BÀI GIẢNG môn học THỦY văn môi TRƯỜNG

BÀI GIẢNG, môn học, THỦY văn môi TRƯỜNG ,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

- 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

TÀI LIỆU THAM KHẢO

(sắp thứ tự A, B, C theo tên tác giả)

- oOo -

1 Chương trình 60-02: Điều tra Cơ bản vùng ĐBSCL

Các báo cáo tổng hợp về Khí tượng - Thủy văn, 1985

2 C.O Wisler, E.F Brater

Hydrology, John Wiley and Sons, Inc, New York, 1958

3 Đoàn Quyết Trung

Lũ lụt 1978 trên sông Cửu Long, bản in roneo, 1979

4 Đài Khí tượng - Thủy văn tỉnh Hậu Giang (cũ)

Đặc điểm Khí hậu tỉnh Hậu Giang, Ban KH & KT Tỉnh Hậu Giang, 1980

5 Food and Agriculture Organisation (FAO 24)

Crop water requirements, 1978

6 K.P Klibasev, I.F Goroskov (Ngô Đình Tuấn và Lê Thạc Cán dịch)

Tính toán thủy văn, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1975

7 Japan International Cooperation Agency (JICA)

Executive summary of the report of the study on development and the environment in the Mekong river basin, JICA, 6/1998

8 Liêu Kim Sanh

Thủy học sông ngòi căn bản, Nxb Lửa thiêng, Sài Gòn, 1972

9 Lê Anh Tuấn

Giáo trình Khí tượng - Thủy văn, Đại học Cần Thơ, 1998

10 Lê Trần Chương

Thủy văn công trình, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1996

11 Ngô Đình Tuấn - Đỗ Cao Đàm

Tính toán thủy văn các công trình thủy lợi vừa và nhỏ, Nxb N nghiệp, Hà Nội, 1986

12 Nguyễn Văn Âu, Nguyễn Cao Phương

Sông ngòi Việt nam, tập II, Nxb Giáo dục, Hà Nội, 1983

13 Nguyễn Ngọc Thụy

Thủy triều vùng biển Việt nam, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1984

14 Nguyễn Viết Phổ

Dòng chảy sông ngòi Việt nam, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1984

15 Phạm Ngọc Toàn, Phan Tất Đắc

Khí hậu Việt nam, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1993

16 Phạm Quang Hạnh

Cân bằng nước lãnh thổ Việt nam, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1986

17 Phan Đình Lợi, Nguyễn Năng Minh

Hướng dẫn đo đạc và chỉnh lý số liệu Thủy văn, Nxb Nông nghiệp, Hà nội, 1985

18 Philip B Bedient Wayne C Huber

Hydrology and Floodplain Analysis, Addison-Wesley Co., USA, 1992 ISBN 0-201-51711-651711

19 Ray K, Linsley, Jr., Max A Kohler, Joseph L H Paulhus

Hydrology for Engineers, McGraw_Hill Book Co., 1988, ISBN 971-11-0675-2

20 The Netherlands Delta Development Team

Recommendations concerning argicultural development with improved water control

in the Mekong Delta, Working paper IV: Hydrology, 1974

21 Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia

Hội nghị Khoa học: Sử dụng tài nguyên nước và hạn chế hậu quả lũ lụt vùng Đồng Tháp Mười TP Hồ Chí Minh, 11/1995

22 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội

Khí tượng Nông nghiệp, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội, 1997

23 Trường Đại học Thủy lợi, Bộ môn Thủy văn Công trình

Thủy văn Công trình, Nxb Nông nghiệp, Hà nội, 1993

24 Văn phòng Ủy ban sông Mekong Việt Nam

Viện Qui hoạch và Quản lý nước Viện Cơ học - Viện Khoa học Việt Nam

Hội thảo quốc tế về sự xâm nhập mặn ở ĐBSCL, TP Hồ Chí Minh 10/1082

25 Viện Khí tượng Thủy văn

Báo cáo chuyên đề Khí tượng Thủy văn miền Tây Nam bộ, tài liệu đánh máy

26 Vụ Tuyên giáo (ban Nông nghiệp Trung ương)

Khí tượng Nông nghiệp, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội, 1977