...GT Do dac thuy van.doc tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực ki...
Trang 1BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
PGS.TS Hoàng Ngọc Quang ThS Trần Văn Tình
GIÁO TRÌNH
ĐO ĐẠC THỦY VĂN
(Đối tượng sử dụng giáo trình: sinh viên Đại học
các ngành Thủy văn và Tài nguyên nước)
HÀ NỘI, 2014
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Trong chương trình đào tạo ngành thủy văn, Đo đạc thủy văn là môn học có nhiệm vụ trang bị cho sinh viên những kiến thức về các phương pháp quan trắc, đo đạc
và thu thập các số liệu của các yếu tố thủy văn như là: mực nước, lưu lượng nước, nhiệt độ nước, chất lượng nước, bùn cát, độ mặn… tại các con sông, hồ
Đó là các tài liệu cơ bản và rất quan trọng trong việc nghiên cứu và dự báo khí tượng thủy văn, tính toán và thiết kế các công trình xây dựng trên sông, quy hoạch phát triển tài nguyên nước phục vụ cho nông nghiệp, giao thông, thủy lợi, thủy điện, dân sinh, an ninh quốc phòng… nhất là khi có tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước như hiện nay
Do vậy, việc biên soạn một giáo trình đo đạc thủy văn nhằm đáp ứng nhu cầu giảng dạy cho các sinh viên ngành Thủy văn và Tài nguyên nước của trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cũng như các trường đại học khác có đào tạo các lĩnh vực này là rất cần thiết Giáo trình cũng sẽ là cẩm nang cho các cán bộ làm công tác đo đạc thủy văn hay quản lý lưới trạm khí tượng thủy văn thuộc Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia và các ngành liên quan khác
Ở nước ta, việc đo đạc các yếu tố thủy văn tại các trạm thủy văn cho đến nay vẫn thực hiện theo cách làm truyền thống Nhưng do sự phát triển của khoa học công nghệ
và do hội nhập, nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại trên thế giới và khu vực đã được ứng dụng nên công tác đo đạc thủy văn đã từng bước được hiện đại hóa và một
số phương tiện, phương pháp mới cũng đã được bổ sung, thay thế
Từ thực tiễn đó, giáo trình được biên soạn trên cơ sở những phương pháp, cách làm đã và đang được thực hiện nhưng có bổ sung một số kiến thức về máy móc đo đạc hiện đại cũng như một số phương pháp đo mới
Mặt khác, nội dung đo đạc thủy văn rất nhiều nhưng tập thể tác giả chỉ giới thiệu được những nội dung chính, nội dung cơ bản phù hợp với mục tiêu đào tạo đã đề ra Nội dung của giáo trình được trình bày trong 9 chương, gồm:
Chương 1: Khái niệm chung
Chương 2: Khảo sát xây dựng trạm thủy văn
Chương 3: Quan trắc mực nước, nhiệt độ nước và lượng mưa
Chương 4: Đo độ sâu dòng nước
Chương 5: Đo đạc và tính toán lưu lượng nước
Chương 6: Đo đạc và tính toán lưu lượng chất lơ lửng
Chương 7: Giản hóa công tác đo đạc thủy văn
Chương 8: Đo độ mặn vùng sông ảnh hưởng triều
Chương 9: Mã luật điện báo thủy văn
Trang 3Các nội dung trên được biên soạn bởi PGS.TS Hoàng Ngọc Quang và NCS.ThS Trần Văn Tình, giảng viên Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội
Dù có cố gắng, nhưng không thể tránh được những thiếu sót Tập thể tác giả rất mong nhận được những góp ý xây dựng của bạn đọc để giáo trình có thể hoàn thiện hơn
Mọi đóng góp xin chuyển về Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội
Hà Nội, tháng 5 năm 2014
Các tác giả
Trang 4MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
MỤC LỤC 3
Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG 8
1.1 GIỚI THIỆU MÔN HỌC 8
1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI TÁC NGHIỆP CỦA CÁC HOẠT ĐỘNG ĐO ĐẠC THỦY VĂN 8
1.2.1 Đối tượng nghiên cứu của thủy văn 8
1.2.2 Phạm vi nghiên cứu 10
1.3 TRẠM THỦY VĂN VÀ PHÂN LOẠI TRẠM THUỶ VĂN 10
1.3.1 Các định nghĩa 10
1.3.2 Phân loại trạm thủy văn 11
1.3.3 Phân theo cấp trạm 12
Chương 2: KHẢO SÁT XÂY DỰNG TRẠM THỦY VĂN 14
2.1 KHẢO SÁT VÀ LỰA CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT TRẠM THUỶ VĂN 14
2.1.1 Yêu cầu chọn đoạn sông đặt trạm thủy văn 14
2.1.2 Các bước tiến hành khảo sát đoạn sông đặt trạm 18
2.2 XÂY DỰNG TRẠM THỦY VĂN 21
2.2.1 Hệ thống các tuyến quan trắc 21
2.2.2 Cách bố trí các tuyến quan trắc 22
2.3 CHUYỂN TRẠM QUAN TRẮC 25
2.4 QUY HOẠCH MẠNG LƯỚI TRẠM THUỶ VĂN 25
2.4.1 Nguyên tắc qui hoạch 25
2.4.2 Mạng lưới trạm quan trắc thuỷ văn ở Việt Nam 25
Chương 3: QUAN TRẮC MỰC NƯỚC, NHIỆT ĐỘ NƯỚC 27
VÀ LƯỢNG MƯA 27
3.1 KHÁI NIỆM, MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA VIỆC QUAN TRẮC MỰC NƯỚC 27
3.1.1 Khái niệm về mực nước 27
3.1.2 Mục đích ý nghĩa quan trắc mực nước 27
3.2 CÔNG TRÌNH QUAN TRẮC MỰC NƯỚC 28
3.2.1 Mốc độ cao 28
3.2.2 Công trình quan trắc mực nước 29
3.3 THIẾT BỊ, MÁY ĐO MỰC NƯỚC 36
3.3.1 Thước nước cầm tay 36
3.3.2 Máy tự ghi mực nước 36
3.4 CHẾ ĐỘ QUAN TRẮC 43
3.4.1 Nguyên tắc chung 43
3.4.2 Các chế độ quan trắc 43
3.4.3 Chế độ quan trắc mực nước kiểm tra khi đo bằng máy tự ghi mực nước 45
3.5 NỘI DUNG CÔNG TÁC QUAN TRẮC MỰC NƯỚC 45
3.5.1 Công tác chuẩn bị 45
3.5.2 Trình tự quan trắc 46
3.5.3 Phương pháp quan trắc mực nước 47
Trang 53.6 TÍNH TOÁN SỔ ĐO MỰC NƯỚC 51
3.6.1 Tính toán mực nước giờ 51
3.6.2 Tính mực nước trung bình ngày 52
3.6.3 Tính mực nước trung bìmh tháng, trung bình năm 53
3.6.4 Tính toán, thống kê các trị số đặc trưng mực nước 54
3.7 QUAN TRẮC NHIỆT ĐỘ 56
3.7.1 Dụng cụ đo nhiệt độ nước 56
3.7.2 Vị trí đo nhiệt độ nước 57
3.7.3 Nội dung đo nhiệt độ nước 57
3.7.4 Tính toán và vẽ đường nhiệt độ nước 57
Để vẽ đường quá trình nhiệt độ nước trong năm, ta dùng tài liệu nhiệt độ trung bình từng ngày trong năm để vẽ Đây là đường liên tục (hình 3-23) biểu thị sự dao động nhiệt độ nước trung bình ngày được nối liên tục 59
3.8 QUAN TRẮC LƯỢNG MƯA 59
3.8.1 Mưa và đơn vị đo 59
3.8.2 Các thiết bị đo lượng mưa 59
Chương 4: ĐO ĐỘ SÂU 69
4.1 KHÁI NIỆM, MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐO SÂU 69
4.2 DỤNG CỤ VÀ TRANG THIẾT BỊ ĐO SÂU 69
4.2.1 Thước đo sâu 69
4.2.2 Sào đo sâu 69
4.2.3 Quả dọi 70
4.2.4 Tời và cá sắt 70
4.2.5 Máy hồi âm đo sâu 71
4.3 CHẾ ĐỘ ĐO SÂU 74
4.4 MẶT CẮT VÀ VỊ TRÍ ĐO SÂU 75
4.4.1 Đo sâu theo các mặt ngang 75
4.4.2 Đo sâu tại mặt cắt đo lưu lượng nước 75
4.4.3 Xác định vị trí thuỷ trực đo sâu 76
4.5 HIỆU CHỈNH ĐỘ SÂU VÀ TÍNH DIỆN TÍCH MẶT CẮT NGANG 79
4.5.1 Hiệu chỉnh mực nước khi đo sâu 79
4.5.2 Hiệu chỉnh độ sâu khi có góc chệch dây cáp 80
4.5.3 Vẽ và tính diện tích mặt cắt ngang sông 81
Chương 5: ĐO ĐẠC VÀ TÍNH LƯU LƯỢNG NƯỚC 86
5.1 ĐỊNH NGHĨA, MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA VIỆC ĐO LƯU LƯỢNG NƯỚC 86
5.1.1 Định nghĩa 86
5.1.2 Mục đích và ý nghĩa của việc đo lưu lượng nước 86
5.2 CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH ĐO LƯU LƯỢNG NƯỚC 86
5.2.1 Công trình cáp di chuyển thuyền qua hai bờ 87
5.2.2 Nôi treo 89
5.2.3 Cầu treo 90
5.3 CÁC THIẾT BỊ ĐO LƯU LƯỢNG 90
5.3.1 Máy đo lưu tốc 90
Trang 65.3.2 Các loại phao đo lưu tốc 97
5.3.3 Ống đo thủy văn 101
5.3.4 Đo theo phương pháp thể tích 101
5.4 ĐO LƯU LƯỢNG NƯỚC VÙNG SÔNG KHÔNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU 101
5.4.1 Nguyên tắc bố trí thuỷ trực đo tốc độ 101
5.4.2 Số lần đo tốc độ tại trạm thủy văn 103
5.4.3 Đo tốc độ bằng lưu tốc kế 103
5.4.4 Đo tốc độ bằng phao 108
5.5 TÍNH LƯU LƯỢNG NƯỚC KHI ĐO LƯU TỐC BẰNG LƯU TỐC KẾ VÙNG SÔNG KHÔNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU 109
5.5.1 Qui định chung 109
5.5.2 Chọn tài liệu mặt ngang 110
5.5.3 Tính mực nước tương ứng 111
5.5.4 Tính tốc độ điểm đo và tốc độ bình quân thủy trực 111
5.5.5 Tính lưu lượng nước bằng phương pháp phân tích 114
5.5.6 Tính lưu lượng nước bằng phương pháp đồ giải 119
5.6.TÍNH LƯU LƯỢNG KHI ĐO TỐC ĐỘ BẰNG PHAO VÙNG SÔNG KHÔNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU 122
5.6.1 Phao nổi 122
5.6.2 Tính lưu lượng khi đo bằng phao chìm 124
5.7 ĐO VÀ TÍNH LƯU LƯỢNG TẠI VÙNG SÔNG ẢNH HƯỞNG TRIỀU 124
5.7.1 Khái niệm chung 124
5.7.2 Phương pháp đo lưu tốc trên thủy trực 126
5.7.3 Đo tốc độ khi ảnh hưởng triều mạnh 130
5.7.4 Đo tốc độ khi ảnh hưởng triều yếu 132
5.7.5 Tính lưu lượng nước, lượng triều và các đặc trưng triều 133
5.8 ĐO LƯU LƯỢNG BẰNG TÀU DI ĐỘNG 136
5.8.1 Các thiết bị máy móc đo đạc chủ yếu 136
5.8.2 Phương pháp đo lưu lượng 136
5.9 ĐO LƯU LƯỢNG BẰNG MÁY ADCP 140
5.9.1 Nguyên lý hoạt động 140
5.9.2 Các bộ phận chính của ADCP 142
5.9.3 Chế độ phát sóng của máy ADCP 142
5.9.4 Phần mềm TRANSECT 143
5.9.5 Nguyên tắc đo lưu lượng bằng ADCP 144
5.9.6 Phân chia độ dày lớp nước, xác định lưu lượng nước và tính lưu lượng nước mặt cắt ngang 145
5.9.7 Những tài liệu cơ bản được thu thập khi sử dụng máy ADCP 146
Các tài liệu thu được khi đo lưu lượng nước bằng máy ADCP thường là: 146
5.9.8 Sự sai khác giữa đo bằng máy ADCP và đo chi tiết 146
5.9.9 Ưu nhược điểm của máy ADCP 147
5.9.10 Chuẩn bị đo lưu lượng bằng ADCP 147
5.9.11 Khai báo máy 148
Trang 75.9.12 Quy trình đo lưu lượng nước 153
Chương 6: ĐO LƯU LƯỢNG BÙN CÁT 158
6.1 KHÁI NIỆM VỀ BÙN CÁT TRONG SÔNG 158
6.2 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA BÙN CÁT 158
6.2.1 Đặc trưng cơ bản của bùn cát lơ lửng 158
6.2.2 Đặc trưng cơ bản của bùn cát đáy 160
6.3 MÁY VÀ THIẾT BỊ LẤY MẪU 160
6.3.1 Máy lấy mẫu bùn cát lơ lửng 160
6.3.2 Máy lấy mẫu bùn cát đáy 164
6.4 ĐO LƯU LƯỢNG BÙN CÁT LƠ LỬNG 166
6.4.1 Số lần đo lưu lượng bùn cát lơ lửng trong năm 166
6.4.2 Tổ chức lấy mẫu 166
6.4.3 Các phương pháp lấy mẫu 168
6.5 XỬ LÝ MẪU NƯỚC BÙN CÁT LƠ LỬNG 171
6.5.1 Phương pháp lọc 171
6.5.2 Phương pháp sấy khô 172
6.5.3 Xác định hàm lượng Bùn cát lơ lửng của mẫu nước 173
6.6 TÍNH LƯU LƯỢNG BÙN CÁT LƠ LỬNG 173
6.6.1 Tính lưu lượng bùn cát lơ lửng bằng phương pháp phân tích 173
6.6.2 Tính lưu lượng bùn cát lơ lửng bằng phương pháp đồ giải 176
6.7 ĐO LƯU LƯỢNG BÙN CÁT ĐÁY 178
6.7.1 Mục đích đo bùn cát đáy 178
6.7.2 Chuyển động của bùn cát đáy 178
6.7.3 Thủy trực đo bùn cát đáy, phương pháp lấy và xử lý mẫu 179
6.7.4 Tính lưu lượng bùn cát đáy 180
7.1 Ý NGHĨA CỦA VIỆC GIẢN HÓA ĐO ĐẠC THỦY VĂN 184
7.2 XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG ÁN GIẢN HÓA ĐO ĐẠC 185
7.2.1 Xây dựng phương án giản hóa 185
7.2.2 Các bước xây dựng phương án giản hóa 186
7.2.3 Xây dựng phương án đo lũ cao 188
Chương 8: ĐO ĐỘ MẶN VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN 193
8.1 ĐỘ MUỐI VÀ ĐỘ MẶN 193
8.1.1 Độ muối 193
8.1.2 Độ mặn 193
8.2 VỊ TRÍ VÀ PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU 194
8.2.1 Lấy mẫu trên đường thủy trực 194
8.2.2 Phương pháp lấy mẫu 195
8.3 CHẾ ĐỘ ĐO MẶN 195
8.4 PHÂN TÍCH MẪU VÀ XÁC ĐỊNH ĐỘ MẶN 196
8.4.1 Dụng cụ phân tích độ mặn 196
8.4.2 Cách pha chế hóa chất phân tích mặn 197
8.4.3 Phân tích và tính toán độ mặn 198
8.5 ĐO ĐỘ MẶN BẰNG MÁY 200
Trang 88.5.1 Nguyên lý hoạt động của máy đo mặn 200
8.5.2 Giới thiệu một số máy đo mặn 200
8.5.3 Đo độ mặn 201
Chương 9: MÃ LUẬT ĐIỆN BÁO THỦY VĂN 203
9.1 YÊU CẦU THÔNG TIN ĐIỆN BÁO THUỶ VĂN 203
9.2 MÃ LUẬT BẢN TIN QUAN TRẮC THỦY VĂN 203
9.2.1 Dạng mã 203
9.2.2 Ý nghĩa 203
9.2.3 Quy tắc sử dụng 204
9.3 CHẾ ĐỘ ĐIỆN BÁO 207
9.3.1 Chế độ điện báo mực nước thực đo 207
9.3.2 Chế độ điện báo lưu lượng nước thực đo 209
9.3.3 Chế độ điện báo lượng mưa 210
9.3.4 Chế độ điện báo độ mặn 210
LIỆU THAM KHẢO 213