Tài liệu giảng dạy khí tượng thủy văn nông nghiệp

2 NỘI DUNG MƠN HỌC KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN Giới thiệu khái qt mơn học Phần I: KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP Chương - THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN Thành phần khơng khí khí trái đất Cấu trúc theo chiều thẳng đứng khí Chương - NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI Mặt trời xạ mặt trời Cường độ xạ mặt trời Ảnh hưởng xạ mặt trời sinh vật Sử dụng lượng xạ mặt trời nông nghiệp Chương - NHIỆT ĐỘ Nhiệt độ đất Nhiệt độ nước Nhiệt độ khơng khí Chương - ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN VÀ GIĨ Áp suất khí Khái niệm Sự thay đổi áp suất khí theo chiều cao Sự phân bố áp suất khí mặt đất Gió Ngun nhân Đặc trưng gió Diễn biến gió theo thời gian Các loại gió Gió ứng dụng gió Dơng Bão Chương - ẨM ĐỘ KHƠNG KHÍ Độ ẩm khơng khí Sự bốc Sự ngưng kết nước Mưa Độ ẩm đất Chương - THỜI TIẾT Thời tiết Dự báo thời tiết Các tượng thời tiết đặc biệt Chương - KHÍ HẬU VIỆT NAM Cơ chế hình thành khí hậu Việt Nam Đặc trưng khí hậu Việt Nam Bảo vệ sử dụng hợp lý tài nguyên khí hậu Phần II: THUỶ VĂN ỨNG DỤNG Khái quát thuỷ văn Chương - SÔNG NGỊI Sơng Sự hình thành dịng chảy sơng Thuỷ triều Mạng lưới sơng ngịi Chương - PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN THUỶ VĂN Dịng chảy năm Dịng chảy kiệt Dòng chảy lũ Hồ chứa điều tiết dòng chảy Điều tiết lũ Mơ hình tính tốn thuỷ văn Đo đặc thuỷ văn Giới thiệu mơn học KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN Khí tượng nơng mơn khoa học nghiên cứu ảnh hưởng điều khiện khí tượng, khí hậu thủy văn sản xuất nông – lâm – ngư nghiệp Nghiên cứu biện pháp khai thác bảo vệ nguồn tài nguyên khí hậu phục vụ sản xuất đời sống Từ thuở xa xưa, để tồn người phải đối mặt với thiên nhiên vô khắc nghiệt, đặc biệt thời tiết khí hậu Con người tích luỹ nhiều kinh nghiệm để thích ứng với quy luật tự nhiên dự đoán thời tiết, tổ chức mùa vụ thích hợp, bảo vệ mùa màng Nhiều câu tục ngữ, ca dao thời tiết, khí hậu… mầm móng cơng nghiên cứu khí hậu học Tuy kinh nghiệm cổ sơ cịn nhiều sai lầm ảnh hưởng tơn giáo, văn hố… Ngành khí tượng nơng nghiệp giới thức thành lập vào năm 1921, đặt trụ sở Rome (Italia) Tổ chức Khí tượng Nông nghiệp giới đặt FAO (Tổ chức Nông Lương giới – Food and Agricultural Organization) hợp tác chuyên môn WMO (Tổ chức Khí tượng giới - World Meteorological Organization) Những kết nghiên ứng dụng khí tượng nơng nghiệp giúp cho nhiều quốc gia tự giải có hiệu nhu cầu lương thực, thực phẩm Những kết nghiên cứu góp phần xây dựng làm phong phú kho tàng lý luận ngành Khí tượng Nơng nghiệp giới Ngành Khí tượng Nơng nghiệp khu vực Đông Nam Á, với giúp đỡ FAO, WMO có đóng góp quan trọng vào việc tăng suất trồng, giữ vững mức an toàn lương thực, thực phẩm cho vùng Đáng ý kết nghiên cứu phát triển hệ thống canh tác lúa địa bàn thiếu nước đủ nước Thái Lan, Indonesia, Malaysia, Philipine … giải pháp thời vụ sử dụng trồng chịu hạn… Ngày số vấn đề lớn đặt khí hậu trái đất có biến đổi không thuận lợi sản xuất nông nghiệp đời sống việc dâng mực nước biển, tăng nhiệt độ khơng khí, giảm sút nguồn nước ngọt… Hơn nữa, trước sức ép gia tăng dân số, nạn đói đe hoạ phạm vi tồn cầu Con người phải làm để đối phó với biến đổi khí hậu, giữ vững cân sinh thái? Ở Việt Nam từ xa xưa người nông dân có nhiều kinh nghiệm thời tiết sản xuất nông nghiệp phục vụ cho nghề trồng trọt, nghề chài lưới nghề làm muối Việc khảo sát khí hậu Việt Nam tiến hành trăm năm máy đo đạc định lượng Phần lớn trạm khí tượng có dãy số liệu 60 năm Ở Việt Nam, quan quản lý việc đo đạc, phân tích nghiên cứu khí tượng thuỷ văn Tổng cục Khí tượng Thuỷ văn (Department of Meteorology and Hydrology) Trước đây, mạng lưới Khí tượng Thuỷ văn Việt Nam mỏng phân tán Hiện nay, trạm đo đạc Khí tượng - Thuỷ văn tỉnh trạm khu vực có phương tiện, máy móc ngày đại phục vụ cho sản xuất, đời sống, góp phần hạn chế thiệt hại thiên tai gây Nước ta có vùng khí tượng - thuỷ văn, có nhiệm vụ theo dõi, đo đạc, phân tích liệu dự báo diễn biến khí hậu, thời tiết, mực nước… Mỗi vùng có đài Khí tượng Thuỷ văn: Đài Khí tượng vùng Tây Bắc, đặt thị xã Sơn La Đài Khí tượng vùng Việt Bắc, đặt thành phố Việt Trì Đài khí tượng vùng Đơng Bắc, đặt thành phố Hải Phịng Đài Khí tượng vùng Trung du Đồng Bắc bộ, đặt Hà Nội Đài Khí tượng vùng Bắc Trung bộ, đặt thành phố Vinh Đài khí tượng vùng Trung Trung bộ, dặt Đà Nẵng Đài Khí tượng vùng Nam Trung đặt Nha Trang Đài khí tượng vùng Tây Nguyên đặt Pleyku Đài Khí tượng vùng Nam bộ, đặt Thành phố Hồ Chí Minh Chƣơng I - THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN TRÁI ĐẤT Khí nơi chứa khơng khí bao bọc bên ngồi vỏ trái đất Lớp khí gần mặt đất có vai trị lớn lao sống trái đất Nếu khơng có bảo vệ khối khí này, sinh vật trái đất khó để tồn tại, giúp cho sinh vật tránh thiêu đốt của tia nắng mặt trời tránh giá lạnh đêm tối băng tuyết Khí môi trường quan trọng cho sản xuất nông nghiệp Chính nhờ lực hấp dẫn trái đất mà chất khí khí khó mà ngồi vũ trụ I Thành phần khơng khí khí trái đất a Thành phần khơng khí lớp khí gần mặt đất Trong đơn vị thể tích khơng khí khơ có chứa 78,08% nitơ (N2), 20,95% oxy (O2), 0,93% argon (Ar), 0,03% cacbonic Các chất khí nêon, heli, cripton, hydro, xenon ozơn chiếm khoảng 0,01% Các chất khí Tỷ lệ (%) Tỷ trọng so với khơng khí Thể tích Trọng lượng Nitơ 78,08 75,52 0,9672 Oxy 20,95 23,15 1,1055 Argon 0,93 1,28 1,3775 Cacbonic 0,03 0,05 1,5291 Các khí khác 0,01 b Vai trị chất khí khí Nitơ (N2): chất khí chiếm tỷ lệ lớn nhất, xương khí trái đất Nitơ nguyên tố dinh dưỡng cho thể sống, tham gia cấu tạo nên nhiều phận quan trọng thể động vật thực vật Trong sản phẩm trồng hàm lượng Nitơ tổng số không cao, song giữ vai trị quan trọng q trình sinh trưởng, phát triển, hình thành suất phẩm chất của trồng Về số lượng, Nitơ chiếm vị trí thứ tư thể thực vật sau chất Cacbon, Hydro Oxy Ba chất tạo nên 95% trọng lượng thể thực vật, Nitơ chiếm từ đến 3% Nhưng thiếu Nitơ sống Ở họ đậu có tác dụng cố định đạm từ khí trời nhờ vi khuẩn sống cộng sinh rễ tạo thành hợp chất chứa đạm, bổ sung nguồn dinh dưỡng cho đất Nguồn đạm cung cấp thường xuyên cho đất hợp chất Nitơ tan nước mưa, sương mù, sương muối… Hợp chất hình thành chủ yếu q trình phóng điện khí Đối với vùng đất sản xuất nơng nghiệp, ngồi nguồn đạm tự nhiên kể nơng dân cịn bón phân vơ hữu cho đất… Những xác chết động thực vật, sản phẩm phụ nông nghiệp nguồn bổ sung lượng đạm đáng kể cho đất Quá trình chuyển đổi Nitơ mặt đất tượng tự nhiên tạo nên vịng tuần hồn Nitơ khí quyển, giữ trạng thái cân Nitơ đất khí Điều giải thích tồn xanh mặt trái đất khơng có tác động người Ơxy (O2) chiếm gần 21% thể tích khí quyển, chất có khả hấp thụ chọn lọc số tia xạ mặt trời góp phần vào việc điều tiết chế độ nhiệt khí Oxy chất cần cho q trình hơ hấp thể sống, q trình ơxy hố chất thể đồng hóa được, giải phóng lượng cung cấp cho hoạt động thể Oxy cần thiết cho phân giải chất hữu cơ, chất thải, tàn dư sinh vật làm môi trường Oxy cần thiết cho đốt cháy loại nhiên liệu giải phóng nhiệt lượng cung cấp cho hoạt động công nghiệp, giao thông vận tải ngành kinh tế khác Nguồn cung cấp ơxy cho khí chủ yếu quang hợp xanh Ơzon (O3) dạng thụ hình ơxy, ơzon hình thành tác dụng tia sóng ngắn xạ mặt trời Các tia xạ có lượng lớn làm phân ly phân tử ôxy thành nguyên tử Các nguyên tử ôxy lên kết lại thành ơzơn Lượng ơzơn khí khơng nhiều, có mặt tầng khí cao từ 10 - 50 km, tập trung chủ yếu tầng từ 15 - 35 km Ozơn có vai trị đặc biệt việc điều tiết chế độ xạ mặt trời chiếu tới mặt đất, nhờ có tầng ơzơn mà phần lớn tia sóng ngắn xạ mặt trời hấp thụ, có tác dụng bảo vệ cho trái đất khỏi bị nhiễm phóng xạ Ở giới hạn ngồi khí quyển, phận tia sóng ngắn xạ mặt trời chiếm 7% tổng lượng xạ, qua tầng Ozơn cịn lại 1% Trong nhiều thập kỷ nay, hoạt động thiếu ý thức người làm tổn đến tầng ơzon khí Một ngun nhân quan trọng hoạt động công nghiệp, giao thông vận tải, khai thác dầu khí khí đốt thải vào khí hàng loạt chất khí độc vừa gây nhiễrn vừa gây tác dụng hóa học làm tiêu hao tầng Ơzơn Cacbonic (CO2) Ở điều kiện trung bình khí CO2, chiếm 0,03% thể tích khí quyển, nguồn dinh dưỡng quan trọng xanh Là yếu tố tạo thành suất trồng Sự hoạt động núi lửa, trình cháy hô hấp sinh vật, thối rữa phân huỷ chất hữu nguồn tạo khí CO2 cho khí Thực vật cần CO2 trình quang hợp, bảo đảm cho sinh trưởng, phát triển tích luỹ chúng Lượng CO2 thích hợp cho người gia súc từ 0,02 – 0,03%, tăng lên 0,2 – 0,6% gây chết cho người gia súc CO2 có khả hấp thu tia sóng dài xạ mặt trời, đặc biệt tia xạ mặt đất làm cho khơng khí nóng lên, khí CO2 màng chắn giữ nhiệt cho trái đất gây nên “hiệu ứng nhà kính” Nhiều học giả cho nhiều thập kỷ nhiệt độ khí nóng lên hàm lượng CO2 ngày tăng khí Hơi nƣớc mắc xích vịng tuần hồn nước thiên nhiên Ở điều kiện nước ngưng kết thành sương, sương muối mặt đất, sương mù tầng khí thấp mây tầng khí cao gây mưa, góp phần vào việc tạo nên tượng thời tiết khác Lượng nước tạo nên độ ẩm khơng khí Hơi nước có vai trị quan trọng việc điều tiết nhiệt cho khí khả hấp thu tia sóng dài xạ mặt trời xạ mặt đất, khả chuyển từ thể sang thể lỏng ngược lại góp phần làm cho khí nóng lên lạnh Hơi nước giảm nhanh lên tầng cao khí quyển, khơng cịn tìm thấy nước độ cao 10 – 15km Hơi nước giữ vai trò quan trọng nhiều tượng trình vật lý xảy khí quyển: hấp thu, khúc xạ, khuyếch tán tia xạ mặt trời tạo nên tượng quầng tán mặt trăng, mặt trời, tượng cầu vòng, ráng, tượng quang học khác Hơi nước cịn có vai trị đặc biệt sản xuất đời sống Bụi khói phần tử vật chất có kích thước nhỏ bé bay lơ lửng khí Thành phần bụi khói biến động theo thời gian theo khơng gian Bụi khói có khí q trình phong hố đất đá, q trình cháy thiên thể lớp khí cao, số lượng lớn bụi khói đưa vào khí cháy rừng, hoạt động núi lửa, đốt cháy nhiên liệu công nghiệp, giao thông vận tải, hoạt động người động vật mặt đất Bụi khói hạt nhân ngưng kết nước, đặc biệt hạt bụi có chứa chất dễ hút ẩm dễ tan nước Khi hút phân tử nước, hạt bụi dễ hoà tan tạo thành giọt dung dịch nhỏ bé gọi hạt nhân ngưng kết Ở vào điều kiện thuận lợi hạt nhân ngưng kết lớn dần tạo thành giọt mưa Bụi khói có vai trị quan trọng việc điều tiết chế độ nhiệt khơng khí Những phần tử nhỏ bé có khả hấp thu xạ lượng Trong khí chứa nhiều bụi khói gây bất lợi cho trồng Nó ngăn cản phần lớn tia xạ chiếu tới trồng làm giảm cường độ quang hợp, hạt bụi bịch kín khí khổng cản trở việc nước mặt lá, gây ảnh hưởng xấu đến chức sinh lý khác trồng II Cấu trúc theo chiều thẳng đứng khí Dựa đặc trưng vật lý tính chất hoạt động, khí trái đất chia thành tầng, tầng có đặc trưng vật lý khác Tầng ngồi Tầng nhiệt Tầng Tầng bình lƣu Tầng đối lƣu Hình 1: Cấu trúc khí theo chiều thẳng đứng Tầng đối lưu Là tầng khơng khí gần mặt đất nhất, độ cao trung bình vào khoảng 11 km, hai cực trái đất cao khoảng – 10 km, vùng xích đạo cao từ 15 – 18 km Tầng chiếm 80% khối lượng khí 90% nước, thành phần khí tầng ln diễn trao đổi mặt đất, mặt đại dương khí Tầng đối lưu tầng khí hoạt động mạnh Các tượng thời tiết, mưa, nắng, mây, dơng, bão… xảy tầng khí Tầng đối lưu môi trường sống tất sinh vật trái đất Đặc điểm quan trọng tầng đối lưu nhiệt độ giảm dần theo độ cao Trung bình lên cao 100m nhiệt độ giảm xuống 0,60C Nhiệt độ giới hạn đạt -700C vùng xích đạo trái đất Ở tầng thường diễn tượng thăng giáng khơng khí, khơng khí thường chuyển động lên (thăng) xuống (giáng) theo chiều thẳng đứng, trình chuyển động tạo thay đổi động Động khí phụ thuộc vào áp suất khí quyển, điều khiển trạng thái nhiệt Khi bị nén lại chúng nóng lên, giãn nở chúng lạnh Xuất phát từ ngun lý này, khối khơng khí chuyển động lên, áp suất khí giảm dần, khối khơng khí giãn làm cho nhiệt độ giảm theo Ngược lại, khối khơng khí chuyển động xuống, áp suất khí tăng lên, khối khơng khí bị nén lại làm cho nhiệt độ khối khơng khí tăng theo Hiện tượng thăng giáng khơng khí nguyên nhân làm biến đổi thời tiết trái đất đặc trưng tầng đối lưu Tầng bình lưu Tầng bình lưu tầng tiếp giáp với tầng đối lưu lên tới độ cao 50 - 55km Đặc điểm tầng bình lưu khơng khí bị xáo trộn theo chiều thẳng đứng Có thể tách tầng thành lớp: - Lớp đẳng nhiệt: nằm sát tầng đối lưu lên cao tới 35km, nhiệt độ thay đổi, trung bình vào khoảng -550C Lớp khí thường chuyển động theo chiều nằm ngang từ Đông sang Tây - Lớp nghịch nhiệt: độ cao từ 30-35km trở lên Ở lớp nhiệt độ tăng dần theo độ cao, nhiệt độ trung bình vào khoảng 00C Tầng trung gian Tầng trung gian nằm tầng bình lưu độ cao 80 – 90 km Tầng nhiệt độ giảm dần theo độ cao đạt đến giá trị -700C đến -800C Tầng điện ly Tầng điện ly hay gọi tầng nhiệt, vị trí xa vào khoảng 800km, tầng khơng khí thưa lỗng Dưới tác dụng tia xạ chất khí bị phân ly ion hố mạnh Khí có độ dẫn điện cao, ngun nhân làm phản hồi sóng vơ tuyến phát từ mặt đất Đặc điểm quan trọng tầng khí nhiệt độ khơng khí cao tăng nhanh theo độ cao Ở độ cao 200km có nhiệt độ 6000C, giới hạn 20000C Tầng khuếch tán Giới hạn tầng có độ cao từ 2000 – 3000 km, tầng chuyển tiếp khí khơng gian vũ trụ, khơng khí tầng thưa lỗng, thành phần chủ yếu Hydro Heli Chƣơng II - NĂNG LƢỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI I Mặt trời xạ mặt trời Mặt trời cầu lửa khổng lồ với đường kính lên đến 1,39.106 km Mặt trời lò phản ứng hạt nhân khổng lồ với nhiệt độ bề mặt lên đến 6.0000C, liên tục phát chung quanh nguồn lượng 5,3 1027 kcal/phút, khí Hydro (H2) bị phân hủy thành khí Hêli (He) Trái đất nhận phần nhỏ nguồn lượng mặt trời phát Quĩ đạo trái đất quanh mặt trời có hình Elip: nơi gần 147 l06 km (khoảng ngày 2/1), nơi xa 152.106 km (khoảng ngày 5/6) Thời gian trái đất quay hết vòng quanh mặt trời 365 ngày Năng lượng mặt trời phát phía khơng gian vũ trụ dạng sóng điện từ với vận tốc 300.000 km/s gọi xạ mặt trời Bức xạ mặt trời nguồn lượng q trình chuyến hóa lượng trái đất Ánh sáng chuyển hóa thành nhiệt cơng tạo q trình vật lý bề mặt trái đất, bao gồm:  Bức xạ mặt trời làm thay đổi thời tiết, khí hậu, tuần hồn nước, tạo gió, ánh sáng tượng thiên nhiên khác  Bức xạ mặt trời nguồn tích luỹ lượng dạng nguyên liệu công nghiệp dầu mỏ, than đá số khoáng sản khác  Bức xạ mặt trời tạo đất trồng: chênh lệch nhiệt độ vỏ trái đất làm cho đá bị nứt dần, vỡ vụn hình thành đất cho thực vật phát triển  Bức xạ mặt trời nguồn lượng giới thực vật sử dụng q trình quang hợp biến chất vơ (CO2 nước) thành chất hữu giúp cho hình thành đa dạng sinh học trái đất  Thành phần quang phổ xạ mặt trời: Bức xạ mặt trời thực chất sóng điện từ lan truyền không gian với tốc độ ánh sáng, bước sóng khơng mà tạo dãi quang phổ Người ta nhận biết thành phần quang phổ lăng kính phân kỳ Quang phổ xạ mặt trời có bước sóng khoảng 0,20 μ đến 24,0 μ chia làm vùng rõ rệt:  Vùng có μ = 0,20 μ – 0,39 μ gọi tia tử ngoại  Vùng có μ = 0,39 μ – 0,76 μ gọi tia thấy  Vùng có μ = 0,76 μ – 24,0 μ gọi tia hồng ngoại (μ micromét = l0-6 mét; mμ nanomet = 10-3) Năng lượng Nhóm tia Độ dài sóng BXMT (μ) Cal/cm2/phút % NL BXMT 0,20 – 0,39 0,140 A 0,20 – 0,28 0,008 0,4 B 0,29 – 0,32 0,025 1,2 C 0,33 – 0,39 0,107 5,4 0,39 – 0,76 0,910 46 A 0,39 – 0,52 0,350 18 B 0,52 – 0,62 0,300 15 C 0,62 – 0,76 0,260 13 Tử ngoại Trông thấy Ghi Bị Ozôn hấp thụ Đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím (red, orange, yellow, green, blue, indigo and violet) Năng lượng Nhóm tia Độ dài sóng BXMT (μ) Cal/cm2/phút % NL BXMT Hồng ngoại 0,76 – 24,0 0,930 47,0 A 0,76 – 1,40 0,640 32,0 B 1,40 – 3,0 0,250 13,0 C 3,0 – 24,0 0,040 2,0 Tổng số 0,20 – 24,0 1,980 100,0 Ghi Gần đỏ Ghi chú: % Năng lượng xạ mặt trời tính giới hạn ngồi khí II Cƣờng độ xạ mặt trời II.1 Định nghĩa: Cường độ xạ mặt trời lượng xạ mặt trời qua đơn vị diện tích 1cm2 đặt thẳng góc với tia xạ đơn vị thời gian Đơn vị cal/cm2/phút; cal/cm2/giờl; Kcal/cm2/năm C h0 A B Hình 2: Bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất II.2 Năng lượng xạ mặt trời chiếu mặt đất Năng lượng xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất nằm ngang hay mặt đất dốc tính tốn dựa vào cường độ xạ mặt trời (I) Xét chùm tia sáng chiếu tới mặt đất có lượng Q calo {CB} mặt phẳng vng góc với tia tới có diện tích E (cm2) Theo định nghĩa cường độ xạ mặt trời, ta suy luận: Q = I.E (a) {AB} mặt phẳng nằm ngang có diện tích F (cm2) Trên đơn vị diện tích nằm ngang nhận lượng S phút Như vậy, lượng chùm tia sáng Q là: Q = S.F (b) Từ (a) (b) ta thấy: I.E = S.F E hay S = I.sin(h0); ho góc tạo chùm tia sáng mặt phẳng nằm ngang, F h0 gọi “độ cao mặt trời” Suy ra: S = I Như vậy, nước ta năm, cường độ xạ mặt trời mùa hạ lớn độ cao mặt trời lớn Ngược lại, vào mùa Đơng độ cao mặt trời thấp nên cường độ xạ mặt đất nằm ngang thấp II.3 Sự giảm cường độ mặt trời qua bầu khí Cường độ xạ mặt trời giới hạn ngồi khí lớn Khi vào khí quyển, lượng xạ bị yếu đi, nguyên nhân sau:  Các thành phần khí O2, CO2, O3, nước, bụi … có tác dụng hấp thụ phần xạ mặt trời, tạo nhiệt gây phản ứng ion hoá Sự suy yếu xạ mặt trời hấp thụ chiếm tới 14% lượng xạ  Các tia xạ mặt trời vào khí bị khuyếch tán theo hướng khác nhau, phần bị đổi hướng quay trở lại vũ trụ, phần theo hường song song với mặt đất, phần bị khúc xạ lớp khí có độ chiết xuất khác phần tia chiếu xuống mặt đất  Một phần lớn lượng xạ mặt trời bị đám mây che phủ phản xạ trở lại không gian vũ trụ II.4 Sự thay đổi cường độ xạ mặt trời theo vĩ độ Trái đất tự xoay quanh mình, phần hướng mặt trời gọi ngày, phần bị che khuất gọi đêm Trong quay, trục trái đất hợp với mặt phẳng xích đạo góc 230 27' Do đó, ngày ánh sáng phân phối không tất trái đất Bởi thời gian ngày đêm có khác tuỳ theo vĩ độ Ở xích đạo thời gian ngày đêm lúc nhau, lên vĩ độ cao (đến cực trái đất) thời gian ngày đêm cách xa II.5 Sự thay đổi cường độ xạ mặt trời theo mùa Trái đất tự quay xung quanh theo trục Bắc Nam hết 23 56 phút giây Đồng thời, trái đất quay vòng chung quanh mặt trời theo quỹ đạo hình Elip 365 ngày Do trục trái đất nghiêng 230 27’ nên Bắc bán cầu Nam bán cầu có thời gian nghiêng hẳn phía mặt trời tạo  Tại vị trí (1): Mặt trời chiếu thẳng xích đạo, lúc Bắc Nam bán cầu có ngày đêm dài Đây vị trí ngày Xuân phân (giữa mùa Xuân): 21/3 Từ sau ngày Xuân phân, mặt trời chiếu thẳng góc dần lên chí tuyến Bắc, lúc Bắc bán cầu ngày dài, đêm ngắn lại Ở Nam bán cầu ngược lại ngày ngắn dần, đêm dài  Tại vị trí (2): Mặt trời chiếu thẳng góc vào chí tuyến Bắc, nên Bắc bán cầu có ngày dài đêm ngắn nhất, ngày Hạ chí (giữa mùa Hè): 22/6 Ở Nam bán cầu ngược lại: ngày ngắn đêm dài  Tại vị trí (3): Mặt trời lại chiếu thẳng xích đạo, Bắc bán cầu Nam bán cầu có ngày đêm dài nhau, ngày Thu phân (giữa mùa Thu): 23/9 (1) (2) (4) (3) Tên hệ thống sông thường lấy từ sơng hệ thống Thơng thường sơng sơng dài có lưu lượng dịng chảy lớn trực tiếp đổ biển hồ nội địa Các sông đổ trực tiếp vào sơng gọi sơng nhánh cấp I, sông đổ vào sông nhánh cấp I gọi sông nhánh cấp II, tương tự sông nhánh cấp III đổ vào sông nhánh cấp II,… Sự phân bố sông nhánh dọc theo sơng định tính chất dịng chảy hệ thống sơng Một hệ thống sơng có nhiều hình dạng: hình nan quạt, dạng hình lơng chim, dạng phân bố song song, dạng hỗn hợp dạng Một sông phát triển đầy đủ thường có đoạn đặc trưng: Nguồn sơng: nơi bắt đầu sơng, thường khe suối, lạch nước, đầm lầy hay hồ nước từ cấp nước cho sơng Thượng lưu: đoạn nối với nguồn sơng, có đặc điểm lịng sơng hẹp, dốc, có nhiều ghềnh thác, nước chảy xiết lịng sơng thường bị xói mạnh sâu Trung lưu: đoạn nối tiếp với đoạn thượng lưu thường chảy qua vùng núi khơng cao lắm, lịng sơng bớt dốc, ghềnh thác hơn, nước chảy xiết, sơng bị xói đáy hai bên bờ, nên lịng sơng mở rộng dần Hạ lưu: đoạn cuối sông, chảy qua đồng bằng, độ dốc nhỏ, nước chảy chậm, lịng sơng mở rộng có khuynh hướng bồi nhiều xói, có nhiều bãi bồi có nhiều nhánh chảy biển nhiều cửa Cửa sông: nơi tiếp giáp sông biển, hồ sông khác  Vùng ven biển ngồi cửa sơng: vùng biển trước cửa sơng, có chiều sâu từ 10-20m Vùng chứa vật trầm tích sơng, bồi tụ thành bãi cạn nước biển bị nhạt rõ rệt (nhất mùa lũ) so với biển Ở đây, dòng chảy chịu ảnh hưởng biển chủ yếu  Đoạn cửa sơng: cịn gọi tam giác châu thổ (delta), phần khu cửa sông từ mép biển nơi sông phân nhánh Ở đây, dòng chảy chịu chi phối ảnh hưởng biển lẫn dịng sơng  Đoạn cửa sơng: phần khu vực cửa sông, đỉnh tam giác châu thổ (chỗ sông phân nhánh) lên đến giới hạn thủy triều lớn mùa kiệt Ở dòng chảy chịu chi phối sơng Bờ biển Đoạn cửa sơng Đoạn cửa sơng ngồi cửa sơng Đặc trưng sơng  Chiều dài lịng sơng: chiều dài tính kilomét đường nước chảy kể từ nguồn đến cửa sông (L)  Độ uốn khúc: tỷ số chiều dài sơng (L) với khoảng cách thẳng (l) tính từ nguồn đến cửa sông 65 KU  L l  Độ sâu nước sông: khoảng cách thẳng đứng từ mặt nước đến đáy sơng  Mặt cắt sơng: có hai loại mặt cắt mặt cắt dọc mặt cắt ngang Mặt cắt dọc: mặt cắt qua trục lịng sơng Mặt cắt ngang: mặt cắt vng góc với hướng nước chảy  Độ dốc mặt nước: tỷ số độ chênh lệch mực nước (H) mặt cắt H1, H2 cách đoạn L i H  H H  L L Lƣu vực sông đặc trƣng lƣu vực sông Lưu vực sông phần mặt đất mà nước từ chảy vào sơng Nói cách khác, lưu vực sơng phần diện tích khu vực tập trung nước sông Lưu vực sông giới hạn đường phân nước (water-shed line) lưu vực Có loại đường phân nước: đường phân nước mặt đường phân nước ngầm Đường phân nước mặt đường nối liên tục điểm cao chung quanh lưu vực giới hạn lưu vực khác Nước mưa rơi xuống đường phân nước chảy hai phía đường phân nước hai lưu vực kế cận theo sườn dốc chúng Đường phân nước ngầm phân chia tập trung nước ngầm lưu vực Thực tế người ta thường lấy đường phân nước mặt để xác định diện tích lưu vực gọi đường phân lưu Muốn xác định đường phân lưu phải vào đồ địa hình có vẽ đường đồng cao độ Các đặc trưng hình học lưu vực Diện tích lưu vực F Diện tích lưu vực F (km2) diện tích khống chế đường phân lưu khu vực Diện tích lưu vực xác định từ đồ có tỷ lệ xích khoảng 1/10.000 đến 1/100.000 Có thể dùng phương pháp phân ô dùng máy đo diện tích để xác định diện tích lưu vực Chiều dài sơng L chiều dài lưu vực L1 Chiều dài sơng L (km) chiều dài theo chiều dịng chảy đo từ nguồn sơng đến cửa sơng Chiều dài lưu vực L1 (km) chiều dài tính theo đường tim lưu vực kể từ điểm xa lưu vực đến cửa sông Trong thực tế người ta thường lấy chiều dài sông làm chiều dài lưu vực: L1  L Chiều rộng bình quân lưu vực B Chiều rộng bình quân lưu vực B (km) tỷ số diện tích chiều dài lưu vực B F L1 Hệ số hình dạng Kd Hệ số hình dạng lưu vực Kd tỷ số bề rộng lưu vực chiều dài lưu vực Kd biểu thị hình dạng lưu vực, thơng thường Kd  Lưu vực có hình dạng vng Kd  1.0, ngược lại hẹp dài Kd nhỏ khả tập trung nước lũ lớn 66 B L1 Kd  Độ cao bình quân lưu vực Hbq Độ cao bình quân lưu vực xác định từ đồ đường đồng mức cao độ n H bq  fh i i i 1 n f i 1 Trong đó: i hi – cao trình bình quân hai đường đồng mức cao độ Fi - diện tích hai đường đồng mức cao độ kề (km2) N - số mảnh diện tích Độ dốc bình qn lưu vực Ibq Độ dốc bình quân lưu vực độ dốc trung bình lưu vực n l I bq  H i 1 n f i 1 Trong i i H – chênh lệch độ cao đường đồng mức Fi - diện tích hai đường đồng mức cao độ kề (km2) li - khoảng cách bình quân đường đồng mức gần Trong trường hợp khơng có đường đồng cao độ, ta dùng công thức gần sau: I bq  Trong H max  H F Hmax – cao trình điểm cao khu vực Hmin – cao trình điểm thấp lưu vực F - diện tích lưu vực Cơng thức độ dốc lưu vực biến đổi Mật độ lưới sông D Mật độ lưới sông D (km/km2) tổng chiều dài tất sông suối lưu vực chia cho diện tích lưu vực n D L i 1 i F Sông suối dày, mật độ lưới sơng lớn Những vùng có nguồn nước phong phú D thường có giá trị cao Chu trình thủy văn Để đánh giá lượng dịng chảy khả cấp nước lưu vực sông, người ta sử dụng đặc trưng biểu thị dòng chảy 67 Lưu lượng nước: (water discharge) lượng nước chảy qua mặt cắt cửa đơn vị thời gian giây (m3/s) Lưu lượng nước thời điểm gọi lưu lượng tức thời Quá trình thay đổi lượng nước theo thời gian tuyến cửa gọi trình lưu lượng, ký hiệu Q(t) Q ~ t Đồ thị thay đổi lưu lượng nước thời gian đường trình lưu lượng nước Lưu lượng bình quân khoảng thời gian t giá trị trung bình lưu lượng nước khoảng thời gian Lưu lượng bình qn tính theo cơng thức sau: n Q Q i 1 i n Trong Q giá trị bình qn lưu lượng, n số thời gian tính tốn, Qi lưu lượng bình quân thời đoạn thứ i Tổng lượng dòng chảy (W): lượng nước chảy qua mặt cắt cửa khoảng đơn vị thời gian từ t1 đến t2, đơn vị m3 km3 W  Qt  t1  Trong Q lưu lượng bình qn khoảng thời gian t2-t1 Độ sâu dòng chảy Y: chiều dầy lớp nước bình quân sản sinh bề mặt lưu vực sau khoảng thời gian (mm) Y W 10 F Trong W - tổng lượng nước (m3) Module dịng chảy M: trị số lưu lượng đơn vị diện tích lưu vực km2 M  10 Q F (l/s.km2) Hệ số dòng chảy: biểu thị khả sinh sản dòng chảy lưu vực  Y X Trong X lượng mưa sinh dòng chảy Y Hệ số  lớn, tổn thất dòng chảy lớn ngược lại Phƣơng trình cân nƣớc Phương trình phản ánh cách định lượng vịng tuần hồn nước lưu vực sông, lưu vực riêng biệt tồn trái đất gọi phương trình cân nước (water balance equation) Phương trình cân nước phát xuất từ định luật bảo toàn vật chất, lưu vực phát biểu sau: “hiệu số lượng nước đến lượng nước khỏi lưu vực thời đoạn tính tốn định lượng thay đổi trữ lượng nước chứa lưu vực đó” Phương trình cân nước thơng dụng Trong khu vực bất kỳ, giả thiết có mặt trụ thẳng đứng bao quanh khu vực tới tầng không ngấm nước Chọn thời đoạn t Dựa vào nguyên lý cân nước, ta có biểu thức sau: 68 (X + Z1 + Y1 + W1) - (Z2 + Y2 + W2) = U2 – U1 =  U Nước đến + Nước = Thay đổi nước trữ Trong đó, X Z1 Y1 W1 Z2 Y2 W2 U1 U2 U - lượng mưa bình quân rơi lưu vực - lượng nước ngưng tụ mặt lưu vực - lượng dòng chảy mặt đất - lượng dòng chảy ngầm - lượng nước bốc bình qn khỏi khu vực - lượng dịng chảy mặt - lượng dòng chảy ngầm - lượng nước trữ lưu vực thời điểm đầu - lượng nước trữ lưu vực thời đoạn cuối - mang dấu + U1 > U2 ngược lại Phương trình cân nước lưu vực kín hở thời đoạn t Lưu vực kín lưu vực mà đường phân chia nước mặt nước ngầm trùng nhau, khơng có nước mặt nước ngầm từ lưu vực khác chảy đến, tức Y1 = W1= Gọi Y = Y2 + W2 tổng lượng nước mặt ngầm chảy khỏi lưu vực Z=Z2-Z1 lượng bốc trừ lượng ngưng tụ, ta có: X = Y + Z  U (a) Lưu vực hở: lưu vực hở có lượng nước ngầm từ lưu vực khác chảy vào ngược lại, phương trình cân nước có dạng: X = Y + Z  W  U (b) Trong đó:  W = W2 – W1 Phương trình cân nước nhiều năm Phương trình (a) (b) viết cho thời đoạn bất kỳ, tức t cáo thể năm, tháng, ngày nhỏ Để viết phương trình cân nước thời đoạn nhiều năm, người ta lấy bình quân nhiều năm thành phần phương trình cân nước n  Xi i 1 n n   Y i i 1  Z i  U i  n Tổng  U xem có xen kẽ năm nhiều nước nước, phương trình trở thành X0 = Y0 + Z0 n Trong đó: X0   Xi i 1 n n n ; Y0   Yi i 1 n ; Z0  Z i 1 i n Nếu n đủ lớn, X0, Y0, Z0 gọi chuẩn mưa năm, chuẩn dòng chảy năm chuẩn bốc năm Đối với lưu vực hở, tương tự ta có: X0 = Y0 + Z0  W0 Trong trường hợp lưu vực hở, giá trị  W không tiến đến trao đổi nước ngầm lưu vực không cân thường diễn 69 Thủy triều Mực nước biển lên xuống theo chu kỳ định gọi thủy triều (tide) Nói cách khác, thủy triều tượng chuyển động nước biển tác động lực gây mặt trăng, mặt trời hành tinh khác lên chất điểm nước đại dương Nói chung, ngày đêm, thường có lần triều lên lần triều xuống (một lần vào ban ngày lần vào ban đêm), có đỉnh chân khác Đỉnh triều cao Z(m) Đỉnh triều thấp Triều xuống Triều lên Mực nước biển Thời gian Chân triều cao Chân triều thấp Sóng triều Chu kỳ triều Một ngày đêm Đối với triều (hình trên), mực nước triều lên gọi triều dâng (the rising tide), dâng đến mức cao gọi đỉnh triều Khi mực nước triều xuống gọi triều rút (the flowing-out tide), rút đến mức thấp gọi chân triều Đối với triều ngày, đỉnh tương đối cao gọi đỉnh triều cao, đỉnh thấp gọi đỉnh triều thấp Tương tự, ta có chân triều cao chân triều thấp Chênh lệch mực nước đỉnh triều chân triều gọi biên độ triều (tidal amplitude) Khoảng cách thời gian đỉnh triều (hoặc chân triều) liền gọi chu kỳ triều (tidal cycle) Trong tháng có kỳ triều lớn, thời kỳ từ 2-3 ngày, triều lên xuống mạnh (lên cao, xuống thấp), gọi kỳ triều cường, thời kỳ bé lên xuống yếu, gọi kỳ triều Phân loại thủy triều Dựa vào chu kỳ triều, người ta chia thủy triều thành loại Bán nhật triều (regular semidiurnal tide): tượng xảy ngày mặt trăng (24h 48’) có lần triều lên lần triều xuống Đỉnh triều chân triều lần xấp xỉ nhau, chu kỳ triều gần 12h 24’ Dạng triều xuất khắp Đại Tây Dương Ở Việt nam, cửa biển Thuận An, Huế có loại thủy triều Z(m) Đỉnh triều Chân triều Một ngày mặt trăng 70 Nhật triều (regular diurnal tide): tượng xảy ngày mặt trăng có lần triều lên lần triều xuống, chu kỳ xấp xỉ 24h 48’ Dạng triều có số vùng biển, chủ yếu thuộc Thái Bình Dương Ở Việt nam, vùng biển Hịn Dấu, Hải Phịng có dạng triều Z (m) Đỉnh triều Chân triều Một ngày mặt trăng Bán nhật triều không (irregular semidiurnal tide): tượng xảy ngày mặt trăng, có hai lần triều lên lần triều xuống, đỉnh triều chân triều lần khác Dạng triều có nhiều nơi thuộc Ấn Độ Dương Thái Bình Dương Vùng biển Vũng Tàu thuộc dạng bán nhật triều Đỉnh triều Z (m) z Chân triều Một ngày mặt trăng Nhật triều không (irregular diurnal tide): tượng xảy ngày mặt trăng có lần lên lần xuống, thời gian nửa tháng số ngày xuất nhật triều không ngày, ngày lại xuất bán nhật triều Loại triều có nhiều nơi thuộc Thái Bình Dương Ở Việt nam, vùng biển Cửa Hội, Quy Nhơn; cảng Đà Nẵng có chế độ nhật triều khơng đều, tháng có tới 10 ngày có lần nước lớn lần nước ròng ngày Z (m) Giai đoạn bán nhật triều không ngày Giai đoạn nhật triều không 71 Hai loại triều gọi chung triều hỗn hợp (mixed tide) hay tạp triều Vùng biển Hà Tiên nơi mang tính chất triều hỗn hợp Chế độ thủy triều phức tạp, hoàn toàn giống dù vùng biển Bảng cho thấy, dọc theo bờ biển Đông Việt nam, chế độ thủy triều khác Bảng 1: Chế độ thủy triều số cảng Việt nam TT Cảng Chế độ triều Mực nước trung bình Độ lớn thủy triều TB kỳ nước cường Cửa Ông Nhật triều 2,19 3,0 Hải Phòng Nhật triều 2,00 3,1 Đồ Sơn Nhật triều 1,90 3,0 Vinh Nhật triều không 1,71 2,5 Đà Nẵng Nhật triều không 0,90 1,0 Quy Nhơn Nhật triều không 1,24 1,4 Nha Trang Nhật triều không 1,30 1,4 Cam Ranh Nhật triều không 1,24 1,5 Cà Ná Nhật triều không 1,00 1,6 10 Sài Gịn Bán nhật triều khơng - 3,0 11 Vũng Tàu Bán nhật triều không 2,42 3,3 12 Hà Tiên Nhật triều không - 0,8 13 Côn Sơn Nhật triều không 2,28 3,3 Nguyên nhân gây thủy triều Mặt trăng mặt trời tác dụng tương hỗ với trái đất gây lực tạo nên thủy triều trái đất Do mặt trăng gần trái đất nên lực tạo triều mặt trăng lớn 2,17 lần lực tạo triều mặt trời, mặt trời có khối lượng lớn mặt trăng nhiều Theo định luật vạn vật hấp dẫn, lực hút mặt trăng chất điểm nước bằng: 72 Fp  G Trong đó: M R2 G - số hấp dẫn M - khối lượng mặt trăng R - khoảng cách từ mặt trăng đến chất điểm nước Fp - lực hút tương hỗ Dự tính thủy triều bảng thủy triều Hiện tượng thủy triều phức tạp, có tính chu kỳ, có quy luật rõ rệt Dựa vào quy luật ta phân tích dự tính tình hình mực nước triều vị trí trước năm in kết dự tính thành bảng thủy triều để phục vụ cho ngành sản xuất vùng ven biển, vùng chịu ảnh hưởng thủy triều Đối với ngành thủy lợi nông nghiệp, bảng thủy triều phục vụ thiết thực cho công tác thi công quản lý khai thác công trình thủy lợi xây dựng, lập kế hoạch thi cơng, kế hoạch lấy nước, nước cho thời kỳ tương ứng với nhu cầu nước trồng Ví dụ: Xem xét diễn biến triều ngày tính tốn điển hình cho khu vực canh tác lúa Triều tính tốn triều xác định từ bảng dự báo thủy triều (hoặc qua phân tích tần suất xuất hiện) có hiệu chỉnh Nối cao trình mực nước triều vào cao trình khu vực canh tác Từ đây, ta xác định giai đoạn lấy nước tưới từ sông vào ruộng, tiêu nước từ ruộng sông tương ứng với nhu cầu nước theo thời kỳ sinh trưởng lúa Ngồi ra, ta cịn xác định cao trình bờ bao, cao trình đặt cống dẫn nước, cao trình đặt ống hút máy bơm,… Cao trình đê bao Hma Z (m) Độ vượt an toàn h Mực nước khống chế x Cố ng dẫ n Cao trình mặt ruộng Hmi n Tiêu nước Tưới nước Tiêu nước Tưới nước Dòng chảy Dòng chảy năm Dòng chảy năm khái niệm lượng nước chảy qua mặt cắt ngang sơng thời gian năm Chuẩn dòng chảy năm hay dòng chảy chuẩn trị số dịng chảy năm trung bình nhiều năm tiến tới ổn định Dòng chảy năm đặc trưng quan trọng giúp đánh giá nguồn nước sông ngịi dùng cho thiết kế cơng trình, hồ chưa cơng trình giao thơng Năm thủy văn thời đoạn năm tính từ lúc bắt đầu chu kỳ thủy văn sông điểm bắt đầu mùa lũ mùa kiệt đến điểm bắt đầu chu kỳ thủy văn tiếp dùng tính tốn dòng chảy năm Tổng lượng dòng chảy năm thường quy 103m3 hay 106m3 73 Dòng chảy kiệt Dòng chảy kiệt khái niệm dòng chảy xảy sơng có trị số nhỏ nhất, lượng dịng chảy cung cấp chủ yếu nước ngầm Việc xác định dòng chảy kiệt cần thiết trường hợp sử dụng dòng chảy tự nhiên Lượng dòng chảy kiệt định tiêu đảm bảo tối thiểu u cầu dùng nước lợi dụng dịng nước sơng ngòi như: chiều sâu dòng nước tối thiểu cho vận tải thủy, cho yêu cầu lợi dụng lượng nước tối thiểu để tưới, cho phát điện… Dịng chảy kiệt khó xác định vì: (1) có trị số nhỏ bị nhiều nhân tố tác động chi phối dễ làm thay đổi thuyền bè qua lại, rong rêu mọc đáy sơng, có nhiều nhu cầu tưới nước tháng kiệt… (2) Chưa có phương pháp cơng thức chung dùng cho tính tốn dịng chảy kiệt phụ thuộc vào nhiều nhân tố điều kiện bề mặt lưu vực diện tích lưu vực, địa chất, thảm phủ… Dòng chảy lũ Dòng chảy lũ lượng dòng chảy có trị số lớn sơng, lượng dịng chảy lũ chủ yếu mưa lớn kết hợp với điều kiện thời tiết đặc biệt Nghiên cứu dòng chảy lũ vấn đề lớn khảo sát chế độ thủy văn sơng ngịi Dịng chảy lũ định quy mơ, kích thước cơng trình Ba đặc trưng dùng nghiên cứu lũ lưu lượng đỉnh lũ, tổng lượng lũ, đường trình lũ Ngày người ta dùng phương pháp thống kê để tính lưu lượng đỉnh lũ, tổng lượng lũ ứng với tần suất quy định theo quy mơ, tính chất cấp cơng trình cơng trình vĩnh cửu cấp I, cơng trình tạm thời cấp II… có xét đến an tồn cơng trình tần suất đảm bảo phịng lũ hạ lưu, tần suất tính tốn đặc trưng lũ thiết kế Điều tra lũ Điều tra lũ nhằm khôi phục lại tài liệu trận lũ xảy lưu vực hay vùng thường trận lũ đặc biệt lớn để: (1) làm tăng tính đại diện tài liệu lũ làm cho trị số lũ thiết kế tìm có tính xác cao; (2) kết hợp với số liệu thực đo để kiểm tra độ xác số liệu sử dụng tính tốn Mơ hình ứng dụng tính tốn thủy văn Mơ hình loại cơng cụ có nhiều ưu điểm, dùng nhiều nghiên cứu thủy văn Nội dung tập trung vào mơ tả trạng thái sở mơ q trình xảy nước Dựa vào đặc tính chia loại mơ hình: Mơ hình tương tự vật lý loại mơ hình mơ đối tượng thực tế thơng qua việc phân tích tài liệu đo đạc quan trắc không gian chiều thu nhỏ phịng thí nghiệm có điều kiện vật lý tương tự Mơ hình dễ điều khiển, dễ nghiên cứu song thực tế khó thỏa mãn điều kiện tương tự mơ hình với ngồi thực tế Trong nghiên cứu thường dùng loại tương tự cố định tương tự tự động Mơ hình thống kê: xử lý số liệu thống kê qua tập hợp số liệu đo thường xun nhiều năm Mơ hình tốn: mơ q trình đối tượng, trạng thái mơi trường biểu thức tốn học, có hệ số mơ hình xác định từ ngồi thực tế Nó có ưu điểm giúp cho người nghiên cứu dễ nhận biết tồn khung cảnh q trình, nắm bắt diễn biến nhanh, song có nhược điểm khơng xây dựng thơng số xác kết khó đạt u cầu, nhiều xa thực tế Phương pháp dùng có hỗ trợ đắc lực máy tính, giúp tính tốn nhanh tính nhiều vấn đề Mơ hình tốn đặt sở giản lược ý tưởng đó, khơng đồng với đối tượng, mà phản ảnh gần Nhưng nhờ thay đối tượng thực mơ 74 hình tương ứng với xuất khả phát biểu vấn đề nghiên cứu đối tượng vấn đề toán học sử dụng cỗ máy tốn học vạn năng, khơng phụ thuộc vào chất cụ thể đối tượng, để phân tích: Tốn học cho phép mơ tả cách thống hàng loạt kiện quan trắc, tiến hành phân tích định lượng chi tiết, dự báo xem đối tượng vận hành điều kiện khác nhau, tức dự báo kết quan trắc tương lai Mà dự báo vấn đề khó dự báo niềm tự hào đặc biệt khoa học Đo đạc thủy văn Đo đạc thủy văn việc sử dụng công cụ thiết bị chuyên môn tiến hành khảo sát, đo đạc thu thập số liệu thủy văn phục vụ nghiên cứu tính tốn thủy văn đáp ứng nhu cầu đời sống, ngành kinh tế, khoa học, kỹ thuật Đo đạc thủy văn bao gồm đo yếu tố sau: mực nước, lưu lượng chất lượng nước Đo mực nước Mực nước độ cao từ điểm mặt nước đến mặt chuẩn (độ cao chuẩn) Tùy vào chế độ thủy văn vùng sông mà có chế độ đo mực nước sơng khác đo mực nước sông vùng phải đo theo cấp mực nước, chế độ đo mực nước sông vùng triều đo theo 12 hay 24 lần ngày Dụng cụ đo mực nước gồm thước đo mực nước máy tự ghi mực nước Máy đo mực nước tự ghi dùng cho vùng sơng có chế độ mực nước dao động nhanh, cần nắm bắt hiểu biết chế độ mực nước cách chi tiết Đo mực nước thước, đơn giản dễ làm song tốn công sức thời gian Đo lưu lượng Đo chất lượng nước Chất lượng nước khái niệm đến thành phần vật chất có nước làm cho nước có tính chất riêng nước có vị mặn vị chua, nước đục Đo chất lượng nước loại công việc đo đạc phức tạp nói đến việc đo vài loại chất lượng nước tự nhiên như: nước đục, nước chua, nước mặn, nước thải Đo độ đục nước đo chất cặn lắng, chất lơ lửng nước lọc cân sấy chất cặn đơn vị thể tích nước Đo độ chua nước đo hàm lượng acid nước thông qua việc đo ion [H+ thông qua số pH = -log[H+ , đo pH giấy quỳ rượu quỳ máy đo pH, pH < nước chua, pH = 6-8 nước trung tính, pH > nước kiềm Đo độ mặn nước đo hàm lượng muối NaCl, lượng NaCl có nước đo bàng hóa chất, phương pháp đo tỷ trọng nước máy đo độ dẫn điện Khi lượng NaCl > 4% làm cho nước gần không sử dụng cho nhu cầu thông thường người Đo hàm lượng chất thải có nước thải phức tạp khó khăn, thơng thường xác định tiêu BOD-BOD5 biểu thị hàm lượng chất hữu nước thải, COD biểu thị hàm lượng chất vô nước thải Ngồi cịn có nhiều tiêu khác DO, hàm lượng bùn cát, vi sinh… tùy vào nhu cầu điều kiện cụ thể để xác định Dụng cụ đo đạc, xác định hàm lượng chất thải bao gồm loại máy lý, hóa máy chuyên dùng đại Chất lượng nước định tính chất nước hàm lượng vật chất có nước định Chính mà tùy vào chất lượng nước cụ thể ta có loại cơng trình cụ thể phục vụ cho nhu cầu người như: cơng trình cấp nước, cơng trình nước thải, cơng trình xử lý nhiễm 75 Lũ lụt Đây bảng mô tả cấp mực nước báo động thức Văn phịng thường trực Ban đạo Phòng chống lụt bão Trung ương sử dụng  Báo động Cấp I: Có khả xảy lũ - Nước sông dâng cao; đe doạ phần bờ cao; gây ngập vùng đất thấp  Báo động Cấp II: Tình trạng lũ nguy hiểm - Lũ gây ngập vùng phẳng; trừ thị trấn thành phố bảo vệ trước cơng nước lũ; dịng chảy sơng với vận tốc lớn gây nguy hiểm cho bờ sông làm xói lở đê; chân cầu có nguy bị nguy hiểm bị xói lở  Báo động Cấp III: Tình trạng lũ nguy hiểm - Tất vùng đất thấp bị ngập; kể vùng đất thấp nằm thành phố; an tồn đê bảo vệ ven sơng bị đe doạ; bắt đầu có thiệt hại sở hạ tầng  Báo động cấp III: Trình trạng lũ khẩn cấp - Lũ khơng thể kiểm sốt diện rộng; đê bị vỡ điều khó tránh khỏi khơng kiểm sốt được; thiệt hại sở hạ tầng nghiêm trọng Diễn biến lũ đồng sông Cửu Long Ngập lũ ĐBSCL 76 Theo PGS TS Đào Công Tiến (2001) diễn biến lũ Đồng Bằng Sông Cửu Long chịu ảnh hưởng lũ từ sông Mê Kong Lũ kéo dài khoảng tháng, từ tháng đến tháng 12 hàng năm, chậm chừng tháng so với lũ thượng nguồn So với lũ thượng lưu sông Mê Kong lũ quét vùng đất dốc miền Trung miền núi phía Bắc, lũ Đồng Bằng Sơng Cửu Long diễn hiền hịa Trong biên độ lũ Kratie đạt 10m, biên độ lũ Tân Châu Châu Đốc khoảng 3,5-4,0 m Lũ lên xuống với cường suất nhỏ, trung bình khoảng 5-7 cm/ngày Những trận lũ lớn đến sớm đạt 10-20 cm/ngày Cường suất cao vài thời đoạn ngắn đạt 2030 cm/ngày, 1/4-1/6 cường suất lũ thượng lưu Tốc độ truyền lũ chậm Từ Phnohlpenh Tân Châu lũ khoảng 2-3 ngày (tốc độ 1,5-2,0 km/h) Vào Đồng Bằng Sông Cửu Long, gặp kỳ triều cường, tốc độ truyền lũ giảm rõ rệt, khả tiêu lũ Lũ Đồng Bằng Sông Cửu Long thường lũ đỉnh Đỉnh lũ xuất vào khoảng từ cuối tháng đến nửa đầu tháng 10 Tháng thường xuất "đỉnh phụ” Nước lũ từ Campuchia theo dịng tràn đồng vào Việt Nam Trong trận lũ lớn, lượng nước lũ theo dịng chiếm khoảng 83,2 - 90,86% tràn đồng khoảng 9,14 - 16,8% Nước lũ tràn đồng tác nhân gây ngập lụt cho vùng trũng Đồng Tháp Mười Tứ giác Long Xun Nước lũ theo dịng sơng Hậu vào chiếm khoảng 16,8 - 25,43%, theo dịng sơng Tiền vào chiếm khoảng 75,57 - 83,2% Mực nước sông Tiền cao mực nước sơng Hậu, nước lũ sơng Tiền bổ sung lượng đáng kể cho sông Hậu qua sông Vàm Nao qua kênh nối hai sông Từ sông Vàm Nao trở đi, lưu lượng nước sông cân khoảng 49-51% Mức độ biến động mực nước lũ năm không lớn Nguyên nhân làm giảm độ biến động đỉnh lũ chủ yếu điều tiết Biển Hồ Tuy nhiên, Đồng Bằng Sông Cửu Long phẳng nên cần mực nước đỉnh lũ tăng thêm vài chục centimet mức độ thiệt hại gia tăng cách đáng kể Diễn biến lũ cịn thể qua truyền lũ lũ Đồng Bằng Sông Cửu Long:  Tổng lưu lượng lũ lớn năm lũ lớn vào Đồng Bằng Sông Cửu Long khoảng 40.000 - 42.000 m3/s  Trên dịng lũ chảy hạ lưu với lưu lượng 32.000 - 34.000 m3/s, theo sơng Tiền qua Tân Châu 25.000 - 26.000 m3/s theo sông Hậu qua Châu Đốc 7.000 - 8.000 m3/s Lưu lượng sông Tiền chuyển sang sông Hậu qua Vàm Nao từ 7.800 - 8.200 m3/s (chiếm 32 -35% lưu lượng sông Tiền) khiến lũ phân phối lại cân cho sông sau Vàm Nao 50 -5 1% Mỹ Thuận 49 -50% Cần Thơ  Lũ vào Tứ giác Long Xuyên theo tuyến biên giới với lưu lượng từ 2.000 - 2500 m3/s; qua kênh dọc kênh Vĩnh Tế từ Xuân Tô 400 - 700 m3/s; từ sông Hậu từ 400 - 700 m3/s Lũ thoát khỏi Tứ giác Long Xuyên biển tây từ 1.600 - 2.000 m3/s; sông Hậu 300 - 500 m3/s; vào vùng trũng Tây sông Hậu từ 400 - 700 m3/s  Lũ vào Đồng Tháp Mười qua tuyến biên giới từ 7.000 - 9.000 m3/s; từ sông Tiền từ 200 - 500 m3/s Lũ khỏi Đồng Tháp Mười sơng Tiền từ cầu cống quốc lộ 30 quốc lộ từ 4.000 - 5.000 m3/s, sông Vàm Cỏ từ 2.500 - 3.200 m3/s 77 Mức lũ (cm) Taâ n Châ u 600 Cao Lã nh 500 Bế n Lứ c 400 Chợ Mớ i 300 Cầ n Thơ 200 100 10 11 12 thaùng Diễn biến lũ ĐBSCL năm 2000 Mức lũ (cm) 600 Tâ n Châ u Cao Lã nh 500 Bế n Lứ c 400 Chợ Mớ i Cầ n Thơ 300 200 100 Năm 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Diễn biến lũ ĐBSCL qua năm 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO KHÍ TƢỢNG THỦY VĂN Sách tham khảo Khí tượng nông nghiệp – Đại học Nông nghiệp Hà nội; Nxb Nơng Nghiệp, Hà nội, 1997 Giáo trình khí tượng thủy văn – Lê Anh Tuấn, Đại học Cần Thơ Thủy văn ứng dụng - Nguyễn Văn Nghiệp, Đại học Quốc Gia TP HCM Khí hậu Việt nam - Phạm Ngọc Toàn, Phan Tất Đắc; Nxb Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, Website tham khảo: STT Tên trang Web Tiếng Anh 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 NASA NASA Stardate Online Tổ chức khí tượng giới Weather Data Library (Kansas University) Thư viện hình ảnh mây Arctic Climatology and Meteorology Website thời tiết Professor Jon Kahl's Web Site Weather Image Gallery (Professor Jon Kahl's Web Site) Quan trắc Ơzơn Climate Change Bereau of Meteorology (Australian Government) Meteorological Services and Business Policy Branch Facts on Health and Environment Climate Prediction Center International Ozone Association Top-Ozone Elnino Địa http://sunearth.gsfc.nasa.gov http://www.nasa.gov http://stardate.org www.wmo.ch www.oznet.ksu.edu/wdl http://homepage.mac.com/mvk/clouds http://nsidc.org/arcticmet www.weather.com www.uwm.edu/~kahl www.uwm.edu/~kahl/Images/i2.html www.theozonehole.com/coriolis.htm www.epa.gov/climatechange www.bom.gov.au www.msc-smc.ec.gc.ca/msb/index_e.cfm www.greenfacts.org www.cpc.ncep.noaa.gov www.int-ozone-assoc.org www.top-ozone.com www.pmel.noaa.gov/tao/elnino/nino-home.html Tiếng Việt 10 11 12 13 14 15 Tin tức KTTV Bộ TNMT Trung tâm thông tin (thuộc Bộ TNMT) Trung Tâm KTTV Quốc gia (thuộc TNMT, Tổng cục KTTV trước đây) Trung Tâm dự báo KTTV Quốc gia Trung tâm tư liệu KTTV Đài KTTV khu vực Nam Bộ Viện KTTV (thuộc Bộ TNMT) Phân viện KTTV MT phía Nam Dự báo thời tiết bão lụt VN Hiện tượng KTTV nguy hiểm Sự kiện thời tiết Thủy lợi Bạc Liêu Cty thiết bị KTTV & MT (thuộc Bộ TNMT) Thư viện online mở_Trang Tiếng Việt Thư viện thiên văn học 16 Cà Mau: tin bão, áp thấp nhiệt đới 17 18 19 Thiên văn Việt Nam The Vietnamese Geosciences Group Dông sét Việt Nam www.monre.gov.vn/monreNet/Default.aspx?tabid=211 www.ciren.gov.vn www.kttvqg.gov.vn www.nchmf.gov.vn www.hymetdata.gov.vn www.kttv-nb.org.vn www.imh.ac.vn www.sihymete.org.vn www.vnbaolut.com www.thoitietnguyhiem.net www.thoitiet.net www.thuyloibaclieu.com/vcms/html www.hymetco.com.vn www.vi.wikipedia.org/wiki www.thuvienvatly.com/thienvan.htm www.camau.gov.vn/index.php?o=modules&n=info&f=int ro&root=1&idmenu=6&id=474 www.thienvanvietnam.com http://vngg.topvn.com/news www.thunderstorm.org.vn 79 ... HỌC KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN Giới thiệu khái qt mơn học Phần I: KHÍ TƯỢNG NƠNG NGHIỆP Chương - THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN Thành phần khơng khí khí trái đất Cấu trúc theo chiều thẳng đứng khí. .. Nước ta có vùng khí tượng - thuỷ văn, có nhiệm vụ theo dõi, đo đạc, phân tích liệu dự báo diễn biến khí hậu, thời tiết, mực nước… Mỗi vùng có đài Khí tượng Thuỷ văn: Đài Khí tượng vùng Tây Bắc,... thuỷ văn Tổng cục Khí tượng Thuỷ văn (Department of Meteorology and Hydrology) Trước đây, mạng lưới Khí tượng Thuỷ văn Việt Nam mỏng phân tán Hiện nay, trạm đo đạc Khí tượng - Thuỷ văn tỉnh trạm