GIÁO TRÌNH THỦY VĂN CÔNG TRÌNH

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA XÂY DỰNG THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN
GIÁO TRÌNH
THỦY VĂN CÔNG TRÌNH
ThS. NGUYỄN BẢN
KS. PHẠM THÀNH HƯNG
Đà Nẵng, 2010
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 4
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 5
1.1. Tài nguyên nước và vấn đề khai thác tài nguyên nước 5
1.2. Nhiệm vụ và nội dung của môn học thủy văn công trình 7
1.3. Đặc điểm của hiện tượng thủy văn và phương pháp nghiên cứu 8
1.4. Vài nét về lịch sử phát triển của thủy văn học 10
CHƯƠNG II: SÔNG NGÒI VÀ SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY SÔNG NGÒI 13
2.1. Hệ thống sông ngòi - Lưu vực 13
2.2. Các nhân tố khí hậu, khí tượng ảnh hưởng đến sự hình thành dòng chảy trong sông 18
2.3. Ảnh hưởng của yếu tố mặt đệm đến sự hình thành dòng chảy sông ngòi 25
2.4. Ảnh hưởng hoạt động dân sinh kinh tế đến chế độ dòng chảy sông ngòi 26
2.5. Dòng chảy sông ngòi 26
BÀI TẬP CHƯƠNG 2 35
CHƯƠNG III: LÝ THUYẾT XÁC SUẤT THỐNG KÊ ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁN THỦY VĂN 36
3.1. Một số kiến thức cơ bản về lý thuyết xác suất 36
3.2. Đại lượng ngẫu nhiên và luật phân bố xác suất của đại lượng ngẫu nhiên 38
3.3. Thống kê toán học ứng dụng trong tính toán thuỷ văn 42
3.4. Ứng dụng phương pháp thống kê toán học trong tính toán thuỷ văn 45
3.5. Phân tích tương quan 63
BÀI TẬP CHƯƠNG 3 74
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY NĂM THIẾT KẾ 75
4.1. Khái niệm chung 75

4.2. Tính toán các đặc trưng dòng chảy năm thiết kế 82
4.3. Phân phối dòng chảy năm thiết kế 92
BÀI TẬP CHƯƠNG 4 98
CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LŨ THIẾT KẾ 101
5.1. Khái niệm chung 101
5.2. Công thức căn nguyên dòng chảy và sự hình thành đỉnh lũ 110
5.3. Tính toán cường độ mưa và lượng mưa thiết kế 114
5.4. Tính toán dòng chảy lũ thiết kế 117
5.5. Xác định dòng chảy lũ thiết kế khi không có tài liệu thực đo 231
BÀI TẬP CHƯƠNG 5 232
CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY KIỆT THIẾT KẾ 234
2
CHƯƠNG VII : TÍNH TOÁN THỦY VĂN VÙNG SÔNG ẢNH HƯỞNG THỦY TRIỀU 241
7.1. Một số kiến thức về thuỷ triều 241
7.2. Chế độ thuỷ văn vùng sông ảnh hưởng triều 249
7.4. Tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế vùng cửa sông ven biển 256
PHẦN THỨ HAI: ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY 265
CHƯƠNG VIII: HỒ CHỨA VÀ ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY BẰNG HỒ CHỨA 265
8.1. Khái niệm về điều tiết dòng chảy và phân loại 265
8.2. Hồ chứa và công trình đầu mối 268
8.3. Các thành phần dung tích và mực nước của hồ chứa - Nguyên tắc lựa chọn 270
8.4. Bồi lắng hồ chứa và tính toán bồi lắng hồ chứa 275
8.5. Các yêu cầu về nước và phân loại 282
8.6. Tài liệu cơ bản dùng trong tính toán hồ chứa 283
CHƯƠNG IX: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT CẤP NƯỚC 286
9.1. Khái niệm chung 286
9.2. Tính toán điều tiết đối với hồ chứa điều tiết năm 289
9.3. Tính toán điều tiết đối với hồ chứa điều tiết nhiều năm 306
CHƯƠNG X: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 328
10.1. Tiêu chuẩn chống lũ cho công trình và phòng lũ cho hạ du 328

10.2. Các biện pháp phòng chống lũ cho hạ du 330
10.3. Phương pháp tính toán điều tiết lũ 332
BÀI TẬP CHƯƠNG 10 351
CHƯƠNG XI: ĐIỀU PHỐI HỒ CHỨA 354
11.1. Khái niệm chung 354
11.2. Xây dựng biểu đồ điều phối hồ chứa điều tiết năm 356
11.3. Xây dựng biểu đồ điều phối cho hồ chứa điều tiết nhiều năm 360
11.4. Vận hành hồ chứa theo biểu đồ điều phối hồ chứa 361
CHƯƠNG XII: ĐO ĐẠC VÀ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU THỦY VĂN 363
12.1. Phân loại trạm quan trắc 363
12.2. Phương pháp đo và tính số liệu mực nước 365
12.3. Phương pháp đo và tính lưu lượng nước 370
12.4. Phương pháp đo và tính lưu lượng bùn cát 380
12.5. Phương pháp đo và tính độ mặn của nước sông vùng ven biển 387
3
LỜI NÓI ĐẦU
Thuỷ văn công trình là môn học cơ sở quan trọng đối với sinh viên các ngành Xây
dựng Thuỷ lợi – Thủy điện, Xây dựng Cầu đường, Xây dựng Dân dụng – Công nghiệp và
Quản lý dự án. Tuỳ theo yêu cầu của từng ngành kỹ thuật mà nội dung giảng dạy có
những điểm khác biệt. Mục tiêu của Giáo trình Thuỷ văn công trình là giới thiệu những
khái niệm cơ bản về dòng chảy sông ngòi, cung cấp những phương pháp tính toán các đặc
trưng thuỷ văn thiết kế.
Giáo trình Thuỷ văn công trình do bộ môn Cơ sở kỹ thuật thủy lợi biên soạn có tham
khảo các tài liệu liên quan đến lĩnh vực thủy văn và tài nguyên nước và tiếp cận những
phương pháp tính toán hiện đại trên thế giới trong lĩnh vực tính toán thuỷ văn.
Giáo trình gồm 12 chương được chia làm 2 phần:
Phần 1: Tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế
Phần 2: Điều tiết dòng chảy
Giáo trình được biên soạn dùng làm tài liệu tham khảo nội bộ cho sinh viên các ngành
xây dựng và quản lý dự án tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng chọn lọc những nội dung cơ bản và kết hợp với sự những
phương pháp hiện đại thực tế đang được áp dụng trong tính toán thiết kế, nhưng chắc chắn
không tránh khỏi những sai sót và khiếm khuyết, rất mong nhận được sự góp ý để cuốn
giáo trình được hoàn thiện hơn.
4
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
1.1. Tài nguyên nước và vấn đề khai thác tài nguyên nước
I. Tài nguyên nước
1. Tầm quan trọng của tài nguyên nước
Nước là yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát triển môi trường sống. Nước là một loại tài
nguyên thiên nhiên quý giá và có hạn, là động lực chủ yếu chi phối mọi hoạt động dân sinh kinh
tế của con người. Nước được sử dụng cho nông nghiệp, phát điện, giao thông vận tải, chăn nuôi,
thuỷ sản, cấp nước sinh hoạt, cấp nước công nghiệp, cải tạo môi trường v v.
2. Các dạng tài nguyên nước
Nước tồn tại dưới những dạng khác nhau: Nước trên trái đất, ngoài đại dương, ở các sông
suối, hồ ao, các hồ chứa nhân tạo, nước ngầm, trong không khí, băng tuyết và các dạng liên kết
khác.
Bảng 1- : Ước lượng nước trên trái đất [8]
Hạng mục Diện tích
(10
6
Km
2
)
Thể tích
(Km
3
)
Phần trăm
của tổng

lượng nước
Phần trăm
của nước ngọt
1. Đại dương 361,3 1.338.000.000 96,5
2. Nước ngầm
- Nuớc ngọt 134,8 10.530.000 0,76 30,1
- Nước nhiễm mặn 134,8 12.870.000 0,93
- Lượng ẩm trong đất 82,0 16.500 0,0012 0,05
3. Băng tuyết
- Băng ở các cực 16,0 24.023.500 1.7 68,6
- Các loại băng tuyết khác 0,3 340.600 0,025 1,0
4. Hồ, đầm
- Nước ngọt 1,2 91.000 0,007 0,26
- Nhiễm mặn 0,8 85.400 0,006
- Đầm lầy 2,7 11.470 0,0008 0,03
5. Sông ngòi 148,8 2.120 0,0002 0,006
6. Nước sinh học 510,0 1.120 0,0001 0,003
7.Nước trong khí quyển 510,0 12.900 0,001 0,04
Tổng cộng 510,0 1.385.984.610 100
Nước ngọt 148,8 35.029.210 2,5 100
.
5
Nguồn nước trên thế giới rất lớn nhưng nước ngọt mới là yêu cầu cơ bản cho hoạt động dân
sinh kinh tế của con người
Nước ngọt chiếm tỉ lệ khoảng 3% tổng lượng nước trên trái đất. Trong đó,
– 2/3 trong số đó là băng tuyết ở các cực
– Đại bộ phận của phần còn lại là nước ngầm ở độ sâu từ 200 đến 600m, đa phần bị
nhiễm mặn
Nước ngọt có thể khai thác được chiếm khoảng 1% tổng lượng nước trên trái đất
Nước phân bố không đều theo không gian và thời gian

Theo không gian:
– Vùng nhiều nước: Châu Âu, Châu Á
– Vùng ít nước: Châu Phi
Theo thời gian:
– Mùa mưa và mùa khô
– Mùa lũ và mùa kiệt
3. Đặc tính của tài nguyên nước
Gây lợi: Là động lực cho các hoạt động dân sinh kinh tế của con người
Gây hại: Lũ lớn, lũ quét, lụt lội gây thiệt hại về con người và tài sản
Tài nguyên nước được đánh giá bởi ba đặc trưng quan trọng: Lượng, chất lượng và động
thái của nó:
 Lượng nước: tổng lượng nước sinh ra trong một khoảng thời gian một năm hoặc
một thời kỳ nào đó trong năm. Nó biểu thị mức độ phong phú của tài nguyên nước trên một
vùng lãnh thổ.
 Chất lượng nước: các đặc trưng về hàm lượng của các chất hoà tan và không hoà
tan trong nước (có lợi hoặc có hại theo tiêu chuẩn sử dụng của đối tượng sử dụng nước).
 Động thái của nước được đánh giá bởi sự thay đổi của các đặc trưng dòng chảy
theo thời gian, sự trao đổi nước giữa các khu vực chứa nước, sự vận chuyển và quy luật
6
chuyển động của nước trong sông, sự chuyển động của nước ngầm, các quá trình trao đổi
chất hoà tan, truyền mặn v v
II. Vấn đề khai thác tài nguyên nước
Khai thác nguồn nước có thể theo những mục đích khác nhau: cấp nước tưới, cấp nước cho
công nghiệp, cấp nước cho sinh hoạt, phát điện, giao thông thủy, du lịch, cải tạo môi trường,
phòng chống lũ lụt, tiêu úng, lấn biển v v, có thể gọi chung là các yêu cầu về nước.
Yêu cầu sử dụng nước càng ngày càng tăng cùng với sự phát triển của các biện pháp thủy lợi
sẽ làm thay đổi mạnh mẽ chế độ tự nhiên của dòng chảy sông ngòi. Chính vì vậy, theo quan điểm
hiện đại, có thể coi
″
Hệ thống tài nguyên nước là một hệ thống phức tạp bao gồm nguồn

nước ở dạng tự nhiên hoặc dạng được tái tạo, hệ thống các yêu cầu về nước, hệ thống các
công trình thủy lợi cùng với sự tác động qua lại giữa chúng và tác động của môi trường
″
.
Nhiệm vụ của các quy hoạch sử dụng nước là sự thiết lập một cân bằng hợp lý với hệ thống
nguồn nước theo các tiêu chuẩn đã được quy định bởi các mục đích khai thác và quản lý nguồn
nước. Đánh giá tài nguyên nước bởi vậy cũng cần được tiến hành với sự phân tích các tác động
qua lại giữa các thành phần cấu thành hệ thống nguồn nước.
Những nét chính về phát triển nguồn nước trong tương lai
1. Nhu cầu cấp nước
2. Phát triển thuỷ điện
3. Giao thông thủy
4. Sản xuất công nghiệp
5. Phòng chống lũ lụt
6. Khai thác lợi dụng tổng hợp
1.2. Nhiệm vụ và nội dung của môn học thủy văn công trình
Thủy văn là môn khoa học nghiên cứu về nước trên trái đất, sự xuất hiện, chu kỳ và sự phân
bố của nước, các đặc tính hoá học và lý học của nước và sự phản ứng của nước đối với môi
trường, bao gồm cả mối quan hệ giữa nước với các vật sống. (HĐ Liên bang Mỹ về Khoa học và
Công nghệ).
Thủy văn được ứng dụng trong:
• Thiết kế và vận hành các công trình thủy lợi
• Sản xuất năng lượng thủy điện
• Giao thông thủy
• Cấp và thoát nước đô thị
• Bố trí và xử lý các nguồn nước thải
• Phòng chống lũ lụt
• Phòng chống xói lở và bồi lắng phù sa
• Ngăn mặn xâm nhập
7

• Giảm nhẹ ô nhiễm, sử dụng nước cho các nhu cầu giải trí, bảo vệ nguồn cá và động
vật hoang dã
Nhiệm vụ của môn học Thủy văn công trình là:
- Cung cấp những kiến thức cơ bản về sự hình thành dòng chảy sông ngòi, lưu vực, quá trình
hình thành dòng chảy sông ngòi.
- Cung cấp các phương pháp tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ công tác quy
hoạch, thiết kế và thi công hệ thống công trình thủy lợi – thủy điện, giao thông và các công trình
xây dựng khác.
- Phương pháp tính toán cân bằng nước trong hệ thống, đặc biệt là cân bằng nước đối với hệ
thống hồ chứa nước.
Nội dung của môn học:
PHẦN I: (Dành cho sinh viên các ngành Xây dựng, quản lý dự án và tin học xây dựng)
Chương 1: MỞ ĐẦU
Chương 2: SÔNG NGÒI VÀ SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY SÔNG NGÒI
Chương 3: ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT XSTK TRONG TÍNH TOÁN THỦY VĂN
Chương 4: DÒNG CHẢY NĂM THIẾT KẾ
Chương 5: DÒNG CHẢY LŨ THIẾT KẾ
Chương 6 : TÍNH TOÁN THỦY VĂN CỦA VÙNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU
PHẦN II : (Dành riêng cho sinh viên ngành Xây dựng Thủy lợi – Thủy điện)
Chương 7 : KHO NƯỚC VÀ ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY
Chương 8: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT CẤP NƯỚC
Chương 9: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ
Chương 10 : ĐIỀU PHỐI KHO NƯỚC
Chương 11: ĐO ĐẠC VÀ DỰ BÁO THỦY VĂN
1.3. Đặc điểm của hiện tượng thủy văn và phương pháp nghiên cứu
1.3.1. Đặc điểm của hiện thủy văn
Các hiện tượng thủy văn là kết quả sự tác động của nhiều nhân tố tự nhiên. Dòng chảy sinh
ra trên mặt đất phụ thuộc các yếu tố khí hậu, điều kiện địa hình địa chất, thảm thực vật, thổ
nhưỡng v v. Đó là một quá trình tự nhiên với đầy đủ tính chất vật lý của nó, biểu hiện phạm trù
nguyên nhân và hậu quả. Nếu biểu diễn một cách hình thức quan hệ của dòng chảy sông ngòi với

nhân tố tự nhiên tác động lên nó dưới dạng:
Y = f(X, Z) (1-1)
trong đó: X là tập hợp các yếu tố khí tượng, khí hậu tham gia vào sự hình thành dòng chảy
sông ngòi, biểu thị dưới dạng vectơ:
X = ( x
1
, x
2
, , x
i
, ,x
n
), (1-2)
với x
1
, x
2
, , x
i
, ,x
n
là các đặc trưng khí tượng, khí hậu: mưa, bốc hơi, gió
Z là tập hợp các đặc trưng mặt đệm tác động lên sự hình thành dòng chảy sông ngòi, biểu thị
dưới dạng vectơ:
Z = ( z
1
, z
2
, , z
i

, ,z
m
), (1-3)
8
với z
1
, z
2
, , z
i
, ,z
m
là các đặc trưng mặt đệm: diện tích lưu vực, độ dốc lưu vực,
điều kiện địa hình, địa chất, lớp phủ thực vật
Nhóm các yếu tố khí tượng, khí hậu X biến động lớn theo thời gian, thường gọi là nhóm biến
đổi nhanh. Sự biến đổi của loại này vừa mang tính chu kỳ, vừa mang tính ngẫu nhiên. Tính chu
kỳ phản ảnh quy luật thay đổi của xu thế bình quân, tính ngẫu nhiên thể hiện ở sự xuất hiện một
giá trị cụ thể tại thời điểm nào đó của chu kỳ và sự lệch của nó so với giá trị bình quân.
Nhóm các nhân tố mặt đệm Z biến đổi chậm theo thời gian, thường gọi là nhóm biến đổi
chậm. Tính quy luật của nó thể hiện qua sự biến đổi theo không gian tạo thành các vùng, miền có
điều kiện mặt đệm đồng nhất. Tổ hợp của hai nhóm nhân tố, tham gia vào các quá trình dòng
chảy theo quan hệ (1-1) quyết định tính chất của hiện tượng thủy văn. Hiện tượng thủy văn vừa
mang tính tất định, vừa mang tính ngẫu nhiên.
a. Tính chất tất định của hiện tượng thủy văn thể hiện ở các mặt sau:
(1) Sự thay đổi có chu kỳ của các xu thế bình quân theo thời gian: chu kỳ một năm (mùa lũ,
mùa kiệt); chu kỳ nhiều năm (nhóm ít nước xuất hiện với các nhóm nhiều nước).
(2) Tính quy luật biểu thị mối quan hệ vật lý của các nhân tố ảnh hưởng (X, Z) đến các đặc
trưng dòng chảy Y. Mối quan hệ giữa các đặc trưng dòng chảy và các nhân tố ảnh hưởng trong
nhiều trường hợp có thể biểu diễn bằng mô hình toán học dưới dạng các biểu thức toán học hoặc
đồ thị.

(3) Sự biến đổi có quy luật theo không gian do bị chi phối bởi tính địa đới của các hoạt động
khí hậu, khí tượng tổ hợp với những hình thế mặt đệm tương đối ổn định của từng khu vực trên
lãnh thổ. Nhờ đó, có thể tiến hành xây dựng các bản đồ phân vùng hoặc các bản đồ đẳng trị.
b. Tính ngẫu nhiên của hiện tượng thủy văn phụ thuộc chủ yếu vào sự biến đổi ngẫu nhiên
của nhóm nhân tố khí hậu, khí tượng.
1.3.2. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu và tính toán thủy văn có thể chia làm hai loại: Phương pháp
phân tích nguyên nhân hình thành và phương pháp thống kê xác suất.
1.3.2.1. Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành
Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành là phương pháp được xây dựng dựa vào tính
tất định của hiện tượng thủy văn. Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành có thể phân loại
như sau:
(1) Phương pháp phân tích căn nguyên
Trên cơ sở phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến sự hình thành các quá trình dòng chảy theo
biểu thức (1-1), người ta thiết lập các mối quan hệ toán học giữa các đặc trưng thủy văn với các
đặc trưng biểu thị nhân tố ảnh hưởng: hoặc bằng các biểu thức toán học, hoặc bằng các đồ thị, cao
hơn nữa là các mô hình toán và mô hình mô phỏng hệ thống. Các mô hình mô phỏng hệ thống
hiện nay được sử dụng rộng rãi trong tính toán thủy văn công trình.
(2) Phương pháp tổng hợp địa lý
Hiện tượng thủy văn mang tính địa đới, tính khu vực và biến đổi nhịp nhàng theo không
gian. Bởi vậy, có thể xây dựng các bản đồ phân vùng, bản đồ đẳng trị các đặc trưng hoặc các
tham số thủy văn. Bằng các bản đồ này có thể nội suy, ngoại suy các đặc trưng cần xác định trong
tính toán thủy văn thiết kế.
9
(3) Phương pháp lưu vực tương tự
Phương pháp lưu vực tương tự được sử dụng rộng rãi trong tính toán thủy văn trong trường
hợp không có tài liệu đo đạc thủy văn.
Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là: các tham số và đặc trưng thủy văn của lưu vực
không 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 dòng chảy tương tự như lưu vực cần phải tính toán.

Hai lưu vực được gọi là tương tự nếu như các kiện về mặt đệm, khí tượng, khí hậu tương tự
nhau và tác động của các nhân tố đó đến tham số hoặc đặc trưng thủy văn đang xem xét là cũng
tương tự nhau.
1.3.2.2. Phương pháp thống kê xác suất
Hiện tượng thủy văn mang tính ngẫu nhiên, do đó có thể coi các đại lượng thuỷ văn đặc
trưng là các đại lượng ngẫu nhiên và có thể áp dụng lý thuyết thống kê xác suất để từ đó xác định
các đặc trưng thủy văn thiết kế theo một tần suất thiết kế đã được quy định.
Trong thực tế cần thiết phải sử dụng kết hợp các phương pháp trên đây.
1.4. Vài nét về lịch sử phát triển của thủy văn học
1.4.1. Sơ lược về sự phát triển của thủy văn học trên thế giới
Thủy văn học có nguồn gốc phát triển từ thời cổ xa xưa. ở châu á (theo UNESCO, 1974),
người Trung quốc đã biết ghi chép quan trắc về mưa, mưa tuyết, tuyết và gió trên các quẻ âm
dương ngay từ năm 1200 trước công nguyên. Rất có thể họ đã sử dụng các dụng đo mưa từ năm
1000 trước công nguyên và thiết lập hệ thống trạm quan trắc đo mưa từ năm 200 trước công
nguyên.
Vào khoảng 4000 năm trước đây, người Ai cập đã tiến hành các quan trắc mực nước trên
sông Nin với mục đích phòng chống lũ.
Việc sử dụng nguồn nước ngày càng tăng và do đó yêu cầu nghiên cứu hiện tượng thủy văn
ngày càng trở nên cấp bách. Thủy văn học vì thế đã luôn luôn phát triển cả về phương pháp
nghiên cứu cũng như kỹ thuật quan trắc, thu thập các số liệu thủy văn. Lịch sử phát triển của thủy
văn học có thể sơ bộ chia ra các giai đoạn sau đây.
(1) Giai đoạn trước thế kỷ 18:
Đây là thời kỳ phát triển cổ điển của thủy văn học. Trong giai đoạn này việc phân tích các
hiện tượng thủy văn chủ yếu mang tính định tính. Những quan trắc để thu thập các tài liệu thủy
văn cũng đã được ứng dụng, nhưng chủ yếu là đo đạc mực nước. Việc tiến hành các quan trắc
cũng mang tính cục bộ. Vào thời kỳ cuối của giai đoạn này (thời kỳ Phục hưng) người ý đã chế
tạo thành công máy đo lưu tốc và sử dụng nó để đo lượng nước ở các sông suối có yêu cầu khai
thác nguồn nước.
(2) Giai đoạn từ thế kỷ thứ 18 đến đầu thế kỷ 20 ( đến trước năm 1930):
Đây là thời kỳ phát triển mạnh của Thủy văn học do yêu cầu phát triển của các công trình

giao thông và thủy lợi. Các phương pháp tính toán thủy văn được phát triển ở các nước có trình
độ phát triển công nghiệp cao. ở Pháp, Bengơrang công bố công trình nghiên cứu quan hệ mưa
rào dòng chảy trên sông Xen. ở ý, Montarini đưa ra kết quả nghiên cứu chế độ thủy văn của sông
Tibrơ. Ở Hoa Kỳ Humpray và Abơt đã quan trắc và phân tích chế độ thủy lực và lưu lượng nước
trên sông Mixixipi. ở Nga, vào những năm 1865 - 1870, đã tổ chức hàng loạt các trạm quan trắc
10
thủy văn để nghiên cứu diễn biến của sông ngòi, phục vụ giao thông thủy. Các công trình nghiên
cứu có gía trị có thể kể đến là “ Vấn đề chuyển động của nước trong sông và sự hình thành dòng
chảy sông ngòi” của J.S Leliapski (năm 1893), “Cơ cấu lòng sông” của V.M Lôchin (năm 1897).
Cuối thế kỷ 19, trên cơ sở tài liệu tích luỹ được, A.J Vailâykôp phát hiện quan hệ giữa dòng
chảy sông ngòi và khí hậu, ông đã phát biểu nhận xét nổi tiếng “ Sông ngòi là sản phẩm của khí
hậu”. Đầu thế kỷ 20 một số công thức kinh nghiệm về xác định các đặc trưng thuỷ văn đã được
công bố và sử dụng rộng rãi ở Châu Âu, ở Mỹ người ta đã tiến hành vẽ các đường đẳng dòng
chảy năm trên lãnh thổ Hoa Kỳ.
Việc áp dụng các kết quả nghiên cứu thủy văn cho tính toán thiết kế các công trình thủy lợi
còn nhiều hạn chế. Cho đến năm 1925 -1930 ở Nga D.J Koserin mới bắt đầu tổng hợp một cách
hệ thống các tài liệu thủy văn và đưa ra một số phương pháp tính toán thủy văn phục vụ cho công
tác thiết kế công trình.
(3) Giai đoạn từ 1930 - 1960:
Đây là thời kỳ phát triển mạnh mẽ và quan trọng nhất của thủy văn học. Với những kết quả
nghiên cứu ở giai đoạn trước, thủy văn học đã phát triển thành một môn khoa học độc lập. Các
nhà khoa học ở Liên Xô trước đây. Mỹ các nước châu âu, Ân độ, Trung Quốc , Nhật Bản đã xây
dựng thành công hệ thống cơ sở lý luận của tính toán thủy văn. Các nhà khoa học đã đưa ra các
phương pháp tính toán hợp lý các đặc trưng thủy văn thiết kế trong quy hoạch, thiết kế các công
trình thủy lợi. Một điều đáng chú ý là phương pháp thống kê xác suất đã được ứng dụng trong
thủy văn do D.L Xôcôlôpski đề nghị và được phát triển bởi M.F Men ken, G.N Brokovic, G.A
Alec-xây-ep, G.G Svanitze v v.
Cũng trong giai đoạn này các mô hình toán đã được thiết lập và bắt đầu được sử dụng trong
tính toán thủy văn, dự báo tác nghiệp, phân tích tính toán diễn biến lòng sông.
Các phương pháp tính toán điều tiết dòng chảy được xây dựng. Các nghiên cứu về dòng chảy

năm, dòng chảy lũ, động lực học sông ngòi, động lực học cửa sông v v đã được nghiên cứu một
cách khoa học và rất cơ bản.
Cùng với sự phát triển hoàn thiện về các phương pháp nghiên cứu và tính toán, hệ thống các
trạm quan trắc thủy văn được mở rộng và tổ chức một cách hệ thống. Các thiết bị và kỹ thuật đo
đạc, phân tích số liệu thủy văn cũng được hiện đại hoá.
(4) Giai đoạn từ 1960 đến nay:
Đây là giai đoạn phát triển hiện đại của thủy văn học. Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy
tính điện tử và phương pháp tính, việc ứng dụng các mô hình toán học trong thủy văn được khai
thác một cách triệt để. Sự phức tạp của hiện tượng thủy văn được giải quyết và ứng dụng một
cách có hiệu quả trong thực tế sản xuất.
Xuất phát từ qua điểm hệ thống, các phương pháp tính toán thủy văn hiện đại cũng phát triển
mạnh. Các phương pháp đó được xây dựng trong mối quan hệ tương tác giữa dòng chảy và các
biện pháp công trình, các yêu cầu về nước của con người. Từ đó, các mô hình mô phỏng hệ thống
đối với hệ thống nguồn nước phức tạp. Lý thuyết phân tích hệ thống được áp dụng để phân tích
và tính toán các đặc trưng thủy văn trong quy hoạch và thiết kế hệ thống nguồn nước. Xu thế hiện
đại của việc xây dựng các mô hình hệ thống là sự kết hợp giữa mô hình thủy văn, thủy lực, mô
hình quản lý chất lượng nước.
Sự phát triển của phương pháp tính, các thiết bị quan trắc cũng được hiện đại hoá. Các thiết
bị tự động trong đo đạc, kỹ thuật viễn thám v v được ứng dụng rộng rãi.
11
1.4.2. Một số nét về lịch sử phát triển của thủy văn học Việt nam
Ở nước ta, trước thế kỷ 20 không thấy có những tư liệu nghiên cứu về thủy văn học. Tuy
nhiên những quan trắc và phân tích định tính có thể đã có từ lâu. Không thể không có những quan
trắc dù chỉ là rất thô sơ và những phân tích về thủy triều khi Ngô Quyền ở thế kỷ thứ 10 đã sử
dụng quy luật thủy triều để đánh quân Nam Hán trên sông Bạch đằng. Từ 3000 năm về trước, từ
đời Lã Vọng đã có bài ca về con nước rất có tác động đối với sản xuất nông nghiệp và ngư
nghiệp. Các hệ thống đê điều đã được hình thành từ nhiều thế kỷ nay. Các sông đào như sông
Đuống, kênh nhà Lê không thể thực hiện được nếu không có quan trắc và phân tích quy luật dòng
chảy sông ngòi.
Tuy nhiên, chỉ đến đầu thế kỷ 20, khi người Pháp cai trị nước ta, hệ thống quan trắc khí

tượng thủy văn mới được hình thành và có tài liệu ghi chép lại. Tài liệu sớm nhất được quan trắc
vào năm 1902. Từ năm 1910 đến năm 1954 hệ thống quan trắc được mở rộng trên các hệ thống
sông lớn và chủ yếu là đo mực nước.
Từ năm 1959 cho đến nay, hệ thống các trạm đo đạc thủy văn đã được mở rộng trên một quy
mô lớn và hệ thống tổ chức quan trắc được coi là có hệ thống và đầy đủ nhất.
Cùng với sự phát triển của hệ thống các trạm quan trắc, đội ngũ cán bộ nghiên cứu thủy văn
được đào tạo và lớn mạnh, các cơ quan quản lý và nghiên cứu được hình thành. Hiện nay đội ngũ
cán bộ khoa học kỹ thuật ngành thủy văn Việt Nam đã lớn mạnh và có khả năng tiếp cận được
với những tiến độ khoa học kỹ thuật thủy văn trên thế giới.
12
CHƯƠNG II: SÔNG NGÒI VÀ SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY
SÔNG NGÒI
2.1. Hệ thống sông ngòi - Lưu vực
2.1.1. Hệ thống sông ngòi
Sông ngòi là sản phẩm của khí hậu. Hệ thống sông ngòi 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 tập trung tạo thành các lạch nước rồi sau đó tạo thành các khe suối
hợp lưu với nhau tạo thành mạng lưới sông ngòi.
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.
Sông chính cùng với các sông nhánh của nó hợp thành hệ thống sông ngòi. Tên của hệ thống
sông thường lấy theo tên của sông chính, chẳng hạn như hệ thống sông Hồng gồm sông Hồng và
các nhánh Đà, sông Thao, sông Lô - Gâm hợp thành; hệ thống sông Thái bình gồm sông Thái
bình, sông Cầu, sông Thương, sông Lục nam; hệ thông sông Mã gồm sông Mã, sông Chu, sông
Âm, sông Bưởi; hệ thống sông Mê Kông gồm sông Tiền, sông Hậu, sông Tông Lê Sáp, biển Hồ
v.v…
Sự phân bố của các sông nhánh dọc theo sông chính ảnh hưởng quyết định sự hình thành
dòng chảy trên hệ thống sông. Có thể phân ra các loại: sông nhánh phân bố theo hình nan quạt,

trong đó các cửa sông nhánh lớn ở gần nhau (hình 2-1a), sông dạng hình lông chim trong đó các
sông nhánh phân bố tương đối đều đặn dọc theo sông chính (hình 2-1b), sông nhánh phân bố theo
hình cành cây (hình 2-1c), sông nhánh phân bố song song (hình 2-1d), Nói chung, các sông lớn
thường có sự phân bố các sông nhánh dạng hỗn hợp giữa hai hoặc ba hình thức trên. Chẳng hạn
như hệ thống sông Hồng có sự phân bố sông nhánh dạng song song, nhưng trên các sông nhánh
lại có kiểu phân bố dạng cành cây hoặc lông chim.
Một con sông phát triển đầy đủ thường có thể phân chia làm 5 đoạn có tính chất khác nhau:
nguồn sông, thượng lưu, trung lưu, hạ lưu và cửa sông.

2.1.2. Lưu vực sông
1. Lưu vực sông và tuyến khống chế
Lưu vực của một con sông (gọi tắt lưu vực sông) là phần mặt đất mà nước trên đó sẽ chảy ra
sông (kể cả nước mặt và nước ngầm). Nói cách khác, lưu vực sông là khu vực tập trung nước của
một con sông.
Nước trên lưu vực chảy theo hệ thống sông suối tập trung vào lòng chính, mặt cắt sông tại đó
nước trên lưu vực chảy qua nó gọi là tuyến khống chế, còn gọi mặt cắt cửa ra của lưu vực. Tại
13
Hình 2-1d: Sông hình song song
Hình 2-1c: Sông hình cành cây

Sông Đà
S. Đà
S.Hồng
S
.
L
ô
Hình 2-1a: Sông hình nan quạt
Cửa sông
Hình 2-1b: Sông hình lông chim

Cửa sông
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 sông.
2- Đường phân nước của lưu vực sông
Đường phân nước của lưu vực sông 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 sông khác nhau.
Muốn xác định đường phân nước mặt phải căn cứ vào bản đồ địa hình có vẽ các đường đồng
mức cao độ (xem hình 2-2).
14
Hình 2-2: Đường phân nước của lưu vực
Sông
Tầng không thấm
Đường phân nước
ngầm
Đường phân nước mặt
Hình 2-3: Đường phân nước mặt và đường
phân nước ngầm của con sông
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 nét đứt trên hình 2-2).
Đường phân nước ngầm là đường phân chia sự tập trung nước ngầm giữa các lưu vực.
Thường thì đường phân nước mặt và đường phân nước ngầm của một lưu vực không trùng nhau
(Hình 2-3).
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 sông và gọi là đường phân lưu.
3- Các đặc trưng hình học của lưu vực sông
a- Diện tích lưu vực
Diện tích khu vực được khống chế bởi đường phân lưu và mặt cắt khống chế gọi là diện tích

lưu vực sông, thường ký hiệu là F và đơn vị dùng là km
2
. Sau khi định được đường phân lưu, diện
tích lưu vực xác định được bằng máy đo diện tích hoặc bằng một số phương pháp khác, chẳng
hạn như đếm ô vuông trên bản đồ có tỷ lệ định sẵn. Để xác định chính xác diện tích lưu vực, cần
sử dụng các bản đồ có tỷ lệ thích hợp. Trong thực tế, người thường ta sử dụng các loại bản đồ tỷ
lệ 1/10000, 1/25000, 1/50000 và 1/100000.
b. Chiều dài sông và chiều dài lưu vực
- Chiều dài sông (thường ký hiệu L
s
) là chiều dài đường nước chảy trên dòng chính tính từ
nguồn đến mặt cắt cửa ra của lưu vực.
- Chiều dài lưu vực L
lv
là chiều dài đường gấp khúc nối từ cửa ra qua các điểm giữa của các
đoạn thẳng cắt ngang lưu vực (vuông góc với trục sông chính) cho đến điểm xa nhất của lưu vực.
Đơn vị đo chiều dài sông L
s
và chiều dài lưu vực L
lv
thường tính bằng km.
c. Chiều rộng bình quân của lưu vực
Chiều rộng bình quân của lưu vực B (đơn vị tính là km) bằng tỷ số giữa diện tích lưu vực và
chiều dài lưu vực.

Β =
F
L
lv
(2-1)

d- Độ cao bình quân lưu vực
Độ cao bình quân của lưu vực H
tb
(đơn vị m) có thể tính theo công thức:

F)
n
1i
fi(
n
1i
i
f
2
i
H
1i
H
tb
∑
=
=
∑
=
+
−
=
Η
(2-2)
ở đây: H

i
- Cao trình của đường đẳng cao thứ i.
f
i
- Diện tích bộ phận của lưu vực nằm giữa hai đường đẳng cao liên tiếp thứ i
và i-1.
F - Diện tích toàn bộ lưu vực.
n - Số mảnh diện tích bộ phận giữa các đường đẳng cao (đồng mức về cao độ) của
lưu vực.
e. Độ dốc lòng sông và độ dốc bình quân của lưu vực
15
- Độ dốc trung bình của sông tính theo lòng sông chính có thể dùng công thức sau:
J
s
= 2Ω/L
2
(2-3)

Trong đó: Ω - Tổng diện tích nằm phía dưới đường nối các điểm cao độ theo trắc đồ dọc
sông:
Ω = Ω
1
+Ω
2
+ +Ω
n

i
l
2

i
Z
1i
Z
Ωi
+
−
=
ở đây: Z
i-1
,Z
i
- Cao độ tại nút đầu và cuối của một đoạn sông đã trừ đi cao độ thấp nhất của
lòng sông theo trắc dọc sông là Z
o
; l
i
- Khoảng cách tính theo lòng sông giữa nút đầu và cuối của
một đoạn sông (xem hình 2-4).
- Độ dốc bình quân lưu vực có thể tính theo công thức:

F)
n
1i
fi(
i
Δh
n
1i
2

i
l
1i
l
J
lv
∑
=
=
∑
=
+
−
=
(2-4)
Trong đó: ∆h
i
- Chênh lệch cao độ giữa hai đường đẳng cao; l
i
là chiều dài của đường đẳng
cao thứ i trong phạm vi lưu vực.

Hình 2-4: Mặt cắt dọc sông
f. Mật độ lưới sông
Mật độ lưới sông D (đơn vị km/km
2
) là tỷ số giữa tổng chiều dài của tất cả các sông suối trên
lưu vực (ΣL) chia cho diện tích lưu vực của nó (F).

F

L
D
∑
=
(2-5)
Sông suối càng dày mật độ lưới sông càng lớn. Những vùng có nguồn nước phong phú thì D
có giá trị lớn.
g. Mặt cắt sông
Mặt cắt sông gồm có: mặt cắt ngang và mặt cắt dọc.
16
Z
1
Z
n
Z
n-1
Z
n-2
Z
2
L (km)
l
1
0
Z(m)
l
2
l
n-2
l

n-1
- Mặt cắt ngang của sông tại một vị trí trên sông là mặt cắt vuông gốc với hướng nước chảy
tại vị trí đó. 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 (hình 2-5).
- Mặt cắt dọc sông 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 một con sông, ta đo cao trình các điểm
sâu nhất của 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 đó trên hệ tọa độ vuông gốc
ta được biểu đồ mặt cắt dọc sông (hình 2-4).
Biểu đồ mặt cắt dọc cho biết sự thay đổi độ dốc lòng sông từ đầu sông đến cửa sông của
một con sông. Mặt cắt dọc sông là căn cứ chủ yếu để nghiên cứu đặc tính của dòng nước và ước
tính năng lượng tiềm tàng của sông.
h. Một số đặc trưng khác
- Hệ số hình dạng của lưu vực K
d
biểu thị hình dạng của lưu vực sông. Hệ số K
d
được tính
bằng công thức:
lv
lv
lv
lv
d
L
B
L
BL
L

F
===Κ
22
(2-6)
Hình 2-5: Mặt cắt ngang của sông
- Hệ số phát triển đường phân
nước K
c
của lưu vực.
Hệ số K
c
được tính theo công
thức:
F
P
c
282.0
=Κ
(2-7)
Trong đó: P - Chu vi đường
phân nước của lưu vực (km),
F - Diện tích của lưu vực (km
2
).
Thông thường thì hệ số K
d
≤ 1. Lưu vực có K
d
càng lớn thì khả năng tập trung dòng chảy
càng nhanh.

- Hệ số uốn khúc của dòng sông K
u
được tính theo công thức:

n
s
u
L
L
=Κ
(2-8)
Trong đó: L
s
- Chiều dài sông chính (km),
L
n
- Khoảng cách từ nguồn đến cửa ra của lưu vực theo đường thẳng (km).
- Hệ số không đối xứng của lưu vực K
p
có thể được tính theo công thức:

F
FF
pt
p
−
=Κ
(2-9)
Trong đó: F
t

,F
p
- Phần diện tích thuộc phía trái và phía phải của sông chính (km
2
),
F - Diện tích của lưu vực (km
2
).
17
Bãi
Lòng
2070
2.2. Các nhân tố khí hậu, khí tượng ảnh hưởng đến sự hình thành dòng chảy
trong sông
Chế độ thuỷ văn của một vùng phụ thuộc chủ yếu khí hậu, sau đó là địa hình, địa chất và thổ
nhưỡng và lớp phủ thực vật. Các nhân tố khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy là mưa và
bốc hơi. Mưa là nguyên nhân sinh ra dòng chảy, bốc hơi làm giảm lượng dòng chảy. Nhưng mưa
và bốc hơi lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khí tượng khác như nhiệt độ, bức xạ, độ ẩm, áp suất
không khí, gió, v.v .
2.2.1. Nhiệt độ mặt đệm và nhiệt độ không khí
1. Nhiệt độ mặt đất
Do bức xạ mặt trời nên ban ngày nhiệt độ mặt đất tăng lên, ban đêm nó toả nhiệt nên nhiệt
độ lại hạ xuống. Biên độ thay đổi nhiệt độ của mặt đất tương đối lớn. Nhiệt độ cao nhất trong
ngày xảy ra lúc 13÷14giờ, thấp nhất xuất hiện trước lúc mặt trời mọc 1÷2giờ.
2. Nhiệt độ mặt nước
Sự thay đổi nhiệt độ của mặt nước chậm hơn so với đất, biên độ của nó cũng nhỏ hơn nhiều,
do nhiệt dung của nước lớn hơn 2÷3 lần so với đất.
Hàng ngày nhiệt độ cực đại vào lúc 15÷16 giờ, còn cực tiểu vào lúc 2÷3 giờ sau khi mặt trời
mọc. Biên độ thay đổi trong ngày của nhiệt độ nước trên mặt biển chỉ 0,1
o

C ở những vĩ độ cao và
0,5
o
C ở vùng nhiệt đới, còn ở trên mặt các nội địa thì cao hơn.
3. Nhiệt độ không khí
Nhiệt độ không khí trên mặt đất theo quy định là nhiệt độ đo trong bóng râm, tại vị trí không
khí lưu thông dễ dàng, không có gió và ở độ cao 2m trên mặt đất.
Không khí nóng lên hay lạnh đi không phải dưới ảnh hưởng trực tiếp của bức xạ mặt trời mà
chủ yếu là nguồn nhiệt ở mặt đất, cho nên sự thay đổi của nhiệt độ không khí theo thời gian cũng
có tính chu kỳ như nhiệt độ mặt đất, song biên độ thay đổi nhỏ hơn và thời gian xảy ra điểm cực
đại và cực tiểu cũng chậm hơn, càng lên cao sự sai kém nói trên càng lớn. Ở Việt Nam, phần lớn
các nơi đều có nhiệt độ trung bình năm trên 20
0
C, biên độ thay đổi của nhiệt độ không khí trong
ngày từ 4÷8
0
C và trong năm khoảng 15÷20
0
C.
Nhiệt độ không khí còn thay đổi theo độ cao, ở tầng đối lưu của khí quyển càng lên cao nhiệt
độ hạ thấp đi, song độ giảm đó thường không cố định, biến đổi theo mùa và theo vùng.
2.2.2. Áp suất không khí (khí áp)
Không khí có trọng lượng và không ngừng chuyển động, do đó nó gây ra áp suất tác dụng
lên mặt đất và các vật trên mặt đất. Theo quy ước, áp suất của không khí tĩnh ở một vị trí nào đó
là trọng lượng của cột không khí thẳng đứng (tính đến giới hạn trên của khí quyển) có tiết diện
bằng một đơn vị diện tích.
Đơn vị đo khí áp là mi-li-mét thuỷ ngân (viết tắt là mm Hg) hoặc mi-li ba (viết tắt là mb).
1mb = 0,75 mmHg =100 N/m
2
Càng lên cao áp suất không khí càng giảm. áp suất không khí luôn thay đổi theo không gian.

Nơi nhiệt độ cao, mật độ không khí giảm có áp suất nhỏ. Ngược lại, nơi nào có nhiệt độ thấp áp
suất không khí lớn.
18
2.2.3. Độ ẩm không khí
Độ ẩm không khí là chỉ mật độ hơi nước có trong không khí. Độ ẩm của không khí thường
biểu thị bằng độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tương đối.
1. Độ ẩm tuyệt đối
Độ ẩm tuyệt đối kí hiệu là a là lượng hơi nước có trong một đơn vị thể tích không khí, đơn
vị thường dùng là g/m
3
hay g/cm
3
.
Mật độ hơi nước có trong không khí càng lớn thì áp suất do hơi nước sinh ra càng lớn. Bởi
vậy, trong thực tế người ta cũng dùng đặc trưng áp suất hơi nước để biểu thị độ ẩm của hơi nước.
Áp suất hơi nước (kí hiệu e) là áp lực do hơi nước trong không khí gây ra tác dụng lên một
đơn vị diện tích. áp suất hơi nước là một phần của áp suất không khí nên cũng dùng đơn vị là
mmHg hay mb.
Ở một nhiệt độ t
0
nào đó, áp suất hơi nước trong không khí có một giới hạn tối đa E tương
ứng với trạng thái bão hòa hơi nước trong không khí, vượt quá giới hạn này hơi nước sẽ chuyển
sang thể lỏng. Người ta gọi E là áp suất hơi nước bão hoà của không khí ở nhiệt độ t
0
.
2. Độ ẩm tương đối
Độ ẩm tương đối (R) là tỷ số giữa áp suất hơi nước thực tế (e) với áp suất hơi nước bão hòa
(E) trong cùng một nhiệt độ, thường tính theo %:

R

e
E
=
× 100% (2-10)
Độ ẩm tương đối cho ta biết mức độ bão hoà hơi nước trong không khí, khi không khí chưa
đạt đến trạng thái bão hoà thì R<100 (%). Giá trị của R càng lớn thì không khí càng ẩm ướt. ở các
tỉnh phía Bắc của nước ta thường có độ ẩm tương đối rất lớn. Theo tài liệu thống kê nhiều năm thì
độ ẩm tương đối trung bình nhiều năm tại Hà Nội là 85%, giá trị lớn nhất có thể trên 90% vào các
tháng mưa phùn.
Bảng 2-1: Độ ẩm tương đối R(%) của không khí bình quân tháng tại vị trí quan trắc
Trạm Tháng Năm
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Lạng sơn 78 81 84 83 81 82 84 83 84 80 78 78 82
Đình Lập 78 82 85 85 83 86 86 88 85 80 78 77 83
3. Độ thiếu hụt bão hoà.
Độ thiếu hụt bão hoà (d) được tính bằng d=E-e, đơn vị cũng dùng là mmHg hoặc mb. Độ
thiếu hụt bão hoà cũng là một đại lượng biểu thị mức độ bão hoà hơi nước trong không khí. Độ
thiếu hụt bão hoà lớn thì độ ẩm tương đối của không khí nhỏ và ngược lại.
2.2.4. Gió
Gió là sự chuyển động của không khí theo chiều nằm ngang. Gió là nhân tố ảnh hưởng nhiều
nhất tới mưa và bốc hơi. Gió vận chuyển hơi nước từ nơi này đến nơi khác làm tăng khả năng bốc
hơi và làm thay đổi độ ẩm không khí, gây các nhiễu động và là nguyên nhân của mưa. Hai đặc
trưng quan trọng của gió là tốc độ gió và hướng gió.
19
Tốc độ gió tính theo đơn vị m/s và được chia ra làm 12 cấp theo bảng (2-3). Tốc độ gió được
đo bằng các thiết bị đo như cột đo gió (còn được dùng để đo hướng gió), máy đo gió kiểu cốc
quay v v.
Hướng gió phân ra làm 16 hướng chính, kí hiệu bằng các chữ cái đầu tên phương hướng: B
(Bắc), N (Nam), Đ (Đông), T (Tây), ĐB (Đông Bắc), ĐN (Đông Nam), ĐĐB (Đông Đông Bắc)
Bảng 2-2: Hướng gió thịnh hành và tốc độ gió trung bình trong các tháng tại Hà Nội

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
Hướng gió ĐB ĐB ĐN ĐN ĐN ĐN ĐN ĐN TB TB BĐB B
Tốc độ gió
(m/s)
2,8 2,9 2,8 3,0 3,0 2,6 2,3 2,3 2,4 2,2 2,4 2,4 2,6
Khi thiết kế công trình xây dựng người ta quan tâm đến hướng gió thịnh hành và tốc độ gió
lớn nhất của hướng gió thịnh hành đó. Hướng thịnh hành của gió trong một khoảng thời gian nào
đó là hướng mà tổng số ngày gió của hướng đó lớn hơn so với những hướng còn lại.
2.2.5. Bão
Bão là khu vực gió xoáy rất mạnh bao trùm trên một vùng rộng lớn. ở trung tâm bão (còn gọi
mắt bão) khí áp thấp còn ở rìa bão khí áp cao hơn. Građien khí áp ở trung tâm đặc biệt lớn, làm
cho không khí từ vành ngoài chuyển vào trung tâm rất mạnh hình thành xoáy trôn ốc theo hướng
đi lên. Tốc độ gió có thể đạt đến cấp 12 hoặc trên cấp 12, ở vùng trung tâm bão có tốc độ gió rất
nhỏ có thể chỉ cấp 0, nhưng ngay tại rìa của tâm bão thì tốc độ gió lại rất lớn và giảm dần khi
càng ra xa tâm bão. Bão thường đổ bộ vào nước ta rải rác từ tháng 7 đến tháng 11 hàng năm.
Bảng 2-3: Bảng cấp gió Bô-pho (Beaufort-Scale, năm 1805)
Cấp
gió
Tốc độ
gió (m/s)
Hiện tượng trên mặt biển Hiện tượng trên măt đất
0
1
2
3
4
5
6
Dưới 0,3
0,3-1,5

1,6-3,3
3,4-5,4
5,5-7,9
8,0-10,7
10,8-13,8
- Yên lặng.
- Thuyền đánh cá hơi chòng
chành.
- Thuyền buồm mỗi giờ có thể đi
được 2,3 hải lý/giờ.
- Thuyền buồm hơi bị lắc, tốc độ
3÷4 hải lý/giờ.
- Thuyền buồm nếu căng toàn
buồm, sẽ nghiêng về một bên.
- Thuyền cá phải thu hẹp buồm.
- Thuyền cá phải thu hẹp buồm
- Khói lên thẳng đứng.
- Khói hơi bị lệch nhưng khí cụ chỉ
hướng gió chưa bị quay.
- Mặt người cảm thấy có gió, lá cây
rơi xào xạc. Khí cụ chỉhướng gió
chuyển động.
- Lá và cành cây nhỏ bị lay động
không ngừng. Lá cờ mở ra.
- Gió bụi và vụn giấy bay lên. Cành
cây nhỏ bị lắc.
- Cây nhiều lá bị lay động. Sóng
nhỏ trên hồ nội địa.
- Cành cây lớn lay động, dây
20

7
8
9
10
11
12
13,9-17,1
17,2-20,7
20,8-24,4
24,5-28,4
28,5-33,5
Trên 33,5
nữa. Lúc đánh cá cần chú ý
nguy hiểm.
- Thuyền cá về nghỉ ở cảng,
thuyền ngoài khơi thả neo.
- Thuyền cá ở trong cảng không ra
biển nữa.
- - nt -
- - nt -
- - nt -
- - nt -
điện kêu vi vu, khó mở dù.
- Toàn cây lay động, người đi
cảm thấy có lực cản.
- Cành cây nhỏ bị gẫy, người
cảm thấy lực cản mạnh.
- ống khói có thể bị gẫy.
- Trên mặt đất ít khi có, cành
cây bị gẫy.

- Trên mặt đất rất ít, tổn thất
nhiều.
- - nt -
2.2.6. Mưa
2.2.6.1. Khái niệm về mưa
Mưa là hiện tượng nước ở thể lỏng hoặc thể rắn từ các tầng khí quyển rơi xuống bề mặt đất.
Mưa chính là hiện tượng không khí ẩm vì một nguyên nhân nào đó mà lạnh đi xuống dưới điểm
sương (Điểm sương là nhiệt độ lúc hơi nước trong không khí đạt tới trạng thái bão hoà) và nhờ
các hạt bụi trong không khí tạo điều kiện cho phần hơi nước quá bão hoà mau chóng ngưng kết
lại thành hạt, các hạt đó không ngừng lớn dần lên đến khi trọng lượng của nó thắng được lực ma
sát của tầng khí quyển và tốc độ các luồng không khí đi lên mà rơi xuống thành mưa. Mưa được
hình thành từng đợt, mỗi đợt được coi là một trận mưa.
Nguyên nhân làm khối không khí lạnh đi xuống dưới điểm sương có thể là:
- Do khối không khí ẩm và nóng đi qua mặt đệm lạnh;
- Do không khí bức xạ mà mất nhiệt;
- Do sự xáo trộn hai khối không khí đã bão hoà hoặc gần bão hoà có nhiệt độ khác nhau;
- Nhưng quan trọng nhất là khi khối không khí bốc lên cao do áp suất xung quanh giảm đi
rất nhanh theo chiều cao làm cho thể tích khối không khí đó nở ra và sinh công. Năng lượng sản
ra công đó lấy ngay trong bản thân khối không khí, vì vậy mà nhiệt độ giảm đi.
21
2.2.6.2. Phân loại mưa
Hình 2-6: Các loại mưa
a) Mưa đối lưu; b) Mưa địa hình; c) Mưa frông lạnh và mưa frông nóng; d) Mưa bão.
Theo tính chất của mưa người ta phân thành 3 loại sau: mưa rào, mưa dầm, mưa phùn.
Căn cứ vào nguyên nhân làm khối không khí thăng lên cao có thể chia làm 5 loại sau:
- Mưa đối lưu
- Mưa địa hình
- Mưa gió xoáy
- Mưa frông lạnh- Mưa frông nóng
- Mưa bão

2.2.6.3. Lượng mưa và cường độ mưa
a. Lượng mưa
22
Lượng mưa là lớp nước mưa rơi trong một thời đoạn nào đó, đơn vị là mm. Lượng mưa quan
trắc được trong một trận mưa gọi là lượng mưa trận, trong một ngày đêm gọi là lượng mưa ngày,
nếu thời đoạn tính toán là một tháng, một năm ta có tương ứng lượng mưa tháng và lượng mưa
năm.
b. Cường độ mưa:
Cường độ mưa là lượng mưa rơi trong một đơn vị thời gian, đơn vị tính thường dùng là
mm/phút hoặc mm/h.
2.2.6.4. Phương pháp tính lượng mưa bình quân lưu vực
Tài liệu đo được ở trạm đo mưa chỉ cho ta biết được lượng mưa ở một điểm. Trên những lưu
vực nhỏ, trạm quan trắc đặt tại địa điểm thích hợp có thể coi lượng mưa trạm đo này đại biểu cho
lượng mưa bình quân toàn lưu vực. Ở lưu vực tương đối lớn thì lượng mưa đo được ở các trạm
thường khác nhau, lúc đó muốn tính lượng mưa bình quân toàn lưu vực có thể dựa vào tài liệu
quan trắc mưa của các trạm đo mưa trên lưu vực (kể cả các trạm đo nằm sát lưu vực nghiên cứu).
Sau đây là một số phương pháp thường dùng để tính lượng mưa bình quân toàn lưu vực.
a- Phương pháp bình quân số học
Theo phương pháp này, lượng mưa bình quân trên lưu vực được tính theo công thức:

Χ Χ=
=
∑
1
1
n
i
i
n
(2-16)

Trong đó: X
i
là lượng mưa của trạm thứ i, n là số trạm đo mưa tính toán.
Phương pháp này thích hợp đối với những lưu vực có nhiều trạm đo mưa và được bố trí ở
những vị trí đặc trưng.
b- Phương pháp đa giác Thiessen
Cơ sở của phương pháp là coi lượng mưa đo được ở một vị trí nào đó trên lưu vực chỉ đại
diện cho lượng mưa của một khu vực nhất định quanh nó. Diện tích của khu vực đó được khống
chế bởi các đường trung trực của các đoạn thẳng nối liền các trạm với nhau.
Cách làm cụ thể như sau: Nối các trạm đo mưa trên bản đồ thành những tam giác sao cho các
cạnh của các tam giác đó không cắt nhau. Sau đó vẽ đường trung trực của các tam giác đó, các
đường này tạo thành những đa giác (hình 2-7). Lượng mưa của trạm đo nằm trong mỗi đa giác là
lượng mưa bình quân của phần diện tích thuộc đa giác đó. Khi đó lượng mưa bình quân toàn lưu
vực
Χ
được tính theo công thức:

)
n
1i
F
i
f(
n
1i
i
X
i
f
Χ

∑
=
=
∑
=
=
(2-17)
Trong đó: X
i
là lượng mưa của trạm đo thứ i, đại diện cho lượng mưa bình quân của đa giác
có diện tích f
i
; F là diện tích của toàn bộ lưu vực; X
i
tính bằng mm, f
i
và F tính bằng km
2
; n là số
trạm đo mưa.
23
1600
2100
2000
1900
1800
1700
2200
1635
1710

1780
1840
1950
1975
2 2150
Hình 2-8: Sơ đồ đường đẳng trị mưa
Hình 2-7: Sơ đồ tính mưa bình quân lưu vực theo phương pháp đa giác Thiessen với 4 điểm
đo mưa 1, 2, 3, 4
Phương pháp này chỉ ứng dụng được khi số trạm đo mưa dùng để tính cho lưu vực ≥3. Mặt
khác, các trạm đo mưa cũng cần phân bố đều trên lưu vực thì lượng mưa bình quân tính toán mới
có độ chính xác cao. Chú ý rằng, các trạm đo mưa được chọn để lập các tam giác có thể nằm
ngoài lưu vực nhưng phải là các trạm đo nằm ở vị trí không xa so với đường phân lưu của lưu
vực.
c- Phương pháp đường đẳng trị
Đường đẳng trị mưa là đường cong nối liền các điểm trên bản đồ có lượng mưa bằng nhau.
Các đường đẳng trị mưa được vẽ trên một vùng lãnh thổ rộng lớn trên cơ sơ các tài liệu đo mưa
trên toàn lãnh thổ, trong đó có chứa lưu vực nghiên cứu (hình 2-8). Lượng mưa bình quân lưu vực
Χ
được tính theo công thức sau:
)
n
1i
F
i
f(
n
1i
)
2
1i

Χ
i
Χ
(
i
f
∑
=
=
∑
=
+
+
=Χ
(2-18)
Trong đó: X
i
là giá trị lượng
mưa của đường đẳng trị thứ i trong
phạm vi lưu vực, tính bằng mm; F
là diện tích của toàn bộ lưu vực; f
i
là diện tích bộ phận của lưu vực
nằm giữa hai đường đẳng trị liên
tiếp thứ i và i+1 và đường phân
lưu của lưu vực ; f
i
và F tính bằng
km
2

; n là số mảnh diện tích bộ
phận của lưu vực. Kết quả tính
theo phương pháp này có nhiều ưu
điểm so với các phương pháp trên do khắc phục được những trường hợp mà sự phân bố của các
trạm đo mưa trên lưu vực nghiên phân bố không đều và không đặc trưng, đặc biệt là những
24
f
1
f
3
f
2
f
4
2
1
3
4
210 mm
250 mm
320 mm
310 mm
• Điểm đo mưa Cạnh tam giác nối các điểm đo mưa
Đường phân lưu Các đuờng trung trực
trường hợp mà trên lưu vực nghiên cứu không có trạm đo mưa. Tuy nhiên, do phải xây dựng bản
đồ đẳng trị mưa nên khối lượng tính toán lớn.
Các phương pháp tính lượng mưa bình quân lưu vực được sử dụng trong tính toán lượng
mưa thời đoạn, mưa trận, mưa ngày, vài ngày, tháng, mùa, năm và trung bình nhiều năm.
2.2.7. Bốc hơi
2.2.7.1. Khái niệm về bốc hơi

Bốc hơi là hiện tượng bốc thoát hơi nước từ mặt nước, mặt đất hoặc từ lá cây. Đại lượng
biểu thị bốc hơi thường dùng là lượng bốc hơi ký hiệu là Z, được tính bằng bề dày lớp nước bị
bốc hơi trong thời đoạn nào đó, đơn vị là mm. Quy luật về sự thay đổi của lượng bốc hơi theo
thời gian được gọi là chế độ bốc hơi.
2.2.7.2. Các loại bốc hơi
a. Bốc hơi mặt nước
Bốc hơi mặt nước là bốc hơi trực tiếp từ mặt thoáng của nước. Bốc hơi mặt nước chịu ảnh
hưởng của nhiều loại nhân tố khác nhau, nhưng chủ yếu là các nhân tố khí tượng như: Độ thiếu
hụt bão hoà, nhiệt độ, tốc độ gió Nhiệt độ mặt nước càng cao bốc hơi càng nhiều, gió thổi làm
tăng độ thiếu hụt bão hoà do đó làm tăng khả năng bốc hơi. Ngoài các nhân tố trên bốc hơi mặt
nước còn phụ thuộc vào đặc tinh hoá lý của nước (tốc độ bốc hơi của nước mặn nhỏ hơn nước
ngọt ).
b- Bốc hơi mặt đất: Bốc hơi mặt đất là bốc hơi trực tiếp từ mặt đất. Hiện tượng bốc hơi mặt
đất diễn ra phức tạp hơn nhiều so với bốc hơi mặt nước. Ngoài các yếu tố khí tượng (nhiệt độ, độ
thiếu hụt bão hoà, gió) các yếu tố khác như: tính chất vật lý của đất, trạng thái mặt đất, địa hình,
v.v cũng đều ảnh hưởng tới quá trình bốc hơi mặt đất.
c- Bốc hơi qua lá cây: Thực vật trong quá trình sinh trưởng hút nước từ dưới đất lên, một
phần tham gia vào việc tạo thành các tế bào thực vật, một phần sẽ bốc hơi qua các khí khổng rất
nhỏ trên mặt lá cây, nên còn gọi là thoát hơi thực vật. Các nhân tố chính ảnh hưởng đến bốc hơi
lá cây: Nhiệt độ, ánh sáng, loài thực vật và độ ẩm của đất.
Quá trình bốc hơi từ mặt đất và bốc thoát hơi nước từ thảm thực vật được gọi gộp chung là
quá trình bốc hơi mặt đất.
d. Bốc hơi lưu vực: Lượng bốc hơi trên lưu vực là lượng bốc hơi tổng hợp trên bề mặt lưu
vực bao gồm lượng bốc hơi từ hồ ao, đầm lấy, bốc hơi mặt đất và bốc hơi qua lá. Trong thực tế,
không thể đo được lượng bốc hơi lưu vực mà chỉ có thể tính được thông qua phương trình cân
bằng nước.
2.3. Ảnh hưởng của yếu tố mặt đệm đến sự hình thành dòng chảy sông ngòi
Các đặc tính của lưu vực sông bao gồm đặc điểm địa hình, lớp phủ thực, điều kiện địa chất
thổ nhưỡng, độ dốc lưu vực, ao hồ đầm lầy v v ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành dòng chảy
sông ngòi gọi chung là các yếu tố mặt đệm.

Đặc điểm địa hình của lưu vực gián tiếp ảnh hưởng đến các yếu tố khí tượng như lượng
mưa, hướng và tốc độ gió, nhiệt độ không khí và do đó sẽ ảnh hưởng đến lượng dòng chảy và chế
độ dòng chảy trên lưu vực.
25