Bài giảng Thuỷ văn đại cương

7/29/2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
Bộ môn Thuỷ văn – Tài nguyên nước

THUỶ VĂN ĐẠI CƯƠNG

Ngô Lê An

1

1

Tài liệu tham khảo
 Giáo trình “Nguyên lý thuỷ văn” – PGS. TS Lê Văn Nghinh
 Giáo trình “Thuỷ văn cơng trình” – ĐHTL – 2012
 Sách “Thuỷ văn ứng dụng” – “Applied Hydrology”

Tất cả các cuốn trên đều có ở thư viện ĐHTL

 Giáo trình dịch “Thuỷ văn đại cương” - 2012
 Bài giảng của giáo viên

2

2

1


7/29/2020

Mục tiêu môn học
 Sau khi kết thúc môn học, sinh viên sẽ nắm vững được những

kiến thức cơ bản của thuỷ văn: sự hình thành và vận động của
quá trình dịng chảy; quy luật biến đổi của các đặc trưng khí
tượng, thuỷ văn; các kiến thức cơ bản trong tính tốn thuỷ văn.
Chi tiết đề cương mơn học:
/>0hoc%20BM%20TVTNN/Thuy%20van%20dai%20cuong.pdf
3

3

Đánh giá
 Điểm đánh giá = 30% điểm quá trình + 70% điểm thi
 Điểm quá trình = Đi học đầy đủ + Bài tập
 Bài tập: Được giao hàng tuần
 Hình thức thi: Vấn đáp

4

4

2


7/29/2020

Lịch trình dự kiến
Buổi

(1)

Ngày
tháng
(2)

Giảng
đường
(3)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
5

Nội dung giảng dạy

Số tiết

(4)
Định nghĩa
Chu trình và hệ thống thuỷ văn
Phương trình cân bằng nước

Sơng ngịi và lưu vực
Bài tập số 1. Xác định các đặc trưng lưu vực
Biến cố, biến ngẫu nhiên, tần suất, xác suất
Các phân bố xác suất thường dùng trong thuỷ văn
Phân tích tần suất
Bài tập số 2: Vẽ đường tần suất lý luận
Phân tích hồi quy tuyến tính
Một số hàm thống kê trong Excel
Bài tập phân tích thống kê
Q trình mưa và quan trắc mưa
Biểu đồ mưa, phân bố mưa theo không gian
Nội suy mưa theo không gian
Bài tập số 3: Phân tích mưa
Phân tích tần suất mưa (IDF)
Mơ hình mưa thiết kế
Các loại tổn thất
Q trình thấm, mơ hình thấm F index, Horton
Q trình bốc hơi, mơ hình hố bốc hơi

(5)
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3

!!! Lịch trình cụ thể sẽ được cập nhật sau khi có lịch mới từ phịng Đào tạo

5

Lịch trình dự kiến (tiếp)
Buổi
(1)
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

Ngày
tháng
(2)

Giảng
đường
(3)

Nội dung giảng dạy

Số tiết

(4)
Bài tập tính tốn tổn thất
Bài kiểm tra giữa kỳ
Mưa hiệu quả (phương pháp SCS-CN)
Dòng chảy
Đo đạc, phân tách dòng chảy ngầm
Đường đơn vị: khái niệm
Căn nguyên dòng chảy
Đường đơn vị SCS, Snyder
Bài tập số 4: Tính tốn dịng chảy lũ từ mưa
Diễn tốn dịng chảy trên sơng
Dịng chảy năm, phân mùa dịng chảy năm
Bài tập xác định các đặc trưng dòng chảy năm
Giới thiệu mơ hình tốn
Ơn tập

(5)
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3

6

6

3


7/29/2020

Chương 1. Mở đầu
 1.1 Nước - Thực tế và những con số
 1.2 Quá trình nhận thức về thuỷ văn
 1.3 Chu trình và hệ thống thuỷ văn
 1.4 Bản chất của các quá trình thuỷ văn
 1.5 Phương trình cân bằng nước

 1.6 Sơng ngịi và lưu vực

Chương 2. Giới thiệu về thống kê trong TV
Chương 3. Mưa
Chương 4. Tổn thất
Chương 5. Dòng chảy
Chương 6. Dòng chảy ngầm
7

7

I.1 Nước - Thực tế và những con số

8

8

4


7/29/2020

1. Vai trò của nước
- Là yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát
triển của môi trường sống
- Là nguồn tài nguyên hữu hạn

9

9

Nước cho sự sống
của con người

10

5


7/29/2020

Nước cho thức ăn

11

Nước cho năng lượng

12

6


7/29/2020

Nước cho giao thông thuỷ

13

Nước cho công nghiệp

14

7


7/29/2020

Nước cho du lịch, giải trí

15

Nước cho các giá trị tơn giáo và văn hố

16

8


7/29/2020

Nước cho tự nhiên

17

Mối quan hệ giữa lượng nước và dân số

18

9


7/29/2020

Thừa nước gây ra
lũ, lụt

19

19

Thiếu nước gây ra
hạn hán

20

20

10


photo: Eric Baran

7/29/2020

Nước có thể là nguyên nhân
của các cuộc xung đột
Cochabamba - Bolivia

Scheldt estuary Netherlands/Belgium
Mekong

Omo river basin (Ethiopia)
and Lake Turkana (Kenya)

Manantali dam - Senegal river

21

Anyone who can solve the problems of water will
be worthy of two Nobel Prizes - one for Peace and
one for Science
Bất kỳ ai có thể giải quyết được các vấn đề của nước
sẽ xứng đáng được hai giải Nobel – một cho Hồ
Bình và một cho Khoa học.
John Frank Kennedy

22

22

11


7/29/2020

2. Phân bố của nước trên trái đất
 Không đều
 Nước ngọt (sử dụng được

Tài nguyên
nước

cho con người) chiếm tỷ lệ nhỏ
Đại
dương

Nước mặt

Đất liền

Khí
quyển

Nước
ngầm

23

23

24

Nguồn: Gleick, P. H., 1996: Tài nguyên nước. Bách khoa từ điển
về khí hậu và thời tiết. S.H Scheneide, Nhà xuất bản Đại học
OXford, New york, quyển 2, trang 817 - 823.

24

12


7/29/2020

Phân bố nước ở Việt Nam

9.6

1.1

16.3

2.2
2.9
2.4

Bằng Giang - Kỳ Cùng
Hồng - Thái Bình
Mã
Cả
Thu Bồn

1.1
3.9
60.4

Ba
Đồng Nai
Cửu Long
Khác

25

25

I.2 Quá trình nhận thức về thuỷ văn
1. Từ xa xưa, những hiểu biết, những cơng trình khái thác tài ngun
nước đã có các tiến bộ vượt bậc tại những nơi có “vấn đề” về nước
do thiếu hay thừa nước.
2. Các cơng trình tưới đã có từ 5000 năm trước tại Ai Cập.
3. Đến cuối thế 17, các thí nghiệm nghiên cứu về chu trình thuỷ văn
đã chứng minh lượng mưa nhiều hơn đáng kể lượng dịng chảy trên
sơng, và sự chênh lệch này là do bốc hơi.
4. Sự phát triển của khoa học thuỷ văn gắn liền với sự phát triển
khoa học khác, bao gồm cả công nghệ.
5. Nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng, thế giới đối mặt với thiếu

nước.
6. Nhận thức về tầm quan trọng của Tài nguyên nước được đưa vào
một trong những mục tiêu thiên niên kỷ.
26

26

13


7/29/2020

I.2.1. Khái niệm Thuỷ văn học
 Thuỷ văn học là ngành khoa học nghiên cứu mọi

pha của nước trên trái đất
 Đối tượng nghiên cứu của nó:
➢Sự xuất hiện - phân bố (trữ) - vận động
➢Đặc tính lý, hố
➢Sự tương tác với mơi trường xung quanh

27

27

I.2.2. Phân loại

28

Theo nguồn nước:

•Thuỷ văn nước mặt
•Thuỷ văn nước ngầm
•Thuỷ văn nước ven biển
Theo đối tượng nghiên cứu
•Thuỷ văn sơng ngịi
•Thuỷ văn hồ
•Thuỷ văn đầm lầy
•Thuỷ văn nước ngầm
•Thuỷ văn bùn cát
Theo đối tượng phục vụ
•Thuỷ văn thuỷ lợi
•Thuỷ văn nơng nghiệp
•Thuỷ văn rừng
•Thuỷ văn mỏ
•Thuỷ văn đơ thị

28

14


7/29/2020

I.3. Chu trình và hệ thống thuỷ văn

/>29

Precipitation: Mưa
Moisture: Độ ẩm

Flow: Dịng chảy
Infiltration: Thấm

Evaporation: Bốc hơi
Groundwater: Nước ngầm

29

I.3. Chu trình và hệ thống thuỷ văn

30

30

15


7/29/2020

I.3. Chu trình và hệ thống thuỷ văn
Vịng tuần hồn nhỏ:
Nước bốc hơi từ bề mặt đại dương, mặt biển và đất liền.
Một phần trong số đó rơi ngay lại đại dương hình thành
vịng tuần hồn nhỏ.
Vịng tuần hồn lớn:
Hơi nước theo các khối khơng khí vào đất liền, ngưng tụ
lại và rơi xuống thành mưa. Một phần mưa rơi thấm vào
trong đất, một phần chảy trên mặt đổ vào sơng suối, phần
cịn lại bốc hơi. Q trình mưa rơi trên mặt đất và sau đó
bốc hơi dù có lặp lại bao nhiêu lần chăng nữa thì cuối cùng

hơi nước do khơng khí mang vào đất liền sẽ chảy trở về
đại dương, hồn thành vịng tuần hồn lớn của nước trên
trái đất.
31

31

I.3. Chu trình và hệ thống thuỷ văn

32

32

16


7/29/2020

I.3. Chu trình và hệ thống thuỷ văn

Thuỷ văn đại cương, Thuỷ văn nước mặt
33

Thuỷ văn nước dưới đất

33

I.3. Chu trình và hệ thống thuỷ văn

34

Phương trình cân bằng tổng quát:
± Lượng trữ = Dòng chảy đến - Dòng chảy đi

34

17


7/29/2020

1.4 Bản chất (đặc điểm) của hiện tượng thuỷ văn
 Các hiện tượng thuỷ văn là kết quả sự tác động của nhiều yếu

tố tự nhiên.
 Hiện tượng thuỷ văn mang tính chất:

Tất định: sự thay đổi có tính chu kỳ (mùa lũ, mùa

kiệt)…; mối quan hệ vật lý giữa các nhân tố ảnh hưởng (X,
Z) đến các đặc trưng dòng chảy (Y)…;
Ngẫu nhiên: phụ thuộc vào sự biến đổi ngẫu nhiên của
nhóm nhân tố khí hậu, khí tượng.
Khu vực: Ở khu vực địa lý khác nhau có đặc điểm thuỷ
văn khác nhau. Ở cùng khu vực thì có đặc tính giống nhau.
35

35

1.4 Bản chất (đặc điểm) của hiện tượng thuỷ văn

 Ví dụ về tính tất định:
 Dịng chảy có các mùa lũ và kiệt. Hết mùa lũ sẽ đến mùa kiệt, hết mùa

kiệt là bắt đầu mùa lũ.
 Mưa nhiều là ngun nhân chính làm tăng lượng dịng chảy
 Bốc hơi nhiều làm giảm lượng nước mặt

 Ví dụ về tính ngẫu nhiên:
 Số cơn bão sẽ xuất hiện trong năm tới.
 Xuất hiện một trận mưa lớn cường độ >= 500mm/24 giờ

 Ví dụ về tính khu vực:
 Miền Bắc nhìn chung mùa mưa thường bắt đầu từ tháng V và kết thúc

vào tháng X-XI.
36

36

18


7/29/2020

1.4 Bản chất (đặc điểm) của hiện tượng thuỷ văn
Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp Phân tích ngun nhân hình thành
1. Phân tích căn nguyên
2. Tổng hợp địa lý
3. Lưu vực tương tự

Phương pháp Thống kê xác suất
(xem thêm sách Thuỷ văn Cơng trình tập 1)
37

37

Câu hỏi và thảo luận
1. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn
2. Các phương pháp nghiên cứu
3. Chu trình thuỷ văn (Vịng tuần hồn nước) là

gì? Sơ đồ mơ tả vịng tuần hồn nước

38

38

19


7/29/2020

1.5 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực
1. Hệ thống sơng ngịi
 Sơng ngịi là sản phẩm của khí hậu, được hình thành dưới tác động

bào mịn của dịng chảy do nước mưa hoặc tuyết tan
 Sông là một dải lãnh thổ trên đó có dịng nước chảy tương đối lớn

và tương đối ổn định. Nước chảy trên lòng dẫn (bề mặt), hoặc đôi
khi chảy ngầm, ra biển, hồ hoặc sông khác.
 Một tập hợp những sông suối gồm một sơng chính và các phụ lưu

phân lưu lớn nhỏ có liên quan chặt chẽ với nhau về dòng chảy và
lưu vực tập trung nước được gọi là hệ thống sông.
39

39

1.6 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực
1.

Hệ thống sơng ngịi

Sơng hình lơng chim

Sơng hình nan quạt

40

Sơng hình cành cây

40

20


7/29/2020

1.6 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực
Phân loại:

41

41

1.6 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực
 Nguồn sơng = Nơi bắt đầu của sơng/ngịi/mạch nước

băng hà/hồ/đầm lầy
 Cửa sơng = Nơi sông đổ ra sông/hồ/biển
 Nếu sông nhập từ 2 hay nhiều sông:
Đầu sông = Nơi nhập của 2 hay nhiều con sông
Nguồn sông = nguồn của sông dài nhất
= nguồn của sông nhánh trái, nếu 2 sông dài = nhau
Cửa sông = cửa của nhánh sông lớn nhất
Khu vực thượng lưu – trung lưu – hạ lưu
42

42

21


7/29/2020

1.6 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực
2. Lưu vực sơng


Là phần mặt đất mà nước trên đó sẽ chảy ra
sông (kể cả nước mặt và nước ngầm).

Nước trên lưu vực chảy theo hệ thống sơng
suối tập trung vào lịng chính. Mặt cắt sơng
mà tại đó nước trên lưu vực chảy qua gọi là
tuyến khống chế hay mặt cắt cửa ra của lưu
vực.

43

43

1.6 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực
Đường phân (chia) nước của lưu vực sông

Là đường nối các điểm cao nhất xung quanh
lưu vực và ngăn cách nó với các lưu vực khác
ở bên cạnh, nước ở hai phía của đường này sẽ
chảy về các lưu vực sơng khác nhau.

Để xác định cần dựa vào bản đồ địa hình.

Có 2 loại đường: nước mặt và nước ngầm.

44

44

22

7/29/2020

1.6 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực

45

45

1.6 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực
Đường phân (chia) nước của lưu vực sơng
Lưu vực kín: là lưu vực có đường chia nước mặt
và nước ngầm trùng nhau
Lưu vực hở: là lưu vực có đường chia nước mặt
và nước ngầm khơng trùng nhau.

46

46

23


7/29/2020

1.6 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực

Đường chia nước của lưu vực
47

47

1.6 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực
Lưu vực là 1 đơn vị thuỷ văn

L - Chiều dài
B - Chiều rộng
F - Diện tích
S - Độ dốc

48

48

24


7/29/2020

1.6 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực
3. Các đặc trưng lưu vực sơng

Đặc trưng địa lý tự nhiên:
Vị trí địa lý: Các lưu vực có toạ độ địa lý khống
chế lưu vực, sự giáp ranh với các con sông khác
Điều kiện khí hậu: đặc điểm mưa, bốc hơi…
Điều kiện địa hình: đồi núi, đồng bằng…
Điều kiện thổ nhưỡng: cấu trúc địa chất…
Điều kiện thảm phủ thực vật: lớp phủ thực vật…

49

49

1.6 Hệ thống sơng ngịi - Lưu vực
3. Các đặc trưng lưu vực sơng
Đặc trưng hình học:

Diện tích lưu vực F (km2): Diện tích khu vực
khống chế bởi đường phân nước.

Ls (km)

50

50

25