Bài giảng thuỷ văn công trình

- Đánh giá: Điểm quá trình: 0.3Điểm thi kết thúc: 0.7 - Nội dung tóm tắt môn học: Trang bị cho sinh viên các kiến thức về quy luật dòng chảy sông ngòi, các phương pháp tính toán Giới thi

Trang 1

THUỶ VĂN CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG I: GiỚI THIỆU CHUNG

Trang 2

• Môn học: Thủy văn công trình

Trang 3

- Đánh giá: Điểm quá trình: 0.3

Điểm thi kết thúc: 0.7

- Nội dung tóm tắt môn học:

Trang bị cho sinh viên các kiến thức về quy luật dòng chảy sông ngòi, các phương pháp tính toán

Giới thiệu

dòng chảy sông ngòi, các phương pháp tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế, điều tiết dòng chảyứng dụng trong thiết kế, quy hoạch các công trình thủy lợi và quản lý tài nguyên nước

Trang 4

Tài liệu tham khảo

[1] Ponce, V.M, Engineering Hydrology, Prentise-Hall,

[4] Quy phạm tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế QP.TL C-6-77, Bộ Thuỷ lợi, 1979

Trang 5

3 Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và

phương pháp nghiên cứu

Trang 6

1 Khái niệm về Thuỷ văn và thuỷ văn công trình

• “ Thuỷ văn là môn khoa học nghiên cứu về nước trên trái đất

(bao gồm nước mặt và nước ngầm), sự xuất hiện, tuần hoàn và phân bố; những tính chất hoá học và vật lý; và mối tương tác giữa chúng và cả với môi trường xung quanh, bao gồm cả mối quan hệ của chúng với sự sống”

• Nghiên cứu những pha khác nhau của vòng tuần hoàn thuỷ văn

• Người ta chia thuỷ văn học ra nhiều lĩnh vực khác nhau, một

cách tổng quát thuỷ văn có thể chia ra 2 mảng lớn, đó là thuỷ văn lục địa và thuỷ văn biển

– Thuỷ văn lục địa nghiên cứu những quy luật cơ bản của các quá trình động học của nước trên mặt đất bao gồm nước mặt, nước ngầm, mối quan hệ giữa chúng và mối quan hệ với môi trường xung quanh

– Thuỷ văn biển nghiên cứu những quy luật và những tính

chất cơ bản của nguồn nước ngoài đại dương và mối quan

hệ của nó với dòng chảy trê lục địa.

Trang 8

Precipitation Precipitation

Precipitation Sublimation

Evaporation (Lakes & Reservoirs)

Evaporation (Ocean)

Evapotranspiration

Infiltration Deep Percolation

Trang 9

Trang 10

• Môn học Thuỷ văn công trình không đi sâu vào

nghiên cứu những quy luật của quá trình dòng chảy

mà chủ yếu nghiên cứu các phương pháp tính toáncác đặc trưng thuỷ văn, tính toán cân bằng nước khilập các quy hoạch và thiết kế hệ thống nguồn nước

• Thuỷ văn công trình là môn khoa học trái đất ứng

dụng Nó sử dụng những nguyên lý thuỷ văn để giảiquyết các vấn đề kỹ thuật phát sinh do sự khai tháctài nguyên nước trên trái đất của con người

Trang 11

• Hay nói rộng hơn, Thuỷ văn công trình nghiên cứuthiết lập mối quan hệ xác định về sự thay đổi theo

không gian, thời gian, mùa, năm, vùng hoặc các biếnđổi mang tính địa lý của nước, với mục đích xác địnhnhững rủi ro xã hội liên quan đến việc thiết kế nhữngcông trình và hệ thống thuỷ lợi

công trình và hệ thống thuỷ lợi

Trang 12

2 Nhiệm vụ và nội dung môn học thuỷ

Trang 13

• Nội dung môn học:

– Chương 1: Giới thiệu chung

– Chương 2: Các nguyên lý thủy văn

– Chương 3: Phân tích tần suất và phân tích

2 Nhiệm vụ và nội dung môn học thuỷ

Trang 14

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)

hậu như mưa, bốc hơi, nhiệt độ, gió, độ ẩm, số giờ nắng, điểm sương, ~

– Z: tập hợp các đặc trưng mặt đệm tác động lên sự

hình thành dòng chảy sông ngòi, biểu thị dưới dạng vectơ

diện tích lưu vực, độ dốc lưu vực, điều kiện địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật, ~

Trang 15

• 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

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

Trang 16

•• Đặc Đặc đ điểm iểm:: Các Các hiện hiện ttượng ượng thuỷ thuỷ v vă ăn n vừa vừa mang mang tính tính tất tất định định,, vừa

vừa mang mang tính tính ngẫu ngẫu nhiên nhiên

–

– Tất Tất định định::

•• Tính Tính chu chu kỳ kỳ của của các các xu xu thế thế bình bình quân quân theo theo thời thời gian gian:: chu chu kỳ kỳ một một năm năm ((mùa mùa lũ lũ,, kiệt kiệt), ), chu

chu kỳ kỳ nhiều nhiều năm năm ((nhóm nhóm năm năm ít ít nước nước kế kế tiếp tiếp với với các các nhóm nhóm năm năm nhiều nhiều nước nước~ ~))

•• Sự Sự biến biến đổi đổi có có quy quy luật luật theo theo không không gian gian do do bị bị chia chia phối phối bởi bởi tính tính địa địa đới đới của của các các hoạt hoạt động

động khí khí hậu hậu và và khí khí tượng tượng tổ tổ hợp hợp với với những những hình hình thế thế mặt mặt đệm đệm tương tương đối đối ổn ổn định định của

của từng từng khu khu vực vực trên trên lãnh lãnh thổ thổ

•• Quy Quy luật luật vật vật lý lý của của sự sự hình hình thành thành quá quá trình trình dòng dòng chảy chảy và và các các nhân nhân tố tố ảnh ảnh hưởng hưởng đến đến nó

nó,, đó đó là là một một quá quá trình trình tự tự nhiên nhiên với với đầy đầy đủ đủ tính tính chất chất vật vật lý lý của của nó nó,, biểu biểu hiện hiện phàm phàm trù trù nguyên

nguyên nhân nhân và và hậu hậu quả quả

Trang 17

• Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành

– Cơ sở của phương pháp: 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.

đệm.

• Phương pháp thống kê xác suất

– Cơ sở của phương pháp: do hiện tượng thủy văn mang tính

ngẫu nhiên nên có thể coi các đại lượng đặc trưng của hiện

tượng thủy văn là các đại lượng ngẫu nhiên.

Trang 18

• Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành

• Phương pháp phân tích căn nguyên:

– Thiết lập mối quan hệ các đặc trưng thủy văn cần tính với các nhân tố ảnh hưởng (khí tượng, mặt đệm)

• Dùng các biểu thức, đồ thị

• Phương pháp lưu vực tương tự

– Các tham số và các đặc trưng thủy văn của lưu vực không

có tài liệu quan trắc được suy ra từ lưu vực khác, có tài liệu đo đạc thủy văn và có điều kiện hình thành dòng chảy tương tự như lưu vực cần tính toán

Trang 19

Chương 2: Các nguyên lý thuỷ văn

Thu ỷ Văn Công Trình

Chương 2: Các nguyên lý thuỷ văn

Trang 20

Nội dung chương 2

Hệ thống sông ngòi lưu vực

Trang 21

I Hệ thống sông ngòi lưu vực

1. Hệ thống sông ngòi

2. Lưu vực sông

3. Các đặc trưng sông ngòi và lưu vực

Trang 22

Các sông trực tiếp đổ ra biển hoặc vào các hồ nội địa gọi là sông chính Các sông

đổ vào sông chính gọi là sông nhánh cấp I, các sông đổ vào sông nhánh cấp I gọi là sông nhánh cấp II…

Một tập hợp những sông suối gồm một sông chính và các sông nhánh lớn nhỏ có liên quan chặt chẽ với nhau về dòng chảy và lưu vực tập trung nước được gọi là hệ thống sông.

Trang 24

Sông hình nan quạt

Sông hình lông chim

Sông hình nan quạt

Sông hình cánh cây

Sông hình song song

Trang 25

Lưu vực sông là phần mặt đất mà nước trên đó sẽ chảy ra sông (kể cả nước mặt

và nước ngầm)

Lưu vực sông là khu vực tập trung nước của con sông

N Nước trên lưu vực chảy theo hệ thống sông suối tập trung vào lòng chính, mặt cắt sông tại đó nước trên lưu vực chảy qua nó để chảy về hạ lưu gọi là mặt cắt khống chế

2 Lưu vực sông

Trang 26

Đường phân lưu (Đường phân chia nước của lưu vực)

Là đường nối các điểm cao nhất xung quanh lưu vực và ngăn

cách nó với các lưu vực khác ở bên cạnh, nước ở hai phía của đường này sẽ chảy về các lưu vực sông khác nhau.

Để xác định cần dựa vào bản đồ địa hình tỷ lệ thích

hợp (1:10 0000; 1: 25 000; 1:50 000; 1: 100 000)

2 Lưu vực sông

hợp (1:10 0000; 1: 25 000; 1:50 000; 1: 100 000)

Có 2 loại đường phân lưu: nước mặt và nước ngầm

Lưu vực kín: là lưu vực có đường chia nước mặt trùng với

đường chia nước ngầm

Lưu vực hở: là lưu vực có đường chia nước mặt không

trùng với đường chia nước ngầm

Trang 27

2 Lưu vực sông

Trang 28

a Diện tích lưu vực

Là diện tích khu vực được khống chế bởi đường phân lưu và mặt cắt khống chế

Ký hiệu F, đơn vị Km2

Xác định dựa vào bản đồ địa hình tỷ lệ thích hợp, định

3 Các đặc trưng sông ngòi và lưu vực

Xác định dựa vào bản đồ địa hình tỷ lệ thích hợp, định đường phân lưu, và tính diện tích bằng máy đo diện tích hoặc bằng phương pháp đếm ô vuông.

F (km 2 )

Trang 29

b Chiều dài sông chính và chiều dài lưu vực

Là chiều dài đường nước chảy trên sông chính tính từ

nguồn đến mặt cắt cửa ra lưu vực Ký hiệu: Ls Đơn vị: km

Là chiều dài đường gấp khúc nối từ cửa ra qua các điểm giữa của các đoạn thẳng cắt ngang lưu vực (vuông góc với trục sông chính) cho đến điểm xa nhất của lưu vực Ký

trục sông chính) cho đến điểm xa nhất của lưu vực Ký

hiệu: Llv Đơn vị: km

Ls (km)

Llv (km)

Trang 30

c Chiều rộng bình quân lưu vực

Chiều rộng bình quân lưu vực, ký hiệu là B, đơn vị là km, bằng

tỷ số giữa diện tích lưu vực và chiều dài lưu vực Blv (km) = F/Llv

≈ F/Ls

d Độ cao bình quân lưu vực

Độ cao bình quân lưu vực, ký hiệu là Htb, đơn vị là m,

được tính theo công thức sau:

Trong đó:

Hi- cao trình đường đồng mức thứ i

fi- diện tích bộ phận của lưu vực

nằm giữa 2 đường đẳng cao liên tiếp

f

H H

i

i i

tb

1

12

Trang 31

hJ

∆hi: Chênh lệch cao độ giữa hai đường đẳng cao

li: chiều dài của đường đẳng cao thứ i trong phạm vi lưu vực

fi: diện tích bộ phận của lưu vực nằm giữa hai đường đẳng cao liên tiếp thứ i và i - 1

1

i i

=

∑

Trang 32

Các yếu tố khí hậu, khí tượng: mưa , bốc hơi ,

nhiệt độ mặt đất, nhiệt độ mặt nước, nhiệt độ không khí, áp suất không khí, độ ẩm không khí, gió, bão

Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy

II Các yếu tố khí hậu – khí tượng

Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy

là mưa và bốc hơi

Mưa và bốc hơi phụ thuộc vào các yếu tố khí

tượng khác: nhiệt độ, độ ẩm, gió…

1 Mưa

Trang 33

Khái niệm mưa và phân loại

1 Mưa

Các đặc trưng biểu thị mưa

Phương pháp tính lượng mưa bình quân lưu vực

Trang 34

Mưa là hiện tượng nước ở thể lỏng hoặc rắn từ các tầng khí quyển rơi xuống bề mặt đất.

Mưa hình thành do sự chuyển động/ bốc lên cao của các khối không khí khiến khối không khí lạnh đi xuống dưới điểm sương và ngưng tụ

Điểm sương là nhiệt độ lúc hơi nước trong không khí đạt tới trạng thái bão hoà.

Sự ngưng tụ là sự thay đổi của hơi nước thành chất lỏng Để ngưng tụ xảy ra thì không khí phải đạt trạng thái bão hoà hoặc gần bão hòa trong sự hiện diện của hạt nhân ngưng tụ

Hạt nhân ngưng tụ là những hạt nhỏ hoặc aerosol mà hơi nước cô đặc trên những

a Khái niệm về mưa và phân loại

Hạt nhân ngưng tụ là những hạt nhỏ hoặc aerosol mà hơi nước cô đặc trên những

aerosol đó để băt đầu ngưng kết Hạt nhân ngưng kết: Những hạt bụi, muối biển, SOx, Nox…Kích thước của các aerosol thay đổi từ 10 -3 tới 10 µ µµ µm.

Các phần tử nước cô đặc trên những hạt aerosol.

Va chạm và lớn mạnh

0.5 cm/s đủ để mang hạt có kích thước 10 µ µµ µm

Kích thước giới hạn (~0.1 mm)

Những giọt nhỏ này va vào nhau cho đến khi chúng trở thành những giọt lớn hơn

và dần trở nên đủ nặng để rơi xuống thành mưa

Trang 35

Phân loại mưa: Căn cứ vào nguyên nhân làm khối không khíthăng lên cao, có các loại mưa:

Mưa đối lưu

Mưa địa hình

Mưa front

Khí đoàn: Khối không khí rất lớn có nhiệt độ và các yếu

tố khí tượng khác tương đối đồng nhất

Front: Là mặt tiếp xúc giữa hai khối khí có nguồn gốc,

Front: Là mặt tiếp xúc giữa hai khối khí có nguồn gốc, tính chất khác nhau

Front lạnh: Khi một khí đoàn lạnh khô chuyển động

hướng về phía trước tới gặp khí đoàn nóng ẩm

Front nóng: Khi một khí đoàn nóng ẩm di chuyển hướng

về phía trước tới gặp khí đoàn lạnh đứng yên hoặc đang dichuyển chậm

Trang 36

Mưa đối lưu:Mưa đối lưu xuất hiện khi mặt đất bị nung nóng làm cho lớp không khí ẩm sát mặt đất nóng bốc lên cao làm thành một luồng khí đối lưu với lớp không khí trên cao gây hiện tượng mất nhiệt, hơi nước ngưng tụ gây mưa.

Mưa đối lưu thường là mưa rào , với lượng mưa khá lớn trong thời gian ngắn MĐL

có thể xuất hiện vào mùa hè, MĐL thường ứng với dông nhiệt

Trang 37

Mưa địa hình: xuất hiện khi khối không khí ẩm trên đường

đi gặp núi cao sẽ bốc lên cao theo sườn núi gây nên hiện

tượng lạnh đi vì động lực, hơi nước ngưng kết lại tạo thành mưa

Vd mưa ở miền Trung Việt Nam vào thu - đông

Trang 38

Mưa Front nóng: xuất hiện khi khí đoàn nóng ẩm di chuyển gặp khí đoạn lạnh đứng yên hoặc đang di chuyển chậm, khí đoàn nóng sẽ bốc lên cao, hơi nước ngưng tụ rơi xuống tạo thành mưa

Mưa front "nóng" do không khí ấm và ẩm từ biển tràn vào gặp mặt đất lạnh làm hơi nước ngưng thành giọt rất nhỏ, rơi xuống vào cuối đông đầu xuân, giúp cho cây đâm chồi, nảy lộc, thường gọi là mưa xuân

Mưa Front lạnh: xuất hiện khi khối không khí lạnh tiến về phía trước gặp khối không khí ấm, không khí nóng ở mặt tiếp xúc sẽ bị đẩy lên cao sinh ra hiện tượng lạnh đi vì động lực, hơi nước ngưng tụ gây mưa

Ví dụ, mưa front lạnh thường rơi vào đầu mùa đông

Ví d , m a front l nh th ng r i vào u mùa ông

Trang 39

Phân loại theo tính chất mưa:

Mưa rào: Mưa rào – mưa dầm thường có thời gian mưa dài,

cường độ mưa tương đối lớn, diện tích mưa cũng khá rộng và có thể tồn tại những khoảng thời gian trong đó cường độ mưa rất lớn hay gây ra lũ nguy hiểm

Mưa phùn: mưa có hạt rất nhỏ như hạt bụi, rơi rất nhẹ và chậm

Trang 40

Lượng mưa: Lượng mưa trong một thời đoạn tính toán nào đấy là lớp nước mưa đo được tại một trạm quan trắc trên một đơn vị diện tích trong khoảng thời gian đó Lượng mưa có đơn vị đo là mm.

Lượng mưa ngày, lượng mưa tháng, lượng mưa năm

b Các đặc trưng biểu thị mưa

năm

Ví dụ: Lượng mưa đo được trong một trận mưa diễn ra 6 tiếng tại một trạm quan trắc là 12mm trên diện tích 300 ha (3 km2), hỏi tổng lượng

nước thu được cho khu vực đó là bao nhiêu (m3)?

Trang 41

Jan Feb March April May June July Aug Sep Oct Nov Dec Total

Lai Chau 4 27 11 139 491 479 780 304 188 4 49 0 2476 Son La 4 17 9 166 267 176 290 174 169 69 11 1 1353 Tuyen Quang 2 32 17 120 288 163 231 175 208 20 14 24 1294

Ha Noi 3 25 29 98 118 211 286 330 388 145 5 21 1659

Months

LLượ ượ ng ng m mư ư aa tháng tháng trung trung bình bình nhi nhiềều u n năăm m m mộộtt ssốố tr trạạm m ở ở Vi Việệtt Nam Nam

Bai Chay 4 21 31 44 100 297 410 129 268 80 41 7 1432 Nam Đinh 6 45 32 43 175 60 217 162 179 125 10 33 1087 Vinh 33 35 142 76 204 9 44 637 119 495 45 123 1962 Hue 255 3 100 180 153 17 63 261 307 1544 907 603 4393

Da Nang 153 0 58 55 156 7 24 152 253 1147 894 164 3063 Qui Nhon 68 1 93 23 78 28 5 311 135 673 808 18 2241 Playku 0 0 31 49 306 209 444 522 258 327 168 0 2314

Da Lat 0 0 98 85 338 147 206 530 394 208 148 2 2156 Nha Trang 23 3 40 27 157 49 17 51 168 483 543 4 1565 Vung Tau 2 - 8 27 302 314 210 297 173 117 70 2 1522

Ca Mau 38 - 39 86 174 322 421 371 307 508 339 1 2606

Trang 42

Đo mưa

Trang 44

Cường độ mưa tức thời và đường quá trình mưa

Cường độ mưa tức thời: là lượng mưa đo được trong một đơn vịthời gian tại một thời điểm bất kỳ ở một vị trí quan trắc Ký hiệu:

at Đơn vị mm/h hoặc mm/phút

Đường quá trình mưa:

Sự thay đổi của cường độ mưa theo thời gian trong một trậnmưa gọi là quá trình mưa

mưa gọi là quá trình mưa

Đồ thị biểu thị sự thay đổi của cường độ mưa theo thời gian gọi

là đường quá trình mưa K/h: at ~t

Cường độ mưa bình quân thời đoạn: Là cường độ mưa tính bìnhquân trong khoảng thời gian ∆t, được tính theo công thức:

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	3,17 MB