Bài giảng thuỷ văn đại cương

• Số lượng l| đặc trưng biểu thị mức độ phong phú của t|i nguyên nước trên một lãnh thổ; • Chất lượng nước bao gồm c{c đặc trưng về h|m lượng các chất hoà tan hoặc không ho| tan trong

THỦY VĂN ĐẠI CƯƠNG

(Dành cho sinh viên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường)

Người biên soạn: Th.S Hoàng Anh Vũ

Quảng Bình, năm 2016

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN i

1.1.T|i nguyên nước 1

1.1.1 Định nghĩa v| tính chất của nước 1

1.1.2 Môi trường nước 2

1.1.3 Vai trò của t|i nguyên nước trong cuộc sống 2

1.2.Nhiệm vụ của học phần 3

1.3.Ðặc điểm hiện tượng thuỷ văn v| phương ph{p nghiên cứu 4

1.4.V|i nét về lịch sử ph{t triển thuỷ văn học v| phương ph{p nghiên cứu 5

CHƯƠNG II - SỰ HÌNH TH\NH DÒNG CHẢY SÔNG NGÒI 7

2.1 Hệ thống sông ngòi v| lưu vực sông 7

2.1.1 Hệ thống sông ngòi 7

2.1.2 Lưu vực sông 8

2.1.3 C{c đặc trưng hình học của lưu vực 10

2.2 Hệ thống sông ngòi Việt Nam 12

2.3 Dòng chảy sông ngòi 16

2.3.1.Ph}n loại dòng chảy sông ngòi 16

2.3.2 Sự hình th|nh dòng chảy sông ngòi 16

2.3.3 C{c đại lựợng biểu thị cho dòng chảy 19

2.4 Ảnh huởng của một số nh}n tố đến sự hình th|nh dòng chảy sông ngòi 21 2.4.1 Nh}n tố khí hậu, khí tượng: 21

2.4.2 Nh}n tố mặt đệm 21

2.4.3 Nh}n tố con người 21

2.5 Phương trình c}n bằng nước 21

2.5.1.Nguyên lý c}n bằng nước 21

2.5.2 C{c loại phương trình c}n bằng nước 22

CHƯƠNG III: ÐO ÐẠC V\ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU THUỶ VĂN 24

3.1 Khảo s{t, chọn tuyến đo đạc c{c yếu tố thuỷ văn 25

3.1.1 Ph}n cấp v| ph}n loại trạm thuỷ văn 25

3.1.2 Khảo s{t lựa chọn vị trí đặt trạm thuỷ văn ( trạm thuỷ văn cấp 1) 26

3.1.3 Khảo s{t vị trí đặt trạm 28

3.1.4 Chuyển trạm 29

3.1.5 Quy hoạch quan trắc chuỗi thủy văn 30

3.2 Ðo đạc v| tính to{n mực nước 31

3.2.1 Những kh{i niệm cơ bản về chế độ mực nước 31

3.2.2 C{c nguyên tắc x}y dựng công trình đo mực nước 32

3.2.3 Một số công trình đo mực nước 34

3.2.4 Chế độ đo mực nước 39

3.2.5 Ðo v| tính to{n mực nước 40

3.3 Ðo độ s}u của dòng nước v| tính to{n c{c đặc trưng liên quan từ số liệu độ sâu 41

3.3.1 Ðộ s}u dòng nước v| ứng dụng 41

3.3.2 Hiệu chỉnh mực nước 42

3.3.3 Đo độ s}u 45

3.3.4 Chế độ đo độ s}u 49

3.3.5 C{c phương ph{p đo độ s}u 50

3.3.6 Chỉnh lý v| tính to{n đo độ s}u 52

CHƯƠNG IV: SƠ LUỢC VỀ HẢI DƯƠNG HỌC 54

4.1 Kh{i niệm, nội dung nghiên cứu của hải văn học, hải dương học 54

4.1.1 Kh{i niệm, nội dung nghiên cứu của Hải dương học 54

4.1.2 Cấu trúc đại dương 57

4.1.3 Bức xạ mặt trời, tầng đột biến nhiệt độ, tầng quang hợp 59

4.2 Th|nh phần v| độ muối của nước biển 60

4.2.1 Th|nh phần ho{ học của nước biển 60

4.2.2 Ðộ muối của nước biển 67

4.2.3 Các nh}n tố ảnh hưởng đến độ muối nước biển 68

4.3 Sóng biển 70

4.3.1 Ph}n loại sóng biển 70

4.3.2 C{c yếu tố của sóng 72

4.4 Thuỷ triều 73

4.4.1 Kh{i niệm v| sự hình th|nh thuỷ triều 73

4.4.2 Ph}n loại thuỷ triều 79

4.4.3 Ý nghĩa của việc nghiên cứu thuỷ triều 80

4.4.4 C{c chế độ triều ở Việt Nam 81

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

1.1.Tài nguyên nước

1.1.1 Định nghĩa và tính chất của nước

Nước được xem như một tài nguyên quí giá và cần thiết cho sự sống Nước chi phối nhiều hoạt động của con người, thực vật, động vật và vận hành của thiên

nhiên Theo định nghĩa thông thường: "Nước là một chất lỏng thông dụng Nước tinh khiết có công thức cấu tạo gồm 2 nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy, nước là một chất không màu, không mùi, không vị Dưới áp suất không khí 1 atmosphere, nước sôi ở 100°C

và đông đặc ở 0°C, nước có khối lượng riêng là 1000 kg/m 3 " Khái niệm đơn giản về

nước l| như vậy, nhưng đi s}u nghiên cứu, ta thấy nước có nhiều tính chất kỳ diệu bảo đảm cho sự sống được tồn tại và phát triển

• Nước là một dung môi vạn năng

Nước có thể hòa tan được rất nhiều chất, đặc biệt là các chất khoáng và chất khí cung cấp dinh dưỡng và giúp cho sự trao đổi chất trong cơ thể sinh vật

• Nước có nhiệt dung rất lớn

Nước có khả năng hấp thu rất nhiều nhiệt lượng khi nóng lên v| đồng thời cũng tỏa ra nhiều nhiệt lượng khi lạnh đi Khả năng n|y giúp cho nhiệt độ ban ng|y trên tr{i đất ít nóng hơn v| ban đêm đỡ lạnh đi, giúp cho sự sống khỏi sự tiêu diệt ở mức chênh lệnh nhiệt độ quá lớn

• Nước rất khó bay hơi

Ở 20°C, muốn 1 lít nước bốc hơi phải tốn 539.500 calori Đặc tính này của nước đã cứu thoát sự sống khỏi bị khô héo nhanh chóng và giúp cho các nguồn nước không bị khô hạn, làm tiêu diệt các sinh vật sống trong nó

• Nước nở ra khi đông đặc

Khi hạ nhiệt độ xuống thấp dưới 4°C thì thể tích nước lại tăng lên Đến điểm đông đặc 0°C, thể tích nước tăng lên khoảng 9% so với bình thường, l|m băng đ{ nổi lên mặt nước Nước có nhiệt độ cao hơn sẽ chìm xuống đ{y giúp c{c thủy sinh vật tồn tại và lớp băng đ{ - có tính dẫn nhiệt rất kém - trở thành chiếc áo giáp bảo vệ

sự sống phía dưới nó

• Nước có sức căng mặt ngoài lớn

Nhờ có sức căng mặt ngoài lớn nên nước có tính mao dẫn mạnh Hiện tượng này có một ý nghĩa rất lớn trong việc duy trì sự sống trên tr{i đất, nước từ dưới đất có thể thấm đến từng ngọn c}y Trong cơ thể người v| động vật, máu và dịch

mô vận chuyển được đến c{c cơ quan nội tạng cũng nhờ khả năng mao dẫn của nước

• Nước có khả năng tự làm sạch

Nước trong quá trình vận chuyển của nó khắp nơi trong thiên nhiên còn có khả năng tự làm sạch, loại bỏ một phần chất bẩn, tạo điều kiện cho môi trưòng sinh th{i được cải thiện

Tài nguyên nước bao gồm nguồn nước mặt, nước dưới đất, nước mưa v| nước

biển thuộc lãnh thổ của một quốc gia (Luật Tài nguyên nước, 2012)

1.1.2 Môi trường nước

Nước bảo đảm việc duy trì sự sống và phát triển của các loài thực vật v| động vật Sự phong phú t|i nguyên nước là tiền đề cho việc phát triển nông nghiệp, công nghiệp, thủy điện,giao thông vận tải, thủy hải sản và phát triển cư d}n, Nước đồng thời cũng l| một tai ương cho lo|i người và các sinh vật kh{c Nước là nguồn sống cho tất cả mọi sinh giới và là một tài nguyên quan trọng của mỗi quốc gia Nước đóng vai trò then chốt trong việc điều hòa nhiệt độ trên trái đất Nước được

sử dụng trong sinh hoạt, nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp, diêm nghiệp, thủy điện, giao thông vận tải,< T|i nguyên nước trên tr{i đất được đ{nh gi{ bởi ba đặc trưng: lượng, chất lượng v| động thái

• Số lượng l| đặc trưng biểu thị mức độ phong phú của t|i nguyên nước trên một lãnh thổ;

• Chất lượng nước bao gồm c{c đặc trưng về h|m lượng các chất hoà tan

hoặc không ho| tan trong nước có lợi hoặc có hại theo tiêu chuẩn của đối tượng sử dụng;

• Động thái của nước được đ{nh gi{ bởi sự thay đổi c{c đặc trưng dòng chảy

theothời gian, sự trao đổi nước giữa các khu vực chứa nước, sự vận chuyển và quy luật chuyển động của nước trong sông, nước ngầm, c{c qu{ trình trao đổi chất hoà tan, truyền mặn,<

Môi trường nước được hiểu l| môi trường mà những cá thể tồn tại, sinh sống

v| tương t{c qua lại đều bị ảnh hưởng và phụ thuộc v|o nước Môi trường nước có thể bao quát trong một lưu vực rộng lớn hoặc chỉ chứa trong một giọt nước Môi trường nước l| đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành khoa học tự nhiên, kỹ thuật

và cả kinh tế - xã hội

Tr{i đất của chúng ta thường xuyên chịu sự t{c động của sự chuyển hóa của dòng khí quyển và thủy quyển tạo nên Chính các hoạt động tự nhiên n|y đã l|m thay đổi đ{ng kểcác tính chất khí hậu, dòng chảy, đất đai, môi trường tự nhiên và

xã hội Con người đã chú tâm từ lâu ghi nhận, tìm hiểu, phân loại v| đối phó với các diễn biến thời tiết, các thay đổi dòng chảy và các biến động môi trường để tổ chức xã hội, sản xuất, điều chỉnh cuộc sống và cải tạo điều kiện tự nhiên và phòng chống các thiên tai thảm họa có thể xảy ra

1.1.3 Vai trò của tài nguyên nước trong cuộc sống

Nước là yếu tố h|ng đầu quyết định sự tồn tại và phát triển của sinh giới Không có nước sự sống lập tức bị rối loạn, ngưng lại và tiêu diệt

Nước chiếm thành phần chủ yếu trong cấu tạo cơ thể thực vật v| động vật Con người có khoảng 65 - 75% trọng lượng nước trong cơ thể, đặc biệt nước chiếm tới 95% trong huyết tương, c{ có khoảng 80% nước trong cơ thể, cây trên cạn có 50 – 70% nước, trong rong rêu và các loại thủy thực vật khác có 95 - 98% l| nước

Muốn có thực phẩm cho người và gia súc cần có nước: muốn có 1 tấn lúa mì, cần 300 - 500m3 nước, 1 tấn gạo cần tiêu thụ 1.500 - 2.000m3 nước v| để có 1 tấn thịt trong chăn nuôi cần tốn 20.000 - 50.000m3 nước

Lượng nước trên tr{i đất là một m{y điều hòa nhiệt và làm cho cán cân sinh th{i được cân bằng Sự sống thường tập trung ở các nguồn nước, phần lớn các nền văn minh, c{c trung t}m kinh tế, công nghiệp, nông nghiệp, khoa học kỹ thuật, văn hóa xã hội, d}n cư, đều nằm dọc theo các vùng tập trung nước

Sự thay đổi cán cân phân phối nước hoặc sự phá hoại nguồn nước có thể

làm tàn lụi các vùng trù phú, biến c{c vùng đất màu mỡ thành các vùng khô cằn Trong những thập niên sắp tới, chiến tranh, xung đột giữa các quốc gia và các vùng khu vực có thể do nguyên nh}n tranh gi|nh t|i nguyên nước quí báu này

1.2.Nhiệm vụ của học phần

* Thủy văn l| môn khoa học nghiên cứu về nước trên tr{i đất, sự xuất hiện, chu kỳ và sự phân bố của nước, c{c đặc tính hoá học và lý học của nước và sự phản ứng của nước đối với môi trường, bao gồm cả mối quan hệ giữa nước với các

vật sống (HĐ Liên bang Mỹ về Khoa học và Công nghệ)

* Thuỷ văn được ứng dụng trong:

o Thiết kế và vận hành các công trình thủy lợi

* Thuỷ văn đại cương: Là những kiến thức của thủy văn cơ bản, cần thiết liên

quan đến việc tìm hiểu, thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành các công trình có liên quan đến nguồn nước

Nắm được những vấn đề về:

- Tài nguyên nước, vai trò của t|i nguyên nước;

- Hệ thống sông ngòi, Hệ thống sông ngòi Việt Nam;

- Dòng chảy sông v| c{c yếu tốảnh hưởng đến dòng chảy

- Lưu vực sông v| Phương trình c}n bằng nước;

- Ðo đạc v| tính to{n mực nước;

- Kh{i niệm, nội dung nghiên cứu của hải văn học, hải dương học

1.3.Ðặc điểm hiện tượng thuỷ văn và phương pháp nghiên cứu

Y=f(X,Z)

Trong đó:

– Y: Dòng chảy sông ngòi

– X: tập hợp các yếu tố khí tượng, khí hậu tham gia vào sự hình thành dòng chảy sông ngòi

X= (x1, x2, x3, <, xn) Với x1, x2, x3, <, xn l| c{c đặc trưng khí tượng, khí hậu như mưa, bốc hơi, nhiệt độ, gió, độ ẩm, số giờ nắng, điểm sương, <

– Z: tập hợp c{c đặc trưng mặt đệm t{c động lên sự hình thành dòng chảy sông ngòi, biểu thị dưới dạng vectơ

Z= (z1, z2, z3, <, zm) Với z1, z2, z3, <, zm l| c{c đặc trưng mặt đệm như diện tích lưu vực, độ dốc lưu vực, điều kiện địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật, <

* Các nhóm nhân tố ảnh hưởng:

 Nhóm các yếu tố khí tượng, khí hậu X có đặc điểm:

– Biến động lớn theo thời gian

– Sự biến đổi vừa mang tính chu kỳ, vừa mang tính ngẫu nhiên

 Nhóm các nhân tố mặt đệm Z có đặc điểm:

– Biến đổi chậm theo thời gian

– Sự biến đổi theo không gian tạo thành các vùng, miền có điều kiện mặt đệm đồng nhất

* Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn:

 Mang tính ngẫu nhiên:

– Phụ thuộc chủ yếu vào sự biến đổi ngẫu nhiên của nhóm nhân tố khí hậu, khí tượng

 Mang tính tất định:

– Sự thay đổi có chu kỳ của các xu thế bình quân theo thời gian: chu kỳ một năm (mùa lũ, mùa kiệt); chu kỳ nhiều năm (nhóm năm ít nước, nhóm năm nhiều nước)

– Tính quy luật biểu thị quan hệ vật lý của các nhân tố ảnh hưởng (X, Z) đến c{c đặc trưng dòng chảy Y

– Tính địa đới của các hoạt động khí hậu, khí tượng tổ hợp với những hình thế mặt đệm tương đối ổn định của từng khu vực trên lãnh thổ, dẫn đếntính phân vùng rõ rệt của hiện tượng thủy văn

* Các phương pháp nghiên cứu:

 Phương ph{p ph}n tích nguyên nh}n hình th|nh

– Cơ sở của phương ph{p: do hiện tượng thủy văn có tính tất định thể hiện

ở tính chu kỳ, sự biến đổi có quy luật theo không gian, dòng chảy là hàm số của các yếu tố khí tượng, các yếu tố mặt đệm

 Phương ph{p thống kê xác suất

– Cơ sở của phương ph{p: do hiện tượng thủy văn mang tính ngẫu nhiên nên có thể coi c{c đại lượng đặc trưng của hiện tượng thủy văn l| c{c đại lượng ngẫu nhiên

1.4.Vài nét về lịch sử phát triển thuỷ văn học và phương pháp nghiên cứu

 Trước thế kỷ 18:

– Việc phân tích các hiện tượng thủy văn chủ yếu mang tính định tính

– Bước đầu có quan trắc mực nước v| lưu tốc dòng chảy

– Thủy văn học đã ph{t triển thành một môn khoa học độc lập

– Các nhà khoa học đã x}y dựng th|nh công cơ sở lý luận của tính toán thủy văn – Các nghiên cứu khoa học về dòng chảy được tiến hành

– Hệ thống các trạm quan trắc thủy văn được mở rộng và tổ chức một cách

hệ thống

– Các thiết bị và kỹ thuật đo đạc phân tích số liệu thủy văn được hiện đại hóa

 Giai đoạn từ năm 1960 đến nay: giai đoạn phát triển hiện đại

– Việc ứng dụng c{c phương pháp tính sử dụng m{y tính điện tử được khai thác triệt để

– Phát triển nhiều phương ph{p tính to{n thủy văn hiện đại trên cơ sở mối quan hệ tương t{c giữa dòng chảy sông ngòi, biện pháp công trình và các yêu cầu

về nước

– Ứng dụng hiệu quả trong thực tế quy hoạch và thiết kế hệ thống nguồn nước – Xu thế hiện nay: xây dựng các mô hình mô phỏng hệ thống là sự kết hợp giữa mô hình thủy văn, mô hình thủy lực và mô hình quản lý chất lượng nước

– Các thiết bị quan trắc được hiện đại hóa: thiết bị tự động, kỹ thuật viễn th{m,< được sử dụng rộng rãi

CHƯƠNG II - SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY SÔNG NGÒI

2.1 Hệ thống sông ngòi và lưu vực sông

2.1.1 Hệ thống sông ngòi

Hơi nước từ mặt tho{ng địa cầu bốc lên khí quyển, tập hợp lại th|nh m}y Trong c{c điều kiện thích hợp, hơi nước trong m}y ngưng tụ lại th|nh mưa rơi xuống đất Lượng mưa n|y một phần bị tổn thất do bốc hơi trở lại khí quyển, một phần thấm xuống đất v| đọng lại ở c{c vùng trũng, một phần chảy tr|n theo c{c sườn dốc theo t{c dụng của trọng lực Phần chảy tr|n sẽ chảy theo c{c khe rãnh, dần dần tạo th|nh khe, suối, sông v| tiếp tục đổ ra c{c đầm, hồ v| biển Các khe,

suối, hồ, đầm, sông rạch lớn nhỏ hợp th|nh hệ thống sông ngòi (river system)

Tên của một hệ thống sông thường lấy từ con sông chính trong hệ thống đó Thông thường con sông chính l| con sông d|i nhất có lưu lượng dòng chảy lớn nhất trực tiếp đổ ra biển hoặc c{c hồ nội địa

C{c con sông đổ trực tiếp v|o sông chính được gọi l| sông nh{nh cấp I, sông

đổ v|o sông nh{nh cấp I gọi l| sông nh{nh cấp II, tương tự như vậy sông nh{nh cấp III sẽ đổ v|o sông nh{nh cấp II,< Sự ph}n bố của c{c sông nh{nh dọc theo sông chính quyết định tính chất dòng chảy trên hệ thống sông đó Một hệ thống sông có thể có nhiều hình dạng: hình nan quạt, dạng hình lông chim, dạng ph}n

bố song song, hoặc dạng hỗn hợp c{c dạng trên

(a) Mặt cắt dọc: l| mặt cắt qua trục lòng sông

(b) Mặt cắt ngang: l| mặt cắt vuông góc với hướng nước chảy

+ Độ dốc mặt nước: l| tỷ số giữa độ chênh lệch mực nước (H) tại 2 mặt cắt

H1, H2 c{ch nhau một đoạn L

L

H L

H H

- Nguồn sông: l| nơi bắt đầu của một con sông, nó thường l| những khe suối, lạch nước, đầm lầy hay một hồ nước từ đó cấp nước cho sông

- Vùng thượng lưu của sông thường l| c{c vùng cao với địa hình dốc, chia cắt phức tạp Đ}y l| nơi khởi nguồn của c{c dòng sông v| bề mặt thường bao phủ bằng những c{nh rừng được ví như những “kho nước xanh” có vai trò điều hòa dòng chảy, l|m giảm dòng chảy đỉnh lũ v| tăng lượng dòng chảy mùa cạn cho khu vực hạ lưu

- Vùng trung lưu c{c con sông thường l| vùng đồi núi hoặc cao nguyên có địa hình thấp v| thoải hơn, l| vùng trung gian chuyển nước xuống vùng hạ lưu Tại vùng trung lưu, c{c con sông thường có độ dốc nhỏ hơn, lòng sông bắt đầu mở rộng ra v| bắt đầu có bãi, đ{y sông có nhiều c{t mịn C{c bãi ven sông thường có nguy cơ bị ngập nước tạo th|nh c{c bãi chứa lũ tạm thời

- Hạ lưu sông l| vùng thấp nhất của lưu vực sông, phần lớn l| đất bồi tụ l}u năm có thể tạo nên c{c vùng đồng bằng rộng Nhìn chung c{c sông khi chảy đến

hạ lưu thì mặt cắt sông mở rộng, sông thường ph}n th|nh nhiều nh{nh đổ ra biển Sông ở hạ lưu thường có độ dốc nhỏ, dòng bùn c{t chủ yếu ở đ{y sông l| c{t mịn

và bùn Do mặt cắt sông mở rộng nên tốc độ nước giảm nhỏ khiến cho qu{ trình bồi lắng l| chủ yếu, còn xói lở chỉ xảy ra trong mùa lũ tại một số điểm nhất định Tại hạ lưu gần biển c{c sông thường dễ bị ph}n nh{nh, lòng sông biến dạng uốn khúc theo hình sin và thường có sự biến đổi về hình th{i dưới t{c động của qu{ trình bồi xói liên tục

- Cửa sông: l| nơi tiếp gi{p giữa sông v| biển, hồ hoặc sông kh{c

2.1.2 Lưu vực sông

Lưu vực sông l| vùng đất m| trong phạm vi đó nước mặt, nước dưới đất

chảy tự nhiên v|o sông v| tho{t ra một cửa chung hoặc tho{t ra biển Lưu vực

sông gồm có lưu vực sông liên tỉnh v| lưu vực sông nội tỉnh (Luật Tài nguyên nước, 2012)

Hình 2.1 Sơ đồ minh họa một lưu vực sông

Nước trên bề mặt đất theo quy luật chung đều chảy từ nơi cao xuống nơi thấp, l}u ng|y c{c đường chảy tạo th|nh sông, suối Mỗi một dòng sông đều có phần diện tích hứng v| tập trung nước gọi l| lưu vực sông

Một lưu vực sông l| vùng địa lý được giới hạn bởi đường chia nước (hay còn gọi l| đường ph}n thủy) trên mặt v| dưới đất Đường chia nước trên mặt (hay còn gọi l| đường ph}n nước mặt) l| đường nối c{c đỉnh cao của địa hình Nước từ đỉnh cao chuyển động theo hướng dốc của địa hình để xuống ch}n dốc l| c{c suối nhỏ rồi tập trung đến c{c nh{nh sông lớn hơn chảy về biển Cứ thế chúng tạo th|nh mạng lưới sông

Trên lưu vực sông, ngo|i c{c diện tích đất trên cạn còn có c{c phần chứa nước trong lòng sông, hồ v| c{c vùng đất ngập nước theo từng thời kỳ Tất cả phần bề mặt lưu vực cả trên cạn v| dưới nước l| môi trường cho các loài sinh sống Đường chia nước dưới đất (hay còn gọi đường ph}n nước ngầm) l| đường giới hạn trong lòng đất m| theo đó nước ngầm chảy về hai phía đối lập nhau Đường ph}n nước mặt v| đường ph}n nước ngầm nhìn chung l| không trùng nhau, do đó sẽ có hiện tượng nước từ lưu vực n|y chuyển sang lưu vực kh{c Sự kh{c nhau l| do cấu tạo v| ph}n bố địa chất kh{c nhau

Đặc biệt, với c{c lưu vực sông nằm trên vùng đ{ vôi thường xuất hiện hiện tượng kaster, tức dòng chảy ngầm từ lưu vực n|y chuyển sang lưu vực kh{c, thậm chí dòng chảy mặt trên sông tự nhiên biến mất v| lộ ra ở hạ lưu hay chuyển sang một dòng sông của lưu vực kh{c )

Hình 2.2 Sơ đồ hình thành dòng chảy

Lưu vực sông l| một hệ thống mở v| luôn tương t{c với tầng khí quyển bên trên thông qua hoạt động của ho|n lưu khí quyển v| chu trình thuỷ văn, nhờ đó h|ng năm lưu vực sông đều nhận được một lượng nước đến từ mưa để sử dụng cho c{c nhu cầu của con người v| duy trì hệ sinh th{i

Tóm lại, lưu vực sông là vùng đất mà tất cả lượng mưa rơi trên đó đều tập trung về một sông hoặc suối Lưu vực sông được giới hạn bằng c{c đường chia nước Lưu vực sông được gọi l| lưu vực kín khi có đường chia nước mặt v| đường chia nước ngầm trùng nhau; nếu không trùng nhau thì gọi l| lưu vực hở Trong thực tế tính toán rất khó có thể x{c định chính x{c đường ph}n nước ngầm nên thường coi là trùng với đường ph}n nước mặt Lưu vực tương tự l| lưu vực có cùng điều kiện hình thành dòng chảy với lưu vực nghiên cứu

2.1.3 Các đặc trưng hình học của lưu vực

a Diện tích lưu vực (F)

Diện tích lưu vực F (km2) l| diện tích được khống chế bởi đường ph}n lưu của khu vực Diện tích lưu vực được x{c định từ bản đồ có tỷ lệ xích trong khoảng 1/10.000 đến 1/100.000 Có thể dùng phương ph{p ph}n ô hoặc dùng m{y đo diện tích để x{c định diện tích lưu vực

b Chiều dài sông chính L và chiều dài lưu vực (L 1 )

Chiều d|i sông chính L (km) l| chiều d|i theo chiều dòng chảy đo từ nguồn sông đến cửa sông

Chiều d|i lưu vực L1 (km) l| chiều d|i tính theo đường tim của lưu vực kể

từ điểm xa nhất của lưu vực đến cửa sông Trong thực tế người ta thường lấy chiều d|i sông l|m chiều d|i lưu vực: L1 L

c Chiều rộng bình quân lưu vực (B)

Chiều rộng bình qu}n lưu vực B (km) l| tỷ số giữa diện tích v| chiều d|i lưu vực

1

L

B

Kd 

e Độ cao bình quân lưu vực H bq

Độ cao bình qu}n lưu vực được x{c định từ bản đồ đường đồng mức cao độ

i n i i bq

f

h f H

1 1

Trong đó hi – cao trình bình qu}n giữa hai đường đồng mức cao độ

fi - diện tích giữa hai đường đồng mức cao độ kề nhau (km2)

n i i bq

f

l H I

1 1

Trong đó H – chênh lệch về độ cao giữa 2 đường đồng mức

fi - diện tích giữa hai đường đồng mức cao độ kề nhau (km2)

li - khoảng c{ch bình qu}n giữa 2 đường đồng mức gần nhau Trong trường hợp không có đường đồng mức cao độ, ta có thể dùng công thức gần đúng như sau:

F

H H

I bq max  min



Trong đó Hmax – cao trình điểm cao nhất của khu vực

Hmin – cao trình điểm thấp nhất của lưu vực

F - diện tích của lưu vực Công thức n|y chỉ đúng khi độ dốc lưu vực biến đổi ít

n i i

2.2 Hệ thống sông ngòi Việt Nam

- Tổng số c{c sông trên lãnh thổ với dòng chảy thường xuyên v| có chiều d|i

từ 10km trở lên l| 2.360 con sông

- 9 hệ thống sông có diện tích lưu vực từ 10.000km2 trở lên

- 166 sông có diện tích lưu vực từ 500-10000km2, phần lớn l| sông nh{nh của c{c sông lớn

- 2170 sông có diện tích lưu vực nhỏ hơn 500km2 (chiếm 93%), trong đó 1556 sông có diện tích lưu vực nhỏ hơn 100km2

Do c{c sông bắt nguồn từ c{c núi cao nên sông ở thượng lưu rất dốc.Chính vì vậy v|o mùa mưa sông chảy xiết, khi chảy về đồng bằng, sông uốn khúc quanh co

Việt Nam Có 9 hệ thống sông lớn trải từ Bắc v|o Nam gồm:

THỐNG SÔNG BẰNG GIANG - KỲ CÙNG: Hệ thống sông Bằng Giang - Kỳ Cùng gồm 2 sông chảy ngược hướng nhau v| gặp nhau ở Quảng T}y (Trung Quốc) tạo th|nh sông Tả Giang chảy v|o sông T}y Giang đổ ra biển Quảng Ch}u Bao gồm các con sông:

9 Sông Kinh Thầy

10 Sông Kinh Môn

11 Sông Hàn

12 Sông Cấm

13 Sông Lạch Tray

14 Sông Văn Úc

15 Sông Hương (hay Sông Gùa)

16 Sông Rạng hay Sông Lai Vu

31 Kênh Yên Mô

HỆ THỐNG SÔNG HỒNG: Hệ thống sông hồng l| hệ thống sông lớn nhất Việt Nam.Hệ thống sông hồng có rất nhiều phụ lưu, hai phụ lưu quan trọng nhất l| Sông Đ| v| Sông Lô.Hai phụ lưu chính n|y cùng với c{c phụ lưu kh{c tạo th|nh mạng lưới sông hình rẻ quạt v| hội tụ tại Việt Trì Chính dạng mạng lưới sông n|y

đã tổ hợp lũ c{c phụ lưu vói lũ của dòng chính để g}y nên những trận lũ lớn ở đồng bằng bắc bộ Bao gồm c{c con sông:

18 Sông Đ|o Nam Định

19 Sông Ninh Cơ

20 Kênh Quần Liêu

HỆ THỐNG SÔNG MÃ: Hệ thống sông Mã gồm dòng chính l| sông Mã v|

2 phụ lưu lớn l| sông Chu, sông Bưởi Hệ thống sông n|y có tổng chiều d|i l| 881

km, tổng diện tích lưu vực l| 39.756 km², trong đó có 17.520 km² nằm trong lãnh thổ Việt Nam Bao gồm c{c con sông:

HỆ THỐNG SÔNG LAM: Hệ thống sông Lam có 2 nguồn chính: Nậm Nơn

từ dãy Pu Lôi và Nậm Mô từ cao nguyên Trấn Ninh Chiều d|i của sông tính theo Nậm Nơn l| 530km, tính theo Nậm Mô dài 432km Sông Lam theo Nậm Mô qua Cửa Rào- Đô Lương-Vinh v| đổ ra biển ở Cửa Hội hệ thống sông Lam có c{c phụ lưu quan trọng: sông con bên tả ngạn, sông Ngàn Phố, sông Ngàn S}u bên hữu ngạn Bao gồm c{c con sông:

HỆ THỐNG SÔNG THU BỒN – VU GIA: Hệ thống sông thu bồn có c{c chi lưu lớn: sông Cái, sông Bung, chảy v|o sông Vu Gia, nhập với sông Thu Bồn chảy ra Cửa Đại v| một phần chảy v|o sông H|n ra vịnh Đà Nẵng Bao gồm c{c con sông:

1 Sông Đ| Rằng

2 Sông Hinh

HỆ THỐNG SÔNG ĐỒNG NAI: Hệ thống Sông Đồng Nai gồm c{c sông: Đồng Nai, V|m Cỏ, S|i Gòn<hợp th|nh,có chiều d|i lớn nhất nước ta Dòng chính d|i khoảng 635 km sông bắt nguồn từ cao nguyên Lâm Viên ở độ cao 1.770km, lưu vực sông nằm gần như trọn ven trên lãnh thỗ Việt Nam Diện tích lưu vực Sông Đồng Nai khoảng 23.252 km2, nếu tính cả phụ lưu sông S|i Gòn là 29.520km2 Bao gồm c{c con sông:

người v| có nguồn t|i nguyên phong phú, đa dạng, rất thuận lợi cho ph{t triển kinh tế của c{c nước ven sông Bao gồm c{c con sông:

1 Sông Tiền

2 Sông Hậu

3 Sông tại Serepôk

4 Sông Sê San

5 Sông Pô Kô

2.3 Dòng chảy sông ngòi

2.3.1.Phân loại dòng chảy sông ngòi

2.3.2 Sự hình thành dòng chảy sông ngòi

Nước mưa rơi xuống lưu vực, một phần chảy trên mặt đất (dòng chảy mặt), một phần ngấm xuống đất rồi tập trung thành mạch nước ngầm (dòng chảy ngầm)

chảy vào sông, sau đó chảy qua mặt cắt cửa ra của lưu vực gọi là dòng chảy sông ngòi Theo nguồn gốc của dòng chảy, người ta chia ra dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm Dòng chảy mặt hình thành trên bề mặt lưu vực sinh ra do mưa hoặc tuyết

tan và tập trung về tuyến cửa ra Dòng chảy ngầm do nước dưới đất cung cấp

Dưới đ}y trình bày một số khái niệm liên quan đến sự hình thành dòng chảy sông ngòi:

Tổn thất ban đầu: xảy ra ở giai đoạn đầu của một trận mưa Mưa rơi xuống bề

mặt lưu vực trong giai đoạn này chưa thể sản sinh dòng chảy Lượng mưa bị tổn thất hoàn toàn do điền vào những chỗ trũng trên lưu vực, bị giữ lại trên lá cây và thấm xuống đất Cường độ mưa trong giai đoạn này nhỏ hơn cường độ thấm tiềm năng của đất

Hình 2.3 Sơ đồ minh họa sự hình thành dòng chảy sông ngòi

Quá trình thay đổi cường độ mưa, tổn thất thấm ban đầu và tổn thất thấm trong quá trình sản sinh dòng chảy của một trận mưa

Quá trình tổn thất do bốc hơi: Hiện tượng bốc hơi xảy ra trong suốt thời gian

hình thành dòng chảy bao gồm: bốc hơi qua lá và bốc hơi của lượng nước bị giữ lại trên lá cây; bốc hơi mặt nước; bốc hơi từ mặt đất

Quá trình tổn thất do thấm: Tổn thất thấm xảy ra trong suốt thời gian mưa và cả

sau khi mưa khi trên sườn dốc vẫn còn dòng chảy mặt Đường cong thấm biểu thị khả năng thấm trên bề mặt lưu vực và phụ thuộc vào loại đất và độ ẩm của đất Khi

độ ẩm đất đạt trạng thái bão hòa thì cường độ thấm đạt giá trị ổn định gọi là cường

độ thấm ổn định

Quá trình chảy tràn trên sườn dốc: Hiện tượng chảy tràn trên sườn dốc chỉ bắt

đầu khi đã xuất hiện lượng mưa vượt thấm (cường độ mưa lớn hơn cường độ thấm) Nước mưa chảy thành từng lớp trên mặt sườn dốc của lưu vực gọi là chảy tràn trên sườn dốc

Trong quá trình chảy tràn, nước không ngừng bị tổn thất vì ngấm và bốc hơi đồng thời mưa vẫn tiếp tục, bổ sung cho lớp nước chảy tràn Lớp nước chảy tràn dày hay mỏng, tốc độ chảy tràn mạnh hay yếu, hiện tượng chảy tràn duy trì lâu hay chóng chủ yếu do tương quan so sánh giữa cường độ mưa và cường độ thấm quyết định

Sự hình thành dòng chảy ngầm: Nước mưa thấm xuống đất được phân chia ra

thành các thành phần sau:

- Một phần bị giữ lại ở tầng đất mặt rồi dần dần bốc hơi qua đất hoặc qua thực vật

- Tạo thành dòng sát mặt và chảy vào hệ thống sông ngay trong thời gian đang có mưa và lũ Dòng chảy sát mặt sau khi xuất lộ tập trung nhanh vào hệ thống sông và tham gia vào sự hình thành lũ

- Một phần nước ngấm sâu xuống tầng đất bão hoà nước làm cho mực nước ngầm dâng lên Nước ngầm qua một thời gian khá dài dần dần thấm ngang qua các lớp đất chuyển động đến sông hình thành dòng chảy ngầm Đ}y là thành phần chủ yếu của dòng chảy bổ sung cho hệ thống sông trong thời gian mùa kiệt Sơ đồ hình thành dòng chảy mặt, dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm được mô tả trên hình:

Hình 2.4 Sơ đồ sự hình thành dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm

Hướng chảy tràn trên sườn dốc thường trùng với hướng độ dốc mặt đất lớn nhất Tốc độ chảy tràn lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào sự thay đổi của độ sâu lớp nước chảy tràn, vào độ dốc mặt đất và độ nhám của mặt dốc

Quá trình tập trung dòng chảy trong sông

Nước chảy tràn trên sườn dốc rồi đổ vào các khe suối nhỏ, sau đó lại tiếp tục chảy trong lòng sông đến cửa ra của lưu vực Giai đoạn chảy trong sông gọi là quá trình tập trung dòng chảy trong sông

Về bản chất, quá trình tập trung dòng chảy trong sông là một quá trình thuỷ lực rất phức tạp, nó có liên quan mật thiết với hình dạng hình học (như hình dạng mặt cắt ngang của sông và sự thay đổi của nó dọc theo chiều dài sông, độ uốn khúc của sông ) và cường độ thấm của lòng sông, v.v Các quá trình mưa, thấm, chảy tràn trên sườn dốc và tập trung nước trong sông có thể diễn ra đồng thời, không phải quá trình này kết thúc thì quá trình kia mới xuất hiện Có thể trên cùng một lưu vực, một quá trình nào đó có nơi phát sinh sớm, có nơi phát sinh muộn, thậm chí có nơi không hình thành

2.3.3 Các đại lựợng biểu thị cho dòng chảy

Lưu lượng nước Q (m3/s): Là lượng nước chảy qua mặt cắt ngang nào đó của sông trong thời gian 1 giây

Lưu lượng nước tại một thời điểm t bất kỳ gọi là lưu lượng tức thời Q(t) Quá trình thay đổi lưu lượng nước theo thời gian tại một tuyến mặt cắt nào đó gọi

là quá trình lưu lượng nước, ký hiệu Q~t Đồ thị của quá trình lưu lượng nước được gọi là đường quá trình lưu lượng nước

Lưu lượng nước bình quân trong khoảng thời gian T là giá trị trung bình của lưu lượng nước trong khoảng thời gian đó, được tính theo công thức sau đ}y:

hoặc được viết dưới dạng sai phân:

Trong đó: Qi - Lưu lượng bình quân của thời đoạn tính toán thứ i; n là số thời đoạn tính toán trong khoảng thời gian T

Tổng lượng dòng chảy W (m3 ): là lượng nước chảy qua mặt cắt ngang sông

trong một khoảng thời gian T nào đó từ thơi điểm t1 đến thời điểm t2 (T = t2 - t1) Tổng lượng dòng chảy W được tính theo công thức sau:

hoặc:

Độ sâu dòng chảy Y (lớp dòng chảy): Giả sử đem tổng lượng nước chảy qua

mặt cắt cửa ra của lưu vực trong một khoảng thời gian nào đó trải đều trên toàn bộ diện tích lưu vực, ta được một lớp nước có chiều dày Y gọi là độ sâu dòng chảy (hoặc còn gọi là lớp dòng chảy) Công thức tính Y như sau:

Trong đó: W- Tổng lượng dòng chảy trong khoảng thời gian T, tính bằng m3;

F - diện tích lưu vực tính bằng km2;

T - khoảng thời gian tính toán tính bằng giây;

Y - là lớp dòng chảy đơn vị tính là mm

Mô đun dòng chảy M (l/s-km2 ): là trị số lưu lượng tính trên một đơn vị diện

tích (1 km2) tham gia vào sự hình thành vào lưu lượng ở tuyến cửa ra của lưu vực

Trong đó: Q - Lưu lượng tính bằng m3/s,

F - Diện tích lưu vực, tính bằng km2

Như vậy mô đun dòng chảy biểu thị mức độ sinh dòng chảy của một đơn vị diện tích (1km2) trong một đơn vị thời gian 1 giây, được tính trung bình trong khoảng thời gian T nào đó Nếu thời gian T là thời đoạn năm ta có M là mô dun dòng chảy năm

Từ các công thức trên có các dạng công thức biến đổi sau:

Độ sâu dòng chảy và mô đun dòng chảy là hai đặc trưng đã loại trừ tham số diện tích lưu vực trong công thức tính toán, bởi vậy các đại lượng này được sử dụng để so sánh mức độ phong phú của dòng chảy của các lưu vực khác nhau

Hệ số dòng chảy α: là tỉ số giữa độ sâu dòng chảy Y (mm) (hay còn gọi là

lớp dòng chảy) và lượng mưa tương ứng X (mm) sinh ra trong thời gian T

α là hệ số không thứ nguyên Vì 0 ≤ Y ≤ X nên 0 ≤ α ≤ 1

Hệ số α càng lớn, tổn thất dòng chảy càng bé và ngược lại Hệ số này phản ánh mức độ tổn thất dòng chảy trên lưu vực

2.4 Ảnh huởng của một số nhân tố đến sự hình thành dòng chảy sông ngòi

2.4.1 Nhân tố khí hậu, khí tượng:

- Mưa: L| nh}n tố quan trọng nhất, l| nguyên nh}n chủ yếu sinh ra dòng

chảy ở nước ta, chi phối quy luật dòng chảy theo thời gian

- Bốc hơi: ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình th|nh dòng chảy qua qu{ trình

tổn thất dòng chảy

- Nhiệt độ, gió, độ ẩm không khí: ảnh hưởng gi{n tiếp đến sự hình th|nh dòng

chảy do t{c động đến mưa v| bốc hơi

2.4.2 Nhân tố mặt đệm

- Diện tích lưu vực: có t{c dụng điều hòa dòng chảy Lưu vực c|ng lớn thì

dòng chảy ngầm c|ng lớn;

- Độ dốc lưu vực: ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy, đặc biệt dòng chảy lũ;

- Địa chất, thổ nhưỡng: ảnh hưởng gi{n tiếp đến qu{ trình tổn thất dòng chảy do

thấm;

- Địa hình: ảnh hưởng đến hướng đón gió của lưu vực, qua đó gi{n tiếp ảnh

hưởng đến lượng mưa sinh dòng chảy

2.4.3 Nhân tố con người

C{c hoạt động sản xuất ảnh hưởng trực tiếp v| gi{n tiếp đến sự hình th|nh

dòng chảy sông ngòi

2.5 Phương trình cân bằng nước

2.5.1.Nguyên lý cân bằng nước

“Xét trong một thời đoạn bất kỳ, chênh lệch giữa lượng nước đến v| lượng nước đi ra khỏi một thể tích bằng lượng nước tích đọng trong thể tích đấy.”

2.5.2 Các loại phương trình cân bằng nước

Phương trình phản {nh một c{ch định lượng vòng tuần ho|n của nước trong một lưu vực sông, trong một lưu vực riêng biệt hoặc trên to|n tr{i đất được gọi l|

phương trình cân bằng nước (water balance equation)

Phương trình c}n bằng nước xuất phát từ định luật bảo to|n vật chất, đối

với một lưu vực có thể ph{t biểu như sau: “hiệu số của lượng nước đến và lượng nước

đi khỏi lưu vực trong một thời đoạn tính toán nhất định bằng lượng thay đổi trữ lượng nước chứa trong lưu vực đó”

a Phương trình cân bằng nước thông dụng

Trong một khu vực bất kỳ, giả thiết có một mặt trụ thẳng đứng bao quanh khu vực đó tới tầng không ngấm nước

Chọn một thời đoạn t bất kỳ Dựa v|o nguyên lý c}n bằng nước, ta có biểu

U1 - lượng nước trữ trong lưu vực ở thời điểm đầu

U2 - lượng nước trữ trong lưu vực ở thời đoạn cuối

U - mang dấu + khi U1> U2 v| ngược lại

b Phương trình cân bằng nước của lưu vực kín và hở trong thời đoạn t bất kỳ

Nước đến + Nước đi = Thay đổi nước trữ

c.Phương trình cân bằng nước trong nhiều năm

Phương trình c}n bằng nước của lưu vực kín v| hở viết cho thời đoạn bất

kỳ, tức t c{o thể l| 1 năm, 1 th{ng, 1 ng|y hoặc nhỏ hơn nữa Để viết phương

trình c}n bằng nước trong thời đoạn nhiều năm, người ta lấy bình qu}n trong nhiều năm c{c th|nh phần trong phương trình c}n bằng nước

n

U Z Y n

X

n i

i i i n

Tổng U có thể xem như bằng 0 do có sự xen kẽ của những năm nhiều

n i i

n i i

n i i





 1 0

Nếu n đủ lớn, thì X0, Y0, Z0 lần lượt được gọi l| chuẩn mưa năm, chuẩn dòng chảy năm v| chuẩn bốc hơi năm

Đối với lưu vực hở, tương tự như trên ta có:

X0 = Y0 + Z0W0Trong trường hợp lưu vực hở, gi{ trị W không tiến đến 0 được vì sự trao

đổi nước ngầm giữa c{c lưu vực không c}n bằng thường diễn ra

CHƯƠNG III: ÐO ÐẠC VÀ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU THUỶ VĂN

* Vài nét về đo đạc thuỷ văn ở nước ta

Do yêu cầu của cuộc sống v| sự ph{t triển nền sản xuất m| việc quan s{t, ghi chép 1 số yếu tố thuỷ văn đơn giản như mực nước đã được lo|i người tiến h|nh từ h|ng nghìn năm trước Cùng với sự ph{t triển của c{c ng|nh khoa học nói chung v| đo đạc tuỷ văn nói riêng đã có nhiều tiến bộ, đặc biệt trong thế kỷ XX

Từ c{c loại m{y đo thông thường, ng|y nay đã có nhiều loại m{y tự động đo đạc lưu trữ v| truyền số liệu, công t{c chỉnh lý số liệu thuỷ văn cũng không ngừng ph{t triển cùng với sự ph{t triển của công nghệ thông tin

- Ở giai đoạn trước năm 1954, miền Bắc có 11 trạm, miền Nam có 16 trạm v| chỉ có 2 – 4 trạm đo lưu lượng, bùn c{t

- Giai đoạn 1954 – 1975, miền Bắc có 130 trạm, v| có trên 50 trạm đo lưu lượng, bùn cát

- Từ năm 1975 đến nay: To|n quốc có 240 trạm (80 trạm đo lưu lượng, 50 trạm đo bùn c{t)

Phương tiện m{y móc đo đạc cũng dẫn được thay đổi Hiện nay cơ quan quản lý cao nhất của ng|nh l| Tổng Cục Khí tượng Thuỷ văn (Cục, Vụ, Viện,<) v| một số đ|i quan s{t liên tỉnh

* C{c yếu tố thuỷ văn cần đo đạc v| thu thập

- Yếu tố cơ bản về dòng chảy, bùn c{t v| ho{ nước

11 Nhiệt độc của nước, nhiệt độ không khí,<

- C{c yếu tố kh{c có liên quan đến c{c yếu tố cơ bản

1 Trạng th{i của dòng chảy, hoạt động của c{c công trình gần trạm

2 Lượng mưa

3 Sóng, gió,<

Đối với mỗi yếu tố thuỷ văn cơ bản, nội dung được đề cập đến bao gồm: chọn vị trí đo, công trình, thiết bị, m{y móc đo đạc, phương ph{p đo đạc, chế độ

đo, c{ch tính to{n v| chỉnh lý số liệu

3.1 Khảo sát, chọn tuyến đo đạc các yếu tố thuỷ văn

Để phục vụ nghiên cứu chế độ thuỷ văn người ta thường tiến h|nh quan trắc qua một mạng lưới c{c đ|i trạm, tiêu hoặc l| thường xuyên, hoặc l| tạm thời cũng như nhờ c{c công t{c khảo s{t thực địa

3.1.1 Phân cấp và phân loại trạm thuỷ văn

a Phân loại trạm thủy văn

Do yêu cầu phục vụ m| c{c trạm thuỷ văn có quy mô kh{c nhau, yếu tố đo đạc v| thời gian hoạt động kh{c nhau,< c{c trạm thuỷ văn được ph}n loại v| ph}n cấp như sau:

Căn cứ v|o đối tượng phục vụ, trạm thuỷ văn có thể chia l|m 3 loại:

1 Trạm thuỷ văn cơ bản: L| loại trạm có mục đích thu thập số liệu phục vụ cho công t{c điều tra cơ bản về nguồn nước

- Vị trí đặt trạm: Nơi có tính đại diện tốt về quy luật thay đổi của một hay nhiều yếu tố thuỷ văn trong một khu vực nhất định

- Thời gian hoạt động: Tương đối d|i

- Cơ quan quản lý: Tổng cục khí tượng thuỷ văn

2 Trạm thuỷ văn dùng riêng: Thu thập số liệu phục vụ cho thiết kế, thi công quản lý một công trình n|o đó hoặc phục vụ cho nghiên cứu một đề t|i m| t|i liệu

ở trạm thuỷ văn cơ bản chưa đ{p ứng được những yêu cầu riêng Hiện nay số lượng trạm dùng riêng n|y ng|y một tăng lên do yêu cầu phục vụ của các ngành

- Cơ quan quản lý: Cơ quan trực tiếp sử dụng số liệu quản lý

3 Trạm thuỷ văn thực nghiệm: L| loại trạm chuyên nghiên cứu phương ph{p

đo đạc, {p dụng c{c thiết bị đo đạc mới v| kiểm nghiệm phương ph{p tính to{n thuỷ văn,<

b Phân cấp trạm thuỷ văn:

Dựa v|o c{c yếu tố v| chế độ đo đạc, người ta có thể chia c{c trạm thuỷ văn ra l|m 3 cấp:

- Chủ yếu l| đo mực nước còn c{c yếu tố kh{c như bùn c{t, lưu lượng,< chỉ

đo theo một số thời đoạn nhất định trong năm

3 Trạm thuỷ văn cấp 3:

- Yếu tố đo đạc chủ yếu l| mực nước

Ngo|i c{c yếu tố như mực nước, bùn c{t, lưu lượng,< c{c trạm còn đo đạc một số yếu tố kh{c như nhiệt độ của nước, nhiệt độ không khí, mưa,<

3.1.2 Khảo sát lựa chọn vị trí đặt trạm thuỷ văn ( trạm thuỷ văn cấp 1)

a Chọn đoạn sông và chỗ đặt trạm

Yêu cầu: Đoạn sông v| chỗ đặt trạm được chọn tùy v|o mục đích v| nhiệm

vụ quan trắc, đặt ra sao cho kết quả thu được phản {nh đầy đủ nhất những nét đặc trưng chính của chế độ nước đoạn sông đã cho

Ở c{c vùng đồng bằng, nơi đặt trạm có đoạn sông phải thẳng có tính khống chế cao, không có bãi bồi, có địa hình tương đối bằng phẳng, không có vũng hoặc nh{nh, ít c}y cỏ ven bờ, sông chảy một lòng, không có c{c cù lao hoặc đảo l|m xo{y dòng chảy, địa chất ổn định; nơi đặt trạm phải c{ch xa công trình thuỷ

Ở c{c vùng núi, ngo|i tiêu chuẩn như ở đồng bằng thì nên tr{nh những chỗ th{c ghềnh m| chọn những nơi có dòng chảy tương đối êm ả để đặt trạm Cần chú

ý rằng những đoạn sông uốn khúc không nên đặt trạm vì nó g}y khó khăn cho công t{c đo đạc về sau

Khi đặt trạm nhất thiết phải nghiên cứu dao động của mực nước để tr{nh phải dời trạm đo nước lũ d}ng cao l|m ngập trạm Mặt kh{c phải chú ý đến địa hình to|n bộ lưu vực, khu vực ảnh hưởng đến truyền tín hiệu thông tin từ đ|i trung t}m đến c{c trạm quan trắc

b Các công việc cần tiến hành

1 Xem xét đoạn sông: Điều tra d}n cư ven vùng định đặt trạm để có những

kiến thức cơ bản về các yếu tố của chế độ thuỷ văn như lũ, kiệt ở chỗ đặt trạm

X{c định dao động của mực nước, tính chất dòng chảy, trạng thái bãi bồi và các

bờ, các công trình công cộng

2 Làm rõ đoạn nước dâng: Đoạn nước d}ng thường làm giảm độ chính xác

của c{c đo đạc thuỷ văn v| g}y phức tạp khi chỉnh lý số liệu Các nguyên nhân g}y ra nước dâng bao gồm: do đập nhân tạo để điều chỉnh dòng chảy nằm phía dưới đoạn khảo sát, hoặc do phụ lưu đổ vào phía dưới tuyến đo; sự sụt lở đ{y sông và hai bờ phía dưới tuyến đo đã chọn Từ đó chỗ dặt trạm phải thoả mãn:

+ Địa hình đoạn sông phải tương đối bằng phẳng, có chiều d|i sao cho việc

x{c định chiều d|i dòng chảy nằm trong phạm vi sai số cho phép Nếu gọi D% là sai số cho phép về chiều d|i dòng chảy, L - chiều d|i đoạn sông đặt trạm; B- chiều rộng trung bình đoạn sông thì với D% = ( 2- 5) % có L = (3 - 5) B

+ Đoạn sông đặt trạm phải nằm ngoài khu vực ảnh hưởng của nước dâng do các công trình nhân tạo hoặc do giao thoa các sông nhánh gây ra Chiều dài khu vực nước d}ng được tính theo công thức sau đ}y:

với Ld - Chiều d|i đoạn nước dâng

ho - Chiều sâu bình quân của dòng chảy khi chưa có nước dâng

z - Chiều cao nước dâng lớn nhất

I - Độ dốc bề mặt nước khi chưa có nước dâng

a - Hệ số phụ thuộc vào tỷ số Z/ho - theo bảng sau:

+ Hình dạng mặt cắt ngang và chiều rộng mặt nước trong đoạn sông không

thay đổi đột ngột, tốt nhất là có mặt cắt dạng Parabol hoặc chữ V

+ Mực nước phải được thay đổi đều đặn, phản {nh đúng quy luật thay đổi mực nước trong sông

+ Tại tuyến đo mặt nước không có độ dốc ngang

Ngoài ra cần chú ý đến c{c điều kiện sinh hoạt v| đi lại của nh}n viên đo đạc

b Các bước khảo sát

+ Khảo s{t sơ bộ: Chọn đoạn sông trên bản đồ có tỷ lệ lớn

+ Khảo sát thực địa đoạn sông từ 5 - 10 km và thu thập các tài liệu sau: tình

hình địa hình, địa chất bờ v| lòng sông, c{c điều kiện dòng chảy như th{c ghềnh,

ph}n lưu v| nhập lưu, c{c công trình thuỷ; các số liệu khí tượng thuỷ văn khu vực; c{c điều kiện kinh tế dân sinh

3.1.3 Khảo sát vị trí đặt trạm

a Khảo sát kỹ thuật

+ Lập bình đồ đoạn sông đặt trạm,( d|i hơn đoạn sông chọn đặt trạm ) đo địa hình đoạn sông bị ngập ( đo s}u ) v| phần không ngập nước

+ Vẽ một số mặt cắt ngang, mặt cắt dọc để chọn tuyến đo

Đo đạc v| điều tra các yếu tố thuỷ văn như mực nước lớn nhất, nhỏ nhất, phân bố lưu tốc trên mặt cắt, hướng dòng chảy trung bình v.v

b Chọn tuyến đo

Trạm cấp I bao gồm các tuyến đo lưu lượng, đo mực nước v| đo bùn c{t , đo

độ dốc mặt nước, đo phao v| đo độ mặn (với đoạn sông có ảnh hưởng triều )

*Đo lưu lượng: C{ch x{c định lưu lượng phổ biến nhất hiện nay l| phương

ph{p "lưu tốc - diện tích" Theo phương ph{p n|y tại tuyến đo cần x{c định các thành phần như lưu tốc nước, diện tích mặt cắt (đo s}u v| đo khoảng cách giữa các thuỷ trực đo s}u) Tuyến đo lưu lượng tại mặt cắt phải đảm bảo:

- Mặt cắt vuông góc với hướng chảy bình quân

- Hình dạng mặt cắt tốt nhất có dạng parabol (lòng chảo) hoặc không có bãi tr|n v| nước tù đọng

- Sự phân bố lưu tốc trên mặt cắt tuân theo những quy luật chung, đảm bảo

đo đạc thuận tiện theo các mùa

- Diễn biến lòng sông không phức tạp, ổn định là tốt nhất

*Đo độ dốc mặt nước: Độ dốc mặt nước tự do l| độ hạ thấp bình quân của mặt

nước trên một đơn vị chiều dài dòng chảy,

Độ dốc được tính theo công thức sau:

H H H J

LL L



với J - độ dốc tính bằng phần vạn; H 1 - mực nước tại tuyến đo dốc trên H 2 -

mực nước tại tuyến đo dốc dưới L J - chiều dài dòng chảy giữa hai tuyến

Để đảm bảo sai số của tài liệu cần chú ý đảm bảo các yêu cầu sau:

- Tuyến I 1 và I 2 phải c{ch đều tuyến đo lưu lượng;

Tại các tuyến phải phản {nh được qui luật mực nước, đặt trạm đo thuận tiện

Hình 3.1 Sơ đồ tuyến đo phao và đo độ dốc

- Khoảng Lj phải tuân theo:

+ Sông miền núi H1 2 = 25 -50cm

+ Sông đồng bằng H1 2 = 10- 20cm

* Tuyến đo phao: Nếu trong c{c trường hợp không cho phép đo lưu tốc bằng

máy thì phải đo bằng phao, thường sử dụng trên các tuyễn đo miền núi khi nước chảy xiết thuyền v| người không đo trực tiếp được trên sông

Khi đó ta cần chọn các tuyến thả phao v| đo phao ở thượng lưu v| hạ lưu

tuyến đo lưu lượng P 1 và P 2 với khoảng cách L p =(50-80)V max

Các tuyến đo mực nước, bùn cát, mặn, ho{ nước và nhiệt độ lấy trùng với tuyến đo lưu lượng

* Trạm đo mực nước cấp III:

Trạm đo loại này phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Sông thẳng L=(3-5)B

- Không có nước tù

- Không có ghềnh, thác và công trình ảnh hưởng đến mực nước

Tuyến đo đặt vuông góc với hướng chảy bình quân

* Trạm đo mặn thường kết hợp trên c{c đoạn sông có ảnh triều cùng với các

tuyến đo kh{c của các yếu tố khí tượng và thuỷ văn

3.1.4 Chuyển trạm

Chuyển trạm l| trường hợp bất đắc dĩ l|m ph{ mất tính liên tục thời đoạn của chuỗi số liệu tại điểm đo bởi vì một lý do n|o đó Khi chuyển trạm cần gắng thoả mãn các yêu cầu sau:

1 Chố đặt trạm mới càng gần chỗ cũ c|ng tốt để bảo đảm tính liên tục của quan trắc

2 Nếu trạm đặt mới có chế độ mực nước khác thì không cần liên quan tới trạm cũ Nếu cùng chế độ mực nước thì dựng một đồ thị quan hệ mực nước giữa hai trạm cũ v| mới để kéo dài ít nhất 1 - 2 năm Về sau tài liệu cần được xử lý để đẩm bảo tính đồng nhất của chuỗi số liệu

3.1.5 Quy hoạch quan trắc chuỗi thủy văn

Hệ thống quan trắc đo đạc thuỷ văn bao gồm các trạm cơ bản, trạm dùng riêng cấp I, II, III

Nguyên tắc qui hoạch hệ thống quan trắc đo đạc thuỷ văn như sau:

- Đảm bảo tính khống chế của từng trạm đo v| khống chế cả hệ thống

- Đảm bảo tính thuận tiện khi truyền c{c thông tin khí tượng thuỷ văn từ đ|i trung tâm về các trạm đo đạc thuỷ văn để đảm bảo sự chỉ đạo thống nhất và dễ dàng truyền các thông tin tự ghi, tự báo và phát báo

- Đảm bảo tính tối ưu về kinh tế: Số trạm không nhiều nhưng đảm bảo tính khống chế cao về thu thập thông tin

- Đảm bảo tính liên thông giữa các thông tin về khí tượng thuỷ văn cũng như các thông tin về phòng chống bão, lũ v| khai th{c nguồn nước

Hệ thống quan trắc thuỷ văn ở Việt Nam: Hiện nay trên hệ thống sông ngòi gồm 2630 con sông lớn nhỏ của Việt Nam đã hình th|nh hệ thống quan trăc thuỷ văn kh{ tốt Trên toàn bộ lãnh thổ nước ta có 232 trạm thuỷ văn được chia thành 9 đ|i khu vực trong đó có c{c trạm khí tượng Chín đ|i khu vực đó l|:

1 Đ|i Đông Bắc có 26 trạm thuỷ văn

2 Đ|i T}y Bắc có 12 trạm thuỷ văn

3 Đ|i Việt Bắc có 31 trạm thuỷ văn

4 Đ|i Bắc Trung Bộ có 34 trạm thuỷ văn

5 Đ|i Trung Trung Bộ có 28 trạm thuỷ văn

6 Đ|i Nam Trung Bộ có 12 trạm thuỷ văn

7 Đ|i T}y Nguyên có 15 trạm thuỷ văn

8 Đ|i đồng bằng Bắc Bộ có 27 trạm thuỷ văn

9 Đ|i đồng bằng Nam Bộ có 49 trạm thuỷ văn

3.2 Ðo đạc và tính toán mực nước

3.2.1 Những khái niệm cơ bản về chế độ mực nước

a Mực nước: Mực nước (thường ký hiệu là H, đo bằng cm, m) l| độ cao mặt

thoáng của dòng nước so với một mặt chuẩn qui ước

Có hai loại mực nước: tuyệt đối v| tương đối Mực nước tuyệt đối là cao trình mặt thoáng của nước so với cao trình "0 chuẩn quốc gia" - mực nước triều bình quân nhiều năm tại Hòn Dấu trên vịnh Bắc Bộ Mực nước tương đối là cao trình mực nước so với "0 giả định" tuỳ theo từng trạm đo

b Chế độ mực nước: Lượng nước chảy trong các sông ngòi hoặc nằm trong

sông ngòi, ao hồ, đầm lầy, đất đai trên lục địa thay đổi không ngừng Do lượng nước luôn thay đổi như vậy nên mực nước bề mặt các thuỷ vực cũng thay đổi liên tục Tính chất c{c dao động n|y được x{c định bởi các ảnh hưởng của hàng loạt các nhân tố g}y nên c{c dao động theo ng|y, mùa, năm hoặc nhiều năm

Dao động mực nước nhiều năm liên quan tới c{c dao động điều hoà của khí

hậu do sự thay đổi chế độ ho|n lưu khí quyển Các thời kỳ lạnh hoặc nóng gây ra

sự giảm hoặc tăng lượng mưa, độ ẩm và bốc hơi dẫn tới tăng hoặc giảm dòng chảy v| tương ứng với điều đó l| mực nước dâng lên hoặc hạ xuống trên các ao hồ, sông ngòi

Dao động nhiều năm của mực nước cũng có thể do c{c nguyên nh}n địa chất (sự nâng hoặc hạ đ{y thuỷ vực do các hoạt động kiến tạo) cũng như c{c hoạt động xói mòn hoặc tích tụ của ao hồ (thí dụ như ở thượng nguồn trên các con sông miền núi do qu{ trình b|o mòn s}u đ{y sông liên tục dẫn tới xu hướng hạ ổn định mực nước trung bình nhiều năm) g}y ra Những thay đổi mực nước nói trên không liên quan đến sự thay đổi lượng nước

Các dao động mực nước năm được x{c định chủ yếu do c{c điều kiện khí

hậu trong năm, có nghĩa l| do lượng mưa rơi trên bề mặt lưu vực, nhiệt độ, độ ẩm không khí và gió gây nên tổn thất ẩm qua bốc hơi

Qui mô tổn thất do thấm trong đất đai phụ thuộc vào thành phần cơ giới của đất với cấu trúc địa chất v| địa mạo lưu vực, kết hợp với c{c điều kiện khí tượng, đặc biệt vào các mùa thu, xuân

Các dao động mực nước theo mùa trong sông ngòi, ao hồ v| đầm lầy xác

định chủ yếu bởi vị trí địa lý của lưu vực : nguồn nước, đầm lầy và biển Chúng có

có một ý nghĩa kinh tế khoa học to lớn Việc xây dựng cầu cống, đập trạm thuỷ điện, các công trình ven bờ cũng như c{c hệ thống kênh đ|o thuỷ nông, đường sá v| c{c vùng d}n cư phải chú ý đến việc tính toán chế độ nước v| dao động của mực nước trong khu vực thi công

Ví dụ: Xây cầu khi nước dâng có thể làm cản trở tàu thuyền, hoặc bị ngập; kênh đ|o có thể thiếu nước vào mùa kiệt; các công trình ven bờ có thể bị phá huỷ

do lũ; giao thông thuỷ bị tắc nghẽn

Nghiên cứu mực nước giúp cho việc điều khiển vận hành hợp lý sự sử dụng nước cho c{c lĩnh vực kinh tế quốc dân kh{c nhau như thuỷ điện, giao thông

Trong đo đạc thuỷ văn mực nước là một đặc trưng quan trọng để tính toán dòng chảy trên cơ sở quan hệ thực nghiệm Q = f(H) để x{c định lưu lượng Việc đo mực nước H dễ và rẻ tiền hơn lưu lượng Q rất nhiều, nên qua việc đo H ta có thể xây dựng được một bức tranh tương đối cụ thể về dao động của lưu lượng nước Q trong năm

3.2.2 Các nguyên tắc xây dựng công trình đo mực nước

Quan trắc mực nước trên các trạm cần được tổ chức sao cho tài liệu quan trắc đảm bảo được:

1 Theo một trạm có so sánh cho toàn bộ thời kỳ hoạt động của trạm

2 Cho phép so sánh kết quả quan trắc thu được tại các trạm phân bố trên một đối tượng nghiên cứu Các yêu cầu trên chỉ có thể thoả mãn khi trên tất cả mọi trạm duy trì một hệ thống quan trắc thống nhất

Mỗi trạm đo mực nước bao gồm:

a C{c công trình đo mực nước bao gồm hệ thống cọc đo, thuỷ chí, thước đo

và máy tự ghi Việc mô tả chi tiết các dụng cụ này và cách sử dụng chúng sẽ trình bày ở phần sau

b Ký hiệu độ cao không đổi: Mực nước đo trên các dụng cụ đo phải quy về một mặt chuẩn quy chiếu của trạm có cao độ, là hằng số đối với thời gian trạm tồn tại

Cao độ mặt quy chiếu của trạm được chọn khi xây dựng được trạm sao cho mặt quy chiếu nằm s}u hơn mặt nước thấp nhất tại tuyến đo ít nhất là 0,5 m Như vậy để cho việc lấy số đo mực nước luôn luôn dương Trên c{c con sông không ổn định khi chọn độ cao trên mặt chuẩn cần tính đến xói lở đ{y sông thấp nhất Khi

có hàng loạt trạm trên một đoạn sông ngắn (5km), ít dốc có thể chọn chung cho cả tuyến trạm một cao độ mặt chuẩn quy chiếu chung Một cao độ quy chiếu chung cũng thường được chỉ định cho tất cả các trạm đo mực nước tại hồ, kho nước.v.v

Trên kho nước cao độ mặt chuẩn quy chiếu cho thấp hơn mực nước thiết kế 0,5 - 1,0 m trong phần đập chứa nước

Trong một số trường hợp có khả năng bắt buộc thay đổi cao độ mặt chuẩn quy chiếu Sự thay đổi độ cao mặt chuẩn quy chiếu được tiến h|nh trong c{c trường hợp sau đ}y:

1 Khi phải di chuyển trạm đến một khoảng cách khá xa so với trạm cũ

2 Do chọn mặt quy chiếu không chuẩn(cao hơn mực thấp nhất, dẫn đến mực nước có giá trị }m khi đo)

3 Do chế độ mực nước thay đổi đột ngột m| khi định mặt chuẩn qui chiếu không lường trước được (xây dựng đập, kho nước v.v sau khi đặt trạm)

4 Ngoài ra còn có thể thay đổi mặt chuẩn quy chiếu khi c{c cơ quan trắc địa nh| nước yêu cầu

Vị trí cao độ của mặt chuẩn quy chiếu được x{c định bởi khoảng cách h0theo phương thẳng đứng từ cọc chuẩn của trạm đo

Từ độ cao tuyệt đối của cọc chuẩn ta có thể tính được cao độ tuyệt đối của mặt chuẩn quy chiếu và các cọc đo Ngo|i mặt quy chiếu trên các trạm còn có "0" quan trắc Khái niệm "0" quan trắc có thể hiểu đó l| mặt chuẩn n|o đó người ta dùng để đọc số đo khi đo đạc vào thời điểm quan trắc Khác với mặt chuẩn quy chiếu,"0" quan trắc có thể thay đổi theo mức độ dao động của mực nước và số lượng của các cọc đo v| thuỷ chí, hoặc giả có sự di chuyển hoặc thay đổi các cọc

Số gia của "0" quan trắc ở các thuỷ chí, cọc đo so với mặt chuẩn quy chiếu gọi là hiệu c{c cao độ của chúng có tên là số hiệu chỉnh của các cọc và thuỷ chí đó Như vậy việc quan trắc tại trạm đo mực nước chỉ có thể bắt đầu khi mà:

1 Chọn được cao độ mặt chuẩn quy chiếu

2 Trắc địa từ cọc chuẩn của trạm để x{c định điểm 0 của thuỷ chí, cọc đo với mặt chuẩn quy chiếu

3 Tính được số hiệu chỉnh của toàn bộ các thuỷ chí, cọc đo với mặt chuẩn quy chiếu

Việc quan trắc mực nước được tiến h|nh như sau:

1) Người quan trắc viết các số thứ tự thuỷ chí ( hoặc cọc đo) v| số đọc khi tiến h|nh đo ( đơn vị đo qui về chuyển thành cm)

2 Tính độ cao(cm) của mực nước quan trắc so với mặt chuẩn quy chiếu của trạm như l| một tổng của các số đo trên thuỷ chí(cọc) và số hiệu chỉnh của chúng Nếu cần quy về cao độ tuyệt đối thì thêm v|o cao độ tuyệt đối của mặt chuẩn quy chiếu trạm đó

3.2.3 Một số công trình đo mực nước

a Cọc đo

Cọc thường dùng ở các trạm trên bờ các sông có lòng sông thoai thoải( đồng bằng), nhiều thuyền bè qua lại hoặc dùng cả các sông miền núi có nhiều vật trôi trên dòng sông v|o mùa lũ

Vật liệu dùng làm cọc có thể là bê tông, sắt có thiết diện ngang là hình chữ nhật cạnh từ 10-15 cm hoặc hình tròn có đường kính là 10-15 cm Chiều dài của cọc ngập v|o vùng đất cứng ít nhất là 50 cm và nhô lên khỏi mặt đất từ 10-20 cm Nếu

là cọc gỗ hoặc bê tông thì ở đầu phải bịt sắt z= 10-15 cm nhô lên khỏi mặt cọc 10

mm để dẫn cao độ Số lượng cọc mỗi tuyến đo tuỳ thuộc v|o địa hình bờ sông và biên độ dao động mực nước m| quy định Khi xây dựng hệ thống cọc đo cần đảm bảo yêu cầu sau đ}y:

Chênh lệch cao độ giữa hai cọc kề nhau thường từ 20-40cm, không vượt quá 80cm

Đầu cọc trên cùng phải cao hơn mặt nước lớn nhất từ 25-50cm, độ cao đầu cọc cuối phải thấp hơn mực nước thấp nhất từ 25-50cm

Đ{nh số thứ tự các cọc từ cao nhất đến thấp nhất

Tại các trạm có c{c điều kiện địa chất và kinh tế nên xây các bậc thang bê tông có gắn cọc để tăng tuổi thọ của công trình Sau khi đóng cọc xong nhất thiết phải trắc địa toàn bộ các cọc đã cho, tính to{n c{c hiệu chỉnh so với mặt chuẩn quy chiếu cho các cọc vừa mới đưa v|o sử dụng Cùng với các cọc để đo mực nước người ta còn sử dụng thêm thuỷ chí rời cầm tay tiêu chuẩn dài 100 cm có chia ra từng cm một ( thường làm bằng một ống kim loại nhẹ)

b Thuỷ chí

Thuỷ chí được dùng ở những nơi lòng sông dốc, ít thuyền bè qua lại Mỗi trạm đo thường dùng từ 2-3 thuỷ chí Trạm đo mực nước bằng thuỷ chí tương đối thuận lợi và rẻ tiền Thuỷ chí đặt tốt nhất là ở c{c kênh có dao động mực nước

năm từ 2 - 3 cm

Thuỷ chí có thể làm bằng bằng gỗ, sắt tráng men hoặc sắt sơn

Thuỷ chí gỗ thường không bền vững, sơn vạch trên gỗ dễ bị nước làm bong

ra dùng không được tiện lợi lắm Thông thường thuỷ chí bằng gỗ có kích thuốc

như sau: d|i 1,5- 4 m, rộng 8-15 cm, dày 2-5 cm Trên bề mặt có khắc độ dài cách nhau 1-2cm hoặc 5cm ( giống như mia trắc đạc)

Trên c{c c{c đoạn trạm dùng lâu nên dùng thuỷ chí bằng sắt sơn, hoặc sắt tráng men là tốt nhất Trong các chuyến đi thực địa có thể dùng các loại thuỷ chí

dây kim loại có vạch chia từng cm

Ở những nơi có cầu cống, các thuỷ chí có thể gắn v|o đó vĩnh viễn Nếu ở cầu nên đặt thuỷ chí về phía đón dòng chảy, nên đặt thuỷ chí sao cho chiều dẹt của nó cắt dòng chảy để tr{nh g}y nước dâng

* Ở những nơi không có cầu cống, thuỷ chí được gắn vào các cọc, để bảo vệ thuỷ chí người ta thường xây dựng hệ thống bảo vệ

* Ở c{c đập nước thường gắn hai thuỷ chí đo mực nước tuyến trên v| đo mực nước tuyến dưới đập nước

Điểm 0 của mỗi thuỷ chí trên tuyến đo phải được x{c định so với mặt chuẩn quy chiếu Cao trình điểm 0 thuỷ chí nằm trên phải thấp hơn cao độ điểm trên cùng của thuỷ chí nằm dưới tiếp theo ít nhất là 20 cm

Trên đ}y l| c{c trạm thuỷ chí đặt theo chiều thẳng đứng ở một số nơi thuận tiện có thể đặt thuỷ chí nghiêng góc Thuỷ chí đặt nghiêng có lợi ở chỗ nó được bảo

vệ tốt hơn Thuỷ chí được phân chia các nấc bằng 2/sina với a là góc nghiêng của thuỷ chí so với mặt nằm ngang Như vậy mỗi nấc chia tương ứng với 2 cm như l| thuỷ chí đặt thẳng đứng

Trong thực tế có thể có trạm người ta đặt cọc xen kẽ với thuỷ chí để đo đạc

Có thể đo mực nước cao nhất, thấp nhất bằng thuỷ chí chuyên dụng

Hình 3.2 Các loại thuỷ chí

Quan trắc mực nước trên các trạm đo cứ 1 hoặc 2 lần trong ngày không cho phép x{c định mực nước lớn nhất và bé nhất trong ngày Mà giá trị đó của đặc trưng mực nước đặc biệt quan trọng để xác định giới hạn dao động của mực nước

Vị trí giới hạn của mực nước trong các thời kì quan trắc được đọc theo các thuỷ chí cực đại và cực tiểu chuyên dùng

* Thuỷ chí cực đại trong ống sắt ở tuyến cọc

Cấu tạo: Gồm các ống sắt rỗng đường kính 5cm đặt trên cọc cố định Phía dưới dùi một vài lỗ cho nước thoát vào trong ống Đo bằng cách dùng một thước nhỏ đường kính 1cm đậy lấy lỗ Trên thước có chia khoảng cách từng 1cm; thả vào một ít bột phấn Ranh giới phấn b{m v|o thước cho ta mực nước cực đại giữa hai thời điểm đo

* Thuỷ chí kim loại có ốc xoắn ở đáy

Cấu tạo nguyên tắc như ở trên song không khoan đ{y, có thể khoan sâu vào đất 0,7m Khi dùng thuỷ chí này cần đo "0" quan trắc trước khi đo đạc

* Thuỷ chí răng của Pronlov

Dùng để đo mực nước nhỏ nhất Trên thuỷ chí treo một phao có thể hạ xuống cùng mực nước song khi nước lên nó bị c{c răng cưa giữ lại và có thể nó giữ lại được mực nước bé nhất trong khoảng giữa hai kì quan trắc Nếu cấu tạo ở dạng ngược lại của thuỷ chí prolov có thể dùng để đo mực nước cực đại

Ngo|i ra, người ta còn dùng trạm định vị Y.52 để x{c định mực nước cao và thấp nhất

Cấu tạo trạm định vị gồm:

Một bộ phận phao để truyền dao động cho mực nước

Một bộ phận đo v| bảng số có c{c mũi tên chỉ mực nước tức thời, cao nhất, thấp nhất

Tất cả được đặt trong một hệ thống bảo vệ

C Máy tự ghi mực nước

* Máy tự ghi mực nước theo nguyên tắc " nước nổi, thuyền nổi"

Máy tự ghi mực nước có nhiều loại kh{c nhau Căn cứ theo phương trục trống quấn giấy có thể phân thành hai loại chính:

+ Loại trục ngang: có trục trống quấn giấy nằm ngang khi máy hoạt động + Loại trục đứng: có trống quấn giấy đặt theo chiều thẳng đứng khi máy hoạt

động

Cấu tạo máy tự ghi mực nước gồm các bộ phận chính sau:

1) Trống quấn giấy tự ghi: trục trống gắn liền với c{c đĩa quay Giấy tự ghi là một loại giấy kẻ li có tỷ lệ phụ thuộc vào cấu tạo của máy

2) Kim tự ghi: Kim tự ghi cấu tạo tương tự như một ngòi bút có phễu chứa

mực Kim trượt được trên một trục đặt song song với trống quấn giấy chuyển động theo sự diều khiển của một đồng hồ

Hình 3.3 Máy tự ghi mực nước "Valdai"