BÀI GIẢNG MÔN HỌC THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG pptx

• Số lượng là đặc trưng biểu thị mức độ phong phú của tài nguyên nước trên một lãnh thổ; • Chất lượng nước bao gồm các đặc trưng về hàm lượng các chất hoà tan hoặc không hoà tan trong nư

- oOo -

BÀI GIẢNG MÔN HỌC THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG ENVIRONMENTAL HYDROLOGY

Biên soạn:

LÊ ANH TUẤN, PhD

Cần Thơ, 2008

LỜI MỞ ĐẦU VÀ GIỚI THIỆU

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU VÀ GIỚI THIỆU ii

MỤC LỤC ii

Danh sách hình iv

Danh sách bảng v

Chương 1 NHẬP MÔN – THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG 7

1.1 Đặc trưng của môi trường nước 7

1.1.1 Định nghĩa và tính chất của nước 7

1.1.2 Môi trường nước 8

1.1.3 Vai trò của nước trong cuộc sống 8

1.2 Giới thiệu môn học Thủy văn môi trường 9

1.3 Đặc điểm của hiện tượng thủy văn 10

1.4 Phương pháp nghiên cứu 11

1.5 Lịch sử môn học 13

1.6 Mạng lưới khí tượng thủy văn ở Việt Nam 14

Chương 2 TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI 15

1.1 Các thể chứa nước trên trái đất 15

1.1.1 Nước trong khí quyển 15

1.1.2 Nước trong thủy quyển 15

1.1.3 Nước trong địa quyển 15

1.1.4 Nước trong sinh quyển 15

1.2 Chu trình thủy văn 16

1.2.1 Chu trình thủy văn 16

1.2.2 Minh họa chu trình thủy văn 16

1.3 Phân phối nước trên trái đất 17

1.3.1 Các số liệu về lượng nước trên trái đất 17

1.3.2 Nhận xét sự phân phối nước trong thiên nhiên 19

1.3.3 Vấn đề sử dụng nguồn nước 20

1.4 Bảo vệ môi trường nước 21

Chương 3 CÁC YẾU TỐ KHÍ HẬU ẢNH HƯỞNG ĐẾN DÒNG CHẢY 23

3.1 Mưa 23

3.1.1 Sự giáng thủy và mưa 23

3.1.2 Sự hình thành mưa 23

3.1.3 Tính toán lượng mưa bình quân 25

3.2 Ấm độ không khí 28

3.2.1 Các đặc trưng của ẩm độ không khí 28

3.2.2 Sự thay đổi độ ẩm không khí theo thời gian 30

3.3 Bốc hơi 30

3.3.1 Định nghĩa 30

3.3.3 Chế độ bốc hơi và nhân tố ảnh hưởng đến bốc hơi 31

3.4 Gió, bão 32

3.4.1 Sự hình thành gió 32

3.4.2 Các đặc trưng của gió 32

3.4.3 Các loại gió 35

3.4.4 Dông 37

3.3.5 Bão tố 38

Chương 4 LƯU VỰC SÔNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC 44

4.1 Hệ thống sông ngòi 44

4.2 Lưu vực sông và các đặc trưng của sông 46

4.2.1 Lưu vực sông 46

4.2.2 Sự hình thành dòng chảy sông ngòi 47

4.2.3 Các đặc trưng hình học của lưu vực 48

4.2.3.1 Diện tích lưu vực 48

4.2.3.2 Chiều dài sông chính và chiều dài lưu vực 48

4.2.3.3 Chiều rộng bình quân lưu vực 49

4.2.3.4 Hệ số hình dạng lưu vực 49

4.2.3.5 Độ cao bình quân lưu vực 49

4.2.3.6 Độ dốc bình quân lưu vực J 50

4.2.3.7 Mật độ lưới sông 50

4.2.4 Các đặc trưng biểu thị dòng chảy 51

4.2.4.1 Lưu lượng nước 51

4.2.4.2 Tổng lượng dòng chảy 52

4.2.4.3 Độ sâu dòng chảy 52

4.2.4.4 Module dòng chảy 52

4.2.4.5 Hệ số dòng chảy 52

4.3 Phương trình cân bằng nước 53

4.3.1 Nguyên lý 53

4.3.2 Phương trình cân bằng nước thông dụng 53

4.3.3 Phương trình cân bằng nước của lưu vực kín và hở trong thời đoạn bất kỳ 54 4.3.3.1 Lưu vực kín 54

4.3.3.2 Lưu vực hở 54

4.3.4 Phương trình cân bằng nước trong nhiều năm 54

4.4 Các hoạt động của con người ảnh hưởng đến cân bằng nước khu vực 55

Chương 5 THỦY TRIỀU VÀ SỰ XÂM NHẬP MẶN VÙNG CỬA SÔNG 57

5.1 Khái niệm về vùng cửa sông 57

5.1.1 Vùng ven biển ngoài cửa sông 57

5.1.2 Vùng cửa sông 57

5.1.3 Vùng trên cửa sông 57

5.2 Thuỷ triều 58

5.2.1 Định nghĩa thuỷ triều 58

5.2.2 Phân loại thuỷ triều 59

5.2.2.1 Bán nhật triều đều 59

5.2.2.2 Bán nhật triều không đều 59

5.2.2.3 Nhật triều đều 60

5.2.2.4 Nhật triều không đều 60

5.2.3 Nguyên nhân gây ra thuỷ triều 62

5.3 Đặc tính thủy văn vùng cửa sông có thủy triều 63

5.3.1 Hiện tượng thuỷ triều ở cửa sông 63

5.3.2 Sự thay đổi mực nước cửa sông chịu ảnh hưởng triều 64

5.4 Sự xâm nhập mặn vào cửa sông 64

5.4.1 Hiện tượng xâm nhập mặn 64

5.4.2 Môi trường nước vùng cửa sông 66

Chương 6 CHẾ ĐỘ THỦY VĂN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 67

6.1 Giới thiệu 67

6.2 Hệ thống Mekong 67

6.3 Điều kiện tự nhiên vùng ĐBSCL 70

6.4 Đặc điểm khí hậu vùng ĐBSCL 73

6.5 Đặc điểm chế độ thủy văn vùng ĐBSCL 76

6.5.1 Mạng lưới sông và kênh 76

6.5.2 Đặc điểm chế độ thủy văn 78

6.5.3 Phân phối dòng chảy 80

6.5.4 Nước ngầm vùng ĐBSCL 82

6.5.5 Bùn cát trong sông Cửu Long 83

6.6 Thủy triều và sự truyền triều vào sông Cửu Long 84

6.6.1 Thủy triều vùng ven biển ĐBSCL 84

6.6.2 Sự truyền triều vào sông Cửu Long và bán đảo Cà Mau 84

Danh sách hình Hình 1.1 Quan hệ môn học với các chuyên ngành 10

Hình 1.2 Minh họa các quan hệ hình thành dòng chảy 11

Hình 1.3 Các phương pháp nghiên cứu thủy văn 12

Hình 1.4 Mạng thông tin khí tượng 14

Hình 2.1 Minh họa chu trình thủy văn trên trái đất 16

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống của chu trình thủy văn 17

Hình 2.3 Minh họa chiều dày lớp nước trong chu trình thủy văn 18

Hình 2.4 Đặc trưng phân phối chính về lượng nước ở dạng tĩnh và động trên trái đất 18

Hình 2.5 Sơ đồ Hệ thống nguồn nước trong Qui hoạch nguồn nước 21

Hình 2.6 Minh họa quan hệ 3E 22

Hình 2.7 Minh họa sự tương quan việc quản lý nước với các yếu tố khác nhau 22

liên quan đến môi trường, Klemes (1973) 22

Hình 3.1 Mưa địa hình 23

Hình 3.2 Mưa đối lưu 24

Hình 3.4 Sự thay đổi lượng mưa bình quân tháng các trạm 25

Hình 3.5 Ví dụ tính lượng mưa bình quân với 3 phương pháp khác nhau 27

Hình 3.6 Các loại nhiệt kế ẩm kế đặt trong trạm đo khí tượng 29

Hình 3.7 Thùng đo bốc hơi loại A 30

Hình 3.8 Thay đổi lượng bốc hơi trung bình tháng (mm) tại Cần Thơ và Sóc Trăng 31

Hình 3.9 Nguyên nhân sinh ra gió 32

Hình 3.10 Hướng gió quy ước theo độ 32

Hình 3.11 Hướng gió 33

Hình 3.12 Đo tốc độ và hướng gió 33

Hình 3.13 Gió hành tinh 35

Hình 3.14 Sự chênh lệch áp suất gây nên các luồng gió từ đất liền ra biển 35

Hình 3.15 Gió đất, Gió biển 36

Hình 3.16 Hướng gió về đêm ở một thung lũng dưới sườn núi 36

Hình 3.17 Gió địa hình (gió foehn) 37

Hình 3.20 Hình dạng và vị trí các loại mây khác nhau 40

Hình 3.12 Đo mưa 41

Hình 4.1 Các dạng phân bố sông nhánh trong một lưu vực sông 44

Hình 4.2 Một dạng phân bố sông giữa hình cành cây và hình lông chim 44

Hình 4.3 Hệ thống sông Mekong 45

Hình 4.4 Sự phân cấp các nhánh sông 45

Hình 4.5 Lưu vực sông và khái niệm đường phân nước 46

Hình 4.6 Lưu vực sông với các đường đồng cao độ 47

Hình 4.7 Định diện tích lưu vực bằng phương pháp phân ô vuông 48

Hình 4.8 Cách xác định chiều dài sông và chiều dài lưu vực 48

Hình 4.9 Hình dạng của lưu vực ảnh hưởng đến khả năng tập trung nước lũ 49

Hình 4.10 Xác định độ cao bình quân lưu vực bằng đường đồng mức 50

Hình 4.11 Mật độ lưới sông cho biết sự phong phú của nguồn nước của lưu vực 51

Hình 4.12 Lưu tốc kế kiểu cá sắt 51

Hình 4.13 Tổng quát hóa phương trình cân bằng nước 53

Hình 4.14 Minh họa các giá trị trong phương trình cân bằng nước thông dụng 54

Hình 4.15 Hoạt động của con người làm ô nhiễm nước trong chu trình thuỷ văn 56

Hình 4.16 Quá trình đô thị hoá làm thay đổi lượng chảy tràn và thấm rút 56

Hình 5.1 Khu vực cửa sông 57

Hình 5.2 Diễn biến một con triều trong một ngày 58

Hình 5.3 Diễn biến thay đổi mực nước triều tháng (triều Biển Đông tháng 1/1982) 59

Hình 5.4 Bán nhật triều đều 59

Hình 5.5 Bán nhật triều không đều 60

Hình 5.6 Nhật triều đều 60

Hình 5.7 Triều ở Biển Tây vùng ĐBSCL là dạng nhật triều không đều 61

Hình 5.8 Lực hút tương hỗ của mặt trăng và mặt trời tạo nên sự thay đổimực nước triều62 Hình 5.9 Hiện tượng xâm nhập mặn từ biển vào lòng sông vùng cửa sông 64

Hình 5.10 Hình dạng đường nêm mặn vùng tiếp giáp dòng triều và dòng sông 65

Hình 5.11 Phân bố vận tốc theo chiều sâu dòng sông chịu ảnh hưởng thủy triều 65

Hình 5.12 Nước ngầm ven biển và sự xâm nhập mặn vào tầng nước ngầm 66

Hình 6.1 Lưu vực sông Mekong 68

Hình 6.9 Phân bố dòng chảy kiệt tính toán theo mô hình triều bán nhật 80

Hình 6.10 Mực nước đỉnh lũ nhiều năm qua Tân Châu và Châu Đốc 82

Danh sách bảng Bảng 2.1: Phân phối nước trên trái đất (theo A J Raudkivi, 1979) 19

Bảng 2.2 Phân phối lượng nước ngọt trên lục địa 19

Bảng 2.3 Cân bằng nước (mm/năm) các đại dương 19

Bảng 3.1 Bảng cấp gió (Beaufort Scale) 34

Bảng 5.1 Thủy triều ở một số cảng chính ở Việt Nam 61

Bảng 6.1 Lưu vực Mekong qua 4 quốc gia duyên hà 70

Bảng 6.2 Thống kê hiện trạng canh tác lúa toàn năm 1996 vùng ĐBSCL 70

Bảng 6.3 Tỉ lệ sử dụng ruộng đất nông nghiệp của ĐBSCL 73

Bảng 6.4 So sánh nhiệt độ trung bình tháng (t °C) một số trạm vùng ĐBSCL 73

Bảng 6.5 So sánh bốc hơi trung bình (mm/tháng) một số trạm vùng ĐBSCL 73

Bảng 6.6 So sánh ẩm độü trung bình tháng (%) một số trạm vùng ĐBSCL 74

Bảng 6.7 So sánh tốc độ gió trung bình tháng (m/s) một số trạm vùng ĐBSCL 74

Bảng 6.8 Tần suất xuất hiện thấp nhất đi qua trung và hạ lưu sông Mekong 74

Bảng 6.9 So sánh lượng mưa trung bình tháng (mm) một số trạm vùng ĐBSCL 75

Bảng 6.10 Lượng mưa gây úng ngập (mm) ở một số trạm vùng ĐBSCL 76

Bảng 6.11 Một số đặc trưng mặt cắt những kênh chính vùng ĐBSCL 78

Bảng 6.13 Khoáng vi lượng trong nước sông Mekong 83

Bảng 6.14 Biên độ triều trên sông Cửu Long 85

Bảng 6.15 Biên độ triều trên sông vào mùa lũ 85

Chương 1 NHẬP MÔN – THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG

1.1 Đặc trưng của môi trường nước

1.1.1 Định nghĩa và tính chất của nước

Nước được xem như một tài nguyên quí giá và cần thiết cho sự sống Nước chi phối nhiều hoạt động của con người, thực và động vật và vận hành của thiên nhiên Theo định

nghĩa thông thường: " Nước là một chất lỏng thông dụng Nước tinh khiết có công thức

cấu tạo gồm 2 nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy, nước là một chất không màu, không mùi, không vị Dưới áp suất khí trời 1 atmosphere, nước sôi ở 100°C và đông đặc

ở 0°C, nước có khối lượng riêng là 1000 kg/m 3 " Khái niệm đơn giản về nước là như vậy,

nhưng đi sâu nghiên cứu, ta thấy nước có nhiều tính chất kỳ diệu bảo đảm cho sự sống được tồn tại và phát triển

• Nước là một dung môi vạn năng

Nước có thể hòa tan được rất nhiều chất, đặc biệt là các chất khoáng và chất khí cung cấp dinh dưỡng và giúp cho sự trao đổi chất trong cơ thể sinh vật

• Nước có nhiệt dung rất lớn

Nước có khả năng hấp thu rất nhiều nhiệt lượng khi nóng lên và đồng thời cũng tỏa ra nhiều nhiệt lượng khi lạnh đi Khả năng này giúp cho nhiệt độ ban ngày trên trái đất ít nóng hơn và ban đêm đỡ lạnh đi, giúp cho sự sống khỏi sự tiêu diệt ở mức chênh lệnh nhiệt độ quá lớn

• Nước rất khó bay hơi

Ở 20°C, muốn 1 lít nước bốc hơi phải tốn 539.500 calori Đặc tính này của nước đã cứu thoát sự sống khỏi bị khô héo nhanh chóng và giúp cho các nguồn nước không bị khô hạn, làm tiêu diệt các sinh vật sống trong nó

• Nước lại nở ra khi đông đặc

Khi hạ nhiệt độ xuống thấp dưới 4°C thì thể tích nước lại tăng lên Đến diểm đông đặc 0°C, thể tích nước tăng lên khoảng 9 % so với bình thường, làm băng đá nổi lên mặt nước Nước có nhiệt độ cao hơn sẽ chìm xuống đáy giúp các thủy sinh vật tồn tại và lớp băng đá - có tính dẫn nhiệt rất kém - trở thành chiếc áp giáp bảo vệ sự sống phía dưới nó

• Nước có sức căng mặt ngoài lớn

Nhờ có sức căng mặt ngoài lớn nên nước có tính mao dẫn mạnh Hiện tượng naỳ có một ý nghĩa rất lớn trong việc duy trì sự sống trên trái đất, nước từ dưới đất có thể thấm đến từng ngọn cây Trong cơ thể người và động vật, máu và dịch mô vận chuyển được đến các cơ quan nội tạng cũng nhờ khả năng mao dẫn của nước

• Nước có khả năng tự làm sạch

Nước trong quá trình vận chuyển của nó khắp nơi trong thiên nhiên còn có khả năng

tự làm sạch, loại bỏ một phần chất bẩn, tạo điều kiện cho môi trưòng sinh thái được cải thiện

1.1.2 Môi trường nước

Nước bảm đảm việc duy trì sự sống và phát triển của các loài thực và động vật Sự phong phú tài nguyên nước là tiền đề cho việc phát triển nông nghiệp, công nghiệp, thủy điện, giao thông vận tải, thủy hải sản và phát triển cư dân, Nước đồng thời cũng là một tai ương cho loài người và các sinh vật khác Nước là nguồn sống cho tất cả mọi sinh giới và

là một tài nguyên quan trọng của mỗi quốc gia Nước đóng vai trò then chốt trong việc điều hòa nhiệt độ trên trái đất Nước được sử dụng trong sinh hoạt, nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp, diêm nghiệp, thủy điện, giao thông vận tải,…

Tài nguyên nước trên trái đất được đánh giá bởi ba đặc trưng: lượng, chất lượng và động thái

• Số lượng là đặc trưng biểu thị mức độ phong phú của tài nguyên nước trên một lãnh thổ;

• Chất lượng nước bao gồm các đặc trưng về hàm lượng các chất hoà tan hoặc không hoà tan trong nước có lợi hoặc có hại theo tiêu chuẩn của đối tượng sử dụng;

• Động thái của nước được đánh giá bởi sự thay đổi các đặc trưng dòng chảy theo thời gian, sự trao đổi nước giữa các khu vực chứa nước, sự vận chuyển và quy luật chuyển động của nước trong sông, nước ngầm, các quá trình trao đổi chất hoà tan, truyền mặn,…

Môi trường nước được hiểu là môi trường mà những cá thể tồn tại, sinh sống và tương tác qua lại đều bị ảnh hưởng và phụ thuộc vào nước Môi trường nước có thể bao quát trong một lưu vực rộng lớn hoặc chỉ chứa trong một giọt nước Môi trường nước là đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành khoa học tự nhiên, kỹ thuật và cả kinh tế - xã hội

Trái đất của chúng ta thường xuyên chịu sự tác động của sự chuyển hóa của dòng khí quyển và thủy quyển tạo nên Chính các hoạt động tự nhiên này đã làm thay đổi đáng kể các tính chất khí hậu, dòng chảy, đất đai, môi trường tự nhiên và xã hội Con người đã chú tâm từ lâu ghi nhận, tìm hiểu, phân loại và đối phó với các diễn biến thời tiết, các thay đổi dòng chảy và các biến động môi trường để tổ chức xã hội, sản xuất, điều chỉnh cuộc sống và cải tạo điều kiện tự nhiên và phòng chống các thiên tai thảm họa có thể xảy

ra

1.1.3 Vai trò của nước trong cuộc sống

Nước là yếu tố hàng đầu quyết định sự tồn tại và phát triển của sinh giới Không có nước

sự sống lập tức bị rối loạn, ngưng lại và tiêu diệt

• Nước chiếm thành phần chủ yếu trong cấu tạo cơ thể thực và động vật Con người

có khoảng 65 - 75 % trọng lượng nước trong cơ thể, đặc biệt nước chiếm tới 95 % trong huyết tương, cá có khoảng 80 % nước trong cơ thể, cây trên cạn có 50 - 70

% nước, trong rong rêu và các loại thủy thực vật khác có 95 - 98 % là nước

• Muốn có thực phẩm cho người và gia súc cần có nước: muốn có 1 tấn lúa mì, cần

300 - 500 m3 nước, 1 tấn gạo cần tiêu thụ 1.500 - 2.000 m3 nước và để có 1 tấn thịt trong chăn nuôi cần tốn 20.000 - 50.000 m3 nước

• Lượng nước trên trái đất là một máy điều hòa nhiệt và làm cho cán cân sinh thái được cân bằng Sự sống thường tập trung ở các nguồn nước, phần lớn các nền văn minh, các trung tâm kinh tế, công nghiệp, nông nghiệp, khoa học kỹ thuật, văn hóa xã hội, dân cư, đều nằm dọc theo các vùng tập trung nước

• Sự thay đổi cán cân phân phối nước hoặc sự phá hoại nguồn nước có thể làm tàn lụi các vùng trù phú, biến các vùng đất màu mỡ thành các vùng khô cằn Trong những thập niên sắp tới, chiến tranh, xung đột giữa các quốc gia và các vùng khu vực có thể do nguyên nhân tranh giành tài nguyên nước quí báu này

1.2 Giới thiệu môn học Thủy văn môi trường

Thủy văn môi trường (Environmental hydrology) là môn học giới thiệu các tính chất, đặc

điểm nguồn nước, các diễn biến liên quan đến môi trường nước, phương pháp tính cân bằng tài nguyên nước trong hệ thống phục vụ cho các hoạt động sản xuất xã hội, và tiên lượng các hiện tượng vật lý xảy ra trong khí quyển và dòng chảy sông ngòi, cũng như ảnh hưởng qua lại của các hiện tượng này với nhau

Môn học Thủy văn môi trường rất cần thiết cho nhiều ngành trong xã hội như nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không, ngư nghiệp, y tế, v.v Các kế hoạch phát triển sản xuất, hình thành mở rộng đô thị, điều chỉnh cơ cấu nông thôn, bố trí dân cư điều cần phải có các dữ liệu diễn biến của tính chất khí tượng - thủy văn khu vực

Môn học này được biên soạn cho sinh viên các ngành khoa học môi trường, quản lý môi trường và tài nguyên thiên nhiên, kỹ thuật môi trường, kỹ thuật tài nguyên nước Mục tiêu của môn học là giúp cho sinh viên hiểu rõ các diễn biến phức tạp của thiên nhiên nhằm phòng, chống, tránh một phần thiên tai, giảm nhẹ các rủi ro trong cuộc sống sản xuất và cải tạo môi trường sinh sống

Môn học Thủy văn môi trường chuyên nghiên cứu các hiện tượng và quá trình vật lý diễn biến trên không trung và mặt đất Do vậy, môn học sẽ có liên quan đến một loại các môn khoa học tự nhiên như Toán học (hình học, giải tích, đại số, ), Vật lý (cơ học, nhiệt học, quang học, ), Hóa học (vô cơ, hữu cơ), Sinh học (thực vật, động vật học) và Tin học (xử

lý dữ liệu, đồ họa, GIS, ) Mặt khác, môn học này lại là môn cơ sở cho các chuyên ngành khác như sinh thái, quản lý tài nguyên, bào vệ môi trường, quy hoạch phát triển, kiến trúc, thủy lợi, giao thông vận tải, (hình 1.1)

Trong các dự án phát triển, phần đánh giá đặc điểm môi trường, khí tượng - thủy văn khu vực là một chương không thể thiếu trong lý luận thực tiễn

Hình 1.1 Quan hệ môn học với các chuyên ngành

1.3 Đặc điểm của hiện tượng thủy văn

Hiện tượng thủy văn là một quá trình rất phức tạp liên quan đến nhiều yếu tố khác nhau của tự nhiên Dòng chảy là kết quả tương tác của 3 nhân tố chính (hình 1.2):

1 Nhân tố khí tượng: như nhiệt độ, mưa, bốc hơi, gió, áp suất không khí, Yếu tố này

biến động lớn theo thời gian, xảy ra, diễn biến và chấm dứt nhanh, vừa mang tính chu

kỳ vừa mang tính ngẫu nhiên

2 Nhân tố mặt đệm: như diện tích khu vực, địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, lớp phủ thực

vật, Yếu tố này thay đổi chậm so với thời gian, mang tính qui luật của khu vực, của miền có điều khiện tương tự

3 Nhân tố con người: bao gồm tất cả các hoạt động do con người gây ra như xây dựng

các công trình thủy lợi, khai hoang mở rộng diện tích canh tác, xây dựng nhà máy công nghiệp, trồng hoặc phá rừng, Nhân tố này có thể thay đổi nhanh hoặc chậm,

có thể mang tính qui luật hoặc qui luật không rõ ràng tất cả tùy thuộc vào tính hình kinh tế - xã hội và các biến động của những quyết định chủ quan của con người Con người cũng là một nhân tố ảnh hưởng đến 2 nhân tố khí tượng và nhân tố mặt đệm

THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG

(MÔN HỌC CƠ SỞ)

CÁC CHUYÊN NGÀNH

NÔNG NGHIỆP – SINH THÁI - QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN –

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG - THỦY LỢI - QUY HOẠCH - V.V

CÁC MÔN CƠ BẢN

TOÁN HỌC - VẬT LÝ- HÓA HỌC - SINH HỌC - TIN HỌC - ĐỊA LÝ -

Hình 1.2 Minh họa các quan hệ hình thành dòng chảy

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Ba nhân tố hình thành dòng chảy như khí tượng, mặt đệm và con người, do vậy các hiện tượng thủy văn đều mang cả 2 tính chất: tính ngẫu nhiên và tính tất định Hiện nay, có 3 phương pháp chính trong nghiên cứu thủy văn học: (a) phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành, (b) phương pháp tổng hợp địa lý, (c) phương pháp thống kê xác suất

(a) Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành

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

(b) Phương pháp tổng hợp 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

+ v.v

(BIẾN ĐỔI CHẬM)

NHÂN TỐ CON NGƯỜI

+ CÔNG TRÌNH THỦY + CANH NÔNG

+ XD CÔNG NGHIỆP + v.v

(BIẾN ĐỔI ??? !!! ) DÒNG CHẢY

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỦY VĂN

PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP ĐỊA LÝ

PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ XÁC SUẤT

+ Quan hệ toán học + Mô hình toán + Mô hình vật lý

+ Phương pháp tương tự địa lý + Phương pháp nội suy địa lý + Phương pháp tham số địa lý tổng hợp PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH

+ Lý thuyết thống kê + Phân tích tần suất

• 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

(c) Phương pháp thống kê xác suất

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 qui 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

1.5 Lịch sử môn học

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 qui 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

Sự phát triển của xã hội loài người, công cuộc mở mang bờ cõi, phát triển sản xuất, con người càng lúc càng vươn xa hơn hơn nơi ở cố định ban đầu của mình và đã dần dần hình thành các bản ghi chép đầu tiên đặt nền móng cho ngành khoa học khí tượng thủy văn Người cổ Ai Cập đã biết tầm quan trọng của việc đo đạc, đánh dấu, ghi chép và tiên đoán các diễn biến dòng chảy trên sông Nile từ giai đoạn 1800 trước Công nguyên Tác phẩm

Brihatsamhita của Varahamihira (Ấn Độ, 505 - 587) đã mô tả các trạm đo mưa, hướng

gió và tiến trình phỏng đoán mưa Các tài liệu khảo cổ khác cũng cho thấy, các quan sát ghi chép về khí tượng - thủy văn đã tìm thấy ở Trung Quốc, Ai Cập, Ấn Độ, Hy Lạp và một số quốc gia khác từ thế kỷ thứ IV - V Đến thế kỷ thứ XV - XVI, người ta đã có các dụng cụ đo thời tiết tuy còn thô sơ nhưng cũng đánh dấu một bước tiến quan trọng của lịch sử ngành Thật sự đến thế kỷ XVII trở đi, các dụng cụ chính xác hơn và các nghiên cứu có tính hệ thống đã thực sự hình thành khoa học về khí tượng - thủy văn Van Te Chow (1964) đã phân chia lịch sử ngành học Khí tượng - Thủy văn ở Châu Âu ra làm 8 giai đoạn sau:

1 Giai đoạn suy đoán (speculation): trước năm 1400

2 Giai đoạn quan sát (observation): từ 1400 - 1600

3 Giai đoạn đo ghi (measurement): từ 1600 - 1700

4 Giai đoạn thực nghiệm (experimentation): từ 1700 - 1800

5 Giai đoạn hiện đại hóa (modernization): từ 1800 - 1900

6 Giai đoạn kinh nghiệm (empiricism): từ 1900 - 1930

7 Giai đoạn suy luận hóa (rationalization): từ 1930 - 1950

8 Giai đoạn lý thuyết hóa (theorization): từ 1950 - nay

Tại Việt nam, từ trước thế kỷ thứ 20 chưa tìm thấy các tài liệu ghi chép về khí tượng và thủy văn Tuy nhiên, lịch sử cũng đã chứng minh ông cha ta đã có những quan sát và phân tích các hiện tượng thời tiết và dòng chảy Ngô Quyền đã áp dụng qui 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 19 đến giữa thế kỷ 20, 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 1010 đến nay, hầu hết các khu vực đều có mạng lưới đo đạc khí tượng thủy văn

Ngày nay, các phương tiện vệ tinh, hệ thống máy tính nhanh và mạnh, các dụng cụ đo theo dõi thời tiết tự động kỹ thuật số đã giúp con người ngày càng hoàn thiện hơn trong công tác theo dõi, đánh giá và dự báo các diễn biến của thiên nhiên Ngành Khí tượng Nông nghiệp thế giới chính thức thành lập năm 1921, trụ sở tại Rome (Ý) Để phục vụ

sản xuất nông nghiệp hiệu quả, Tổ chức Khí tượng Nông nghiệp thế giới được đặt trong

Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp (Food and Agriculture Organization - FAO) dưới sự

hợp tác chuyên môn của Tổ chức Khí tượng Thế giới (World Meteorological

Organization - WMO) Đến nay, tổ chức WMO đã có đại diện và các trạm quan trắc, trao đổi số liệu ở nhiều nước và khu vực trên thế giới Tất cả các số liệu quan trắc và kết quả phân tích đều được lưu trữ Hệ thống ghi nhận số liệu và trao đổi có thể minh họa như hình 1.4 Môn học khoa học về khí tượng thủy văn đã được hình thành từ lâu và được giảng dạy trong hầu hết các trường đào tạo chuyên ngành về khoa học - kỹ thuật

Hình 1.4 Mạng thông tin khí tượng

1.6 Mạng lưới khí tượng thủy văn ở Việt Nam

Ở Việt Nam, cơ quan quản lý việc đo đạt, phân tích và nghiên cứu khí tượng thủy văn của

chúng ta là Tổng cục Khí tượng Thủy văn (Department of Meteorology and Hydrology)

Hiện nay, các tỉnh 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:

1 Đài KTTV vùng Tây Bắc, trụ sở tại thị xã Sơn La

2 Đài KTTV vùng Việt Bắc, trụ sở tại thành phố Việt Trì

3 Đài KTTV vùng Đông Bắc, trụ sở tại thành phố Hải Phòng

4 Đài KTTV vùng Trung du và Đồng bằng Bắc Bộ, trụ sở tại Hà Nội

5 Đài KTTV vùng Bắc Trung Bộ, trụ sở tại thành phố Vinh

6 Đài KTTV vùng Trung Trung Bộ, trụ sở tại thành phố Đà Nẵng

7 Đài KTTV vùng Nam Trung Bộ, trụ sở tại thành phố Nha Trang

8 Đài KTTV vùng Tây nguyên, trụ sở tại thị xã Pleyku

9 Đài KTTV vùng Nam Bộ, trụ sở tại thành phố Hồ Chí Minh

==========================================================

Chương 2 TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI

1.1 Các thể chứa nước trên trái đất

Nhìn từ vũ trụ về trái đất, ta có thể thấy nước hiện diện từ mọi phía Đại dương và biển đã chiếm hết 2/3 diện tích bề mặt trái đất, ngoài ra nước còn hiện diện ở các sông suối, ao

hồ, đầm lầy, trong đất đá, trong các mạch nước ngầm, trong không khí và cả trong cơ thể sinh vật nữa

Hành tinh chúng ta được gọi để chỉ trái đất và khoảng không gian dày chừng 80 - 90 km bao quanh Trong trái đất, nước tồn tại ở 4 quyển: khí quyển, thủy quyển, địa quyển và sinh quyển

1.1.1 Nước trong khí 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

1.1.2 Nước trong thủy quyển

Thủy quyển bao gồm đại dương, biển cả, sông ngòi, khe suối, ao hồ, đầm lầy, v.v kể cả các khối băng đá bao phủ ở hai cực của địa cầu Đây là quyển tích nhiều nước nhất Đại dương và biển cả chứa 1,37 tỷ km3 nước trãi ra trên 360 km2 diện tích, chiếm đến 70,8 % diện tích địa cầu Nước trong sông suối có khoảng 1.200 km3, trong các ao hồ trên 230.000 km3, thể tích khối băng trong 2 cực ước chừng 26 triệu km3, có chiều dày trung bình 2 - 3 km, nếu các khối bằng này tan ra sẽ làm mực nước biển dâng cao trên 60 m, diện tích biển và đại dương tăng thêm 1,5 triệu km2

1.1.3 Nước trong địa quyển

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 Lượng nước chứa trong địa quyển toàn bộ địa cầu có khoảng 64 triệu

km3, trong đó lượng nước trong đới trao đổi - từ mặt đất đến độ sâu 800 m - là khoảng 4 triệu km3 và lượng ẩm trong các lớp đất thổ nhưỡng ước chừng 80 ngàn km3

1.1.4 Nước trong sinh quyển

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 Lượng nước trong sinh quyển ước chừng 10.000 km3

1.2 Chu trình thủy văn

1.2.1 Chu trình thủy văn

Nước trong tự nhiên không ngừng tuần hoàn do tác dụng của năng lượng mặt trời và trọng lực trái đất 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 thànhcác 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 trái đất bay vào khí quyển, rồi từ hí quyển đổ vào đất lại tạo ra một chu trình khép kín, hình

thành vòng tuần hoàn nước trong thiên nhiên, ta gọi đó là chu trình thủy văn

(hydrological cycle) Chu trình thủy văn được minh họa ở hình 2.1 và 2.2 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

1.2.2 Minh họa chu trình thủy văn

Hình 2.1 Minh họa chu trình thủy văn trên trái đất

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống của chu trình thủy văn

1.3 Phân phối nước trên trái đất

1.3.1 Các số liệu về lượng nước trên trái đất

Rất khó có kết quả chính xác về lượng nước có trên trái đất, nhưng qua nhiều kết quả khảo sát, tính toán và suy diễn cho ta con số tổng lượng nước có trên hành tinh này ước chừng 1,4 - 1,8 tỷ km3 nước Khối lượng nước này chiếm chừng 1 % khối lượng trái đất Nếu đem rãi đều trên toàn bộ bề mặt địa cầu ta sẽ được một lớp nước dày vào khoảng 4.000 m và nếu đem chia đều cho mỗi đầu người hiện nay trên trái đất (trên 6 tỷ người) thì bình quân sẽ được xấp xỉ 30 triệu m3 nước/người

Các số liệu trên đây chỉ là các số liệu khái quát Thật sự, số liệu về sự phân phối nước trên trái đất lúc nào cũng biến động do trái đất luôn luôn vận động làm các điều kiện khí hậu như nhiệt độ, bức xạ, bốc thoát hơi, gió, … thay đổi làm khối lượng nước thay đổi Hình 2.3 và 2.4 cho thấy sự phân phối nước trên trái đất theo chiều dày lớp nước trong chu trình thủy văn Các bảng 2.1, bảng 2.2 và bảng 2.3 là các số liệu cho sự phân nước trên trái đất, trên lục địa và đại dương

BIỂN

VÀ ĐẠI DƯƠNG

BỨC XẠ MẶT TRỜI

KHÔNG KHÍ

CHẢY TRÀN MẶT

SỰ CHẢY LẪN CHẢY NGẦM

CHẢY TRONG SÔNG

MƯA

MƯA

LỚN

ĐỊA QUYỂN

Hình 2.3 Minh họa chiều dày lớp nước trong chu trình thủy văn

Hình 2.4 Đặc trưng phân phối chính về lượng nước ở dạng tĩnh và động trên trái đất

V là thể tích khối nước tính bằng km3 và T là thời gian tuần hoàn của nước

HỒ V=230x10 6 km 3 , T ≈ 10 năm

ĐỘ ẨM TRONG ĐẤT V= 75x10 6 km 3 , T ≈ 2-50 tuần

Bảng 2.1: Phân phối nước trên trái đất (theo A J Raudkivi, 1979)

TT NƠI CHỨA NƯỚC THỂ TÍCH

(Triệu m 3 )

DIỆN TÍCH (Triệu km 2 )

TỈ LỆ (%)

2 Nước ngầm

(Lượng nước đến 800 m)

64.000,0 (4.000,0)

Bảng 2.2 Phân phối lượng nước ngọt trên lục địa (theo Livovich, 1973)

Bảng 2.3 Cân bằng nước (mm/năm) các đại dương (theo K Subgramanya, 1994)

Đại dương Diện tích

(triệu km 2 )

Lượng mưa

1.3.2 Nhận xét sự phân phối nước trong thiên nhiên

1 Lượng nước trên trái đất tập trung chủ yếu ở đại dương và biển cả, chiếm đến

94% tổng lượng nước trên trái đất

2 Đa số lượng là nước mặn không sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp

và công nghiệp được Nước mặn có thể gây nghộ độc muối cho cơ thêí sinh vật và

gây ăn mòn các thiết bị kim loại trong công nghiệp

3 Lượng nước ngọt ở trong lòng đất và băng hà ở 2 cực là lượng nước ngọt khá tinh khiết, chiếm trên 1,6 % tổng lượng nước trên trái đất, tuy nhiên do xa nơi ở của loài người, vị trí thiên nhiên khắc nghiệt nên chi phí khai thác rất lớn

4 Con người và các loài thực và động vật khác tập trung chủ yếu ở khu vực sông ngòi nhưng lượng nước sông chỉ chiếm 0,0001 % tổng lượng nước, không đủ cho

cả nhân loại sử dụng trong sinh hoạt và sản xuất công nông nghiệp Ô nhiễm nguồn nước thường là ô nhiễm nước sông

5 Lượng nước mưa phân phối trên trái đất không đều và không hợp lý Tùy theo vị trí địa lý và biến động thời tiết, có nơi mưa quá nhiều gây lũ lụt, có nơi khô kiệt, hạn hán kéo dài

1.3.3 Vấn đề sử dụng nguồn nước

Con người chỉ mới khai thác được 0,017 % lượng nước có trên địa cầu Theo số liệu báo động của Liên hiệp quốc, hiện nay có trên 50 quốc gia trên thế giới đang lâm vào cảnh thiếu nước, đặc biệt nghiêm trọng ở các vùng Châu Phi, vùng Trung Đông, vùng Trung

Á, Châu Úc và cả ở các quốc gia phát triển như Mỹ, Pháp, Nhật, Đức, Singapore, v.v Lịch sử thế giới cũng đã ghi nhận có các cuộc xung đột giữa một số nước cũng như lãnh thổ vì muốn tranh giành nguồn nước Mỗi ngày trên thế giới cũng có hàng trăm người chết vì những nguyên nhân liên quan đến nước như đói, khát, dịch bệnh,

Các nhà khoa học - kỹ thuật trên thế giới đang làm hết sức mình để khai thác, bổ sung nhu cầu nước cho loài người Một số phương án táo bạo được đề xuất nhằm mục tiêu phân phối nguồn nước hợp lý như:

• Làm thủy lợi, thực hiện các kênh đào khổng lồ đưa nước vào hoang mạc, xây dựng các hồ chứa, tháo nước ở các vùng ngập úng, cải tạo các đầm lầy,

• Khai thác các nguồn nước ngầm

• Lọc, khử nước biển thành nước ngọt

• Vận chuyển các khối băng hà về dùng

Các công việc trên phục vụ cho kinh tế xã hội loài người và một lần nữa khẳng định vai trò của con người trong việc chinh phục thiên nhiên, hoặc hạn chế thiên tại, cải tạo thế giới Nguồn nước cần được hiểu như một nguồn tài nguyên quí giá cần phải được bảo vệ

và khai thác hợp lý Tùy vào vấn đề cần giải quyết, các nhà thủy học thường phải có một tập hợp các dữ liệu khu vực khảo sát, gồm:

• Các ghi nhận về thời tiết: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió,

• Chuỗi số liệu về lượng mưa

• Các số liệu về dòng chảy mặt đất

• Số liệu về bốc thoát hơi nước

• Tính chất thấm lọc của khu vực

• Đặc điểm nguồn nước ngầm

• Tính chất địa lý và địa chất khu vực khảo sát

Việc khai thác đúng mức và khoa học tài nguyên nước sẽ tạo thêm nhiều lương thực và thực phẩm cũng như của cải cho loài người Sự thiếu cân nhắc, quản lý kém trong khai thác có thể gây các hậu quả xấu về môi trường sinh thái Cần phải có một chương trình qui hoạch sử dụng nguồn nước khoa học, trong đó việc phân tích các tác động qua lại giữa các thành phần cấu thành hệ thống

Qui trình xem xét như hình 2.5 sau:

HỆ THỐNG NGUỒN NƯỚC

HỆ THỐNG TÀI NGUYÊN HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH HỆ THỐNG CÁC

Tài nguyên nước - Kho nước, các công trình - Sử dụng nước

cấp nước và đầu mối - Tiêu hao nước

Dạng: Đặc trưng: cải tạo môi trường - Bảo vệ và cải tạo

-Nước mặt - Lượng - Phòng lũ, chống úng môi trường

-Đại dương - Động thái

Đặc trưng cân bằng Hệ thống chỉ tiêu đánh giá Phương pháp đánh giá

- Lượng - Kinh tế - Phương pháp tối ưu

- Chất lượng - Chức năng - Phương pháp mô phỏng

- Động thái - Môi trường

Phương pháp xác định cân bằng hợp lý

Hình 2.5 Sơ đồ Hệ thống nguồn nước trong Qui hoạch nguồn nước

1.4 Bảo vệ môi trường nước

Nước cần thiết cho sự sống và hoạt động của con người Nhu cầu sử dụng đủ nước sạch cho ăn uống, sinh hoạt và sản xuất ngày càng gia tăng trước sự gia tăng dân số trên thế giới và nhu cầu phát triển toàn diện của nhân loại Sự tác động qua loại giữa nước, con người và tài nguyên sinh thái hiện nay đang bị đe dọa mất quân bình Các nguồn nước sử dụng hiện nay ít nhiều đều bị ô nhiễm với các mức độ khác nhau, nhiều nơi rất trầm trọng, đe dọa cuộc sống sức khoẻ con người, phá hoại sự cân bằng trong sinh giới Do đó, vấn đề bảo vệ môi trường nước hiện nay rất quan trọng và cấp bách, đòi hỏi sự quan tâm của tất cả mọi người trên hành tinh chúng ta Các dự án đầu tư thủy lợi hiện nay đều cần

phải được xem xét cẩn thận ở cả 3 khía cạnh cho cân đối (hay còn gọi là quan hệ 3E) là:

Kỹ thuật (Engineering), Kinh tế (Economic) và Môi trường (Environment)

Minh họa ở hình 2.6 cho thấy mối tương quan ấy Việc quản lý nước, các lãnh vực khoa học cơ bản, khoa học ứng dụng và các ngành sử dụng nứơc đều có mối quan hệ với nhau như trình bày ở hình 2.7

Hình 2.6 Minh họa quan hệ 3E

Hình 2.7 Minh họa sự tương quan việc quản lý nước với các yếu tố khác nhau

liên quan đến môi trường, Klemes (1973)

NGUỒN NƯỚC

NHU CẦU NƯỚC

SỐ LƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG NỨƠC

QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NỨƠC

CÁC NGÀNH KHOA HỌC KỸ THUẬT VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

Các họat động sử dụng nguồn nước:

CẤP NƯỚC – TƯỚI TIÊU – THỦY ĐIỆN – GIAO THÔNG – THỦY

SẢN – PHÒNG LŨ – XỬ LÝ Ô NHIỄM – SINH THÁI MÔI TRƯỜNG

Dòng thông tin Dòng phản hồi

Chương 3 CÁC YẾU TỐ KHÍ HẬU ẢNH HƯỞNG ĐẾN

DÒNG CHẢY 3.1 Mưa

3.1.1 Sự giáng thủy và mưa

Sự giáng thủy (precipitation) hay là sự ngưng kết hơi nước trong khí quyển là quá trình

nước từ thể hơi chuyển sang thể lỏng (mưa, sương) hoặc thể rắn (mưa đá, tuyết) và rơi xuống mặt đất Trong một khái niệm gần đúng ở nước ta, lượng giáng thủy và lượng mưa

rơi (rainfall) có giá trị gần như nhau Mưa là hiện tượng các hạt nước nước có từ sự ngưng tụ hơi nước trong mây và rơi xuống đất

Mưa là nguồn cung cấp nước ngọt chính trên thế giới và là yếu tố quan trọng nhất của sự hình thành dòng chảy sông ngòi ở nước ta Mưa cũng là đối tượng nghiên cứu cơ bản liên quan đến vấn đề khai thác tài nguyên nước và chống thiên tai như lũ lụt, hạn hán

3.1.2 Sự hình thành mưa

Mây (cloud) là một khối ẩm không khí tập hợp bởi sự bốc thoát hơi của nước Phần lớn

hơi nước bốc lên từ các đại dương và biển vùng nhiệt đới Một khối không khí ẩm ướt khi gặp lạnh sẽ có sự ngưng tụ hình thành mưa

(Xem Bài đọc thêm: "Sự hình thành và phân biệt các loại mây" ở cuối chương)

Có 3 tiến trình chính tạo nên sự làm lạnh, gây ra mưa:

• Do địa hình (nâng sơn: Orographic lifting)

Khi một khối không khí ẩm đang di chuyển gặp một dãy núi chận lại, khối khí sẽ bị nâng lên gây hiện tượng lạnh đi vì động lực (Hình 3.1) Hơi nước ngưng tụ gây mưa ở một nên

sườn dãy núi, bên kia lại khô Loại này gọi là mưa địa hình, rất đặc trưng ở khu vực

Trường sơn nước ta Mưa địa hình thường lớn và kéo dài

Hình 3.1 Mưa địa hình

Mưa

Địa hình cao Núi

Mây

Gió

• Do đối lưu (Convection)

Do sự gia tăng nhiệt độ trong mùa khô tạo nên sự bốc hơi nước mạnh mẽ, khối không khí

ẩm sát mặt đốt bị nâng lên cao gây hiện tượng mất nhiệt, hơi nước ngưng tụ gây mưa kèm sấm chớp (Hình 3.2)

Hình 3.2 Mưa đối lưu

• Do hội tụ (Convergence)

Khi có bão, các cơn gió hội tụ lại tạo ra các xoáy lớn (Cyclone) nâng không khí ẩm lên

cao và gây mưa lớn Đây là hiện tượng thường xảy ra ở nước ta trong mùa mưa Khi một khối không khí lạnh đang di chuyển gặp một khối không khí nóng và ẩm sẽ tạo ra một

vùng tiếp xúc gọi là front Khi khối không khí lạnh di chuyển vào vùng không khí nóng

sẽ tạo ra hiện tượng front lạnh và ngược lại khi một khối không khí nóng đi vào vùng không khí lạnh đứng yên hay di chuyển chậm sẽ tạo front nóng Mưa xảy ra ở mặt tiếp

xúc giữa khối không khí nóng và lạnh (Hình 3.3)

Hơi nước bốc cao

Mưa

Nhiệt độ thấp Mây

Khí nóng mặt tiếp xúc

Khí lạnh

(di chuyển chậm)

Mưa rơi front nóng

3.1.3 Tính toán lượng mưa bình quân

Lượng mưa trong một thời đoạn nào đó là chiều dày lớp nước mưa đo được tại một hay nhiều trạm đo mưa trong thời đoạn đó, lượng mưa có đơn vị tính là mm Dụng cụ để đo mưa gọi là thùng đo mưa (raingauge) được đặt giữa trời để đo mưa để đo lớp nước mưa rơi xuống đất (xem hình trong phần phụ lục) Có thể xác định lượng mưa bình quân khi

có 1 trạm hay nhiều trạm đo mưa

a Lượng mưa bình quân theo thời đoạn:

Trong thời đoạn 1 năm, 1 mùa, 1 tháng hay 1 tuần, lượng mưa bình quân của một trạm đo mưa được xác định theo công thức sau:

X

X n

tb

i i

n

= ∑=

trong đó : Xtb là lượng mưa bình quân, Xi là lượng mưa ở thời đoạn thứ i

n là số thời đoạn tính toán

Những năm liên tục có lượng mua Xi ≥ Xtb lập thành nhóm năm mưa nhiều, ngược lại là nhóm năm mưa ít Trong tính toán thủy nông, lưọng mưa bình quân tháng hay tuần có ý nghĩa nhiều hơn lượng mưa tính theo mùa hay năm (Hình 3.4)

Hình 3.4 Sự thay đổi lượng mưa bình quân tháng các trạm:

Cần Thơ (1949-1987),Rạch Giá (1960-1987) và Sóc Trăng (1977-1987)

b Phương pháp tính bình quân lưu vực

Lưu vực là phần diện tích mà lượng mưa rơi trên đó sẽ tập trung vào một hệ thống sông Phần lưu vực sẽ nói rõ hơn ở chương sau Trên một lưu vực có thể có nhiều trạm đo mưa các tính lượng mưa bình quân trên lưu vực như sau:

• Phương pháp bình quân số học (Arithmetical-Mean Method)

Phương pháp này sử dụng khi trạm đo mưa khá nhiều và đặt tương đối đồng đều trên lưu vực:

XX

n 1

• Phương pháp đa giác Thiessen (Thiessen Polygons Method)

Phương pháp này xem các điểm đo mưa tại một vị trí nào đó là đại diện cho lượng mưa chỉ ở khu vực nhất định chung quanh nó Khu vực này được khống chế bởi các đường trung trực nối liền các trạm với nhau

Trình tự vẽ và tính toán như sau:

+ Nối các trạm đo mưa trên bản đồ thành các tam giác,

+ Vẽ các đường trung trực của các tam giác đó thành các đa giác

+ Lượng mưa tại trạm đo mưa nằm trong mỗi đa giác sẽ đại diện cho lượng mưa trên phần diện tích đa giác đó

+ Đo diện tích từng đa giác

+ Lượng mưa bình quân lưu vực sẽ được tính theo công thức:

.Xf

1 i i

n 1 i

i i

trong đó: Xi là lượng mưa tại trạm thứ i đại diện cho mảng diện tích thứ i

n là số đa giác hoặc số trạm mưa

fi là diện tích của khu vực thứ i

F là diện tích khu vực tính bằng km2

• Phương pháp đường đẳng vũ (Isohyetal Method)

Đường đẳng vũ là đường cong nối liền các điểm có lượng mưa bằng nhau, các đường này được vẽ bằng cách nội suy khi trên vùng có nhiều trạm đo mưa

Lượng mưa bình quân tính theo công thức:

F2

XXfX

n 1 i

1 i i i bq

với fi là diện tích giữa 2 đuờng đẳng vũ có lượng mưa tương ứng là Xi và Xi+1

Hình 3.5 là một ví dụ cho cả trường hợp tính lượng mưa bình quân

Hình 3.5 Ví dụ tính lượng mưa bình quân với 3 phương pháp khác nhau

48.8 16.5

Diện tích

đa giác (km 2 )

% tổng diện tích (%)

Lượng mưa gia trọng (mm)

16.5 37.1 48.8 68.3 39.1 75.7 127.0 114.3

0.18 7.11 8.48 13.10 1.25 11.11 16.60 13.89

X = 71.76 mm

Phương pháp đường đẳng vũ Trị

đẳng vũ (mm)

Diện tích bao bọc (a) (km 2 )

Diện tích mưa thực (b) (km 2 )

Mưa trung bình (mm)

Thể tích mưa (3) x (4)

114.3

3.2 Ấm độ không khí

3.2.1 Các đặc trưng của ẩm độ không khí

Ẩm độ không khí (air humidity/ moisture) là lượng hơi nước chứa trong không khí tầng

không khí ở sát mặt đất lúc nào cũng có hơi nước: nước từ hồ ao, sông, biển, bốc hơi tỏa ra, thoát hơi nước từ sự hô hấp của thực và động vật và hơi nước từ các hoạt động công nghiệp, lò hơi phát ra Người ta dùng 3 đặc trưng sau để xác định độ ẩm không khí

• Áp suất hơi nước (e): còn gọi là sức trương hơi nước là phần áp suất do hơi nưóc chứa trong không khí gây ra và được biểu thị bằng milimét cột thủy ngân (mmHg) hoặc

milibar (mb):

1 mb = 10-3 bar = 102 N/m2 = 3/4 mmHg

Ở một nhiệt độ nhất định, áp suất hơi nưóc ứng với giới hạn tối đa của hơi nước trong không khí gọi là áp suất hơi nước bão hòa hay áp suất cực đại của hơi nước trong không khí và được ký hiệu là E, tính theo công thức:

t

t

E = × 242 +

6 , 7

10 1 ,

trong đó 6,1 là áp suất bão hòa ở nhiệt độ 0 °C

7,6 và 242 là các hệ số thực nghiệm

t là nhiệt độ không khí

• Độ ẩm tuyệt đối (a): còn gọi là mật độ hơi nước, là lượng nước có trong một đơn

vị thể tích không khí, đơn vị thường dùng là g/m3 hay g/cm3 Giữa độ ẩm tuyệt đối a và

áp suất hơi nước có mối liên hệ sau:

,

trong đó t là nhiệt độ không khí (t °C)

α là hệ số dãn nở của không khí, α = 0,0036

e là áp suất hơi nước đo bằng mmHg, trường hợp e tính bằng milibar thì

hệ số trước e (là 1,06) được thay bằng 0,8

+α t ≈ 1, nên trị số độ ẩm tuyệt đối a và áp suất hơi nước e gần bằng nhau

• Độ ẩm tương đối (R): là tỷ số giữa áp suất hơi nước ở trạng thái thực tế e với áp suất hơi nước ở trạng thái bão hòa E, trong cùng một nhiệt độ R thường được tính bằng

%:

R e E

Vì e ≤ E nên R% ≤ 100 % Trong nông nghiệp, ta thường sử dụng độ ẩm tương đối để chỉ

số lượng hơi nước trong không khí Độ ẩm tương đối R có thể tính gần đúng từ:

trong đó : T là nhiệt độ không khí tính theo độ Celsius

Tdlà nhiệt độ điểm sương (dewpoint)

Td được định nghĩa là nhiệt độ mà ở đó hơi nước trong không khí đạt tới trạng thái bão hòa Td là nhiệt độ có áp suất hơi nước bão hòa E bằng áp suất hơi nước thực tế e

• Độ thiếu hụt bão hòa (d): hay còn gọi là độ hụt ẩm, là hiệu số giữa áp suất hơi nước bão hòa E và áp suất hơi nước e trong không khí ở một nhiệt độ nhất định

Trong một trạm khí tượng, thiết bị ghi ẩm độ được đặt chung với các nhiệt kế khác nhau như hình 3.6 dưới

Hình 3.6 Các loại nhiệt kế ẩm kế đặt trong trạm đo khí tượng

Nhiệt kế max & min (Maximum & minimum thermometers), Nhiệt kế bầu khô & ướt (Wet & dry bulb thermometers), Nhiệt kế tự ghi (Thermograph - records temperature),

Ẩm kế tự ghi (Hydrograph - records humidity)

3.2.2 Sự thay đổi độ ẩm không khí theo thời gian

Hằng ngày, độ ẩm không khí cao nhất từ 4 - 5 giờ sáng (miền Nam Việt Nam) và khoảng

6 - 7 giờ sáng (miền Bắc Việt Nam), độ ẩm thấp nhất vào khoảng 13 - 14 giờ

Trong năm, tại miền Bắc Việt Nam độ ẩm tương đối cao nhất vào mùa Đông (tháng 12, tháng 1), thấp nhất vào mùa hè (tháng 6 - 7) Miền Nam Việt Nam chịu sự ảnh hưởng rõ rệt của gió mùa, độ ẩm cao nhất vào mùa mưa (tháng 8 - 9) và thấp nhất vào mùa khô (tháng 3 - 4)

3.3 Bốc hơi

3.3.1 Định nghĩa

Bốc hơi (Evaporation) là hiện tượng chuyển hóa các phân tử nước từ thể lỏng sang thể

hơi do tác dụng chính của nhiệt độ, gió và đi vào không khí Thoát hơi (Transpiration) là

sự bốc hơi xảy ra ở bề mặt các mô của thực và động vật Trong cân bằng nưóc người ta

gọi chung là bốc thoát hơi (Evapotranspiration), hoặc nói tắt hơn là bốc hơi, là tổng

lượng nước mất đi do sự bốc hơi nước từ mặt nước, mặt đất, qua lá cây của lớp phủ thực vật,

Lượng bốc hơi thường tính bằng chiều dày lớp nước bốc hơi, đơn vị là mm Tốc độ bốc hơi là lượng nước bóc hơi trong một đơn vị thời gian (mm/ngày) Nước không ngừng bốc hơi lên khí quyển, lượng bốc hơi phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

* thời gian (ngày, đêm, mùa nắng, mùa mưa, )

* đặc điểm địa lý (vùng núi, đồng bằng, xích đạo, ôn đới, )

* diễn biến của khí tượng (nhiệt độ, gió, ẩm độ, )

* lớp đất mặt (đất sét, đất cát .)

* lớp phủ thực vật (rừng cây, hoang mạc, )

Các trạm khí tượng Việt Nam thường đo bốc hơi bằng thùng bốc hơi loại A (hình 3.7)

Hình 3.7 Thùng đo bốc hơi loại A

Một số công thức kinh nghiệm xác định độ bốc hơi:

d - độ thiếu hụt bão hòa bình quân tháng (d = E - e)

w - tốc độ gió trung bình tháng (m/s) ở độ cao 8 - 10 m

Tổng lượng bốc hơi Wz trên một diện tích bề mặt F (km2) trong một thời đoạn nào đó được xác định theo công thức:

trong đó E (mm) là tổng lượng bốc hơi trong thời đoạn tính toán

3.3.3 Chế độ bốc hơi và nhân tố ảnh hưởng đến bốc hơi

Diễn biến bốc hơi hằng ngày tương ứng với diễn biến nhiệt độ ngày Độ bốc hơi lớn nhất thường thấy vào những buổi trưa và nhỏ nhật vào thời điểm trước khi mặt trời mọc Trong ngày, vào những lúc có gió lớn thì độ bốc hơi cũng gia tăng

Mùa hè diễn biến của bốc hơi ngày rõ nét hơn mùa đông (hình 3.8) Trong năm bốc hơi cao nhất vào các tháng 2 - 4 (miền Nam VN), tháng 5 - 7 (miền Bắc VN) và thấp nhất vào tháng 9 - 10 (miền Nam VN), tháng 12 - 1 (miền Bắc VN)

Hình 3.8 Thay đổi lượng bốc hơi trung bình tháng (mm) tại Cần Thơ và Sóc Trăng

0 50 100 150 200

Can Tho Soc trang

Tháng

BỨC XẠ MẶT TRỜI

Gió

MẶT ĐẤT

DÒNG THĂNG

DÒNG GIÁNG

áp suất cao đến nơi có áp suất thấp Chính sự chuyển động của không khí tạo ra gió (hình 3.9) Sự dịch chuyển khối không khí diễn ra cho đến khi có sự cân bằng áp suất mới chấm dứt

Hình 3.9 Nguyên nhân sinh ra gió

3.4.2 Các đặc trưng của gió

+ Hướng gió : được biểu thị bằng hướng mà từ đó gió thổi đến, ví dụ gió thổi từ phương

bắc đến gọi là gió bắc Người ta định hướng gió theo độ và theo phương pháp phương vị Hướng gió có thể biểu thị bằng độ với qui ước: lấy 0° (hoặc 360°) là hướng Bắc, 90° là hướng Đông, 180° là hướng Nam và 270° là hướng Tây (hình 3.10)

Hình 3.10 Hướng gió quy ước theo độ

Theo phương pháp phương vị, ta qui ước chia mặt phẳng trái đất theo 16 hướng, trong đó

có 4 hướng chính theo 4 phương trời là : Bắc (N - North), Nam (S - South), Đông (E - East) và Tây (W - West), các hướng còn lại ở giữa là các hướng nhánh, như hình 3.11 sau:

WNW - Tây Tây Bắc

WSW - Tây Tây Nam ESE - Đông Đông Nam SSW - Nam Tây Nam

Hình 3.11 Hướng gió

Đo gió là một trong các công việc quan trọng trong đo đặc khí hậu (hình 3.12)

Hình 3.12 Đo tốc độ và hướng gió

+ Tốc độ gió : Tốc độ gió đo bằng số mét gió di chuyển được trong 1 giây (m/s) hoặc số kilômét trong một giờ (km/g) Tốc độ gió còn có thể biểu thị bằng cấp gió theo 12 cấp do

Đô đốc hải quân Anh Francis Beaufort (1774 - 1857) đề nghị Bảng này đã được Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) chấp nhận từ năm 1894 trong một cuộc họp tại Utrecht, Hà Lan (Bảng 3.1)

Ở một số nước, cấp gió được ghi nhận đến cấp 14, cấp 15 Ở các cấp này gió được gọi là cuồng phong (sức gió có khi đạt trên 200 – 250 km/giờ)

Bảng 3.1 Bảng cấp gió (Beaufort Scale)

Gió vừa Bụi và mảnh giấy nhỏ bắt đầu bay Cành nhỏ lung

lay, sóng nhỏ và dài hơn

6 8,0 - 10,7

(34,0 - 43,9)

Gió khá mạnh

Cây nhỏ có lá lung lay, mặt nước hồ ao gợn sóng Ngoài biển sóng vừa và dài

7 10,8 - 13,8

(44,0 - 54,9)

Gió mạnh Càng lớn lung lay, dây điện ngoài phố thổi vi vu

Ngọn sóng bắt đầu có bụi nước bắn lên

Gió to Cành nhỏ bị bẻ gãy Không đi ngược gió được

Ngoài biển sóng cao và dài

10 (82,0 - 95,9) 20,8 - 24,4 Gió rất lớn Làm lớn có bọt dày đặc Hạn chế ra khơi hư hại nhà cửa, giật ngói trên mái nhà Sóng

11 (96,0 - 109,9) 24,5 - 28,4 Gió bão Làm bật rễ cây Phá đổ nhà cửa Sóng rất lớn và reo dữ dội Cấm tàu thuyền ra khơi

12 (> 110,0) > 28,5 Gió bão to Sức phá hoại rất lớn Sóng cực kỳ lớn, có thể phá vỡ các tàu nhỏ, thiệt hại lớn và rất lớn

3.4.3 Các loại gió

+ Gió hành tinh (planet wind): là gió quanh

năm thổi theo một hướng từ miền áp cao đến

miền áp thấp Gió hành tinh hình thành do

lực Coriolis (lực hình thành do sự quay trái

đất), làm cho các luồng không khí ở bắc bán

cầu bị lệch về bên phải và ở nam bán cầu

lệch về bên trái (Hình 3.13)

Hình 3.13 Gió hành tinh

+ Gió mùa (monsoon wind): là những luồng không

khí di chuyển theo mùa khá ổn định, đổi hướng ngược chiều hoặc gần như ngược chiều từ mùa đông qua mùa hạ Gió mùa hình thành do sự khác nhau về nhiệt độ dẫn đến sự chênh lệch áp suất không khí trên đất liền và trên biển Về mùa đông, gió mùa thổi từ lục địa ra biển và mùa hạ gió mùa thổi từ biển và đất liền (hình 3.14)

Hình 3.14 Sự chênh lệch áp suất gây nên các luồng gió từ đất liền ra biển

+ Gió địa phương (local wind): là gió hình thành do các tác nhân vật lý, địa hình, địa lý

của từ địa phương cục bộ Gió địa phương có thể kể ra như sau:

- Gió đất, gió biển: là gió quan sát đưọc ở vùng ven biển tiếp giáp với đất liền Gió biển thổi vào ban ngày từ biển vào đất liền, gió đất thổi vào ban đêm từ đất liền ra đến biển Nguyên nhân chính là sự sự nóng lên và lạnh đi không đều của đất liền và mặt nước trong một ngày đêm (Hình 3.15)

Đất liền Biển

Thung lũng Hướng gió về đêm

Hình 3.15 Gió đất, Gió biển (Mũi tên chỉ hướng gió về đêm, ban ngày ngược lại)

- Gió núi, gió thung lũng: là gió đổi chiều một cách tuần hoàn, thổi ở các vùng núi trong các ngày quang đãng và ổn định, rõ rệt nhất là vào mùa hè Ban ngày gió thổi từ thung lũng lên cao dọc theo sườn núi nóng, ban đêm gió thổi từ sườn núi lạnh xuống thung lũng (Hình 3.16)

- Gió Foehn (gió địa hình): cũng là một loại gió địa phương hình thành do sự hoàn lưu động lực Đây là một thứ gió nóng, khô thổi từ trên núi xuống Bên kia núi, do ảnh hưởng của địa hình càng lúc càng cao làm nhiệt độ gió giảm dần, độ ẩm gia tăng dần dẫn đến gây mưa tại chỗ (Hình 3.17) Kết quả khi gió lên đến đỉnh núi thì khá khô và gia tăng nhiệt khi đi dần xuống núi Đây là loại gió rất đặc trưng của dãy Trường Sơn nước ta, nhất là đoạn tỉnh Quảng Trị - Quảng Bình (gió Lào)

Hình 3.16 Hướng gió về đêm ở một thung lũng dưới sườn núi

Mưa Núi cao Vùng

ướt

Vùng khô

Hình 3.17 Gió địa hình (gió foehn)

3.4.4 Dông

Dông (storm) là hiện tượng thường xảy ra trong mùa hè, ở Việt Nam khoảng từ tháng 4

đến tháng 8 Dông hình thành do sự phóng điện trong các đám mây dày đặc, tạo thành chớp sấm, đôi khi đi kèm với gió mạnh và mưa rào Nguyên nhân gây ra dông là trong mùa hè, mặt đất bị nóng lên do hấp thu nhiều bức xạ mặt trời làm các luồng không khí nóng và ẩm bốc lên cao, không khí có nhiệt độ thấp hơn tràn tới ở phía dưới (Hình 3.18)

Đây là một dạng đối lưu, hình thành dông nhiệt Trường hợp, luồng không khí nóng và

ẩm bốc lên cao dọc theo các sườn núi, gọi là dông địa hình Khi lên đến một độ cao nào

đó, các đám mây tích điện chạm nhau gây nên chớp sấm, nhiệt độ khối không khí giảm gây nên các trận mưa rào lớn

Hình 3.18 Ba giai đoạn của một cơn dông

• Giai đoạn khởi phát: Hiện tượng đối lưu tạo nên những đám mây tích (cumulus),

sau đó phát triển thành mây vũ tích (cumulonuums) Hơi nước chuyển thành các giọt nước giải phóng năng lượng

• Giai đoạn chín muồi: Các giọt nước bị đông lại Trên đỉnh mây bắt đầu trải rộng

ra như hình "cái đe" Các tinh thể nước đá và nước mưa hoà lẫn rơi xuống mạnh

mẽ Mưa bắt đầu rơi

• Giai đoạn suy tàn: Các cụm mây mất dần hơi nước và rã tan dần Cơn dông có

thể tiếp tục nếu có các cụm mây mới phát triển chung quanh các bờ cạnh của chúng

Dông có thể gây tác hại đối với mùa màng và con người Trong cơn dông có mưa lớn, gió giật mạnh có thể làm gãy đổ cây cối, gây sấm chớp nguy hiểm Tuy nhiên, người ta ghi

nhận nước mưa trong các cơn dông có nhiều lượng đạm hơn các cơn mưa bình thường

3.3.5 Bão tố

Bão (hurricane/typhoon) là một xoáy thuận nhiệt đới phát triển mạnh tạo nên một vùng

gió lớn, xoáy mạnh và mưa to trải ra ở một diện rộng Trong mùa nóng, nhiệt độ nước biển tăng cao (t° ≥ 25°C), lượng không khí ẩm và nóng bốc lên cao, gặp tác dụng của lực

ly tâm của trái đất tạo thành các xoáy, các xoáy này di chuyển gặp các dòng không khí di chuyển thẳng đứng sẽ tạo thành các dải hội tụ làm cho vòng xoáy mạnh lên và hình thành bão

Đường kính một cơn bão có thể lên đến vài trăm kilômét, chiều cao từ 3 - 9 km, tốc độ di chuyển của cơn bão khoảng 10 - 20 km/giờ, diện tích ảnh hưởng của cơn bão có thể rộng

từ 800 - 1.500 km2 Cách khu vực trung tâm bão khoảng 100 - 200 km, thường có gió cấp

6, cấp 7 Vùng trung tâm bão gió giật lên cấp 10, cấp 11, có khi đến cấp 12 (vận tốc gió

có thể từ 100 - 200 km/giờ) Trong khu vực bão, lượng mưa rất lớn, có khi đạt đến vài trăm milimét nước trong 1 ngày đêm Tại Việt Nam, bão thường xuất hiện từ tháng 7 đến tháng 11 hằng năm, khoảng 60% cơn bão xuất phát từ vùng biển của quần đảo Caroline, Philippines, còn lại khoảng 40% cơn bão từ các nơi khác phía nam Biển Đông

(Xem Bài đọc thêm: " Những điều cần biết về bão" ở cuối chương)

Hình 3.19:

Hình ảnh cơn bão Andrew đổ bộü vào vùng biển Florida (Ảnh vệ tinh khí tượng Meteosat)

Bài đọc thêm SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÂN BIỆT CÁC LOẠI MÂY

- oOo - Mây là sản phẩm của sự ngưng kết hơi nước trong lớp khí quyển có độ cao vài trăm mét trở lên Mây tập hợp bởi các giọt nước nhỏ li ti có đường kính lớn hơn 0,005 mm hoặc những tinh thể băng đá có kính thước cỡ 0,25 - 0,50 mm Những phân tử nước trong mây

tụ thành từng đám, có hình thể thay đổi tùy theo độ cao và lơ lửng trong không khí Những hạt nước trang mây lớn hơn 0,1 mm có thể rơi xuống đất thành mưa Hạt mưa khi rơi xuống đất có đường kính từ 1 - 7 mm Mây được hình thành do các nguyên nhân sau:

• Do hiện tượng đối lưu nhiệt Các khối khí mang hơi nước bốc lên theo phương thẳng

đứng Mây có dạng múi bông, cuộn thành từng đống, ngọn tròn, chân mây ngang

• Do ảnh hưởng bức xạ Trong điều kiện thời tiết ổn định, mây có dạng tầng, từng lớp

• Do sự hình thành front Thường do không khí nóng chuyển động đi lên trên mặt dốc

của không khí lạnh, hình dạng và màu sắc mây thay đổi, có dạng sợi, màu trắng đến xám xanh đậm Mây này thường bao phủ bầu trời

Tuỳ theo độ cao, người ta chia ra làm 4 loại mây chính và 10 dạng mây cơ bản (Hình 3.20):

+ Loại 1: mây tầng cao

Chân mây cao trên 6 km, cấu tạo bởi những tinh thể băng, không gây mưa, gồm 3 dạng: + Mây ti (Cirrus - Ci): là những đám mây có dạng mày phướn, hay hình sợi lông

tơ mỏng, không che khuất mặt trời, không cho mưa, báo hiệu thời tiết tốt Trường hợp mây ti có dạng bó lông dài nằm song song, đầu hơi cuốn thì báo trước có thể có con dông hoặc bão sẽ đến

+ Mây ti tích (Cirro-cumulus - Cc): có dạng múi bông, nụ mây trắng mỏng phân

bố thành hàng, cụm Từ dưới đất nhìn lên, mây ti tích giống như một bãi cát có sóng, không che khuất ánh sáng mặt trời, không cho mưa, thời tiết tốt nếu có màu trắng Trường hợp mây chuyển qua màu xám kết hợp với may ti dạng bó lông dài thì báo trước trời có thể có bão

+ Mây ti tằng (Cirro-stratus - Cs): màng mây mỏng, màu trắng nhạt hoặc xám

trắng, có khi che phủ cả bầu trời nhưng không che khuất hết ánh sáng mặt trời hoặc mặt trăng gây hiện tượng quầng viền sáng không cho mưa nhưng có thể sắp có mưa

+ Loại 2: mây tầng giữa

Chân mây có độ cao từ 2 - 6 km, tầng này mây lớn và dày hơn, mang hơi nước và tinh thể băng, mây có màu xám và tạo bóng râm ở mặt đất, gồm 2 dạng:

+ Mây trung tích (Alto-cumulus - Ac): gồm nhiều mảng mâ trắng và xám ở thấp

hơn mây ti, có kích thước lớn hơn và phân bố thành hàng hay gợn sóng có dạng luống cày hoặc cuộn tròn như đàn cừu Hiện tượng tiêu biểu của mây này là có tán và áng sáng ngũ sắc Nếu có dạng đàn cừu thì báo hiệu trời sắp mưa Ở dạng chồng chất như tường thì

sẽ có dông

+ Mây trung tằng (Alto-stratus - As): có hình dáng sợi tơ mỏng, màu xám hơi

xanh như một tấm màn hoặc có màu trắng đục như nhìn qua cửa kính mờ Mây này cho mưa

+ Loại 3: mây tầng thấp

Chân mây cao dưới 2 km, gồm những may lớn, không có đường viền, có 3 dạng:

+ Mây tằng (Stratus - St): chứa nhiều hơi nước, dày, có dạng đồng nhất và màu

xám tối Mây thường sinh ra mưa phùn và thường xuất hiện vào mùa xuân

+ Mây tằng tích (Strato-cumulus - Sc): thường xếp thành những dải song song

nhưng các luống cày hay xếp từng lớp sóng hoặc dạng hình nấm Mây tằng tích có màu trắng, ở giữa có màu xám dày đặc Mây này cho mưa nhỏ rải rác

+ Mây vũ tầng (Nimbo-stratus - Ns): lớp mây xám thẫm, dày đặc bao trùm bầu

trời không cho áng sáng chiếu xuống Mây này cho mưa lớn và kéo dài

+ Loại 4: mây phát triển theo chiều thẳng đứng

Chân mây thấp dưới 2 km nhưng đỉnh của mây có thể cao đạt 6 - 8 km, có 2 dạng:

+ Mây tích (Cumulus - Cu): có dạng cuộn bông lớn, như cuộn khói nhô lên cao

như đầu bắp cải, phần trên có viền rõ rệt, nổi bậc trên nền trời xanh, đáy phẳng về mùa

hè, mây tích thường xuất hiện buổi sáng, khoảng giữa trưa phát triển mạnh nhất, về chiều tỏa rộng như một quả núi Mây này biểu hiện thời tiết tốt

+ Mây vũ tích (Cumulo-nimbus - Cb): khối mây trắng lớn, chân màu thẫm mây

Cb là sự phát triển của mây Cu Dạng mây phát triển thành hình khối, thẳng đứng như một cột tháp khổng lồ Mây này có thể kết thúc bằng các cơn dông và mưa rào có sấm chớp, gió lốc và đôi khi có vòi rồng

Hình 3.20 Hình dạng và vị trí các loại mây khác nhau

Mây ti (Cirrus - Ci)

Mây ti tích (Cirro-cumulus - Cc)

Mây ti tằng (Cirro-stratus - Cs) Mây trung tích (Alto-cumulus - Ac) Mây vũ tích (Cumulo-nimbus - Cb) Mây tằng tích (Strato-cumulus - Sc) Mây tích (Cumulus - Cu)

Mây vũ tầng (Nimbo-stratus - Ns)