Bài giảng thủy văn công trình chương 2

Khoa Thuỷ văn – Tài nguyên nước Bộ môn Thuỷ văn – Tài nguyên nước THUỶ VĂN CÔNG TRÌNH Chương 2: Các nguyên lý thuỷ văn 2.1 Hệ thống sông ngòi - Lưu vực Hệ thống sông ngòi  Sông ngòi sản phẩm khí hậu, hình thành tác động bào mòn dòng chảy nước mưa tuyết tan  Sông dải lãnh thổ có dòng nước chảy tương đối lớn tương đối ổn định  Một tập hợp sông suối gồm sông phụ lưu phân lưu lớn nhỏ có liên quan chặt chẽ với dòng chảy lưu vực tập trung nước gọi hệ thống sông 2.1 Hệ thống sông ngòi - Lưu vực Hệ thống sông ngòi Sông hình nan quạt Sông hình lông chim 2.1 Hệ thống sông ngòi - Lưu vực Tập hợp toàn bộ các sông suối lớn nhỏ̉ có liên quan đến nguồn nước sông gọi là hệ thống sông: Hệ thống sông Hồng; Hệ thống sông Đồng Nai… Phân loại sông thường theo cách sau: •Các sông trực tiếp đổ biển vào hồ nội địa gọi sông •Sông đổ vào sông sông nhánh cấp I •Sông đổ vào sông nhánh cấp I sông nhánh cấp II Sông hình cành 2.1 Hệ thống sông ngòi - Lưu vực Lưu vực sông Là phần diện tích mặt đất giới hạn bởi mặt cắt cửa và đường chia nước Toàn bộ nước phần diện tích đó(kể nước mặt nước ngầm) chảy qua mặt cắt cửa Mặt cắt cửa Là mặt cắt ngang sông mà tiến hành nghiên cứu, đo đạc lượng nước lưu vực chảy qua (còn gọi tuyến khống chế ) 2.1 Hệ thống sông ngòi - Lưu vực Đường chia nước Là đường nối điểm cao xung quanh lưu vực ngăn cách với lưu vực khác ở bên cạnh, đường phân nước nước chảy lưu vực sông khác Để xác định cần dựa vào đồ địa hình Có loại đường: đường chia nước mặt đường chia nước ngầm Thực tế thường không trùng (gọi là lưu vực hở) Ứng dụng thực tế thường coi trùng (gọi là lưu vực kín) 2.1 Hệ thống sông ngòi - Lưu vực Các đặc trưng hình học lưu vực sông  Diện tích lưu vực F (km2): Diện tích khu vực khống chế bởi đường phân nước và mặt căt cửa  Chiều dài sông (Ls) chiều dài lưu vực (Llv ):  Ls chiều dài đường nước chảy dòng tính từ nguồn đến mặt cắt cửa lưu vực Ls (km) 2.1 Hệ thống sông ngòi - Lưu vực Các đặc trưng hình học lưu vực sông  Llv chiều dài đường gấp khúc nối từ cửa qua điểm đoạn thẳng cắt ngang lưu vực điểm xa lưu vực Llv (km) 2.1 Hệ thống sông ngòi - Lưu vực Các đặc trưng hình học lưu vực sông • Chiều rộng bình quân lưu vực B: B = F/Llv • Độ cao bình quân lưu vực(m): n n  i 1 n  Xi  ( Yi  Zi   Wi   Yngi ) i 1 n  Độ dốc lòng sông độ dốc bình quân lưu vực - Độ dốc trung bình lòng sông Js = 2/L2 đó:  là tổng diện tích phía đường nối các điểm cao độ đáy sông, L là tổng độ dài sông mặt phẳng nằm ngang - Độ dốc trung bình lưu vực J lv   10 l n l i  iΔh  i  i1 F Mật độ lưới sông: D = ∑L/F (km/km2) Một số đặc trưng khác • Bốc thực tế (Ea): nhỏ bằng bốc tiềm Được đo đạc bằng dụng cụ gọi là thùng/chậu đo bốc ( xem hình) 25 Mặt nước t=0 Lượng bốc hơi/ thời gian Mặt nước t=1 26 Đo bốc chậu 2.3 Dòng chảy sông ngòi Sơ lược hình thành dòng chảy sông ngòi Thuật ngữ “Dòng chảy” dùng để khả cung cấp nước lưu vực sông khoảng thời gian định Phân loại dòng chảy sông ngòi: Theo nguồn gốc: Dòng chảy mặt Dòng chảy ngầm Theo thời gian: Dòng chảy năm Dòng chảy lũ Dòng chảy kiệt 27 2.3 Dòng chảy sông ngòi Mưa Lớp dòng chảy tràn mặt đất Thấm Mực nước ngầm Dòng chảy ngầm Dòng chảy mặt Dòng chảy sát mặt sông Dòng chảy ngầm sông 28 2.3 Dòng chảy sông ngòi Sơ lược hình thành dòng chảy sông ngòi Khi mưa rơi xuống bề mặt lưu vực: •Một phần bị giữ lại để làm ẩm bề mặt (lá cây, mái nhà…) •Một phần bị giữ lại chỗ trũng (điền trũng) •Một phần bị bốc trở lại: bốc qua lá, bốc bề mặt… •Một phần bị thấm xuống đất: giai đoạn đầu thấm nhiều, giai đoạn sau thấm dần ổn định •Phần lại chảy tràn sườn dốc tạo thành lạch nước đổ vào suối, suối đổ vào sông nhánh, sông nhánh đổ vào sông cuối chảy cửa lưu vực (t = vài giờ, vài ngày) •Phần dòng chảy sau bị thấm xuống đất tham gia vào trình hình thành dòng chảy ngầm, sau thời gian chảy cửa lưu vực (t = tháng) 29 2.3 Dòng chảy sông ngòi Các đặc trưng biểu thị dòng chảy sông ngòi a Lưu lượng nước Q (m3/s): lượng nước chảy qua mặt cắt ngang sông sông thời gian giây b Tổng lượng dòng chảy W (m3): lượng nước chảy qua mặt cắt ngang sông khoảng thời gian T từ thời điểm t1 đến thời điểm t2 (T = t2 – t1) t2 W   Q ( t ) dt T 30   Q ( t ) dt t1 2.3 Dòng chảy sông ngòi Các đặc trưng biểu thị dòng chảy sông ngòi c Độ sâu dòng chảy Y (lớp dòng chảy) (mm): Trải tổng lượng nước toàn bề mặt diện tích lưu vực lớp nước gọi độ sâu d/c lớp d/c Y  W 10 3 F d Mô đun dòng chảy M (l/s.km2): Trị số lưu lượng tính đơn vị diện tích tham gia vào hình thành lưu lượng ở tuyến cửa lưu vực 10 Q M  F e Hệ số dòng chảy: Hệ số dòng chảy biểu thị mức độ tổn thất dòng chảy Được tính bằng tỉ số độ sâu dòng chảy lượng mưa Y tương ứng sinh dòng chảy   X 31 2.3 Dòng chảy sông ngòi Chế độ dòng chảy sự hình thành pha dòng chảy Sự thay đổi có quy luật dòng chảy sông ngòi theo thời gian gọi chế độ dòng chảy sông ngòi Nghiên cứu chế độ dòng chảy là việc nghiên cứu sự thay đổi các đặc trưng dòng chảy theo thời gian •Xét thời kỳ nhiều năm: Pha nhiều nước (những năm liên tục có dòng chảy phong phú) Pha nước (những năm liên tục có dòng chảy nhỏ) •Xét năm Pha nước lớn (mùa lũ) Pha nuớc nhỏ (mùa kiệt) 32 2.3 Dòng chảy sông ngòi Chế độ dòng chảy sự hình thành pha dòng chảy 33 2.4 Phương trình cân bằng nước Nguyên lý cân nước: “Với khu vực bất kỳ, chênh lệch lượng nước đến lượng nước khỏi thời đoạn tính toán bằng thay đổi trữ lượng nước khu vực thời đoạn tính toán.” Wđến – Wđi = ∆W 34 2.4 Phương trình cân bằng nước Phương trình cân nước 1) Phương trình cân nước tổng quát: Xét khu vực lưu vực thời đoạn t  Các thành phần nước đến: Ym1 Z2  Lượng mưa: X  Lượng nước ngưng tụ: Z1  Lượng nước mặt đến: Ym1 Yng1 W  Lượng nước ngầm đến: Yng1  Các thành phần nước đi:  Lượng bốc hơi: Z2  Lượng nước mặt đi: Ym2  Lượng nước ngầm đi: Yng2  Chênh lệch trữ lượng nước khu vực đầu cuối thời đoạn tính toán: W=W2 -W1 Phương trình cân bằng nước tổng quát: 35 (X+Z1+Ym1+Yng1) - (Z2+Ym2+Yng2) =  W X Z1 Ym2 Yng2 2.4 Phương trình cân bằng nước 2) Phương trình cân nước của lưu vực sông thời đoạn bất kỳ: a) Phương trình cân bằng nước lưu vực kín: Ym1 đường phân chia nước mặt trùng với đường phân chia nước ngầm Ym1 = 0; Yng1 = Z2 X Yng1 W Z1 X = Y + Z + W Trong đó: Y=Ym2+Yng2 Z=Z2-Z1 c) Phương trình cân bằng nước lưu vực hở: Ym2 đường chia nước mặt không trùng với đường chia nước ngầm có trao đổi nước ngầm từ lưu vực khác Yng2 X = Y + Z + W +Yng Trong đó: Y=Ym2; Yng = Yng2 - Yng1 Giá trị Yng có thể âm hoặc dương 36 2.4 Phương trình cân bằng nước 2) Phương trình cân nước của lưu vực sông thời kỳ nhiều năm: Ptcbn X = Y + Z + W (cho lưu vực kín) và Ptcbn X = Y + Z + W +Yng (cho lưu vực hở) là hai ptcbn viết cho thời đoạn bất kỳ Nếu ta chọn thời kỳ cbn là ∆t = năm thì năm thứ i ta có thể viết phương trình Xi = Yi + Zi + Wi và Xi = Yi + Zi + Wi +Yng i Trong thời kỳ nhiều năm có n phương trình Bằng cách lấy bình quân: n n   Xi i 1  ( Yi  Zi   Wi   Yngi ) i 1 n - Đối với lưu vực kín n phương trình: Xo = Yo + Zo n  i 1  Yngi   Wo khác o có sự trao đổi - Đối với lưu vực hở thành phần n nước hai lưu vực có phương trình : Xo = Yo + Zo + Wo 37 Câu hỏi thảo luận chương • Khái niệm mưa và các đặc trưng biểu thị • Các phương pháp tính mưa bình quân lưu vực và điều kiện ứng dụng • Khái niệm và ý nghĩa các đặc trưng biểu thị dòng chảy • Viết phương trình cân bằng nước và giải thích các thành phần phương trình •Quá trình hình thành dòng chảy sông 38 Bài tập chương 2-1 Một lưu vực 465 km2 có lượng mưa bình quân hàng năm 775mm dòng chảy bình quân hàng năm 3.8 m3/s Có phần trăm lượng mưa bị tổn thất bởi lưu vực (hệ số dòng chảy)? 2-2 Một lưu vực 9250 km2 có lượng mưa bình quân hàng năm 645mm dòng chảy bình quân hàng năm 37.3 m3/s Lớp nước mưa tổn thất lưu vực bao nhiêu? 39 [...]... 80 41 7 14 32 Nam Đinh 6 45 32 43 175 60 21 7 1 62 179 125 10 33 1087 Vinh 33 35 1 42 76 20 4 9 44 637 119 495 45 123 19 62 Hue 25 5 3 100 180 153 17 63 26 1 307 1544 907 603 4393 Da Nang 153 0 58 55 156 7 24 1 52 253 1147 894 164 3063 Qui Nhon 68 1 93 23 78 28 5 311 135 673 808 18 22 41 Playku 0 0 31 49 306 20 9 444 522 25 8 327 168 0 23 14 Da Lat 0 0 98 85 338 147 20 6 530 394 20 8 148 2 2156 23 3 40 27 157 49 17... 14 2. 2 Các yếu tố khí hậu, khí tượng Mưa trung bình tháng một số trạm ở Việt Nam mm Months Jan Feb March April May June July Aug Sep Oct Nov Dec Total Lai Chau 4 27 11 139 491 479 780 304 188 4 49 0 24 76 Son La 4 17 9 166 26 7 176 29 0 174 169 69 11 1 1353 Tuyen Quang 2 32 17 120 28 8 163 23 1 175 20 8 20 14 24 129 4 Ha Noi 3 25 29 98 118 21 1 28 6 330 388 145 5 21 1659 Bai Chay 4 21 31 44 100 29 7 410 129 26 8... X i 2. 2 Các yếu tố khí hậu, khí tượng Phương pháp tính lượng mưa bình quân lưu vực n b Phương pháp đa giác Thiessen  X  fi X i 1 F 19 i 2. 2 Các yếu tố khí hậu, khí tượng Phương pháp tính lượng mưa bình quân lưu vực n c Phương pháp đường đẳng trị  X  fi (X i  X 2 i 1 F F1= 10km2 F2 = 8km2 F3 = 12km2 F4 = 10km2 Xtb = (1.5*10 +2. 25*8 +2. 75* 12+ 3.5*10) 10+8+ 12+ 10 = 2. 53cm = 25 .3mm 20 i 1 ) 2. 2 Các... 4 1565 2- 8 27 3 02 314 21 0 29 7 173 117 70 2 1 522 38 - 39 86 174 322 421 371 307 508 339 1 26 06 Nha Trang Vung Tau Ca Mau 15 2. 2 Các yếu tố khí hậu, khí tượng 16 2. 2 Các yếu tố khí hậu, khí tượng Lượng mưa không rơi đều trên toàn bộ lưu vực Các đường đẳng trị mưa được sử dụng để mô tả sự thay đổi mưa theo không gian Đường đẳng trị mưa là đường cong nối những điểm có cùng lượng mưa 17 2. 2 Các yếu... W=W2 -W1 Phương trình cân bằng nước tổng quát: 35 (X+Z1+Ym1+Yng1) - (Z2+Ym2+Yng2) =  W X Z1 Ym2 Yng2 2. 4 Phương trình cân bằng nước 2) Phương trình cân bằng nước của lưu vực sông trong thời đoạn bất kỳ: a) Phương trình cân bằng nước đối với lưu vực kín: Ym1 đường phân chia nước mặt trùng với đường phân chia nước ngầm Ym1 = 0; Yng1 = 0 Z2 X Yng1 W Z1 X = Y + Z + W Trong đó: Y=Ym2+Yng2... đo trong lều khí tượng Hoặc tính theo công thức đơn giản: Công thức Thornthwaite (1948): ET = 16La(10t/I)a (mm/tháng) Với: La : hệ số hiệu chỉnh về số giờ ánh sáng ngày / 12 t: nhiệt độ trung bình tháng I: chỉ số nhiệt lượng hàng năm = tổng 12 tháng chỉ số i i = (t/5)1,514 a: hằng số thay đổi theo địa phương a = 6,75.10-7I3 – 7,71.10-5I2 + 1,78.10-2I + 0,498 24 • 6 Bốc hơi thực tế (Ea): luôn nhỏ... nào đó từ thời điểm t1 đến thời điểm t2 (T = t2 – t1) t2 W   Q ( t ) dt T 30   Q ( t ) dt t1 2. 3 Dòng chảy sông ngòi 2 Các đặc trưng biểu thị dòng chảy sông ngòi c Độ sâu dòng chảy Y (lớp dòng chảy) (mm): Trải đều tổng lượng nước trên toàn bộ bề mặt diện tích lưu vực được một lớp nước gọi là độ sâu d/c hoặc lớp d/c Y  W 10 3 F d Mô đun dòng chảy M (l/s.km2): Trị số lưu lượng tính trên một đơn... bằng nước 2 Phương trình cân bằng nước 1) Phương trình cân bằng nước tổng quát: Xét một khu vực bất kỳ trên lưu vực trong một thời đoạn bất kỳ t  Các thành phần nước đến: Ym1 Z2  Lượng mưa: X  Lượng nước ngưng tụ: Z1  Lượng nước mặt đến: Ym1 Yng1 W  Lượng nước ngầm đến: Yng1  Các thành phần nước đi:  Lượng bốc hơi: Z2  Lượng nước mặt đi: Ym2  Lượng nước ngầm đi: Yng2  Chênh lệch trữ... mưa     12 Mưa đối lưu Mưa địa hình Mưa gió xoáy Mưa bão 2. 2 Các yếu tố khí hậu, khí tượng Các đặc trưng mưa a) Lượng mưa (mm): là lớp nước mưa rơi trong một thời đoạn thời gian nào đó Thời gian xác định lương mưa nhỏ hơn 1 ngày gọi là mưa thời đoạn ngắn (mưa 60 phút, 120 phút…), ngược lại lớn hơn 1 ngày gọi là thời đoạn dài (mưa ngày, mưa tháng, mưa năm) 13 2. 2 Các yếu tố khí... nước ngầm Ym1 = 0; Yng1 = 0 Z2 X Yng1 W Z1 X = Y + Z + W Trong đó: Y=Ym2+Yng2 và Z=Z2-Z1 c) Phương trình cân bằng nước đối với lưu vực hở: Ym2 đường chia nước mặt không trùng với đường chia nước ngầm do vậy có sự trao đổi của nước ngầm từ lưu vực khác Yng2 X = Y + Z + W +Yng Trong đó: Y=Ym2; Yng = Yng2 - Yng1 Giá trị Yng có thể âm hoặc dương 36 ... 166 26 7 176 29 0 174 169 69 11 1353 Tuyen Quang 32 17 120 28 8 163 23 1 175 20 8 20 14 24 129 4 Ha Noi 25 29 98 118 21 1 28 6 330 388 145 21 1659 Bai Chay 21 31 44 100 29 7 410 129 26 8 80 41 14 32 Nam... 93 23 78 28 311 135 673 808 18 22 41 Playku 0 31 49 306 20 9 444 522 25 8 327 168 23 14 Da Lat 0 98 85 338 147 20 6 530 394 20 8 148 21 56 23 40 27 157 49 17 51 168 483 543 1565 2- 27 3 02 314 21 0 29 7... Nam Đinh 45 32 43 175 60 21 7 1 62 179 125 10 33 1087 Vinh 33 35 1 42 76 20 4 44 637 119 495 45 123 19 62 Hue 25 5 100 180 153 17 63 26 1 307 1544 907 603 4393 Da Nang 153 58 55 156 24 1 52 253 1147 894