tuấn Hải biên soạn chương 2, PGS TS Nguyễn Thị Thế Nguyên biên soạn chương Trong trình biên soạn hồn chỉnh thảo giáo trình, chúng tơi nhận nhiều ý kiến đóng góp Bộ môn Quản lý tổng họp vùng ven biển, Khoa Kỳ thuật biển, Khoa Thủy văn tài nguyên nước, Trường Đại học Thủy lợi, góp ý giúp đỡ chuyên gia Trung tâm Hải văn, Tông cục Biến Hải đảo Việt Nam, số chuyên gia Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Chúng tồi chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu Trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi sai sót, tập tác giả mong nhận đóng góp ý kiến bạn đọc Mọi ý kiến góp ỷ xin gửi về: Bộ mơn Quản lý tổng họp vùng ven biển, Khoa Cồng trình, Trường Đại học Thủy lợi, 175 - Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội Xin chân thành cảm ơn! Các tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH 13 DANH MỤC BẢNG 19 BẢNG KÝ HIỆU 20 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẤT 24 Chương ĐO Mực NƯỚC 27 1.1 Mục đích, ý nghĩa đo mực nưó’c 27 1.1.1 Khái niệm mực nước 27 1.1.2 Khái niệm mặt chuẩn loại số “0” .27 1.1.3 Quan trắc mực nước biển 28 1.1.4 Mục đích tầm quan trọng đo đạc mực nước 29 1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến dao động mực nước 29 1.2 Chế độ đo mực nước 32 1.2.1 Khái niệm nguyên tắc chung 32 1.2.2 Chế độ đo mực nước 32 1.3 Công trình thiết bị đo đạc mực nước 34 1.3.1 Nguyên tắc bố trí cơng trình quan trắc mực nước vùng cửa sồng 34 1.3.2 Nguyên tắc bố trí địa điểm quan trắc mực nước biển 35 1.3.3 u cầu xây dựng cơng trình quan trắc mực nước 35 1.3.4 Các mốc cao độ phục vụ đo đạc mực nước biến, mực nước cửa sông 36 1.3.5 Thước đo mực nước cầm tay .36 1.3.6 Hệ thống cọc quan trắc mực nước 36 1.3.7 Hệ thống thủy chí đo mực nước 39 1.3.8 Thiết bị đo mực nước tự động kiểu tự ghi 41 1.4 Tính tốn đặc trưng mực nước 48 1.4.1 Mực nước cao nhất, thấp biên độ dao động mực nước 48 1.4.2 Tính mực nước trung bình ngày 48 1.4.3 Tính mực nước trung bình tháng 49 1.4.4 Tính mực nước trung bình năm 49 1.5 Sai số đo đạc chỉnh lý số liệu đo mực nước 49 1.5.1 Mục đích chỉnh lỷ số liệu đo đạc 49 1.5.2 Nội dung chỉnh lý số liệu đo đạc 50 1.5.3 Tính chất chung thay đổi mực nước 53 1.5.4 Sai số đo đạc mực nước cách xử lý 57 Chương ĐO ĐỊA HÌNH ĐÁY 58 2.1 Giới thiệu 58 2.1.1 Mục đích, ý nghĩa đo đạc địa hình đáy 58 2.1.2 Định nghĩa khái niệm độ sâu 58 2.1.3 Các thuật ngữ 58 2.2 Định vị hệ thống hệ thống định vị toàn cầu GPS 61 2.2.1 Định vị 61 2.2.2 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) 63 2.2.3 Phương pháp đo GPS động tức thời (RTK - Real Time Kinematic GPS) 64 2.3 Dụng cụ thiết bị đo sâu 66 2.3.1 Thước sắt sào đo sâu 66 2.3.2 Dùng dọi hay tời cá sắt đo sâu 66 2.3.3 Máy hồi âm đo sâu 67 2.4 Phương pháp đo sâu 70 2.4.1 Đo sâu theo mặt ngang 70 2.4.2 Đo sâu mặt cắt ngang trạm thủy ván 71 2.5 Sai số xử lý liệu đo đạc 74 2.5.1 Các nguồn sai số ảnh huởng đến độ xác đo sâu hồi âm 75 2.5.2 Kiếm nghiệm máy đo sâu hồi âm 78 2.5.3 Hiệu chỉnh độ sâu, vẽ tính mặt cắt ngang sông 78 2.5.4 Thành lập lưới khống chế độ cao 81 2.5.5 Vẽ tính mặt cắt ngang sơng 82 Chương DO DẠC VẬN róc DỊNG CHẢY 85 3.1 Khái niệm bán vê đo đạc vận toc dòng chày 85 3.1.1 Mục đích, ỷ nghĩa đo đạc vận tốc dỏng cháy 85 3.1.2 Khái niệm vả đặc trung co bán cùa vận tốc 85 3.2 Biến đối vận tốc theo không gian thời gian 85 3.2.1 Phàn bô vận tôc theo không gian 86 3.2.2 Biên dôi cùa vận tỏc theo thời gian 87 3.3 Dụng cụ thiết bị vận tốc 88 3.3.1 Khái quát chung ve thiết bị đo vận tốc 88 3.3.2 Thiết bị đo vặn tốc dòng chày kiều đếm vỏng (máy vân tốc kế) 89 3.3.3 Thiết bị đo vận tốc dòng chày kiểu điện - từ 96 3.3.4 Thiết bị đo vận tắc kiêu phao 97 3.4 Phưong pháp vận tốc 107 3.4.1 Đường thủy trục trẽn mặt cát ngang sông 107 3.4.2 Nguyên tác bố tri thúy trục đo vận tốc 108 3.4.3 Chế độ đo vận tốc trạm thúy ván 109 3.4.4 Trinh tự lần đo vận tốc 111 3.4.5 Do vận lòe thúy trục đại biêu 112 3.4.6 Phương pháp vận tôc bâng phao 115 3.4.7 Phương pháp lưu lượng dòng cháy bang ADCP 118 3.5 Tính tốn vận tốc diem thủy trực mặt cắt 120 3.5.1 Tính toàn vận tốc diem đo 120 3.5.2 Tinh vặn tốc binh quân thủy trực 120 3.5.3 Tinh vận tốc bình quàn phận 121 3.5.4 Tinh vận tốc toàn mặt cắt ngang 122 3.6 Sai so tinh vận tốc .122 Chương ĐO ĐẠC LƯU LƯỢNG VÙNG ẢNH HƯỞNG TRIÈL' 124 4.1 Khái niệm chung 124 4.1.1 Định nghĩa lưu lượng 124 4.1.2 Ý nghĩa cùa đo dọc lưu lượng 124 4.1.3 Đạc diem thúy văn vũng ănh hưởng triều .124 4.2 Cơng «rinh đo hru lượng 127 4.2.1 Ycu câu cua công trinh đo lưu lượng 127 4.2.2 Cơng trình đo lưu lượng vùng cứa sòng 127 4.3 Chề độ đo lun lưọng 129 4.3.1 Phàn loại ảnh hướng triều .129 4.3.2 Che độ đo lưu lượng 130 4.4 Đo lưu lượng ỏ'vùng cưa sông 131 4.4.1 Công trinh vả phương tiện đo 131 4.4.2 Nguyên tắc đo lưu lượng dòng triều .131 4.4.3 Quy trinh dụt đo lưu lượng 15 ngày 133 4.4.4 Tính lưu lượng triều dạc trưng dòng triều 134 4.4.5 Tống họp sổ liệu lưu lượng thục đo đúc trưng 137 4.5 Tính tốn lưu lượng 139 4.5.1 Khãi quát chung vê phương pháp xác dinh lưu lượng 139 4.5.2 Tính tốn lưu lượng theo phương pháp "toe đỏ - diện tích" 139 4.5.3 Trinh tự tinh lưu lượng nước thục đo 141 4.6 Chinh lý số liệu đo đạc lưu lượng 145 4.6.1 Mục đích chinh lý sơ liệu lưu lượng nước 145 4.6.2 Nội dung chinh lý lưu lượng nước ánh hướng trièu 146 4.6.3 Chinh lý số liệu lưu lượng nước trạm đo ánh hương triều yếu 150 Chương DO DẠC DỌ MẠN 152 5.1 Mục đích, ý nghĩa việc đo đạc độ mận 152 5.2 Khái niệm bán 153 5.2.1 Độ muối .153 5.2.2 Độ mận 154 5.2.3 Thang độ mặn thục dụng PSS 154 5.2.4 Đác diem phàn bố ve dỏ mặn thành phấn nước dại dương 155 5.2.5 Phán loại nước theo độ mặn 156 5.3 Các kiểu xâm nhập mặn vùng cứa sông 157 5.3.1 Phản loại vùng cứa sơng theo hịa trộn .157 5.3.2 Các kiêu xâm nhập mặn vũng cửa sông 158 5.4 Vj trí che dộ dạc lấy mầu 159 5.4.1 Chọn vị trí lấy mẫu vùng cứa sơng, ven biên 159 5.4.2 Chọn vị trí lấy mau trẽn thúy trực 160 5.4.3 Thòi gian chế độ lấy mầu 161 5.5 Phưong pháp lay mẫu thao tác máy 162 5.5.1 Cách lây mẩu thi) công 162 5.5.2 Cách dũng mây đo YSI-30 162 5.5.3 Phương pháp quan trãc nhiệt dộ bãng máy YSI-30 164 5.6 Phuong pháp phân tích xác định độ mặn 164 5.6.1 Xác định thông qua dộ clo băng phương pháp Knudsen 164 5.6.2 Tinh tốn độ mặn thịng qua độ dẫn 166 5.7 Chinh lý tài liệu 167 5.8 Điêu tra khao sát xâm nhập mận sông 167 5.8.1 Nguyên tác xác định diêm đo điêu tia kháo sái 167 5.8.2 Nội dung điều tra khảo sát .168 5.8.3 Kháo sát thực tế 169 5.8.4 Lập hổ so diều tra kháo sát 169 5.8.5 Phân công nhiệm vụ thục điều tra kháo sát 170 5.8.6 Diet) tra kháo sát m$n 170 Chirong DO DẠC VÀ CHĨNH LÝ SÓ LIÊU BÙN CÁT 171 6.1 Mục đích, ý nghỉa việc dạc vận chuyên bùn cát 171 6.2 Nguồn gốc, dặc trung, phân loại bùn cát .172 6.2.1 Nguồn gốc vả thánh phần cùa bún cât 172 6.2.2 Đặc tính vả phân loại bùn cát 173 6.2.3 Dạng đáy 174 6.2.4 Phàn loại vặn chuyên bùn cát 175 6.3 Do đạc bủn cát lơ lửng 179 6.3.1 Giới thiệu 179 6.3.2 Nguyên lý 180 6.3.3 Thict bị đo lưu lượng vận chuyên bùn cát lơ lưng 182 6.3.4 Thiết bị lấy mẫu nước đo hãm lượng bún cát rữa tròi 189 6.3.5 Tính tốn lưu lượng bùn cát lơ lừng .191 6.3.6 Chinh biên tài liệu tính bùn cát lơ lừng 193 6.4 Do đạc vã phân tích hùn cát đáy 194 6.4.1 Nguycn lý chung 194 6.4.2 Thiết bị đo lưu lượng vận chuyền bủn cát 195 6.4.3 Phương pháp tính lưu lượng vận chuyên bủn cát đáy 198 6.4.4 Phương pháp quan trác dạng dãy 198 6.4.5 Gàu ngoạm dãy việc lây mau dãy 199 6.4.6 Phàn tích thành phần kích thước hạt 202 Chương DO DẠC SÓNG BIẾN 206 7.1 Mục đích, ý nghĩa việc đo đạc sóng 206 7.2 Các loại sóng, kiểu sóng vả yểu tố quan trắc 206 7.3 Các ngun lý phương pháp đo sóng thơng dụng 210 7.3.1 Quan sát bủng mải 210 7.3.2 Đo đạc thiết bị chồ 211 7.3.3 Phương pháp viễn thảm 216 7.4 Thiết bị sóng 220 7.4.1 Phao đo thù công 220 7.4.2 Máy đo Ivanov 221 7.4.3 Ra-đa 222 7.4.4 Phao đo sóng tự động 223 7.4.5 Máy tơng hợp sóng - dịng cháy AWAC 224 7.5 Trình tự đo sóng trạm hái văn 224 10 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A: BIÉN ĐOI FOURIER TRONG PHÂN TÍCH PHO SĨNG Phơ sóng định nghĩa theo biên đỏ thành phản dao động điều hỏa: đêu băng chi trừ cos(2nA>r)cos(2ạA/) ? p = i, nen tich phản gian hóa thành: Fra) = ^Í4cosĩ(2^)rft=^-ícos2(2^) (A.10) /J Đ Vi thời đoạn đo sóng D - bội số cùa chu kỹ Ti nên kết cùa tích phân ] cos:(2,tộ)