BÀI GIẢNG MÔN HỌC THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG pptx

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

oOo


BÀI GIẢNG MÔN HỌC

THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG


ENVIRONMENTAL HYDROLOGY


Biên soạn:

LÊ ANH TUẤN, PhD.





Cần Thơ, 2008

Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
ii
LỜI MỞ ĐẦU VÀ GIỚI THIỆU

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU VÀ GIỚI THIỆU ii
MỤC LỤC ii
Danh sách hình iv
Danh sách bảng v
Chương 1. NHẬP MÔN – THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG 7
1.1 Đặc trưng của môi trường nước 7
1.1.1 Định nghĩa và tính chất của nước 7
1.1.2 Môi trường nước 8
1.1.3 Vai trò của nước trong cuộc sống 8
1.2 Giới thiệu môn học Thủy văn môi trường 9
1.3 Đặc điểm của hiện tượng thủy văn 10
1.4 Phương pháp nghiên cứu 11
1.5 Lịch sử môn học 13
1.6 Mạng lưới khí tượng thủy văn ở Việt Nam 14
Chương 2. TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI 15
1.1 Các thể chứa nước trên trái đất 15
1.1.1 Nước trong khí quyển 15
1.1.2 Nước trong thủy quyển 15
1.1.3 Nước trong địa quyển 15
1.1.4 Nước trong sinh quyển 15
1.2 Chu trình thủy văn 16
1.2.1 Chu trình thủy văn 16
1.2.2 Minh họa chu trình thủy văn 16
1.3 Phân phối nước trên trái đất 17
1.3.1 Các số liệu về lượng nước trên trái đất 17
1.3.2 Nhận xét sự phân phối nước trong thiên nhiên 19
1.3.3 Vấn đề sử dụng nguồn nước 20
1.4 Bảo vệ môi trường nước 21
Chương 3. CÁC YẾU TỐ KHÍ HẬU ẢNH HƯỞNG ĐẾN DÒNG CHẢY 23

3.1 Mưa 23
3.1.1 Sự giáng thủy và mưa 23
3.1.2 Sự hình thành mưa 23
3.1.3 Tính toán lượng mưa bình quân 25
3.2 Ấm độ không khí 28
3.2.1 Các đặc trưng của ẩm độ không khí 28
3.2.2 Sự thay đổi độ ẩm không khí theo thời gian 30
3.3 Bốc hơi 30
3.3.1 Định nghĩa 30
3.3.3 Chế độ bốc hơi và nhân tố ảnh hưởng đến bốc hơi 31
3.4 Gió, bão 32
3.4.1 Sự hình thành gió 32
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
iii
3.4.2 Các đặc trưng của gió 32
3.4.3 Các loại gió 35
3.4.4 Dông 37
3.3.5 Bão tố 38
Chương 4. LƯU VỰC SÔNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC 44
4.1 Hệ thống sông ngòi 44
4.2 Lưu vực sông và các đặc trưng của sông 46
4.2.1 Lưu vực sông 46
4.2.2 Sự hình thành dòng chảy sông ngòi 47
4.2.3 Các đặc trưng hình học của lưu vực 48
4.2.3.1 Diện tích lưu vực 48
4.2.3.2 Chiều dài sông chính và chiều dài lưu vực 48
4.2.3.3 Chiều rộng bình quân lưu vực 49

4.2.3.4 Hệ số hình dạng lưu vực 49
4.2.3.5 Độ cao bình quân lưu vực 49
4.2.3.6 Độ dốc bình quân lưu vực J 50
4.2.3.7 Mật độ lưới sông 50
4.2.4 Các đặc trưng biểu thị dòng chảy 51
4.2.4.1 Lưu lượng nước 51
4.2.4.2 Tổng lượng dòng chảy 52
4.2.4.3 Độ sâu dòng chảy 52
4.2.4.4 Module dòng chảy 52
4.2.4.5 Hệ số dòng chảy 52
4.3 Phương trình cân bằng nước 53
4.3.1 Nguyên lý 53
4.3.2 Phương trình cân bằng nước thông dụng 53
4.3.3 Phương trình cân bằng nước của lưu vực kín và hở trong thời đoạn bất kỳ 54
4.3.3.1 Lưu vực kín 54
4.3.3.2 Lưu vực hở 54
4.3.4 Phương trình cân bằng nước trong nhiều năm 54
4.4 Các hoạt động của con người ảnh hưởng đến cân bằng nước khu vực 55
Chương 5. THỦY TRIỀU VÀ SỰ XÂM NHẬP MẶN VÙNG CỬA SÔNG 57
5.1 Khái niệm về vùng cửa sông 57
5.1.1 Vùng ven biển ngoài cửa sông 57
5.1.2 Vùng cửa sông 57
5.1.3 Vùng trên cửa sông 57
5.2 Thuỷ triều 58
5.2.1 Định nghĩa thuỷ triều 58
5.2.2 Phân loại thuỷ triều 59
5.2.2.1 Bán nhật triều đều 59
5.2.2.2 Bán nhật triều không đều 59
5.2.2.3 Nhật triều đều 60
5.2.2.4 Nhật triều không đều 60

5.2.3 Nguyên nhân gây ra thuỷ triều 62
5.3 Đặc tính thủy văn vùng cửa sông có thủy triều 63
5.3.1 Hiện tượng thuỷ triều ở cửa sông 63
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
iv
5.3.2 Sự thay đổi mực nước cửa sông chịu ảnh hưởng triều 64
5.4 Sự xâm nhập mặn vào cửa sông 64
5.4.1 Hiện tượng xâm nhập mặn 64
5.4.2 Môi trường nước vùng cửa sông 66
Chương 6. CHẾ ĐỘ THỦY VĂN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 67
6.1 Giới thiệu 67
6.2 Hệ thống Mekong 67
6.3 Điều kiện tự nhiên vùng ĐBSCL 70
6.4 Đặc điểm khí hậu vùng ĐBSCL 73
6.5 Đặc điểm chế độ thủy văn vùng ĐBSCL 76
6.5.1 Mạng lưới sông và kênh 76
6.5.2 Đặc điểm chế độ thủy văn 78
6.5.3 Phân phối dòng chảy 80
6.5.4 Nước ngầm vùng ĐBSCL 82
6.5.5 Bùn cát trong sông Cửu Long 83
6.6 Thủy triều và sự truyền triều vào sông Cửu Long 84
6.6.1 Thủy triều vùng ven biển ĐBSCL 84
6.6.2 Sự truyền triều vào sông Cửu Long và bán đảo Cà Mau 84

Danh sách hình

Hình 1.1 Quan hệ môn học với các chuyên ngành 10

Hình 1.2 Minh họa các quan hệ hình thành dòng chảy 11
Hình 1.3 Các phương pháp nghiên cứu thủy văn 12
Hình 1.4 Mạng thông tin khí tượng 14
Hình 2.1 Minh họa chu trình thủy văn trên trái đất 16
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống của chu trình thủy văn 17
Hình 2.3 Minh họa chiều dày lớp nước trong chu trình thủy văn 18
Hình 2.4 Đặc trưng phân phối chính về lượng nước ở dạng tĩnh và động trên trái đất. 18
Hình 2.5 Sơ đồ Hệ thống nguồn nước trong Qui hoạch nguồn nước 21
Hình 2.6. Minh họa quan hệ 3E 22
Hình 2.7 Minh họa sự tương quan việc quản lý nước với các yếu tố khác nhau 22
liên quan đến môi trường, Klemes (1973). 22
Hình 3.1 Mưa địa hình 23
Hình 3.2 Mưa đối lưu 24
Hình 3.4 Sự thay đổi lượng mưa bình quân tháng các trạm 25
Hình 3.5 Ví dụ tính lượng mưa bình quân với 3 phương pháp khác nhau 27
Hình 3.6 Các loại nhiệt kế ẩm kế đặt trong trạm đo khí tượng 29
Hình 3.7 Thùng đo bốc hơi loại A 30
Hình 3.8 Thay đổi lượng bốc hơi trung bình tháng (mm) tại Cần Thơ và Sóc Trăng 31
Hình 3.9 Nguyên nhân sinh ra gió 32
Hình 3.10 Hướng gió quy ước theo độ 32
Hình 3.11 Hướng gió 33
Hình 3.12 Đo tốc độ và hướng gió 33
Hình 3.13 Gió hành tinh 35
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
v
Hình 3.14 Sự chênh lệch áp suất gây nên các luồng gió từ đất liền ra biển 35
Hình 3.15 Gió đất, Gió biển 36

Hình 3.16 Hướng gió về đêm ở một thung lũng dưới sườn núi 36
Hình 3.17 Gió địa hình (gió foehn) 37
Hình 3.20 Hình dạng và vị trí các loại mây khác nhau 40
Hình 3.12 Đo mưa 41
Hình 4.1 Các dạng phân bố sông nhánh trong một lưu vực sông 44
Hình 4.2 Một dạng phân bố sông giữa hình cành cây và hình lông chim 44
Hình 4.3 Hệ thống sông Mekong 45
Hình 4.4 Sự phân cấp các nhánh sông 45
Hình 4.5 Lưu vực sông và khái niệm đường phân nước 46
Hình 4.6 Lưu vực sông với các đường đồng cao độ 47
Hình 4.7 Định diện tích lưu vực bằng phương pháp phân ô vuông 48
Hình 4.8 Cách xác định chiều dài sông và chiều dài lưu vực 48
Hình 4.9 Hình dạng của lưu vực ảnh hưởng đến khả năng tập trung nước lũ 49
Hình 4.10 Xác định độ cao bình quân lưu vực bằng đường đồng mức 50
Hình 4.11 Mật độ lưới sông cho biết sự phong phú của nguồn nước của lưu vực 51
Hình 4.12 Lưu tốc kế kiểu cá sắt 51
Hình 4.13 Tổng quát hóa phương trình cân bằng nước 53
Hình 4.14 Minh họa các giá trị trong phương trình cân bằng nước thông dụng 54
Hình 4.15 Hoạt động của con người làm ô nhiễm nước trong chu trình thuỷ văn 56
Hình 4.16 Quá trình đô thị hoá làm thay đổi lượng chảy tràn và thấm rút 56
Hình 5.1 Khu vực cửa sông 57
Hình 5.2 Diễn biến một con triều trong một ngày 58
Hình 5.3 Diễn biến thay đổi mực nước triều tháng (triều Biển Đông tháng 1/1982) 59
Hình 5.4 Bán nhật triều đều 59
Hình 5.5 Bán nhật triều không đều 60
Hình 5.6 Nhật triều đều 60
Hình 5.7 Triều ở Biển Tây vùng ĐBSCL là dạng nhật triều không đều 61
Hình 5.8 Lực hút tương hỗ của mặt trăng và mặt trời tạo nên sự thay đổimực nước triều62
Hình 5.9 Hiện tượng xâm nhập mặn từ biển vào lòng sông vùng cửa sông 64
Hình 5.10 Hình dạng đường nêm mặn vùng tiếp giáp dòng triều và dòng sông 65

Hình 5.11 Phân bố vận tốc theo chiều sâu dòng sông chịu ảnh hưởng thủy triều 65
Hình 5.12 Nước ngầm ven biển và sự xâm nhập mặn vào tầng nước ngầm 66
Hình 6.1 Lưu vực sông Mekong 68
Hình 6.9 Phân bố dòng chảy kiệt tính toán theo mô hình triều bán nhật 80
Hình 6.10 Mực nước đỉnh lũ nhiều năm qua Tân Châu và Châu Đốc 82

Danh sách bảng
Bảng 2.1: Phân phối nước trên trái đất (theo A. J. Raudkivi, 1979) 19
Bảng 2.2 Phân phối lượng nước ngọt trên lục địa 19
Bảng 2.3 Cân bằng nước (mm/năm) các đại dương 19
Bảng 3.1 Bảng cấp gió (Beaufort Scale) 34
Bảng 5.1 Thủy triều ở một số cảng chính ở Việt Nam 61
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
vi
Bảng 6.1 Lưu vực Mekong qua 4 quốc gia duyên hà 70
Bảng 6.2 Thống kê hiện trạng canh tác lúa toàn năm 1996 vùng ĐBSCL 70
Bảng 6.3 Tỉ lệ sử dụng ruộng đất nông nghiệp của ĐBSCL 73
Bảng 6.4 So sánh nhiệt độ trung bình tháng (t °C) một số trạm vùng ĐBSCL 73
Bảng 6.5 So sánh bốc hơi trung bình (mm/tháng) một số trạm vùng ĐBSCL 73
Bảng 6.6 So sánh ẩm độü trung bình tháng (%) một số trạm vùng ĐBSCL 74
Bảng 6.7 So sánh tốc độ gió trung bình tháng (m/s) một số trạm vùng ĐBSCL 74
Bảng 6.8 Tần suất xuất hiện thấp nhất đi qua trung và hạ lưu sông Mekong 74
Bảng 6.9 So sánh lượng mưa trung bình tháng (mm) một số trạm vùng ĐBSCL 75
Bảng 6.10 Lượng mưa gây úng ngập (mm) ở một số trạm vùng ĐBSCL 76
Bảng 6.11 Một số đặc trưng mặt cắt những kênh chính vùng ĐBSCL 78
Bảng 6.13 Khoáng vi lượng trong nước sông Mekong 83
Bảng 6.14 Biên độ triều trên sông Cửu Long 85

Bảng 6.15 Biên độ triều trên sông vào mùa lũ 85



Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
7
Chương 1. NHẬP MÔN – THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG
1.1 Đặc trưng của môi trường nước
1.1.1 Định nghĩa và tính chất của nước
Nước được xem như một tài nguyên quí giá và cần thiết cho sự sống. Nước chi phối
nhiều hoạt động của con người, thực và động vật và vận hành của thiên nhiên. Theo định
nghĩa thông thường: " Nước là một chất lỏng thông dụng. Nước tinh khiết có công thức
cấu tạo gồm 2 nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy, nước là một chất không màu,
không mùi, không vị. Dưới áp suất khí trời 1 atmosphere, nước sôi ở 100
°
C và đông đặc
ở 0
°
C, nước có khối lượng riêng là 1000 kg/m
3
." Khái niệm đơn giản về nước là như vậy,
nhưng đi sâu nghiên cứu, ta thấy nước có nhiều tính chất kỳ diệu bảo đảm cho sự sống
được tồn tại và phát triển.
• Nước là một dung môi vạn năng
Nước có thể hòa tan được rất nhiều chất, đặc biệt là các chất khoáng và chất khí cung
cấp dinh dưỡng và giúp cho sự trao đổi chất trong cơ thể sinh vật.

• Nước có nhiệt dung rất lớn
Nước có khả năng hấp thu rất nhiều nhiệt lượng khi nóng lên và đồng thời cũng tỏa ra
nhiều nhiệt lượng khi lạnh đi. Khả năng này giúp cho nhiệt độ ban ngày trên trái đất ít
nóng hơn và ban đêm đỡ lạnh đi, giúp cho sự sống khỏi sự tiêu diệt ở mức chênh lệnh
nhiệt độ quá lớn.

• Nước rất khó bay hơi
Ở 20°C, muốn 1 lít nước bốc hơi phải tốn 539.500 calori. Đặc tính này của nước đã
cứu thoát sự sống khỏi bị khô héo nhanh chóng và giúp cho các nguồn nước không bị khô
hạn, làm tiêu diệt các sinh vật sống trong nó.

• Nước lại nở ra khi đông đặc
Khi hạ nhiệt độ xuống thấp dưới 4°C thì thể tích nước lại tăng lên. Đến diểm đông
đặc 0°C, thể tích nước tăng lên khoảng 9 % so với bình thường, làm băng đá nổi lên mặt
nước. Nước có nhiệt độ cao hơn sẽ chìm xuống đáy giúp các thủy sinh vật tồn tại và lớp
băng đá - có tính dẫn nhiệt rất kém - trở thành chiếc áp giáp bảo vệ sự sống phía dưới nó.

• Nước có sức căng mặt ngoài lớn
Nhờ có sức căng mặt ngoài lớn nên nước có tính mao dẫn mạnh. Hiện tượng naỳ có
một ý nghĩa rất lớn trong việc duy trì sự sống trên trái đất, nước từ dưới đất có thể thấm
đến từng ngọn cây. Trong cơ thể người và động vật, máu và dịch mô vận chuyển được
đến các cơ quan nội tạng cũng nhờ khả năng mao dẫn của nước.

• Nước có khả năng tự làm sạch
Nước trong quá trình vận chuyển của nó khắp nơi trong thiên nhiên còn có khả năng
tự làm sạch, loại bỏ một phần chất bẩn, tạo điều kiện cho môi trưòng sinh thái được cải
thiện.
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
8
1.1.2 Môi trường nước
Nước bảm đảm việc duy trì sự sống và phát triển của các loài thực và động vật. Sự phong
phú tài nguyên nước là tiền đề cho việc phát triển nông nghiệp, công nghiệp, thủy điện,
giao thông vận tải, thủy hải sản và phát triển cư dân, Nước đồng thời cũng là một tai
ương cho loài người và các sinh vật khác. Nước là nguồn sống cho tất cả mọi sinh giới và
là một tài nguyên quan trọng của mỗi quốc gia. Nước đóng vai trò then chốt trong việc
điều hòa nhiệt độ trên trái đất. Nước được sử dụng trong sinh hoạt, nông nghiệp, lâm
nghiệp, ngư nghiệp, diêm nghiệp, thủy điện, giao thông vận tải,…

Tài nguyên nước trên trái đất được đánh giá bởi ba đặc trưng: lượng, chất lượng và động
thái.

• Số lượng là đặc trưng biểu thị mức độ phong phú của tài nguyên nước trên một
lãnh thổ;

• Chất lượng nước bao gồm các đặc trưng về hàm lượng các chất hoà tan hoặc không
hoà tan trong nước có lợi hoặc có hại theo tiêu chuẩn của đối tượng sử dụng;

• Động thái của nước được đánh giá bởi sự thay đổi các đặc trưng 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, nước ngầm, các quá trình trao đổi chất hoà tan,
truyền mặn,…

Môi trường nước được hiểu là môi trường mà những cá thể tồn tại, sinh sống và tương tác
qua lại đều bị ảnh hưởng và phụ thuộc vào nước. Môi trường nước có thể bao quát trong
một lưu vực rộng lớn hoặc chỉ chứa trong một giọt nước. Môi trường nước là đối tượng
nghiên cứu của nhiều ngành khoa học tự nhiên, kỹ thuật và cả kinh tế - xã hội.

Trái đất của chúng ta thường xuyên chịu sự tác động của sự chuyển hóa của dòng khí
quyển và thủy quyển tạo nên. Chính các hoạt động tự nhiên này đã làm thay đổi đáng kể
các tính chất khí hậu, dòng chảy, đất đai, môi trường tự nhiên và xã hội. Con người đã
chú tâm từ lâu ghi nhận, tìm hiểu, phân loại và đối phó với các diễn biến thời tiết, các
thay đổi dòng chảy và các biến động môi trường để tổ chức xã hội, sản xuất, điều chỉnh
cuộc sống và cải tạo điều kiện tự nhiên và phòng chống các thiên tai thảm họa có thể xảy
ra.

1.1.3 Vai trò của nước trong cuộc sống
Nước là yếu tố hàng đầu quyết định sự tồn tại và phát triển của sinh giới. Không có nước
sự sống lập tức bị rối loạn, ngưng lại và tiêu diệt.

• Nước chiếm thành phần chủ yếu trong cấu tạo cơ thể thực và động vật. Con người
có khoảng 65 - 75 % trọng lượng nước trong cơ thể, đặc biệt nước chiếm tới 95 %
trong huyết tương, cá có khoảng 80 % nước trong cơ thể, cây trên cạn có 50 - 70
% nước, trong rong rêu và các loại thủy thực vật khác có 95 - 98 % là nước.

Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
9
• Muốn có thực phẩm cho người và gia súc cần có nước: muốn có 1 tấn lúa mì, cần
300 - 500 m
3
nước, 1 tấn gạo cần tiêu thụ 1.500 - 2.000 m
3
nước và để có 1 tấn
thịt trong chăn nuôi cần tốn 20.000 - 50.000 m
3

nước.

• Lượng nước trên trái đất là một máy điều hòa nhiệt và làm cho cán cân sinh thái
được cân bằng. Sự sống thường tập trung ở các nguồn nước, phần lớn các nền văn
minh, các trung tâm kinh tế, công nghiệp, nông nghiệp, khoa học kỹ thuật, văn
hóa xã hội, dân cư, đều nằm dọc theo các vùng tập trung nước.

• Sự thay đổi cán cân phân phối nước hoặc sự phá hoại nguồn nước có thể làm tàn
lụi các vùng trù phú, biến các vùng đất màu mỡ thành các vùng khô cằn. Trong
những thập niên sắp tới, chiến tranh, xung đột giữa các quốc gia và các vùng khu
vực có thể do nguyên nhân tranh giành tài nguyên nước quí báu này.

1.2 Giới thiệu môn học Thủy văn môi trường
Thủy văn môi trường (Environmental hydrology) là môn học giới thiệu các tính chất, đặc
điểm nguồn nước, các diễn biến liên quan đến môi trường nước, phương pháp tính cân
bằng tài nguyên nước trong hệ thống phục vụ cho các hoạt động sản xuất xã hội, và tiên
lượng các hiện tượng vật lý xảy ra trong khí quyển và dòng chảy sông ngòi, cũng như ảnh
hưởng qua lại của các hiện tượng này với nhau.

Môn học Thủy văn môi trường rất cần thiết cho nhiều ngành trong xã hội như nông
nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không, ngư nghiệp, y tế, v.v Các kế
hoạch phát triển sản xuất, hình thành mở rộng đô thị, điều chỉnh cơ cấu nông thôn, bố trí
dân cư điều cần phải có các dữ liệu diễn biến của tính chất khí tượng - thủy văn khu
vực.

Môn học này được biên soạn cho sinh viên các ngành khoa học môi trường, quản lý môi
trường và tài nguyên thiên nhiên, kỹ thuật môi trường, kỹ thuật tài nguyên nước. Mục
tiêu của môn học là giúp cho sinh viên hiểu rõ các diễn biến phức tạp của thiên nhiên
nhằm phòng, chống, tránh một phần thiên tai, giảm nhẹ các rủi ro trong cuộc sống sản
xuất và cải tạo môi trường sinh sống.

Môn học Thủy văn môi trường chuyên nghiên cứu các hiện tượng và quá trình vật lý diễn
biến trên không trung và mặt đất. Do vậy, môn học sẽ có liên quan đến một loại các môn
khoa học tự nhiên như Toán học (hình học, giải tích, đại số, ), Vật lý (cơ học, nhiệt học,
quang học, ), Hóa học (vô cơ, hữu cơ), Sinh học (thực vật, động vật học) và Tin học (xử
lý dữ liệu, đồ họa, GIS, ). Mặt khác, môn học này lại là môn cơ sở cho các chuyên
ngành khác như sinh thái, quản lý tài nguyên, bào vệ môi trường, quy hoạch phát triển,
kiến trúc, thủy lợi, giao thông vận tải, (hình 1.1)

Trong các dự án phát triển, phần đánh giá đặc điểm môi trường, khí tượng - thủy văn khu
vực là một chương không thể thiếu trong lý luận thực tiễn.

Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
10

Hình 1.1 Quan hệ môn học với các chuyên ngành

1.3 Đặc điểm của hiện tượng thủy văn
Hiện tượng thủy văn là một quá trình rất phức tạp liên quan đến nhiều yếu tố khác nhau
của tự nhiên. Dòng chảy là kết quả tương tác của 3 nhân tố chính (hình 1.2):

1. Nhân tố khí tượng: như nhiệt độ, mưa, bốc hơi, gió, áp suất không khí, Yếu tố này
biến động lớn theo thời gian, xảy ra, diễn biến và chấm dứt nhanh, vừa mang tính chu
kỳ vừa mang tính ngẫu nhiên.

2. Nhân tố mặt đệm: như diện tích khu vực, địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, lớp phủ thực
vật, Yếu tố này thay đổi chậm so với thời gian, mang tính qui luật của khu vực, của

miền có điều khiện tương tự.

3. Nhân tố con người: bao gồm tất cả các hoạt động do con người gây ra như xây dựng
các công trình thủy lợi, khai hoang mở rộng diện tích canh tác, xây dựng nhà máy
công nghiệp, trồng hoặc phá rừng, . Nhân tố này có thể thay đổi nhanh hoặc chậm,
có thể mang tính qui luật hoặc qui luật không rõ ràng. tất cả tùy thuộc vào tính hình
kinh tế - xã hội và các biến động của những quyết định chủ quan của con người. Con
người cũng là một nhân tố ảnh hưởng đến 2 nhân tố khí tượng và nhân tố mặt đệm.







THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG
(MÔN HỌC CƠ SỞ)
CÁC CHUYÊN NGÀNH
NÔNG NGHIỆP – SINH THÁI - QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN –
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG - THỦY LỢI - QUY HOẠCH - V.V
CÁC MÔN CƠ BẢN
TOÁN HỌC - VẬT LÝ- HÓA HỌC - SINH HỌC - TIN HỌC - ĐỊA LÝ -
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
11

Hình 1.2 Minh họa các quan hệ hình thành dòng chảy

1.4 Phương pháp nghiên cứu
Ba nhân tố hình thành dòng chảy như khí tượng, mặt đệm và con người, do vậy các hiện
tượng thủy văn đều mang cả 2 tính chất: tính ngẫu nhiên và tính tất định. Hiện nay, có 3
phương pháp chính trong nghiên cứu thủy văn học: (a) phương pháp phân tích nguyên
nhân hình thành, (b) phương pháp tổng hợp địa lý, (c) phương pháp thống kê xác suất.

(a) Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành
Phương pháp này xem sự hình thành một hiện tượng thủy văn như là kết quả tác động của
một loạt các nhân tố vật lý, bao gồm các nhân tố vật lý chính và nhân tố phụ cho nhân tố
chính. Phương pháp này tìm các mối tương quan giữa các nhân tố và biểu thị chúng dưới
dạng các biểu thức, phương trình toán học, các bảng tra cứu hoặc các đồ thị. Các mô hình
toán học hoặc vật lý để mô phỏng một hay nhiều hiện tượng thủy văn cũng có thể xây
dựng từ phương pháp này.

(b) Phương pháp tổng hợp địa lý
Phương pháp này có thể chia làm 3 phương pháp khác:
• Phương pháp tương tự địa lý: Giả sử có 2 trạm thủy văn (một trạm đang xét
và 1 trạm tham khảo), nếu 2 trạm này có những điều kiện địa lý tự nhiên (địa
hình, địa mạo, khí hậu, ) tương tự giống nhau thì ta có thể suy đoán là các
điều kiện thủy văn của chúng cũng tương tự như nhau. Dựa vào số liệu của
trạm tham khảo ta có thể suy ra số liệu của trạm đang xét trong điều kiện chưa
có hoặc không đủ số liệu.

NHÂN TỐ
KHÍ TƯỢNG

NHÂN TỐ
M
Ặ
T Đ

Ệ
M
+ MƯA
+ BỐC HƠI
+ GIÓ, NHIỆT ĐỘ
+ v.v
(BIẾN ĐỔI NHANH)

+ DIỆN TÍCH LƯU VỰC
+ ĐỊA HÌNH - ĐỊA MẠO
+ ĐẤT ĐAI
+ v.v
(BIẾN ĐỔI CHẬM)

NHÂN TỐ
CON NGƯỜI

+ CÔNG TRÌNH THỦY
+ CANH NÔNG
+ XD CÔNG NGHIỆP
+ v.v
(BIẾN ĐỔI ??? !!! )

DÒNG CHẢY
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
12
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỦY VĂN

PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP ĐỊA LÝ
PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ XÁC SUẤT
+ Quan hệ toán học
+ Mô hình toán
+ Mô hình vật lý

+ Phương pháp tương tự địa lý
+ Phương pháp nội suy địa lý
+ Phương pháp tham số địa lý tổng hợp
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH
+ Lý thuyết thống kê
+ Phân tích tần suất

• Phương pháp nội suy địa lý: Phương pháp này các đặc trưng thủy văn có tính
cách là đặc trưng địa lý nên có thể phân khu vực, phân vùng thủy văn hoặc
xây dựng các bản đồ đẳng trị của các đại lượng thủy văn.

• Phương pháp tham số địa lý tổng hợp: Phương pháp này coi đại lượng thủy
văn là hàm của nhiều yếu tố địa lý. Các yếu tố chính được xem xét chi tiết
riêng biệt, còn các yếu tố địa lý tập hợp thành các tham số tổng hợp.

(c) Phương pháp thống kê xác suất
Phương pháp này xem đặc trưng thủy văn xuất hiện như một đại lượng ngẫu nhiên. Vì
vậy, ta có thể áp dụng các lý thuyết xác suất và thống kê để tìm qui luật diễn biến của
hiện tượng thủy văn, xem sự xuất hiện một giá trị thủy văn nào đó có độ tin cậy và xác
suất xuất hiện khác nhau. Phương pháp này sự dụng nhiều trong tính toán các đặc trưng
thủy văn cho các công trình thủy lợi.

Hình 1.3 Các phương pháp nghiên cứu thủy văn

Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
13
1.5 Lịch sử môn học
Từ thuở hoang sơ, con người đã phải đối mặt với thiên nhiên, theo dõi sự thay đổi thời
tiết và các diễn biến dòng chảy. Từ khi có hoạt động sản xuất nông nghiệp, con người đã
dần dần tích lũy được ít nhiều các kinh nghiệm, các qui luật của thiên nhiên, khí hậu,
và hơn nữa có thể dự đoán một phần các thay đổi thời tiết, dòng chảy để phục vụ sản xuất
và bảo vệ mùa màng. Các câu ca dao, tục ngữ về thiên nhiên, thời tiết chính là các ghi
chép, truyền miệng ban đầu của ngành khí tượng thủy văn của mỗi dân tộc.

Sự phát triển của xã hội loài người, công cuộc mở mang bờ cõi, phát triển sản xuất, con
người càng lúc càng vươn xa hơn hơn nơi ở cố định ban đầu của mình và đã dần dần hình
thành các bản ghi chép đầu tiên đặt nền móng cho ngành khoa học khí tượng thủy văn.
Người cổ Ai Cập đã biết tầm quan trọng của việc đo đạc, đánh dấu, ghi chép và tiên đoán
các diễn biến dòng chảy trên sông Nile từ giai đoạn 1800 trước Công nguyên. Tác phẩm
Brihatsamhita của Varahamihira (Ấn Độ, 505 - 587) đã mô tả các trạm đo mưa, hướng
gió và tiến trình phỏng đoán mưa. Các tài liệu khảo cổ khác cũng cho thấy, các quan sát
ghi chép về khí tượng - thủy văn đã tìm thấy ở Trung Quốc, Ai Cập, Ấn Độ, Hy Lạp và
một số quốc gia khác từ thế kỷ thứ IV - V. Đến thế kỷ thứ XV - XVI, người ta đã có các
dụng cụ đo thời tiết tuy còn thô sơ nhưng cũng đánh dấu một bước tiến quan trọng của
lịch sử ngành. Thật sự đến thế kỷ XVII trở đi, các dụng cụ chính xác hơn và các nghiên
cứu có tính hệ thống đã thực sự hình thành khoa học về khí tượng - thủy văn. Van Te
Chow (1964) đã phân chia lịch sử ngành học Khí tượng - Thủy văn ở Châu Âu ra làm 8
giai đoạn sau:
1. Giai đoạn suy đoán (speculation): trước năm 1400
2. Giai đoạn quan sát (observation): từ 1400 - 1600

3. Giai đoạn đo ghi (measurement): từ 1600 - 1700
4. Giai đoạn thực nghiệm (experimentation): từ 1700 - 1800
5. Giai đoạn hiện đại hóa (modernization): từ 1800 - 1900
6. Giai đoạn kinh nghiệm (empiricism): từ 1900 - 1930
7. Giai đoạn suy luận hóa (rationalization): từ 1930 - 1950
8. Giai đoạn lý thuyết hóa (theorization): từ 1950 - nay

Tại Việt nam, từ trước thế kỷ thứ 20 chưa tìm thấy các tài liệu ghi chép về khí tượng và
thủy văn. Tuy nhiên, lịch sử cũng đã chứng minh ông cha ta đã có những quan sát và
phân tích các hiện tượng thời tiết và dòng chảy. Ngô Quyền đã áp dụng qui luật thủy triều
trên sông Bạch Đằng trong trận chiến thắng quân xâm lược Nam Hán. Các câu hát, câu
hò, ca dao về thời tiết đã có lâu đời. Hệ thống đê điều ở miền Bắc có được phải từ các
nghiên cứu về dòng chảy sông ngòi. Trong thế kỷ 19 đến giữa thế kỷ 20, các triều đình
khác nhau đều lưu dụng các quan Hộ đê. Tuy nhiên, khi người Pháp cai trị nước ta, hệ
thống quan trắc khí tượng thủy văn mới thực sự hình thành. Tài liệu khí tượng được ghi
nhận đầu tiên từ năm 1902, và từ 1010 đến nay, hầu hết các khu vực đều có mạng lưới đo
đạc khí tượng thủy văn.

Ngày nay, các phương tiện vệ tinh, hệ thống máy tính nhanh và mạnh, các dụng cụ đo
theo dõi thời tiết tự động kỹ thuật số đã giúp con người ngày càng hoàn thiện hơn trong
công tác theo dõi, đánh giá và dự báo các diễn biến của thiên nhiên. Ngành Khí tượng
Nông nghiệp thế giới chính thức thành lập năm 1921, trụ sở tại Rome (Ý). Để phục vụ
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
14
sản xuất nông nghiệp hiệu quả, Tổ chức Khí tượng Nông nghiệp thế giới được đặt trong
Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp (Food and Agriculture Organization - FAO) dưới sự
hợp tác chuyên môn của Tổ chức Khí tượng Thế giới (World Meteorological

Organization - WMO). Đến nay, tổ chức WMO đã có đại diện và các trạm quan trắc, trao
đổi số liệu ở nhiều nước và khu vực trên thế giới. Tất cả các số liệu quan trắc và kết quả
phân tích đều được lưu trữ. Hệ thống ghi nhận số liệu và trao đổi có thể minh họa như
hình 1.4. Môn học khoa học về khí tượng thủy văn đã được hình thành từ lâu và được
giảng dạy trong hầu hết các trường đào tạo chuyên ngành về khoa học - kỹ thuật.


Hình 1.4 Mạng thông tin khí tượng
1.6 Mạng lưới khí tượng thủy văn ở Việt Nam
Ở Việt Nam, cơ quan quản lý việc đo đạt, phân tích và nghiên cứu khí tượng thủy văn của
chúng ta là Tổng cục Khí tượng Thủy văn (Department of Meteorology and Hydrology).
Hiện nay, các tỉnh thành và khu vực đều có các trạm đo đạc theo nhiều chỉ tiêu khác
nhau. Các cán bộ khoa học khí tượng thủy văn cùng các phương tiện đo đạc, tính toán
ngày càng hiện đại phục vụ cho sản xuất, ổn định xã hội, hạn chế thiệt hại do thiên tai và
các giải pháp khắc phục. Nước ta có 9 vùng khí tượng - thủy văn, có nhiệm vụ theo dõi,
đo dạt, phân tích dữ liệu và dự báo diễn biến khí hậu, mực nước, Mỗi vùng có một đài
khí tượng có nhiệm vụ thông tin thời tiết, phân bố như sau:
1. Đài KTTV vùng Tây Bắc, trụ sở tại thị xã Sơn La.
2. Đài KTTV vùng Việt Bắc, trụ sở tại thành phố Việt Trì.
3. Đài KTTV vùng Đông Bắc, trụ sở tại thành phố Hải Phòng.
4. Đài KTTV vùng Trung du và Đồng bằng Bắc Bộ, trụ sở tại Hà Nội.
5. Đài KTTV vùng Bắc Trung Bộ, trụ sở tại thành phố Vinh.
6. Đài KTTV vùng Trung Trung Bộ, trụ sở tại thành phố Đà Nẵng.
7. Đài KTTV vùng Nam Trung Bộ, trụ sở tại thành phố Nha Trang.
8. Đài KTTV vùng Tây nguyên, trụ sở tại thị xã Pleyku.
9. Đài KTTV vùng Nam Bộ, trụ sở tại thành phố Hồ Chí Minh.
==========================================================
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
15
Chương 2. TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI
1.1 Các thể chứa nước trên trái đất
Nhìn từ vũ trụ về trái đất, ta có thể thấy nước hiện diện từ mọi phía. Đại dương và biển đã
chiếm hết 2/3 diện tích bề mặt trái đất, ngoài ra nước còn hiện diện ở các sông suối, ao
hồ, đầm lầy, trong đất đá, trong các mạch nước ngầm, trong không khí và cả trong cơ thể
sinh vật nữa.

Hành tinh chúng ta được gọi để chỉ trái đất và khoảng không gian dày chừng 80 - 90 km
bao quanh. Trong trái đất, nước tồn tại ở 4 quyển: khí quyển, thủy quyển, địa quyển và
sinh quyển.

1.1.1 Nước trong khí quyển
Trong khí quyển, nước tồn tại ở dạng hơi trong sương mù hay các giọt lỏng li ti trong
mây, dạng cứng tinh thể trong tuyết hay băng. Mật độ hơi nước giảm dần theo chiều cao.
Khí quyển chứa khoảng 12.000 - 14.000 km
3
nước, bằng 1/41 lượng mưa rơi hằng năm
xuống trái đất.
1.1.2 Nước trong thủy quyển
Thủy quyển bao gồm đại dương, biển cả, sông ngòi, khe suối, ao hồ, đầm lầy, v.v kể cả
các khối băng đá bao phủ ở hai cực của địa cầu. Đây là quyển tích nhiều nước nhất. Đại
dương và biển cả chứa 1,37 tỷ km
3
nước trãi ra trên 360 km
2
diện tích, chiếm đến 70,8 %
diện tích địa cầu. Nước trong sông suối có khoảng 1.200 km
3

, trong các ao hồ trên
230.000 km
3
, thể tích khối băng trong 2 cực ước chừng 26 triệu km
3
, có chiều dày trung
bình 2 - 3 km, nếu các khối bằng này tan ra sẽ làm mực nước biển dâng cao trên 60 m,
diện tích biển và đại dương tăng thêm 1,5 triệu km
2
.
1.1.3 Nước trong địa quyển
Trong đất đá, nước chứa trong các mạch ngầm, sông ngầm, ao hồ ngầm, nước còn hiện
diện trong các khe hở của đá, trong các liên kết lý hóa của khoáng đá và lượng ẩm trong
các lớp thổ nhưỡng. Lượng nước chứa trong địa quyển toàn bộ địa cầu có khoảng 64 triệu
km
3
, trong đó lượng nước trong đới trao đổi - từ mặt đất đến độ sâu 800 m - là khoảng 4
triệu km
3
và lượng ẩm trong các lớp đất thổ nhưỡng ước chừng 80 ngàn km
3
.
1.1.4 Nước trong sinh quyển
Nước hiện diện trong cơ thể động vật và trong tế bào thực vật. Lượng này tuy rất ít so với
toàn thể lượng nước trên trái đất nhưng rất quan trọng, nếu có sự biến động về lượng
nước này trong cơ thể sẽ gây rối loạn trong sự trao đổi chất và đe dọa sự sống ngay.
Lượng nước trong sinh quyển ước chừng 10.000 km
3
.

Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
16
1.2 Chu trình thủy văn
1.2.1 Chu trình thủy văn
Nước trong tự nhiên không ngừng tuần hoàn do tác dụng của năng lượng mặt trời và
trọng lực trái đất. Nước trên mặt biển, đại dương, trên mặt sông, hồ ở mặt đất và từ trong
sinh vật được mặt trời đốt nóng, không ngừng bốc hơi và phát tán vào khí quyển. Hơi
nước trong khí quyển tập trung thànhcác khối mây. Khi gặp lạnh, hơi nước ngưng tụ
thành mưa rơi xuống mặt biển, đại dương và mặt đất. Một phần nước mưa bốc hơi trở lại
khí quyển, một phần thấm xuống đất thành dòng chảy ngầm rồi đổ ra sông biển, một phần
khác chảy tràn trên mặt đất theo trọng lực rồi đổ ra sông, biển. Cứ như thế, nưóc từ trái
đất bay vào khí quyển, rồi từ hí quyển đổ vào đất lại tạo ra một chu trình khép kín, hình
thành vòng tuần hoàn nước trong thiên nhiên, ta gọi đó là chu trình thủy văn
(hydrological cycle). Chu trình thủy văn được minh họa ở hình 2.1 và 2.2. Hầu hết các
loại nước đều tham gia vào vòng tuần hoàn, chỉ trừ các loại nước ở trạng thái liên kết hóa
học trong các tinh thể khoáng vật, nước nằm trong các tầng sâu của trái đoất và nước ở
trong các núi băng vĩnh cửu ở 2 cực.
1.2.2 Minh họa chu trình thủy văn



Hình 2.1 Minh họa chu trình thủy văn trên trái đất
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
17

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống của chu trình thủy văn

1.3 Phân phối nước trên trái đất
1.3.1 Các số liệu về lượng nước trên trái đất
Rất khó có kết quả chính xác về lượng nước có trên trái đất, nhưng qua nhiều kết quả
khảo sát, tính toán và suy diễn cho ta con số tổng lượng nước có trên hành tinh này ước
chừng 1,4 - 1,8 tỷ km
3
nước. Khối lượng nước này chiếm chừng 1 % khối lượng trái đất.
Nếu đem rãi đều trên toàn bộ bề mặt địa cầu ta sẽ được một lớp nước dày vào khoảng
4.000 m và nếu đem chia đều cho mỗi đầu người hiện nay trên trái đất (trên 6 tỷ người)
thì bình quân sẽ được xấp xỉ 30 triệu m
3
nước/người.

Các số liệu trên đây chỉ là các số liệu khái quát. Thật sự, số liệu về sự phân phối nước
trên trái đất lúc nào cũng biến động do trái đất luôn luôn vận động làm các điều kiện khí
hậu như nhiệt độ, bức xạ, bốc thoát hơi, gió, … thay đổi làm khối lượng nước thay đổi.
Hình 2.3 và 2.4 cho thấy sự phân phối nước trên trái đất theo chiều dày lớp nước trong
chu trình thủy văn. Các bảng 2.1, bảng 2.2 và bảng 2.3 là các số liệu cho sự phân nước
trên trái đất, trên lục địa và đại dương.

MƯA
BỐC - THOÁT HƠI
ĐỌNG NƯỚC
CHẢY
Ở
L
Ớ

PM
Ặ
T
THẤM
CHỨA TRONG ĐẤT
NƯỚC NGẦM
CHỨA
TRONG
SÔNG


BIỂN

VÀ

ĐẠI
DƯƠNG
BỨC XẠ MẶT TRỜI
KHÔNG KHÍ
CHẢY TRÀN MẶT
SỰ CHẢY LẪN
CHẢY NGẦM
CHẢY
TRONG
SÔNG
MƯA
MƯA
LỚN
Đ
Ị

A QUYỂN
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
18

Hình 2.3 Minh họa chiều dày lớp nước trong chu trình thủy văn

Hình 2.4 Đặc trưng phân phối chính về lượng nước ở dạng tĩnh và động trên trái đất.
V là thể tích khối nước tính bằng km
3
và T là thời gian tuần hoàn của nước.

KHÍ QUYỂN
V = 14 x 10
3
km
3
T = 10 ngày
BĂNG ĐÁ
V = 24 x 10
3
km
3
T = 10.000 năm
BIỂN và ĐẠI DƯƠNG
V =1370 x 10
6
km

3

T ≈ 2600 năm

ĐỊA QUYỂN
V = 88,32 x 10
3
km
3

SÔNG
V= 230 km
3
, T ≈ 12 ngày
HỒ
V=230x10
6
km
3
, T≈ 10 năm
ĐỘ ẨM TRONG ĐẤT
V= 75x10
6
km
3
, T≈ 2-50 tuần
SINH QUYỂN
V = 10 km
3
, T ≈ vài tuần

NƯỚC NGẦM
V = 64x10
6
km
3
,
T ≈ 5-10 ngàn năm
NƯỚC NGẦM TRAO ĐỔI
V = 4 x10
6
km
3
, T ≈ 300 năm
1,8 x 10
3

km
3
/năm
0,1 x 10
3
km
3
/năm
454 x 10
3
km
3
/năm
416 x 10

3
km
3
/năm
1,2 x 10
3
km
3
/năm
38 x 10
3
km
3
/năm
108 x 10
3
km
3
/năm
71,7 x 10
3
km
3
/năm
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
19
Bảng 2.1: Phân phối nước trên trái đất (theo A. J. Raudkivi, 1979).

TT NƠI CHỨA NƯỚC THỂ TÍCH
(Triệu m
3
)
DIỆN TÍCH
(Triệu km
2
)
TỈ LỆ
(%)
1 Biển và đại dương 1.370.322,0 360 93.93
2 Nước ngầm
(Lượng nước đến 800 m)
64.000,0
(4.000,0)
129 4.39
(0.27)
3 Băng hà 24.000,0 16 1.65
4 Hồ nước ngọt 125,0 0.009
5 Hồ nước mặn 105,0 0.008
6 Hơi ẩm trong đất 75,0 0.005
7 Hơi ẩm trong khí quyển 14,0 510 0.001
8 Sinh vật 10,0 0.0008
9 Nước sông 1,2 0.0001
TỔNG CỘNG 1.458.652,2 # 100

Bảng 2.2 Phân phối lượng nước ngọt trên lục địa (theo Livovich, 1973)
Diện tích Lượng mưa Chảy tràn Bốc hơi
Lục địa
Triệu Tổng số Chảy ngầm

km
2
mm km
3
mm km
3
mm km
3
mm km
3

Châu Âu
9,8 734 7165 319 3110 109 1065 415 4055
Châu Á
45,0 726 32690 293 13190 76 3410 433 19500
Châu Phi
30,3 686 20780 139 4225 48 1465 547 16555
Bắc Mỹ
20,7 670 13910 287 5960 84 1740 383 7950
Nam Mỹ
17,8 1648 29355 583 10380 210 3740 1065 18975
Châu Úc
8,7 736 6405 226 1965 54 465 510 4440
Liên Xô (cũ)
22,4 500 10960 198 4350 46 1020 300 6610
TỔNG SỐ *
132,3 834 110305 294 38830 90 11885 540 71468
* Tổng phần đất trong bảng này không kể phần đất của Quần đảo Antarctica, Greenland
và Canidian.

Bảng 2.3 Cân bằng nước (mm/năm) các đại dương (theo K. Subgramanya, 1994)
Đại dương Diện tích
(triệu km
2
)
Lượng
mưa
Chảy tràn
từ lục địa
Bốc hơi

Trao đổi với các
đại dương khác
Đại Tây Dương 107 780 200 1040 - 60
Bắc Băng Dương 12 240 230 120 350
Ấn Độ Dương 75 1010 70 1380 - 300
Thái Bình Dương 167 1210 60 1140 130

1.3.2 Nhận xét sự phân phối nước trong thiên nhiên
1. Lượng nước trên trái đất tập trung chủ yếu ở đại dương và biển cả, chiếm đến
94% tổng lượng nước trên trái đất.
2. Đa số lượng là nước mặn không sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp
và công nghiệp được. Nước mặn có thể gây nghộ độc muối cho cơ thêí sinh vật và
gây ăn mòn các thiết bị kim loại trong công nghiệp.
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
20
3. Lượng nước ngọt ở trong lòng đất và băng hà ở 2 cực là lượng nước ngọt khá tinh

khiết, chiếm trên 1,6 % tổng lượng nước trên trái đất, tuy nhiên do xa nơi ở của
loài người, vị trí thiên nhiên khắc nghiệt nên chi phí khai thác rất lớn.
4. Con người và các loài thực và động vật khác tập trung chủ yếu ở khu vực sông
ngòi nhưng lượng nước sông chỉ chiếm 0,0001 % tổng lượng nước, không đủ cho
cả nhân loại sử dụng trong sinh hoạt và sản xuất công nông nghiệp. Ô nhiễm
nguồn nước thường là ô nhiễm nước sông.
5. Lượng nước mưa phân phối trên trái đất không đều và không hợp lý. Tùy theo vị
trí địa lý và biến động thời tiết, có nơi mưa quá nhiều gây lũ lụt, có nơi khô kiệt,
hạn hán kéo dài.

1.3.3 Vấn đề sử dụng nguồn nước
Con người chỉ mới khai thác được 0,017 % lượng nước có trên địa cầu. Theo số liệu báo
động của Liên hiệp quốc, hiện nay có trên 50 quốc gia trên thế giới đang lâm vào cảnh
thiếu nước, đặc biệt nghiêm trọng ở các vùng Châu Phi, vùng Trung Đông, vùng Trung
Á, Châu Úc và cả ở các quốc gia phát triển như Mỹ, Pháp, Nhật, Đức, Singapore, v.v
Lịch sử thế giới cũng đã ghi nhận có các cuộc xung đột giữa một số nước cũng như lãnh
thổ vì muốn tranh giành nguồn nước. Mỗi ngày trên thế giới cũng có hàng trăm người
chết vì những nguyên nhân liên quan đến nước như đói, khát, dịch bệnh,

Các nhà khoa học - kỹ thuật trên thế giới đang làm hết sức mình để khai thác, bổ sung
nhu cầu nước cho loài người. Một số phương án táo bạo được đề xuất nhằm mục tiêu
phân phối nguồn nước hợp lý như:

• Làm thủy lợi, thực hiện các kênh đào khổng lồ đưa nước vào hoang mạc, xây
dựng các hồ chứa, tháo nước ở các vùng ngập úng, cải tạo các đầm lầy,
• Khai thác các nguồn nước ngầm.
• Lọc, khử nước biển thành nước ngọt.
• Vận chuyển các khối băng hà về dùng.

Các công việc trên phục vụ cho kinh tế xã hội loài người và một lần nữa khẳng định vai

trò của con người trong việc chinh phục thiên nhiên, hoặc hạn chế thiên tại, cải tạo thế
giới. Nguồn nước cần được hiểu như một nguồn tài nguyên quí giá cần phải được bảo vệ
và khai thác hợp lý. Tùy vào vấn đề cần giải quyết, các nhà thủy học thường phải có một
tập hợp các dữ liệu khu vực khảo sát, gồm:

• Các ghi nhận về thời tiết: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió,
• Chuỗi số liệu về lượng mưa
• Các số liệu về dòng chảy mặt đất
• Số liệu về bốc thoát hơi nước
• Tính chất thấm lọc của khu vực
• Đặc điểm nguồn nước ngầm
• Tính chất địa lý và địa chất khu vực khảo sát

Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
21
Việc khai thác đúng mức và khoa học tài nguyên nước sẽ tạo thêm nhiều lương thực và
thực phẩm cũng như của cải cho loài người. Sự thiếu cân nhắc, quản lý kém trong khai
thác có thể gây các hậu quả xấu về môi trường sinh thái. Cần phải có một chương trình
qui hoạch sử dụng nguồn nước khoa học, trong đó việc phân tích các tác động qua lại
giữa các thành phần cấu thành hệ thống.

Qui trình xem xét như hình 2.5 sau:

HỆ THỐNG NGUỒN NƯỚC

HỆ THỐNG TÀI NGUYÊN HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH HỆ THỐNG CÁC
THỦY LỢI NHU CẦU NƯỚC


Tài nguyên nước - Kho nước, các công trình - Sử dụng nước
cấp nước và đầu mối - Tiêu hao nước
- Xử lý chất lượng và - Phòng lũ, chống úng
Dạng: Đặc trưng: cải tạo môi trường - Bảo vệ và cải tạo
-Nước mặt - Lượng - Phòng lũ, chống úng môi trường
-Nước ngầm - Chất - Các yêu cầu khác
-Đại dương - Động thái





CÂN BẰNG NƯỚC


Đặc trưng cân bằng Hệ thống chỉ tiêu đánh giá Phương pháp đánh giá
- Lượng - Kinh tế - Phương pháp tối ưu
- Chất lượng - Chức năng - Phương pháp mô phỏng
- Động thái - Môi trường
- Độ tin cậy



Phương pháp xác định cân bằng hợp lý

Hình 2.5 Sơ đồ Hệ thống nguồn nước trong Qui hoạch nguồn nước

1.4 Bảo vệ môi trường nước
Nước cần thiết cho sự sống và hoạt động của con người. Nhu cầu sử dụng đủ nước sạch
cho ăn uống, sinh hoạt và sản xuất ngày càng gia tăng trước sự gia tăng dân số trên thế
giới và nhu cầu phát triển toàn diện của nhân loại. Sự tác động qua loại giữa nước, con
người và tài nguyên sinh thái hiện nay đang bị đe dọa mất quân bình. Các nguồn nước sử
dụng hiện nay ít nhiều đều bị ô nhiễm với các mức độ khác nhau, nhiều nơi rất trầm
trọng, đe dọa cuộc sống sức khoẻ con người, phá hoại sự cân bằng trong sinh giới. Do đó,
vấn đề bảo vệ môi trường nước hiện nay rất quan trọng và cấp bách, đòi hỏi sự quan tâm
của tất cả mọi người trên hành tinh chúng ta. Các dự án đầu tư thủy lợi hiện nay đều cần
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
22
phải được xem xét cẩn thận ở cả 3 khía cạnh cho cân đối (hay còn gọi là quan hệ 3E) là:
Kỹ thuật (Engineering), Kinh tế (Economic) và Môi trường (Environment).

Minh họa ở hình 2.6 cho thấy mối tương quan ấy. Việc quản lý nước, các lãnh vực khoa
học cơ bản, khoa học ứng dụng và các ngành sử dụng nứơc đều có mối quan hệ với nhau
như trình bày ở hình 2.7.

Hình 2.6. Minh họa quan hệ 3E

Hình 2.7 Minh họa sự tương quan việc quản lý nước với các yếu tố khác nhau
liên quan đến môi trường, Klemes (1973).

============================================================
Kỹ thuật
(Engineering)
Kinh tế
(Economic)
Môi trường
(Environment)
• Chính trị
• Kinh tế
• Xã hội
• Luật lệ
• Tổ chức
• Địa lý
• Địa chất
• Khí hậu
• Sinh thái
• Sinh vật
TỰ NHIÊN XÃ HỘI
MÔI TRƯỜNG
NGUỒN
NƯỚC
NHU CẦU
NƯỚC
SỐ LƯỢNG VÀ
CHẤT LƯỢNG NỨƠC

QUẢN LÝ
TÀI NGUYÊN NỨƠC
CÁC NGÀNH KHOA
HỌC KỸ THUẬT VÀ
SINH HỌC ỨNG DỤNG
Các họat động sử dụng nguồn nước:
CẤP NƯỚC – TƯỚI TIÊU – THỦY ĐIỆN – GIAO THÔNG – THỦY
SẢN – PHÒNG LŨ – XỬ LÝ Ô NHIỄM – SINH THÁI MÔI TRƯỜNG
Dòng thông tin
Dòng phản hồi
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ


Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
23
Chương 3. CÁC YẾU TỐ KHÍ HẬU ẢNH HƯỞNG ĐẾN
DÒNG CHẢY
3.1 Mưa
3.1.1 Sự giáng thủy và mưa
Sự giáng thủy (precipitation) hay là sự ngưng kết hơi nước trong khí quyển là quá trình
nước từ thể hơi chuyển sang thể lỏng (mưa, sương) hoặc thể rắn (mưa đá, tuyết) và rơi
xuống mặt đất. Trong một khái niệm gần đúng ở nước ta, lượng giáng thủy và lượng mưa
rơi (rainfall) có giá trị gần như nhau. Mưa là hiện tượng các hạt nước nước có từ sự
ngưng tụ hơi nước trong mây và rơi xuống đất.

Mưa là nguồn cung cấp nước ngọt chính trên thế giới và là yếu tố quan trọng nhất của sự
hình thành dòng chảy sông ngòi ở nước ta. Mưa cũng là đối tượng nghiên cứu cơ bản liên
quan đến vấn đề khai thác tài nguyên nước và chống thiên tai như lũ lụt, hạn hán.

3.1.2 Sự hình thành mưa

Mây (cloud) là một khối ẩm không khí tập hợp bởi sự bốc thoát hơi của nước. Phần lớn
hơi nước bốc lên từ các đại dương và biển vùng nhiệt đới. Một khối không khí ẩm ướt khi
gặp lạnh sẽ có sự ngưng tụ hình thành mưa.

(Xem Bài đọc thêm: "Sự hình thành và phân biệt các loại mây" ở cuối chương)

Có 3 tiến trình chính tạo nên sự làm lạnh, gây ra mưa:

• Do địa hình (nâng sơn: Orographic lifting)
Khi một khối không khí ẩm đang di chuyển gặp một dãy núi chận lại, khối khí sẽ bị nâng
lên gây hiện tượng lạnh đi vì động lực (Hình 3.1). Hơi nước ngưng tụ gây mưa ở một nên
sườn dãy núi, bên kia lại khô. Loại này gọi là mưa địa hình, rất đặc trưng ở khu vực
Trường sơn nước ta. Mưa địa hình thường lớn và kéo dài.





Hình 3.1 Mưa địa hình

Mưa
Địa hình
cao

Núi
Mây
Gió
Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
24
• Do đối lưu (Convection)
Do sự gia tăng nhiệt độ trong mùa khô tạo nên sự bốc hơi nước mạnh mẽ, khối không khí
ẩm sát mặt đốt bị nâng lên cao gây hiện tượng mất nhiệt, hơi nước ngưng tụ gây mưa kèm
sấm chớp (Hình 3.2).



Hình 3.2 Mưa đối lưu

• Do hội tụ (Convergence)
Khi có bão, các cơn gió hội tụ lại tạo ra các xoáy lớn (Cyclone) nâng không khí ẩm lên
cao và gây mưa lớn. Đây là hiện tượng thường xảy ra ở nước ta trong mùa mưa. Khi một
khối không khí lạnh đang di chuyển gặp một khối không khí nóng và ẩm sẽ tạo ra một
vùng tiếp xúc gọi là front. Khi khối không khí lạnh di chuyển vào vùng không khí nóng
sẽ tạo ra hiện tượng front lạnh và ngược lại khi một khối không khí nóng đi vào vùng
không khí lạnh đứng yên hay di chuyển chậm sẽ tạo front nóng. Mưa xảy ra ở mặt tiếp
xúc giữa khối không khí nóng và lạnh (Hình 3.3).

Hình 3.3 Mưa front

700
600
500
400
300
200
100
0
Mặt đất
Nhiệt độ cao

Hơi nước bốc cao
Mưa
Nhiệt độ thấp

Mây
Khí nóng
mặt tiếp xúc
Khí lạnh
(di chuyển chậm)
Mưa rơi
front nóng

Bài giảng THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG Trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Biên soạn: TS. Lê Anh Tuấn
25
3.1.3 Tính toán lượng mưa bình quân
Lượng mưa trong một thời đoạn nào đó là chiều dày lớp nước mưa đo được tại một hay
nhiều trạm đo mưa trong thời đoạn đó, lượng mưa có đơn vị tính là mm. Dụng cụ để đo
mưa gọi là thùng đo mưa (raingauge) được đặt giữa trời để đo mưa để đo lớp nước mưa
rơi xuống đất. (xem hình trong phần phụ lục). Có thể xác định lượng mưa bình quân khi
có 1 trạm hay nhiều trạm đo mưa.

a. Lượng mưa bình quân theo thời đoạn:
Trong thời đoạn 1 năm, 1 mùa, 1 tháng hay 1 tuần, lượng mưa bình quân của một
trạm đo mưa được xác định theo công thức sau:

X
X
n
tb
i
i
n
=
=
∑
1
(3-1)
trong đó : Xtb là lượng mưa bình quân, Xi là lượng mưa ở thời đoạn thứ i
n là số thời đoạn tính toán.

Những năm liên tục có lượng mua Xi
≥ Xtb lập thành nhóm năm mưa nhiều, ngược lại là

nhóm năm mưa ít. Trong tính toán thủy nông, lưọng mưa bình quân tháng hay tuần có ý
nghĩa nhiều hơn lượng mưa tính theo mùa hay năm (Hình 3.4).


Hình 3.4 Sự thay đổi lượng mưa bình quân tháng các trạm:
Cần Thơ (1949-1987),Rạch Giá (1960-1987) và Sóc Trăng (1977-1987)


b. Phương pháp tính bình quân lưu vực
Lưu vực là phần diện tích mà lượng mưa rơi trên đó sẽ tập trung vào một hệ thống
sông. Phần lưu vực sẽ nói rõ hơn ở chương sau. Trên một lưu vực có thể có nhiều trạm đo
mưa. các tính lượng mưa bình quân trên lưu vực như sau:

• Phương pháp bình quân số học (Arithmetical-Mean Method)
Phương pháp này sử dụng khi trạm đo mưa khá nhiều và đặt tương đối đồng đều trên lưu
vực:

0
50
100
150
200
250
300
350
400
123456789101112
Can tho
Rach gia
Soc trang

Tháng