Đo đạc thu thập tài liệu thủy văn

Đo đạc thu thập tài liệu thủy văn

Lời nói đầu

~~~o0o~~~

Thu thập dữ liệu là một giai đoạn có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với quá trình nghiên cứu các các vấn đề về khí tượng thủy văn phục vụ cho nhiều công tác như dự báo thiên tai lũ lụt, giám sát, vận hành các công trình máy móc như công trình thủy điện,xây dựng dân dụng, cầu đường, thủy lợi Tuy nhiên việc thu thập dữ liệu lại thường tốn nhiều thời gian, công sức và chi phí; do đó cần phải nắm chắc các phương pháp thu thập dữ liệu để từ đó chọn ra các phương pháp thích hợp với hiện tượng, làm cơ sở để lập kế hoạch thu thập dữ liệu một cách khoa học, nhằm để đạt được hiệu quả cao nhất

Trong nội dung bài báo cáo này, chủ yếu nói vắn tắt về thu thập dữ liệu sơ cấp tại các trạm

đo thủy văn, cụ thể là 3 trạm đo: Trạm khí tượng Đông Hà – Quảng Trị, trạm đo Gia Voong, và trạm thủy văn Đồng Hới- Quảng Bình Đó là những dữ liệu chưa qua xử lý, được thu thập lần đầu, và thu thập trực tiếp từ các đơn vị nghiên cứu tại các trạm đo

Với mu ̣c đích nghiên cứu bản chất của các nhân tố ảnh hưởng đến sự hình thành dòng chảy trên sông ,lưu vực, quá trình hình thành dòng chảy trên sông ngòi, để có số liê ̣u phu ̣c vu ̣ cho viê ̣c phát triển kinh tế nói chung và số liê ̣u đầu vào phu ̣c vu ̣ công tác nghiên cứu quy hoa ̣ch, thiết kế và thi công các công trình thủy lợi, giao thông và các công trình xây dựng dân du ̣ng nói riêng, đòi hỏi chúng ta phải thành lâ ̣p các ma ̣ng lưới tra ̣m khí tượng thủy văn đo đa ̣c những yếu tố thủy văn cần thiết

Báo cáo thực tâ ̣p thủy văn GVHD: Pha ̣m Thành Hưng

Đo đa ̣c thu thâ ̣p tài liê ̣u thủy văn

Phần 1: Cơ sở lý luâ ̣n

1.Khái niê ̣m về thủy văn:

Thủy văn là mô ̣t ngành khoa ho ̣c nghiên cứu sự tác đô ̣ng, ảnh hưởng của nhiều nhân tố trong tự nhiên như : mưa, gió,thủy triều…tới sự hình thành dòng chảy sông ngòi và ảnh hưởng tới sự phát triển kinh tế nói chung và các công trình xây dựng nói riêng

2.Đă ̣c điểm các hiê ̣n tượng thủy văn:

- Hiê ̣n tượng thủy văn là kết quả của sự tác đô ̣ng nhiều nhân tố tự nhiên

Ví du ̣: Dòng chảy sinh ra phu ̣ thuô ̣c vào mưa, điều kiê ̣n đi ̣a chất, thảm phủ thực vâ ̣t… đó là quá trình tự nhiên và đầy đủ tính chất vâ ̣t lý của nó và biểu hiê ̣n pha ̣m trù của nguyên nhân và

hâ ̣u quả

- Các hiê ̣n tượng thủy văn mang tính chất chu kỳ của các xu thế bình quân theo thời gian như: chu kỳ năm, chu kỳ nhiều năm…

- Các hiê ̣n tượng thủy văn bi ̣ chi phối theo quy luâ ̣t không gian bởi các yếu tố khu vực, đi ̣a hình, kinh vĩ đô ̣…

- Các hiê ̣n tượng thủy văn mang tính chất ngẫu nhiên rõ rê ̣t

3.Nhiê ̣m vu ̣ và vai trò của thủy văn:

Tùy theo mu ̣c đích của ngành

a.Đối với ngành khí tượng thủy văn: Phục vụ cho việc dư báo thời tiết

b.Đối với ngành xây dựng nói chung và ngành xây dựng công trình thủy nói riêng cung cấp những kiến thức về:

-Tính toán và đánh giá tài nguyên nguồn nước

-Đối với thủy văn công trình: không đi sâu vào nghiên cứu nhưng quy luật của quá trình dòng chảy chỉ nghiên cứu các phương pháp tính toán xác định các đặc trưng thủy văn ưng với tần suất thiết kế dựa vào số liệu đo đạt thông kê tổng hợp nhiều năm

4 các phương pháp đo đạc thu thập số liệu

Có 2 phương pháp đo chủ yếu là :

-Đo bằng phương pháp thủ công:có sự tham gia của con người

-Đo bằng phương pháp tự động: hoàn toàn tự động hóa

Phần 2: Nô ̣i dung thực tâ ̣p thủy văn

Thăm quan và tìm hiểu một số trạm thủy văn ở Quảng Trị và Quảng Bình

A.Tra ̣m khí tượng Đông Hà – Quảng Trị:

1 Giới thiệu chung.

Trạm khí tượng Đông Hà Quảng Trị là một trong những trạm đo trong tổ hợp các trạm đo thuộc miền Trung Trung bộ, xung quanh còn có 8 đơn vị trong đó gồm có 3 trạm khí tượng là trạm khí tượng Cồn Cỏ, trạm khí tượng Đông Hà nằm ở đồng bằng phía Bắc – TP Đông Hà, trạm khí tượng Khe Sanh nằm ở thị trấn Khe Sanh Được xây dựng từ trạm dự báo khí tượng tỉnh Quảng Trị,đi vào hoạt đông từ 1974, làm dự báo độc lập từ năm 1994 Giờ là trung tâm dự báo khí tượng thủy văn thuộc tổng cục khí tượng thủy văn trong bộ tài nguyên môi trường Đây là

trạm đo cấp 1, tự động hóa hoàn toàn, yêu cầu về nhân lực là rất ít,chủ yếu là thu thập số liệu, truyền dữ liệu thô về trung tâm khí tượng trung ương để xử lý

Trạm được trang bị nhiều thiết bị đồng bộ công nghệ hiện đại tiên tiến của nước ngoài, tự động hóa hoàn toàn, có thế kiểm soát từ xa, truyền và nhận tín hiệu thường xuyên Trạm có thiết

bị ra đa được nhập từ Mỹ, vận hành tự động 24/24 h, dải tần được sử dụng là band C của tần sô ,

vệ tinh của nước ngoài MT- SAT thu thập số liệu thời tiết ở nơi không có trạm đo

Giới thiệu về rada:

Radar, hay ra đa, là thuật ngữ viết tắt của RAdio Detection and Ranging (dò tìm và định

vị bằng sóng vô tuyến) hay của Radio Angle Detection and Ranging (dò tìm và định vị góc bằng

sóng vô tuyến) trong tiếng Anh Đây là một hệ thống sử dụng để định vị và đo khoảng cách và lập bản đồ các vật thể như máy bay hay mưa

Rada được sử dụng lần đầu trong quân sự, và được phát triển trong dân dụng, hàng không,

dự báo thời tiết Trong dự báo thời tiết, rada rất hữu dụng trong việc phát hiện ra các ổ mây dông, dựa vào ảnh chụp vệ tinh người ta suy đoán ra hướng đi của cơn dông hay cơn bão để đưa

ra được các hình thức phòng chống bão hợp lý

Ra đa là thiết bị đo tự động nên nó hoạt động liên tục 24/24h

Mọi hoạt động của ra da đều được điều khiển từ xa thông qua hệ thống máy tính

Ảnh mây vệ tinh được sử dụng là thu từ vệ tinh của Nhật Bản, từ ảnh mây vệ tinh các chuyên gia khí tượng có thế xác định được vị trí, sự hình thành, phát triển và suy tàn của bão Như vậy để xác định chính xác về một cơn bão phụ thuộc vào dữ liệu mà vệ tinh MT- Sat ghi nhận có trung thực hay không Vậy nên để nâng cao dự báo bão hiệu quả, ngoài việc đầu tư trang thiết bị hiện đại và công nghệ nhằm thu thập, phân tích chính xác thông tin thì còn cần phải tham khảo thông tin dự báo của thế giới và các vùng lân cận

Các công tác dự báo khí tượng thủy văn:

Trạm rada được đưa vào sử dụng từ tháng 10- 2009 đến nay Sản phẩm của nó được phục

vụ cho các ngành kinh tế quốc dân, hàng không và nông nghiệp

Dự báo ngắn và cực ngắn: nhỏ hơn 24h gồm 2 bản tin sáng và chiều, dự báo bão thì tùy theo vị trí bão ảnh hưởng tới khu vực nào thì sẽ tăng số bản tin lên 4 hoặc 8 bản tin theo quy định của Nhà nước và thông báo lũ dự báo không khí lạnh, dự báo nắng nóng,

Dự báo dài ngày: 3, 5 ,10 ngày, 1 tháng, dự báo mùa vụ(Đông Xuân, Hè Thu, )

Ngoài ra còn trạm còn đo nồng độ axit trong mưa phục vụ cho công tác điều tra môi trường

Quy mô của trạm đo

Bán kính hoạt động của trạm ra đa Đông Hà Quảng Trị là 480km, phát hiện và dự báo chính xác hiệu quả trong khoảng 35km đến 120km, tần số rada ~2800Mhz, bước sóng 3-7 cm

Phạm vi ứng dụng các số liệu đo đạc

Số liệu của trạm đo là số liệu đầu vào của mô hình dự báo khí tượng thủy văn,xuất ra kết quả dự báo,

Quá trình chỉnh biên số liệu:

Ra đa với công nghệ hiện đại dự báo cực ngắn nhỏ hơn 6h Khi phát hiện ra ổ mây dông,người dự báo viên dựa vào kết quả ảnh mây vệ tinh dự báo silop,mô hình số trị,ảnh rada,tổng hợp các kết quả mô hình dự báo,các phương pháp dự báo để đưa ra bản tin chung thông báo cho cơ quan dự báo địa phương để đưa ra các phương án phòng chống hợp lý

Một số hình ảnh về trạm khí tượng- rada Đông Hà Quảng Trị:

Báo cáo thực tâ ̣p thủy văn GVHD: Pha ̣m Thành Hưng

Hình ảnh bên ngoài trạm

Hình ảnh ra đa đang quét

Hình ảnh khi ra đa đang quét

Mực nước áp lực ở Thạch Hãn

Lượng mua ở Thạch Hãn 1h cập nhật dữ liệu 1 lần

Báo cáo thực tâ ̣p thủy văn GVHD: Pha ̣m Thành Hưng

Máy vận hành rada EPRD 9

B.Tra ̣m thủy văn Gia Vòng:

1 Giới thiệu chung

Vị trí địa lý: trạm đo Gia Voong nằm ở thươ ̣ng nguồn sông Bến Hải, tại xã Vĩnh Hải cạnh nghĩa trang Trường Sơn

- Quy mô của tra ̣m : tra ̣m thủy văn cấp 1 và không có ảnh hưởng triều

- Các thông số đo đa ̣c : đo mực nước, đo lưu tốc, đo lưu lượng, đo lưu lượng bùn cát, đo mưa,đo nhiệt độ, độ ẩm…

a.Đo mực nước:

Mực nước là cao trình mă ̣t nước so với mă ̣t chuẩn quy ước, mă ̣t chuẩn này được quy đi ̣nh chung cho từng vùng lãnh thổ

Đơn vi ̣ thường dùng là ( cm) hoă ̣c (m) và thường ký hiê ̣u là H

- Phương pháp đo:

* Đo bằng máy tự ghi mực nước:

* Đo bằng thủ công hê ̣ thống co ̣c đo : H=∆+a

- Thời gian đo: tùy vào ngày và từng trường hợp cụ thể, ngày bình thường đo 2 hoặc 4 lần, còn vào ngày mưa bão thì đo nhiều hơn tùy vào quy định và mức độ ảnh hưởng của thời tiết

- Đo 2 lần mỗi ngày vào lúc 7h và 19h

- Đo 4 lần mỗi ngày vào lúc 1,7,13,19h hàng ngày

- Đo 8 lần mỗi ngày vào các giờ 1,4,7…19,22h hàng ngày

- Đo 12 lần mỗi ngày vào lúc 1,3,5,7…19,21,23h hàng ngày

- Đo 24 lần mỗi ngày thời gian cách nhau 1h

-Cách đo thủ công bằng hệ thống cọc, bậc xây, thủy trí:

Ta có cao trình mốc đầu là ∆

Khi tới giờ đo ta sử du ̣ng mia cắm vào vi ̣ trí cần đo sau đó đọc chỉ số mực nước tương ứng với bậc có nước ngập là a

Khi đó mực nước đo được là : H =a+∆(m,cm)

Bậc thang đo mực nước sông dâng

Báo cáo thực tâ ̣p thủy văn GVHD: Pha ̣m Thành Hưng

Máy tự ghi mực nước trong nhà đo -Mỗi cách đo có ưu khuyết điểm riêng, tùy vào điều kiện địa hình địa chất vị trí trạm đo ,sự dao động của biên độ mực nước và điều kiện kinh tế chọn cách đo cho phù hợp

Các loại số liệu mực nước

Mực nước tức thời : là mực nước lấy ở thời điểm khác nhau, như mực nước lớn nhất (Hmax) hay mực nước nhỏ nhất (Hmin) Đường quá trình mực nước (H~t) biểu thị chi tiết thay đổi mực nước theo thời gian

b.Đo vâ ̣n tốc của nước bằng lưu tốc kế.

Để đo lưu tốc người ta thường dùng các loại lưu tốc kế

- Du ̣ng cu ̣ đo: + cá sắt tải tro ̣ng 18kg, 50kg, 80kg…tùy thuô ̣c vào yêu cầu

+ nôi treo + lưu tốc kế

Nhà đặt tời

Cá sắt tải tro ̣ng

Lưu tốc kế

Báo cáo thực tâ ̣p thủy văn GVHD: Pha ̣m Thành Hưng

Đo lưu tốc cùng tiến hành với đo sâu Và lần lượt đo từng thời điểm trên đường thủy trực

từ bờ bên này sang bờ bên kia tại vị trí mặt 0.2h, 0.4h, 0.6h, 0.8h và điểm đáy

Mỗi lần đo cần khoảng 2-3 người để cùng vâ ̣n hành thiết bi ̣ đo

Lưu tốc từng điểm trên thủy trực được tính theo công thức:V=a.n+b

Trong đó: + V vâ ̣n tốc ta ̣i điểm đo ( tức thời )

+ a,b hê ̣ số của từng máy đo + n số vòng quay của cánh qua ̣t trong mô ̣t giây n =N/t + N số vòng quay cánh qua ̣t giữa hai lần reo chuông Theo quy pha ̣m đo đa ̣c thủy văn, số điểm đo tốc đô ̣ trên thủy trực được quy đinh gồm 1 điểm, 2điểm, 3điểm,5 điểm đo tùy thuô ̣c đô ̣ sâu ta ̣i vi ̣ trí mă ̣t cắt cần đo Trường hợp sông Bến Hải ở tra ̣m đo Gia Vòng thì đo với 5 điểm đo Mỗi điểm đo với thời gian t 120s, được đo bằng đồng hồ bấm giây

Tốc đô ̣ bình quân thủy lực được tính theo công thức:

Trong đó : + tốc đô ̣ bình quân thủy trực

+ , , , là tốc đô ̣ của thủy trực ta ̣i các điểm mă ̣t nước và các điểm ở đô ̣ sâu 0.2h, 0.4h, 0.6h, 0.8h và điểm ở đáy sông

Theo quy luật chung lưu tốc bình quân của thủy trực giảm dần từ giữa dòng vào 2 bờ

c.Đo lưu lươ ̣ng:

Lưu lượng nước là lượng nước chảy qua mặt cắt ngang trong một đơn vị thời gian, ký hiê ̣u là Q, đơn vi ̣ tính m3/s

-Nguyên lý đo: Gọi Q là lưu lượng nước đi qua mặt cắt có diện tích ướt là ω,dω là vi phân

diện tích thuộc ω, v là tốc độ tức thời của dòng nước tại dω Khi đó ta có lưu lượng nước đi qua

vi phân diện tích là dQ=v dω Từ đó Q=

+.Xác đi ̣nh mă ̣t cắt ngang sông:

Do địa hình đáy sông có hình dáng phức tạp cho nên khi tiến hành xác đinh mặt cắt ngang của sông ta phải phân chia ra nhiều đoạn trên bề rộng của sông để kháo sát và tiến hành vẽ mặt cắt ngang

Dựa vào bề rộng của sông ( tính từ mặt nước tại thời điểm xác định ) người ta xác định đươc số thủy trực cần đo sau đó tiến hành đo độ sâu, với khoảng cách giữa các thủy trực có thể chia điều nhau hoặc không điều tùy thuộc vào địa hình đáy sông

-Đo đô ̣ sâu :

-Theo phương pháp thủ công có thể dùng dụng cụ sào tre, thước sắt, tải trọng(cá sắt)

+ Nôi treo Vào mùa kiê ̣t có thể đo trực tiếp bằng thước thẳng

Ta sử du ̣ng cá sắt để đi ̣nh vi ̣ theo phương thẳng đứng, thực tế cá sắt luôn bi ̣ lê ̣ch so với phương đứng một góc α nào đó vì thế khi xử lý số liệu ta phải tính toán với góc α để phù hợp với thực tế

-Trình tự đo sâu:

Căn cứ vào mặt cắt ngang sông, chia ra nhiều diện tích giới hạn bởi các đường thẳng đứng gọi là đường thủy trực đo sâu, khoảng cách có thể chia đều hoặc không chia đều tùy theo địa hình đáy sông, số lượng đường thủy trực trong bảng sau

Có mă ̣t cắt ngang của sông, có lưu tốc ta ̣i từng thủy trực ta xác đi ̣nh lưu lượng theo công thức :

Đối với mă ̣t cắt gần bờ ta nhân thêm hê ̣ số tùy thuô ̣c vào đi ̣a hình ven bờ

Lưu lươ ̣ng mă ̣t cắt được tính theo công thức:

Q=

Trong đó :

+ Vi là tốc đo ̣ bình quân thủy trực ta ̣i vi ̣ trí thứ i + là chiều rô ̣ng của mảnh diê ̣n tích bô ̣ phâ ̣n + là lưu lượng các mảnh diê ̣n tích bô ̣ phâ ̣n +Q là diê ̣n tích toàn mă ̣t cắt

Khi các thông số được đo đa ̣c xong thì ta tiến hành chỉnh biên và kéo dài số liê ̣u theo quan

hê ̣ ( Q ~ H )

Kéo dài quan hê ̣ Q =f(H) trực tiếp :

+ quan hê ̣ ổn đi ̣nh +quan hê ̣ không ổn đi ̣nh Kéo dai quan hê ̣ Q = f(H) theo quan hê ̣ ω= f(H) và v =f(H), có Hi tra ra ωi và Vi, Qi

= ωi.Vi

Các số liê ̣u sau khi được chỉnh biên sẽ được gửi lên cấp trên để dự báo

d.Đo lưu lươ ̣ng bùn cát trên sông.

Bùn cát chuyển động trong dòng chảy sông ngòi được chia làm hai loại:

+ Bùn cát lơ lửng bao gồm các hạt bùn cát trôi lơ lửng theo dùng nước

+ Bùn cát di đáy là những cát chuyển động theo dòng nước với hình thức nhảy hoă ̣c lăn theo đáy sông

Lượng bùn cát lơ lửng,di đáy tùy thuộc vào điều kiện địa hình,địa chất lưu tốc dòng chảy

Đo bùn cát lơ lửng.

Viê ̣c đo bùn cát được tiến hành cùng lúc với đo sâu và đo lưu tốc

Du ̣ng cu ̣ đo bùn cát gồm có: du ̣ng cu ̣ lấy mẫu nước, du ̣ng cu ̣ lo ̣c bùn cát, máy sấy và cân chính xác…

Có 2 phương pháp đo: tích điểm hoă ̣c tích phân

Tính lưu lượng bùn cát thực đo:

Báo cáo thực tâ ̣p thủy văn GVHD: Pha ̣m Thành Hưng

Lưu lượng bùn cát là trọng lượng bùn cát chuyển qua mặt cát trong một đơn vị thời gian Đơn vi ̣ thường là gam/giây hoă ̣c là kilogam/giây Lượng bùn cát chuyển qua mặt cắt băng tổng lưu lượng bùn cát của các diện tích bộ phận

Đo bùn cát di đáy.

Hiê ̣n nay thực tế người ta xác đi ̣nh lượng bùn cát di đáy dựa trên phần trăm lượng bùn cát

lơ lửng, giá trị này phù thuộc vào điều kiện địa chất, địa hình, cấp lưu lượng …

Vâ ̣y lươ ̣ng bùn cát chuyển qua mô ̣t mă ̣t cắt ngang bằng tổng lượng bùn cát lơ lưởng cô ̣ng với lượng bùn cát di đáy trong mô ̣t lần đo

Chỉnh biên số liệu bùn cát.

Tính lưu lượng bình quân bùn cát ngày, tháng, năm

-Lượng binh quân bùn cát ngày:

Rnga  y= pngay Qngay

Trong đó : pngay tính bằng g/m3 hoă ̣c kg/m3

Qngay tính bằng m3/s

Rnga  y tính bằng g/s hoă ̣c kg/s -Lượng bình quân bùn cát tháng và năm

Rthang=

n

R ngay

∑ Rnam=

12

12

1

∑

=

i thang R

-Tổng lươ ̣ng bình quân bùn cát ngày, tháng, năm

Gi = Ri.Ti=pi.Wi Trong đó : Gi : tổng lượng bùn cát ngày, tháng, năm

Ri : lươ ̣ng bình quân bùn cát ngày, tháng, năm

Ti : thời gian của ngày, tháng, năm tính theo giây

Wi : tổng lươ ̣ng dòng chảy ngày, tháng, năm ( m3)

e.Đo mưa.

Mưa là hiê ̣n tượng hơi nước bốc hơi lên gă ̣p la ̣nh ngưng tu ̣ la ̣i thành các đám mây trong tầng đối lưu của khí quyển, khi các đám mây đủ nă ̣ng nước sẽ được rơi xuống đất ta ̣o thành các cơn mưa

Cách đo mưa : 2 cách

+ Đo mưa bằng cách thủ công ( vũ kế ): Được tiến hành đo đạt thu thâ ̣p số liệu về lượng mưa trong ngày khi có mưa, số liệu được tiến hành tổng hợp trong ngày

+ Đo bằng phương pháp bán thủ công và tự đô ̣ng ( máy tự nghi vũ kế ): khi có mưa số liê ̣u đươ ̣c máy ghi mô ̣t cách tự đô ̣ng nối với thiết bi ̣ trong nhà và được tổng hợp cho ra kết quả

Máy đo mưa thủ công(hiện nay không sử dụng nữa)