BÀI GIẢNG THỦY văn đại CƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH
KHOA KHOA HỌC XÃ HỘI

BÀI GIẢNG
(Lưu hành nội bộ)

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

Biên soạn: Nguyễn Hữu Duy Viễn

Năm 2014


MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................................. i
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG .................................................................................... 2
1.1. VỊ TRÍ CỦA THỦY VĂN ĐẠI CƯƠNG .................................................................. 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................................................................................................. 2
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............................................................... 3
1.1.2.2. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 4
1.1.3. Các phân ngành .................................................................................................... 5
1.1.4. Quan hệ 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 ........................................................................................ 6
1.2. CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN .................................................................................... 7

1.1.3. Quy luật phân hoá của các hiện tượng thủy văn .................................................. 7
1.1.3.1 Hiện tượng thủy văn là thành phần của cảnh quan địa lý .............................. 7
1.1.3.2. Tính địa đới và phi địa đới của hiện tượng thuỷ văn .................................... 7
1.1.3.4. Sự thống nhất và mâu thuẫn giữa tính địa đới và phi địa đới thủy văn ........ 9
1.2.1. Chế độ thủy văn ................................................................................................. 10
CHƯƠNG 2. NƯỚC TRÊN TRÁI ĐẤT ............................................................................. 11
2.1. LƯU VỰC VÀ SỰ PHÂN BỐ NƯỚC .................................................................... 11
2.1.1. Sự phân chia lưu vực ......................................................................................... 11
2.1.1.1. Định nghĩa lưu vực ..................................................................................... 11
2.1.1.2. Giới hạn của lưu vực ................................................................................... 11
2.1.1.3. Các phương pháp xác định lưu vực ............................................................ 12
2.1.2. Đặc trưng hình học của lưu vực ......................................................................... 13
2.1.2.1. Diện tích lưu vực......................................................................................... 13
2.1.2.2. Chiều dài sông chính và chiều dài lưu vực ................................................. 13
2.1.2.3. Chiều rộng bình quân lưu vực..................................................................... 14
2.1.2.4. Hệ số hình dạng lưu vực ............................................................................. 14
2.1.2.5. Độ cao bình quân lưu vực ........................................................................... 14
2.1.2.6. Độ dốc bình quân lưu vực ........................................................................... 14
2.1.2.7. Mật độ lưới sông ......................................................................................... 14
2.1.3. Nguồn gốc và sự phân bố nước trên Trái Đất .................................................... 15
2.1.3.1. Nguồn gốc của nước trong tự nhiên ............................................................ 15
2.1.3.2. Sự phân bố của nước trên Trái Đất ............................................................. 15
2.2. SỰ TUẦN HOÀN VÀ CÂN BẰNG NƯỚC ........................................................... 16
2.2.1. Sự tuần hoàn nước ............................................................................................. 16
2.2.1.1. Các vòng tuần hoàn nước............................................................................ 16
2.2.1.2. Thành phần của vòng tuần hoàn nước ........................................................ 16
2.2.1.3. Nguyên nhân và bản chất vật lý .................................................................. 17
2.2.2. Phương trình cân bằng nước .............................................................................. 17
2.2.2.1. Phương trình tổng quát ............................................................................... 17
2.2.2.2. Phương trình trong thời đoạn bất kỳ ........................................................... 18

2.2.2.3. Phương trình cho nhiều năm ....................................................................... 18
CHƯƠNG 3. THỦY VĂN SÔNG....................................................................................... 19
3.1. SÔNG VÀ HỆ THỐNG SÔNG................................................................................ 19


2.1.1. Khái quát về sông............................................................................................... 19
2.1.1.1. Khái niệm sông ........................................................................................... 19
2.1.1.2. Các bộ phận cấu thành ................................................................................ 19
2.1.1.3. Sự phân đoạn sông ...................................................................................... 19
2.1.1.4. Hình thái lòng sông trên mặt bằng .............................................................. 20
2.1.1.5. Hình thái lòng sông trên mặt cắt ................................................................. 21
2.1.2. Khái quát về hệ thống sông ................................................................................ 21
2.1.2.1. Khái niệm hệ thống sông ............................................................................ 21
2.1.2.2. Sự phân cấp các nhánh sông ....................................................................... 21
2.1.2.3. Các kiểu mạng sông .................................................................................... 21
3.2. SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY .......................................................................... 22
3.1.1. Khái niệm ........................................................................................................... 22
3.1.2. Quá trình hình thành dòng chảy ......................................................................... 22
3.1.2.1. Quá trình mưa ............................................................................................. 23
3.1.2.2. Quá trình tổn thất ........................................................................................ 23
3.1.2.3. Quá trình chảy tràn trên sườn dốc ............................................................... 23
3.1.2.4. Quá trình tập trung dòng chảy .................................................................... 24
3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng ........................................................................................ 24
3.1.3.1. Yếu tố khí hậu ............................................................................................. 24
3.1.3.2. Yếu tố mặt đệm ........................................................................................... 24
3.1.3.3. Yếu tố con người......................................................................................... 25
3.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG BIỂU THỊ DÒNG CHẢY ........................................................ 26
3.2.1. Các đại lượng có thứ nguyên ............................................................................. 26
3.2.1.1. Lưu lượng nước /lưu lượng dòng chảy ....................................................... 26
3.2.1.2. Tổng lượng dòng chảy ................................................................................ 26

3.2.1.3. Độ sâu dòng chảy/ Lớp dòng chảy.............................................................. 26
3.2.1.4. Mô đun dòng chảy ...................................................................................... 27
3.2.1.5. Dòng chảy chuẩn/ chuẩn dòng chảy năm ................................................... 27
3.2.2. Các đại lượng không thứ nguyên ....................................................................... 27
3.2.2.1. Hệ số mô đun .............................................................................................. 27
3.2.2.2. Hệ số dòng chảy .......................................................................................... 27
CHƯƠNG 4. THỦY VĂN HỒ - ĐẦM LẦY ...................................................................... 28
4.1. THỦY VĂN HỒ ....................................................................................................... 28
4.1.1. Khái niệm và phân loại hồ ................................................................................. 28
4.1.1.1. Các khái niệm cơ bản .................................................................................. 28
4.1.1.2. Phân loại hồ................................................................................................. 29
4.1.2. Hình thái và chế độ nước hồ .............................................................................. 29
4.1.2.1. Hình thái của hồ .......................................................................................... 29
4.1.2.2. Mực nước hồ ............................................................................................... 30
4.1.2.3. Cán cân nước hồ ......................................................................................... 30
4.1.2.4. Nhiệt độ nước hồ......................................................................................... 31
4.1.2.5. Dòng chảy trong hồ ..................................................................................... 31
4.1.2.6. Trầm tích hồ ................................................................................................ 31
4.2. THỦY VĂN ĐẦM LẦY .......................................................................................... 32
4.2.1. Khái niệm và phân loại đầm lầy ........................................................................ 32
4.2.1.1. Các khái niệm cơ bản .................................................................................. 32
4.2.1.2. Phân loại đầm lầy ........................................................................................ 32
4.2.2. Chế độ nước đầm lầy ......................................................................................... 33
4.2.2.1. Cán cân nước đầm lầy ................................................................................. 34
4.2.2.2. Mực nước đầm lầy ...................................................................................... 34

ii


4.2.2.3. Chuyển động nước đầm lầy ........................................................................ 34

CHƯƠNG 5. THỦY VĂN DƯỚI ĐẤT .............................................................................. 36
5.1. KHÁI QUÁT VỀ NƯỚC DƯỚI ĐẤT ..................................................................... 36
5.1.1. Khái niệm ........................................................................................................... 36
5.1.2. Sự phân bố nước dưới đất .................................................................................. 36
5.1.2.1. Nước trong đới thông khí ............................................................................ 36
5.1.2.2. Nước trong đới bão hoà .............................................................................. 37
5.1.3. Sự xuất lộ nước dưới đất .................................................................................... 38
5.1.3.1. Mạch nước và giếng đơn ............................................................................. 38
5.1.3.2. Mạch nước có áp ......................................................................................... 39
5.1.3.3. Mạch nước nhiệt ......................................................................................... 40
5.1.3.4. Mạch nước nhiệt tự phun ............................................................................ 40
5.2. SỰ PHÂN BỐ NƯỚC DƯỚI ĐẤT .......................................................................... 40
5.2.1. Cán cân nước dưới đất ....................................................................................... 40
5.2.2. Mực nước ngầm ................................................................................................. 41
5.2.3. Chuyển động của nưới dưới đất ......................................................................... 41
5.2.4. Nhiệt độ nước dưới đất ...................................................................................... 43
5.2.5. Thành phần hóa học và độ khoáng hóa .............................................................. 43
5.2.5.1. Thành phần hóa học .................................................................................... 43
5.2.5.2. Độ khoáng hóa ............................................................................................ 43
5.2.6. Sự xâm nhập mặn............................................................................................... 43
CHƯƠNG 6. THỦY VĂN BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG......................................................... 45
6.1. KHÁI QUÁT VỀ BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG ............................................................. 45
6.1.1. Nguồn gốc của nước đại dương ......................................................................... 45
6.1.2. Sự phân chia đại dương Thế giới ....................................................................... 45
6.1.2.1. Đại dương ................................................................................................... 45
6.1.2.2. Biển ............................................................................................................. 46
6.1.2.3. Vũng vịnh.................................................................................................... 47
6.1.2.4. Eo biển ........................................................................................................ 48
6.1.2.5. Đầm phá ...................................................................................................... 48
6.1.2.6. Vùng cửa sông ............................................................................................ 49

6.2. SỰ PHÂN BỐ NƯỚC BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG ..................................................... 50
6.2.1. Mực nước đại dương .......................................................................................... 50
6.2.2. Độ mặn nước đại dương..................................................................................... 51
6.2.3. Nhiệt độ nước đại dương ................................................................................... 52
6.2.4. Chuyển động của nước đại dương ..................................................................... 52
6.2.4.1. Hải lưu ........................................................................................................ 53
6.2.4.2. Sóng biển .................................................................................................... 53
6.2.4.3. Thủy triều .................................................................................................... 54
6.2.5. Tính chất hóa học ............................................................................................... 57
6.2.6. Trầm tích đáy ..................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH ...................................................................................... 58

iii


LỜI NÓI ĐẦU
Bài giảng “Thủy văn đại cương” được biên soạn dựa trên cơ sở những giáo
trình có liên quan của các trường bạn và tài liệu tác giả thu thập được từ nhiều
nguồn khác nhau.
Bài giảng giới thiệu các vấn đề lý luận về Thủy văn đại cương, vai trò,
nguồn gốc, sự phân bố, vòng tuần hoàn và phương trình cân bằng nước trên Trái
Đất. Bên cạnh đó, học phần còn giới thiệu các vấn đề cơ bản về hệ thống sông và
lưu vực sông, dòng chảy sông, khái niệm, sự phân loại và phân bố của hồ và 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.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để nội dung bài giảng đáp ứng được yêu cầu
của chương trình và nâng cao chất lượng đào tạo, song chắc chắn không tránh
khỏi những sai sót. 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 bài giảng này.

Trân trọng cảm ơn 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.
NGƯỜI BIÊN SOẠN

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. 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
2


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. Địa lý 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 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,...
3


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.
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
4


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 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
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).

5


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 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 thủy văn đại cương
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 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

6


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 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
7


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 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 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.

8


+ 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 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.
9


* 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”.
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.

10


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.
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.
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.
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.
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.
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:
11


- 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.
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.

12


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; AVThreshR (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
dòng chảy tại một ô lưới (grid) sẽ chảy đến 1 trong 8 hướng xung quanh ô lưới đó, được
thể hiện trong Hình.
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.
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).
13


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.
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.

2.1.2.5. Độ cao bình quân lưu vực
Độ cao bình quân lưu vực Hbq xác định từ bản đồ đường đồng mức cao độ.

Trong đó:

hi - cao trình bình quân giữa 2 đường đồng mức cao độ
fi - diện tích giữa 2 đường đồng mức cao độ
n - số mảnh diện tích
2.1.2.6. Độ dốc bình quân lưu vực

Trong đó: li - khoảng cách bình quân giữa 2 đường đồng mức gần nhau.
∆h - chênh lệch cao độ giữa 2 đường đồng mức (trên bản đồ địa hình thường có các giá
trị như nhau đối với mọi đuờng đồng mức, nghĩa là các giá trị tăng giảm của đường
đồng mức đều như nhau).
2.1.2.7. Mật độ lưới sông
Mật độ lưới sông D (km/km2) bằng tổng chiều dài (Σ Li) của tất cả các sông suối
trên lưu vực chia cho diện tích lưu vực F.

Sông suối càng dày, mật độ lưới sông càng lớn. Những vùng có nguồn nước phong
phú thì D thường có giá trị cao.

14

2.1.3. Nguồn gốc và sự phân bố nước trên Trái Đất
2.1.3.1. Nguồn gốc của nước trong tự nhiên
Có rất nhiều các giả thuyết đã được đưa ra để giải thích sự phát sinh và tồn tại của
nước trong tự nhiên. Mỗi giả thuyết phù hợp với đặc điểm về mặt lượng và chất của một
loại nước nào đó. Do chưa có giả thuyết nào phù hợp nhất với mọi loại nước, nên hiện
nay nhiều giả thuyết vẫn song song tồn tại. Dưới đây là một số giả thuyết đáng chú ý
nhất.
- Nguồn gốc nguyên sinh của nước là giả thuyết được nhiều người công nhận nhất,
theo đó khi Trái Đất được hình thành từ khối khí bụi vũ trụ nóng bỏng co lại, nguội đi,
thì phản ứng giữa hyđro và ôxy đã sinh ra hơi nước, tạo thành một đám mây dày đặc
bao phủ Trái Đất. Khi nhiệt độ hạ thấp, các đám mây biến thành nước, gây ra một trận
mưa như trút trong suốt 60.000 năm, làm đầy các vùng trũng bề mặt đất và nguội lạnh
đất. Ngày nay quá trình phun trào và nguội đi của macma từ lòng đất vẫn tiếp tục sinh ra
loại nước này nhưng không đáng kể và cân bằng với lượng nước mất đi trong các quá
trình phong hoá vật chất và bị giữ lại trong trầm tích. Do đó mức nước biển và lượng
nước trên Trái Đất gần như không thay đổi.
- Thuyết ngưng tụ cho rằng hơi nước dịch chuyển theo các dòng khí giữa các lỗ
hổng trong đất, gặp điều kiện thuận lợi sẽ ngưng tụ. Trong điều kiện khí hậu khô hạn,
dòng chuyển dịch hơi nước từ khí quyển vào tầng đất thoáng khí là nguồn cấp ẩm quan
trọng cho hệ sinh thái địa phương.
- Thuyết chôn vùi lý giải việc một số mỏ nước dưới đất có thành phần hoá học rất
gần với nước biển, có nguồn gốc biển cổ, bị chôn vùi trong quá trình kiến tạo địa chất.
- Thuyết trầm tích cho rằng một số loại nước có độ khoáng hoá cao trong các thuỷ
vực mặt và ngầm, có thể có nguồn gốc khoáng chất từ sự hoà tan trong quá trình chảy
tràn trên đất, thấm qua đất và chứa trong đất, hoặc do tích luỹ muối khoáng từ quá trình
bốc hơi liên tục trong điều kiện khí hậu khô hạn.
2.1.3.2. Sự phân bố của nước trên Trái Đất
Trong Trái Đất, nước tồn tại chủ yếu ở thủy quyển. Thủy quyển bao gồm đại
dương, biển cả, sông ngòi, khe suối, ao hồ, đầm lầy, nước ngầm, ... kể cả các khối băng
đá bao phủ ở hai cực của Trái Đất. Đây là quyển tích nhiều nước nhất. Trong đó, đại

dương và biển đã chiếm hết 3/4 diện tích bề mặt Trái Đất.
Bên cạnh đó, một phần nhỏ nước còn tồn tại trong khí quyển, thổ nhưỡng quyển,
thạch quyển và sinh quyển. Trong khí quyển, nước tồn tại ở dạng hơi trong sương mù
hay các giọt lỏng li ti trong mây, dạng cứng tinh thể trong tuyết hay băng. Mật độ hơi
nước giảm dần theo chiều cao. Khí quyển chứa khoảng 12.000 - 14.000 km3 nước, bằng
1/41 lượng mưa rơi hằng năm xuống Trái Đất. Trong đất đá, nước chứa trong các mạch
ngầm, sông ngầm, ao hồ ngầm, nước còn hiện diện trong các khe hở của đá, trong các
liên kết lý hóa của khoáng đá và lượng ẩm trong các lớp thổ nhưỡng. Nước hiện diện
trong cơ thể động vật và trong tế bào thực vật. Lượng này tuy rất ít so với toàn thể
lượng nước trên Trái Đất nhưng rất quan trọng, nếu có sự biến động về lượng nước này
trong cơ thể sẽ gây rối loạn trong sự trao đổi chất và đe dọa sự sống ngay.
* Biển và đại dương: lớp vỏ nước lấp đầy các bồn địa khổng lồ trên bề mặt Trái
Đất. Đại dương và biển chứa 1,338 tỷ km3 nước (96,5 % trữ lượng nước Trái Đất), trải
ra trên 360 triệu km2 diện tích, (70,8 % diện tích Trái Đất). Biển và đại dương cũng
cung cấp khoảng 90% lượng nước bốc hơi vào trong vòng tuần hoàn nước.
Trong những thời kỳ khí hậu lạnh hơn, nhiều đỉnh núi băng và những dòng sông
băng được hình thành, một lượng nước Trái Đất khá lớn được tích lại dưới dạng băng
15


làm giảm bớt lượng nước trong những thành phần khác của vòng tuần hoàn nước. Cuối
thời kỳ băng hà, những sông băng bao phủ 1/3 bề mặt Trái Đất và mực nước các đại
dương thì thấp hơn ngày nay khoảng 122 m. Cách đây khoảng 3 triệu năm, khi Trái Đất
ấm hơn, mực nước của các đại dương có thể đã cao hơn hiện nay khoảng 50 m.
* Trên lục địa, nước chủ yếu được giữ lâu dài trong băng, tuyết, và các sông băng.
Vùng Nam Cực chiếm 90% tổng lượng băng của Trái Đất, còn lại là các đỉnh núi băng
ở Greenland. Trên phạm vi toàn cầu, đã từng có những thời kỳ ấm thuộc kỷ khủng long
cách đây 100 triệu năm, và những thời kỳ lạnh, như kỷ băng hà cuối cùng cách đây
20.000 năm. Trong kỷ băng hà cuối cùng này nhiều nơi của bắc bán cầu bị bao phủ
trong băng và những dòng sông băng. Gần hết Canada, Bắc Á và Âu cũng bị những

dòng sông băng bao phủ. Đứng sau đó là nước ngầm, rồi đến nước trong ao hồ và các
dạng khác.
2.2. SỰ TUẦN HOÀN VÀ CÂN BẰNG NƯỚC
2.2.1. Sự tuần hoàn nước
2.2.1.1. Các vòng tuần hoàn nước
Nước trên mặt biển, đại dương, trên mặt sông, hồ ở mặt đất và từ trong sinh vật
được Mặt Trời đốt nóng, không ngừng bốc hơi và phát tán vào khí quyển. Hơi nước
trong khí quyển tập trung thành các khối mây. Khi gặp lạnh, hơi nước ngưng tụ thành
mưa rơi xuống mặt biển, đại dương và mặt đất. Một phần nước mưa bốc hơi trở lại khí
quyển, một phần thấm xuống đất thành dòng chảy ngầm rồi đổ ra sông biển, một phần
khác chảy tràn trên mặt đất theo trọng lực rồi đổ ra sông, biển. Cứ như thế, nưóc từ bề
mặt Trái Đất bay vào khí quyển, rồi từ khí quyển đổ vào đất lại tạo ra một chu trình
khép kín, hình thành vòng tuần hoàn nước trong thiên nhiên.
Vòng tuần hoàn nước: còn gọi là chu kỳ thuỷ văn là đường đi khép kín của các
phân tử nước. Nguyên nhân: do tác dụng của năng lượng Mặt Trời và trọng lực Trái
Đất, nước trên Trái Đất ở trạng thái thường xuyên tác động qua lại và liên kết với nhau
thành một thể thống nhất.Vòng tuần hoàn nhỏ là vòng tuần hoàn nước thực hiện trong
một phạm vi nhất định. Vòng tuần hoàn lớn là vòng tuần hoàn nước thực hiện trên phạm
vi toàn Trái Đất.
Lục địa được chia thành hai bộ phận: miền rìa lục địa và miền không lưu thông.
- Miền rìa lục địa (80% diện tích lục địa): phần đất liền mà từ đó, sông đưa nước
ra biển nối liền với đại dương thế giới chiếm hơn 98% tổng lượng dòng chảy.
- Miền không lưu thông (20% diện tích lục địa): phần đất liền mà từ đó, nước đi
vào các bồn chứa khép kín bên trong đất liền, không có dòng chảy ra đại dương và
chiếm khoảng 2% tổng lượng dòng chảy.
Một phần nhỏ tổng lượng nước tuần hoàn trên Trái Đất (khoảng 7,7 km3/năm)
hoàn thành vòng tuần hoàn nước trong phạm vi các miền không lưu thông. Tuy có liên
quan tới tuần hoàn chung của nước trên Trái Đất nhưng sự tuần hoàn của nước trong
những miền không lưu thông ở mức độ nào đó vẫn mang tính độc lập.
Điểm khác biệt trong cách trao đổi ẩm của các miền không lưu thông với đại

dương thế giới là nước từ chúng quay trở lại đại dương không phải bằng dòng chảy trực
tiếp mà dưới dạng hơi nước cuốn theo các khối không khí.
2.2.1.2. Thành phần của vòng tuần hoàn nước
Nhờ năng lượng Mặt Trời, hàng năm có khoảng 519.000 km3 nước được bốc hơi
từ bề mặt Trái Đất (tức là từ đại dương, biển và đất liền).
+ Trong tổng lượng nước bốc hơi từ bề mặt đại dương: một phần gặp điều kiện
thuận lợi, ngưng tụ thành mưa rơi trở lại đại dương, hoàn thành vòng tuần hoàn nhỏ trên
16


đại dương; phần còn lại theo không khí vào đất liền, khi gặp điều kiện thuận lợi cũng sẽ
ngưng tụ và rơi xuống dưới dạng mưa.
+ Trong tổng lượng mưa rơi trên đất liền: một phần chảy trên mặt đất tới các khe
rãnh, chỗ trũng tạo thành sông suối, hồ ao, đầm lầy; phần còn lại thấm xuống đất.
+ Trong tổng lượng nước thấm xuống đất: một phần lại được bốc hơi hoặc trực
tiếp từ mặt đất, hoặc gián tiếp thông qua lớp phủ thực vật, hoàn thành vòng tuần hoàn
nhỏ của nước trên mặt đất của đất liền; phần còn lại thấm sâu xuống thành nước ngầm.
+ Một phần nước ngầm này cung cấp cho sông; phần còn lại chảy ngầm ra biển và
đại dương theo hướng của độ dốc dưới tác dụng của trọng lực, hoàn thành vòng tuần
hoàn lớn của nước trên Trái Đất.
+ Lượng nước chảy tập trung trong sông ngòi, hồ ao, đầm lầy: hoặc bị bốc hơi hết,
hoặc bị bốc hơi một phần, phần còn lại chảy ra biển và đại dương, hoàn thành vòng tuần
hoàn lớn của nước trên Trái Đất.
Hầu hết các loại nước đều tham gia vào vòng tuần hoàn, chỉ trừ các loại nước ở
trạng thái liên kết hóa học trong các tinh thể khoáng vật, nước nằm trong các tầng sâu
của trái đoất và nước ở trong các núi băng vĩnh cửu ở 2 cực.
2.2.1.3. Nguyên nhân và bản chất vật lý
Các vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên được thực hiện dưới ảnh hưởng của nhiệt
Mặt Trời và trọng lực, liên kết một số quá trình địa vật lý diễn ra ở các mắt xích khác
nhau của nó lại với nhau.

Đó là: quá trình bốc hơi, quá trình di chuyển hơi ẩm trong khí quyển, quá trình
ngưng tụ hơi ẩm, quá trình mưa rơi, quá gtrình thấm nước vào đất, quá trình dòng chảy
mặt và quá trình dòng chảy ngầm.
Để 519.000 km3 nước được bốc hơi và tham gia vào vòng tuần hoàn nước trên
Trái Đất hàng năm, cần có một nhiệt lượng là 3,15.1020 kcal. Hàng năm, Trái Đất nhận
được từ Mặt Trời một nhiệt lượng là 134.1020 kcal. Như vậy, có thể ước tính hàng năm,
có khoảng hơn 2% năng lượng Mặt Trời tới Trái Đất đã tiêu hao vào tuần hoàn nước
trên Trái Đất.
2.2.2. Phương trình cân bằng nước
2.2.2.1. Phương trình tổng quát
Trong một khu vực bất kỳ, giả thiết có một mặt trụ thẳng đứng bao quanh khu vực
đó tới tầng không thấm nước. Chọn thời đoạn ∆t bất kỳ. Dựa vào nguyên lý cân bằng
nước, ta có biểu thức sau:
(X + Z1 + Y1 + W1 ) - (Z2 + Y2 + W2) = |U2 - U1| = ± ∆U
trong đó:
X - lượng mưa bình quân rơi trên lưu vực;
Z1 - lượng nước ngưng tụ trên mặt lưu vực;
Y1 - lượng dòng chảy mặt đến;
W1 - lượng dòng chảy ngầm đến.
Z2 - lượng nước bốc hơi khỏi lưu vực;
Y2 - lượng dòng chảy mặt đi;
W2 - lượng dòng chảy ngầm đi.
U1 - lượng nước trữ trong lưu vực ở thời đoạn đầu của ∆t;
U2 - lượng nước trữ trong lưu vực ở thời đoạn cuối của ∆t;
∆U : mang dấu + khi U1 > U2 và ngược lại.

17


2.2.2.2. Phương trình trong thời đoạn bất kỳ

Phương trình này áp dụng cho thời đoạn bất kỳ, tức ∆t có thể là 1 năm, 1 tháng, 1
ngày hoặc nhỏ hơn nữa.
- Đối với lưu vực kín
Lưu vực kín là lưu vực mà đường phân chia nước mặt và ngầm trùng nhau, khi đó
không có nước mặt và nước ngầm từ lưu vực khác chảy đến, tức là Y1 = 0 và W1 = 0.
Gọi Y = Y2 + W2 là tổng lượng nước mặt và ngầm chảy ra khỏi lưu vực và Z = Z2 - Z1
là lượng bốc hơi đã trừ lượng ngưng tụ, ta có:
X = Y + Z ± ∆U
- Đối với lưu vực hở
Đối với lưu vực hở là lưu vực mà đường phân chia nước mặt và ngầm không trùng
nhau, sẽ có lượng nước ngầm từ lưu vực khác chảy vào hoặc ngược lại, do đó sẽ có
thêm chênh lệch lượng nước ngầm ± ∆W = W2 - W1 khi đó phương trình cân bằng nước
có dạng:
X = Y + Z ± ∆W ± ∆U
2.2.2.3. Phương trình cho nhiều năm
Để viết phương trình cân bằng nước trong nhiều năm, người ta lấy bình quân các
thành phần trong phương trình cân bằng nước qua nhiều năm.
- Đối với lưu vực kín, với X = Y + Z ± ∆U, xét trong n năm:

Tổng Σ ±∆U có thể xem như bằng 0 do có sự xen kẽ của những năm nhiều nước
và ít nước, do đó phương trình sẽ trở thành:
trong đó:

Nếu n đủ lớn, thì X0, Y0, Z0 lần lược được gọi là chuẩn mưa năm, chuẩn dòng chảy
năm và chuẩn bốc hơi năm.
- Đối với lưu vực hở, tương tự Σ ±∆U có thể xem như bằng 0 do có sự xen kẽ của
những năm nhiều nước và ít nước. Tuy nhiên, trong trường hợp lưu vực hở, giá trị bình
quân nhiều năm của ± ∆Wi không tiến đến 0 được vì sự trao đổi nước ngầm giữa các
lưu vực không cân bằng thường diễn ra 1 chiều. Do đó, ta sẽ có phương trình:

18


CHƯƠNG 3. THỦY VĂN SÔNG
3.1. SÔNG VÀ HỆ THỐNG SÔNG
2.1.1. Khái quát về sông
2.1.1.1. Khái niệm sông
Sông là dòng nước lưu lượng lớn thường xuyên chảy, có nguồn cung chủ yếu là từ
hồ nước, từ các con suối hay từ các con sông nhỏ hơn nơi có độ cao hơn.
Các con sông nhỏ cũng có thể được gọi bằng nhiều tên khác nhau như khe, suối,
sông nhánh hay rạch. Không có một chuẩn nào để gọi tên gọi cho các yếu tố địa lý như
sông, suối, mặc dù ở một số quốc gia, cộng đồng thì người ta gọi dòng chảy là sông,
rạch tùy thuộc vào kích thước của nó.
2.1.1.2. Các bộ phận cấu thành
- Lòng sông và bãi sông
Lòng sông là phần sông có nước chảy về mùa kiệt. Bãi sông là phần đất bị ngập về
mùa lũ. Ranh giới giữa lòng sông và bãi sông, giữa bãi sông với phần đất không ngập
trong thung lũng thường là những chỗ có địa hình thay đổi đột ngột. Trên thung lũng
sông, nhiều khi còn quan sát thấy từng bậc rất rõ rệt, mỗi bậc có những cấu tạo khác
nhau về địa mạo và địa chất.
- Thềm sông
Một trong những chứng cứ tốt nhất để có thể suy đoán các thay đổi trong quá khứ
của trạng thái cân bằng hệ thống sông là sự tồn tại của các thềm sông. Nó chính là tàn
dư của các đồng bằng ngập lũ cổ mà bây giờ nằm cao hơn các đồng bằng ngập lũ hiện
đại trong lủng sông. Các thềm sông xác nhận trạng thái cân bằng trước đây, mà trong
thời kỳ xâm thực không ổn định, đã không còn tồn tại.
Các thềm sông có thể đối xứng hoặc không đối xứng phụ thuộc vào việc có tồn tại
bề mặt có độ cao tương ứng phía đối diện của lủng sông hay không. Về mặt hình thái
thềm sông bao gồm một bề mặt phẳng, gọi là mặt thềm, được bao bởi mái dốc gọi là
vách thềm. Thềm nhiều bậc thường phổ biến trong nhiều thung lũng sông.

Tùy thuộc vào nguồn gốc hình thành, các thềm sông bao gồm hai loại. Trong sự
hình thành thềm xâm thực, xâm thực thẳng đứng là chủ yếu nguyên nhân là do quá trình
kiến tạo và khí hậu của khu vực tạo nên. Nguồn gốc của thềm tích tụ là quá trình lắng
đọng vật liệu lấp đầy thung lũng của nó, giai đoạn bồi tụ này có thể được gây ra do sự
giảm lưu tốc, sự tăng vật liệu vận chuyển hoặc sự thay đổi gốc xâm thực.
2.1.1.3. Sự phân đoạn sông
Một con sông phát triển đầy đủ thường được chia thành 5 đoạn có tính chất khác
nhau: nguồn sông, thượng lưu, trung lưu, hạ lưu và cửa sông.
Nguồn sông: là nơi bắt đầu của dòng sông, những con sông lớn thường bắt nguồn
từ các miền núi cao, rừng rậm. Tại đó có nhiều khe, suối nhỏ chằng chịt, nước chảy
quanh năm. Cũng có khi sông bắt nguồn từ mạch nước ngầm hoặc một hồ nước lớn.
Thượng lưu: đoạn sông nối với nguồn sông. Ðặc điểm đoạn này là có độ dốc rất
lớn, nước chảy xiết, xói lở theo độ sâu mạnh, lòng sông hẹp, thường có những ghềnh
thác lớn.
Trung lưu: là đoạn sông kế tiếp, độ dốc lòng sông ở đây đã giảm nhiều, không có
những thác ghềnh, nước chảy yếu hơn, xói lở phát triển sang hai bên bờ mạnh làm cho
lòng sông mở rộng dần, sông ngày càng uốn khúc nhiều hơn.

19


Hạ lưu: đoạn sông cuối cùng, độ dốc lòng sông rất nhỏ, nước chảy chậm, bồi
nhiều hơn xói, tạo nên nhiều bãi sông nằm ngang ở giữa lòng sông, hình dạng sông
quanh co uốn khúc rất rõ rệt, lòng sông mở rộng nhiều so với các đoạn trên.
Cửa sông: cửa sông là nơi tiếp giáp với biển, hồ, hoặc một con sông khác.
2.1.1.4. Hình thái lòng sông trên mặt bằng
Những nhân tố tham gia điều chỉnh kiểu dạng dòng sông bao gồm gradien lòng
sông, loại vật liệu mà sông cắt qua, loại và lượng vật liệu mà sông vận chuyển. Dạng
lòng sông chảy thẳng rất hiếm mặc dầu các sông uốn khúc vẫn có đoạn chảy thẳng.
- Dạng uốn khúc

Dạng phổ biến nhất là sông uốn khúc, chúng có xu hướng phát triển trong những
vùng hơi dốc, cùng với sự cung cấp vật liệu ít mà trong đó tỷ lệ đất dính cao. Dạng lòng
sông đồng thời cũng có liên quan với hình dạng mặt cắt ngang của sông; các sông uốn
khúc được đặc trưng bởi mặt cắt hẹp và sâu.
Mức độ uốn lượn được đánh giá định lượng bằng việc sử dụng thông số gọi là độ
uốn lượn, được đo bằng tỷ số giữa chiều dài của sông và chiều dài của thung lũng. Ðộ
uốn lượn có quan hệ với loại vật liệu cấu tạo bờ sông, loại vật liệu vận chuyển và
gradien. Thể hiện một con sông có độ uốn lượn cao, sông này có gradien nhỏ, chảy cắt
qua trầm tích có tỷ lệ hạt bụi và sét cao, vận chuyển chủ yếu vật liệu hạt mịn dạng lơ
lửng hơn là vật liệu đáy. Những sông có đặc điểm ngược lại có độ uốn lượn thấp hơn
nhiều.
Xu hướng uốn lượn của dòng chảy là tính chất cơ bản của dòng chất lỏng, mặc dù
các nhân tố gây ra sự uốn lượn chưa được hiểu đầy đủ. Ngay cả sông chảy thẳng, lạch
sâu, tức là phần sâu nhất của sông, cũng tạo nên dạng uốn lượn. Các sông đào thẳng như
các con kênh, mương tiêu nước thường xói bờ của chúng để phát triển dạng uốn lượn tự
nhiên.
Dòng chảy của nước trong sông uốn khúc được thể hiện trên hình 53. Vị trí lạch
sâu ảnh hưởng đến bờ ngoài của đoạn uốn khúc ngay phía hạ lưu kể từ điểm cong nhất.
Bởi lạch sâu là chỗ sâu nhất của sông, nó đồng thời cũng đại diện cho điểm có lưu tốc
lớn nhất trong sông.
Do hậu quả của lưu tốc lớn, sông uốn khúc có khuynh hướng xói bờ ngoài của chỗ
uốn khúc để hình thành bờ xói, ở bờ trong của khúc sông cong, nơi mà độ sâu và lưu tốc
nhỏ, xảy ra sự lắng động vật liệu hạt thô hơn. Kết quả tích lũy vật liệu gọi là bãi bồi.
Dạng xâm thực một bên và bồi lắng ở bờ bên kia của đoạn sông cong dẫn đến
sông ngày càng cong, rời bỏ dần dòng cũ của nó. Sau khi rời bỏ hẳn, tức là đoạn cong
tựa một nút thắt tách hẳn, bây giờ dòng sông chảy sang bên cạnh theo một đường khác,
đoạn sông cũ trở thành hồ ách trâu, cuối cùng hồ này bị lắp bởi trầm tích hạt bụi và hạt
sét chứa nhiều hữu cơ.
- Dạng dải tết
Đây là những sông chảy trong các luồng lạch rộng, nông, ít ngoằn ngoèo và bao

gồm nhiều dòng nhỏ được phân cách bởi các cồn nổi, bãi bồi được gọi là sông dạng dải
tết. Trong sông dạng dải tết, các dòng nhỏ liên tục phân chia rồi hợp lại xung quanh các
cồn nổi ở trong dòng chính, có thể coi là chúng nối thành mạng. Những điều kiện thuận
lợi hình thành sông dạng dải tết: sự phong phú nguồn vật liệu bồi lắng hạt thô, gradien
lớn, vật liệu bồi lắng hai bên bờ là đất rời, kém bền vững. Với những điều kiện này sẽ
phát triển mặt cắt ngang rộng và nông. Trong sông rộng và nông, lưu tốc lớn ở sát đáy
và có thể vận chuyển được hạt thô. Dạng dòng chảy trong sông dạng dải tết luôn thay
đổi theo sự dao động của lưu lượng.
20


- Quạt bồi tích: nếu gradien của dòng chảy giảm đột ngột, Ta thấy rằng lưu tốc
sẽ giảm nếu các thông số khác của sông vẫn giữ nguyên. Do đó, vật liệu hạt thô sẽ bị
lắng động lại. Một ví dụ tốt về sự giảm gradien là khi dòng chảy vừa thoát khỏi sườn
núi, đổ ra bãi bằng liền kề của lưu vực. Gradien và lưu tốc dòng chảy giảm đột ngột, vật
liệu lắng đọng để hình thành vùng đất dạng nữa hình nón gọi là quạt bồi tích.
- Châu thổ: vùng mà sông đổ vào hồ hoặc biển hình thành châu thổ. Châu thổ là
bản sao ngập dưới nước của quạt bồi tích. Sự lắng động xảy ra ở vùng châu thổ là do
sông chảy chậm và cuối cùng tiêu tán khi nó chuyển động ra xa bờ. Sự giảm dần lưu tốc
được phản ánh qua sự phân bố các loại vật liệu lắng đọng trong vùng châu thổ với sự
lắng động vật liệu đáy hạt thô trong vùng gần cửa sông. Nhờ có sông bồi lắng, vùng
châu thổ kéo dài hoặc tiến ra phía biển.
2.1.1.5. Hình thái lòng sông trên mặt cắt
Mặt cắt sông gồm có mặt cắt ngang và mặt cắt dọc.
Mặt cắt dọc: mặt cắt dọc là mặt cắt qua trục lòng sông (đường nối các điểm thấp
nhất của các mặt cắt ngang của con sông). Muốn xác định mặt cắt dọc của sông, ta đo
cao trình các điểm giữa lòng sông tại những nơi địa hình thay đổi rõ rệt. Sau đó lấy
chiều dài sông làm hoành độ và cao trình của các điểm tương ứng làm tung độ rồi nối
các điểm trên hệ tọa độ vuông góc ta được biểu đồ mặt cắt dọc của sông.
Biểu đồ mặt cắt dọc cho biết tình hình phân bố độ dốc lòng sông và chênh lệch

mực nước giữa các vị trí trên sông. Mặt cắt dọc là căn cứ chủ yếu để nghiên cứu đặc
tính của dòng nước và dự tính thủy năng của sông.
Mặt cắt ngang: mặt cắt ngang của sông tại một vị trí nào đó là mặt cắt vuông góc
với hướng dòng chảy tại vị trí đó. Mặt cắt ngang thay đổi theo tình hình mực nước, về
mùa lũ mặt cắt lớn hơn mặt cắt mùa kiệt. Căn cứ vào hình dạng còn phân ra mặt cắt đơn
và mặt cắt kép. Bộ phận mặt cắt có nước chảy thường xuyên gọi là lòng sông, phần mặt
cắt ngang chỉ ngập lụt về mùa lũ được gọi là bãi sông. Mặt cắt ngang sông có cả lòng
sông và bãi sông chỉ có nước chảy qua về mùa lũ được coi là mặt cắt lớn.
2.1.2. Khái quát về hệ thống sông
2.1.2.1. Khái niệm hệ thống sông
Hệ thống sông được hình thành dưới tác động bào mòn của dòng chảy do nước
mưa hoặc tuyết tan cung cấp. Nước mưa rơi xuống đất, một phần bị tổn thất do bốc hơi,
đọng vào các chỗ trũng và ngấm xuống đất, một phần dưới tác dụng của trọng lực chảy
dọc theo sườn dốc. Phần chảy tràn này sẽ đi theo các khe rãnh, dần dần hợp thành suối,
sông ... và tiếp tục đổ ra hồ hoặc biển. Tất cả các khe, suối, hồ, đầm, sông rạch lớn nhỏ
khác nhau ... hợp lại thành hệ thống sông, trong đó phân biệt ra sông chính cùng với các
sông nhánh.
2.1.2.2. Sự phân cấp các nhánh sông
Các sông trực tiếp đổ ra biển hoặc vào các hồ trong nội địa gọi là sông chính. Các
sông đổ vào sông chính gọi là sông nhánh cấp I, các sông đổ vào sông nhánh cấp I gọi
là sông nhánh cấp II, cứ như thế mà suy ra các sông nhánh cấp tiếp theo.
2.1.2.3. Các kiểu mạng sông
Sự phân bố của các sông nhánh dọc theo sông chính ảnh hưởng quyết định sự hình
thành dòng chảy trên hệ thống sông. Qua phân tích nhiều sơ đồ bố trí không gian của
dòng chảy trong các lưu vực thấy rằng mạng lưới dòng chảy tuân theo một số ít kiểu
nhất định. Các kiểu mạng riêng biệt phát triển tùy theo địa hình ban đầu của lãnh thổ
và sự phân bố các loại đá có khả năng chống xói mòn khác nhau. Hệ thống sông có

21