Bài giảng thuỷ văn đại cương

ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA NÔNG – LÂM - NGƢ    BÀI GIẢNG (Lƣu h|nh nội bộ) THỦY VĂN ĐẠI CƢƠNG (Dành cho sinh viên ngành Quản lý Tài nguyên Môi trƣờng) Ngƣời biên soạn: Th.S Hoàng Anh Vũ Quảng Bình, năm 2016 MỤC LỤC CHƢƠNG I : TỔNG QUAN i 1.1.T|i nguyên nƣớc 1.1.1 Định nghĩa v| tính chất nƣớc 1.1.2 Môi trƣờng nƣớc 1.1.3 Vai trò t|i nguyên nƣớc sống 1.2.Nhiệm vụ học phần 1.3.Ðặc điểm tƣợng thuỷ văn v| phƣơng ph{p nghiên cứu 1.4.V|i nét lịch sử ph{t triển thuỷ văn học v| phƣơng ph{p nghiên cứu CHƢƠNG II - SỰ HÌNH TH\NH DÒNG CHẢY SÔNG NGÒI 2.1 Hệ thống sông ngòi v| lƣu vực sông 2.1.1 Hệ thống sông ngòi 2.1.2 Lƣu vực sông 2.1.3 C{c đặc trƣng hình học lƣu vực 10 2.2 Hệ thống sông ngòi Việt Nam 12 2.3 Dòng chảy sông ngòi 16 2.3.1.Ph}n loại dòng chảy sông ngòi 16 2.3.2 Sự hình th|nh dòng chảy sông ngòi 16 2.3.3 C{c đại lựợng biểu thị cho dòng chảy 19 2.4 Ảnh huởng số nh}n tố đến hình th|nh dòng chảy sông ngòi 21 2.4.1 Nh}n tố khí hậu, khí tƣợng: 21 2.4.2 Nh}n tố mặt đệm 21 2.4.3 Nh}n tố ngƣời 21 2.5 Phƣơng trình c}n nƣớc 21 2.5.1.Nguyên lý c}n nƣớc 21 2.5.2 C{c loại phƣơng trình c}n nƣớc 22 CHƢƠNG III: ÐO ÐẠC V\ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU THUỶ VĂN 24 3.1 Khảo s{t, chọn tuyến đo đạc c{c yếu tố thuỷ văn 25 3.1.1 Ph}n cấp v| ph}n loại trạm thuỷ văn 25 3.1.2 Khảo s{t lựa chọn vị trí đặt trạm thuỷ văn ( trạm thuỷ văn cấp 1) 26 3.1.3 Khảo s{t vị trí đặt trạm 28 3.1.4 Chuyển trạm 29 3.1.5 Quy hoạch quan trắc chuỗi thủy văn 30 3.2 Ðo đạc v| tính to{n mực nƣớc 31 3.2.1 Những kh{i niệm chế độ mực nƣớc 31 3.2.2 C{c nguyên tắc x}y dựng công trình đo mực nƣớc 32 3.2.3 Một số công trình đo mực nƣớc 34 3.2.4 Chế độ đo mực nƣớc 39 3.2.5 Ðo v| tính to{n mực nƣớc 40 3.3 Ðo độ s}u dòng nƣớc v| tính to{n c{c đặc trƣng liên quan từ số liệu độ sâu 41 3.3.1 Ðộ s}u dòng nƣớc v| ứng dụng 41 3.3.2 Hiệu chỉnh mực nƣớc 42 3.3.3 Đo độ s}u 45 3.3.4 Chế độ đo độ s}u 49 3.3.5 C{c phƣơng ph{p đo độ s}u 50 3.3.6 Chỉnh lý v| tính to{n đo độ s}u 52 CHƢƠNG IV: SƠ LUỢC VỀ HẢI DƢƠNG HỌC 54 4.1 Kh{i niệm, nội dung nghiên cứu hải văn học, hải dƣơng học 54 4.1.1 Kh{i niệm, nội dung nghiên cứu Hải dƣơng học 54 4.1.2 Cấu trúc đại dƣơng 57 4.1.3 Bức xạ mặt trời, tầng đột biến nhiệt độ, tầng quang hợp 59 4.2 Th|nh phần v| độ muối nƣớc biển 60 4.2.1 Th|nh phần ho{ học nƣớc biển 60 4.2.2 Ðộ muối nƣớc biển 67 4.2.3 Các nh}n tố ảnh hƣởng đến độ muối nƣớc biển 68 4.3 Sóng biển 70 4.3.1 Ph}n loại sóng biển 70 4.3.2 C{c yếu tố sóng 72 4.4 Thuỷ triều 73 4.4.1 Kh{i niệm v| hình th|nh thuỷ triều 73 4.4.2 Ph}n loại thuỷ triều 79 4.4.3 Ý nghĩa việc nghiên cứu thuỷ triều 80 4.4.4 C{c chế độ triều Việt Nam 81 CHƢƠNG I : TỔNG QUAN 1.1.Tài nguyên nƣớc 1.1.1 Định nghĩa tính chất nước Nƣớc đƣợc xem nhƣ tài nguyên quí giá cần thiết cho sống Nƣớc chi phối nhiều hoạt động ngƣời, thực vật, động vật vận hành thiên nhiên Theo định nghĩa thông thƣờng: "Nước chất lỏng thông dụng Nước tinh khiết có công thức cấu tạo gồm nguyên tử hydro nguyên tử oxy, nước chất không màu, không mùi, không vị Dưới áp suất không khí atmosphere, nước sôi 100°C đông đặc 0°C, nước có khối lượng riêng 1000 kg/m3." Khái niệm đơn giản nƣớc l| nhƣ vậy, nhƣng s}u nghiên cứu, ta thấy nƣớc có nhiều tính chất kỳ diệu bảo đảm cho sống đƣợc tồn phát triển • Nước dung môi vạn Nƣớc hòa tan đƣợc nhiều chất, đặc biệt chất khoáng chất khí cung cấp dinh dƣỡng giúp cho trao đổi chất thể sinh vật • Nước có nhiệt dung lớn Nƣớc có khả hấp thu nhiều nhiệt lƣợng nóng lên v| đồng thời tỏa nhiều nhiệt lƣợng lạnh Khả n|y giúp cho nhiệt độ ban ng|y tr{i đất nóng v| ban đêm đỡ lạnh đi, giúp cho sống khỏi tiêu diệt mức chênh lệnh nhiệt độ lớn • Nước khó bay Ở 20°C, muốn lít nƣớc bốc phải tốn 539.500 calori Đặc tính nƣớc cứu thoát sống khỏi bị khô héo nhanh chóng giúp cho nguồn nƣớc không bị khô hạn, làm tiêu diệt sinh vật sống • Nước nở đông đặc Khi hạ nhiệt độ xuống thấp dƣới 4°C thể tích nƣớc lại tăng lên Đến điểm đông đặc 0°C, thể tích nƣớc tăng lên khoảng 9% so với bình thƣờng, l|m băng đ{ lên mặt nƣớc Nƣớc có nhiệt độ cao chìm xuống đ{y giúp c{c thủy sinh vật tồn lớp băng đ{ - có tính dẫn nhiệt - trở thành áo giáp bảo vệ sống phía dƣới • Nước có sức căng mặt lớn Nhờ có sức căng mặt lớn nên nƣớc có tính mao dẫn mạnh Hiện tƣợng có ý nghĩa lớn việc trì sống tr{i đất, nƣớc từ dƣới đất thấm đến c}y Trong thể ngƣời v| động vật, máu dịch mô vận chuyển đƣợc đến c{c quan nội tạng nhờ khả mao dẫn nƣớc • Nước có khả tự làm Nƣớc trình vận chuyển khắp nơi thiên nhiên có khả tự làm sạch, loại bỏ phần chất bẩn, tạo điều kiện cho môi trƣòng sinh th{i đƣợc cải thiện Tài nguyên nước bao gồm nguồn nƣớc mặt, nƣớc dƣới đất, nƣớc mƣa v| nƣớc biển thuộc lãnh thổ quốc gia (Luật Tài nguyên nƣớc, 2012) 1.1.2 Môi trường nước Nƣớc bảo đảm việc trì sống phát triển loài thực vật v| động vật Sự phong phú t|i nguyên nƣớc tiền đề cho việc phát triển nông nghiệp, công nghiệp, thủy điện,giao thông vận tải, thủy hải sản phát triển cƣ d}n, Nƣớc đồng thời l| tai ƣơng cho lo|i ngƣời sinh vật kh{c Nƣớc nguồn sống cho tất sinh giới tài nguyên quan trọng quốc gia Nƣớc đóng vai trò then chốt việc điều hòa nhiệt độ trái đất Nƣớc đƣợc sử dụng sinh hoạt, nông nghiệp, lâm nghiệp, ngƣ nghiệp, diêm nghiệp, thủy điện, giao thông vận tải,< T|i nguyên nƣớc tr{i đất đƣợc đ{nh gi{ ba đặc trƣng: lƣợng, chất lƣợng v| động thái • Số lượng l| đặc trƣng biểu thị mức độ phong phú t|i nguyên nƣớc lãnh thổ; • Chất lượng nƣớc bao gồm c{c đặc trƣng h|m lƣợng chất hoà tan không ho| tan nƣớc có lợi có hại theo tiêu chuẩn đối tƣợng sử dụng; • Động thái nƣớc đƣợc đ{nh gi{ thay đổi c{c đặc trƣng dòng chảy theothời gian, trao đổi nƣớc khu vực chứa nƣớc, vận chuyển quy luật chuyển động nƣớc sông, nƣớc ngầm, c{c qu{ trình trao đổi chất hoà tan, truyền mặn,< Môi trường nước đƣợc hiểu l| môi trƣờng mà cá thể tồn tại, sinh sống v| tƣơng t{c qua lại bị ảnh hƣởng phụ thuộc v|o nƣớc Môi trƣờng nƣớc bao quát lƣu vực rộng lớn chứa giọt nƣớc Môi trƣờng nƣớc l| đối tƣợng nghiên cứu nhiều ngành khoa học tự nhiên, kỹ thuật kinh tế - xã hội Tr{i đất thƣờng xuyên chịu t{c động chuyển hóa dòng khí thủy tạo nên Chính hoạt động tự nhiên n|y l|m thay đổi đ{ng kểcác tính chất khí hậu, dòng chảy, đất đai, môi trƣờng tự nhiên xã hội Con ngƣời tâm từ lâu ghi nhận, tìm hiểu, phân loại v| đối phó với diễn biến thời tiết, thay đổi dòng chảy biến động môi trƣờng để tổ chức xã hội, sản xuất, điều chỉnh sống cải tạo điều kiện tự nhiên phòng chống thiên tai thảm họa xảy 1.1.3 Vai trò tài nguyên nước sống Nƣớc yếu tố h|ng đầu định tồn phát triển sinh giới Không có nƣớc sống bị rối loạn, ngƣng lại tiêu diệt  Nƣớc chiếm thành phần chủ yếu cấu tạo thể thực vật v| động vật Con ngƣời có khoảng 65 - 75% trọng lƣợng nƣớc thể, đặc biệt nƣớc chiếm tới 95% huyết tƣơng, c{ có khoảng 80% nƣớc thể, cạn có 50 – 70% nƣớc, rong rêu loại thủy thực vật khác có 95 - 98% l| nƣớc  Muốn có thực phẩm cho ngƣời gia súc cần có nƣớc: muốn có lúa mì, cần 300 - 500m3 nƣớc, gạo cần tiêu thụ 1.500 - 2.000m3 nƣớc v| để có thịt chăn nuôi cần tốn 20.000 - 50.000m3 nƣớc  Lƣợng nƣớc tr{i đất m{y điều hòa nhiệt làm cho cán cân sinh th{i đƣợc cân Sự sống thƣờng tập trung nguồn nƣớc, phần lớn văn minh, c{c trung t}m kinh tế, công nghiệp, nông nghiệp, khoa học kỹ thuật, văn hóa xã hội, d}n cƣ, nằm dọc theo vùng tập trung nƣớc  Sự thay đổi cán cân phân phối nƣớc phá hoại nguồn nƣớc làm tàn lụi vùng trù phú, biến c{c vùng đất màu mỡ thành vùng khô cằn Trong thập niên tới, chiến tranh, xung đột quốc gia vùng khu vực nguyên nh}n tranh gi|nh t|i nguyên nƣớc quí báu 1.2.Nhiệm vụ học phần * Thủy văn l| môn khoa học nghiên cứu nƣớc tr{i đất, xuất hiện, chu kỳ phân bố nƣớc, c{c đặc tính hoá học lý học nƣớc phản ứng nƣớc môi trƣờng, bao gồm mối quan hệ nƣớc với vật sống (HĐ Liên bang Mỹ Khoa học Công nghệ) * Thuỷ văn đƣợc ứng dụng trong: o Thiết kế vận hành công trình thủy lợi o Cấp nƣớc đô thị o Bố trí xử lý nguồn nƣớc thải o Tƣới nƣớc o Tiêu úng o Sản xuất lƣợng thủy điện o Phòng chống lũ lụt o Giao thông thủy o Phòng chống xói lở bồi lắng phù sa o Ngăn mặn xâm nhập o Giảm nhẹ ô nhiễm, sử dụng nƣớc cho nhu cầu giải trí, bảo vệ nguồn c{ v| động vật hoang dã * Thuỷ văn đại cương: Là kiến thức thủy văn bản, cần thiết liên quan đến việc tìm hiểu, thiết kế, xây dựng quản lý vận hành công trình có liên quan đến nguồn nƣớc Nắm đƣợc vấn đề về: - Tài nguyên nƣớc, vai trò t|i nguyên nƣớc; - Hệ thống sông ngòi, Hệ thống sông ngòi Việt Nam; - Dòng chảy sông v| c{c yếu tốảnh hƣởng đến dòng chảy - Lƣu vực sông v| Phƣơng trình c}n nƣớc; - Ðo đạc v| tính to{n mực nƣớc; - Kh{i niệm, nội dung nghiên cứu hải văn học, hải dƣơng học 1.3.Ðặc điểm tƣợng thuỷ văn phƣơng pháp nghiên cứu Y=f(X,Z) Trong đó: – Y: Dòng chảy sông ngòi – X: tập hợp yếu tố khí tƣợng, khí hậu tham gia vào hình thành dòng chảy sông ngòi X= (x1, x2, x3,