bài giảng địa chất thủy văn

Nguyen Dinh Dòng chảy được hiểu chung là sự vận động của nước trên mặt – dòng chảy trên mặt , và trong đất đá – dòng chảy ngầm... Nguyen Dinh Tu-HCMUT 14/73 CHƯƠNG I  Lưu lượng dòng ch

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

Dòng chảy được hiểu chung là sự vận động của nước trên mặt – dòng chảy trên mặt , và trong đất đá – dòng chảy

ngầm

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

3/73CHƯƠNG I

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

4/73CHƯƠNG I

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

5/73CHƯƠNG I

Dr Nguyen Dinh

• Change Earth materials

• Water is a primary agent of many (all?)

geologic processes

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

Geology controls groundwater flow

 Permeable pathways are controlled by distributions of geological

materials

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

9/73CHƯƠNG I

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

10/73CHƯƠNG I

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

11/73CHƯƠNG I

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

12/73

CHƯƠNG I

Các đặc trưng của dòng chảy :

 Bề dày dòng chảy

Là bề dày lớp nước trãi đều trên lưu vực mà dòng chảy đó mang đi

3

10

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

13/73

CHƯƠNG I

 Hệ số dòng chảy

Là tỷ số giữa bề dày dòng chảy và lượng mưa rơi hàng năm trên lưu vực

Với : y – bề dày dòng chảy (mm/năm); x – lượng mưa rơi trên lưu vực (mm/năm)

x

y

=

η

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

14/73

CHƯƠNG I

 Lưu lượng dòng chảy

Là lượng nước chảy qua một mặt cắt vuông góc với dòng chảy trong một đơn vị thời gian.

Q = V.F

Với : Q – lưu lượng dòng chảy (m 3 /s); V – tốc độ trung bình của dòng chảy (m/s); F – diện tích tiết diện của dòng chảy (m 2 ).

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

15/73

CHƯƠNG I

 Thể tích dòng chảy

Là tổng lượng nước của dòng chảy trong một năm

W = Q.T

Với : W – thể tích dòng chảy (m 3 /năm); Q – lưu lượng dòng

chảy (m 3 /s); T – Thời gian trong năm (s)

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

16/73

CHƯƠNG I

 Môđun dòng chảy

Là lượng nước chảy ra trong một đơn vị thời gian từ một đơn vị diện tích lưu vực của dòng chảy

Với : Q – lưu lượng dòng chảy (m 3 /s); F – diện tích lưu vực của dòng chảy (km 2 ).

2

3

/

10

.

km s

l F

Q

M =

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

17/73

CHƯƠNG I

Các đặc trưng của dòng chảy (tt)

 Lượng dòng chảy chuẩn

Là giá trị trung bình của nhiều năm (trên 50 năm) của các đặc trưng trên

Với : n là số năm (n > 50 )

Wo = ∑ i

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

18/73

CHƯƠNG I

 Hệ số môđun

Được xác định bằng tỉ số giữa đặc trưng dòng chảy của một năm nào đó với đặc trưng chuẩn tương ứng

o

i o

i o

i o

i

y

y W

W Q

Q M

M

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

19/73

CHƯƠNG I

 Môđun dòng ngầm

Là lưu lượng nước chảy ra từ một đơn vị diện tích lưu vực ngầm

Với : Q n – lưu lượng dòng ngầm (m 3 /s); F n – diện tích lưu vực ngầm (km 2 ).

2

3 /

10 l s km F

Q M

n n

n =

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

21/73

CHƯƠNG I

Các nhân tố ảnh hưởng đến dòng chảy

 Các nhân tố chủ yếu : Khí hậu, địa hình, địa chất , địa chất

thuỷ văn, lớp phủ thực vật và hoạt động của con người

1 Lưu lượng dòng chảy đến lượng mưa và lượng bốc hơi

     Theo M.A.Velicanov: quan hệ giữa hệ số dòng chảy với lượng thiếu ẩm d

8 , 4

=

η

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

23/73CHƯƠNG I

LƯU VỰC-ĐƯỜNG PHÂN THỦY

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

24/73CHƯƠNG I

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

25/73

CHƯƠNG I

     Mật độ dòng chảy : Tỷ số của số km dòng chảy trên

một đơn vị diện tích lưu vực

2

/

, km km F

Với : - Tổng chiều dài các đường đồng mức địa

hình (km); h – khoảng cách giữa các đường đồng mức (km);

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

26/73CHƯƠNG I

Dr Nguyen Dinh

Lateral flow in soil

 matrix / diffuse flow

 macropore and pipe flow

 piston flow

Groundwater flow (baseflow)

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

28/73

CHƯƠNG I

Hortonian Overland Flow

(infiltration-excess overland flow)

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

29/73

CHƯƠNG I

Hortonian Overland Flow

(infiltration-excess overland flow)

overland flow

Dr Nguyen Dinh

Downslope (lateral) flow through a soil

Dr Nguyen Dinh

Surface Runoff

Throughflow

Groundwater Flow

River

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

time of recession

rece ssio

n lim b

ri si

n g

li m b

base flow

peak flow

The Hydrograph

Shows discharge plotted against time for a point in

drainage basin

Dr Nguyen Dinh

 relatively rapid route to channel

 (nearly) immediate response to

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

37/73CHƯƠNG I

Why is Infiltration Important?

Dr Nguyen Dinh HCMUT

Dòng chảy chỉ nhận nước từ

nguồn mưa rơi trực tiếp trên bề

mặt dòng chảy và nước từ các

tầng sâu

Kiểu 2: i < f i ; X > D

Dòng chảy nhận nước từ nguồn mưa rơi trực tiếp trên bề mặt dòng chảy, nước từ các tầng sâu và từ đới thông khí bão hòa nước

Biểu đồ thủy văn và cách xác định quan hệ dòng mặt và dòng

ngầm (đọc thêm SGK ĐCTV ứng dụng trang 46-68)

Dr Nguyen Dinh

Kiểu 3: i > f i ; X < D

Sông nhận nước từ nguồn mưa rơi

trực tiếp trên bề mặt dòng chảy,

nước từ các tầng sâu và nước của

các dòng chảy bên sườn

Kiểu 4: i > f i ; X > D

Sông nhận nước từ nguồn mưa rơi trực tiếp trên bề mặt dòng chảy, nước từ các tầng sâu, từ đới thông khí bão hòa nước và nước bên sườn

Q

t c)

Q

∆ Q

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

40/73CHƯƠNG I

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

41/73CHƯƠNG IVÒNG TUẦN HOÀN CỦA NƯỚC TRONG THIÊN NHIÊN

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

42/73CHƯƠNG I

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

43/73

CHƯƠNG I

Khái niệm về cân bằng của nước trong tự nhiên

 Là sự phản ánh một cách định lượng vòng tuần hoàn của nước trong một lưu vực sông, trong một khu vực riêng biệt hay trên toàn Quả đất.

Phương trình cân bằng nước cho một lưu vực sông khép kín (theo A.M.Velicanov):

X = Y + Z + U + wVới : X: Là lượng mưa rơi trên lưu vực (mm); Y: Lượng dòng chảy (mm); Z: Hiệu số giữa lượng bốc hơi và ngưng tụ (mm); U: Tổng lượng hơi ẩm (mm); w: Lượng nước thêm vào hoặc mất đi cho lưu vực bên cạnh

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

44/73

CHƯƠNG I

Khái niệm về cân bằng của nước trong tự nhiên

Nếu quan sát nhiều năm và trong những mùa mưa nhiều thì phương trình trên có thể viết đơn giản như sau:

Phương trình này chỉ đúng khi:

1.      Lượng mưa rơi, lượng bốc hơi làm thay đổi dòng nước ngầm không sâu.

2.      Lưu vực trên mặt và lưu vực dưới đất trùng nhau.

3.      Sự tham gia của nước từ các lưu vực ngầm khác không có hoặc không đáng kể.

4.      Không có sự mất nước sang lưu vực ngầm khác

Dr Nguyen Dinh

Đối với những vùng không có dòng chảy thì Y o = 0 khi đó

± Wo = Xo - Zo

Dr Nguyen Dinh

Zb = Xb + Yo Với Z b : Lượng nước bốc hơi trên biển (mm); X b : Lượng mưa rơi trên biển (mm); Y: Lượng dòng chảy hàng năm (mm)

Dr Nguyen Dinh

đáng kể, ta có công thức cho vùng không có dòng chảy:

Zk = Xk Trên toàn trái đất sẽ phương trình cân bằng

Zl+ Zb + Zk = Xl + Xb + Xk

Dr Nguyen Dinh HCMUT

Tu-48/73

CHƯƠNG I

Lãnh thổ 1000 kmDiện tích 2

Mưa Dòng chảytrên mặt Bốc hơi

800 1270 1130

119 458 577

315 130 -

47 47 -

485 1400 1130

72 505 577

Cân bằng nước trung bình năm trên thế giới

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

49/73

CHƯƠNG I

Hình Các thành phần cơ bản

của vòng tuần hoàn nước

trên trái đất.

X o – Mưa trên đại dương; X 1 –

Nước nguyên sinh từ manti đi

lên; Z o – Bay hơi từ mặt đại

dương; X – lượng nước mất

vào những tầng trên của khí

quyển; X CO ; X ZO – tương ứng

là lượng mưa ở những lưu vực

có và không có dòng chảy;

Z CO ; Z ZO – tương ứng là lượng

bay hơi ở những lưu vực có

và không có dòng chảy; Y CO ;

Y n – tương ứng là lượng dòng

mặt và dòng ngầm chảy ra

Dr Nguyen Dinh

Water flows from zones of high hydraulic gradient to low  hydraulic gradient!

i= h.g = ∆h/L

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

Groundwater will tend to

flow from the top aquifer

to the bottom aquifer

We can’t make any

conclusion about

horizontal head gradients

from this picture

Charbeneau, 2000.

Dr Nguyen Dinh HCMUT

Tu-54/73

CHƯƠNG I

Horizontal

and Vertical Head

Gradients

Freeze and Cherry, 1979.

Dr Nguyen Dinh HCMUT

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

56/73CHƯƠNG I

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

57/73

CHƯƠNG I

Flow is always perpendicular to the lines of equal potential

Potential = acceleration of gravity • hydraulic head = g • h ~ h

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

58/73CHƯƠNG I

Sơ đồ thiết bị nghiên cứu giới hạn áp dụng định luật Darci

Dr Nguyen Dinh

Với Q – lưu lượng nước qua ống; k – hệ số tỉ lệ (Hệ số thấm); F – tiết diện ngang của ống; ∆ H – Tổn thất áp lực khi nước thấm; L – chiều dài đường thấm Ký hiệu tỉ số giữa tổn thất áp lực ∆ H với chiều dài đường thấm L bằng gradient thủy lực I, chia hai vế của phương trình cho tiết diện ngang của ống và sử dụng khái niệm vận tốc thấm v=Q/F ta có công thức:v=kI

L

H kF

Q = ∆

V = kI

Dr Nguyen Dinh

Với kk – hệ số thấm theo Krasnopolski Từ công thức thấy rằng khi chảy rối, vận tốc thấm tỉ lệ thuận với căn bậc hai của gradient thủy lực Dòng chảy tầng – rối hỗn hợp

thường được biểu diễn bằng phương trình Proni:

I = av + bv 2 Với a và b – những thông số phụ thuộc vào tính chất môi trường lỗ rỗng và chất lỏng vận động trong đó (Được xác định bằng thực nghiệm)

I k

v = k

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

61/73

CHƯƠNG I

Vận động của nước liên kết yếu

trong đất loại sét (động thái

dẻo nhớt) được đặc trưng bằng

phương trình sau: V= k(I–Io)

Vơi Io – gradient ban đầu Sự

thấm của nước liên kết yếu chỉ

bắt đầu khi gradient áp lực lớn

hơn gradient ban đầu Io.

Các định luật thấm của nước dưới đất.

I 0

I th

I v

Dr Nguyen Dinh

Q = ∆

L

H k

V

u = > V = n u

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

L: khoảng cách giữa 2 mặt cắt thủy văn.

Dùng để xác định TLĐTN của NDĐ được bổ cấp từ dòng mặt, vùng castơ, thung lũng núi.

Cần chọn 2 mặt cắt sao cho hiệu lưu lượng lớn hơn sai số đo lưu lượng.

Qn=Q2-Q1

Q 1 , Q 2 : lưu lượng của sông tại 2 mặt cắt.

Lưu lượng đơn vị dòng ngầm:

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

66/73

CHƯƠNG I

XÁC ĐỊNH TLĐTN QUA DÒNG KIỆT CỦA SÔNG: Dòng kiệt: dòng chảy có

lưu lượng nhỏ và tương đối ổn định Trên đồ thị dòng chảy có khuynh hướng gần như nằm ngang.Trong thời kỳ cung cấp ổn định do NDĐ của đới trao đổi nước mạnh và ảnh hưởng của dòng mặt nhỏ thì có thể xem lưu lượng của NDĐ chảy từ diện tích thu nước của sông ở phía trên mặt cắt nghiên cứu bằng lưu lượng của sông tại mặt cắt đó Sơ đồ phân chia thời kỳ kiệt của dòng sông.

Dr Nguyen Dinh

Tu-HCMUT

67/73

CHƯƠNG I

PHÂN CHIA THỦY ĐỒ CỦA SÔNG

Là biểu đồ dao động lưu lượng dòng sông theo thời gian.

Dr Nguyen Dinh HCMUT

Tu-68/73

CHƯƠNG I

TÍNH DÒNG NGẦM KHI PHÂN THỦY ĐỒ DÒNG SÔNG

 F c : diện tích giới hạn bởi đường cong thủy đồ với các trục tọa độ.

 m c : tích số giữa 1 đơn vị trên trục lưu lượng với 1 đơn vị trên trục thời gian.

 m c =m p m b

 Giá trị trung bình lớp:

 Modul dòng ngầm M n (l/s.km 2 ):

 Hệ số dòng ngầm:

n

b

Q Y

b

Q M

F

=

100%

n n

Y K

X

=

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

Dr Nguyen Dinh

1 in = 0.0833 ft = 25.4mm

1ft = 305mm

1 ac (acre) = 0.405ha

Dr Nguyen Dinh

Cao độ (ft)

175 190 232 375 525 955

2,75 3,05 3,76 4,11 2,70 1,05

158 216 216 236 155 60

1,05 1,55 2,05 2,80 3,75 4,25

60 89 118 161 216 244

+1655 +1691 +738 +655 +123 -827

+2.4 +2.5 +1.1 +0.9 +0.2 -1.2

701.0 703.4 705.9 706.9 707.9 708.0 706.9

Dr Nguyen Dinh