Thủy văn học - Chương 1

Hiện tượng lũ lụt, khô hạn, vấn đề điều khiển hệ thống thoát lũ và cung cấp nước, vấn đề chất lượng nước và môi trường là các vấn đề có ý nghĩa quan trọng trong thuỷ văn học hiện đại

Chương 1: Khái niệm về thuỷ văn học

Chương 1

KHÁI NIỆM VỀ THUỶ VĂN HỌC.1.1 Nội dung và nhiệm vụ của thuỷ văn công trình

1.1.1 Khái niệm về thuỷ văn học

Thuỷ văn học là môn khoa học nghiên cứu những hiện tượng nước trong thiên nhiên, nghiên cứu sự phân bố và biến hoá của những hiện tượng nước theo không gian và thời gian, và những quy luật chi phối sự biến động của các hiện tượng đó

1.1.2 Nội dung nghiên cứu của thuỷ văn học

Nghiên cứu thuỷ văn cung cấp những nội dung cơ bản sau:

-Quá trình hình thành và vận động của nước trên các khu vực hoặc các lưu vực sông

theo không gian và thời gian trong mối quan hệ với các yếu tố ảnh hưởng Do phạm vi nghiên cứu của thuỷ văn rất rộng nên được chia thành nhiều ngành Theo phạm vi nghiên cứu có thể phân loại thành:

-Thuỷ văn khí tượng: nghiên cứu sự liên hệ giữa hơi nước và nước rơi, các đặc tính về nhiệt độ, độ ẩm, mật độ khí quyển để từ đó suy ra tình trạng diễn biến của dòng chảy sông ngòi

-Thuỷ văn địa chất: nghiên cứu những hiện tượng nước dưới mặt đất như hiện tượng thẩm thấu, các quy luật tuần hoàn của dòng nước ngầm

-Thủy văn hải dương: nghiên cứu địa hình vùng ven bờ và đáy biển; nghiên cứu những hiện tượng nước trong biển (các yếu tố hải văn) như : thuỷ triều, hải lưu, độ mặn, sóng, sự vận chuyển bùn cát

-Thuỷ văn lục địa: nghiên cứu những hiện tượng nước trên mặt đất như nghiên cứu quá trình nước rơi tạo thành dòng chảy, sự biến thiên của lưu lượng dòng nước, vấn đề tích nước của hồ chứa, vấn đề hình thành dòng chảy trên lưu vực Theo mục tiêu nghiệp vụ có thể chia thành: tính toán thuỷ văn, đo đạc thuỷ văn, dự báo thuỷ văn

1.1.3 Nhiệm vụ của thủy văn công trình

Thủy văn công trình là tập hợp các kiến thức cơ bản nhất của thủy văn học để phục vụ cho quá trình quy hoạch, thiết kế, thi công, vận hành quản lý và duy tu bảo dưỡng các công trình xây dựng trên sông, biển nói chung, trong đó đi sâu vào 3 vấn đề cơ bản:

-Khái quát về thuỷ văn đại cương -Phương pháp tính toán trong thuỷ văn

-Tính toán các yếu tố thuỷ văn cần thiết

1.2 Đặc điểm của hiện tượng thủy văn và các phương pháp nghiên cứu thủy văn

1.2.1 Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn

Chương 1: Mở đầu

1.2.1.1 Hiện tượng thuỷ văn mang tính chất ngẫu nhiên

Hiện tượng thuỷ văn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khí hậu (mưa, gió, nhiệt độ, độ ẩm v.v ), địa chất địa hình, thực vật và sự tác động của con người, do đó hiện tượng thuỷ văn có nguyên nhân hình thành vật lý rõ rệt

Những nhân tố vật lý này rất nhiều và phức tạp, luôn luôn biến hoá, tác động lẫn nhau và có bản chất ngẫu nhiên, điều này làm cho giá trị định lượng của đại lượng thuỷ văn có tính ngẫu nhiên

VD : + Mực nước cao nhất từng ngày trên sông là một giá trị ngẫu nhiên, không thể dự báo chính xác tuyệt đối

do đó : hiện tượng thủy văn mang tính chất ngẫu nhiên

Do tính ngẫu nhiên này nên để phán đoán đầy đủ quy luật của hiện tượng thuỷ văn cần có tài liệu thu thập dài theo thời gian Mặt khác cũng không thể lấy tài liệu trong quá khứ làm căn cứ cho thiết kế hiện tại nếu không có sự phân tích đánh giá và xử lí thận trọng các số liệu ấy

1.2.2.2 Hiện tượng thủy văn mang tính chất chu kỳ

Hiện tượng thuỷ văn có tính chất biến hoá tuần hoàn theo chu kỳ vì nó chịu ảnh hưởng trực tiếp của nhân tố khí hậu Vì nhân tố khí hậu mang tính chất chu kỳ nên hiện tượng thuỷ văn có tính chất chu kỳ (gồm chu kỳ năm và nhiều năm)

VD : Sông Hồng từ tháng 6 – 10 hàng năm là mùa lũ, từ tháng 11 năm nay đến tháng 5 năm sau là mùa kiệt

Nhận thức được tính chất chu kỳ của hiện tượng thuỷ văn ta có thể nắm vững được quy luật và đặc điểm của sự biến hoá dòng nước, có được những căn cứ chắc chắn để lợi dụng tài nguyên của các dòng sông, phòng ngừa nước lũ, kiệt một cách có hiệu quả

Tổng hợp từ tính chất thứ nhất và thứ hai, nhận thấy hiện tượng thuỷ văn về diễn biến thì có tính qui luật nhưng về giá trị thì ngẫu nhiên Hai tính chất này không hề mâu thuẫn với nhau

1.2.2.3 Hiện tượng thủy văn có tính chất khu vực

Mỗi vùng địa lý có những đặc trưng địa hình, địa chất, khí hậu khác nhau nên hiện tượng thuỷ văn cũng khác nhau theo từng khu vực

→ Hiện tượng thuỷ văn có tính địa lý rõ rệt

VD : Miền Bắc một năm có 4 mùa rõ rệt

-Miền Nam một năm có 2 mùa : mùa mưa và mùa khô

Đặc điểm này cho thấy việc nghiên cứu và phân tích thuỷ văn phải kết hợp với đặc điểm từng vùng, lưu ý 2 vấn đề:

cho vùng khác

cũng tương tự nhau Có thể thông qua nghiên cứu vùng điển hình để tìm ra quy

Chương 1: Khái niệm về thuỷ văn học

luật thuỷ văn của các vùng giống nhau, giúp cho công tác nghiên cứu thuỷ văn nhanh chóng hơn

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu thuỷ văn

Dựa theo đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn, có thể sử dụng 3 phương pháp nghiên cứu sau:

1.2.2.1 Phân tích nguyên nhân hình thành vật lý

Một hiện tượng thuỷ văn được phân tích như là kết quả của một nhóm các nhân tố vật lý, các nhân tố này được phân chia thành các nhân tố chính và nhân tố phụ Kết quả của việc nghiên cứu phân tích nguyên nhân hình thành cho phép thiết lập mối quan hệ giữa các đại lượng cần nghiên cứu với các nhân tố ảnh hưởng đến nó Mối quan hệ này thường được biểu thị bằng các công thức toán học hoặc các phương trình toán học

1.2.2.2 Phương pháp tổng hợp địa lý

Xuất phát từ quan điểm địa lý học, dựa trên đặc điểm hiện tượng thuỷ văn có tính địa lý rõ rệt, giả định trị số đặc trưng thuỷ văn thay đổi đều đặn trên khu vực để tiến hành thống kê, tổng hợp và quy nạp tài liệu thuỷ văn theo vùng

Theo phương pháp này có thể chia làm 3 phương pháp cụ thể: a Phương pháp tương tự địa lý thuỷ văn:

Giả sử có 2 trạm thuỷ văn (trạm đang xét và trạm tham khảo) có điều kiện địa lý và khí hậu tương tự giống nhau Chúng sẽ có quy luật thuỷ văn tương tự nhau Từ đó dựa vào số liệu thuỷ văn của trạm tham khảo ta có thể suy ra số liệu thuỷ văn của trạm đang xét chưa có hoặc không đủ số liệu

b Phương pháp nội suy địa lý:

Phương pháp này coi đặc trưng thuỷ văn với tính cách là đặc trưng địa lý nên có thể phân khu, phân vùng thủy văn hoặc xây dựng các bản đồ đẳng trị của các đại lượng thuỷ văn

c Phương pháp tham số địa lý tổng hợp:

Phương pháp này coi đại lượng thủy văn là hàm của nhiều yếu tố địa lý, các yếu tố chính được xét chi tiết, riêng biệt còn các yếu tố địa lý thứ yếu được tập hợp thành các tham số tổng hợp

1.2.2.3 Phương pháp phân tích số liệu thống kê toán học

Giá trị của một đại lượng thủy văn xuất hiện như là một đại lượng ngẫu nhiên Do đó có thể áp dụng lý thuyết xác suất thống kê để tìm ra quy luật thống kê của hiện tượng thủy văn Phương pháp này được sử dụng nhiều trong thuỷ văn để tính toán các giá trị xuất hiện của các đại lượng thủy văn ứng với những độ tin cậy, những xác suất xuất hiện khác nhau