GIÁO TRÌNH THỦY văn đại CƯƠNG (dành cho sinh viên đại học địa lý học chuyên ngành địa lý du lịch, hệ chính quy)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH
KHOA KHOA HỌC XÃ HỘI

GIÁO TRÌNH
(Lưu hành nội bộ)

THỦY VĂN ĐẠI CƯƠNG
(Dành cho sinh viên Đại học Địa lý học
chuyên ngành Địa lý du lịch, hệ chính quy)

Tác giả: Nguyễn Hữu Duy Viễn

Năm 2015


MỤC LỤC
MỤC LỤC ......................................................................................................... ii
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................1
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG ..................................................................2
1.1.VỊ TRÍ CỦA ĐỊA LÝ THỦY VĂN ........................................................... 2
1.1.1. Sự hình thành và phát triển .................................................................2
1.1.1.1. Trên thế giới................................................................................. 2
1.1.1.2. Tại Việt Nam ............................................................................... 3
1.1.2. Địa lý thủy văn học là một khoa học độc lập.......................................3
1.1.2.1. Đối tượng và nhiệm vụ nghiên cứu............................................... 4
1.1.2.2. Phương pháp nghiên cứu .............................................................. 5
1.1.3. Các phân ngành của Địa lý thủy văn ................................................... 6
1.1.4. Quan hệ giữa Địa lý thủy văn với các khoa học khác .......................... 6
1.1.4.1. Với thủy văn đại cương ................................................................ 6
1.1.4.2. Với địa lý tự nhiên .......................................................................7
1.2. CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA ĐỊA LÝ THỦY VĂN ....................... 8

1.1.3. Quy luật phân hoá của các hiện tượng thủy văn ..................................8
1.1.3.1 Hiện tượng thủy văn là thành phần của cảnh quan địa lý ............... 8
1.1.3.2. Tính địa đới và phi địa đới của hiện tượng thuỷ văn ..................... 8
1.1.3.4. Sự thống nhất và mâu thuẫn giữa tính địa đới và phi địa đới thủy
văn .......................................................................................................... 10
1.2.1. Chế độ thủy văn ................................................................................ 12
CHƯƠNG 2. NƯỚC TRÊN TRÁI ĐẤT ........................................................... 13
2.1. LƯU VỰC VÀ SỰ PHÂN BỐ NƯỚC ................................................... 13
2.1.1. Sự phân chia lưu vực ........................................................................ 13
2.1.1.1. Định nghĩa lưu vực ..................................................................... 13
2.1.1.2. Giới hạn của lưu vực .................................................................. 15
2.1.1.3. Các phương pháp xác định lưu vực ............................................ 17
2.1.2. Đặc trưng hình học của lưu vực ........................................................ 19
2.1.2.1. Diện tích lưu vực........................................................................ 19
2.1.2.2. Chiều dài sông chính và chiều dài lưu vực ................................. 20
2.1.2.3. Chiều rộng bình quân lưu vực .................................................... 20
2.1.2.4. Hệ số hình dạng lưu vực ............................................................. 20
2.1.2.5. Độ cao bình quân lưu vực .......................................................... 21
2.1.2.6. Độ dốc bình quân lưu vực .......................................................... 21
2.1.2.7. Mật độ lưới sông ........................................................................ 22
2.1.3. Nguồn gốc và sự phân bố nước trên Trái Đất .................................... 22
2.1.3.1. Nguồn gốc của nước trong tự nhiên ............................................ 22
2.1.3.2. Sự phân bố của nước trên Trái Đất ............................................. 23
ii


2.2. SỰ TUẦN HOÀN VÀ CÂN BẰNG NƯỚC ........................................... 24
2.2.1. Sự tuần hoàn nước ............................................................................ 24
2.2.1.1. Các vòng tuần hoàn nước ........................................................... 24
2.2.1.2. Thành phần của vòng tuần hoàn nước ........................................ 25

2.2.1.3. Nguyên nhân và bản chất vật lý .................................................. 26
2.2.2. Phương trình cân bằng nước ............................................................. 26
2.2.2.1. Phương trình tổng quát ............................................................... 26
2.2.2.2. Phương trình trong thời đoạn bất kỳ ........................................... 27
2.2.2.3. Phương trình cho nhiều năm....................................................... 27
CHƯƠNG 3. ĐỊA LÝ NƯỚC SÔNG ................................................................ 29
3.1. SÔNG VÀ HỆ THỐNG SÔNG .............................................................. 29
2.1.1. Khái quát về sông ............................................................................. 29
2.1.1.1. Khái niệm sông .......................................................................... 29
2.1.1.2. Các bộ phận cấu thành ............................................................... 29
2.1.1.3. Sự phân đoạn sông ..................................................................... 30
2.1.1.4. Hình thái lòng sông trên mặt bằng .............................................. 30
2.1.1.5. Hình thái lòng sông trên mặt cắt ................................................. 33
2.1.2. Khái quát về hệ thống sông ............................................................... 33
2.1.2.1. Khái niệm hệ thống sông ............................................................ 33
2.1.2.2. Sự phân cấp các nhánh sông ....................................................... 33
2.1.2.3. Các kiểu mạng sông ................................................................... 34
3.2. SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY ......................................................... 35
3.1.1. Khái niệm ......................................................................................... 35
3.1.2. Quá trình hình thành dòng chảy ........................................................ 35
3.1.2.1. Quá trình mưa ............................................................................ 36
3.1.2.2. Quá trình tổn thất ....................................................................... 36
3.1.2.3. Quá trình chảy tràn trên sườn dốc............................................... 37
3.1.2.4. Quá trình tập trung dòng chảy .................................................... 38
3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng ....................................................................... 38
3.1.3.1. Yếu tố khí hậu ............................................................................ 38
3.1.3.2. Yếu tố mặt đệm .......................................................................... 38
3.1.3.3. Yếu tố con người ........................................................................ 39
3.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG BIỂU THỊ DÒNG CHẢY ........................................ 40
3.2.1. Các đại lượng có thứ nguyên ............................................................ 40

3.2.1.1. Lưu lượng nước /lưu lượng dòng chảy ....................................... 40
3.2.1.2. Tổng lượng dòng chảy ............................................................... 41
3.2.1.3. Độ sâu dòng chảy/ Lớp dòng chảy ............................................. 41
3.2.1.4. Mô đun dòng chảy...................................................................... 41
3.2.1.5. Dòng chảy chuẩn/ chuẩn dòng chảy năm .................................... 42
3.2.2. Các đại lượng không thứ nguyên ...................................................... 42
iii


3.2.2.1. Hệ số mô đun ............................................................................. 42
3.2.2.2. Hệ số dòng chảy ......................................................................... 42
CHƯƠNG 4. ĐỊA LÝ NƯỚC HỒ - ĐẦM LẦY................................................ 43
4.1. ĐỊA LÝ NƯỚC HỒ ................................................................................ 43
4.1.1. Khái niệm và phân loại hồ ................................................................ 43
4.1.1.1. Các khái niệm cơ bản ................................................................. 43
4.1.1.2. Phân loại hồ ............................................................................... 44
4.1.2. Hình thái và chế độ nước hồ ............................................................. 45
4.1.2.1. Hình thái của hồ ......................................................................... 45
4.1.2.2. Mực nước hồ .............................................................................. 45
4.1.2.3. Cán cân nước hồ......................................................................... 46
4.1.2.4. Nhiệt độ nước hồ........................................................................ 46
4.1.2.5. Dòng chảy trong hồ .................................................................... 46
4.1.2.6. Trầm tích hồ ............................................................................... 47
4.2. ĐỊA LÝ NƯỚC ĐẦM LẦY .................................................................... 48
4.2.1. Khái niệm và phân loại đầm lầy ........................................................ 48
4.2.1.1. Các khái niệm cơ bản ................................................................. 48
4.2.1.2. Phân loại đầm lầy ....................................................................... 48
4.2.2. Chế độ nước đầm lầy ........................................................................ 50
4.2.2.1. Cán cân nước đầm lầy ................................................................ 50
4.2.2.2. Mực nước đầm lầy ..................................................................... 51

4.2.2.3. Chuyển động nước đầm lầy ........................................................ 51
CHƯƠNG 5. ĐỊA LÝ NƯỚC DƯỚI ĐẤT ....................................................... 52
5.1. KHÁI QUÁT VỀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT .................................................... 52
5.1.1. Khái niệm ......................................................................................... 52
5.1.2. Sự phân bố nước dưới đất ................................................................. 52
5.1.2.1. Nước trong đới thông khí ........................................................... 52
5.1.2.2. Nước trong đới bão hoà .............................................................. 54
5.1.3. Sự xuất lộ nước dưới đất ................................................................... 56
5.1.3.1. Mạch nước và giếng đơn ............................................................ 56
5.1.3.2. Mạch nước có áp ........................................................................ 57
5.1.3.3. Mạch nước nhiệt ........................................................................ 58
5.1.3.4. Mạch nước nhiệt tự phun............................................................ 58
5.2. SỰ PHÂN BỐ NƯỚC DƯỚI ĐẤT ......................................................... 58
5.2.1. Cán cân nước dưới đất ...................................................................... 58
5.2.2. Mực nước ngầm................................................................................ 59
5.2.3. Chuyển động của nưới dưới đất ........................................................ 59
5.2.4. Nhiệt độ nước dưới đất ..................................................................... 62
5.2.5. Thành phần hóa học và độ khoáng hóa ............................................. 62
5.2.5.1. Thành phần hóa học ................................................................... 62
iv


5.2.5.2. Độ khoáng hóa ........................................................................... 63
5.2.6. Sự xâm nhập mặn ............................................................................. 63
CHƯƠNG 6. ĐỊA LÝ NƯỚC BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG .................................... 65
6.1. KHÁI QUÁT VỀ BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG............................................. 65
6.1.1. Nguồn gốc của nước đại dương ........................................................ 65
6.1.2. Sự phân chia đại dương Thế giới ...................................................... 65
6.1.2.1. Đại dương .................................................................................. 65
6.1.2.2. Biển ........................................................................................... 66

6.1.2.3. Vũng vịnh .................................................................................. 67
6.1.2.4. Eo biển ....................................................................................... 69
6.1.2.5. Đầm phá..................................................................................... 69
6.1.2.6. Vùng cửa sông ........................................................................... 71
6.2. SỰ PHÂN BỐ NƯỚC BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG ..................................... 72
6.2.1. Mực nước đại dương......................................................................... 72
6.2.2. Độ mặn nước đại dương ................................................................... 73
6.2.3. Nhiệt độ nước đại dương .................................................................. 75
6.2.4. Chuyển động của nước đại dương ..................................................... 75
6.2.4.1. Hải lưu ....................................................................................... 75
6.2.4.2. Sóng biển ................................................................................... 76
6.2.4.3. Thủy triều .................................................................................. 78
6.2.5. Tính chất hóa học ............................................................................. 83
6.2.6. Trầm tích đáy ................................................................................... 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .................................................................... 85

v


LỜI NÓI ĐẦU
Giáo trình “Thủy văn đại cương” được biên soạn trên cơ sở những giáo
trình đã có trước đây, những giáo trình có liên quan của các trường bạn, kết quả
nghiên cứu về thủy văn trong những năm gần đây và các bài giảng nhiều năm
giảng dạy cho sinh viên ngành Địa lý học, chuyên ngành Địa lý du lịch.
Giáo trình cung cấp những kiến thức cơ bản về thủy văn học, lớp nước
trên Trái Đất và các dạng phân bố của nước (sông, hồ - đầm lầy, nước dưới đất,
biển và đại dương) cho sinh viên ngành Địa lý học, chuyên ngành Địa lý du
lịch được đào tạo tại Khoa Khoa học Xã hội, Trường Đại học Quảng Bình.
Những kiến thức này tạo điều kiện cho sinh viên có khả năng nhận biết và phân
tích được của đặc điểm phân bố, thủy chế của các dạng nước tại một địa bàn

khu vực cụ thể phục vụ cho việc sử dụng hợp lý lãnh thổ tài nguyên trong phát
triển du lịch bền vững.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để nội dung giáo trình đáp ứng được yêu cầu
của chương trình và nâng cao chất lượng đào tạo, song chắc chắn không tránh
khỏi những sai sót. Tác giả kính mong nhận được sự chỉ bảo của các nhà khoa
học, các bạn đồng nghiệp , cùng sự góp ý của các bạn sinh viên khi sử dụng
giáo trình này.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đến tập thể Bộ môn Địa lý – Việt Nam học –
Công tác xã hội, Trường Đại học Quảng Bình đã đọc và góp nhiều ý kiến bổ
ích.
TÁC GIẢ

1


CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG
1.1.VỊ TRÍ CỦA THỦY VĂN ĐẠI CƯƠNG
1.1.1. Sự hình thành và phát triển
1.1.1.1. Trên thế giới
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 quy 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.
Vào khoảng năm 4.000 TrCN, người Ai Cập cổ đại đã biết xây đập sông Nin để
tăng năng suất nông nghiệp của các vùng đất cằn cỗi trước đó. Các thị trấn Lưỡng Hà
đã được bảo vệ khỏi lũ lụt bằng các tường đất cao. Các ống dẫn nước được Hy Lạp
và La Mã xây dựng, trong khi đó ở Trung Hoa cũng đã xây dựng các công trình dẫn

nước và kiểm soát lũ lụt. Người Sri Lanka cổ đã sử dụng thủy văn học để xây dựng
các công trình tưới tiêu của Sri Lanka cổ đại, được biết tới như là sự phát minh ra van
Pit, từ đó có thể xây dựng được các hồ chứa lớn, đập nước và kênh đào mà tới ngày
nay vẫn hoạt động. Đó là những nền móng đầu tiên cho sự ra đời của thủy văn học.
Marcus Vitruvius, sống ở thế kỷ I TrCN đã mô tả một học thuyết triết học về
vòng tuần hoàn nước, trong đó giáng thủy rơi trên các ngọn núi thâm nhập vào bề
mặt Trái Đất và hướng tới sông, suối ở những vùng đất thấp hơn. Với một phương
pháp khoa học hơn, Leonardo da Vinci và Bernard Palissy đã mô tả chính xác hơn về
vòng tuần hoàn nước một cách độc lập với nhau.
Đến thế kỷ XVII khi mà người ta bắt đầu xác định số lượng các biến thủy văn
thì vòng tuần hoàn nước càng được trình bày chính xác hơn nữa. Những người tiên
phong trong thủy văn học hiện đại, bao gồm Pierre Perrault, Edme Mariotte và
Edmund Halley. Bằng cách đo lượng mưa, dòng chảy mặt, và diện tích lưu vực,
Perrault đã cho thấy lượng mưa có đủ khả năng để giải thích cho dòng chảy của sông
Seine. Marriotte kết hợp các phép đo về vận tốc và mặt cắt ngang sông để thu được
dòng xả của sông Seine. Halley đã cho thấy lượng bốc hơi của Địa Trung Hải đủ để
giải thích cho dòng chảy từ sông ra biển.
Các tiến bộ trong thế kỷ XVIII gồm có áp suất kế Bernoulli và phương trình
Bernoulli, do Daniel Bernoulli, ống pitot và Công thức Chezy. Thế kỷ XIX chứng
kiến sự phát triển trong thủy văn nước ngầm, bao gồm định luật Darcy, công thức
giếng khoan Dupuit – Thiem và phương trình dòng chảy mao dẫn của Hagen Poiseuille.
Sang thế kỷ XX, các phân tích khoa học đã bắt đầu thay thế chủ nghĩa kinh
nghiệm. Đặc biệt quan trọng là biểu đồ thủy văn đơn vị của Leroy Sherman, lý thuyết
thấm của Robert E. Horton, và phương trình Theis mô tả thủy lực học giếng khoan.
2


Từ thập niên 1950, thủy văn học được tiếp cận với nhiều học thuyết cơ sở hơn so với
quá khứ, nó được thừa hưởng các thành quả tiến bộ của vật lý nhờ đó hiểu được các
tiến trình thủy văn với sự giúp sức của công cụ máy tính.

1.1.1.2. Tại Việt Nam
Tại Việt Nam, từ trước thế kỷ XX 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
quy 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 XIX đến
giữa thế kỷ XX, 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 1910 đến
nay, hầu hết các khu vực đều có mạng lưới đo đạc khí tượng thủy văn.
Hiện nay, ở Việt Nam cơ quan quản lý việc đo đạc, phân tích và nghiên cứu khí
tượng thủy văn là Tổng cục Khí tượng Thủy văn (Department of Meteorology and
Hydrology). Hiện nay, các tỷnh 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:
- Đài KTTV vùng Tây Bắc, trụ sở tại thành phố Sơn La.
- Đài KTTV vùng Việt Bắc, trụ sở tại thành phố Việt Trì.
- Đài KTTV vùng Đông Bắc, trụ sở tại thành phố Hải Phòng.
- Đài KTTV vùng Trung du và Đồng bằng Bắc Bộ, trụ sở tại thủ đô Hà Nội.
- Đài KTTV vùng Bắc Trung Bộ, trụ sở tại thành phố Vinh.
- Đài KTTV vùng Trung Trung Bộ, trụ sở tại thành phố Đà Nẵng.
- Đài KTTV vùng Nam Trung Bộ, trụ sở tại thành phố Nha Trang.
- Đài KTTV vùng Tây nguyên, trụ sở tại thành phố Pleiku.
1.1.2. Thủy văn học là một khoa học độc lập
Địa lý thủy văn (Hydrography hay Hydrological Geography) là một trong

những bộ môn của ngành khoa học thủy văn. Đây là một môn học cơ bản của thủy
văn học, cùng với thủy văn đại cương chuẩn bị kiến thức và phương pháp luận cơ bản
cho việc nghiên cứu các môn học khác như dự báo, tính toán thủy văn,...
Thuật ngữ địa lý thủy văn bắt nguồn từ hai chữ Hy Lạp có nghĩa là “nước” và
“mô tả”. Địa lý thủy văn nghiên cứu sự phân bố của các thể nước và quy luật biến đổi
cũng như sự phân bố của các hiện tượng thủy văn trên một khu vực nhất định.
Đồng thời xác định ảnh hưởng và quan hệ tương hỗ giữa chúng với các điều
kiện địa lý tự nhiên khác. Có thể nói địa lý thủy văn là cầu nối giữa thủy văn học và
3


địa lý học, coi nước là một trong các yếu tố cảnh quan địa lý, lấy quan điểm tổng hợp
địa lý để giải quyết các vấn đề thủy văn.
1.1.2.1. Đối tượng và nhiệm vụ nghiên cứu
Từ khái niệm nêu trên, có thể thấy nhiệm vụ của địa lý thủy văn là nghiên cứu
và mô tả. Nhưng không phải mô tả nước nói chung mà là mô tả những đối tượng
nước cụ thể, được hình thành trong những điều kiện địa lý tự nhiên xác định và trên
một khu vực nhất định. Đồng thời lý giải các quy luật phân bố địa lý (phân bố theo
lãnh thổ) và xác định mối quan hệ giữa các yếu tố thủy văn với các yếu tố địa lý tự
nhiên trong khu vực. Từ đó cho thấy đối tượng nghiên cứu của địa lý thủy văn là các
thể nước cụ thể (như hải dương, sông ngòi, ao hồ, băng tuyết,...) trong một khu vực
cụ thể. Do đó trên thực tế địa lý thuỷ văn lại chia ra địa lý thủy văn hải dương và địa
lý thuỷ văn lục địa. Trong địa lý thuỷ văn lục địa lại có thể chia thành địa lý thủy văn
sông ngòi, địa lý thủy văn hồ ao, đầm lầy, nước ngầm,...
Nội dung địa lý thủy văn trong học phần này chỉ tập trung nghiên cứu địa lý
thủy văn sông ngòi, các phương pháp và các nguyên lý nghiên cứu nó. Các phần khác
như địa lý thủy văn hồ ao, đầm lầy, nước ngầm chỉ đề cập đến ở mức độ sơ lược.
Các thông tin về địa lý thủy văn một lưu vực có thể khai thác từ các bản đồ mô
tả tình hình, sử dụng đất thổ nhưỡng địa chất và địa hình. Theo cơ quan khảo sát địa
chất Mỹ (1982) các đặc trưng địa lý thủy văn có thể bao gồm tất cả những đặc trưng,

quá trình thuỷ văn và các nhân tố cảnh quan ảnh hưởng đến chúng.
+ Tổng diện tích lưu vực, hình dạng lưu vực.
+ Mạng lưới sông ngòi.
+ Tỷ lệ diện tích không thấm nước so với diện tích lưu vực.
+ Tỷ lệ diện tích không thấm nước hiệu dụng so với diện tích lưu vực
+ Độ dốc trung bình lưu vực.
+ Độ dốc lòng sông chính.
+ Hệ số thấm của đất theo các nhóm đất.
+ Độ pH của các nhóm đất.
+ Mật độ dân cư.
+ Tỷ lệ đất sử dụng so với diện tích lưu vực bao gồm: Đất nông nghiệp và nông
thôn; Đất khu dân cư (mật độ thấp, mật độ trung bình và mật độ cao); Đất khu
thương mại; Đất khu công nghiệp; Đất bỏ hoang.
+ Hồ chứa
+ Tỷ lệ diện tích vùng thượng lưu hồ chứa.
+ Tỷ lệ diện tích tiêu nước bởi hệ thống cống tiêu.
+ Tỷ lệ đường phố.
+ Lượng mưa trung bình năm.
+ Cường độ mưa.
+ Chất lượng nước.
+ Chất lượng không khí.

4


Các số liệu này được sử dụng để xây dựng mô hình về các đặc trưng số lượng
và chất lượng nước.
1.1.2.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp quan trắc trạm định vị
Tiến hành quan trắc, đo đạc các đặc trưng thủy văn của các đối tượng nước liên

tục trong một thời gian dài tại các trạm cố định bố trí trên các đối tượng nước: sông,
hồ, ao, kho nước, đầm lầy và các suối tạm thời. Mạng lưới các Trạm khí tượng thủy
văn và các Đài khí tượng thủy văn do Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia quản
lý, có nhiệm vụ tiến hành quan trắc, đo đạc liên tục các dao động của mực nước, lưu
lượng nước, sóng, nhiệt độ, phù sa, thành phần hóa học nước, băng hà và các hiện
tượng khác theo một chương trình chung thống nhất nhằm đáp ứng các nhiệm vụ của
khoa học và thực tiễn.
Kết quả quan trắc trực tiếp tại mạng lưới các trạm định vị này cho phép nghiên
cứu phát hiện các quy luật của các quá trình biến đổi theo thời gian của các đặc trưng
thủy văn của các đối tượng nước. Ngoài ra, chúng còn được sử dụng để tổng hợp địa
lý, thành lập các chuyên khảo, atlas, bản đồ; để hoàn thiện các phương pháp tính toán
và dự báo thủy văn cũng như để giải quyết nhiều nhiệm vụ lý luận và thực tiễn khác.
- Phương pháp điều tra thực địa
Tổ chức những đợt khảo sát ngoài thực địa để bằng quan sát thực địa, thăm hỏi
điều tra trong nhân dân địa phương và bằng đo đạc trực tiếp nhờ các phương tiện đo
đạc hiện đại khi đi thực địa, thu được trong một thời gian ngắn nhất một khối lượng
lớn nhất các đặc trưng địa lý tự nhiên của các đối tượng nước nghiên cứu cũng như
các đặc trưng thủy văn tức thời của chúng. Phương pháp này cho phép: mô tả thủy
văn những lãnh thổ mới nghiên cứu lần đầu; vận dụng chắc chắn hơn phương pháp
tương tự thủy văn; phán định các quá trình thủy văn, cấu trúc và quan hệ nhân quả
của chúng.
Phương pháp điều tra thực địa kết hợp với phương pháp quan trắc trạm định vị
cho phép thu thập đầy đủ hơn các số liệu về chế độ nước của khu vực nghiên cứu.
- Phương pháp thực nghiệm
Nghiên cứu các đối tượng nước bằng thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, tại các
trạm định vị ngoài trời hoặc trong các điều kiện điều tra thực địa. Phương pháp này là
có sở để nghiên cứu chi tiết những quy luật vật lý thành tạo nên các hiện tượng và
quá trình thủy văn như: quy luật hình thành và diễn biến dòng sông, quy luật thấm
của nước vào trong đất, quy luật tập trung nước từ các sườn dốc, quy luật bốc hơi của
nước từ mặt nước và mặt đất cùng nhiều hiện tượng khác tổ hợp thành quá trình thủy

văn phức tạp.
- Phương pháp nhân – quả
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
5


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.
- Phương pháp 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.
+ 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.
- Phương pháp xác suất - thống kê
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 quy 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.

1.1.3. Các phân ngành của Thủy văn học
Vì các quá trình xảy ra trong nước đại dương và biển khác hẳn các quá trình xảy
ra trong các đối tượng nước đất liền nên các phương pháp nghiên cứu chúng cũng
khác nhau. Bởi vậy, địa lý thủy văn học đã được phân chia thành hai bộ phận: địa lý
thủy văn biển và địa lý thủy văn đất liền (hay địa lý thủy văn lục địa).
Hiện nay, thuật ngữ “Địa lý thủy văn” hầu hết được hiểu ứng với địa lý thủy
văn đất liền (địa lý thủy văn lục địa). Theo cách hiểu này thì địa lý thủy văn được
phân chia theo thành:
- Địa lý thủy văn nước mặt: nghiên cứu sự phân bố của mạng lưới thủy văn ở
trên hoặc gần bề mặt Trái Đất như thủy văn sông ngòi, thủy văn ao hồ và đầm lầy,
thủy văn băng hà.
- Địa lý thủy văn nước ngầm: nghiên cứu sự phân bố của mạng lưới thủy văn ở
dưới bề mặt đất.
1.1.4. Quan hệ giữa Thủy văn học với các khoa học khác
Địa lý thủy văn có quan hệ mật thiết nhất với thủy văn đại cương và địa lý tự
nhiên, đồng thời nó cũng có quan hệ với các môn khoa học khác nhưu khí hậu, tính
toán thủy văn, điều tra thủy văn.
1.1.4.1. Với địa lý thủy văn
Giữa địa lý thủy văn và thủy văn địa cương có liên hệ mật thiết với nhau. Đối
tượng của thủy văn đại cương và địa lý thủy văn đều là các thể nước chứa trong bề
6


mặt Trái Đất. Các nguyên lý và quy luật cơ bản đều được cả hai môn sử dụng khi
nghiên cứu đối tượng nước. Tuy nhiên gữa chúng cũng có những đặc điểm riêng biệt.
Sự khác biệt của hai môn này thể hiện ở những mặt sau:
- Thủy văn đại cương nghiên cứu đặc tính nói chung của nước và các thể nước
trong tự nhiên, nghiên cứu quy luật chung điều khiển các quá trình hình thành và vận
động nước lục địa, nghiên cứu sự tác động tương hỗ giữa khí quyển, thủy quyển và
thạch quyển.

Ví dụ: thủy văn đại cương nghiên cứu giải thích các quy luật hình thành mạng
lưới sông suối, các quá trình diễn ra trong chu kỳ ẩm, nghiên cứu quy luật vật lý của
các thể nước.
- Địa lý thủy văn nghiên cứu các thể nước cụ thể trên một khu vực nhất định,
tìm ra quy luật phân bố theo địa lý (theo lãnh thổ) của các yếu tố thủy văn. Đồng thời
xác định mối quan hệ giữa chúng với các điều kiện địa lý tự nhiên. Trên cơ sở đó xây
dựng các quan hệ biểu thị sự phân hoá theo địa lý của các hiện tượng thủy văn bằng
các quan hệ kinh nghiệm, các bản đồ đẳng trị hay phân khu.
Có thể đưa ra một ví dụ để phân biệt 2 môn này. Thuỷ văn đại cương nghiên
cứu quy luật chung và ảnh hưởng của các yếu tố cảnh quan đến dòng chảy. Còn địa
lý thủy văn nghiên cứu quy luật phân bố của dòng chảy của một lãnh thổ cụ thể, ảnh
hưởng của các nhân tố địa lý tự nhiên ở lãnh thổ đó đến dòng chảy. Do đó có thể thấy
khi nghiên cứu địa lý thủy văn phải dựa vào các nguyên lý, quy luật của thủy văn đại
cương. Còn trong khi nghiên cứu thủy văn đại cương cũng cần đưa vào các nghiên
cứu về địa lý thủy văn để kiểm chứng, bổ sung hay hoàn thiện.
1.1.4.2. Với địa lý tự nhiên
Địa lý thủy văn cũng có quan hệ chặt chẽ với địa lý tự nhiên. Địa lý thủy văn
không chỉ nghiên cứu “điểm” của các thể nước mà còn nghiên cứu “diện”, phân bố
trên toàn lưu vực.
Nước trên Trái đất là một trong những yếu tố cảnh quan địa lý. Các hiện tượng
và các quá trình thủy văn đều được phát sinh và phát triển dưới những điều kiện địa
lý tự nhiên phức tạp. Do đó khi nghiên cứu bất cứ hiện tượng thủy văn nào trên bất
cứ khu vực nào đều không thể thoát ly khỏi điều kiện địa lý tự nhiên ảnh hưởng đến
quá trình thủy văn tại khu vực đó. Các hiện tượng thủy văn ở bất cứ khu vực nào, đặc
tínhvà sự diễn biến của nó được coi là kết quả chung dưới ảnh hưởng tổng hợp của
các yếu tố tự nhiên gây nên.
Để thấy rõ hơn vị trí của địa lý thủy văn có thể liên hệ với các bộ môn khác
trong thủy văn học.
* Đo đạc và chỉnh biên có nhiệm vụ nghiên cứu các phương pháp đoa đạc, quan
trắc, thu thập các yếu tố thủy văn, đồng thời chỉnh lý, lưu trữ để phục vụ cho các

nghiên cứu ứng dụng tiếp theo.
* Các môn thủy văn công trình như tính toán thủy văn, dự báo thủy văn, tính
toán thủy lợi, nghiên cứu các phương pháp tính toán và dự báo các đặc trưng thủy
văn. Thông quan các bộ môn này, thủy văn học tiếp cận và đáp ứng các yêu cầu phục
7


vụ các ngành kinh tế quốc dân. Trong khi nghiên cứu các môn học này cần lưu ý đến
quy luật địa lý của các đối tượng nước.
* Thủy hoá nghiên cứu tính chất hoá học của nước, nghiên cứu sự diễn biến về
môi trường và chất lượng nước.
* Động lực học dòng sông nghiên cứu các quá trình thay đổi, diến biến của lòng
sông dưới các cơ chế động lực của dòng nước.
1.2. CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN
1.1.3. Quy luật phân hoá của các hiện tượng thủy văn
1.1.3.1 Hiện tượng thủy văn là thành phần của cảnh quan địa lý
Nước và nhiệt là hai nhân tố quan trọng hình thành và phát triển cảnh quan.
Trong một thể thống nhất, các hiện tượng thuỷ văn, mà trước hết là dòng chảy giữ
một địa vị trọng yếu. Rõ ràng dòng chảy là một sản phẩm của cảnh quan và ngược lại
nó ảnh hưởng tới cảnh quan. Trong một khu vực nào đó nếu không có dòng chảy và
các dạng khác của nó như bốc hơi, nước trong đất, thì nói chung không thể tồn tại bất
cứ cảnh quan nào. Ngược lại thổ nhưỡng và thực vật cũng có tác dụng rất lớn đến các
thành phần của dòng chảy như bốc hơi, nước trong đất.
Mỗi một đơn vị cảnh quan đều có một loại hiện tượng thuỷ văn tương ứng, các
địa đới có các đặc điểm thuỷ văn khác nhau. Ví dụ trong các đới rừng (taiga, hỗn hợp
hoặc nhiệt đới), nói chung lượng mưa năm đều lớn hơn bốc hơi, dòng chảy phong
phú, mật độ lưới sông lớn, hệ thống sông ngòi phát triển. Còn trong các đới thảo
nguyên, lượng mưa nhỏ hơn hoặc xấp xỉ lượng bốc hơi. Do đó dòng chảy nhỏ hơn,
mật độ lưới sông thưa. Trong tình hình bốc hơi vượt hẳn lượng mưa, dòng chảy càng
nghèo nàn hơn, lưới sông thưa thớt và thường xuyên xuất hiện những lưu vực đơn

độc, dòng sông không chảy ra tới biển mà chỉ chảy ra các hồ nội địa. Đó là ở vùng
bán hoang mạc. Còn ở đới hoang mạc bốc hơi vượt xa lượng mưa (4 - 10 lần hoặc
hơn), sông suối không thể hình thành được, không có dòng chảy, còn nếu có cũng
thường từ nơi khác chảy đến.
Từ đó thấy rằng muốn tiến hành nghiên cứu thuỷ văn thì không thể thoát li được
điều kiện cảnh quan khu vực. Trong một đới cảnh quan, nếu điều kiện tự nhiên giống
nhau, thì các kết luận về một vấn đề thủy văn của một khu vực nào đó có thể mở rộng
cho các khu vực khác trong cùng đới. Bởi vì điều kiện tương tự về thổ nhưỡng, khí
hậu, thực vật sẽ quyết định sự tồn tại điều kiện tương tự về dòng chảy. Dĩ nhiên
chúng ta cần lưu ý tới sự ảnh hưởng của các nhân tố phi địa đới.
1.1.3.2. Tính địa đới và phi địa đới của hiện tượng thuỷ văn
Qui luật về tính địa đới của các hiện tượng thuỷ văn xuất phát từ nguyên lí về
qui luật địa đới của địa lí. Bởi vì thuỷ văn là một trong các yếu tố cảnh quan. Nước
có ảnh hưởng rất lớn tới các yếu tố cảnh quan khác nhưng đồng thời chịu chi phối
ngược lại của các yếu tố cảnh quan. Đặc biệt là các đặc trưng khí hậu đối với thuỷ
văn. Các đặc trưng khí hậu mạng tính địa đới rõ nét nhất. Vì vậy, tính địa đới của các
hiện tượng thuỷ văn cũng được nghiên cứu nhiều. Nếu trong khí hậu sử dụng chỉ số
khô hạn R/L.X làm đặc trưng thì trong thuỷ văn các nhà nghiên cứu thường dùng tỉ
8


số của hai yếu tố cân bằng nước để xem xét. Đó là lượng mưa và lượng bốc hơi mặt
nước trung bình nhiều năm X0 và ZB. Xôkolov (1931) đã dùng tỷ số này phân chia
Bắc bán cầu thành 3 đới thuỷ văn từ Bắc xuống Nam.
* Đới ẩm ướt mưa nhiều, còn gọi là cực đới á cực đới: Bao gồm bộ phận ôn
đới lạnh có X0 / ZB > 1, ranh giới của nó tương ứng với đới đồng rêu và đới rừng
taiga.
* Đới không đủ ẩm (ôn đới và ôn đới nóng) có X0 / ZB < 1. Phân bố trong các
rừng hỗn hợp, bán thảo nguyên, bán rừng rậm, bán hoang mạc, hoang mạc và á
nhiệt đới khô hạn.

* Đới ẩm ướt nhiều (Nhiệt đới và á nhiệt đới) có X0 / ZB >1. Bao gồm các vùng
rừng rậm nhiệt đới. Đồng thời tác giả còn lấy sự phân bố của hệ số dòng chảy α0 = y0
/ x0 hoặc hệ số tổn thất 1 – α0 = y0 / z0 làm chỉ tiêu phân chia 3 đới thuỷ văn chi tiết
hơn.
Một số nhà nghiên cứu khác sử dụng các nguyên tắc khác để phân đới thủy văn.
Ví dụ: Kudin P. X. căn cứ vào phân đới khí hậu để chia tương ứng thành đới thủy
văn. Lvôvich M.I. lại nghiên cứu cân bằng nước và quy luật địa đới của cân bằng
nước. Theo Lvôvich tính địa đới của các hiện tượng thủy văn thể hiện rất rõ ở sự
phân bố của trị số cân bằng nước. Mỗi đới địa lý đều có quan hệ cân bằng nước riêng
của nó. Rất nhiều hiện tượng thủy văn đều có quan hệ chặt chẽ với trị số cân bằng
nước.
Dòng chảy năm là một yếu tố cân bằng nước, tính địa đới của nó thể hiện khá rõ
nét. Trong đới ẩm ướt nhiều trị số cao nhất của dòng chảy năm có thể đạt tới 10003000 mm hoặc hơn (ở nhiệt đới và á nhiệt đới). Tuỳ theo dao động của hiệu số giữa
Z0 và ZB (Z0 – ZB), dòng chảy sẽ giảm đi nhanh chóng, có thể dẫn đến khô hạn hầu
như không có dòng chảy.
Tính địa đới của hiện tượng thủy văn còn biểu hiện ở tính dao động của dòng
chảy. Trong một khu vực nào đó, lượng dòng chảy năm phân bố từ lớn đến nhỏ thì sự
biến đổi của dòng chảy trong năm và trong nhiêù năm sẽ từ ổn định đến không ổn
định. Theo sự giảm dần của dòng chảy, mật độ lưới sông cũng trở nên thưa thớt. Với
đới bán hoang mạc và hoang mạc thì hầu như hoàn toàn không có sông suối, số sông
ngòi có lượng dòng chảy gián đoạn nhiều hơn.
Đặc điểm về tính địa đới còn biểu hiện ở mức độ xâm thực sông ngòi, lượng
dòng chảy tỷ lệ nghịch với lượng ngậm cát trong sông. Ví dụ ở vùng ẩm ướt nhiều,
lượng ngậm cát bình quân trong nước sông không vượt quá 0,1- 0,5 kg/m3, trong khi
đó ở vùng bán khô hạn và khô hạn nó có thể đạt tới 100- 200 kg/m3.
Sự phân bố các đặc trưng hoá học trong nước cũng xuất hiện theo quy luật địa
đới, bởi vì trong bất cứ khu vực nào thì cân bằng mặn và cân bằng nước có quan hệ
mật thiết. Trong đới ẩm ướt nhiều, độ khoáng hoá của nước sông rất nhỏ, nói chung
nhỏ hơn 100 mg/l, còn ở đới không đủ ẩm nó có thể tăng đến 1- 5 g/l.
Các biểu hiện nêu trên là tính địa đới theo vĩ độ của các hiện tượng thủy văn.

Các điều kiện này chỉ tương đối rõ ràng và hoàn chỉnh trong điều kiện địa hình bình
9


nguyên rộng lớn. Còn ở miền núi thì xuất hiện sự phân hóa theo độ cao, tương tự như
các vành đai địa lý cảnh quan. Sự phân hóa này của các hiện tượng thủy văn có đặc
điểm:
+ Lượng mưa sinh ra dòng chảy hoặc băng tuyết trên núi tăng theo độ cao lưu
vực
+ Lượng dòng chảy tương đối (môđun dòng chảy) cũng tăng theo độ cao lưu
vực.
+ Sự biến đổi của dòng chảy giảm khi tăng độ cao lưu vực.
+ Thành phần hoá học nước sông biến đổi theo độ cao. Độ khoáng hoá của
nước giảm dần theo độ cao lưu vực.
1.1.3.4. Sự thống nhất và mâu thuẫn giữa tính địa đới và phi địa đới thủy văn
Những biểu hiện về tính địa đới của các hiện tượng thủy văn trước đây đã là cơ
sở cho phương pháp tổng hợp địa lý thủy văn. Tuy nhiên, thường phát hiện thấy
lượng dòng chảy thường xuyên của 2 lưu vực lân cận có thể sai khác nhau 2- 5 lần
hoặc hơn.
Trong thực tế các bản đồ đường đẳng trị và các đặc trưng địa đới của dòng chảy
cũng thường biểu hiện sự không ổn định, nhất là khi áp dụng cho các sông con, chưa
được nghiên cứu nhiều. Nhưng như thế không có nghĩa là quy luật địa đới không có ý
nghĩa và tác dụng trong thủy văn học. Bởi vì tính địa đới của các hiện tượng thủy văn
là một phản ánh của tính địa đới cảnh quan. Nếu trong cùng một cảnh quan mà tồn tại
tính địa đới và phi địa đới như nhau thì tính địa đới của hiện tượng thủy văn cũng bị
phá hoại hoặc nhiễu loạn bới các nhân tố phi địa đới. Đặc tính này là hai mặt đối lập
của mâu thuẫn, đồng thời tồn tại vấn đề là trong điều kiện nào thì mặt này chiếm ưu
thế hơn mặt kia. Sự thực không tồn tại một khu vực đơn thuần mang tính địa đới hay
đơn thuần mang tính phi địa đới.
Khi nghiên cứu tỷ mỉ hiện tượng thủy văn, quy luật địa đới của thủy văn đúng

đắn trong một phạm vi, điều kiện nhất định. Dòng chảy ở lưu vực vừa thể hiện quy
luật địa đới, vừa thể hiện quy luật phi địa đới. Khi diện tích lưu vực càng nhỏ, sự
phân bố theo địa đới của dòng chảy năm càng bất bình thường. Nguyên nhân của tình
hình này là do mỗi lưu vực sông ngòi được hợp thành từ nhiều khu vực khác nhau về
độ dốc, địa mạo, thổ nhưỡng, thực vật, .... Khi diện tích lưu vực càng lớn, tính bình
quân về dòng chảy càng lớn, càng biểu hiện ưu thế ảnh hưởng của khí hậu. Dòng
chảy khi đó sẽ thể hiện tính địa đới, ổn định và biến đổi từ từ.
Điều kiện để tính địa đới hay phi địa đới chiếm ưu thế, ngoài tình hình bình
quân của các đặc trưng do diện tích lưu vực dẫn đến, sự ảnh hưởng của các yếu tố
cảnh quan khác với các đặc tính địa đới vốn có của chúng cũng chiếm một vị trí quan
trọng.
Sự phân tích một cách chính xác tính mâu thuẫn thống nhất giữa địa đới và phi
điạ đới của hiện tượng thủy văn có một ý nghĩa quan trọng. Khi đặc trưng thủy văn
có tính địa đới chiếm ưu thế, sử dụng hình thức đường đẳng trị để tổng hợp, cần phân
tích tỉ mỉ các điều kiện và tìm mọi cách để khử ảnh hưởng phi địa đới. Khi xét đến
10


các nhân tố phi địa đới, thường dùng phương pháp phân khu, ngoài ra cần tiến hành
phân tích ảnh hưởng của các nhân tố tiểu địa hình địa phương.
Cân bằng nước là một trong hai nguyên lý cơ bản khi nghiên cứu địa lý thủy
văn. Nó chỉ ra sự phân phối về số lượng cũng như quan hệ so sánh về lượng của các
đặc trưng trong các giai đoạn của tuần hoàn thủy văn. Nghiên cứu cân bằng nước có
giá trị đặc biệt không chỉ đối với địa lý thủy văn mà còn đối với sự phát triển của
thủy văn học nói chung.
Nguyên lý cân bằng nước có thể phát biểu như sau: Đối với một khoảng không
gian nào đó được giới hạn bởi một mặt tùy ý, trong một khoảng thời gian nhất định
lượng nước đi vào bên trong khoảng không gian đó trừ đi lượng nước đi ra khỏi nó
phải bằng lượng nước tăng hay giảm ở bên trong khối đã cho. Đẳng thức đúng với
bất kỳ khoảng không gian và khoảng thời gian nào.

1.2.1. Cân bằng nước tự nhiên
Trong cân bằng nước tự nhiên chúng ta chỉ xem xét các thành phần của phương
trình cân bằng trong điều kiện tự nhiên không đề cập đến các nhân tố tác động do con
người.
* Ở dạng thông dụng nhất, xuất hiện từ cuối thế kỷ 19, người ta xét cho khoảng
thời gian trung bình nhiều năm, khi đó lượng mưa cân bằng với lượng dòng chảy và
bốc hơi.
Bằng cách xây dựng các bản đồ đẳng trị, nghiên cứu của sự thay đổi của từng
yếu tố trong phương trình cân bằng nước cũng như nghiên cứu quan hệ giữa các yếu
tố ở từng khu vực, tìm ra quy luật thay đổi về chất và lượng của quan hệ này và phân
chia thành các khu có cân bằng nước khác nhau.
Bản đồ hệ số dòng chảy là công cụ quan trọng để phân tích quan hệ giữa các
yếu tố trong phương trình cân bằng nước thông dụng. Bởi vì hệ số dòng chảy là chỉ
tiêu tổng hợp của cân bằng nước. Nó cho thấy quan hệ định lượng giữa 3 yếu tố trong
phương trình cân bằng nước. Ví dụ: Mưa rơi xuống chủ yếu sinh ra dòng chảy hay
bốc hơi, dòng chảy và bốc hơi, yếu tố nào chiếm ưu thế trên khu vực. Đồng thời nó
cũng cho biết quan hệ định lượng so sánh giữa các yếu tố, như dòng chảy chiếm bao
nhiêu phần trăm, tỉ số giữa lượng bốc hơi và dòng chảy là bao nhiêu?
Phương trình phản ánh một cách định lượng vòng tuần hoàn của nước trong một
lưu vực sông, trong một lưu vực riêng biệt hoặc trên toàn Trái Đất được gọi là
phương trình cân bằng nước. Phương trình cân bằng nước xuất phát từ định luật bảo
toàn vật chất đối với một lưu vực, có thể phát biểu như sau: “Hiệu số của lượng nước
đến và lượng nước đi khỏi một lưu vực trong một thời đoạn tính toán nhất định bằng
sự thay đổi trữ lượng nước chứa trong lưu vực đó”.

Hình 1: Tổng quát hóa phương trình cân bằng nước
11

1.2.1. Chế độ thủy văn
Chế độ thủy văn gồm toàn bộ những đặc điểm về sự thay đổi trạng thái nước
theo thời gian (ngày đêm, mùa, năm, nhiều năm) tập hợp lại thành khái niệm về chế
độ nước hay chế độ thủy văn. Chế độ thủy văn biểu hiện trong sự dao động trong thời
hạn nhiều năm, mùa và trong ngày đêm của các đặc trưng:
1) Mực nước (chế độ mực nước);
2) Lượng nước (chế độ dòng chảy);
3) Nhiệt độ của nước (chế độ nhiệt);
4) Lượng nước và chất rắn do dòng nước cuốn theo (chế độ phù sa);
5) Thành phần và nồng độ chất hòa tan (chế độ hoá học của nước);
6) Sự thay đổi lòng sông (chế độ diễn biến lòng sông);
7) Hiện tượng băng giá (chế độ băng).
Ngoài ra còn xét chế độ sóng, chế độ lưu tốc... Những sự dao động của mực
nước và lượng nước theo thời gian thường được thống nhất thành khái niệm chế độ
nước.
Tuỳ theo mức độ ảnh hưởng của công trình thủy lợi người ta phân ra chế độ
thủy văn đã điều tiết và chế độ thủy văn tự nhiên. Tuỳ theo loại đối tượng nước người
ta phân biệt chế độ nước sông, chế độ nước hồ, chế độ nước đầm lầy, chế độ nước
ngầm.

12


CHƯƠNG 2. NƯỚC TRÊN TRÁI ĐẤT
2.1. LƯU VỰC VÀ SỰ PHÂN BỐ NƯỚC
2.1.1. Sự phân chia lưu vực
2.1.1.1. Định nghĩa lưu vực
Lưu vực là phần diện tích bề mặt đất trong tự nhiên mà mọi lượng nước mưa
khi rơi xuống sẽ tập trung lại và thoát qua một cửa ra duy nhất. Trên lưu vực, ngoài
các diện tích đất trên cạn còn có các phần chứa nước trong lòng sông, hồ, các vùng

đất ngập nước theo từng thời kỳ và phần nước ngầm bên dưới.
Nước trên lưu vực chảy theo các dòng chảy thành phần tập trung vào dòng
chính, mặt cắt dòng chính tại đó nước trên lưu vực chảy qua gọi là mặt cắt cửa ra của
lưu vực. Tại mặt cắt cửa ra, nếu tiến hành đo đạc các yếu tố thủy văn sẽ thu được quá
trình dòng chảy và lượng dòng chảy của lưu vực đó.

Hình 2: Các phân bậc của lưu vực
Lưu vực là một hệ thống mở và luôn tương tác với tầng khí quyển bên trên
thông qua hoạt động của hoàn lưu khí quyển và vòng tuần hòa của nước, nhờ đó hàng
năm lưu vực đều nhận được một lượng nước đến từ mưa để sử dụng cho các nhu cầu
của con người và duy trì hệ sinh thái.

Hình 3: Các lưu vực thoát nước của các đại dương và biển lớn trên Trái Đất
13


Lưu vực có thể xác định theo các nhánh sông, các hệ thống sông lớn, hoặc các
hồ, các biển và đại dương. Hình trên thể hiện các lưu vực thoát nước của các đại
dương và biển lớn trên Trái Đất. Phần màu đen là các lưu vực nội địa.
Bảng 1: 10 lưu vực sông lớn nhất trên Trái Đất
TT

Tên
lưu vực

Tổng diện tích
lưu vực (km2)

1

Amazon

5,883,400

2

Congo/
Zaire

3,691,000

3

Mississi
ppi

3,226,300

4

Nile

3,031,700

Tên nước có
trong lưu vực
Brazil
Peru
Bolivia
Colombia

Ecuador
Venezuela
Guyana
Suriname
French Guiana
Kinshasa
Trung Phi
Angola
Cộng hòa
Brazzaville
Zambia
Tanzania
Cameroon
Burundi
Rwanda
Sudan
Gabon
Malawi
Uganda
Hoa Kỳ
Canada
Sudan
Ethiopia
Egypt
Uganda
Tanzania
Kenya
Kinshasa
Rwanda
Burundi

Ai Cập
Eritrea
Sudan

14

Diện tích lưu vực
Tỷ lệ % diện
2
của từng nước (km ) tích lưu vực
3,670,300
62.38
956,500
16.26
706,700
12.01
367,800
6.25
123,800
2.1
40,300
0.68
14,500
0.25
1,400
0.02
30
>0
2,302,800
62.39

400,800
10.86
290,600
7.87
248,100

6.72

176,000
166,300
85,200
14,400
4,500
1,400
500
100
70
3,176,500
49,800
1,927,300
356,000
272,600
238,500
120,200
50,900
21,400
20,700
12,900
4,400
3,500

2,000

4.77
4.51
2.31
0.39
0.12
0.04
0.01
>0
>0
98.46
1.54
63.57
11.74
8.99
7.87
3.96
1.68
0.71
0.68
0.43
0.15
0.12
0.07


TT

Tên

lưu vực

Tổng diện tích
lưu vực (km2)

5

La Plata

2,954,500

6

Ob

2,950,800

7

Jenisej/
Yenisey

2,557,800

8

Hồ Chad

2,388,700

9

Niger

2,113,200

10

Amur

2,085,900

Tên nước có
trong lưu vực
Brazil
Argentina
Paraguay
Bolivia
Uruguay
Nga
Kazakhstan
Trung Quốc
Mông Cổ
Nga
Mông Cổ
Chad
Niger
Trung Phi
Nigeria
Algeria

Sudan
Cameroon
Chad
Libya
Nigeria
Mali
Niger
Algeria
Guinea
Cameroon
Burkina Faso
Benin
Ivory Coast
Chad
Sierra Leone
Nga
Trung Quốc
Mông Cổ
Triều Tiên

Diện tích lưu vực
Tỷ lệ % diện
2
của từng nước (km ) tích lưu vực
1,379,300
46.69
817,900
27.68
400,100
13.54

245,100
8.3
111,600
3.78
2,192,700
74.31
743,800
25.21
13,900
0.47
200
0.01
2,229,800
87.17
327,900
12.82
1,079,200
45.18
674,200
28.23
218,600
9.15
180,200
7.54
90,000
3.77
82,800
3.47
46,800
1.96

12,300
0.51
4,600
0.19
561,900
26.59
540,700
25.58
497,900
23.56
161,300
7.63
95,900
4.54
88,100
4.17
82,900
3.93
45,300
2.14
22,900
1.08
16,400
0.78
50
>0
1,006,100
48.23
889,100
42.62

190,600
9.14
100
0.01

2.1.1.2. Giới hạn của lưu vực
Một lưu vực là vùng địa lý được giới hạn bởi đường chia nước. Đường chia
nước còn gọi là đường phân thủy, 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 khác nhau.
15


Hình 4: Bản đồ đường phân nước của lưu vực

Hình 5: Đường phân nước mặt và phân nước ngầm
Có hai loại đường phân nước: đường phân nước mặt và đường phân nước
ngầm.
- Đường phân nước mặt là đường nối các điểm địa hình cao nhất trên mặt đất
xung quanh lưu vực, nước mưa rơi xuống hai phía của nó sẽ chảy tràn theo sườn dốc
tập trung vào hai lưu vực khác nhau.
- Đường phân nước ngầm là đường phân chia sự tập trung nước ngầm giữa các
lưu vực.
Các lưu vực có đường phân nước mặt trùng với đường phân nước ngầm được
gọi là lưu vực kín. Trong khi đó, các lưu vực có đường phân nước mặt và ngầm
không trùng nhau thì được gọi là lưu vực hở.
Đa số các lưu vực là lưu vực hở do đường phân nước mặt và đường phân nước
ngầm thường không trùng nhau nên sẽ có hiện tượng nước từ lưu vực này chuyển
sang lưu vực khác. Sự khác nhau là do cấu tạo và phân bố địa chất khác nhau. Đặc
biệt, với các lưu vực sông nằm trên vùng đá vôi thường xuất hiện hiện tượng karst,

tức dòng chảy ngầm từ lưu vực này chuyển sang lưu vực khác, thậm chí dòng chảy
mặt trên sông tự nhiên biến mất và lộ ra ở hạ lưu hay chuyển sang một dòng sông của
lưu vực khác...).
Trong thực tế việc xác định đường phân nước ngầm là rất khó khăn, bởi vậy
thường lấy đường phân nước mặt làm đường phân nước của lưu vực và gọi là đường
phân lưu. Muốn xác định đường phân lưu phải căn cứ vào bản đồ địa hình có vẽ các
đường đồng mức cao độ.
16


Lưu vực thường được đề cập đến là lưu vực sông, và toàn bộ lượng nước trên
sông sẽ thoát ra cửa sông (kể cả nước mặt và nước ngầm). Có nhiều khái niệm khác
nhau về lưu vực sông, dưới đây là một số định nghĩa có thể tham khảo:
- Phần diện tích mặt đất giới hạn bởi đường phân thủy, trên đó nước chảy vào
một con sông hay một hệ thống sông nào đó gọi là lưu vực. Phần diện tích từ đó nước
mặt và nước ngầm tập trung vào một hệ thống được gọi là diện tích tập trung nước
của hệ thống sông.
- Lưu vực sông là vùng địa lý mà trong phạm vi đó nước mặt, nước dưới đất
chảy tự nhiên vào sông.
- Phần mặt đất bao gồm tất cả những vật tự nhiên và nhân tạo có trên đó và
cung cấp nguồn nước nuôi dưỡng cho hệ thống sông hay một con sông riêng biệt gọi
là lưu vực của hệ thống sông hoặc là lưu vực sông. Lưu vực của mỗi con sông bao
gồm phần thu nước bề mặt và phần thu nước ngầm. Phần thu nước mặt là phần diện
tích bề mặt Trái Đất mà từ đó tất cả lượng nước sinh ra gia nhập vào hệ thống sông
hoặc một con sông riêng biệt. Phần thu nước ngầm được tạo nên bởi tầng đất đá mà
từ đó nước ngầm chảy vào lưới sông.
- Một lưu vực sông là diện tích đất được giới hạn bởi đường phân thủy mà trên
đó tất cả nước sẽ tập trung chảy ra một cửa duy nhất. Lưu vực sông cũng được gọi là
diện tích lưu vực. Các cạnh của một lưu vực sông được gọi là đầu nguồn, ở phía bên
kia

đường phân thủy, sẽ có một lưu vực sông khác.
2.1.1.3. Các phương pháp xác định lưu vực
Hiện nay, có 2 phương pháp xác định lưu vực sông như sau:
* Phương pháp cổ điển: khoanh vẽ trên bản đồ cao độ địa hình
Trước khi có các công cụ hỗ trợ trên máy tính thì phương pháp xác định lưu vực
phổ biến là sử dụng bản đồ cao độ địa hình, tạo các đường đồng cao độ, sau đó
khoanh lưu vực theo những cao độ lớn nhất trên khu vực nghiên cứu.

Hình 6: Xác định lưu vực bằng phương pháp cổ điển

17


Phương pháp xác định đường phân thuỷ (ranh giới) lưu vực trên bản đồ địa hình
được thực hiện theo các bước sau:
- Bước 1: Xác định vị trí cần nghiên cứu trên sông (Vị trí A).
- Bước 2: Xác định đường chia nước lưu vực. Việc xác định này thực hiện bằng
cách nối các điểm cao độ cao nhất trong khu vực. Công việc xác định ranh giới lưu
vực sông trên thực tế thường chịu ảnh hưởng bởi kinh nghiệm và tính chủ quan của
người thực hiện, và mất khá nhiều thời gian.
- Bước 3: Sau khi xác định được đường chia nước lưu vực, việc tiếp theo là xác
định diện tích lưu vực và các đặc trưng cần thiết khác. Diện tích lưu vực thường được
thực hiện bằng phương pháp đếm ô vuông hoặc dùng máy đo diện tích chạy theo
đường phân nước được xác định trên bản đồ địa hình. Để đảm bảo độ chính xác
người ta thường dùng các bản đồ địa hình tỉ lệ lớn 1/5.000, 1/10.000, 1/25.000 hay
lớn hơn, tuỳ yêu cầu về độ chính xác.
Phương pháp này có một số ưu, nhược điểm sau:
- Ưu điểm: Được thực hiện khá đơn giản, không cần các thiết bị máy tính; Có
thể tổng quan hóa lưu vực trên bản đồ giấy.
- Nhược điểm: Mất nhiều thời gian để khoanh lưu vực, tính diện tích lưu vực

hoặc độ dốc. Bên cạnh đó, việc xác định lưu vực sông bằng phương pháp này phụ
thuộc nhiều vào các yếu tố chủ quan khi tiến hành công việc trên bản đồ. Độ chính
xác của lưu vực phụ thuộc rất lớn vào trình độ và kinh nghiệm của người thực hiện.
Phương pháp này không linh hoạt khi cần có sự thay đổi về vị trí,...
* Phương pháp kỹ thuật số: Sử dụng công cụ hỗ trợ của hệ thống thông tin địa
lý GIS với bản đồ kỹ thuật số.
Công cụ hiệu quả nhất hiện nay hỗ trợ việc xác định ranh giới lưu vực sông bất
kỳ là sử dụng công nghệ GIS bao gồm các phương pháp tính, các phần mềm chuyên
dụng, và cơ sở dữ liệu bản đồ số (bao gồm bản đồ dưới dạng vector (dạng điểm,
đường, và vùng) hay dưới dạng raster (dạng ô lưới)).
Hiện nay, có nhiều phần mềm GIS được ứng dụng rộng rãi như MapInfo,
Arcview GIS, ArcGIS, Map Windows,... Để kết hợp việc xác định ranh giới lưu vực
với phân tích, đánh giá, và tính toán các đặc trưng lưu vực sông nhiều công cụ được
xây dựng và nhúng kết vào các phần mềm này. Một trong những các công cụ điển
hình về xác định lưu vực sông được nhiều người biết đến đó là Hydrologic Modeling
(v. 1.1), AVSWAT (ArcView SWAT) được viết bằng ngôn ngữ Avenue Script trong
Arcview GIS 3.2; AV-ThreshR (1999-2000) (NWS-HRL); HEC-GeoHMS (ESRI,
HEC) kết hợp HECPrepro (Univ. of Texas at Austin) và Watershed Delineator
(ESRI, TNRCC),...
Ngoài ra, có khá nhiều các công cụ, đoạn chương trình được chia sẻ miễn phí
trên mạng internet có thể sử dụng cho việc xác định lưu vực sông.
Để xác định lưu vực sông một cách tự động, hầu hết các công cụ được xây dựng
dựa trên lý thuyết “mô hình dòng chảy 8 hướng”. Mô hình này dựa trên lý thuyết là

18


dòng chảy tại một ô lưới (grid) sẽ chảy đến 1 trong 8 hướng xung quanh ô lưới đó,
được thể hiện trong Hình.

Hình 7: Hướng dòng chảy trong mô hình dòng chảy 8 hướng
Các công cụ xác định ranh giới lưu vực sông chỉ khác nhau về mức độ sử dụng
thể hiện qua các đặc tính của công cụ như (1) tính linh động trong xác định lưu vực,
(2) tốc độ tính toán nhanh chậm, (3) việc tính toán các đặc trưng lưu vực, (4) cách
thức lưu giữ, liên kết thông tin, và (5) cách thức sử dụng và kết nối các đặc trưng của
lưu vực sông với các công cụ khác bên ngoài.
Các bước cơ bản để xác định lưu vực sông một cách tự động dựa trên bản đồ số
dưới dạng raster (ô lưới) như sau:
- Bước 1: Chuẩn bị số liệu cao độ số DEM
- Bước 2: Xử lý số liệu cao độ số (Xử lý số liệu cao độ -Fill DEM)
- Bước 3: Tính toán xác định hướng dòng chảy theo mô hình 8 hướng trên
(Flow Direction)
- Bước 4: Xác định liên kết hướng dòng chảy giữa các ô lưới (Flow
Accumulation)
- Bước 5: Xác định lưu vực sông và tính toán các đặc trưng của nó.
Phương pháp xác định ranh giới lưu vực sông bằng ứng dụng công nghệ GIS
trên bản đồ số có thể khắc phục được những nhược điểm của phương pháp xác định
bằng bản đồ giấy địa hình lưu vực sông. Bên cạnh đó, việc ứng dụng công nghệ GIS
không chỉ dừng lại ở việc xác định ranh giới lưu vực sông mà nó còn có thể phát huy
được các chức năng của công cụ máy tính như liên kết, tự động hóa, cải tiến tốc độ
tính toán, ứng dụng mở rộng trong tính toán xử lý phía sau.
2.1.2. Đặc trưng hình học của lưu vực
2.1.2.1. Diện tích lưu vực
Diện tích lưu vực F (km2) là diện tích được khống chế bởi đường phân lưu của
khu vực. Diện tích lưu vực được xác định từ bản đồ có tỷ lệ xích trong khoảng
1/5.000 đến 1/100.000. Có thể dùng phương pháp phân ô vuông hoặc dùng máy đo
diện tích để xác định diện tích lưu vực.

19

Hình 8: Định diện tích lưu vực bằng phương pháp phân ô vuông
2.1.2.2. Chiều dài sông chính và chiều dài lưu vực
Chiều dài sông chính L (km) là chiều dài tính theo chiều dòng chảy đo từ nguồn
sông đến cửa sông. Sông chính là con sông có chiều dài lớn nhất (hoặc tải lưu lượng
lớn nhất).
Chiều dài lưu vực L' (km) là tổng các chiều dài các đoạn gấp khúc từ cửa sông
qua các điểm giữa các đoạn thẳng cắt ngang lưu vực cho đến nguồn của sông. Các
đường cắt ngang lưu vực lấy vuông góc với trục dòng chính tại vị trí vẽ đường cắt
ngang đó. Thông thường, người ta coi chiều dài sông chính là chiều dài lưu vực, tức
L' = L1.

Hình 9: Cách xác định chiều dài sông và chiều dài lưu vực
2.1.2.3. Chiều rộng bình quân lưu vực
Chiều rộng bình quân lưu vực B (km) là tỷ số diện tích và chiều dài lưu vực.

2.1.2.4. Hệ số hình dạng lưu vực
Hệ số hình dạng lưu vực Kd là tỷ số giữa bề rộng lưu vực và chiều dài lưu vực.
Kd biểu thị hình dạng của lưu vực, thông thường thì Kd ≤ 1. Lưu vực càng có hình
dạng vuông thì Kd → 1.0, ngược lại càng hẹp và càng dài thì Kd càng nhỏ và khả
năng tập trung nước lũ càng lớn.

20