C5 dodacthv

CHƯƠNG

5

ĐO ĐẠC THỦY
VĂN
Người ta thực hiện các đo đạc thủy văn để thu thập
các số liệu về các quá trình thủy văn. Những số
liệu này giúp ta hiểu biết sâu hơn về các quá trình
này, sử dụng như các số liệu đầu vào của các
mô hình tính toán thủy văn dùng trong thiết kế,
phân tích và viết sách.
Các quá trình thủy văn biến đổi mạnh mẽ trong
không gian và thời gian mang đặc tính ngẫu nhiên.
Mưa có bản tính biến đổi ngẫu nhiên lớn, nên ảnh
hưởng đến các quá trình khác nhiều như dòng chảy
mặt, bốc hơi,.. dẫn đến sự dự đoán các quá trình
này ít nhiều mang tính không chính xác. Để giảm
mức độ không chính xác này, đòi hỏi ngành đo đạc
thuỷ văn cần cung cấp số liệu tại ngay hoặc gần
khu vực đáng quan tâm để có thể có những kết
luận trực triếp từ thực tế.

5.1 CHUỖI ĐO ĐẠC THỦY VĂN
Các đo đạc thủy văn được tiến hành theo một thời
gian tại một vị trí cố định trong không gian. Ví dụ,
trên lưu vực, mưa biến đổi một cách liên tục trong
không gian nhưng một trạn đo mưa chỉ tiến hành đo
tại một vài địa điểm riêng biệt của lưu vực. Các
số liệu thu được tạo thành một “chuỗi số liệu theo
thời gian” tại một địa điểm và được sử dụng trong

phân tích thống kê.


Nếu quy hoạch trên một tuyến hay diện tích rộng,
tiến hành đo đạc nhiều vị trí khác nhau tạo một
điểm thời gian thì ta có một chuỗi số liệu theo
không gian.

5.2 ĐO ĐẠC NƯỚC TRONG KHÍ QUYỂN.
1. Độ ẩm không khí:
Đo độ ẩm trên cao được thực hiện bằng thiết bi
thăm dò vô tuyến: là một quả bóng bơm đầy
Hêli mang theo các dụng cụ đo và ghi nhiệt độ và
độ ẩm, áp suất không khí. Quả bóng được thả ra
và khi bay trên không trung, nó gởi số liệu về trạm
đo qua các ra.
Độ ẩm không khí và các tham số khí hậu ở gần
mặt đất được thực hiện trong các trạm khí tượng.
Trang thiết bị thông thường của một trạm khí tượng
gồm có một hộp che chắn trong đó có các nhiệt
kế để đo nhiệt độ lớn và nhỏ nhất mỗi ngày, có
một áp kế một bầu khô một bầu ướt hay gọi là
ẩm kế để đo độ ẩm; các thiết bị đo mưa được đặt
gần đáy. ở một số trạm còn có cả thùng đo độ
bốc hơi và cột đo gió.

7.3 ĐO ĐẠC NƯỚC MẶT.
1.Đo mực nước:
Là đo độ cao mặt thoáng của dòng nước so với
mặt chuẩn quy ướt (H, m hay cm).

Dụng cụ đo mực nước là các loại thước chuyên môn
dùng trong đo đạc.

2.Đo mặt cắt
Mặt cắt lòng sông gồm hai loại: Mặt cắt ngang và
mặt cắt dọc.
Như vậy để đo hoàn toàn một mặt cắt, cần đo độ
sâu ở các thủy trực, đồng thời đo khoảng cách từ


thủy trực đến mốc cố địng nào đó. Dựa vào
khoảng cách từ mốc khởi điểm và độ sâu, vẽ ra
mặt cắt ngang hoặc dọc sông.
 Đo độ sâu:
Để đo độ sâu thường dùng quả dọi hoặc dây tời
có các móc sắt, loại này phù hợp cho vùng nước
nông, tốc độ nhỏ.
Với những chiều sâu từ 5-6m trở lên và tốc độ
tương đối lớn thì phải dùng dây cáp có quả chì rồi
thả từ thuyền xuống. Trọng lượng quả chì phụ thuộc
vào tốc độ dòng chảy.
Ở những nơi có độ sâu rất lớn (>10m) người ta
còn dùng máy hồi âm.
 Đo khoảng cách từ mốc khởi điểm:
Phương pháp đơn giản nhất là dùng dây cáp có
đánh dấu giăng ngang sông.
Với những sông có bề rộng lớn thì dùng máy kinh
vó để xác định vị trí đo
 Chỉnh lý kết quả đo đạc
Căn cứ vào số liệu đo đạc, vẽ ra mặt cắt ngang

sông. Có mặt cắt dùng máy đo diện tích để tính
diện tích tổng hợp ngang sông từ mặt nước trở
xuống để làm tài liệu tính lưu lượng.
3. Đo lưu tốc và tính toán lưu lượng :
Lưu tốc rất quan trọng để tính ra lưu lượn gvà nhiếu
đặc trưng thủy lực khác trong dòng chảy. Mặt khác
lưu tốc là một yếu tốc thủy lực quan trọng cần cho
việc thiết kế cầu cống, đê đập, bến cảng...
Lư tốc trong sông bị ảnh hưởng bởi các nah6n tố
sau đây: Hình dạng sông, độ nhám lòng dẫn, độ
sâu dòng chảy, độ dốc lòng sông, hình thái bờ
sông. Do đ1o sự phân bố vận tốc trên sông thiên
nhiên khá phức tạp. Vận tốc trên các mặt cắt
khác nhau thì khác nhau. trên cùng một mặt cắt,
các điểm khác nhau cũng có vậnt tốc khác nhau.


Trên cùng một mặt cắt nhang sông, càng gần bờ
vận tốc càng giảm, càng gần đáy vậnt ốc càng
giảm.
 Đo lưu tốc bằng lưu tốc kế
Người ta đo lưu tốc bằng lưu tốc kế, gồm đầu quay
và bộ phận ghi chép số vòng quay.
Để xác định được lưu lượng bằng lưu tốc kế, cần đo
lưu tốc và mặt cắt ngang sông cùng một lúc.
Đo lưu tốc trên sông được tiến hành bằng thuyền.
Đưa thuyền đến từng vị trí của thuỷ trực và xác
định vị trí điểm đo trên mỗi thuỷ trực, sau đó tại
thủy trực này thả máy đo lưu tốc xuống từng điểm
cần để đo. Ta có lưu tốc dòng chảy tại từng thủy

trực.
Vấn đề quan trọng là cần xác định hơp lý số thủy
trực cho một mặt cắt ngang sông và số điểm trên
mỗi thuỷ trực.
Đối với những trạm mới bắt đầu đo, cần bố trí
nhiều thuỷ trực và điểm đo. Sau một thời gian khi
đã có phân bố trường vận tốc, xác định lại những
vị trí thiết yếu, có thể giảm số thuỷ trực và số
điểm đo.
Số điểm đo trên một thuỷ trực có thể là 6,3,2,1.
Theo quy phạm quan trắc , tiêu chuẩn ngành VN, Số
điểm được bố trí như sau:
 Đo 6 điểm: ở vị trí mặt, 0,2h; 0,4h; 0,6h; 0,8h và
đáy.
 Đo 3 điểm: ở vị 0,2h; 0,6h; 0,8h.
 Đo 2 điểm: ở vị trí 0,2h; 0,8h.
 Đo 1 điểm: ở vị trí 0,6h.
Tuỳ theo vị trí đo lưu tốc có thay đổi nhiều theo thời
gian hay không mà người ta bố trí đo một lần (hoặc
lên hoặc xuống), hay hai lần ( vừa lên vừ xuống)
rồi sau đó lấy giá trị trung bình


 Chỉnh lý số liệu đo đạc được , phương
pháp tính
1. Tính diện tích mặt cắt ngang:

Đối với phần diện tích sát bờ, tính như diện tích tam
giác.
Thông thường, các thuỷ thrực được bố trí ít hơn các

độ sâu, nên để phục vụ cho việc tính toán lư lượng,
cần tính các diện tích giữa hai thuỷ trực, gọi là
diện tích bộ phận:

với m là số các diện tích nhỏ i giữa hai thuỷ trực
đo vận tốc.
2. Tính vận tốc trung bình thuỷ trực:
Đo 6 điểm:
Đo 3 điểm:
Đo 2 điểm:
Đo 1 điểm:
3. Tính vận tốc trung bình cho bộ phận:
Bộ phận giữa hai thuỷ trực:
Bộ phận gần bờ:
Trong đó K là hệ số bờ, được xác định qua đo đạc
thực nghiệm, hoặc có thể lấy theo kinh nghiệm phụ
thuộc vào bình đồ lòng sông, phân bố lưu tốc theo
chiều rộng sông, hướng dòng chảy,...Cách chọn như
sau:


a) Sông thẳng, đều, mặt cắt hình lòng chảo hay
chữ nhật, không có luồng lách, bãi chìm, bải
nổi. Lấy K=0,8-0,9.
b) Sông thẳng, bộ phận gần bờ có lạch tương
đối sâu, lưu tốc lớn hơn nơi xa bờ. Lấy K=0,91,0.
c) Sông cong, lưu tốc bộ phận gần bờ tăng lên
hoặc giảm đi rõ rệt. Nếu tăng lớn thì lấy
K=0,9-1,0. Nếu giảm nhỏ thì lấy K=0,6-0,8.
d) Nếu sông có đoạn bộ phận

tù theo
thì K=0,5.
Đườngnước
vận tốc
bề rộng
Trườøng hợp này cần xác định ranh giới mực
nước tù ở các cấp mực nước.
4. Tính lưu lượng bộ phận:

Thuỷ
5. Lưu lượng toàn mặt cắt
ngang sông
0.
4
0.
2

trực i

3.0

3.
2

0.
5

1.0

hi ngang sông

6. Lưumức
tốcvận
trung bình mặt cắt
Các đường đồng
tốc, m/s
0.0
2.0

0.
4

2.5

Bề rộng B,m010203040506070Độ sâu, h, m037108
6620Diện tích Ai, m215508590704010DT giữa bộ phận các thủy trực
vận tốc, m2
1513516050Vận tốc điểm trên thủy trực, tại 0,2h, m/s0.43.20.5Vận
tốc điểm trên thủy trực, tại 0,8h, m/s0.22.50.4Vận tốc trung bình
thủy trực, Vtt, m/s0.32.850.45Vận tốc trung bình bộ phận, m/s, chọn
Ví dụ
tínhKtoán:
Kt=0.8;
p=0.90.241.5751.650.405Lưu lượng bộ phận q,
3
m /s3.6212.62526420.25Lưu lượng Q, m3/s= qi =500.475 m3/s;
A=Ai=360m2 ; V=Q/A=1,39m/s


7.3 CHỈNH BIÊN TÀI LIỆU THỦY VĂN.
Tài liệu đo đạc từ các trạm chưa thể sử dụng mà

phải qua quá trình chỉnh biên vì chúng không phản
ảnh được quá trình thuỷ văn một cách liên tục và
đầy đủ, chúng không phản ánh được quy luật của
các quá trình thuỷ văn.
Nhiệm vụ của chỉnh biên là đem các tài liệu đo
đạc rời rạc và gián đoạn phân tích chỉnh lý thành
những tài liệu hoàn chỉnh, liên tục phục vụ cho tính
toán thuỷ văn, dự báo thuỷ văn, và các ngành
khác có liên quan.

1. Chỉnh biên tài liệu mực nước:


Mục đích là lập ra bảng mực nước bình quân
hàng ngày, hàng tháng và cả năm. Ghi rõ mực
nước cao nhất, thấp nhất, bình quân trong năm, vẽ
đường quá trình mực nước trong cả năm.
Các bước tiến hành sau:
 Thu thập các số liệu về địa hình, địa chất
lòng sông, cao trình gốc thước nước và các
tài liệu khác có ảnh hưởng đến mực nước
nói chung.
 Thẩm tra và phát hiện các số liệu vô lý.
 Vẽ đường quá trình mực nước và tính mực
nước bình quân hàng ngày.
Mực nước trung bình được tính phụ thuộc vào sự biến
thiên mực nước trong ngày nhanh hay chậm, các
khoảng thời gian có bằng nhau không.
Nếu mực nước biến đổi chậm trong ngày, thì mực
nước trung bình Htb được tính từ phương pháp trung bình

số học ( có thể khoảng thời gian không bằng nhau).
Nếu mực nước biến thiên đột ngột trong ngày thì H tb
được tính như sau:

trong đó ai là khoảng cách thời gian giữa lần đo
mực nước thứ i-1 và thứ i.
ta có
i.

Hi là mực nước đo được tại điểm thời gian thứ

Nếu trong ngày không có số liệu mực nước lúc 0
và 24 giờ thì căn cứ vào lần đo trước hoặc sau để
nội suy rồi sau đó mới tính Htb.
Căn cứ vào mực nước trung bình hàng ngày để vẽ
đường quá trình mực nước cả năm.


Căn cứ vào tài liệu của các trạm đo trên và dưới,
các tài liêu năm trước để tiến hành phân tích,
kiểm tra lại kết quả chỉnh biên.

2.Chỉnh biên tài liệu lưu lượng
Yêu cầu cũng lập ra bảng lưu lượng bình quân ngày
cho cả năm, Qmax; Qmin; Qtb trong năm. Tính tổng lượng
nước chảy qua một mặt cắt trong cả năm và lập
ra bảng trích các yếu tố thuỷ văn trong mùa lũ.
Vì công tác đo lưu lượng phức tạp nên không thể đo
liên tục như mực nước. Do đó cần vẽ đường quan
hệ mực nước với lưu lượng để biến những tài liệu

gián đoạn thành liên tục thoả mãn yêu cầu về
chỉnh biên lưu lượng.
 Quan hệ mực nước và lưu lượng Q=f(H)
 Quan hệ mực nước và diện tích mặt cắt
A=f(H)
 Quan hệ mực nước và vận tốc trung bình mặt
cắt V=f(H)
Cùng một mực nước H, trị số tính được của lưu
lượng từ các đường quan hệ phải bằng Q=AV, sai
số cho phép không quá 2%.
Khi lập các đường quan hệ này, thường phát hiện
ra những điểm đặc biệt cần phân tích xử lý. Nếu
số liệu không đúng cần loại bỏ.
Ta có các trường hợp sau:
H 

H1

Q=f(H) ổn định: trường hợp này xảy ra trên
sông thẳng, đều, độ nhám đồng nhất,
không bị bồi xói, không có ghềnh thác. Q
và H trong trường hợp này quan hệ với nhau
rất chặt Q=f(H)
chẽ. Chỉ cần vẽ một đường cong
trơn qua giữa các A=f(H)
điểm là
được.
V=f(H)
Q1=V1A1

Q1

Q
A1
V1

A

V


 Quan hệ Q=f(H) không ổn định:
a) Không ổn định do bồi xói: khi lòng sông bị
xói, cùng một mực nước, nhưng độ sâu tăng
lên nên lưu lượng tăng lên, điểm quan hệ so
với đường quan hệ có khuynh hướng lệch về
bên phải. Còn khi lòng sông bị bồi thì ngược
lại.
b) Do tồn tại khu nước vật:
Nước vật là hiện tượng nước dâng lên ở hạ lưu do
dòng chảy bị chắn lại (do hạ lưu có một đập dâng
nước, do sông nhánh chặn lại bởi bị ảnh hưởng
bởi góc lệch giữa hai sông chổ cửa sông nhánh,
ở hạ lưu có thuỷ triều dâng lên, ở hạ lưu có cây
cỏ thuyền bè cản trở.
Nước vật làm độ dốc đường mực nước thay đổi.
Tương ứng với một mực nước, có nhiều lưu lượng
khác nhau. Nước vật càng lớn thì độ dốc đường
mực nước càng bé, lưu lượng tương ứng cũng càng
bé. Điều này chứng minh được qua công thức tính lưu

lượng Chezy (
).
Như vậy trong trường hợp này điểm quan hệ so
với đường quan hệ sẽ lệch về bên trái.
c) Do nước lũ ảnh hưởng:
Một trận lũ có hai thời kỳ: lũ lên và lũ xuống.
Khi lũ lên thì trạm trên dâng nước trước, trạm dưới
dâng sau, nên đđđộ dốc đường mặt nước của đoạn


sông ở giữa lớn hơn bình thường. Lúc lũ xuống thì
ngược lại.
Như vậy, khi lũ lên, lưu lượng tăng cao hơn bình
thường, khi lũ xuống lưu lượng giảm đi. Khi vẽ đường
quan hệ ta có hình ảnh như một vòng dây. Tương
ứng với một mực nước có hai lưu lượng lúc lũ lên
và xuống. Do đó khi sử dụng số liệu cần tra theo
chế độ riêng biệt.
H

10m
m

Q=f(H)
A=f(H)

V=f(H)

Q,A,V
Q1

Q2

Từ H=10m, theo đường cong Q=f(H), ta có hai giá
trị Q: Q1 và Q2
Vậy phải xem điểm thời gian xảy ra H=10m là vào
mùa nào (cụ thể là mùa lũ lên (tháng 5…;hay lũ
xuống (tháng 9…)để có cách chọn Q một cách hợp
lý: Nếu vào mùa lũ lên thì chọn Q2; Ngược lại thì
chọn Q1
Ngoại suy:
Sau khi vẽ các đường quan hệ, cần kéo dài thêm
về hai phía để ngoại suy nhữûng giá trị không đo
được (về mùa lũ hoặc kiệt). Thường kéo dài theo


xu hướng của đường quan hệ đã vẽ , hoặc dựa vào
kết quả của đường A=f(H) để kéo dài.