Bài giảng Nhập môn kỹ thuật ngành Thuỷ văn và Tài nguyên nước

Trang 1 5/14/20201NHẬP MÔN KỸ THUẬTNGÀNHTHUỶ VĂN & TNNMỞ ĐẦUNgô Lê Anannl@wru.vnTRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢIBộ môn Thuỷ văn & TNNMỤC TIÊU MƠN HỌC:•Giới thiệu cho sinh viên một cách tổng quát

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Bộ môn Thuỷ văn & TNN

MỤC TIÊU MÔN HỌC:

• Giới thiệu cho sinh viên một cách tổng quát về ngành thuỷ văn và tài

nguyên nước, các kiến thức cơ bản về ngành học cũng như cơ hội

nghề nghiệp

1

2

CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

• Bài giảng của các giảng viên

• Các tài liệu tham khảo được gửi kèm sau mỗi buổi học

3

4

3

LỊCH HỌC

CÁCH HỌC Ở ĐẠI HỌC VS CÁCH HỌC PHỔ THÔNG

Giáo viên dạy học trò Giảng viên hướng dẫn học trò

Học sinh học trong sách giáo khoa Sinh viên cần chủ động tìm tòi thêm các nguồn

tài liệu tham khảo khác Hạn chế “tranh luận” giữa giáo viên và học sinh Khuyến khích “tranh luận” giữa giảng viên và sinh

viên nhằm Đánh giá theo sự “chính xác” – học thuộc lòng Đánh giá theo sự “hiểu” – học hiểu

Kiểm tra liên tục (đầu giờ, 15 phút…) Kiểm tra giữa kì – cuối kì

Ở đại học, người học phải tự chịu trách nhiệm cho việc học.

Giống như đi làm, mình phải tự chịu trách nhiệm cho công việc mình thực hiện

Cần có các kỹ năng để học tốt ở đại học → Xem bài học ở tuần thứ 4!!!

5

6

1

NHẬP MÔN KỸ THUẬT

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Ngô Lê Anannl@wru.vn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Bộ môn Thuỷ văn & TNN

THẾ NÀO LÀ KỸ THUẬT?

• Kỹ thuật (Kỹ sư) áp dụng các kiến thức toán học và khoa học tự

nhiên có được bằng việc nghiên cứu và trải nghiệm, cùng với óc phán

đoán và sáng tạo, để tìm ra cách sử dụng các vật liệu và các lực của

tự nhiên nhằm đem lại lợi ích cho con người và môi trường.

1

2

2

KỸ SƯ THUỶ LỢI?

• Thủy lợi là một thuật ngữ, tên gọi truyền thống của việc nghiên cứu khoa học công nghệ,

đánh giá, khai thác sử dụng, bảo vệ nguồn tài nguyên nước và môi trường, phòng tránh

và giảm nhẹ thiên tai.

• Đây là ngành khoa học ứng dụng kiến thức của toán học, vật lý, hóa học… để tìm lời giải

cho các bài toán kỹ thuật, giải pháp công nghệ, giải pháp công trình nhằm khai thác hiệu

quả nguồn tài nguyên nước cũng như dự báo, cảnh báo, điều tracác dạng thiên tai lũ lụt,

hạn hán, lũ quét… Bên cạnh đó ngành này cũng tìm cách hạn chế, khắc phục, giảm nhẹ

những thiệt hại cũng do nước gây ra xây dựng các công trình như đê, kè, đập…

https://thongtintuyensinh.vn/Nganh-Thuy-loi_C217_D4948.htm

KỸ SƯ THUỶ LỢI?

• Nước cần thiết cho cuộc sống chúng ta.

• Là một kỹ sư thuỷ lợi nói chung, thuỷ văn nói riêng, chúng ta sẽ

giải quyết các vấn đề liên quan đến chất lượng và số lượng của

nước.

• Một số các vấn đề chính: chống lũ, cấp nước cho các khu đô

thị, công nghiệp, nông nghiệp, xử lý nước thải, bảo vệ bờ biển,

chỉnh trị sông…

• Tuỳ thuộc vào chuyên ngành mà các kỹ sư thuỷ lợi sẽ liên quan

đến các bài toán thiết kế, xây dựng, vận hành, bảo trì…

3

4

4

HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU

THUỶ VĂN HỌC

• Thuỷ văn học là ngành khoa học nghiên cứu mọi pha của nước trên trái đất

• Đối tượng nghiên cứu của nó:

➢Sự xuất hiện - phân bố (trữ) - vận động

➢Đặc tính lý, hoá

➢Sự tương tác với môi trường xung quanh

Các em sẽ được học kĩ hơn trong môn Thuỷ văn Đại cương và Thuỷ văn nước mặt

7

8

THUỶ VĂN HỌC

CHU TRÌNH VÀ HỆ THỐNG THUỶ VĂN

1

0

Precipitation: Mưa Flow: Dòng chảy Evaporation: Bốc hơi

Moisture: Độ ẩm Infiltration: Thấm Groundwater: Nước ngầm

https://www.youtube.com/watch?v=al-do-HGuIk

9

10

CHU TRÌNH VÀ HỆ THỐNG THUỶ VĂN

Thuỷ văn đại cương, Thuỷ văn nước mặt

Thuỷ văn nước dưới đất

11

12

7

LÀ MỘT NHÀ KỸ SƯ THUỶ VĂN, CHÚNG TA CẦN

BIẾT GÌ VỀ CHU TRÌNH NƯỚC???

1 Chúng ta cần lượng mưa là bao nhiêu để đảm bảo cung cấp nước cho

các nhucầu sử dụng nước?

2 Khả năng chúng ta gặp những trận mưa lớn gây ra lũ lớn là bao nhiêu?

Lũ lớn đến mức độ nào?

3 Khimưa rơi, độ lớn của dòng chảy là bao nhiêu và thời gian xảy ra thế

nào?

4 Câytrồng cần bao nhiêu nước để phát triển?

5 Hệ thống môi trường sinh thái cần bao nhiêu nước?

Bản chất (đặc điểm) của hiện tượng thuỷ văn

• Cáchiện tượng thuỷ văn là kết quả sự tác động của nhiều yếu tố tự nhiên

• Hiện tượng thuỷ văn mang tính chất:

Tất định:sự thay đổi có tính chu kỳ (mùa lũ, mùa kiệt)…; mối quan hệ vật

lýgiữa các nhân tố ảnh hưởng (X, Z) đến các đặc trưng dòng chảy (Y)…;

Ngẫu nhiên:phụ thuộc vào sự biến đổi ngẫu nhiên của nhóm nhân tố khí

hậu, khí tượng

Khuvực:Ở khu vực địa lý khác nhau có đặc điểm thuỷ văn khác nhau Ở

cùng khu vực thì có đặc tính giống nhau

13

14

8

Bản chất (đặc điểm) của hiện tượng thuỷ văn

• Ví dụ về tính tất định:

• Dòng chảy có các mùa lũ và kiệt Hết mùa lũ sẽ đến mùa kiệt, hết mùa kiệt là bắt đầu mùa lũ.

• Mưa nhiều là nguyên nhân chính làm tăng lượng dòng chảy

• Bốc hơi nhiều làm giảm lượng nước mặt

• Ví dụ về tính ngẫu nhiên:

• Số cơn bão sẽ xuất hiện trong năm tới.

• Xuất hiện một trận mưa lớn cường độ >= 500mm/24 giờ

• Ví dụ về tính khu vực:

• Miền Bắc nhìn chung mùa mưa thường bắt đầu từ thángV và kết thúc vào tháng X-XI.

BẢN CHẤT (ĐẶC ĐIỂM) CỦA HIỆN TƯỢNG THUỶ VĂN

Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp Phân tích nguyên nhân hình thành

1. Phân tích căn nguyên

2. Tổng hợp địa lý

3. Lưu vực tương tự

Phương pháp Thống kê xác suất

(xem thêm sách Thuỷ văn Công trình tập 1)

15

16

1 Hệ thống sông ngòi

Sông hình nan quạt

Sông hình lông chim

Sông hình cành cây

HỆ THỐNG SÔNG NGÒI - LƯU VỰC

17

18

10

HỆ THỐNG SÔNG NGÒI - LƯU VỰC

Phân loại:

HỆ THỐNG SÔNG NGÒI - LƯU VỰC

• Nguồn sông = Nơi bắt đầu của sông/ngòi/mạch nước băng hà/hồ/đầm lầy

• Cửa sông = Nơi sông đổ ra sông/hồ/biển

• Nếu sông nhập từ 2 hay nhiều sông:

Đầu sông = Nơi nhập của 2 hay nhiều con sông

Nguồn sông = nguồn của sông dài nhất

= nguồn của sông nhánh trái, nếu 2 sông dài = nhau

Cửa sông = cửa của nhánh sông lớn nhất

Khu vực thượng lưu – trung lưu – hạ lưu

19

20

11

HỆ THỐNG SÔNG NGÒI - LƯU VỰC

2 Lưu vực sông

ra sông (kể cả nước mặt và nước ngầm).

suối tập trung vào lòng chính Mặt cắt sông

mà tại đó nước trên lưu vực chảy qua gọi là

vực.

HỆ THỐNG SÔNG NGÒI - LƯU VỰC

Đường phân (chia) nước của lưu vực sông

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.

21

22

12

1.6 HỆ THỐNG SÔNG NGÒI - LƯU VỰC

HỆ THỐNG SÔNG NGÒI - LƯU VỰC

Đường phân (chia) nước của lưu vực sông

Lưu vực kín: là lưu vực có đường chia nước mặt và nước

13

HỆ THỐNG SÔNG NGÒI - LƯU VỰC

Đường chia nước của lưu vực

HỆ THỐNG SÔNG NGÒI - LƯU VỰC

Lưu vực là 1 đơn vị thuỷ văn

14

KHÁI NIỆM CHUNG

1 Sơ lược sự hình thành dòng chảy sông ngòi

Thuật ngữ “Dòng chảy” được dùng để chỉ khả năng cung cấp nước của một lưu vực sông nào đó trong một khoảng thời gian nhất định.

Phân loại dòng chảy sông ngòi:

Theo nguồn gốc:

Dòng chảy mặt Dòng chảy ngầm

Theo thời gian:

Dòng chảy năm Dòng chảy lũ Dòng chảy kiệt

Dòng chảy = Mưa -Thấm -Tổn thất ban đầu - Bốc hơi

Thấm

Mưa

Tổn thất ban đầu Bốc hơi

27

28

15

Các quá trình hình thành dòng chảy

Khi mưa rơi xuống bề mặt lưu vực:

•Một phần bị giữ lại để làm ẩm bề mặt (lá cây, mái nhà…)

•Một phần bị giữ lại trong các chỗ trũng (điền trũng)

•Một phần bị bốc hơi trở lại: bốc hơi qua lá, bốc hơi bề mặt…

•Một phần bị thấm xuống đất: giai đoạn đầu thấm nhiều, giai đoạn sau thấm ít dần và ổn định

•Phần còn lại chảy tràn trên sườn dốc tạo thành các lạch nước rồi đổ vào suối, suối đổ vào sông nhánh, sông nhánh đổ vào sông chính và cuối cùng chảy ra cửa ra của lưu vực (t = vài giờ, vài ngày)

•Phần dòng chảy sau khi bị thấm xuống đất sẽ tham gia vào quá trình hình thành dòng chảy ngầm, sau một thời gian cũng sẽ chảy về cửa ra của lưu vực (t = tháng)

Các quá trình hình thành dòng chảy29

30

1

Nhập môn kỹ thuật ngành

THỦY VĂN và TÀI NGUYÊN NƯỚC

Chủ đề: Thủy văn học trong Quản lý

TS Nguyễn Thị Thu Nga

Hà nội, 2020

ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Bộ môn Thủy văn và TNN

Nước trên trái đất

Trên trái đất, nước là loại vật chất phong phú nhất,

là thành phần cấu tạo chính của mọi vật thể sống và là lực lượng chủ lực làm thay đổi không ngừng hình thể bề mặt của trái đất Nước giữ vai trò then chốt trong việc điều hòa nhiệt độ trái đất bảo đảm cho sự sinh tồn của nhân loại và cũng

là nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến sự tiến triển của nền văn minh (Ven Te Chow).

1

2

2

Nước trên trái đất tồn tại trong một khoảng không gian gọi là thủy quyển Khoảng không gian này phát triển đến độ cao 15km trong bầu không khí và đi sâu xuống mặt đất khoảng 1km trong thạch quyển tức là vỏ trái đất

Nước là một loại tài nguyên quý và được coi

là vĩnh cửu Không có nước thì không có sự sống trên trái đất

Nước được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, thủy điện, giao thông thủy, nuôi trồng thủy sản …

Lượng nước rất phong phú và tồn tại ở

những dạng khác nhau

Ứớc tính phân bố nước toàn cầu:

Nguồn nước Thể tích nước tính bằng

km 3

Thể tích nước tính bằng dặm khối

Phần trăm của nước ngọt

Phần trăm của tổng lượng nước

Đại dương, biển,

Nguồn: Gleick, P H., 1996: Tài nguyên nước Bách khoa từ điển về khí hậu và thời tiết S.H Scheneide,

Nhà xuất bản Đại học OXford, New york, quyển 2, trang 817 - 823

3

4

3

Nước phân bố không đều theo không gian và thời gian

Vùngnhiều nước: Châu Âu, Châu Á

Vùng ítnước: Châu Phi

Mùamưa và mùa khô

Mùalũ và mùa kiệt5

6

 Động thái của nước:

Sự thay đổi 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

 Sự chuyển động của nước ngầm

 Quá trình trao đổi chất hòa tan

 Truyền mặn

 V.v…

7

8

5

Nước ngọt là tài nguyên có hạn

Nguồn nước trên thế giới rất lớn nhưng nước

ngọt mới là yêu cầu cơ bản cho hoạt động dân

sinh kinhtế 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 là tài nguyên có thể tái tạo được

9

10

6

Vòng tuần hoàn nước/thủy văn

Vòng tuần hoàn thuỷ văn mô tả sử dịch chuyểnliêntục lặp lại của nước trên trái đất, liên kếtkhíquyển, đất, và đại dương Vòng tuần hoànrất phức tạp, chứa đựng nhiều vòng tuần hoànnhỏ Để giải thích ngắn gọn, nước bốc hơi từ

bề mặt đại dương, do năng lượng của mặt trời,

và tham gia vào bầu khí quyển, di chuyển vàođất liền Khi vào đất liên, do tác dụng của trọnglực, nó trở lại đại dương thông qua các sôngsuối

Hình 1-1 Vòng tuần hoàn thủy văn

11

12

7

Khái niệm thủy văn

Thủy văn là môn khoa học nghiên cứu vềnước 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 củanước đối với môi trường, bao gồm cả mốiquanhệ giữa nước với các vật sống (HĐ

Liên bang Mỹ về Khoa học và Công nghệ).

Thuỷ văn bao gồm thuỷ văn nước mặt vàthuỷ văn nước ngầm; tuy nhiên bản thânthuỷ văn nước ngầm được xem xét như mộtmôn học Các khoa học trái đất có liên quankhác bao gồm khí hậu học, khí tượng học, địa chất học, địa mạo học, trầm tích học, địa

lýhọc, và hải dương học

13

14

8

Thủy văn được ứng dụng trong

Thiết kế và vận hành các công trình thủy lợi

15

16

9

17

18

Trung du, miền núi 104.297 106,43 45,52 151,95

Tài nguyên nước mặt

Tài nguyên nước các sông chínhSông Diện tích (km 2 ) Tổng lượng nước (km 3 /năm)

Trong nước Ngoài vào Toàn bộ Bằng- Kỳ Cùng 12.880 7,19 1,73 8,92

Cái (Nha Trang) 1.900 1,9 1,9

Cái (Phan Rang) 3.000 1,72 1,72

11

21 Hệ thống sông ngòi Việt nam

 Tổng số các sông trên lãnh thổ với dòng chảy thường xuyên và

có chiều dài từ 10km trở lên là 2.360

 9 hệ thống sông có diện tích lưu vực từ 10.000km 2 trở lên

 166 sông có diện tích lưu vực từ 500-10000km 2 , phần lớn là

sông nhánh của các sông lớn

 2170 sông có diện tích lưu vực nhỏ hơn 500km 2 (chiếm 93%),

trong đó

 1556 sông có diện tích lưu vực nhỏ hơn 100km 2

Tài nguyên nước ngầm

Trữ lượng nước ngầm ở Việt nam khá phong phú Việc khai thác nước ngầm chủ yếu tại các thành phố lớn như Hà nội và Thành phố Hồ Chí Minh Tại đây, nước ngầm được khai thác cung cấp 30% nhu cầu nước ở thành phố

Nói chung, chất lượng nước ngầm rất tốt

Tuy nhiên, do ô nhiễm tài nguyên nước mặt

lượng nước thay đổi theo

không gian và thời gian

 Cần biện pháp công trình

để phân bổ nước theo

không gian và thời gian (hồ

 Trữ lượng nước tương đối

ổn định theo thời gian

 Khảo sát, khai thác khó

 Khai thác quá mức dễ làm

hạ thấp mực nước ngầm, gây hiện tượng sụt lún

23

24

13

Các loại nhu cầu nước

Nhucầu nước sử dụng cho con người:

 Nước sinh hoạt

 Nước sử dụng trong sản xuất và đời sống:

 Việc sử dụng nước ngọt được chia thành hai loại:

 Tiêu hao (khi mà nước sau khi sử dụng không thể sử dụng ngay cho một mục đích khác)

 Không tiêu hao (có thể tái tạo)

 Lượng nước bị thấm xuống đất và bốc hơi được coi

là lượng nước tiêu hao, cũng như lượng nước có trong các sản phẩm (ví dụ sản phẩm lương thực).

 Nước được xử lý và trả lại nguồn nước mặt, ví dụ như xả thải, thường được coi là nước không tiêu hao nếu nước có thể sử dụng vào mục đích khác

http://www.yourarticlelibrary.com/water/4-most-important-uses-of-fresh-water-discussed/9930/ (Puja Mondal)

25

26

14

Trong nông nghiệp

 Ước tính rằng 69% nước sử dụng trên thế giới là dành cho nông nghiệp, trong đó 15-35% nước tưới được coi là không bền vững.

 Nhiều phương pháp tưới liên quan đến các thỏa hiệp khác nhau giữa sản lượng cây trồng, lượng nước tiêu thụ, chi phí vốn đầu tư thiết bị và công trình.

 Các phương pháp tưới ví dụ theo luống hoặc tưới phun mưa thường rẻ hơn nhưng cũng ít hiệu quả hơn, bởi vì lượng nước bị bốc hơi nhiều, chảy vào dưới tầng rễ

 Các phương pháp tưới khác được coi là hiệu quả hơn như tưới nhỏ giọt, surge irrigation, hoặc một vài

hệ thống phun được vận hành sát mặt đất

Drip irrigation (tưới nhỏ giọt)

systems/drip-irrigation-system-110400_16-crop/

https://growerssupply.wordpress.com/2012/07/12/guide-irrigation-27

28

Nước tự độngxoay vòngtừbênphải sang bên tráicủa van

vàthiết bị điềukhiển

29

30

16

Trong công nghiệp

Ước tính 22% lượng nước sử dụng trên thế giới

là dành cho côngnghiệp Các đối tượng sửdụng nước chủ yếu bao gồm các nhà máy phátđiện, sử dụng nước để làm mát hoặc là nguồnnăng lượng (thủy điện), khai khoáng và lọc dầu,

sử dụng nước để làm dung môi hòa tan các quátrình hóahọc và các nhà máy sản xuất

Lượng nước sử dụng trong công nghiệp có tiêu

haonhiều, nhưng ít hơn so với trong nôngnghiệp

Coal plant with direct cooling

làm mát)

http://www.eurelectric.org/water

31

32

18

Thủy điện Sơn La

- Mực nước dâng bình thường:

Thủy điện Hòa Bình

- Mực nước dâng bình thường:

35

36

19

Thủy điện Yaly

- Cao trình mực nước dâng bình thường: 515,00 m;

- Cao trình mực nước lũ kiểm tra: 518,00 m;

- Cao trình mực nước chết: 490,00 m;

- Dung tích toàn bộ: 1.037 triệu m 3 ;

- Dung tích hữu ích: 779 triệu m 3

Trong sinh hoạt

Ước tính khoảng 8% lượng nước sử dụngtrênthế giới là dành cho sinh hoạt Baogồm: nước uống, tắm giặt, nấu nướng, vệsinh, và làm vườn Các yêu cầu nước cơbản do Peter Gleick ước tính là khoảng 50 lít/người/ngày, không tính nước làm vườn

Nước uống là nước có chất lượng cao cóthể sử dụng mà không gây hại ngắn hạn vàdài hạn Thường gọi là nước đóng chai

37

38

20

Trong môi trường

tạo, các hồ nhân tạo, có mục đích tạo

hoang dã, bậc thang cho cá, nước xả

từ các hồ chứa để giúp cá sinh sản.

Bậc thang cho cá

https://www.dfg.ca.gov/fish/Hatcheries/Nimbus/Facility.asp

39

40

28

Detention basin with standpipe at a concrete manufacturing facility

The stormwater is collected in this basin and then recycled back into the

concrete batch plant.

55

56