Tài liệu Cơ bản về thuỷ văn nguồn nước và tính toán thuỷ lực pdf

CÁØM NANG CÁÚP NỈÅÏC NÄNG THÄN ThS. Lã Anh Tún
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2. CÅ BN VÃƯ THY VÀN NGƯN NỈÅÏC V TÊNH TOẠN THY LỈÛC

16
CÅ BN VÃƯ
THY VÀN NGƯN NỈÅÏC
V TÊNH TOẠN THY LỈÛC


2.1. CHU TRÇNH THY VÀN V PHỈÅNG TRÇNH CÁN BÀỊNG NỈÅÏC
2.1.1. Chu trçnh thy vàn
Chu trçnh thy vàn (Hydrologic Cycle) l mäüt khại niãûm mä t quạ trçnh
chuøn họa dng nỉåïc trong hãû thäúng nỉåïc tỉû nhiãn, gäưm sỉû chuøn âäüng nỉåïc
trãn bãư màût, nỉåïc dỉåïi âáút v khê quøn. Tiãún trçnh cọ thãø minh ha nhỉ hçnh 2.1,
2.2 v 2.3: Dỉåïi tạc âäüng ca bỉïc xả màût tråìi v sỉû thay âäøi ca thåìi tiãút v khê
háûu, nỉåïc tỉì màût thoạng bäúc håi lãn khäng trung, tủ táûp lải thnh máy. Máy cọ
thãø gáy mỉa, tuút, bàng âạ, ... v råi xúng màût âáúút hồûûc biãøn c theo nhiãưu pháưn
v dảng khạc nhau. Mäüt säú bäúc håi tråí lải khäng trung, mäüt säú âỉåüc sinh váût háúp
thu, mäüt pháưn låïn tháúm xúng âáút, pháưn cn lải chy theo sỉåìn däúc theo cạc säng
súi hồûûc âỉåüc trỉỵ trong cạc ao häư, säng súi, biãøn c v bàòng nhiãưu cạch âäø vo
âải dỉång v tråí lãn khäng trung theo mäüt chu trçnh khẹp kên.




Hçnh 2.1: Hçnh nh mä t chu trçnh thy vàn



CỉM NANG CP NặẽC NNG THN ThS. Ló Anh Tuỏỳn
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2. C BAN Vệ THUY VN NGUệN NặẽC VAè TấNH TOAẽN THUY LặC

17
Chu trỗnh thuớy vn coù thóứ toùm từt ồớ 6 bióỳn sọỳ sau:

P - lổồỹng giaùng thuớy (Precipitation)
I - lổồỹng thỏỳm (Infiltration)
E - lổồỹng bọỳc hồi (Evaporation)
T - lổồỹng thoaùt hồi (Transpiration)
R - lổồỹng chaớy mỷt (Surface Runoff)
G - lổồỹng chaớy ngỏửm (Groundwater flow)

Nhaỡ thuớy vn hoỹc Arved J. Raudkivi, 1979, õaợ minh hoỹa chu trỗnh thuớy vn theo
mọỹt tióỳn trỗnh quan hóỷ caùc yóỳu tọỳ doỡng chaớy (bọỳc hồi, mổa, thỏỳm, chaớy traỡn, ...) vaỡ
nồi chổùa nổồùc (khọng khờ, vuỡng truợng, sọng, bióứn, dổồùi õỏỳt, ...) nhổ hỗnh 2.2. ng
cuợng trỗnh baỡy ổồùc lổồỹng sổỷ phỏn phọỳi vaỡ khọỳi lổồỹng dởch chuyóứn nguọửn nổồùc
trong chu trỗnh thuớy vn nhổ hỗnh 2.3.




KHNG KHấ

MặA BC - THOAẽT HI

OĩNG NặẽC

CHAY LẽP MT

THM
CHặẽA TRONG T BIỉN
NặẽC NGệM
VAè
MặA CHAY TRAèN MT
Sặ CHAY LN CHặẽA CHAY AI
LẽN CHAY NGệM SNG DOèNG DặNG

ậA QUYỉN

Hỗnh 2.2: Minh hoỹa caùc quan hóỷ doỡng chaớy vaỡ nồi chổùa cuớa chu trỗnh thuớy vn
(
theo Arend J. Raudkivi, 1979)
BặẽC XA MT TRèI

CÁØM NANG CÁÚP NỈÅÏC NÄNG THÄN ThS. Lã Anh Tún
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2. CÅ BN VÃƯ THY VÀN NGƯN NỈÅÏC V TÊNH TOẠN THY LỈÛC

18

Hçnh 2.3: (theo Arved J. Raudkivi, 1979)
Âàûc trỉng phán phäúi chênh vãư lỉåüng nỉåïc åí dảng ténh v âäüng trãn trại âáút.
V l thãø têch khäúi nỉåïc tênh bàòng km
3
v T l thåìi gian tưn hon ca nỉåïc.

2.1.2. Phỉång trçnh cán bàòng nỉåïc
Phỉång trçnh phn ạnh mäüt cạch âënh lỉåüng vng tưn hon ca nỉåïc
trong mäüt lỉu vỉûc säng, trong mäüt lỉu vỉûc riãng biãût hồûc trãn ton trại âáút âỉåüc
gi l phỉång trçnh cán bàòng nỉåïc (water balance equation).

Phỉång trçnh cán bàòng nỉåïc xút phạt tỉì âënh lût bo ton váût cháút, âäúi våïi mäüt
lỉu vỉûc cọ thãø phạt biãøu nhỉ sau: "Hiãûu säú ca lỉåüng nỉåïc âãún v lỉåüng nỉåïc âi khi
mäüt lỉu vỉûc trong mäüt thåìi âoản tênh toạn nháút âënh bàòng sỉû thay âäøi trỉỵ lỉåüng nỉåïc
chỉïa trong lỉu vỉûc âọ ".



NỈÅÏC ÂÃÚN
-
NỈÅÏC ÂI = THAY ÂÄØI NỈÅÏC TRỈỴ

KHÊ QUØN
V = 14 x 10
3
km
3
T = 10 ngy

BÀNG ÂẠ
V = 24 x 10
3
km
3

T = 10.000 nàm

0,1 x 10
3

km
3
/nàm

1,8 x 10
3

km
3
/nàm

ÂËA QUØN
V = 88,32 x 10
3
km
3

71,7 x 10
3

km
3
/nàm

454 x 10
3

km
3
/nàm

108 x 10
3

km
3
/nàm
416 x 10
3

km
3
/nàm

ÂẢI DỈÅNG - BIÃØN
V =1370 x 10
6
km
3

T
 2600 nàm

1,2 x 10
3

km
3
/nàm

38x10

3

km
3
/nàm

SÄNG
V= 230 km
3
, T  12 ngy
HÄƯ
V=230x10
6
km
3
, T 10 nàm
ÂÄÜ ÁØM TRONG ÂÁÚT
V= 75x10
6
km
3
, T 2-50 tưn
SINH QUØN
V = 10 km
3
, T  vi tưn
NỈÅÏC NGÁƯM
V = 64x10
6
km

3
,
T
 5-10 ngn nàm
NỈÅÏC NGÁƯM TRAO ÂÄØI
V = 4 x10
6
km
3
, T  300 nàm

CỉM NANG CP NặẽC NNG THN ThS. Ló Anh Tuỏỳn
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2. C BAN Vệ THUY VN NGUệN NặẽC VAè TấNH TOAẽN THUY LặC

19

Phổồng trỗnh cỏn bũng nổồùc thọng duỷng
Trong mọỹt khu vổỷc bỏỳt kyỡ, giaớ thióỳt coù mọỹt mỷt truỷ thúng õổùng bao quanh
khu vổỷc õoù tồùi tỏửng khọng thỏỳm nổồùc nhổ hỗnh veợ 2.4.

Hỗnh 2.4:

Khu vổỷc sọng vaỡ caùc
thaỡnh phỏửn cuớa
cỏn bũng nổồùc

Choỹn thồỡi õoaỷn

t bỏỳt kyỡ. Dổỷa vaỡo nguyón lyù cỏn bũng nổồùc, ta coù bióứu thổùc sau:

(X + Z
1
+ Y
1
+ W
1
) - (Z
2
+ Y
2
+ W
2
) =

U
2
- U
1

=

U (2-1)

trong õoù :

X - lổồỹng mổa bỗnh quỏn rồi trón lổu vổỷc
Z
1
- lổồỹng nổồùc ngổng tuỷ trón mỷt lổu vổỷc
Y
1
- lổồỹng doỡng chaớy mỷt õóỳn
W
1
- lổồỹng doỡng chaớy ngỏửm õóỳn

Z
2
- lổồỹng nổồùc bọỳc hồi bỗnh quỏn khoới lổu vổỷc
Y
2
- lổồỹng doỡng chaớy mỷt õi
W
2
- lổồỹng doỡng chaớy ngỏửm õi
U
1
- lổồỹng nổồùc trổợ trong lổu vổỷc ồớ thồỡi õoaỷn õỏửu cuớa t
U
2

- lổồỹng nổồùc trổợ trong lổu vổỷc ồớ thồỡi õoaỷn cuọỳi cuớa t

U : mang dỏỳu + khi U
1
> U
2
vaỡ ngổồỹc laỷi


Phổồng trỗnh cỏn bũng nổồùc cuớa lổu vổỷc kờn vaỡ hồớ trong thồỡi õoaỷn bỏỳt kyỡ

a. Lổu vổỷc kờn
Lổu vổỷc kờn laỡ lổu vổỷc maỡ õổồỡng phỏn chia nổồùc mỷt vaỡ ngỏửm truỡng nhau,
khi õoù khọng coù nổồùc mỷt vaỡ nổồùc ngỏửm tổỡ lổu vổỷc khaùc chaớy õóỳn, tổùc laỡ Y
1
= 0 vaỡ
W
1
= 0. Goỹi Y = Y
2
+ W
2
laỡ tọứng lổồỹng nổồùc mỷt vaỡ ngỏửm chaớy ra khoới lổu vổỷc vaỡ
Z = Z
2
- Z
1
laỡ lổồỹng bọỳc hồi õaợ trổỡ lổồỹng ngổng tuỷ, ta coù:

X = Y + Z U (2-2)

W
1

Y
1

X

Z
2

Z
1

U
1

Y
2

W
2

CÁØM NANG CÁÚP NỈÅÏC NÄNG THÄN ThS. Lã Anh Tún
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2. CÅ BN VÃƯ THY VÀN NGƯN NỈÅÏC V TÊNH TOẠN THY LỈÛC

20
b. Lỉu vỉûc håí
Âäúi våïi lỉu vỉûc håí s cọ lỉåüng nỉåïc ngáưm tỉì lỉu vỉûc khạc chy vo hồûc
ngỉåüc lải, khi âọ phỉång trçnh cán bàòng nỉåïc cọ dảng:

X = Y + Z  W  U (2-3)
trong âọ :  W = W
2
- W
1



Phỉång trçnh cán bàòng nỉåïc trong nhiãưu nàm

Phỉång trçnh (2-2) v (2-3) viãút cho thåìi âoản báút k, tỉïc t cọ thãø l 1 nàm,
1 thạng, 1 ngy hồûc nh hån nỉỵa. Âãø viãút phỉång trçnh cán bàòng nỉåïc trong thåìi
âoản nhiãưu nàm, ngỉåìi ta láúy bçnh qn trong nhiãưu nàm cạc thnh pháưn trong
phỉång trçnh cán bàòng nỉåïc.

Våïi (2-3), xẹt trong n nàm:
X
n
Y Z U
n
Y
n
Z
n
U

n
i
i
n
i i i
i
n
i
i
n
i
i
n
i
i
n
    
    

 
  

1 1 1 1 1
( ) 

(2-4)


Täøng


U cọ thãø xem nhỉ bàòng 0 do cọ sỉû xen k ca nhỉỵng nàm nhiãưu
nỉåïc v êt nỉåïc, do âọ phỉång trçnh (2-4) s tråí thnh:

X
0
= Y
0
+ Z
0
(2-5)

trong âọ:
X
X
n
i
i
n
0
1



;
Y
Y
n
i
i
n

0
1



;
Z
Z
n
i
i
n
0
1



.

Nãúu n â låïn, thç X
0
, Y
0
, Z
0
láưn lỉåüc âỉåüc gi l chøn mỉa nàm, chøn
dng chy nàm v chøn bäúc håi nàm.

Âäúi våïi lỉu vỉûc håí, tỉång tỉû s cọ:
X

0
= Y
0
+ Z
0
 W
0
(2-6)

Trong trỉåìng håüp lỉu vỉûc håí, giạ trë bçnh qn nhiãưu nàm ca  W
i
khäng
tiãún âãún 0 âỉåüc vç sỉû trao âäøi nỉåïc ngáưm giỉỵa cạc lỉu vỉûc khäng cán bàòng thỉåìng
diãùn ra 1 chiãưu.

CỉM NANG CP NặẽC NNG THN ThS. Ló Anh Tuỏỳn
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2. C BAN Vệ THUY VN NGUệN NặẽC VAè TấNH TOAẽN THUY LặC

21
Baớng 2.1: Cỏn bũng nổồùc trung bỗnh nhióửu nm trón thóỳ giồùi vaỡ Vióỷt Nam
Laợnh thọứ

Dióỷn tờch

Mổa
Chaớy mỷt

Bọỳc hồi

Vuỡng

10
3
Km
2
mm
10
3
Km
3
mm
10
3
Km
3
mm
10
3
Km
3

Toaỡn thóỳ giồùi 510.000 1130 577 - - 1130 577
Toaỡn luỷc õởa 149.000 800 119 315 47 485 72
aỷi dổồng 361.000 1270 458 130 47 1400 505
Vióỷt Nam 365 1850 857 993

2.1.3. Thuớy õọử vaỡ baớn õọử thuớy vn

Thuớy õọử (hydrograph) laỡ mọỹt õọử thở bióứu thở quan hóỷ caùc õỷc trổng cuớa
doỡng chaớy vồùi thồỡi gian. Caùc õỷc trổng cuớa doỡng chaớy coù thóứ laỡ vỏỷn tọỳc, lổu lổồỹng,
chỏỳt lổồỹng nổồùc, ... thổồỡng õổồỹc thóứ hióỷn trón truỷc tung, coỡn yóỳu tọỳ thồỡi gian
thổồỡng bióứu hióỷn ồớ truỷc hoaỡnh.

0
50
100
150
200
250
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Month
m3/s
River A River B

Baớn õọử thuớy vn (hydrological map) laỡ baớn õọử maỡ trón õoù caùc õỷc trổng
thuớy vn nhổ vuỡng ngỏỷp luợ, õổồỡng ranh mỷn, õổồỡng õúng mổa, ... õổồỹc thóứ hióỷn.
(Xem vờ duỷ trang kóỳ).

Ngổồỡi ta coù thóứ taùch baớn õọử thuớy vn thaỡnh nhổợng baớn õọử mang õỷc tờnh
thuớy hoỹc rióng bióỷt, vờ duỷ nhổ baớn õọửỡ mổa, baớn õọử bọỳc hồi, baớn õọử nổồùc mỷt, baớn
õọử ngỏỷp luợ, baớn õọử chỏỳt lổồỹng nổồùc, baớn õọử õởa chỏỳt thuớy vn, ...


Hỗnh 2.5:
Mọỹt vờ duỷ vóử thóứ hióỷn
thuớy õọử:
Lổu lổồỹng trung
bỗnh thaùng cuớa 2
sọng A vaỡ B
CỉM NANG CP NặẽC NNG THN ThS. Ló Anh Tuỏỳn
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2. C BAN Vệ THUY VN NGUệN NặẽC VAè TấNH TOAẽN THUY LặC

22



Hỗnh 2.6: Baớn õọử thuớy vn thóứ hióỷn caùc õổồỡng chaớy traỡn trung bỗnh nhióửu nm,
phỏn bọỳ chaớy traỡn theo thaùng, vuỡng ngỏỷp luợ vaỡ caùc traỷm thuớy vn cuớa sọng
Mekong nm 1985 (taỡi lióỷu cuớa Uy ban sọng Mekong, 1988)