Bài giảng thủy văn công trình chương 2 (tt)

Hệ thống sông ngòi  Sông ngòi được hình thành dưới tác động bào mòn của dòng chảy do nước mưa hoặc tuyết tan tương đối lớn và tương đối ổn định.. Sơ họa mặt cắt một lưu vực sôngĐường ch

Chương 2 Sự hình thành dòng chảy sông ngòi

I Hệ thống sông ngòi – Lưu vực sông

1 Hệ thống sông ngòi

 Sông ngòi được hình thành dưới tác động bào mòn của dòng chảy do nước mưa hoặc tuyết tan

tương đối lớn và tương đối ổn định.

các phụ lưu phân lưu lớn nhỏ có liên quan chặt chẽ với nhau về dòng chảy và lưu vực tập trung nước

được gọi là hệ thống sông.

 Ví dụ:

 HT sông Hồng: sông Hồng và các sông Đà, Thao, Lô, Gâm…

 HT sông Mã: sông Mã và các sông Chu, Âm, Bưởi

Phân loại và phân cấp hệ thống sông

 Phân loại:

 HT sông hình nan quạt

 HT sông hình lông chim

 HT sông hình cành cây

 HT sông hình song song

Một hệ thống sông lớn

thường có hình dạng

hỗn hợp.

 Phân cấp hệ thống sông:

 Sông chính: là dòng sông có kích thước dài nhất và có lượng nước chảy trong sông là lớn nhất

 Sông phụ:

 Nhập lưu: là dòng sông phụ cung cấp nước cho hệ thống

 Phân lưu: là dòng sông phụ lấy nước của hệ thống

 Việc xác định đường chia nước ngầm là rất khó nên thông

thường người ta lấy đường chia nước mặt là đường phân lưu

 Lưu vực kín: là lưu vực có đường chia nước mặt trùng với

đường chia nước ngầm

 Lưu vực hở: là lưu vực có đường chia nước mặt không trùng với đường chia nước ngầm

Đường phân lưu

Sơ họa mặt cắt một lưu vực sông

Đường chia nước mặtMưa

Bốc hơi

Dòng chảy mặt

Thấm

Dòng chảy ngầm

Mặt cắt A-A

Đường chia nước ngầm 

3 Các đặc trưng hình học của lưu vực sông

 Diện tích lưu vực

 Chiều dài sông

 Chiều dài lưu vực

b.Chiều dài sông

c.Chiều dài lưu vực

Một số đặc trưng hình học khác

 Chiều rộng bình quân lưu vực:

 Là tỷ số giữa diện tích lưu vực và chiều dài lưu vực

Blv (km) = F/Llv  F/Ls

 Độ cao bình quân lưu vực:

Trong đó:

Hi- cao trình đường đồng mức thứ i

fi- diện tích bộ phận của lưu vực

nằm giữa 2 đường đẳng cao liên tiếp

f

H H

i i

giữa hai đường đồng mức

li: chiều dài của đường

h

l l

J

n i

i

i

n i

i i

Một số đặc trưng hình học khác

 Mật độ lưới sông (km/km2)

sông suối trên lưu vực chia cho diện tích lưu vực.

F

L d

Hệ thống sông ngòi Việt nam

thường xuyên và có chiều dài từ 10km trở lên

Sông Diện tích (km 2 ) Tổng lượng nước (km

3 /năm) Trong nước Ngoài vào Toàn bộ Bằng- Kỳ Cùng 12.880 7,19 1,73 8,92 Hồng-Thái Bình 168.700 93,0 44 137 Mã-Chu 28.400 15,76 4,34 20,1

Cả 27.200 19,46 4,74 24,2 Gianh 4.680 8,14 8,14 Quảng Trị 2.660 4,68 4,68 Hương 2.830 5,64 5,64 Thu Bồn 10.350 19,3 19,3

Vệ 1.260 2,36 2,36 Trà Khúc 3.189 6,19 6,19

An Lão 1.466 1,64 1,64 Côn 2.980 2,58 2,58

Kỳ Lộ 1.920 1,45 1,45

Ba 13.800 10,36 10,36 Cái (Nha Trang) 1.900 1,9 1,9 Cái (Phan Rang) 3.000 1,72 1,72 Lũy 1.910 0,82 0,82 Cái (Phan Thiết) 1.050 0,488 0,488 Đồng Nai 44.100 29,2 1,4 30,6

Mê Kông 795.000 20,6* 500 520,6 (*): không tính ở Tây Nguyên

II Các nhân tố khí hậu, khí tượng

 Chế độ thủy văn của một vùng phụ thuộc chủ yếu khí hậu, sau đó là địa hình, địa chất và thổ nhưỡng và lớp phủ thực vật.

 Các nhân tố khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy là mưa và bốc hơi

 Mưa và bốc hơi lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khí tượng khác: nhiệt độ, bức xạ,

độ ẩm, áp suất không khí, gió,

1 Mưa

a Khái niệm và phân loại

 Là hiện tượng nước ở thể

 Hơi nước quá bão hòa ngưng kết lại thành hạt

 Các hạt lớn lên và khi trọng lượng thắng lực ma sát của tầng khí quyển và tốc độ các luồng không khí đi lên mà rơi xuống thành mưa

Phân loại mưa

t T

Thùng đo mưa chuẩn

Thiết bị đo mưa tự ghi

c Các phương pháp tính mưa bỡnh quân lưu vực

Phương pháp bỡnh quân số học

n

X X

n i

Phương pháp đa giác Theissen

 Cơ sở của phương pháp: coi lượng mưa đo được ở một vị trí nào đó trên lưu vực chỉ đại diện cho lượng mưa của một vùng nhất định quanh nó

 Nội dung phương phỏp:

 Nối các trạm đo mưa bằng các đoạn thẳng

 Kẻ đường trung trực của các đoạn thẳng đó

 Cỏc đường trung trực này chia lưu vực thành cỏc đa giỏc Lượng mưa của trạm

đo nằm trong mỗi đa giỏc là lượng mưa bỡnh quõn của phần diện tớch thuộc đa giỏc đú.

Phương pháp đa giác Theissen (tiếp)

 Xác định lượng mưa bỡnh quân lưu vực:

Trong đó:

Xi là lượng mưa tại trạm thứ i đại diện cho mảnh diện tích thứ i;

n là số đa giác (hoặc trạm mưa);

fi là diện tích của khu vực thứ i;

X f

X n

i

i

n i

i i

1 1

Phương pháp đa giác Theissen (tiếp)

Ví dụ 1

 Lưu vực sông có diện tích: F=1000 km2

 Trên lưu vực có 4 trạm mưa, mỗi trạm khống chế diện tích là :

Phương phỏp đường đẳng trị

 Đường đẳng trị mưa là

đường cong nối liền cỏc điểm

trờn bản đồ cú lượng mưa

 Xác định diện tích khống chế bởi các đ ờng đẳng trị

l ợng m a kế cận nhau

2400mm 2200mm 2000mm

1800mm 1600mm 1400mm 1200mm

Phương pháp đường đẳng trị (tiếp)

 Tính lượng mưa bỡnh quân lưu

vực

 Trong đó fi là diện tích nằm giữa

hai đường đẳng trị có lượng mưa

tương ứng là Xi và Xi+1

2400mm 2200mm 2000mm

1800mm 1600mm 1400mm 1200mm

F

X X

f X

n i

i i

Phương pháp đường đẳng trị (tiếp)

 Nhận xét:

 Phương pháp này cho kết quả chính xác nhất

 Phương pháp này không chỉ cho ta tính được lượng mưa bỡnh quân lưu vực mà còn cho biết quy luật biến đổi của mưa theo không gian (vị trí tâm mưa, giảm dần về các hướng như thế nào )

 Khối lượng tính toán lớn, cần tài liệu đủ nhiều, trạm phân bố đều trong không gian

Ví dụ 2

(mm)

fi(km2)

1900mm 1800mm 1700mm 1600mm

Xbq=1873mm

2 Bốc hơi

 Là hiện tượng thoát hơi nước

từ mặt nước, mặt đất hoặc lá cây

 Lượng bốc hơi: được tính bằng bề dày lớp nước bị bốc thoát trong thời đoạn nào đó

Z (mm)

 Lượng bốc hơi ngày

 Lượng bốc hơi tháng

 Lượng bốc hơi năm

 Quy luật về sự thay đổi

lượng bốc hơi theo thời gian được gọi là chế độ bốc hơi

Phân loại bốc hơi

 Bốc hơi mặt nước:

 là bốc hơi trực tiếp từ mặt thoáng của nước.

 Các nhân tố ảnh hưởng chính: độ thiếu hụt bão hòa, nhiệt độ, tốc độ gió,chất nước, diện tích mặt bốc hơi,

 VD: Bốc hơi mặt nước hàng tháng tại trạm Láng (Hà Nội)

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

Phân loại bốc hơi (tiếp)

 Bốc hơi mặt đất:

 Là bốc hơi trực tiếp từ mặt đất

 Phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố:

 Khí tượng: nhiệt độ, độ thiếu hụt bão hòa, gió

 Tính chất vật lý của đất, trạng thái mặt đất, địa hình

 Bốc hơi qua lá cây:

 Còn gọi là thoát hơi thực vật

 Phụ thuộc vào các nhân tố:

 Nhiệt độ, ánh sáng, loài thực vật, độ ẩm của đất

Quá trình bốc hơi mặt đất và bốc hơi qua lá cây

gọi chung là quá trình bốc thoát hơi.

Lượng bốc thoát hơi được đo đạc bởi thùng đo

bốc hơi của đất.

Thùng đo bốc hơi

 Bốc hơi lưu vực

 Là lượng bốc hơi tổng hợp trên bề mặt lưu vực bao gồm lượng bốc hơi từ hồ ao, đầm lầy, bốc hơi mặt đất và bốc hơi qua lá.

Ghi chú: Trong thực tế, có thể đo được bốc hơi mặt đất và bốc hơi mặt nước nhưng không thể đo được lượng bốc hơi lưu vực Để xác định lượng bốc hơi lưu vực có thể sử dụng phương trình cân bằng nước.

Phân loại bốc hơi (tiếp)

III Dòng chảy sông ngòi

Thuật ngữ “Dòng chảy” được dùng để chỉ khả năng cung cấp nước của một lưu vực sông nào đó trong một

khoảng thời gian nhất định.

Phân loại dòng chảy sông ngòi:

Dòng chảy mặt do mưa

Dòng chảy mặt do tuyết tan

Dòng chảy sát mặt

Dòng chảy ngầm

Sự di chuyển của nước từ mặt đất vào trong lòng đất hay các khe nứt của đá

Sự chuyển động của nước ngầm ra khỏi mặt đất

Dòng chảy mùa lũ và dòng chảy mùa kiệt

Sự hình thành dòng chảy sông ngòi

Khi mưa rơi xuống bề mặt lưu vực:

 Một phần bị giữ lại trên lá cây, mái nhà …

 Một phần bị giữ lại trong các chỗ trũng (điền trũng)

 Một phần bị bốc hơi trở lại: bốc hơi qua lá, bốc hơi của lượng

nước bị giữ lại trên lá cây, bốc hơi mặt nước, bốc hơi mặt đất

 Một phần bị thấm xuống đất: giai đoạn đầu thấm nhiều, giai đoạn sau thấm ít dần và ổn định

 Phần còn lại chảy tràn trên sườn dốc tạo thành các lạch nước rồi

đổ vào suối, suối đổ vào sông nhánh, sông nhánh đổ vào sông chính và cuối cùng chảy ra cửa ra của lưu vực (biển hoặc hồ lớn)

 Phần dòng chảy sau khi bị thấm xuống đất sẽ tham gia vào quá trình hình thành dòng chảy ngầm, sau một thời gian cũng sẽ chảy

về cửa ra của lưu vực

Mực nước ngầm

Tổn thất điền trũng

Sơ họa sự hình thành dòng chảy sông ngòi

Các đại lượng biểu thị dòng chảy sông ngòi

 Lưu lượng dòng chảy Q(m3/s)

 Là lượng nước sinh ra trên lưu vực đi qua mặt cắt cửa ra trong đơn vị thời gian 1 giây

 Lưu lượng tại một thời điểm bất kỳ gọi là lưu lượng tức thời

 Sự thay đổi của lưu lượng theo thời gian gọi là quá trình lưu lượng

 Đồ thị của quá trình lưu lượng gọi là đường quá trình lưu lượng

 Lưu lượng bình quân trong một thời khoảng T bất kỳ là giá trị trung bình của lưu lượng trong khoảng thời gian đó

Q T

n i

i





 1

Các đại lượng biểu thị dòng chảy sông ngòi (tiếp)

 Tổng lượng dòng chảy W(m 3 )

 Là lượng nước sinh ra trên lưu vực chảy

qua mặt cắt cửa ra trong một khoảng thời gian nào đó.

i

n i

i

Q t

W

1

Các đại lượng biểu thị dòng chảy sông ngòi (tiếp)

 Độ sâu dòng chảy Y (mm)

 Nếu trải đều tổng lượng nước trên toàn bộ bề mặt diện tích lưu vực được một lớp nước gọi là độ sâu dòng chảy hoặc lớp dòng chảy

 Công thức tính toán:

 Mô đun dòng chảy M(l/s.km2)

 Là lượng nước sinh ra trên mỗi đơn

vị diện tích lưu vực trong một đơn vị thời gian

 Hệ số dòng chảy 

 Là tỉ số giữa độ sâu dòng chảy và lượng mưa tương ứng sinh ra dòng chảy trong thời gian T

3

10 



F

W Y

3

10



Ý nghĩa của các đại lượng biểu thị dòng chảy

 Lưu lượng dòng chảy và Tổng lượng dòng chảy:

 Phản ánh mức độ lớn nhỏ về lượng nước mà lưu vực có khả năng cung cấp

 Mô đun dòng chảy và Lớp dòng chảy:

 Phản ánh mức độ phong phú về nguồn nước của lưu vực

 Không phụ thuộc vào diện tích của lưu vực nên có thể sử dụng để so sánh mức độ phong phú của dòng chảy giữa các lưu vực

 Hệ số dòng chảy:

 Phản ánh tình hình sản sinh dòng chảy trên lưu vực

  càng lớn thì lượng tổn thất càng ít và ngược lại

Lưu ý: Tất cả các đại lượng biểu thị dòng chảy đều có mối quan hệ với nhau Biết một trong năm đại lượng sẽ xác định được các đại lượng còn lại.

Ảnh hưởng của một số nhân tố đến sự

hình thành dòng chảy sông ngòi

 Nhân tố khí hậu, khí tượng:

 Mưa: Là nhân tố quan trọng nhất, là nguyên nhân chủ yếu sinh ra dòng chảy ở nước ta, chi phối quy luật dòng chảy theo thời gian

 Bốc hơi: ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành dòng chảy qua quá trình tổn thất dòng chảy

 Nhiệt độ, gió, độ ẩm không khí: ảnh hưởng gián tiếp đến sự hình thành dòng chảy do tác động đến mưa và bốc hơi

 Nhân tố mặt đệm

 Diện tích lưu vực: có tác dụng điều hòa dòng chảy Lưu vực càng lớn thì dòng chảy ngầm càng lớn

 Độ dốc lưu vực: ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy, đặc biệt dòng chảy lũ

 Địa chất, thổ nhưỡng: ảnh hưởng gián tiếp đến quá trình tổn thất dòng chảy do thấm

 Địa hình: ảnh hưởng đến hướng đón gió của lưu vực, qua đó gián tiếp ảnh hưởng đến lượng mưa sinh dòng chảy

 Nhân tố con người:

 Các hoạt động sản xuất ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sự hình thành dòng chảy sông ngòi

IV Phương trình cân bằng nước

 Nguyên lý cân bằng nước:

giữa lượng nước đến và lượng nước đi ra khỏi một thể tích bằng lượng nước tích

đọng trong thể tích đấy.”

Ph ương trình cân bằng nước tổng quát

 Lượng nước mặt đi: Y m2

 Lượng nước ngầm đi: Yng2

tại đầu và cuối thời đoạn tính toán:

 Trong một thời đoạn bất kỳ

 Đối với lưu vực kín:

 Vì đường phân chia nước mặt và đường phân chia nước ngầm trùng nhau nên: Ym1=0, Yng1=0

 Đặt Y= Y m2 +Y ng2 ; Z= Z 2 -Z 1

X-(Z+Y)=W

 Đối với lưu vực hở:

 Vì đường phân chia nước mặt và đường phân chia nước ngầm không trùng nhau, nên: Ym1=0, Yng1≠0

Phương trình cân bằng nước viết cho lưu vực

 Trong thời kỳ nhiều năm

 Đối với lưu vực kín:

 PTCBN viết cho năm thứ i: Xi-(Zi+Yi)=Wi

 PTCBN viết cho n năm: X i - Z i - Y i = W i

 Chia cả 2 vế cho n và đặt:

 X 0 =(X i )/n là chuẩn mưa năm

 Y0=(Yi)/n là chuẩn dòng chảy năm

 Z 0 =(Z i )/n là chuẩn bốc hơi năm

 Trong thời kỳ nhiều năm có năm thừa nước, có năm thiếu nước nên Wi  0