Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương mở đầu pdf

Philip B. Bedient
Wayne C. Huber

Hydrology
and
Floodplain
Analysis
Second Edition


Đại học Quốc gia Hà Nội
Trờng Đại học Khoa học Tự nhiên
Philip B. Bedient
Wayne C. Huber

Thuỷ văn học
và
Phân tích vùng ngập lụt

Biên dịch: Nguyễn Thanh Sơn

Hà nội - 2003


Lời ngời dịch

Cuốn sách Thuỷ văn học và Phân tích vïng ngËp lơt cđa c¸c gi¸o s− Philip B.
Bedient, tr−êng đại học Tổng hợp Rice và Wayne C. Huber, trờng đại học Tổng hợp
bang Oregon do Addison - Wesley Publising Company xuất bản đà tổng kết kinh
nghiệm giảng dạy gần 45 năm của các tác giả trong lĩnh vực này. Đây là một cuốn sách
trình bày rất chi tiết và cô đọng các bài giảng về thuỷ văn học nói chung và các vùng

thuỷ văn vùng ngập lụt, nói riêng.
Cuốn sách này gồm hai phần chính nh tên sách đà nêu. Điều hấp dẫn là cách
trình bày từ lý thuyết, ví dụ, bài tập một cách mạch lạc, rõ ràng, là một cuốn giáo trình
kiểu mẫu giúp ngời đọc nắm vững các vấn đề một cách khoa học và có khả năng tiệm
cận ngay với những bài toán thực tiễn.
Sách có 9 chơng, 5 chơng đầu tiên dành để truyền đạt, phân tích những vấn đề
cơ bản nhất của thuỷ văn học. Ba chơng tiếp theo dành để phân tích thuỷ văn các
vùng đặc thù (vùng đồng bằng ngập lụt) và thuỷ văn nớc ngầm. Chơng cuối bàn về
các vấn đề kỹ thuật thờng gặp trong thiết kế thuỷ văn. Bạn đọc có thể tìm hiểu kỹ
thêm ở phần về cuốn sách của các tác giả.
Các ví dụ, bài tập đợc chọn lọc, phù hợp với lý thuyết trên kinh nghiệm giảng dạy
và thực tiễn nghiên cứu của các tác giả. Các mô hình sử dụng máy tính đà đợc cập
nhật và giáo trình mang màu sắc của thuỷ văn hiện đại. Với hơn 80 ví dụ và lời giải
cùng nhiều bài tập về nhà để rèn luyện với sự chuẩn bị công phu cơ sở dữ liệu, cuốn
sách có ích không chỉ đối với sinh viên mà còn là cẩm nang chỉ dẫn đối với các nhà
nghiên cứu, nhất là trong lĩnh vực mô hình toán thuỷ văn và thuỷ lực.
Khi dịch cuốn sách này, ngời dịch cố ý không chuyển đổi các đơn vị Anh, Mỹ dùng
trong cuốn sách bởi các số liệu tính toán trong các bảng biểu, ví dụ và hình vẽ đều
dùng đơn vị Anh và không thể làm lại. Hơn nữa, trong phần phụ lục các giả đà đa ra
đầy đủ các bảng biểu chuyển đổi đơn vị, các thuật giải, các mô tả chơng trình máy tính
và các ký hiệu đầy đủ có thể giúp ngời đọc chuyển đổi dễ dàng, nếu có nhu cầu.
Tuy rất cố gắng chuyển tải trung thành nội dung cuốn sách, do hạn chế về thuật
ngữ nên có thể vẫn còn có những khiếm khuyết nhất định. Rất mong sự góp ý của bạn
đọc để lần xuất bản sau đợc tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Văn
Tuần đà đọc kỹ bản dịch và hiệu đính để bản thảo đợc hoàn thiện với chất lợng cao
hơn. Xin cảm ơn các sinh viên Lê Thị Huệ, Trần Nam Bình, Cao Phong NhÃ, Cấn Thu
Văn và Phạm Quang Huy líp K45 TV ®· ®ãng gãp nhiỊu trong công việc dịch thuật, chế
bản để cuốn sách sớm hoàn thành.
Đây là một cuốn sách hay, rất hữu dụng cho sinh viên và học viên sau đại học cũng
nh các nhà nghiên cứu, thực hành.

Xin trân trọng giới thiệu cùng ®éc gi¶.

11


Mở đầu
Hiện tợng lũ lụt, khô hạn, vấn đề điều khiển hệ thống thoát lũ và cung cấp nớc,
vấn đề chất lợng nớc và môi trờng là các vấn đề có ý nghĩa quan trọng trong thuỷ
văn học hiện đại đang đợc sự quan tâm của các nhà thuỷ văn công trình, địa chất thuỷ
văn, các nhà khoa học trong lĩnh vực Khoa học Trái Đất. Cuốn sách này nhấn mạnh các
vấn đề về tính toán thuỷ văn, hớng tới đối tợng sinh viên các năm cuối nhằm cung
cấp các kiến thức và cách tiếp cận đến vấn đề ứng dụng quan trọng trong việc phân tích
lu vực, tính toán ngập lụt, kiểm soát lũ, thuỷ văn đô thị, thiết kế ma và thuỷ lực
dòng chảy và mô hình hoá bằng máy tính.
Phiên bản thứ hai của cuốn sách này đợc giới hạn và mở rộng trong các chơng
1, 2 và 4. Những quan điểm mới về đo đạc thuỷ văn, về quá trình thấm, về mô hình
HEC-1 và HEC-2 đà đợc trình bày. Chơng 9 nhấn mạnh tầm quan trọng của thiết kế
thuỷ văn với các ví dụ chi tiết về cách giải hợp lý cho kênh dẫn, lu vực nhỏ, hồ chứa và
vùng ngập lụt.
Ngoài ra, các biểu bảng tính toán thuỷ văn đợc sắp xếp rõ ràng, trích dẫn hơn 80
ví dụ, 192 bài tập minh hoạ và 4 hớng nghiên cứu chính.
sự phát triển của thuỷ văn học
Trong hai mơi năm qua, thủy văn học là môn học đợc trởng thành nh một
khoa học kỹ thuật. Hớng theo sự phát triển của lý thuyết thủy văn học truyền thống
trớc 1960, một sự tăng đột biến về số lợng và sự phức tạp của các nghiên cứu thủy
văn học là từ hai lực phát động vào cuối những năm 1960:
Việc phát triển, mở rộng thành thị trong Hoa Kỳ và sự quan tâm đến môi trờng,
sự kiểm tra chất lợng nớc mặt đợc nhấn mạnh.
Sự ra đời hàng loạt công trình về ma, dòng chảy và chất lợng nớc cũng nh
sự phát triển của kỹ thuật máy tính tạo cơ sở tốt hơn cho việc phân tích dữ liệu và xây

dựng mô hình lu vực.
Vào những năm 1970 thủy văn học bớc vào một kỷ nguyên mới. Trong thập
niên này một số lớn mô hình tính toán trên máy tính phức tạp đợc tạo ra bởi các cơ
quan thuộc Chính phủ và các trờng đại học định hớng vào sự dự đoán nạn lụt, điều
khiển nạn lụt, các kỹ thuật tài nguyên nớc, thủy lực thiết kế, vấn đề tới nớc, kiểm
tra độ nhiễm bẩn, quản lý chất lợng và những vấn đề cung cấp nớc.
Trong những năm 1980, những mô hình tính toán trên máy tính đợc cập nhật
tài liệu đà trở thành thờng lệ và vận hành các thủ tục phân tích thủy văn chi tiết các
ltree vực.
Bổ sung tính năng sử dụng bằng những máy tính cá nhân vào những năm 1980
7


đà cách mạng hóa hơn nữa tính thực hành của thủy văn học. Hàng trăm chơng trình
lớn, nhỏ đà đợc viết để làm đơn giản hoá công việc tính toán trên của các kỹ s và các
nhà thủy văn. Nhiều máy tính lớn sớm hơn đà tích hợp để có những phiên bản đợc
chuyển đổi chạy trên những máy tính cá nhân mạnh. Sự hữu dụng của những mô hình
tính toán trên máy tính đà đợc khai triển cho lớp học và cho thực tế thiết kế một cách
đáng kể.
Phát triển về lý luận
ý tởng đầu tiên cho quyển sách bắt nguồn từ những kinh nghiệm của tác giả
trong việc dạy về phân tích thủy văn học lu vực từ 1976 tại trờng đại học Rice. Phiên
bản đầu tiên của cuốn sách (1988) đợc viết trong thời gian năm năm và cung cấp các
phơng pháp tính gần đúng hiện đại bao gồm sự liệt kê chi tiết những phơng pháp số
và những mô hình tính toán trên máy tính thờng đợc sử dụng trong thủy văn học.
Phiên bản hai, sau bốn năm, đà bổ sung đáng kể các kiến thức mới, những ví dụ,
bảng biểu và một chơng mới về những vấn đề dự án trong thủy văn học.
Tác giả đà lựa chọn những mô hình tính đơn giản để sinh viên học nhiệt tình và
hiệu quả hơn khi họ tiệm cận những vấn đề thủy văn học hiện đại.
Với khả năng hiện thời của những máy tính cá nhân, những hoạt động nh vậy

đang trở thành là quy tắc cho sự rèn luyện của các kỹ s và các nhà thủy văn học. Văn
bản này cung cấp một số chơng trình và những bảng biểu FORTRAN đơn giản đợc sử
dụng trong thủy văn học và thủy lực học, sẵn sàng trên đĩa cho hệ máy PC hoặc máy
tính Macintosh.
Bốn chơng ( 5, 6, 7, và 9) cống hiến cho lý thuyết và ứng dụng chi tiết ba mô
hình đợc sử dụng rộng rÃi nhất để làm mẫu: HEC - 1, HEC - 2 và SWMM. Với trờng
hợp chi tiết, chính là học về lu vực và lập kế hoạch thủy văn thực tại. Điều này là một
sự cải tiến đặc biệt khác trớc, cộng thêm chơng 9 trình bày về vấn đề dự án, phiên
bản hai là một sự tham khảo có ích cho cả những sinh viên lẫn những ngời chuyên
nghiệp trong thủy văn.
Tổ chức cuốn sách
Cuốn sách đợc chia ra hai phần chủ yếu: Phần đầu tiên, gồm có bốn chơng bao
trùm những chủ đề thuỷ văn truyền thống nh sự thấm, ma, bốc hơi, sự đo đạc và
phân tích lu lợng trận ma, xác suất ngập lụt và những phơng pháp khảo sát nạn
lụt. Những chủ đề này cung cấp cho sinh viên một sự hiểu biết toàn diện chu trình
thủy văn học trong tự nhiên cũng nh bài toán xây dựng thiết kế bên trong giới hạn
nhất định của nạn lụt. Nhiều ví dụ thực tế đợc sử dụng để minh hoạ các lý thuyết và
định nghĩa. Những phơng pháp thực nghiệm và những sự tính toán gần đúng cùng các
bảng biểu đợc sử dụng khắp nơi.
Chơng 3, Sự phân tích tần số, giới thiệu những phân phối chuẩn để phân tích dữ
liệu có liên quan nạn lụt và nhấn mạnh tại sao những phân phối đặc thù trên đợc
chọn cũng nh bàn đến sự phù hợp dữ liệu đo đợc.
Chơng 4, Diễn toán lũ, bao gồm những ví dụ chi tiết về động lực học dòng sông
và bể chứa đồng thời liên hệ với những phơng pháp số trị. Những phơng trình diễn
toán lũ đợc dẫn xuất ra chi tiết, đợc phân tích và cung cÊp kÌm theo mét ch−¬ng
8


trình máy tính. Một thảo luận đầy đủ về những phơng pháp diễn toán thủy lực tiên
tiến hơn và những mô hình sẵn có đà đợc trình bày.

Các chơng 5 - 9 đợc thiết kế để áp dụng kỹ thuật máy tính lý thuyết và mô
hình thủy văn học cho một số vùng đặc thù của việc thiết kế thủy văn và thiết kế phân tích lu vực, sự mô tả phác họa vùng ngập lụt và thuỷ văn đô thị. Những phơng
pháp và những mô hình máy tính hiện đại nhất để dự đoán nạn lụt, tính toán vùng
ngập lụt, và thiết kế thuỷ văn đô thị đợc nhấn mạnh trong mọi chi tiết đáp ứng cho sử
dụng thực tiễn và cung cấp những sự nghiên cứu chi tiết qua các trờng hợp ví dụ.
Chơng 5 giới thiệu các mô hình mô phỏng trong thủy văn, những phơng pháp
mô phỏng điều khiển và dự đoán nạn lụt, đờng quá trình lũ trên lu vực. Giới thiệu
phơng pháp luận toàn diện về tổ chức dữ liệu đầu vào của mô hình ngập lụt.
Chơng này bàn về ứng dụng của HEC-1, đờng quá trình lu lợng đơn vị,
phơng pháp sóng động học và hiệu ứng lu vực từ quá trình đô thị hoá, việc phân chia
các kênh và bể chứa, đánh giá tính hiệu dụng trong các điều kiện mặt đệm phức tạp
trên lu vực cho thấy những khó khăn khi ứng dụng mô hình hệ thống.
Chơng 6, Thủy văn đô thị, tổng quan những phơng pháp chuẩn và những mô
hình máy tính cho các cống và kênh mở tại các hệ thống cống rÃnh. Những sự phát
triển gần đây trong thiết kế hệ thống thoát hồ chứa, kể cả phần quản lý nớc
(SWMM), đợc trình bày với một sự nghiên cứu lu lợng đô thị toàn diện nhất. Nhấn
mạnh về khía cạnh phân tích thống kê dữ liệu và lý thuyết trên nền các đờng cong
IDF đợc sử dụng trong hệ thống thiết kế thoát nớc thành thị và những sự so sánh tạo
ra các phơng pháp hợp lý làm chn thiÕt kÕ.
Ch−¬ng 7, Thđy lùc häc vïng ngËp lơt cho những tổng quan đầu tiên, những khái
niệm từ dòng chảy trong kênh hở, các yêu cầu để vận hành theo trắc diện tính toán.
Tiếp theo, HEC - 2 của Trung tâm kỹ thuật thủy văn đợc mô tả chi tiết bởi vì tính phổ
biến của nó và yêu cầu sử dụng của những kỹ s thực hành. Đờng cong nớc mặt
ngoài và mặt nghiêng đợc yêu cầu trong đa số các vùng ngập lụt và kênh thiết kế của
các dự án, những thiết diện tại ngà t có cầu bắc qua đòi hỏi xác định vị trí và những
hệ số cơ bản. Một nghiên cứu trờng hợp chi tiết đợc giới thiệu minh hoạ cho mô hình.
Sự dự đoán nạn lụt gồm các đỉnh cho một trận ma lịch sử hoặc dự báo, sử dụng
phơng pháp hợp lý hoặc một mô hình tính đà kéo theo sự biến đổi các đỉnh điều chỉnh
trong vùng ngập lụt. Đây là một trong những bài toán khó nhất trong việc lập quy
hoạch thủy văn.

Chơng 9 hớng vào vài vấn đề thực tiễn liên quan đến trận ma thiết kế, lu
vc nhỏ thiết kế, hồ chứa thiết kế, và rộng hơn là lu vực ngập lụt thiết kế.
Các chơng 5, 6,7, và 9 cùng trình bày một tổ hợp đơn nhất các phơng pháp
thờng sử dụng bởi những kỹ s thực hành và những nhà thủy văn học nhng trớc đó
cha bao giờ đề tài này kết hợp trong một cuốn sách giáo khoa phổ thông.
Chơng 8 trình bày thủy văn học nớc dới đất nh một chơng độc lập, bao gồm
dòng trong môi trờng xốp, những thuộc tính tầng chứa nớc, giếng và các ứng dụng
máy tính. Đa ra những phơng trình của dòng và ứng dụng vào một số bài toán nớc
ngầm, bao gồm sự phân tích cả trạng thái dừng lẫn trạng thái động. Sự phân chia về
những phơng pháp sè giíi thiƯu kü tht thùc nghiƯm trong n−íc ngÇm và những ví
dụ sử dụng những chơng trình máy tính đơn giản để mô tả.
9


Phiên bản mới của cuốn sách cung cấp kỹ thuật hoặc cho sinh viên hoặc cho các
nhà khoa học với tất cả lý thuyết thích hợp để hiểu thủy văn học và sự phân tích vùng
ngập lụt. Kỹ s thực hành tìm thấy quyển sách một sự tham khảo hiện đại cho những
nguyên lý thủy văn học, sự phân tích tần số nạn lụt, sự phân tích vùng ngập lụt, sự mô
phỏng bằng máy tính và nớc ma thiết kế.
lời cảm ơn
Cuốn sách về các phân tích thuỷ văn lu vực này đà đợc tích luỹ trong một số
năm giảng dạy. Trong quá trình trao đổi với các đồng nghiệp và sinh viên đà dần hoàn
thiện các ý tởng về sự nhấn mạnh các phơng pháp hiện đại. Tác giả cảm thấy mắc nợ
nhiều nhóm nghiên cứu, các tổ chức và cá nhân vì những đóng góp đáng kể của họ để
cấu trúc nội dung cuốn sách đợc hoàn thiện chất lợng cao.
Sự đóng góp của các nhà biên tập trong việc rà soát bản thảo cẩn thận và các
góp ý quý báu của: Robert Johanson, trờng đại học Pacific; Richard H. McCuen,
trờng đại học Maryland; Ed Schroeder, trờng đại học California, Davis; Stuart G.
Walesh, trởng khoa, trờng đại học Valparaiso; và Ralph A. Wurbs, trờng đại học
Texas A& M. Tom Robbins, biên tập viên nhà xuất bản Addison - Wesley, trong cả hai

phiên bản. Sự quản lý của cơ quan Flanagan Barbara trong việc quản lý toàn bộ các
chi tiết kỹ thuật là sống còn tới sự xuất bản phiên bản đầu tiên. Helen Wythe đóng
góp nhiều về những sự thay đổi cho phiên bản hai. Những tác giả cũng cám ơn tất cả
các đồng nghiệp ở Addison - Wesley vì những nỗ lực của họ .
Lời cảm ơn đặc biệt dành cho kỹ thuật viên tận tâm Pamela Ross ở trờng đại học
Rice vì sự giúp đỡ của cô ấy, về kỹ năng xem lại văn bản, biên tập những ví dụ, những
bài toán, bài tập ở nhà, và những chơng trình máy tính. Tim Jenkin, Beth Erlanson,
Carol Ellinger giúp đỡ nhiều về những bảng biểu, những ví dụ, và bài tập ở nhà những
bài toán cho phiên bản hai. Chúng ta vô cùng cảm ơn Kelsey - Bettschen và Diana
Freeman Marilyn đánh máy hầu hết phác thảo đầu tiên. Cuối cùng, chúng ta dành sự
cảm ơn cho Kathy Moore, ngời tổ chức tất cả sự đánh máy, minh hoạ, về những sự
thay đổi văn bản và hình vẽ cho phiên bản thứ hai.
Philip B. Bedient Wayne C. Huber

10


Về cuốn sách
Thuỷ văn học và Phân tích vùng ngập lụt, phiên bản thứ hai cung cấp đầy đủ các
khái niệm cơ bản và các phơng pháp thiết kế trong thuỷ văn và phân tích vùng ngập
lụt. Bốn chơng đầu tiên bao trùm các chủ đề về dòng chảy mặt nh giáng thuỷ, bốc
thoát hơi, thấm và phân tích ma - dòng chảy, tần suất lũ và các phơng pháp diễn
toán lũ. Chơng 5, 6 và 7 đề cập tới lý thuyết và kỹ thuật máy tính hiện đại đối với một
số lĩnh vực thuỷ văn công trình gồm phân tích lu vực, thuỷ văn đô thị và thuỷ lực
vùng ngập lụt. Chơng 8 bàn luận một cách súc tích về chủ đề nớc ngầm bao gồm
nớc ngầm, dòng chảy ngầm, thuỷ lực giếng và các kỹ thuật mô hình hoá nớc dới đất.
Điểm mới trong phiên bản này ở chơng 9 với các phơng pháp thiết kế ma - dòng
chảy nhấn mạnh đến các lu vực nhỏ và lớn đang đô thị hoá. Các phơng pháp thiết kế
với qui mô các kênh và ống sử dụng phép xấp xỉ đờng quá trình đơn vị để mô tả các
chỉ tiêu thiết kế chuẩn cho vùng đô thị. Chơng 9 kết thúc với một chuyên đề phân tích

vùng ngập lụt và thiết kế sử dụng HEC-1 và HEC-2.
Thêm vào trong chơng 9, ở phiên bản thứ hai này, đáng chú ý là các ví dụ tính
dùng bảng số và mở rộng các phép đo thuỷ văn nh phơng pháp SCS, phân tích tốc độ
tổn thất mà HEC -1 và HEC -2 đà thảo luận. Trình bày thêm hơn 60 bài tập về nhà
mới để rèn luyện.
Phiên bản này thích hợp đối với các khoá thuỷ văn dân sự, kỹ thuật môi trờng,
địa chất học và các khoa học trái đất khác. Lần xuất bản này lợc duyệt tiếp tục các
vấn đề về thuật toán dùng trong thuỷ văn hiện đại đáp ứng đào tạo đại học và sau đại
học về các khía cạnh cân bằng và phân tích lu vực, diễn toán và kiểm soát lũ, thuỷ
văn đô thị, ma thiát kế và các mô hình máy tính.
Ngoài các vấn đề chính, trong cuốn sách còn gắn kèm theo hơn 80 ví dụ và lời giải;
cuối các chơng đều tổng kết các ý tởng chính, lợc duyệt và xem xét 192 c¸c kiĨm
nghiƯm trong lÜnh vùc thiÕt kÕ thùc tiƠn.

5


Về tác giả
Philip B. Bedient là Giáo s thuộc lĩnh vực kỹ thuật môi trờng của Đại học Tổng
hợp Rice, Houton, Texas. Ông bảo vệ luận án Ph.D. Kỹ thuật môi trờng ở Đại học
Tổng hợp Florrida. Các quan tâm nghiên cứu của ông về thuỷ văn nớc mặt trong lĩnh
vực mô hình hoá lu vực, chất lợng nớc ma đô thị, hệ thống điền trũng và phân tích
vùng ngập lụt. Gần đây các nghiên cứu của ông hớng tới mô hình thuỷ văn nớc ngầm
vận tải công cộng và các nơi đổ rác thải nguy hiểm. Ông là nghiên cứu viên thuộc Cơ
quan trung tâm quốc gia bảo hộ môi trờng về nghiên cứu nớc ngầm.
Dr. Bedient là ngời điều tra chính của 30 dự án và là tác giả của hơn 80 bài báo
kỹ thuật. Ông thích hợp vai trò cố vấn trong cả hai lĩnh vực công cộng và t nhân và là
một kỹ s chuyên nghiệp có tiếng. Dr. Bedient đợc thừa nhận là ngời lÃnh đạo u tú
tầm quốc gia trong khoa học môi trờng từ 1988-1993.
Wayne C. Huber là Giáo s và trởng khoa Kỹ thuật dân sự trờng Đại học Tổng

hợp Oregon ở Corvalis. Ông bảo vệ Ph.D. ở trờng đại học Kỹ thuật Massachusetts.
Ông thực hiện luận án tiến sỹ thuộc lĩnh vực thống kê và đợc biết đến qua hơn 90 công
trình và bài báo về kỹ thuật thống kê. Ông còn là nhà kỹ thuật và cố vấn cho các xởng
và các hÃng phim.
Qua nhiều năm trên cơng vị Giáo s ở trờng Tổng hợp Florida tại Gainesville,
Dr. Huber nghiên cứu về thuỷ văn lu vực sông, hồ, thống kê ma, mô hình thuỷ lực và
chất lợng nớc. Ông góp phần vào xây dựng mô hình SWMM, về nghiên cứu tổng
lợng và chất lợng nớc trong các vùng đô thị

6


Mục lục

Chơng1. Các nguyên lý thuỷ văn học

21

1.1. Giới thiệu chung về thuỷ văn học

21

Lịch sử thuỷ văn cổ đại

22

Lịch sử hiện đại

23

Sự phát triển của máy tính

24

1.2. Vòng tuần hoàn nớc

26

1.3. Giáng thuỷ

29

Độ ẩm không khí

30

Giai đoạn biến đổi

31

Nguyên nhân và cơ chế thành tạo

32

Điểm giáng thuỷ

33

Vùng giáng thuỷ

41

1.4. Bốc hơi và bốc thoát hơi nớc

45

Xác định bốc hơi bằng phơng pháp cân bằng nớc

46

Phơng pháp trao đổi khối lợng

47

Phơng pháp cân bằng năng lợng

48

Thùng bốc hơi

49

Bốc thoát hơi nớc

52

1.5. Thấm

55

Phơng trình cờng độ thấm

55

Các phơng pháp thấm lỹ thuyết

63

1.6. Dòng chảy sông ngòi

70

Các thành phần của biểu đồ thuỷ văn

71

1.7. Đo đạc thuỷ văn

72

Độ ẩm không khí

72

Ma

72

Bốc hơi

73

Thấm và nớc ngầm

73

Đo đạc dòng chảy sông ngòi

73

12


Hệ thống trạm thuỷ văn đô thị

77

Hệ thống kiểm soát thuỷ văn đô thị

77

Hệ thống phòng lũ

79

Các đặc trng địa lý

80

Kết luận

81

Bài tập

82

Tài liệu tham khảo

91

Chơng 2. Phân tích quan hệ ma - dòng chảy

96

2.1. Các quan hệ ma dòng chảy

96

2.2 . Phân tích đờng quá trình thuỷ văn

98

Hiện tợng dòng chảy mặt

98

Các thành phần đờng quá trình

100

Nhánh xuống và sự phân chia dòng chảy

100

Ma hiệu quả và đờng quá trình

101

2.3. Học thuyết đờng quá trình đơn vị

109

Nguồn gốc đờng quá trình đơn vị. Trạm đo lu vực

109

Phơng pháp đờng cong - S

113

Tập hợp các đờng cong đơn vị

117

2.4. Phát triển đờng đơn vị tổng hợp

124

Các giả thiết và nhân tố biến đổi

125

Phơng pháp Sneyder

127

Phơng pháp SCS

129

Phơng pháp Espey

135

2.5. Các ứng dụng của đờng quá trình thuỷ văn đơn vị

138

2.6. Mô hình nhận thức

142

Các đờng cong đơn vị tức thời (IUH)

142

Các mô hình tuyến tính

143

2.7. Các phơng pháp sóng động học đối với dòng chảy tràn

145

2.8. Tuyết rơi và tuyết tan

147

Đặc trng vật lý của băng tuyết

148

Năng lợng dự trữ của băng tuyết

150

Các phơng trình chỉ số tuyết tan - độ - ngày hoặc nhiệt độ

151

Tính toán dòng chảy từ tuyÕt tan

152

KÕt luËn

154

Bµi tËp

155
13


Tài liệu tham khảo

160

Chơng 3. Phân tích tần suất

163

3.1. Lời giới thiệu

163

Phạm vi nghiên cứu

163

Các biến cố ngẫu nhiên

164

Biểu diễn sè liƯu

165

3.2. C¸c kh¸i niƯm x¸c st

168

3.3. C¸c biÕn cè ngẫu nhiên và các luật phân bố xác suất

170

Các biến cố ngẫu nhiên và biến cố rời rạc

170

Các moment của một phân bố

172

Ước lợng moment từ các số liệu

174

Làm trơn phân bố chuỗi số liệu

178

3.4. Thời kỳ lặp lại và thời khoảng tái diễn

178

3.5. Các mô hình phân bố xác suất cơ bản

181

Chủ quan và khách quan

181

Luật phân bố nhị thøc

182

Quy lt ph©n bè mị

186

Lt ph©n bè chn

187

Lt ph©n bè Log chuÈn

189

LuËt ph©n bè Gamma (Pearson3)

191

LuËt ph©n bè Log Pearson3

193

LuËt phân bố Gumbel (Giá trị cực trị loại I)

196

3.6. Miêu tả số liệu bằng biểu đồ

198

Giới thiệu

198

Giấy xác suất

199

Trật tự bản vẽ

202

Giới hạn tin cậy, điều kiện biên và trạng thái số không

202

So sánh các điểm

208

Tổng kết

211

Bài tập

212

Tài liệu tham khảo

221

Chơng 4. Diễn toán lũ

223

4.1. Diễn toán thuỷ văn và thuỷ lực

223

Các phơng pháp diễn toán thuỷ văn

229

14


Các phơng pháp diễn toán thuỷ lực

229

4.2. Diễn toán thuỷ văn sông ngòi

230

Phơng pháp Muskingum

232

Xác định các hằng số lợng trữ

236

4.4. Phơng trình cơ bản diễn toán thuỷ lực sông ngòi

248

4.5. Sự chuyển động của sóng lũ

251

4.6. Diễn toán sóng động học

254

Phơng trình cơ bản diễn toán sóng động học đối với dòng chảy tràn

255

Diễn toán động học trong kênh

258

Các phơng pháp giải tích đối với bề mặt không thấm

260

Xấp xỉ sai phân hữu hạn

264

Giải các phơng trình sóng động học bằng phơng pháp sai phân phần tử hữu hạn

267

4.7. Diễn toán thuỷ lực sông ngòi

268

Các phơng pháp đặc trng

268

Phơng pháp hiện

269

Phơng pháp ẩn

270

Mô hình khuyếch tán

271

Phơng pháp Muskingum - Cunge

271

Mô hình sóng động lực (DWOPER)

275

Đờng cong tỷ lệ

276

Kết luận

278

Bài tập

278

Tài liệu tham khảo

287

Chơng 5. Các mô hình thuỷ văn mô phỏng

289

5.1. Giới thiệu về các mô hình mô phỏng

289

5.2. Tổ chức phân tích thuỷ văn lu vực

292

5.3. Mô tả các mô hình mô phỏng thuỷ văn chính

293

5.4. mô hình HEC-1

296

Phác thảo lu vực

297

Giáng thuỷ

298

Tuyết rơi và tuyết tan

298

Phân tích tỷ lệ tổn thất

298

Tính toán dòng chảy trên các lu vực con

300

Tính toán dòng cơ bản

303

Diễn toán lũ

304
15


Các khả năng khác của mô hình HEC-1

305

5.5. Số liệu đầu vào và đầu ra của HEC-1

306

Khái quát số liệu đầu vào

306

Khái quát dữ liệu đầu ra

214

5.6. Phân tích lu vực bằng HEC-1: Nghiên cứu điển hình

315

Miêu tả lu vực

315

Các thông số vật lý

316

Số liệu lợng ma

317

Số liệu đờng quá trình dòng chảy đơn vị

318

Số liệu diễn toán quá trình trữ nớc trong kênh

321

Đờng quá trình kết quả

327

Các phơng án phân lũ

329

Tổng kết

333

Bài tập

334

Tài liệu tham khảo

338

Chơng 6. Thuỷ văn đô thị

341

6.1 Đặc điểm thuỷ văn đô thị

341

Phạm vi nghiên cứu của chơng này

341

Lời mở đầu

342

Vấn đề ứng dụng công nghệ kỹ thuật trong thuỷ văn đô thị

344

Đối tợng thiết kế

346

6.2. Tổng quan các quá trình vật lý

347

Ma - Dòng chảy

347

Mô tả lu vực

347

Tính toán lợng tổn thất

348

Thời gian tập trung

351

Thời gian trễ

353

Dòng chảy

354

6.3. Phân tích lợng ma

354

Nguồn số liệu

354

Đo lợng ma

356

Đờng cong cờng độ - thời gian - tần suất sử dụng và không sử dụng

357

Xác định biến cố trËn lị

358

Lùa chän l−ỵng m−a thiÕt kÕ

361

ThiÕt kÕ tỉng hỵp c¸c trËn lị

361

16


Lựa chọn trận lũ thiết kế tổng hợp

363

6.4.Các phơng pháp phân tích lợng nớc

365

Dòng chảy cực đại, tổng lợng lũ hoặc đờng quá trình lũ?

365

Phân tích dòng chảy cực đại bằng phơng pháp thích hợp

365

Hệ số và các phơng pháp khử đuổi

370

Các phơng pháp tần suất - khử đuổi lũ

371

Các đờng quá trình thuỷ văn đơn vị

373

Các phơng pháp thời gian - diện tích

373

Phơng pháp sóng động học

373

Các bể chứa tuyến tính và phi tuyến

374

6.5. Hệ thống cống ngầm thuỷ lực

377

Diễn toán dòng chảy

377

Hệ phơng trình Saint -Venant

378

Sự quá tải

379

Diễn toán các cấu trúc thuỷ lực bên trong

380

6.6. Các điểm kiểm soát

381

Sự giam giữ/duy trì

381

Sự gia tăng lợng thấm

386

Các phơng pháp khác

387

6.7 Các mô hình thao tác trên máy tính

388

Khái niệm

388

Bảo vệ đất

389

Mô hình ILUDAS

389

Mô hình dòng chảy đô thị bang PENN

390

Mô hình HSPF

390

Mô hình STORM

390

Mô hình tổng hợp SWMM

392

Mô hình Cục nghiên cứu địa chất Mỹ (USGS)

393

Sự lựa chọn mô hình

393

6.8. Phạm vi nghiên cứu

394

Giới thiệu

394

Lu vực

394

Số liệu đầu vào và việc đánh giá mô hình SWMM

394

Phân tích tần suất xuất hiện các kết quả liên tục

397

Các trận ma thiết kế tổng hợp

400

Các kỹ thuật thiết kế khác

400
17


Kết quả

401

Tóm tắt phạm vi nghiên cứu

403

Tóm tắt

404

Bài tập

404

Tài liệu tham khảo

412

Chơng 7. Thuỷ lực vùng ngập lụt

421

7.1. Dòng chảy đều

421

7.2. tính toán dòng chảy đều

423

7.3. Năng lợng riêng và dòng chảy giới hạn

430

7.4. Trạng thái độ sâu giới hạn

434

7.5. Dòng không đều hay dòng chảy biến đổi chậm

435

7.6. Phơng trình dòng biến đổi chậm

436

7.7. Phân loại các đờng bề mặt nớc

440

Các trờng hợp độ dốc thoải

442

Trờng hợp độ dốc đứng

444

Trờng hợp độ dốc nghịch và nằm ngang

444

7.8. Bớc nhảy thuỷ lực

444

7.9. Giới thiệu về mô hình HEC-2

446

7.10. Cơ sở lý thuyết của mô hình HEC-2

447

7.11. Yêu cầu của cơ sở dữ liệu

449

7.12. Các khả năng tuỳ chọn của HEC-2

452

7.13. Nhập và xuất các đặc trng

453

Cấu trúc dữ liệu và tài liệu

453

Các tuyến thay đổi và điều khiển công việc

453

Các tuyến mặt cắt ngang

455

Các tuyến phân dòng chảy

455

7.14. Về phơng pháp liên kết chuẩn đặc biệt

455

Biện pháp liên kết chuẩn

455

Phơng pháp liên kết đặc biệt

456

Lựa chọn phơng pháp liên kết trong HEC-2

457

Cách bố trí mặt cắt ngang đối với kiểu liên kết

457

Lựa chọn diện tích hiệu quả

459

7.15. Ví dụ của chơng trình tính HEC-2

460

Tóm tắt

475

Bài tập

476

18


Tài liệu tham khảo

480

Chơng 8. Thuỷ văn nớc ngầm

481

8.1. Mở đầu

481

8.2. Những tài nguyên nớc ngầm

483

Sự phân bố theo chiều thẳng đứng của nớc ngầm

483

Tầng chứa nớc

485

8.3. Sự chuyển động của nớc ngầm

488

Định luật Darcy

488

Hệ số thấm thuỷ lực

489

Xác định hệ số thấm thuỷ lực

490

Các tầng chứa nớc dị hớng

491

Mạng lới dòng chảy

492

8.4. Các phơng trình dòng chảy tổng quát

495

Trạng thái ổn định của dòng chảy trong đới bÃo hoà

495

Dòng chảy tức thời trong đới bÃo hoà

496

Giả thiết Dupuit

497

Dòng chảy và đờng đẳng thế

502

8.5. Thuỷ lực giếng trong trạng thái ổn định

504

Dòng chảy một ổn định

504

Bán kính dòng chảy ổn định tới giếng khoan có áp

505

Bán kính dòng chảy ổn định từ giếng khoan không áp

506

Giếng trong một trờng dòng chảy đồng nhất

508

Hệ thống giếng phức tạp

509

8.6. Thuỷ lực giếng không ổn định

511

Giải bằng phơng pháp Theis

511

Phơng pháp giải Coooper - Jacob

515

ép nớc thí nghiệm

517

Bán kính dòng chảy trong tầng chøa n−íc khe nøt

521

8.7. GiÕng n−íc

523

CÊu tróc giÕng n«ng

523

CÊu tróc giếng sâu

524

Giếng hoàn chỉnh và giếng phát triển

525

8.8. Kỹ thuật mô hình nớc ngầm

526

Các loại mô hình nớc ngầm

526

Các phơng pháp sai phân hữu hạn

527
19


Phơng pháp sai phân hữu hạn cho dòng chảy tạm thời

534

Phát triển các phơng pháp nớc ngầm

536

Tổng kết

538

Bài tập

539

Tài liệu tham khảo

543

Chơng 9. Những vấn đề thiết kế trong thuỷ văn học

545

9.1. Giới thiệu

545

9.2. Lợng ma thiết kế

546

Các đờng cong ×D

546

TÇn st m−a thiÕt kÕ cho l−u vùc lín

547

9.3. ThiÕt kế trên lu vực nhỏ

550

Thiết kế lý tởng

550

Dòng chảy cực đại trong khu vực không phát triển

551

Phơng pháp thích hợp thiết kế đối với một phân khu

553

9.4. Thiết kế các biểu đồ thuỷ văn cho dòng chảy trong cống tròn, dòng 555
chảy tràn và dòng chảy trong các lòng dẫn hở
Thiết kế các cửa sông lu vực nhỏ

555

Phân khu thiết kế sử dụng mô hình HEC-1

557

Các phơng pháp kiểm soát lị lơt

562

9.5. ThiÕt kÕ ao khèng chÕ trong viƯc kiĨm soát lũ lụt

562

9.6. Thiết kế và phân tích đồng bằng ngập lụt tại các vùng rừng. trờng 568
hợp nghiên cứu điển hình
Giới thiệu

568

Hệ thống thuỷ văn các vùng rừng

568

Những ứng dụng của mô hình HEC-1 và HEC-2

571

Các mối quan hệ lu lợng - trữ lợng

572

ảnh hởng của trữ lợng nớc hồ chứa vào các mục đích sử dụng đất khác nhau

574

Các phân tích thuỷ văn trong việc thay đổi kế hoạch phát triển

574

Tóm tắt trờng hợp nghiên cứu

575

Tổng kết

576

Bài tập

576

Tài liƯu tham kh¶o

580

Phơ lơc

581

20