Bài giảng môn thủy văn đại cương

Mở đầu Bài giảng Thuỷ văn đại cương nhằm trang bị cho sinh viên ngành địa chất thủy văn, địa chất công trình,Địa sinh thái và công nghệ Môi trường những kiến thức cơ bản nhất về thuỷ văn và phương pháp ®o đạc, xử lý tài liệu thuỷ văn trong quá trình thực hiện các công tác địa chất liên quan đến tài nguyên nước. Đồng thời là tài liệu tra cứu, sử dụng cho sinh viên ngành Địa chất chung và khai thác mỏ trong quá trình điều tra thăm dò, khai thác khoáng sản. Bài giảng được biên soạn trên cơ sở các kiến thức chuyên môn về thuỷ văn và các văn bản pháp quy hiện hành về công tác nghiên cứu, đo đạc và xử lý tài liệu thuỷ văn nhằm giúp sinh viên nhanh chóng nắm bắt được nội dung và phương pháp tiến hành các công tác thuỷ văn. Thuỷ văn đại cương là môn học nghiên cứu những vấn đề cơ bản của khoa học thủy văn và tài nguyên nước, cần thiết, liên quan đến việc tìm hiểu, thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành các công trình có liên quan đến nguồn nước. Nhiệm vụ của môn học: Cung cấp kiến thức cơ bản về sự hình thành dòng chảy sông ngòi, lưu vực, quá trình hình thành dòng chảy sông ngòi Các phương pháp đo đạc và thu thập tài liệu thủy văn Ứng dụng của thủy văn: Thiết kế và vận hành các công trình thủy lợi, sản xuất năng lượng thủy điện Cấp nước đô thị Bố trí và xử lý các nguồn nước thải Nông nghiệp (tưới nước, tiêu úng ...) Phòng chống lũ lụt Giao thông thủy Phòng chống xói lở và bồi lắng phù sa Ngăn mặn xâm nhập Giảm nhẹ ô nhiễm, sử dụng nước cho các nhu cầu giải trí, bảo vệ nguồn cá và động vật hoang dã. Cung cấp các thông tin, số liệu để tính toán Địa chất thuỷ văn, môi trường, tính toán lượng nước chảy vào mỏ, hồ chứa... Bài giảng gồm 5 chương giới thiệu đại cương về thuỷ văn học và các phương pháp nghiên cứu, đo đạc và xử lý, tính toán tài liệu thuỷ văn phục vụ các mục đích của cuộc sống. Do trình độ có hạn, nội dung và bố cục của bài giảng chắc chắn không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót, rất mong các độc giả đóng góp ý kiến để bài giảng được hoàn thiện hơn.

tRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

Bé M¤N §ÞA CHÊT THUû V¡N

(30 tiết – Dành cho sinh viên ngành ĐCTV –ĐCCT, ĐCCT-ĐKT và ĐST)

Mở đầu

Bài giảng Thuỷ văn đại cương nhằm trang bị cho sinh viên ngành địa chất thủy

văn, địa chất công trình,Địa sinh thái và công nghệ Môi trường những kiến thức cơbản nhất về thuỷ văn và phương pháp ®o đạc, xử lý tài liệu thuỷ văn trong quá trìnhthực hiện các công tác địa chất liên quan đến tài nguyên nước Đồng thời là tài liệu tracứu, sử dụng cho sinh viên ngành Địa chất chung và khai thác mỏ trong quá trình điềutra thăm dò, khai thác khoáng sản

Bài giảng được biên soạn trên cơ sở các kiến thức chuyên môn về thuỷ văn và cácvăn bản pháp quy hiện hành về công tác nghiên cứu, đo đạc và xử lý tài liệu thuỷ vănnhằm giúp sinh viên nhanh chóng nắm bắt được nội dung và phương pháp tiến hànhcác công tác thuỷ văn

Thuỷ văn đại cương là môn học nghiên cứu những vấn đề cơ bản của khoa học

thủy văn và tài nguyên nước, cần thiết, liên quan đến việc tìm hiểu, thiết kế, xây dựng

và quản lý vận hành các công trình có liên quan đến nguồn nước

Nhiệm vụ của môn học:

- Cung cấp kiến thức cơ bản về sự hình thành dòng chảy sông ngòi, lưu vực, quátrình hình thành dòng chảy sông ngòi

- Các phương pháp đo đạc và thu thập tài liệu thủy văn

* Ứng dụng của thủy văn:

- Thiết kế và vận hành các công trình thủy lợi, sản xuất năng lượng thủy điện

- Cấp nước đô thị

- Bố trí và xử lý các nguồn nước thải

- Nông nghiệp (tưới nước, tiêu úng )

Do trình độ có hạn, nội dung và bố cục của bài giảng chắc chắn không tránh khỏinhững hạn chế và thiếu sót, rất mong các độc giả đóng góp ý kiến để bài giảng đượchoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 Kh¸i niÖm chung vÒ thuû v¨n vµ tµi nguyªn níc

1.1 Thuỷ văn học là gì ?

Thuỷ văn (hay Thuỷ văn học, Hydrology có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp cónghĩa là khoa học về nước) là khoa học nghiên cứu về tính chất, sự chuyển động vàphân bố của nước (thể lỏng và thể rắn) trong toàn bộ Trái đất Nó có quan hệ tương tác

về vật lý và hoá học của nước với phần còn lại của Trái đất và quan hệ của nó với sựsống trên Trái đất, và như vậy nó bao gồm cả chu trình thuỷ văn và tài nguyên nước Các lĩnh vực thuỷ văn bao gồm thuỷ văn khí tượng, thuỷ văn bề mặt, thuỷ văn địachất, vì ở đó nước đóng vai trò trung tâm Nó không bao gồm khí tượng học và hảidương học, vì ở đó nước chỉ là một trong nhiều mặt quan trọng (Cần nói thêm rằngtuỳ quá trình phát triển ở từng quốc gia mà từ một lĩnh vực được tách ra thành 1 ngànhriêng biệt, nên khái niệm lĩnh vực không có nghĩa tuyệt đối)

Do có sự giao nhau giữa khí tượng và thuỷ văn nên có lĩnh vực Khí tượng thuỷ văn và Thuỷ văn - khí tượng (Hydrometeorology - tiếng anh chỉ là 1 từ) là mộtkhoa học liên ngành bao gồm việc nghiên cứu và phân tích mối quan hệ qua lại giữacác pha của nước trong khí quyển và đất khi nó chuyển qua chu trình thuỷ văn Cũng

-từ đó mà có thuật ngữ "nhà thuỷ văn - khí tượng" (hydrometeorologist) là người cókiến thức thuộc cả 2 lĩnh vực khí tượng và thuỷ văn

Nước là vật chất quan trọng nhất của sự sống, là thành phần cấu tạochính của mọi vật thể sống và là lực lượng chủ lực làm thay đổi không ngừng hình thể

bề mặt của trái đất Nước giữ vai trò then chốt trong việc điều hòa nhiệt độ trái đất bảođảm cho sự sinh tồn của nhân loại, v¹n vËt và cũng là nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến

sự tiến triển của nền văn minh (Ven Te Chow) Không có nước thì không thể cócuộc sống hay đúng hơn nước chính là cuộc sống

Thủy văn là môn khoa học nghiên cứu về nước trên trái đất, sự xuất hiện, chu

kỳ và sự phân bố của nước, các đặc tính hoá học và lý học của nước và sự phản ứng của nước đối với môi trường, bao gồm cả mối quan hệ giữa nước với các vật sống.

Đối tượng nghiên cứu của thuỷ văn học là nước trong các dòng chảy trên mặt

và mối quan hệ của nước trên mặt với môi trường

Nhiệm vụ của thủy văn: nghiên cứu sự hình thành, sự phân bố và những đặcđiểm của dòng chảy trên trái đất phục vụ các lĩnh vực của đời sống

Phương pháp nghiên cứu: Thủy văn học ứng dụng các kết quả của các lĩnh vựckhoa học tự nhiên để giải quyết các nhiệm vụ trong thuỷ văn Vì vậy nó ứng dụng và

có mối quan hệ mật thiết với nhiều lĩnh vực: toán học, vật lý, hoá học, địa chất học,khí tượng học, môi trường

Tại sao sinh viên ngành địa chất, địa chất thuỷ văn, địa sinh thái và CNMT phảihọc môn thuỷ văn đại cương ? Vì nó giúp chúng ta giải quyết nhiều vấn đề trong

nghiên cứu và thực tế sản xuất đồng thời giúp chúng ta khai thác sử dụng hợp lý vàbảo vệ tài nguyên nước (nước mưa, nước mặt, nước dưới đất) và bảo vệ môi trường

1.2 Tài nguyên nước và phân bố của nước trong không gian

Tài nguyên nước bao gồm: nước mưa, nước mặt, nước dưới đất, nước biển Nướckhông những được sử dụng để duy trì sự sống, phục vụ cuộc sống mà còn được sửdụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, thủy điện, giao thông thủy,nuôi trồng thủy sản, phát triển kinh tế xã hội… Người ta dựa theo vị trí tồn tại củanước trong không gian để phân chia ra các lĩnh vực nghiên cứu :

nghiên cứu chính là khoa học thiên văn

nghiên cứu chính là khoa học khí tượng

vực nghiên cứu chính là khoa học thuỷ lợi

nghiên cứu chính là khoa học địa chất thuỷ văn

Nước tồn tại trong quả đất với một bề dày khá lớn, gọi là thủy quyển Thủy

quyển là phần không gian của trái đất mà nước tồn tại Khoảng không gian này thường

có bề dày từ độ cao 15 km trong bầu không khí đi sâu xuống mặt đất khoảng 1kmtrong thạch quyển, tức là vỏ trái đất Phân bố của nước trên trái đất thể hiện ở bảng1.1

Bảng 1.1 Phân bố nước trên địa cầu

Thể tích nước tính bằng dặm khối

Phần trăm của nước ngọt

Phần trăm của tổng lượng nước

Nguồn nước Thể tích nước

Thể tích nước tính bằng dặm khối

Phần trăm của nước ngọt

Phần trăm của tổng lượng nước

Hình 1.1 Biểu đồ phân bố nước trên trái đất

+ Nguồn nước trên thế giới rất lớn nhưng nước ngọt (fresh water) mới là yêu cầuchính, là động lực cơ bản cho hoạt động vafg phát triển dân sinh kinh tế của conngười

+ Nước ngọt chiếm tỉ lệ khoảng 3% tổng lượng nước trên trái đất Trong đó,

– 2/3 trong số đó là băng tuyết ở các cực (Bắc cực, Nam cực)

– Đại bộ phận của phần còn lại là nước ngầm ở độ sâu từ 200 đến 600m,Phần dưới sâu chủ yếu đã bị nhiễm mặn

+ Nước ngọt có thể khai thác được chiếm khoảng 1% tổng lượng nước trên trái đất

* Nước là nguồn tài nguyên có thể tái tạo được: Khác với các tài nguyên khoáng

sản rắn và dầu, nước là tài nguyên có thể tái tạo

Hình 1.2 Vòng tuần hoàn của nước trong thiên nhiên

* Nước phân bố không đều theo không gian và thời gian :

Theo không gian:

– Vùng nhiều nước: Châu Âu, Châu Á

– Vùng ít nước: Châu Phi

Theo thời gian:

– Mùa mưa và mùa khô

– Mùa lũ và mùa kiệt

* Thuộc tính của nước :

Gây lợi:

– Là động lực cho các hoạt động dân sinh kinh tế của con người

Gây hại:

– Lũ lớn, lũ quét, lụt lội gây thiệt hại về con người và tài sản

– Gây ra những hiện tượng địa chất động lực và địa chất nhân tạo (xói lở

bờ, cát chảy, xói ngầm, trượt lở sừon dốc, bờ moong…)

* Các đặc trưng của nước :

Lượng nước:

– Là tổng lượng nước sinh ra trong một khoảng thời gian hoặc một thời kỳ nào đó

– Biểu thị mức độ phong phú của tài nguyên nước trên một vùng lãnh thổ Cónhiều cách biểu thị: modul dòng chảy, chiều cao dòng chảy, giá trị tuyệt đối tinh toándòng chảy…

Chất lượng nước:

– Hàm lượng các chất hòa tan và chất không hòa tan trong nước (có lợi hoặc hạitheo tiêu chuẩn sử dụng)

Động thái của nước: Động thái là sự biến động về cả chất và lượng do các tác

nhân tự nhiên và nhân tạo gây ra Các yếu tố động thái như mực nước, thành phần hoáhọc nước, nguồn bổ sung hoặc thoát nước của dòng chảy…Động thái của nước đượcthể hiện ở các đặc trưng là:

– Sự thay đổi dòng chảy theo thời gian

– Sự trao đổi nước giữa các khu vực chứa nước

– Sự vận chuyển và quy luật chuyển động của nước trong sông

– Sự chuyển động của nước ngầm

– Quá trình trao đổi chất hòa tan (hoà tan, hấp phụ, ngưng keo…)

– Xâm nhập mặn từ nước biển và sông và vào tầng chứa nước ngầm.– V.v…

* Vấn đề khai thác tài nguyên nước :

Chủ yếu hiện nay là khai thác, sử dụng nguồn nước ngọt

- Khai thác sử dụng các nguồn nước theo các mục đích khác nhau (ăn uống, sinhhoạt, làm nguyên liệu, dùng trong công nghiệp…)

- Các biện pháp khai thác công trình và phi công trình (có công trình khai thác, sửdụng các nguồn lộ tự nhiên…)

- Tác động của việc khai thác tài nguyên nước đến chế độ dòng chảy tự nhiên (thayđổi dòng chảy, biến đổ chế độ dòng chảy, làm mất dòng chảy )

Theo quan điểm hiện đại:

“Hệ thống tài nguyên nước là một hệ thống phức tạp bao gồm nguồn nước ở dạng tự nhiên hoặc dạng được tái tạo, hệ thống các yêu cầu về nước, hệ thống các công trình thủy lợi cùng với sự tác động qua lại giữa chúng và tác động của môi trường”.

Nhiệm vụ của quy hoạch sử dụng nước là thiết lập một cân bằng hợp lý với hệthống nguồn nước theo các tiêu chuẩn đã được quy định bởi các mục đích khai thác vàquản lý nguồn nước

• Sơ đồ hệ thống nguồn nước :

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống nguồn nước

* Hệ thống nguồn nước :

Tài nguyên nước:

nước đại dương

Hệ thống các yêu cầu về nước:

- Sử dụng nước: Thủy điện, giaothông thủy, du lịch, …

- Tiêu hao nước: Tưới, cấp nướcsinh hoạt, nước cho công nghiệp…

ĐẶC TRƯNG

CÂN BẰNG

HỆ THỐNG CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ

HỆ THỐNG NGUỒN NƯỚC

TÀI NGUYÊN NƯỚC

CÁC BIỆN PHÁP KHAI THÁC NGUỒN NƯỚC

HỆ THỐNG CÁC YÊU CẦU VỀ NƯỚC

- Thủy văn học đã phát triển thành một môn ngành khoa học độc lập

- Các nhà khoa học đã xây dựng thành công cơ sở lý luận của tính toán thủy văn

- Các nghiên cứu khoa học về dòng chảy được tiến hành

- Hệ thống các trạm quan trắc thủy văn được mở rộng và tổ chức một cách hệ thống

- Các thiết bị và kỹ thuật đo đạc phân tích số liệu thủy văn được hiện đại hóa

Giai đoạn từ năm 1960 đến nay: giai đoạn phát triển hiện đại

- Việc ứng dụng các phương pháp tính sử dụng máy tính điện tử được khai tháctriệt để

- Phát triển nhiều phương pháp tính toán thủy văn hiện đại trên cơ sở mối quan

hệ tương tác giữa dòng chảy sông ngòi, biện pháp công trình và các yêu cầu về nước

- Ứng dụng hiệu quả trong thực tế quy hoạch và thiết kế hệ thống nguồn nước

- Xu thế hiện nay: xây dựng các mô hình mô phỏng hệ thống là sự kết hợp giữa

mô hình thủy văn, mô hình thủy lực và mô hình quản lý chất lượng nước

- Các thiết bị quan trắc được hiện đại hóa: thiết bị tự động, kỹ thuật viễn thám,

… được sử dụng rộng rãi

- Sông:là một dải lãnh thổ trên đó có dòng nước chảy tương đối lớn và tương đối

ổn định.

Hệ thống sông: là một tập hợp những sông suối gồm một sông chính và các phụ lưu phân lưu lớn nhỏ có liên quan chặt chẽ với nhau về dòng chảy và lưu vực tập trung nước.

Các sông chảy trực tiếp ra biển hoặc chảy vào hồ trong nội địa gọi là sông chính.Các sông chảy vào sông chính gọi là sông nhánh cấp 1,… Người ta thường lấy tênsông chính để đặt tên cho hệ thống sông Ví dụ: HT sông Hồng: sông Hồng và cácsông Đà, Thao, Lô, Gâm…; HT sông Mã: sông Mã và các sông Chu, Âm, Bưởi; HTsông Thái Bình (sông Cầu, sông Thương, sông Lục Nam,…)

*

Phân loại và phân cấp sông

- Phân loại theo hình dạng dòng chảy:

+ HT sông hình nan quạt

+ HT sông hình lông chim

Đường chia nước của lưu vực sông là đường cong giới hạn vùng cấp nước chosông Có hai loại: đường chia nước mặt và đường chia nước ngầm

Đường chia nước của lưu vực là đường nối liền các điểm cao nhất xung quanh lưuvực và ngăn cách nó với các lưu vực khác ở bên cạnh Nước mưa rơi xuống 2 phía củađường phân nước sẽ chảy theo 2 sườn dốc chảy vào 2 con sông khác.

Hình 2.1 Mặt cắt ngang một lưu vực sông

Muốn xác định được đường phân nước của lưu vực phải căn cứ vào bản đồ địahình có vẽ các đường cùng cao trình Việc xác định đường chia nước ngầm là rất khó

nên thông thường người ta lấy đường chia nước mặt là đường phân lưu Thông

thường do cấu tạo địa chất mà đường chia nước ngầm và đường chia nước mặt của lưuvực sông không trùng nhau Vì vậy người ta chia ra lưu vực hở: là lưu vực có đườngchia nước mặt không trùng với đường chia nước ngầm Lưu vực kín: là lưu vực cóđường chia nước mặt trùng với đường chia nước ngầm

§­êng­chia­n­ íc­mÆt M­a

Bèc­h¬i Dßng­ch¶y­mÆt

* Sơ hoạ một lưu vực sông

Hình 2.2 Sơ hoạ một lưu vực sông

2.1.3 Các đặc trưng hình học của lưu vực

a Diện tích lưu vực : Là diện tích khu vực được khống chế bởi đường phân lưu.

Để xác định diện tích lưu vực có thể dựa vào đường chia nước của lưu vực trên bản

đồ địa hình sau đó xác định diện tích lưu vực một cách dễ dàng bằng máy đo diện tíchhoặc một số phương pháp khác Trong thực tế, để đảm bảo độ chính xác thường sửdụng các bản đồ tỉ lệ 1/10000; 1/25000; 1/50.000 và 1/100.000

b Chiều dài sông : Là chiều dài đường nước chảy trên sông chính tính từ nguồn

đến mặt cắt cửa ra lưu vực Ký hiệu: Ls Đơn vị: km

giữa của các đoạn thẳng cắt ngang lưu vực (vuông góc với trục sông chính) cho đếnđiểm xa nhất của lưu vực Ký hiệu: Llv Đơn vị: km

L

lv

Hi- cao trình đường đồng mức thứ i

fi- diện tích bộ phận của lưu vực nằm giữa 2 đường đẳng cao liên tiếp

Δhi : chênh lệch cao độ giữa hai đường đồng mức

li: chiều dài của đường đẳng cao thứ i trong phạm vi lưu vực

- Mật độ lưới sông (km/km2): Là tỷ số giữa tổng chiều dài của tất cả các sông suốitrên lưu vực chia cho diện tích lưu vực

f H H

i n

i

i i tb

h l l

i n

i

i i lv

n i

∑

=

+ Ý nghĩa: Cho biết tình hình phân bố độ dốc lòng sông và chênh lệch mực nướcgiữa các vị trí trên sông Là căn cứ chủ yếu để nghiên cứu đặc tính của dòng nước

và dự tính năng lượng tiềm tàng của sông

- Mặt cắt ngang sông: Mặt cắt ngang của sông tại một vị trí trên sông là mặt cắtvuông góc với hướng chảy tại vị trí đó

Mặt cắt ngang thay đổi theo tình hình mực nước, vì vậy người ta phân ra làm 2loại: mặt cắt lớn và mặt cắt thường

+ Mặt cắt lớn là mặt cắt chỉ về mùa lũ nước mới chảy qua

+ Mặt cắt thường (gọi tắt là mặt cắt) chỉ bộ phận luôn có nước chảy qua

Ngoài ra, căn cứ vào hình dạng khác nhau, người ta còn phân mặt cắt ngang sôngthành mặt cắt đơn và mặt cắt kép

- Lòng sông là phần sông có nước chảy về mùa kiệt Bãi sông là phần đất đai bịngập về mùa lũ Ranh giới giữa lòng sông và bãi sông, giữa bãi sông và phầnkhông bị nước ngập tới trong thung lũng thường là những chỗ có địa hình thay đổiđột ngột

Trên thung lũng sông, nhiều khi quan sát thấy từng bậc rất rõ rệt, mỗi bậc có nhữngcấu tạo khác nhau về địa mạo và địa chất

- Một con sông phát triển đầy đủ thường có thể phân chia làm 5 đoạn có tính chấtkhác nhau : nguồn sông, thượng lưu, trung lưu, hạ lưu và cửa sông

+ Nguồn sông : Là nơi bắt đầu của một dòng sông Những con sông lớn thường bắtnguồn từ các miền núi cao, rừng rậm Tại đó có nhiều khe suối nhỏ chằng chịt, nướcchảy quanh năm Cũng có khi sông bắt nguồn từ một mạch nước ngầm hoặc một hồlớn

+ Thượng lưu : Là đoạn sông nối với nguồn sông

- Xói lở theo chiều sâu mạnh

- Lòng sông hẹp, nhiều thác ghềnh lớn

+ Trung lưu : Là đoạn sông ở dưới đoạn thượng lưu

- Không nhiều thác ghềnh lớn

- Nước chảy yếu hơn, xói lở phát triển sang hai bên bờ mạnh, làmcho lòng sông mở rộng dần, sông ngày càng uốn khúc nhiều hơn.

+ Hạ lưu : Là đoạn cuối cùng của sông

+ Cửa sông : Là nơi sông tiếp giáp với biển, hồ hoặc một con sông khác

Cũng có khi nước sông chưa chảy ra đến biển hoặc một con sông khác, nước đãcạn hết vì ngấm hoặc bốc hơi Trường hợp này không có cửa sông, sông loại này gọi làsông cụt

2.2 Hệ thống sông ngòi Việt Nam

Việt nam là nước có nhiều dòng chảy Tổng số các sông trên lãnh thổ với dòngchảy thường xuyên có chiều dài từ 10 km trở lên là 2.360, trong đó:

các sông lớn

Bảng 2.1 Trữ lượng nước các hệ thống sông trên lãnh thổ Việt Nam

(km2)

Hệ thống sông Diện tích

(km2)

W = 8,14 KM3

Thu Bån Flv = 10.496 km2

W = 19,3 km3

S£ SAN FLV = KM2

W = KM3

Srª Pèk Flv = km2

W = km3

M·-Chu Flv = 28.490 km2

W = 20,1 km3

Th¹ch H·n Flv = 2.660 km2

W = 4,68 km3

§ång Nai Flv = 42.655 km2

W = 30,6 km3

Hång vµ Th¸i B×nh Flv = 168.700 km2

W = 137 km3

B»ng Giang-Kú Cïng Flv = 12.880 km2

W = 8,92 km3

H ¬ng Flv =2.830 km2

W = 5,64 km3

Trµ Khóc Flv = 4.680 km2

W = 8,14 km3

Ba Flv = 13.900 km2

W = 2,58 km3

Kone Flv = 2.980 km2

W = 2,58 km3

S«n g M

· S«ng §µ

S«n g H ång S«n g L«

ng

S«ng Chµm Chim

S«ng S«ng HËu

S«n

µm C

á §

«ng S«ng V µm C

S«ng C

öa §¹i

S«ng Hµm Lu«

ng Cöa Cun

g H Çu Cöa §Þn

h An Cöa

S«ng BÐ

S« ng n

S«ng La Ngµ S«

ån g

S«

S rep ok

S«n g B a

Ia A yun

S«ng Thu Bån S«ng Hµn S«ng Tam Kú

S«ng Trµ Khóc

Hå §¬n D ¬ng

S«

H inh

Hå Nói Mét S«ng C¸i

S«ng § µ R»n g

c ¨ m p u c h i a

104º 00'

S«ng §µ

S«n g H ång

Hå Th¸c Bµ

l µ o

Vông CÇu Hai

B i Ó § « g

16º 00'

14º 00'

12º 00'

10º 00'

22º 00'

Dù ¸n Phèi hîp Quèc gia

T r u n g q u è c

20º 00'

Phan Rang Th¸p Chµm Nha Trang Tuy Hoµ

Tam Kú Qu¶ng Ng·i

Plei Ku Kon Tum

Qui Nh¬n

§µ L¹t §µ L¹t §µ L¹t

Phan ThiÕt Bu«n Ma Thuét

Biªn Hoµ Vòng Tµu

§ång Xoµi

Hå ChÝ Minh Thñ DÇu Mét

BÕn Tre

T©n An T©n An

Mü Tho Trµ Vinh T©y Ninh T©y Ninh

Sãc Tr¨ng CÇn Th¬

VÜnh Long VÜnh Long VÜnh Long Cao L·nh

B¹c Liªu

Long Xuyªn R¹ch Gi¸

Th¸i B×nh

H¶i D ¬ng B¾c Ninh B¾c Ninh

H ng Yªn Nam §Þnh

B¾c K¹n B¾c K¹n Cao B»ng

Ninh B×nh Phñ Lý

Th¸i Nguyªn

Hµ Néi

Hµ TÜnh Vinh Thanh Ho¸ Thanh Ho¸ Thanh Ho¸

Hµ §«ng

VÜnh Yªn VÜnh Yªn ViÖt Tr×

Hßa B×nh Tuyªn Quang

Hµ Giang

Yªn B¸i Yªn B¸i Yªn B¸i Yªn B¸i S¬n la

Lai Ch©u

Lµo Cai Lµo Cai Lµo Cai Lµo Cai

Hình 2.3 Lưu vực các hệ thống sông chính ở Việt Nam

2.3 Dòng chảy sông ngòi

2.3.1.Phân loại dòng chảy sông ngòi

+ Dòng chảy thường xuyên

2.3.2 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: bốchơi qua lá, bốc hơi của lượng nước bị giữ lại trên lá cây, bốc hơi mặt nước, bốc hơimặt đất, một phần bị thấm xuống đất, phần còn lại chảy tràn trên sườn dốc tạo thànhcác lạch nước rồi đổ vào suối, suối đổ vào sông nhánh, sông nhánh đổ vào sông chính

và cuối cùng chảy ra biển hoặc hồ lớn Phần nước sau khi bị thấm xuống đất sẽ thamgia vào quá trình hình thành dòng chảy ngầm, sau một thời gian cũng sẽ chảy về biểnhoặc hồ lớn

Hình 2.4 Sơ hoạ sự hình thành dòng chảy sông ngòi

Tóm lại, sông ngòi được hình thành bở 4 quá trình:

- Quá trình mưa

Mưa

Bốc hơi

Nước ngầm

Sông Thấm

Bốc hơi

Chưa

bão

hòa

- Quá trình tổn thất

- Quá trình chảy tràn trên sườn dốc

- Quá trình tập trung nước trong sông

2.3.3 Các đại lượng biểu thị cho dòng chảy

diện dòng chảy trong một đơn vị thời gian

Lưu lượng tại một thời điểm bất kỳ gọi là lưu lượng tức thời Lưu lượng bình quântrong một thời khoảng T bất kỳ là giá trị trung bình của lưu lượng trong khoảng thờigian đó

* Tổng lượng dòng chảy W (m3)

Là lượng nước sinh ra trên lưu vực chảy qua mặt cắt cửa ra trong một khoảngthời gian nào đó

Q(t) là lưu lượng trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ dt

Lưu lượng dòng chảy và tổng lượng dòng chảy: Phản ánh mức độ lớn nhỏ vềlượng nước mà lưu vực có khả năng cung cấp

* Chiều cao dòng chảy Y (mm) là chiều dày lớp nước tính bằng mm khi ta

trải đều tổng lượng nước trong một năm trên toàn bộ bề mặt diện tích lưu vực

(mm)

vực trong một đơn vị thời gian

Mô đun dòng chảy và chiều cao dòng chảy phản ánh mức độ phong phú vềnguồn nước của lưu vực Do không phụ thuộc vào diện tích của lưu vực nên có thể sửdụng để so sánh mức độ phong phú của dòng chảy giữa các lưu vực

ra dòng chảy trong thời gian T Nó phản ánh tình hình sản sinh dòng chảy trên lưu

vực, α càng lớn thì lượng tổn thất càng ít và ngược lại

X

Y

=α

2.4 Ảnh hưởng của các nhân tố đến sự hình thành dòng chảy

Nhân tố khí hậu, khí tượng:

( )

∫

= T Q t dt T

n i i

3

10 −

=

F

W Y

F

Q M

3

10

=

- Mưa: Là nhân tố quan trọng nhất, là nguyên nhân chủ yếu sinh ra dòng chảy ởnước 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 thấtdòng 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 dòngchảy 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 dothấm

- Địa hình: ảnh hưởng đến hướng đón gió của lưu vực, qua đó gián tiếp ảnhhưởng 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 dòngchảy sông ngòi Con người có thể tạo nên dòng chảy hoặc nắn dòng chảy theo ý muốn

Ví dụ trong khai thác mỏ, để tránh lượng nước chảy vào moong người ta nắn cho dòngchảy ra khỏi khu vực mỏ

2.5 Phương trình cân bằng nước

Nguyên lý cân bằng nước:

“Xét trong một thời đoạn bất kỳ, chênh lệch giữa lượng nước đến và lượng nước

đi ra khỏi một thể tích bằng lượng nước tích đọng trong thể tích đấy.”

Các loại phương trình cân bằng nước

Phương trình cân bằng nước tổng quát

Xét một khu vực bất kỳ trên lưu vực trong một thời đoạn bất kỳ ∆t

- Lượng nước ngầm đi: Yng2

Chênh lệch trữ lượng nước trên khu vực tại đầu và cuối thời đoạn tính toán:

Phương trình tổng quát:

Phương trình cân bằng nước cho một lưu vực

+ Đối với lưu vực kín: Vì đường phân chia nước mặt và đường phân chia nước

X - (Z+Y) = ∆±WĐối với lưu vực hở: Vì đường phân chia nước mặt và đường phân chia nước ngầm

Đối với lưu vực kín:

Phương trình cân bằng nước viết cho năm thứ i: Xi - (Zi+Yi)=∆±Wi

Phương trình cân bằng nước cho n năm: ΣXi - ΣZi- ΣYi= ∆±ΣWi

Chia cả 2 vế cho n và đặt:

Trong thời kỳ nhiều năm có năm thừa nước, có năm thiếu nước nên ∆±ΣWi ≅ 0

CHƯƠNG 3 CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN

Các yếu tố khí tượng ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ và quy luậtbiến đổi thủy văn của một vùng Khi nghiên cứu thủy văn các tài liệukhí tượng giúp cho việc giải thích và phân tích những quy luật thayđổi của thủy văn nói chung và các dòng chảy nói riêng Mặt kháctrong quá trình tìm kiếm, thăm dò mỏ, tính toán và thực hiện cáccông việc cho sinh thái và bảo vệ môi trường, các yếu tố khí tượngcòn giúp chúng ta tổ chức sản xuất, thi công công việc một cách hợp

lý

Chế độ thủy văn của một vùng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trước hết là khíhậu, sau đó là địa hình, địa chất và thổ nhưỡng và lớp phủ thực vật Các nhân tố khíhậu ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy là mưa và bốc hơi Mưa và bốc hơi lại phụthuộc vào nhiều yếu tố khí tượng khác như nhiệt độ, bức xạ, độ ẩm, áp suất không khí,gió… Sau đây là một số yếu tố khí tượng cơ bản:

3.1 Nhiệt độ (nhiệt độ mặt đất, nhiệt độ mặt nước, nhiệt độ không khí)

+ Nhiệt độ không khí chủ yếu do bức xạ của mặt trời gây ra Nhiệt độ thay đổi theokhông gian và thời gian Theo không gian nhiệt độ thay đổi theo vĩ độ và độ cao Vĩ độcàng cao nhiệt độ càng giảm tức là càng về các cực của trái đất nhiệt độ càng giảm Độcao càng lớn nhiệt độ cũng càng giảm Trong tầng bình lưu của không khí nhiệt độ chủ

(nước khoáng Bang – Quảng Bình)

Trong quá trình nghiên cứu về địa chất thủy văn, địa sinh thái hay thăm dò mỏ,người ta thường thu thập nhiệt độ của trạm gần khu vực nghiên cứu hoặc nhiều trạmtrong khu vực Số liệu thu thập bao gồm nhiệt độ trung bình tháng, trung bình năm,trung bình nhiều năm, nhiệt độ cao nhất, thấp nhất trong ngày, trong tháng Số liệu thu

3.2 Áp suất không khí và gió: áp suất không khí do trọng lượng cột không khí trên

địa điểm nghiên cứu ép lên một đơn vị diện tích nghiên cứu gây ra Đơn vị đo áp suất

là milibar hay atmotphe hay mmHg

Người ta quy định áp suất tiêu chuẩn là áp suất ở nhiệt độ 0oC tại vĩ độ 45 trên mặtbiển bằng 760 mmHg, tức bằng 1,0132 mb Càng lên cao áp suất không khí càng giảm.

Áp suất không khí luôn thay đổi theo không gian và thời gian Do quy luật thay đổinhiệt độ theo vĩ tuyến và do đặc điểm phân bố của đại dương và lục địa theo từng thờigian nên trên quả đất thường xuyên tồn tại những vùng có áp suất cao và những vùng

có áp suất thấp Ở Việt nam chúng ta thường chịu ảnh hưởng của những vùng khí ápcao và khí áp thấp là trung tâm khí áp cao Mông Cổ-Siberi (khí áp cao về mùa đông)

và trung tâm khí áp thấp Thái bình dương và vùng Tây bắc Ấn độ (mùa hè)

* Gió : Gió được sinh ra do sự di chuyển của khối không khí từ nơi áp suất cao đến

nơi có áp suất thấp Mùa đông khí áp cao ở Mông Cổ - Siberi di chuyển xuống phíanam nên thường có gió mùa đông bắc Mùa hè do có trung tâm áp cao ở Haoai và Ấn

độ nên thường có gió mùa đông nam và tây nam thổi đến nước ta

Khi nghiên cứu về gió người ta quan tâm đến 2 đại lượng chính là hướng gió vàcường độ gió Hướng gió được biểu thị theo 8 phương, 16 phương hay 32 phương(hình 3.1) Tên của gió được gọi theo tên của hướng gió thổi tới từ nơi xuất phát đếnnơi nó sẽ đến Ví dụ gió Đông bắc là thổi từ phía đông bắc tới

Cường độ gió (còn gọi là sức gió) được biểu thị theo thang Bôfo biểu thị bằng 17cấp độ Cấp 0 là cấp nhỏ nhất tức lặng gió (không có gió thổi), từ cấp 8, cấp 9 trở lên

là cấp có sức phá hoại lớn được gọi là bão, cấp 12 trở lên đến cấp 17 gọi là siêu bão.Những gió này có sức tàn phá rất ghê gớm gây nhiều thảm họa cho đời sống và pháhủy bề mặt đất, thảm thực vật,

Khi thu thập tài liệu về gió thường quan tâm nhiều đến tốc độ gió trung bình hàngtháng và hướng gió thịnh hành theo tháng Tài liệu gió được thành lập theo bảng và cókhi được vẽ thành đồ thị hoa hồng (còn gọi là đồ thị hoa gió)

Hình 3.1 Đồ thị hoa gió theo 8 phương Hình 3.2 Đồ thị hoa gió theo 16 phương

3.3 Độ ẩm không khí: Độ ẩm không khí là lượng hơi nước có trong không khí.

Lượng hơi nước này luôn thay đổi theo thời gian và không gian Ở nước ta độ ẩmkhông khí thường rất lớn Nhiều ngày, ở miền bắc không khí gần đạt tới trạng thái bãohòa Người ta đưa ra 2 khái niệm về độ ẩm là độ ẩm tuyệt đối (a) và độ ẩm tương đối(e)

NĐN

ĐĐN

NTN TTN

TTB

BĐB

ĐĐB

Độ ẩm tuyệt đối a : là lượng hơi nước tính bằng gam (g) có trong 1 m3 không khítại thời điểm nghiên cứu Tuy nhiên do hơi nước có áp suất riêng phần trong hỗn hợpkhông khí nên có thể xác định a theo giá trị của e theo biểu thức :

t

e a

α+

=106,1

e – áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí (mmHg)

Độ ẩm tương đối E : độ ẩm tương đối biểu thị mức độ ẩm ướt của không khí E

cho biết rằng so với không khí bão hòa hơi nước thì thực tế không khí đã đạt đến mức

độ ẩm ướt như thế nào Độ ẩm tương đối được xác định bằng tỷ số giữa độ ẩm tưệt đối

và độ ẩm bão hòa của không khí ứng với nhiệt độ khi nghiên cứu

%100

Để gián tiếp nói lên mức độ ẩm ướt của không khí người ta còn sử dụng một đại

lượng là Độ thiếu ẩm bão hòa (d) Giá trị d càng nhỏ tức là không khí càng ẩm ướt hay

nói cách khác d chính là lượng độ ẩm thiếu hụt để không khí đạt đến trạng thái bão hòahơi nước ứng với nhiệt độ khi nghiên cứu

3.4 Mưa: Mưa là hiện tượng hơi nước ngưng tụ trong khí quyển rơi xuống mặt đất mà

thành Để không khí ngưng tụ cần có 2 điều kiện : không khí phải bão hòa hơi nước vàphải có nhân ngưng tụ Để đặc trưng cho mưa của một vùng nào đó người ta dựa vàoloại mưa, tổng lượng mưa, cường độ mưa và sự phân bố của mưa theo thời gian

- Theo vị trí phân ra các loại :

+ Mưa khí tượng cao : là loại mưa hình thành trên các lớp cao của khí quyểnvàrơi xuống mặt đất như mưa đá, mưa tuyết

+ Mưa khí tượng thấp : là loại mưa hình thành ngay ở lớp khí quyển sát mặt đấtnhư sương, sương muối

- Theo trạng thái chia ra các loại mưa rắn, mưa lỏng

- Theo cường độ và thời gian kéo dài của mưa chia ra : Mưa rào và mưa dầm.Mưa rào là loại mưa có cường độ lớn và thời gian kéo dài của cơn mưa ngắn.Mưa dầm là mưa có cường độ bé và thời gian kéo dài, có khi từ ngày này sang ngàykhác Cường độ mưa là lượng mưa rơi trong một phút Cường độ mưa trên0,5mm/phút đều gọi là mưa rào Để đo mưa người ta dùng chậu đo mưa (vũ kế), đơn

vị đo là mm

Quá trình hình thành mưa như sau:

- Không khí ẩm bị lạnh đi xuống dưới điểm sương

- Hơi nước quá bão hòa ngưng kết lại thành hạt

- Các hạt nước lớn dần lên đến khi trọng lượng của nó thắng được lực ma sát của tầngkhí quyển và lực đẩy của các luồng không khí đi lên sẽ rơi xuống thành mưa

Hình 3.3 Hình ảnh một trận mưa

Các đặc trưng của mưa :

- Lượng mưa: là lớp nước mưa đo được tại một trạm quan trắc trên một đơn vị diệntích trong một thời đoạn nào đó Ký hiệu: X, đơn vị: mm

Người ta phân biệt các khái niệm: Lượng mưa trận là tổng lượng nước đo được ởthiết bị đo tại trạm đo trong một trận mưa Lượng mưa ngày là tổng lượng nước mưa

đo được tại trạm đo trong thời gian 1 ngày Lượng mưa tháng là tổng lượng nước đođược trong một tháng Lượng mưa năm là tổng lượng mưa đo được trong một năm

- Cường độ mưa: Là lượng mưa rơi trong một đơn vị thời gian Đơn vị: mm/h,mm/phút

- Đường quá trình mưa: là sự biến đổi của cường độ mưa theo thời gian

Hình 2.3 Đường quá trình mưa

tT

Dụng cụ và thiết bị đo mưa :

- Thùng đo mưa chuẩn (vũ kế)

- Thiết bị đo mưa tự ghi

Thiết bị đo mưa tự ghi

n là số trạm đo mưa trên lưu vực

* Phương pháp đa giác Theison :

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

+ Xác định lượng mưa bình quân trên lưu vực

Trong đó:

n là số đa giác (hoặc số trạm đo mưa);

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

X f X

n

n i i i

1 1

+ Dựa vào tài liệu quan trắc trong và ngoài lưu vực đồng bộ, tiến hành tính toán và vẽcác đường đẳng trị mưa Ngày nay các phần mềm giúp ta một cách dễ dàng công việcnày.

+ Xác định diện tích khống chế bởi các đường đẳng trị lượng mưa kế cận nhau

- Tính lượng mưa bình quân :

Trong đó:

- Nhận xét:

+ Phương pháp tính lượng mưa bình quân cho kết quả chính xác nhất

+ Phương pháp này không chỉ cho ta tính được lượng mưa bình quân trên lưu vực

mà còn cho biết quy luật biến đổi mưa theo không gian (vị trí tâm mưa, giảm dần vềcác hướng thế nào,…)

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

F

X X f X

n i

i i i

Để đo lượng bốc hơi từ mặt nước người ta dùng chậu bốc hơi Đo lượng bốc hơi từmặt đất người ta dùng bốc hơi kế thổ nhưỡng Tuy nhiên bốc hơi kế thổ nhưỡng chỉ cóthể đo được bốc hơi từ loại đất bở rời Khi thu thập tài liệu bốc hơi cần thu thập tài liệutheo tổng lượng bốc hơi theo tháng, năm Trong những trường hợp cần xác định lượngbốc hơi thực tế người ta sử dụng phương pháp xác định gián tiếp, tức là xác định cácyếu tố khác như lượng mưa, dòng chảy rồi dùng công thức cân bằng nước để tínhtoán Các đại lượng đặc trưng của bốc hơi :

- Lượng bốc hơi: được tính bằng bề dày lớp nước bị thoát đi trong một khoảng thờigian nào đó, ký hiệu là Z (mm) Người ta chia ra : lượng bốc hơi ngày, lượng bốc hơitháng, lượng bốc hơi năm

+ Lượng bốc hơi ngày: là tổng lượng bốc hơi trong một ngày đêm

+ Lượng bốc hơi tháng: là tổng lượng bốc hơi trong một tháng

+ Lượng bốc hơi năm: là tổng lượng bốc hơi trong một năm

Sự thay đổi lượng bốc hơi của một khu vực theo thời gian tuân theo một quy luậtnào đấy được gọi là chế độ bốc hơi

2200mm 2100m m 2000mm

1900m m 1800mm 1700mm 1600mm