TÀI LIỆU TẬP HUẤN KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG TP.HCM TÀI LIỆU TẬP HUẤN KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN TP.HCM - Năm 2019 MỤC LỤC CHƯƠNG : QUAN TRẮC MỰC NƯỚC 1.1 Khái niệm, mục đích ý nghĩa việc quan trắc mực nước 1.1.1 Khái niệm mực nước .1 1.1.2 Mục đích ý nghĩa quan trắc mực nước .2 1.2 Cơng trình quan trắc mực nước 1.2.1 Mốc độ cao 1.2.2 Cơng trình quan trắc mực nước 1.2.2.1 Loại quan trắc mực nước trực tiếp 1.2.2.2 Loại công trình đo mực nước gián tiếp 1.3 Thiết bị, máy đo mực nước 11 1.3.1 Thước nước cầm tay 11 1.3.2 Máy tự ghi mực nước truyền thống 12 1.3.3 Máy tự ghi mực nước (tự động) 125 1.4 Chế độ quan trắc 22 1.4.1 Nguyên tắc chung 22 1.4.2 Các chế độ quan trắc .23 1.4.3 Chế độ quan trắc mực nước kiểm tra đo máy tự ghi mực nước 24 1.5 Nội dung công tác quan trắc mực nước 25 1.5.1 Công tác chuẩn bị .25 1.5.2 Trình tự quan trắc .26 1.5.3 Phương pháp quan trắc mực nước 26 1.6 Tính tốn sổ đo mực nước 30 1.6.1 Tính tốn mực nước 30 1.6.2 Tính mực nước trung bình ngày .31 1.6.3 Tính mực nước trung bìmh tháng, trung bình năm 32 1.6.4 Tính mực, thống kê đặc trưng mực nước 32 CHƯƠNG II: QUAN TRẮC LƯỢNG MƯA .34 2.1 Mưa đơn vị đo .34 2.2 Các thiết bị đo lượng mưa 34 2.2.1 Vũ lượng kế 34 2.2.2 Máy đo mưa tự động 35 2.2.3 Hệ thống truyền tin khai thác 42 2.2.4 Quy trình bảo dưỡng, bảo quản máy đo mưa tự động, khắc phục cố hư hỏng thông thường 43 2.2.5 Phương pháp tính mưa bình qn lưu vực .46 2.2.6 Quy định thuật ngữ dự báo .47 CHƯƠNG III: ĐO ĐỘ CAO 49 3.1 Khái niệm đo cao 49 3.1.1 Khái niệm hệ thống độ cao 49 3.1.2 Các nguyên lý đo cao .49 3.2 Phương pháp đo cao hình học máy bình chuẩn 50 3.2.1 Máy đo cao phân loại máy đo cao .50 3.2.2 Máy thủy chuẩn (máy bình chuẩn) 51 3.2.2.1 Cấu tạo 51 3.2.2.2 Kiểm nghiệm điều chỉnh máy 51 3.3 Mia đo cao .51 3.4 Kỹ thuật đo độ cao 52 3.5 Đo trắc đồ ngang 59 3.6 Đo cao vượt chướng ngại vật 61 3.7 Các qui định đo độ cao dọc .63 3.8 Sổ ghi cao độ dọc 64 3.9 Những sai số ảnh hưởng đến kết đo cao hình học 66 CHƯƠNG 1: QUAN TRẮC MỰC NƯỚC 1.1 KHÁI NIỆM, MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA VIỆC QUAN TRẮC MỰC NƯỚC 1.1.1 Khái niệm mực nước Mặt nước tự sơng ngịi, hồ ao, đầm lầy vị trí xác định, thời điểm xác định khoảng cách thẳng đứng từ mặt nước đến mặt phẳng cố định hay mặt chuẩn Khoảng cách thẳng đứng gọi độ cao mực nước Ở Việt Nam, mặt chuẩn mặt nước biển trung bình nhiều năm Hịn Dấu A H(cm) 0.5-1.0 m Mặt phẳng giả định Mặt phẳng tuyệt đối Hình 1-1 Sơ đồ minh họa cao độ mực nước Mỗi trạm có mặt chuẩn: - Mặt phẳng có cao độ tuyệt đối thường lấy mặt nước biển trung bình nhiều năm - Mặt phẳng cao độ giả định: mặt phẳng gốc làm mặt chuẩn thường lấy thấp điểm thấp đáy sông từ (0.5  1.0)m Mực nước có ký hiệu H, đơn vị tính cm m Mực nước tức thời - Mực nước tức thời mực nước ứng với thời điểm đo, gọi mực nước thực đo - Ðường trình mực nước tức thời biểu thị chi tiết thay đổi mực nước theo thời gian Mực nước bình quân thời đoạn - Trị số mực nước bình quân thời đoạn giá trị trung bình cộng trị số mực nước tức thời thời đoạn Mực nước cao nhất, thấp thời đoạn Mực nước cao nhất, thấp thời đoạn (ngày, tháng, mùa, năm, trận lũ ) giá trị mực nước cao nhất, thấp chọn từ mực nước tức thời thực đo trích biểu đồ máy tự ghi Trường hợp đặc biệt khơng đo mực nước đặc trưng nội, ngoại suy dùng phương pháp tương quan mực nước hai trạm gần để bổ sung đặc trưng - Trong ngày có mực nước lớn ngày (H max) mực nước nhỏ ngày (Hmin) - Trong năm có mực nước lớn năm (Hmax năm) mực nước nhỏ năm (Hmin năm) Khi thống kê đặc trưng mực nước cần ghi thời gian xuất chúng Biên độ mực nước Là chênh lệch mực nước cao mực nước thấp - Chênh lệch mực nước năm hiệu số mực nước cao mực nước thấp năm ΔH - Chênh lệc mực nước trận lũ: Chênh lệch lũ lên hiệu số mực nước đỉnh lũ với mực nước chân lũ lên, tương ứng với thời gian chân lũ lên Chênh lệch lũ xuống hiệu số mực nước đỉnh lũ với mực nước chân lũ xuống, tương ứng với thời gian lũ xuống 1.1.2 Mục đích ý nghĩa quan trắc mực nước Mực nước tài liệu quan trọng phục vụ cho việc xây dựng cơng trình đầu mối thủy lợi, thủy điện, giao thông việc thiết kế công trình sơng cần tài liệu mực nước Dựa vào quan hệ mực nước lưu lượng nước tìm lưu lượng nước ứng với cấp mực nước Vì vậy, tiến hành đo đạc lưu lượng nước, hàm lượng chất lơ lửng phải đo đồng thời mực nước Từ tài liệu mực nước xây dựng vẽ đường q trình mực nước, đường luỹ tích nước, đường trì mực nước ứng dụng vào mục đích khác 1.2 CƠNG TRÌNH QUAN TRẮC MỰC NƯỚC Thiết kế, xây dựng cơng trình quan trắc mực nước phải bảo đảm yêu cầu sau: - Khống chế mực nước cao nhất, thấp - Mặt nước khơng có độ dốc ngang có khơng đáng kể, tầm quan sát rộng - Khơng có xuất nhập lưu lớn nằm phạm vi ảnh hưởng xuất, nhập lưu lớn - Bố trí cơng trình nhà trạm, tuyến quan trắc thuận lợi - Có địa chất tốt - Điều kiện sinh hoạt giao thông, thông tin liên lạc thuận lợi - Đạt yêu cầu độ xác quan trắc tình huống; - Chắc chắn, khơng bị lung lay dịng nước, gió bão tác động khác; - Thao tác tiện lợi; - An toàn quan trắc; - Kinh tế (lợi dụng địa hình, tận dụng ngun, vật liệu có chỗ) 1.2.1 Mốc độ cao a Các lọai mốc độ cao Ở trạm quan trắc mực nước phải có loại mốc sau đây: 1) Mốc Độ cao mốc dẫn độ cao từ mốc chuẩn mạng lưới mốc tọa độ quốc gia Mốc ký hiệu: Rc, đơn vị mét (m) 2) Mốc kiểm tra Độ cao mốc kiểm tra dẫn từ độ cao mốc Thơng thường Trạm thủy văn có mốc kiểm tra, mốc gần tuyến quan trắc mực nước để thuận tiện cho việc sử dụng Ở nơi đoạn sơng có chiều rộng B > 300m phải xây dựng mốc kiểm tra bên bờ sông Mốc kiểm tra thường xây dựng theo kiểu lộ thiên Căn vào địa hình địa vật nơi mà chọn kiểu mốc Ở nơi có cơng trình kiên cố, chắn gắn mốc kiểm tra Ở nơi điạ hình đất chơn mốc lịng đất đá Mốc kiểm tra: Ký hiệu: Rkt, đơn vị mét (m) b Chọn vị trí đặt mốc độ cao Vị trí chọn để đặt mốc độ cao phải là: - Tại nơi địa chất chắn ổn định lâu dài; - Có địa quang đãng, đo ngắm dễ dàng; Và khơng xây dựng mốc vị trí sau: - Những nơi dễ bị ngập nước nước ngầm cao; - Những nơi có đất lở, sườn dốc trơn trượt; - Những nơi có đá vơi; - Những nơi gần nghĩa địa, gò, đống, mối đắp; - Những nơi cơng trình thi cơng xây dựng Hình 1-2 Mốc độ cao 1.2.2 Cơng trình quan trắc mực nước Có thể phân cơng trình quan trắc mực nước thành loại: - Loại cơng trình quan trắc trực tiếp Loại cơng trình quan trắc trực tiếp loại mà quan trắc viên đo đọc trực tiếp dụng cụ đo Đó hệ thống cọc hệ thống thuỷ chí; - Loại cơng trình đo gián tiếp Loại cơng trình đo gián tiếp loại cơng trình mà quan trắc viên đo đọc trực tiếp mà phải thông qua thiết bị máy tự ghi, tự báo Đó giếng máy tự ghi mực nước, máy tự báo mực nước, thước nước dọi… 1.2.2.1 Loại quan trắc mực nước trực tiếp a Hệ thống cọc quan trắc mực nước Hệ thống cọc quan trắc mực nước xây dựng tuyến quan trắc có đặc điểm sau đây: - Nơi có bờ sơng dốc thoải; - Nơi thuyền bè qua lại nhiều; - Nơi có cỏ rác vật trơi nhiều; - Nơi có biên độ mực nước lớn; - Nơi có tốc độ dịng nước lớn Khi xây dựng hệ thống cọc quan trắc mực nước cần thực theo qui định đây: - Cọc đánh số thứ tự từ xuống dưới, ví dụ: C 1, C2, C3 Cn (thực tế thường ký hiệu cọc C có số lớn để phòng trường hợp lũ lớn vượt cọc cùng) - Chênh lệch độ cao đầu cọc liền kề bình thường từ 3040cm, nơi địa hình phức tạp tối đa 50cm cọc không nên cách xa; - Đầu cọc nhô cao so với mặt bậc 2-5cm, cách mép bậc phía thượng lưu 10cm Đường kính cọc 15-30mm, đầu cọc có dạng chịm cầu Nếu chôn rãnh để tránh thuyền bè va chạm đầu cọc nên cao mặt đất cao đáy rãnh chừng 10cm; - Xây dựng bậc lên xuống cạnh cọc; - Trước xây dựng cọc, phải thiết kế hệ thống cọc trắc đồ ngang; - Cọc cho phép quan trắc mực nước cao 50cm so với mực nước cao xuất hiện, cọc phải quan trắc mực nước thấp mực nước thấp xuất 20cm; Căn điều kiện địa hình, địa chất tuyến quan trắc tình hình nguyên, vật liệu sẵn có chỗ mà chọn kiểu loại xây dựng hệ thống cọc quan trắc mực nước cho thích hợp: - Ở nơi bờ có cơng trình kiến trúc kiên cố vách đá làm thành bậc đục lỗ vào, gắn đinh có đường kính 1cm, trát xi măng làm đầu cọc - Ở nơi đất xốp, đất mềm đào hố chơn cọc Cọc bê tơng gắn thêm tảng bê tông, cọc gỗ gắn ngang để chống lún Dùng đá dăm, đá cuội chèn chặt, đầm lớp phía lấp đất tự nhiên - Cọc gỗ tre làm gỗ (tre) tốt Mỗi trạm có cọc dự trữ với qui cách cọc quy định sau: - Cọc phải thẳng, tiết diện cọc có dạng sau đây: + Cọc gỗ (tre), bê tơng có hình vng trịn; + Cọc sắt có hình chữ L hay I - Đường kính cạnh (1015)cm - Chiều dài L  1,5m - Điểm làm dấu để xác định độ cao cọc + Dùng đinh gắn đóng đầu cọc, đường kính đinh 1cm nhô lên khỏi mặt đầu cọc 1cm; + Điểm cao mặt đầu cọc sắt, đánh dấu sơn đường kính 1cm Tất đầu cọc phải dẫn cao độ xác từ mốc Tuyến quan trắc mực nước nơi địa hình khơng cho phép xây dựng bậc lên xuống cạnh hệ thống cọc đấu cọc nhô cao từ 2cm đến 5cm so với mặt bậc, cách mép bậc phía thượng lưu 10cm cách cổ bậc 5cm Hệ thống tuyến cọc bố trí sau: R 1450 H max 1400 1350 Thước cầm tay 1300 1250 H 1200 1150 1100 Số hiệu cọc (No) R Khoảng cánh KĐ (m) 1.5 2.1 2.7 3.3 3.9 4.5 6.1 Cao độ đầu cọc (cm) 455 425 395 365 335 305 285 Ghi Hình 1-3 Sơ đồ hệ thống cọc theo tuyến đo mực nước Tuyến quan trắc mực nước nơi địa hình cho phép xây dựng bậc lên xuống cạnh hệ thống cọc quan trắc hệ thống tuyến cọc xây dựng bố trí hình 3-4: R Hmax 450 400 Thước cầm tay 350 Hmin 300 250 200 150 100 50 Số hiệu cọc (No) R Khoảng cánh KĐ (m) Cao độ đầu cọc (cm) 1.5 2.1 2.7 3.3 3.9 4.5 6.1 455 425 395 365 335 305 285 Hình 1-4 Sơ đồ hệ thống cọc có bậc lên xuống theo tuyến đo mực nước b Hệ thống thuỷ chí 1) Thuỷ chí đứng Điều kiện địa điểm xây dựng + Bờ sông dốc; + Thuyền bè qua lại ít, vật trơi khơng nhiều; + Tốc độ trung bình, nước khơng chảy xiết, biên độ mực nước nhỏ; + Ở nơi có tường vách cơng trình kiến trúc kiên cố thẳng đứng (cống, mố cầu, cầu cảng…) Khi xây dựng thuỷ chí đứng cần thực theo qui định sau đây: - Quan trắc mực nước dễ dàng, thuận tiện dẫn độ cao, thuận tiện lau rửa, sửa chữa thay Khi quan trắc thủy chí khơng cách xa q 5m - Mặt có số đọc quay vào vị trí người quan trắc, phần mỏng hướng theo hướng nước chảy - Ở nơi công trình kiên cố gắn thuỷ chí vào cơng trình nơi khơng có ảnh hưởng đáng kể tới trạng thái mặt nước tự nhiên - Ở nơi nước chảy mạnh, nên xây dựng thuỷ chí rãnh, để nước lưu thơng với bên ngồi, tránh va chạm vật trôi sông - Gắn thuỷ chí vào bệ, tường cơng trình bu lơng ê cu Cao trình "00" thủy chí phải thấp điểm đỉnh thủy chí kề tiếp 20cm, lắp đặt cần hướng chiều dẹt thủy chí theo hướng nước chảy để giảm ảnh hưởng nước dềnh; Bệ thuỷ chí xây dựng tương tự bệ cọc, phụ thuộc vào điều kiện địa hình đáy sơng tốc độ dòng nước mà xây dựng to hay nhỏ Mỗi trạm có thuỷ chí dự trữ (ở vùng đất mềm, đất xốp, xây dựng bệ thuỷ chí tương tự xây dựng bệ cọc) Hình 1-5 Sơ đồ hệ thống thủy chí theo tuyến đo mực nước Các thủy chí đứng có cấu tạo sau: ... quan trắc mực nước trạm thủy văn Đài Khí tượng Thuỷ văn khu vực xây dựng quan có thẩm quyền xét duyệt qui định bảng nhiệm vụ công tác hàng năm trạm Đài Khí tượng Thuỷ văn khu vực đạo trạm nghiêm... quan trắc mực nước Mực nước tài liệu quan trọng phục vụ cho việc xây dựng cơng trình đầu mối thủy lợi, thủy điện, giao thông việc thiết kế cơng trình sơng cần tài liệu mực nước Dựa vào quan hệ... nghiên cứu phân tích tài liệu mực nước thu thập để giảm bớt số lần quan trắc (nếu xét thấy chế độ quan trắc có sai số ngẫu nhiên tức thời nằm sai số cho phép) Đài Khí tượng Thuỷ văn khu vực kiến