ủy văn học tiếng Anh: hydrology, gốc Hy Lạp: Yδρoλoγια, Yδωρ+Λoγos, hydrologia, nghĩa là “khoa học về nước Nước chiếm 70% bề mặt của Trái Đất ủy văn học tiếng Anh: hydrology, gốc Hy Lạ
Trang 1ủy văn học (tiếng Anh: hydrology, gốc Hy Lạp: Yδρoλoγια, Yδωρ+Λoγos, hydrologia,
nghĩa là “khoa học về nước
Nước chiếm 70% bề mặt của Trái Đất
ủy văn học (tiếng Anh: hydrology, gốc Hy Lạp:
Yδρoλoγια, Yδωρ+Λoγos, hydrologia, nghĩa là “khoa
học về nước”) là ngành khoa học nghiên cứu về sự vận
động, phân phối, và chất lượng củanướctrên toàn bộ
Trái Đất, và vì thế nó đề cập đến cả vòngtuần hoàn
nướcvàcác nguồn nước Những người nghiên cứu về
thủy văn học được gọi là nhà thủy văn học, họ làm việc
trong cả lĩnh vựckhoa học Trái Đấthaykhoa học môi
trường, địa lý tự nhiênhaykỹ thuật xây dựngvà kỹ
thuật môi trường
Các lĩnh vực của thủy văn học bao gồmkhí tượng-thủy
văn,thủy văn nước mặt,địa chất thủy văn, quản lýlưu
vực sôngvàchất lượng nước, những nơi mà nước đóng
vai trò chủ đạo.Hải dương họcvàkhí tượng họckhông
được xếp vào thủy văn học bởi vì nước chỉ là một trong
rất nhiều đối tượng nhiên cứu quan trọng của chúng
Các nghiên cứu thủy văn là rất hữu ích vì chúng cho
phép chúng ta hiểu rõ hơn về thế giới chúng ta sống
và cũng như cung cấp những hiểu biết sâu sắc hơn về
khoa học môi trường, chính sáchvà hoạch định môi
trường
1 Lịch sử
ủy văn học đã là đối tượng nghiên cứu và đã được
ứng dụng trong hàng thiên niên kỷ Như vào khoảng
năm 4000 TCNsông Ninđã được xây đập để tăng năng
suất nông nghiệp của các vùng đất cằn cỗi trước đó Các
thị trấnLưỡng Hàđã được bảo vệ khỏi lũ lụt bằng các
tường đất cao Cácống dẫn nướcđượcHy LạpvàLa Mã
xây dựng, trong khi đóTrung ốccũng đã xây dựng
các công trình dẫn nước và kiểm soát lũ lụt NgườiSri
Lankacổ đã sử dụng thủy văn học để xây dựng cáccông trình tưới tiêu của Sri Lanka cổ đại, được biết tới như
là sự phát minh ra van Pit, từ đó có thể xây dựng được các hồ chứa lớn, đập nước và kênh đào mà tới ngày nay vẫn hoạt động
Marcus Vitruvius, sống ở thế kỷ thứ nhất trướcCông nguyên, đã mô tả một học thuyết triết học về vòng tuần hoàn nước, trong đó giáng thủy rơi trên các ngọn núi thâm nhập vào bề mặt Trái Đất và hướng tới sông, suối
ở những vùng đất thấp hơn Với một phương pháp khoa học hơn,Leonardo da VincivàBernard Palissyđã mô
tả chính xác hơn về vòng tuần hoàn nước một cách độc lập với nhau Cho tới tận thế kỷ 17 khi mà người ta bắt đầu xác định số lượng các biến thủy văn thì vòng tuần hoàn nước càng được trình bày chính xác hơn nữa Những người tiên phong trong khoa học thủy văn hiện đại, bao gồmPierre Perrault, Edme Marioe và
Edmund Halley Bằng cách đo lượng mưa, dòng chảy mặt, và diện tích lưu vực, Perrault đã cho thấy lượng mưa có đủ khả năng để giải thích cho dòng chảy của
sông Seine Marrioe kết hợp các phép đo về vận tốc
và mặt cắt ngang sông để thu được dòng xả của sông Seine Halley đã cho thấy lượng bốc hơi củaĐịa Trung Hảiđủ để giải thích cho dòng chảy từ sông ra biển Các tiến bộ trong thế kỷ 18 gồm cóáp suất kế Bernoulli
và phương trình Bernoulli, do Daniel Bernoulli, ống pitot và Công thức Chezy ế kỷ 19 chứng kiến
sự phát triển trong thủy văn nước ngầm, bao gồm
định luật Darcy,công thức giếng khoan Dupuit-iem
và phương trình dòng chảy mao dẫn của Hagen-Poiseuille
Các phân tích khoa học đã bắt đầu thay thế chủ nghĩa kinh nghiệm trong thế kỷ 20, trong khi đó các cơ quan thuộc chính phủ bắt đầu thực hiện các chương trình nghiên cứu thủy văn của chính họ Đặc biệt quan trọng
làbiểu đồ thủy văn đơn vịcủaLeroy Sherman, lý thuyết thấm củaRobert E Horton, vàphương trình eismô
tả thủy lực học giếng khoan
Từthập niên 1950, thủy văn học được tiếp cận với nhiều học thuyết cơ sở hơn so với quá khứ, nó được thừa hưởng các thành quả tiến bộ của vật lý nhờ đó hiểu được các tiến trình thủy văn với sự giúp sức của công
cụmáy tính
1
Trang 22 Vòng tuần hoàn nước
Chủ đề chính của vòng tuần hoàn nước là nước di
chuyển trên Trái Đất bằng các con đường khác nhau,
với các tốc độ khác nhau theo một vòng khép kín không
có điểm đầu hay điểm cuối Nước từ đại dương bốc hơi
tạo nên các đám mây Các đám mây này khi bay vào đất
liền và sinh ra mưa Nước mưa chảy vào các hồ chứa,
các con sông, hoặc các tầng ngậm nước Sau đó, nước
trong các hồ chứa, các con sông và các tầng ngậm nước
bốc hơi trở lại bầu khí quyển hoặc là chảy ra lại đại
dương, kết thúc một vòng tuần hoàn
3 Các ngành của thủy văn học
• Hóa học thủy vănnghiên cứu các tính chất hóa
học của nước
• ủy văn sinh thái họcnghiên cứu mối quan hệ
qua lại giữa sinh vật và vòng tuần hoàn nước
• Địa lý thủy vănnghiên cứu sự hiện hữu và chuyển
động của nước trong các tầng ngậm nước
• Tin học-thủy vănlà sự ứng dụng công nghệ thông
tin vào thủy văn học và các ứng dụng tài nguyên
nước
• Khí tượng-thủy vănnghiên cứu sự chuyển dịch
nước và năng lượng giữa mặt đất và bề mặt sông
suối với khí quyển thấp
• ủy văn đồng vịnghiên cứu các dấu hiệu đồng
vị của nước
• ủy văn nước mặtnghiên cứu các tiến trình thủy
văn xảy ra ở hoặc gần bề mặtTrái đất
3.1 Các ngành liên quan
• Hóa học nước
• Kỹ thuật xây dựng
• Khí hậu học
• Khoa học môi trường
• Địa mạo học
• Kĩ thuật thủy lực
• Khoa học hồ
• Hải dương học
• Địa lý tự nhiên
4 Các phương pháp đo đạc trong thủy văn
Chuyển động của nước trên Trái Đất có thể được đo đạc theo một số cách Các số liệu này rất quan trọng cho cả việc đánh giá tài nguyên nước và hiểu được các tiến trình tham gia vào vòng tuần hoàn nước Các nhà thủy văn học thường dùng các thiết bị sau để đo đạc: Nước dưới đất
• Hướng dòng chảy
• Piezometer- đo áp lực cột nước, từ đó có thể suy ra độ sâu nước ngầm (xem:thí nghiệm tầng chứa nước)
• Độ dẫn nước, độ chứa nước
• Các phương pháp địa vật lý
• Đặc điểm của đới thông khí
• Infiltrometer- đo thấm
reflectometer - Tensiometer -Capacitance probe
Dòng chảy mặt
• Stream gauge - Đo lưu lượng dòng chảy (xem:
lượng dòng chảy (thủy văn học))
• Kỹ thuật đánh dấu
• Vận chuyển và lắng đọng trầm tích
• an hệ thủy lực giữa dòng chảy mặt và nước
ngầm
Đo mưa, tuyết
• Disdrometer- Đo các đặc điểm của giáng thủy
• Sling psychrometer- độ ẩm không khí
• Radar- Đo các đặc tính của mây
• ùng đo mưa- đo lượng mưa và lượng tuyết rơi
• Vệ tinh
Đo lượng bốc bơi
• Evaporation-Symon's evaporation pan
• Bốc hơi từ nước mặt
• Bốc hơi từ thực vật
Chất lượng nước
Trang 3• Lấy mẫu
• Phân tích tại hiện trường
• Đo đạc các thông số vật lý (gồm cả hàm lượng trầm
tích)
• Lấy mẫu và phân tích hàm lượng hợp chất hữu cơ
• Lấy mẫu và phân tích hàm lượng hợp chất vô cơ
• Lấy mẫu và phân tích lượng vi sinh vật
Kết hợp kết quả đo đạc và mô hình
5 Dự báo thủy văn
Các quan trắc về các tiến trình thủy văn được sử dụng
làm cơ sở cho các dự báo về xu hướng chuyển động của
nước và khối lượng nước trong tương lai
5.1 Thống kê trong thủy văn
Bằng cách phân tích các đặc điểmthống kêcủa chuỗi
số liệu thủy văn, ví dụ như lượng mưa hoặc lưu lượng
của sông, nhà thủy văn học có thể ước tính các hiện
tượng thủy văn trong tương lai với giả thiết rằng các
đặc điểm của các quá trình là không thay đổi
Đối với cáckỹ sưvànhà kinh tế học, những ước tính
này quan trọng đến nỗi việc thực hiệnphân tích rủi ro
thuần túy có thể tác động đến các quyết định đầu tư
vào cơ sở hạ tầng trong tương lai và để xác định dòng
chảy bền vững, một đặc điểm của các hệ thống cung
cấp nước Các thông tin thống kê được sử dụng để thiết
lập cácquy tắc điều tiếtcho cáchồ chứalớn, một phần
của các hệ thống mà trong đó bao gồm nhu cầu sử dụng
nướcnông nghiệp,công nghiệpvàdân cư
Xem:ời khoảng trả về
5.2 Mô hình thủy văn
Các mô hình thủy văn rất đơn giản, dựa trên các khái
niệm tương ứng với một phần của vòng tuần hoàn
nước Chúng chủ yếu được sử dụng để dự báo thủy văn
và để giải thích về các tiến trình thủy văn Có thể phân
chia thành hai loại mô hình thủy văn chính:
• Các mô hình dựa trên số liệu Những mô hình
này là các mô hình hộp đen, sử dụng các khái
niệm toán học và thống kê để liên kết một đầu
vào đã biết (ví dụ nhưlượng mưa) với đầu ra của
mô hình (ví dụ nhưdòng chảy mặt) Các phương
pháp chúng thường sử dụng làhồi quy, cáchàm
biến đổi, cácmạng thần kinh(neural networks) và
nhận dạng hệ thống(system identification) Những
mô hình này được biết đến với tên các mô hình
thủy văn bất định
• Các mô hình dựa trên những mô tả tiến trình.
Những mô hình này cố gắng mô phỏng các tiến trình vật lý quan sát được trong thế giới thực Đặc biệt là, những mô hình này chứa các biến củadòng chảy mặt,dòng chảy ngầm,sự bốc-thoát hơi nước,
và kênh dẫn nước (channel flow), nhưng chúng
có thể phức tạp hơn thế rất nhiều Các mô hình này được biết đến như là các mô hình thủy văn tất định Các mô hình thủy văn tất định có thể được chia nhỏ hơn thành các mô hình đơn sự kiện
(single-event model) và mô hình mô phỏng liên tục.
6 Vận chuyển nước
Sự chuyển động của nước có những ý nghĩa rất lớn đối với các vật chất khác, ví dụ như đất hoặc các chất gây
ô nhiễm, được vận chuyển từ nơi này đến nơi khác Nguồn cấp nước có thể đến từnguồn ô nhiễm điểm
hoặcnguồn ô nhiễm dạng đườnghaynguồn ô nhiễm diện, ví dụ nhưdòng chảy mặt Kể từthập niên 1960
nhữngmô hình toánkhá phức tạp đã được phát triển, được hỗ trợ bởi ích lợi của các máy tính tốc độ cao Các loại chất gây ô nhiễm thông dụng nhất được phân tích là cácchất dinh dưỡng, các loạithuốc trừ sâu,tổng lượng chất rắn hòa tanvàbùn cát
7 Các ứng dụng của thủy văn học
• Phòng tránh và dự báo các nguy cơlũ lụt,lở đất
vàhạn hán;
• iết kế sơ đồ tưới và quản lý năng suất trong
nông nghiệp;
• Cung cấpnước uống;
• iết kế cácđập nướcchonguồn nướchoặc phát
điện;
• iết kếcầu;
• iết kếcốngvàhệ thống thoát nước thành phố;
• Phân tích ảnh hưởng củađộ ẩm kì trướcđối với
hệ thống cống vệ sinh;
• Dự đoán những thay đổi vềđịa mạonhưxói mòn
hoặcbồi tụ;
• Đánh giá ảnh hưởng của thay đổi môi trường tự
nhiên và xã hội đối vớitài nguyên nước;
• Đánh giá rủi ro trong truyền tảichất ô nhiễmvà thiết lập, hoạch định chính sách môi trường
Trang 48 Tham khảo
• Introduction to Hydrology, 4e Viessman and
Lewis, 1996.ISBN 0-673-99337-X
• Handbook of Hydrology.ISBN 0-07-039732-5
• Encyclopedia of Hydrological Sciences. ISBN
0-471-49103-9
• Wikipedia tiếng Anh.
9 Liên kết ngoài
• International Glossary of Hydrology
• U.S Geological Survey-Water Resources of the
United States
• British Hydrology Society
• Institute of Hydrology,
Albert-Ludwigs-University of Freiburg, Germany
• NOAA’s National Weather Service - Office of
Hydrologic Development
• Virtual Campus in Hydrology and Water
Resources
• Decision tree to choose an uncertainty method for
hydrological and hydraulic modelling
Trang 510 Nguồn, người đóng góp, và giấy phép cho văn bản và hình ảnh
10.1 Văn bản
• ủy văn học Nguồn:https://vi.wikipedia.org/wiki/Th%E1%BB%A7y_v%C4%83n_h%E1%BB%8Dc?oldid=26768691Người đóng góp:
Mekong Bluesman, Nguyễn anh ang, Trung, Avia, DHN-bot, Escarbot, Chien~viwiki, JAnDbot, ijs!bot, Scryer, VolkovBot, TXiKiBoT, YonaBot, AlleborgoBot, SieBot, Tran oc123, Moimem, DragonBot, Qbot, MelancholieBot, Muro Bot, Luckas-bot, Xqbot, Tranletuhan, TuHan-Bot, EmausBot, ChuispastonBot, WikitanvirBot, Cheers!-bot, Alphama, AlphamaBot, Hugopako, Addbot,
itxongkhoiAWB, TuanminhBot, Mintu Martin và Một người vô danh
10.2 Hình ảnh
• Tập_tin:Antarctic_bottom_water.svg Nguồn: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e7/Antarctic_bottom_water.svg
Giấy phép: CC BY-SA 4.0 Người đóng góp: <a href='//commons.wikimedia.org/wiki/File:Antarctic_bottom_water_hg.png'
class='image'><img alt='Antarctic boom water hg.png' src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2c/ Antarctic_bottom_water_hg.png/100px-Antarctic_bottom_water_hg.png' width='100' height='77' srcset='https://upload.wikimedia org/wikipedia/commons/thumb/2/2c/Antarctic_bottom_water_hg.png/150px-Antarctic_bottom_water_hg.png 1.5x, https: //upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2c/Antarctic_bottom_water_hg.png/200px-Antarctic_bottom_water_hg.png
2x' data-file-width='3300' data-file-height='2550' /></a> Nghệ sĩ đầu tiên:Fred the Oyster
• Tập_tin:Commons-logo.svg Nguồn: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4a/Commons-logo.svgGiấy phép: Public
domain Người đóng góp: is version created by Pumbaa, using a proper partial circle and SVG geometry features (Former versions used to be slightly warped.) Nghệ sĩ đầu tiên: SVG version was created byUser:Grunt and cleaned up by 3247 , based on the earlier PNG version, created by Reidab
• Tập_tin:Folder_Hexagonal_Icon.svg Nguồn: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/48/Folder_Hexagonal_Icon.svg
Giấy phép: CC-BY-SA-3.0 Người đóng góp: Own work based on:Folder.gif Nghệ sĩ đầu tiên: Original:John Cross
Vectorization:Shazz
• Tập_tin:Land_ocean_ice_cloud_1024.jpg Nguồn: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/05/Land_ocean_ice_cloud_ 1024.jpgGiấy phép: Public domain Người đóng góp: ? Nghệ sĩ đầu tiên: ?
• Tập_tin:Land_ocean_ice_cloud_hires.jpg Nguồn: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6b/Land_ocean_ice_cloud_ hires.jpgGiấy phép: Public domain Người đóng góp: ? Nghệ sĩ đầu tiên: ?
• Tập_tin:Portal-puzzle.svg Nguồn:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fd/Portal-puzzle.svgGiấy phép: Public domain Người đóng góp:User:Eubulides Created with Inkscape 0.47pre4 r22446 (Oct 14 2009) is image was created from scratch and is not
a derivative of any other work in the copyright sense, as it shares only nonprotectible ideas with other works Its idea came from
File:Portal icon.svgby User:Michiel1972 , which in turn was inspired byFile:Portal.svgby User:Pepetps and User:Ed g2s , which in turn was inspired byFile:Portal.gifby User:Ausir , User:Kyle the hacker and User:HereToHelp , which was reportedly fromhe:File:Portal.gif
(since superseded or replaced?) by User:Naama m It is not known where User:Naama m.got the idea from Nghệ sĩ đầu tiên:User: Eubulides
• Tập_tin:Upwelling.svg Nguồn: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/Upwelling.svg Giấy phép: Public domain Người đóng góp:
• File:Upwelling.jpgNghệ sĩ đầu tiên:Lichtspiel
• Tập_tin:Water_droplet.jpg Nguồn:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ec/Water_droplet.jpgGiấy phép:
CC-BY-SA-3.0 Người đóng góp: ? Nghệ sĩ đầu tiên: ?
• Tập_tin:Wiktionary_small.svg Nguồn:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f9/Wiktionary_small.svgGiấy phép: CC
BY-SA 3.0 Người đóng góp: ? Nghệ sĩ đầu tiên: ?
10.3 Giấy phép nội dung
• Creative Commons Aribution-Share Alike 3.0