Thông tin tài liệu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN | BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN Thủy văn lưu vực (Watershed hydrology) Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Quản lý lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Nội dung Khái niệm (Concepts) Thủy văn (Hydrology) Thủy văn lưu vực (Watershed hydrology) Chu trình thủy văn (Hydrology cycle) Các trình thủy văn (Hydrologic processes) Lượng Bốc mưa (Rainfall) thoát (Evapotranspiration) Thấm nước (Infiltration) Dòng chảy (Runoff) Phương pháp ước tính dịng chảy (Runoff estimation method) Phương pháp số hiệu đường cong (Curve Number) Phương pháp hợp lý (Rational method) Thủy văn lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Khoa học nước Trái đất ngành khoa học Khoa học khí Địa chất (Khí quyển) LITHOSPHERE (Thạch quyển) Thủy văn Hải dương học Khoa học nước Sinh học (Sinh quyển) (Thủy quyển) Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Thủy văn gì? Nước (hydro) Nghiên cứu (logy) Nghiên cứu phân bố vận động nước bề mặt Trái đất, tác động người số lượng, chất lượng nguồn nước (Hydrology is the study of the distribution and movement of water both on and below the Earth’s surface, as well as the impact of human activity on water availability and conditions) học liên quan đến đặc điểm không-thời gian số lượng chất lượng nước, bao gồm xuất hiện, phân bố, vận động, lưu trữ Khoa Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Phân nhánh thủy văn (TV) TV toàn cầu (Global hydrology) TV lưu vực (Watershed hydrology) TV sông (River hydrology) TV hồ (Lake and reservoir hydrology) TV nước đất (Groundwater hydrology) TV băng (Glacier hydrology) Khí tượng TV (Hydrometeorology) TV sinh thái (Eco-hydrology) TV đất ngập nước (Wetland hydrology) TV cửa sông ven biển (Estuarine and coastal hydrology) Thời gian Giờ Ngày Tháng Mùa Năm Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Thủy văn lưu vực gì? Nghiên cứu phân bố vận động nước lưu vực Lưu vực đơn vị đất đai để mơ tả, phân tích liệu thủy văn Lâm phần Lâm nghiệp Đồng ruộng Nông nghiệp Thành phố Quản lý đô thị Thủy văn lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn gì? Nước vận động hệ thống, theo chu trình thủy văn (vịng tuần hồn nước) Tập hợp yếu tố/ thành phần có liên quan/ phụ thuộc lẫn tạo thành thể thống Giáng thủy Thốt Thấm nước Lưu lượng dịng chảy Bốc Chuyển động nước khí quyển, bề mặt đất tầng chứa nước ngầm, bao gồm nhiều q trình vật lý, hóa học sinh học tương tác với 15 km khí THỦY QUYỂN km thạch Nước tồn không liên tục, trên, gần bề mặt đất, thể: rắn (băng tuyết), lỏng (nước mặt, nước ngầm lưu giữ đất đá), khí (hơi nước khí quyển) Các q trình liên quan đến vận động nước: giáng thủy, bốc hơi, thoát hơi, thấm nước, dòng chảy lưu lượng dòng chảy Thủy văn lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Nguồn lượng cho chu trình thủy văn ở Cân lượng toàn cầu (%) Năng lượng Mặt trời dạng nhiệt Đặc biệt nhiệt từ bề mặt Trái đất (chiếm 31% lượng Mặt trời đến Trái đất) dạng: nhiệt ẩn (24%), nhiệt (7%) Cùng với lực hấp dẫn, lượng Mặt trời: cho nước di chuyển bốc thoát nước từ đại dương, mặt đất vào khí quyển, Sóng ngắn Bức xạ (%) Bức xạ đến Hấp thụ nước, bụi, ozone tụ giáng thủy từ khí xuống mặt đất, dịng chảy sơng suối dịng chảy ngầm từ mặt đất đại dương Sóng dài Tán xạ ngược khơng khí Phản xạ từ mây giữ ngưng KHÔNG GIAN Hấp thụ mây Phản xạ từ mặt đất Phát xạ mây Phát xạ nước, CO2, ozone KHÍ QUYỂN Hấp thụ mây, nước, CO2, ozone Nhiệt ẩn Nhiệt tạo Hấp thụ mặt đất Bức xạ sóng dài MẶT ĐẤT Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Chu trình thuỷ văn tồn cầu Vịng tuần hoàn nước quanh Trái đất Hệ thống kín: Chỉ trao đổi lượng với mơi trường bên ngồi, khơng thể trao đổi vật chất q trình liên kết với nhau, khơng có đầu vào, đầu với bên ngồi (khơng có nước vào, ngồi Trái đất) Mơi trường bên ngồi Năng lượng Các Hệ thống kín Lượng nước tồn cầu hữu hạn khơng đổi (bảo tồn khối lượng) bố lượng nước tồn cầu thay đổi theo khơng gian (vùng khí hậu), thời gian, trạng thái tồn (rắn, lỏng, khí) Phân Vật chất Chi phối lượng mặt trời hấp dẫn Năng lượng mặt trời dạng nhiệt Bốc Ngưng tụ Thế hấp dẫn làm cho dòng chảy di chuyển xuống dốc vào sông suối, mưa rơi xuống đất Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực 10 Thủy văn lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Bài tập Dòng chảy phần nước mưa, tuyết tan, nước tưới chảy đến sông suối? A B C Trên bề mặt không thấm nước Dọc bề mặt đất bên bề mặt đất C Xuyên qua đất D Dưới bề mặt đất Dịng chảy xen kẽ quan trọng dịng chảy bề mặt tạo gia tăng dịng chảy nhanh chóng khu vực nào? A B D Cây cối rậm rạp, địa hình dốc Vùng có đá gốc khơng thấm nước nằm lớp đất thấm nước Khu vực bị cháy Con người khai thác nguồn nước nào? A Nước mặt B Nước ngầm C Nước mặt, nước ngầm nông D Nước mặt, nước ngầm nông, nước ngầm sâu Đơ thị 64 Thủy văn lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Ước tính dịng chảy bề mặt lưu vực Phương pháp số hiệu đường cong (Curve Number) sử dụng để tính tốn dịng chảy bề mặt theo số liệu lượng mưa ngày: 𝐐𝐬𝐮𝐫𝐟 Qsurf (𝐑 − 𝟎, 𝟐𝐒)𝟐 = 𝐑 + 𝟎, 𝟖𝐒 dòng chảy bề mặt ngày (mm), R lượng mưa ngày (mm), S tham số lưu giữ ngày (mm), CN 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝐒 = 𝟐𝟓, 𝟒 − 𝟏𝟎 𝐂𝐍 số hiệu đường cong (từ đến 100) Mặt nước có CN = 100 (tồn lượng mưa trở thành dòng chảy mặt) Dòng chảy bề mặt (mm) Lượng mưa (mm) 65 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Số hiệu đường cong Thủy văn lưu vực *Điều kiện thủy văn: Kém thấm nhiều làm giảm dịng chảy bề mặt, Tốt thấm làm tăng dòng chảy bề mặt Thay đổi theo sử dụng đất thổ nhưỡng (tính thấm, nước đất) Loại trồng Sử dụng đất Biện pháp canh tác Đất trống Điều kiện thủy văn* Bỏ hoang Kém Phủ tàn dư trồng (CR) Tốt Kém Thẳng hàng (SR) Tốt Kém SR + CR Tốt Kém Cây trồng theo hàng Đường bình độ (C) Tốt (rau màu khoai Kém tây, đậu, ngơ,…) C + CR Tốt Đường bình độ, Bậc thang Kém (C & T) Tốt Kém C&T+C Tốt Kém SR Tốt Kém SR + CR Tốt Kém C Tốt Lúa Kém C + CR Tốt Kém C&T Tốt Kém C & T + CR Tốt A: Tốc độ thấm cao 77 76 74 72 67 71 64 70 65 69 64 66 62 65 61 65 63 64 60 63 61 62 60 61 59 60 58 CN cho nhóm đất thủy văn B: Tốc độ thấm trung bình C: Tốc độ thấm thấp D: Tốc độ thấm thấp 86 85 83 81 78 80 75 79 75 78 74 74 71 73 70 76 75 75 72 74 73 73 72 72 70 71 69 91 90 88 88 85 87 82 84 82 83 81 80 78 79 77 84 83 83 80 82 81 81 80 79 78 78 77 94 93 90 91 89 90 85 88 86 87 85 82 81 81 80 88 87 86 84 85 84 84 83 82 81 81 80 66 Số hiệu đường cong Sử dụng đất Loại trồng Đồng cỏ Cây thân gỗ - cỏ kết hợp (vườn trang trại trồng cây) Cây thân gỗ Thủy văn lưu vực *Điều kiện thủy văn: Kém thấm nhiều làm giảm dòng chảy bề mặt, Trung bình thấm vừa, Tốt thấm làm tăng dịng chảy bề mặt Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn CN cho nhóm đất thủy văn A: Tốc độ thấm cao B: Tốc độ thấm trung bình C: Tốc độ thấm thấp D: Tốc độ thấm thấp Kém (che phủ 75%) 30 48 65 73 Kém 57 73 82 86 Trung bình 43 65 76 82 Tốt 32 58 72 79 Kém (mật độ thưa) 45 66 77 83 Trung bình (mật độ vừa) 36 60 73 79 Tốt (mật độ dày) 30 55 70 77 Điều kiện thủy văn* Sử dụng đất Đất đô thị CN cho nhóm đất thủy văn A: Tốc độ thấm cao B: Tốc độ thấm trung bình C: Tốc độ thấm thấp D: Tốc độ thấm thấp Đường lát đá 98 98 98 98 Đường trải nhựa 83 89 92 93 Đường rải sỏi 76 85 89 91 Đường đất 72 82 87 89 Khu thương mại, kinh doanh 89 92 94 95 Khu công nghiệp 81 88 91 93 Khu dân cư 77 85 90 92 67 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Số hiệu đường cong Số hiệu đường cong lưu vực (CN) tính theo cơng thức: σ𝐧𝐢=𝟏 𝐂𝐍𝐢 𝐀 𝐢 𝐂𝐍 = 𝐀 CN A diện tích lưu vực, CNi Ai số hiệu đường cong lưu vực, số hiệu đường cong tiểu lưu vực/ khu vực i, diện tích tiểu lưu vực/ khu vực i 68 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Ví dụ ước tính dịng chảy bề mặt lưu vực Lưu vực rộng 150 ha, bao gồm: 50 ngô trồng thẳng hàng với điều kiện thủy văn tốt, 40 đồng cỏ với điều kiện thủy văn trung bình, 30 họ đậu trồng thẳng hàng với điều kiện thủy văn kém, 30 rừng gỗ với điều kiện thủy văn tốt Đất lưu vực thuộc nhóm thủy văn A Tính dịng chảy bề mặt lượng mưa 120 mm? Sử dụng bảng tra, CNi ngô, đồng cỏ, họ đậu rừng gỗ 67, 35, 72, 30 Số hiệu đường cong lưu vực: 𝐂𝐍 = 𝟔𝟕 × 𝟓𝟎 + 𝟑𝟓 × 𝟒𝟎 + 𝟕𝟐 × 𝟑𝟎 + 𝟑𝟎 × 𝟑𝟎 = 𝟓𝟐, 𝟎𝟕 𝟏𝟓𝟎 𝟏𝟎𝟎𝟎 Tham số lưu giữ ngày: 𝐒 = 𝟐𝟓, 𝟒 − 𝟏𝟎 = 𝟐𝟑𝟑, 𝟖𝟎 𝒎𝒎 𝟓𝟐, 𝟎𝟕 Dịng chảy bề mặt: 𝐐𝐬𝐮𝐫𝐟 (𝟏𝟐𝟎 − 𝟎, 𝟐 × 𝟐𝟑𝟑, 𝟖𝟎)𝟐 = = 𝟏𝟕, 𝟒𝟔 𝒎𝒎 (𝟏𝟐𝟎 + 𝟎, ì , ) 69 Copyright â 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Bài tập Một lưu vực có 10 lúa trồng thẳng hàng với điều kiện thủy văn kém, 50 rừng gỗ với điều kiện thủy văn tốt, đường đất, 30 khu dân cư Đất vùng trồng lúa, rừng gỗ, đường đất thuộc nhóm thủy văn B Đất khu dân cư thuộc nhóm thủy văn D Tính số hiệu đường cong CN lưu vực? Tính tham số lưu giữ ngày? Tính dịng chảy bề mặt lượng mưa 100 mm? 70 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Ước tính đỉnh dịng chảy lưu vực Phương pháp hợp lý (Rational method) sử dụng rộng rãi tính tốn đỉnh dịng chảy (lưu lượng dịng chảy lớn nhất) lưu vực sơng nhỏ 𝐂𝐈𝐀 𝐐= 𝟑𝟔𝟎 Q đỉnh dòng chảy (m³/s); C hệ số dòng chảy lưu vực (từ đến 1); Mặt nước có CN = (tồn lượng mưa trở thành dòng chảy mặt) I cường độ mưa lưu vực (mm/h) thời gian tập trung nước; A diện tích lưu vực (ha) 71 Thủy văn lưu vực Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Hệ số dòng chảy Thay đổi theo sử dụng đất, loại đất, độ dốc Sử dụng đất Độ dốc Loại đất 10% Khu thương mại, kinh doanh 0,80 0,85 0,85 Khu công nghiệp 0,50 0,70 0,80 Khu dân cư 0,50 0,55 0,60 Đất sét, đất thịt 0,50 0,55 0,60 Đất cát, đất sỏi 0,25 0,30 0,35 Đồng cỏ 0,25 0,30 0,35 Rừng 0,10 0,15 0,20 Đất trống 0,10 0,15 0,20 Đất canh tác 72 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Hệ số dòng chảy Hệ số dòng chảy lưu vực (C) tính theo cơng thức: σ𝐧𝐢=𝟏 𝐂𝐢 𝐀 𝐢 𝐂= 𝐀 C hệ số dòng chảy lưu vực, A diện tích lưu vực, Ci hệ số dòng chảy tiểu lưu vực/ khu vực i, Ai diện tích tiểu lưu vực/ khu vực i 73 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Ví dụ ước tính đỉnh dịng chảy lưu vực Lưu vực rộng 50 ha, bao gồm 20 đất canh tác đất cát, 10 đồng cỏ 20 rừng Tồn lưu vực có độ dốc 5% Tính đỉnh dịng chảy cường độ mưa 120 mm/h? Sử dụng bảng tra, Ci đất canh tác, đồng cỏ rừng 0,30, 0,30, 0,15 Hệ số dòng chảy lưu vực: 𝟐𝟎 × 𝟎, 𝟑𝟎 + 𝟏𝟎 × 𝟎, 𝟑𝟎 + 𝟐𝟎 × 𝟎, 𝟏𝟓 𝐂= = 𝟎, 𝟐𝟒 𝟓𝟎 Đỉnh dịng chảy: 𝐂𝐈𝐀 𝟎, 𝟐𝟒 × 𝟏𝟐𝟎 × 𝟓𝟎 𝐐= = = 𝟒 𝒎𝟑 /𝒔 𝟑𝟔𝟎 𝟑𝟔𝟎 74 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Bài tập Một lưu vực có 100 đất canh tác, 150 đồng cỏ 50 rừng Loại đất phía đất canh tác đất thịt Độ dốc đất canh tác, đồng cỏ, rừng 1%, 5%, 15% Tính hệ số dịng chảy C lưu vực? Tính đỉnh dòng chảy cường độ mưa 100 mm/h? 75 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Yêu cầu cần đạt Thủy văn nghiên cứu phân bố vận động nước bề mặt Trái đất, tác động người số lượng, chất lượng nguồn nước Thủy văn lưu vực nghiên cứu phân bố vận động nước lưu vực Chu trình thủy văn (vịng tuần hồn nước) chuyển động nước khí quyển, bề mặt đất tầng chứa nước ngầm, bao gồm nhiều trình vật lý, hóa học sinh học tương tác với Năng lượng Mặt trời, lực hấp dẫn nguồn lượng cho chu trình thủy văn Chu trình thuỷ văn tồn cầu vịng tuần hồn nước quanh Trái đất, hệ thống kín Chu trình thuỷ văn lưu vực vịng tuần hồn nước lưu vực, hệ thống mở 76 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Yêu cầu cần đạt Lượng mưa chuyển pha nước từ dạng khí sang dạng lỏng, giải phóng lượng dạng nhiệt ẩn Thùng đo mưa (vũ kế) thiết bị đo độ sâu cường độ mưa rơi mặt phẳng mà không xét đến thấm, chảy tràn hay bốc Mật độ trạm đo mưa tính theo khuyến nghị Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) theo hệ số biến thiên phần trăm sai số cho phép ước tính lượng mưa Lượng mưa trung bình lưu vực tính theo phương pháp: Trung bình số học (Arithmetic Mean), Đa giác Thiessen, Đường đẳng mưa (Isohyetal), Radar thời tiết, Vệ tinh khí tượng 77 Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Thủy văn lưu vực Yêu cầu cần đạt Bốc thoát bao gồm trình bốc từ đất (chuyển nước từ thể lỏng sang thể khí) mặt nước thoát từ thực vật (cây, cỏ) Thấm nước chuyển động nước xuyên qua bề mặt đất vào phẫu diện đất Dòng chảy phần giáng thủy chảy thực thể nước (sông suối, ao hồ, đại dương, ) bề mặt đất lòng đất với vận tốc khác nhau, bao gồm: dòng chảy sở (baseflow), dòng chảy bề mặt (surface runoff), dòng chảy xen kẽ (interflow) Dòng chảy bề mặt lưu vực tính theo phương pháp số hiệu đường cong (Curve Number) Đỉnh dòng chảy lưu vực tính theo phương pháp hợp lý (Rational method) 78
Ngày đăng: 29/08/2023, 12:57
Xem thêm:
