Bài giảng thuỷ văn công trình

THUỶ VĂN CƠNG TRÌNH
CHƯƠNG I: GiỚI THIỆU CHUNG


Giới thiệu
• Mơn học: Thủy văn cơng trình
(Engineering Hydrology)
• Mã số : MACH 214 (theo ECTS)
• Số tín chỉ : 3 (3-0-0)
• Số tiết : Tổng: 45
•Chương trình đào tạo bắt buộc cho các
ngành: C, CT, N, HP, CTN, Đ, V, CĐ


Giới thiệu
- Đánh giá: Điểm quá trình: 0.3
Điểm thi kết thúc: 0.7
- Nội dung tóm tắt mơn học:
Trang bị cho sinh viên các kiến thức về quy luật
dịng chảy sơng ngịi, các phương pháp tính tốn
các đặc trưng thủy văn thiết kế, điều tiết dòng chảy
ứng dụng trong thiết kế, quy hoạch các cơng trình
thủy lợi và quản lý tài nguyên nước


Giới thiệu
Tài liệu tham khảo
[1]. Ponce, V.M, Engineering Hydrology, Prentise-Hall,
1981, ISBN 0 139459235 (Bản dịch)
[2]. Hà Văn Khối và nnk: Thủy văn cơng trình, Xuất bản
năm 2008

[3]. Chow, V.T, Maidment, D.R and Mays, L.W. Applied
Hydrology , McGraw-Hill, 1998, ISBN 0-07-010810-2.
(Bản dịch đã có tại thư viện trường)
[4]. Quy phạm tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế
QP.TL. C-6-77, Bộ Thuỷ lợi, 1979


Nội dung
1. Khái niệm về thuỷ văn và thuỷ văn
công trình.
2. Nhiệm vụ và nội dung mơn học Thuỷ
văn cơng trình
3. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và
phương pháp nghiên cứu


1. Khái niệm về Thuỷ văn và thuỷ văn công trình
• “ Thuỷ văn là mơn khoa học nghiên cứu về nước trên trái đất
(bao gồm nước mặt và nước ngầm), sự xuất hiện, tuần hồn và
phân bố; những tính chất hoá học và vật lý; và mối tương tác
giữa chúng và cả với môi trường xung quanh, bao gồm cả mối
quan hệ của chúng với sự sống”
• Nghiên cứu những pha khác nhau của vịng tuần hồn thuỷ văn
• Người ta chia thuỷ văn học ra nhiều lĩnh vực khác nhau, một
cách tổng quát thuỷ văn có thể chia ra 2 mảng lớn, đó là thuỷ
văn lục địa và thuỷ văn biển
– Thuỷ văn lục địa nghiên cứu những quy luật cơ bản của các
quá trình động học của nước trên mặt đất bao gồm nước
mặt, nước ngầm, mối quan hệ giữa chúng và mối quan hệ
với môi trường xung quanh

– Thuỷ văn biển nghiên cứu những quy luật và những tính
chất cơ bản của nguồn nước ngồi đại dương và mối quan
hệ của nó với dịng chảy trê lục địa.



Sublimation
Precipitation

Lake

Evaporation
(Lakes & Reservoirs)

Vapor Diffusion
Deep Percolation
Infiltration

Aquifer

Interflow

Precipitation

Evaporation
(Land Surface)

River
Vegetation

Evapotranspiration

Precipitation

Ponce, 1989

Evaporation
(Ocean)


1. Khái niệm về Thuỷ văn và thuỷ văn công trình


1. Khái niệm về Thuỷ văn và thuỷ văn công trình
• Mơn học Thuỷ văn cơng trình khơng đi sâu vào
nghiên cứu những quy luật của q trình dịng chảy
mà chủ yếu nghiên cứu các phương pháp tính tốn
các đặc trưng thuỷ văn, tính tốn cân bằng nước khi
lập các quy hoạch và thiết kế hệ thống nguồn nước.
• Thuỷ văn cơng trình là mơn khoa học trái đất ứng
dụng. Nó sử dụng những nguyên lý thuỷ văn để giải
quyết các vấn đề kỹ thuật phát sinh do sự khai thác
tài nguyên nước trên trái đất của con người.


1. Khái niệm về Thuỷ văn và thuỷ văn công trình
• Hay nói rộng hơn, Thuỷ văn cơng trình nghiên cứu
thiết lập mối quan hệ xác định về sự thay đổi theo
không gian, thời gian, mùa, năm, vùng hoặc các biến
đổi mang tính địa lý của nước, với mục đích xác định

những rủi ro xã hội liên quan đến việc thiết kế những
cơng trình và hệ thống thuỷ lợi.


2. Nhiệm vụ và nội dung môn học thuỷ
văn công trình
• Nhiệm vụ:
vụ:
– Cung cấp những kiến thức cơ bản về sự hình thành dịng
chảy sơng ngịi
ngịi,, llư
ưu vực
vực,, q trình hình thành dịng chảy
sơng ngịi
– Các phươ
phương
ng pháp đo đạc
đạc và thu thập tài liệu thuỷ văn
– Cung cấp các phươ
phương
ng pháp tính tốn các đặc tr
trư
ưng thuỷ
văn thiết kế phục vụ công tác quy hoạch
hoạch,, thiết kế và thi cơng
hệ thống cơng trình thuỷ lợi,
lợi, giao thơng và các cơng trình
xây dựng khác
khác..
– Phươ

Phương
ng pháp tính tốn cân bằng nước trong hệ thống
thống,, đặc
biệt là cân bằng nước đối với hệ thống hồ chứa


2. Nhiệm vụ và nội dung môn học thuỷ
văn công trình

• Nội dung mơn học:
– Chương 1: Giới thiệu chung
– Chương 2: Các nguyên lý thủy văn
– Chương 3: Phân tích tần suất và phân tích
tương quan
– Chương 4: Tính toán các đặc trưng thủy
văn thiết kế
– Chương 5: Điều tiết dòng chảy bằng hồ
chứa


3. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và
phương pháp nghiên cứu
Y=f(X,Z)
Trong đó:
– Y: Dịng chảy sơng ngịi
– X: tập hợp các yếu tố khí tượng, khí hậu tham gia vào
sự hình thành dịng chảy sơng ngịi
X= (x1, x2, x3, , xn)
Với x1, x2, x3, , xn là các đặc trưng khí tượng, khí
hậu như mưa, bốc hơi, nhiệt độ, gió, độ ẩm, số giờ

nắng, điểm sương,
– Z: tập hợp các đặc trưng mặt đệm tác động lên sự
hình thành dịng chảy sơng ngịi, biểu thị dưới dạng
vectơ
Z= (z1, z2, z3, , zm)
Với z1, z2, z3, , zm là các đặc trưng mặt đệm như
diện tích lưu vực, độ dốc lưu vực, điều kiện địa hình,
địa chất, thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật,


3. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và
phương pháp nghiên cứu

• Nhóm các yếu tố khí tượng, khí hậu X có
đặc điểm:
– Biến động lớn theo thời gian
– Sự biến đổi vừa mang tính chu kỳ, vừa mang
tính ngẫu nhiên

• Nhóm các nhân tố mặt đệm Z có đặc
điểm:
– Biến đổi chậm theo thời gian
– Sự biến đổi theo khơng gian tạo thành các
vùng, miền có điều kiện mặt đệm đồng nhất


3. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và
phương pháp nghiên cứu
• Đặc điểm:
iểm: Các hiện tượng thuỷ văn vừa mang tính tất định,

định,
vừa mang tính ngẫu nhiên
nhiên..
– Tất định:
định:
• Tính chu kỳ của các xu thế bình qn theo thời gian:
gian: chu kỳ một năm (mùa lũ,
lũ, kiệt
kiệt),
),
chu kỳ nhiều năm (nhóm năm ít nước kế tiếp với các nhóm năm nhiều nước

)

• Sự biến đổi có quy luật theo khơng gian do bị chia phối bởi tính địa đới của các hoạt
động khí hậu và khí tượng tổ hợp với những hình thế mặt đệm tương đối ổn định
của từng khu vực trên lãnh thổ.
thổ.
• Quy luật vật lý của sự hình thành q trình dịng chảy và các nhân tố ảnh hưởng đến
nó,
nó, đó là một quá trình tự nhiên với đầy đủ tính chất vật lý của nó,
nó, biểu hiện phàm trù
nguyên nhân và hậu quả
quả..

– Ngẫu nhiên
nhiên:: phụ thuộc vào sự biến đổi ngẫu nhiên của nhóm
nhân tố khí hậu,
hậu, khí tượng
ượng.

3. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và
phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp phân tích ngun nhân hình thành
– Cơ sở của phương pháp: do hiện tượng thủy văn có tính tất định
thể hiện ở tính chu kỳ, sự biến đổi có quy luật theo khơng gian,
dịng chảy là hàm số của các yếu tố khí tượng, các yếu tố mặt
đệm.

• Phương pháp thống kê xác suất
– Cơ sở của phương pháp: do hiện tượng thủy văn mang tính
ngẫu nhiên nên có thể coi các đại lượng đặc trưng của hiện
tượng thủy văn là các đại lượng ngẫu nhiên.


3. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và
phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp phân tích ngun nhân hình
thành
• Phương pháp phân tích căn nguyên:
– Thiết lập mối quan hệ các đặc trưng thủy văn cần tính với
các nhân tố ảnh hưởng (khí tượng, mặt đệm)
• Dùng các biểu thức, đồ thị
• Mơ hình tốn
• Phương pháp tổng hợp địa lý:
– Hiện tượng thủy văn mang tính địa lý rõ rệt
• Bản đồ đẳng trị

• Bản đồ phân vùng
• Phương pháp lưu vực tương tự
– Các tham số và các đặc trưng thủy văn của lưu vực khơng
có tài liệu quan trắc được suy ra từ lưu vực khác, có tài
liệu đo đạc thủy văn và có điều kiện hình thành dịng chảy
tương tự như lưu vực cần tính tốn


Thuỷ Văn Cơng Trình
Chương 2: Các ngun lý thuỷ văn


Nội dung chương 2
I

Hệ thống sơng ngịi lưu vực

II

Các yếu tố khí hậu – khí tượng

III

Dịng chảy sơng ngịi

1.4


I. Hệ thống sơng ngịi lưu vực
Hệ thống sơng ngịi

2. Lưu vực sơng
3. Các đặc trưng sơng ngịi và lưu vực
1.


1. Hệ thống sơng ngịi
Sơng ngịi là sản phẩm của khí hậu, được hình thành dưới tác động bào mịn của
dịng chảy do nước mưa hoặc tuyết tan
Sơng là một dải lãnh thổ trên đó có dịng nước chảy tương đối lớn và tương đối ổn
định.
Các sông trực tiếp đổ ra biển hoặc vào các hồ nội địa gọi là sơng chính. Các sơng
đổ vào sơng chính gọi là sơng nhánh cấp I, các sông đổ vào sông nhánh cấp I gọi là
sông nhánh cấp II…
Một tập hợp những sông suối gồm một sơng chính và các sơng nhánh lớn nhỏ có
liên quan chặt chẽ với nhau về dịng chảy và lưu vực tập trung nước được gọi là hệ
thống sông.


1. Hệ thống sơng ngịi
Sự phân bố của các
sơng nhánh dọc theo
sơng chính ảnh hưởng
quyết định sự hình
thành dịng chảy trên
hệ thống sông


Sơng hình lơng chim

Sơng hình nan quạt

Sơng hình song song

Sơng hình cánh cây


2. Lưu vực sông
Lưu vực sông là phần mặt đất mà nước trên đó sẽ chảy ra sơng (kể cả nước mặt
và nước ngầm).
Lưu vực sông là khu vực tập trung nước của con sông

Nước trên lưu vực chảy theo hệ thống sơng suối tập trung vào lịng chính, mặt
cắt sơng tại đó nước trên lưu vực chảy qua nó để chảy về hạ lưu gọi là mặt cắt
khống chế