Giáo trình Thủy văn

70 trang phuongnguyen 90

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thủy văn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_thuy_van.pdf

Nội dung text: Giáo trình Thủy văn

Chöông 1: MÔÛ ÑAÀU 1.1 GIÔÙI THIEÄU CHUNG VEÀ SOÂNG NGOØI VAØ NEÀN KINH TEÁ QUOÁC DAÂN. Treân traùi ñaát, nöôùc laø loaïi vaät chaát phong phuù nhaát, laø thaønh phaàn caáu taïo chính cuûa moïi vaät theå soáng, laø löïc löôïng chuû löïc khoâng ngöøng laøm thay ñoåi hình theå beà maët traùi ñaát. Nöôùc giöõ vai troø then choát trong vieäc ñieàu hoøa nhieät ñoä quaû ñaát, baûo ñaûm cho söï sinh toàn cuûa nhaân loaïi. Soâng ngoøi vaø neàn kinh teá Quoác daân lieân heä vôùi nhau raát chaët cheõ. Muoán soáng vaø toàn taïi, con ngöôøi caàn coù nöôùc. Ngöôøi ta coù theå nhòn ñoùi ñöôïc, nhöng khoâng theå nhòn khaùt. Trong ñieàu kieän phaùt trieån kinh teá hieän nay, moïi hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi ñeàu lieân quan ñeán vieäc khai thaùc vaø söû duïng nguoàn nöôùc. Nöôùc ñeå phuïc vuï ruoäng ñoàng, phuïc vuï sinh hoaït haøng ngaøy, nöôùc laøm laïnh noài hôi, maùy moùc, nöôùc phuïc vuï giao thoâng vaän taûi, quoác phoøng, naêng löôïng nöôùc laøm ra ñieän, Theo soá lieäu sô boä, nöôùc ta coù treân 1000 soâng, suoái vôùi tröõ naêng tieàm taøng khoaûng 260-280 tyû KW/h. Trong ñoù, soâng Ñaø, soâng Loâ, soâng Ñoàng Nai coù nguoàn naêng löôïng raát lôùn. Nhieàu nhaø maùy thuûy ñieän lôùn ôû nöôùc ta ñöôïc xaây döïng: Hoaø Bình, Trò An, Thaùc Baø, Ña Nhim, vaø nhieàu nhaø maùy khaùc ñang xaây döïng. Beân caïnh ñoù, taùc haïi maø soâng ngoøi ñem ñeán cho chuùng ta khoâng ít. Luõ luït ñaõ ñem laïi cho chuùng ta bao nhieâu cheát choùc ñau thöông. Doøng chaûy trong nhöõng ñoaïn soâng quanh co ñaõ loâi cuoán ñi haøng vaïn meùt ñaát, laøm suïp lôõ bôø, nhaø cuûa, con ngöôøi tieâu tan. Lôïi vaø haïi laø hai maët traùi phaûi cuûa doøng soâng. Chuùng ta caàn nghieân cöùu kyõ löôõng ñeå lôïi duïng vaø chinh phuïc noù, baét noù phaûi phuïc vuï cho cuoäc soáng cuûa con ngöôøi.
1.2 NHIEÄM VUÏ VAØ NOÄI DUNG MOÂN HOÏC. Thuûy vaên laø ngaønh khoa hoïc nghieân cöùu moïi pha khaùc nhau cuûa nöôùc treân traùi ñaát, coù vò trí quan troïng ñoái vôùi con ngöôøi vaø moâi tröôøng. Caùc thaønh töïu cuûa thuyû vaên ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong nhieàu laõnh vöïc khaùc nhau nhö: thieát keá vaø vaän haønh caùc coâng trình thuûy, caáp nöôùc ñoâ thò, boá trí vaø xöû lyù caùc nguoàn nöôùc thaûi, töôùi tieâu, saûn xuaát naêng löôïng ñieän, phoøng choáng luõ luït, xoùi lôû bôø, boài laéng phuø sa, ngaên maën, giaûm nheï oâ nhieãm, Nhieäm vuï cuûa Thuûy vaên laø giuùp phaân tích caùc vaán ñeà tính toaùn nhö treân vaø cung caáp chæ daãn söû duïng vaø baûo veä nguoàn taøi nguyeân nöôùc. Ñoái töôïng nghieân cöùu cuûa Thuûy Vaên laø caùc loaïi nöôùc khaùc nhau treân traùi ñaát, söï phaân boá, vaän ñoäng , caùc ñaëc tinh vaät lyù, hoùa hoïc cuûa chuùng, caùc taùc ñoäng qua laïi ñoái vôùi moâi tröôøng chung quanh vaø con ngöôøi. Thuûy vaên coù theå ñöôïc xem laø ngaønh khoa hoïc chöùùa ñöïng toaøn boä caùc ngaønh khoa hoïc khaùc veà nöôùc hay noùi caùch khaùc, ñaây laø ngaønh khoa hoïc nghieân cöùu veà voøng tuaàn hoaøn Thuûy vaên, veà chu trình vaän ñoäng vónh cöûu cuûa nöôùc giöõa maët ñaát vaø baàu khí quyeån. Caùc kieán thöùc thuûy vaên ñöôïc aùp duïng trong vieäc ñieàu khieån vaø aùp duïng nguoàn taøi nguyeân nöôùc treân ñaát lieàn. Trong ñaïi döông, nöôùc thuoäc phaïm vi nghieân cöùu cuûa Haûi döông hoïc. 1.3 VOØNG TUAÀN HOAØN THUÛY VAÊN. Nöôùc treân traùi ñaát toàn taïi trong moät khoaûng khoâng gian goïi laø thuyû quyeån (töø ñoä cao 15 km treân baàu khí quyeãn ñeán saâu trong thaïch quyeån 1 km. Trong voøng thuyû quyeån, nöôùc vaän ñoäng voâ cuøng phöùc taïp, caáu taïo thaønh voøng tuaàn hoaøn thuûy vaên (hay coøn goïi laø chu trình thuûy vaên) nhö hình 1.1 Nöôùc boác hôi töø caùc ñaïi döông vaø luïc ñòa trôû thaønh moät boä phaän cuûa khí quyeån, hôi nöôùc boác leân cao, gaëp laïnh, hoäi ñuû ñieàu kieän, chuùng seõ ngöng tuï vaø rôi trôû laïi maët ñaát, maët bieån. Löôïng nöôùc rôi xuoáng maët ñaát coù theå bò ngaên giöõ laïi bôûi caùc röøng caây , roài chaûy treân caùc söôøn doác, thaám vaøo loøng ñaát thaønh doøng nöôùc ngaàm, chaûy vaøo caùc loøng soâng
thaønh doøng chaûy maët. Phaàn lôùn löôïng nöôùc ñöôïc caùc lôùp thaûm thöïc vaät giöõ laïi, , vaø moät phaàn doøng chaûy maët seõ quay laïi baàu khí quyeån qua con ñöôøng boác hôi, phaàn coøn laïi ñoå ra bieån, vaø cuõng seõ boác hôi. Doøng chaûy ngaàm seõ ôû saâu trong loøng ñaát, ñeán taàng khoâng thaám, vaø seõ xuaát loä thieân ra caùc doøng suoái chaûy daàn vaøo soâng, cuoái cuøng cuõng boác hôi hoaëc ñoå ra bieån. Hôi aåm chuyeàn Möa rôi Möa treân maët ñaát vaøo maët ñaát xuoáng ñaïi döông Boác hôi töø maët ñaát Doøng chaûy maët Maët ñaát Boác hôi töø ñaïi Doøng chaûy maët döông Taàng thaám Doøng chaûy ngaàm Taàng khoâng thaám Bieån H. 1.1 Tuaàn hoaøn Thuûy vaên Theo thoáng keâ cuûa Ven Techow, neáu toång löôïng nöôùc treân traùi ñaát laø 100%, thì 96,5% laø nöôùc ñaïi döông, 1,7% laø baêng ôû hai cöïc, 1,7% laø nöôùc ngaàm, chæ coù 0,1% laø nöôùc maët vaø hôi nöôùc trong khoâng khí 1.4 PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU CAÙC HIEÄN TÖÔÏNG THUÛY VAÊN 1. Phöông phaùp “Phaân tích nguyeân nhaân hình thaønh” Hieän töôïng thuûy vaên laø keát quaû cuûa nhieàu nguyeân nhaân khaùc. Doøng chaûy sinh ra treân maët ñaát phuï thuoäc vaøo möa, ñieàu kieän ñòa chaát, lôùp phuû thöïc vaät, ñòa hình, löu vöïc Vì theá, ñeå nghieân cöùu hieän töôïng thuyû
vaên, ngöôøi ta duøng phöông phaùp “Phaân tích nguyeân nhaân hình thaønh” Theo phöông phaùp naøy, ngöôøi ta xaây döïng caùc moâ hình lyù cuûa doøng chaûy ñeå nghieân cöùu, boá trí vaø ño ñaïc caùc ñaëc tröng thuûy löïc treân soâng ñeå thu thaäp soá lieäu. Ngaøy nay, khi phöông phaùp soá ñaõ vaø ñang phaùt trieån, ngöôøi ta coøn söû duïng caùc moâ hình toaùn ñeå nghieân cöùu doøng chaûy vaø ñaùnh giaù aûnh höôûng cuûa chuùng ñeán moâi tröôøng. 2. Phöông phaùp “Toång hôïp ñòa lyù” Döïa theo phöông phaùp naøy, ngöôøi ta nghieân cöùu söï quan heä cuûa caùc ñaëc tröng thuûy vaên vôùi ñieàu kieän caûnh quan ñòa lyù cuûa löu vöïc. Treân cô sôû phöông phaùp naøy, ngöôøi ta xaây döïng caùc baûn ñoà ñaúng trò, hoaëc baûn ñoà phaân vuøng caùc ñaëc tröng doøng chaûy. 3. Phöông phaùp “Löu vöïc töông töï” Coù theå xem ñaây laø söï phaùt trieån cuûa phöông phaùp toång hôïp ñòa lyù. Phöông phaùp naøy duøng ñeå nghieân cöùu moät löu vöïc khoâng coù ñaày ñuû caùc soá lieäu thuyû vaên. Ngöôøi ta choïn moät löu vöïc naøo ñoù coù caùc ñieàu kieän ñòa hình töông töï vaø möôïn caùc ñaëc tröng cuûa löu vöïc naøy cho löu vöïc nghieân cöùu. Caùc ñaëc tröng naøy coù theå duøng tröïc tieáp, hoaëc hieäu chænh laïi baèng caùc heä soá. Phöông phaùp naøy hieän duøng khaù phoå bieân ñoái vôùi nöôùc ta, khi maø chuoãi soâ lieäu thuûy vaên coøn chöa ñuû. 4. Phöông phaùp “Thoáng keâ” Xuaát phaùt cuûa phöông phaùp naøy cho raèng hieän töôïng thuûy vaên laø keát quaû cuûa nhieàu nhaân toá phöùc taïp. Caùc nhaân toá naøy laïi phuï thuoäc vaøo caùc ñieàu kieän phöùc taïp khaùc, maø trong thöïc teá khoâng theå xeùt heát ñöôïc. Vì theá caùc hieän töôïng treân ñöôïc gheùp vaøo caùc hieän töôïng ngaãu nhieân, phuïc tuøng quy luaät soá lôùn, coù theå nghieân cöùu ñöôïc baèng phöông phaùp xaùc suaát thoáng keâ. Phöông phaùp naøy phaùt trieån maïnh meõ trong nghieân cöùu thuûy vaên, nhaát laø trong tính toaùn thuûy vaên coâng trình, khi maø ngöôøi ta khoâng caàn bieát ñieàu kieän, hoaøn caûnh hoaëc trình töï xaûy ra moät hieän töôïng naøo ñoù, maø chæ caàn bieátkhaû naêng xaûy ra hieän töôïng ñoù trong moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh
1.5 SÖÏ PHAÂN BOÁ NÖÔÙC TREÂN TRAÙI ÑAÁT Tröõ löôïng nöôùc treân traùi ñaát theo taøi lieäu cuûa M.I.Lôvovitra Caùc thaønh phaàn Theå tích Chieám tyû leä 1000km3 % Nöôùc trong ñaïi döông 1.70.23 94,20 Nöôùc ngaàm ñeán ñoä saâu 5km 64.000 4,39 Caùc lôùp baêng 24.000 1,65 Nöôùc ao hoà 230 0,016 Nöôùc trong ñaát 75 0,005 Hôi nöôùc trong khí quyeån 14 0,001 Nöôùc soâng ngoøi, suoái 1,2 0,0001 Toång tröõ löôïng 1.454.643 100 1.6 LÖU VÖÏC Ñònh nghóa löu vöïc: Löu vöïc cuûa moät con soâng laø phaàn maët ñaát maø töø ñoù nöôùc chaûy vaøo soâng. Ñaây laø khu vöïc taäp trung nöôùc cho con soâng. Ñöôøng cong kheùp kín bao quanh, phaân chia caùc löu vöïc, maø töø ñoù, nöôùc chaûy veà caùc caùc phía cuûa caùc löu vöïc khaùc nhau goïi laø ñöôøng phaân nöôùc. Nöôùc chaûy vaøo soâng töø doøng nöôùc maët vaø nöôùc ngaàm neân coù hai döôøng phaân nöôùc: ñöôøng phaân nöôùc maët vaø ñöôøng phaân nöôùc ngaàm. Trong thöïc teá raát khoù xaùc ñònh ñöôøng phaân nöôùc ngaàm neân thöôøng laát ñöôøng phaân nöôùc maët laøm ñöôøng phaân nöôùc cuûa löu vöïc, ñaây laø ñöôøng cong kheùp kín noái caùc ñieåm chung quanh löu vöïc
1.7 CAÂN BAÈNG NÖÔÙC Ñoái vôùi baát kyø moät löu vöïc naøo ñoù, trong moät thôøi gian nhaát ñònh, quan heä thay ñoåi cuûa caùc yeáu toá thuûy vaên (möa, boác hôi, doøng chaûy) phaûi tuaân theo quy luaät sau: Cho moãi löu vöïc, löôïng nöôùc ñeán, sau khi tröø bôùt ñi löôïng nöôùc tröõ laïi trong löu vöïc (hoaëc coäng theâm löôïng nöôùc maát ñi trong löu vöïc), phaûi baèng löôïng nöôùc ñi khoûi löu vöïc. Ñaây laø nguyeân lyù caân baèng nöôùc. Ñaây laø cô sôû chuû yeáu ñeå phaân tích nguyeân nhaân hình thaønh doøng chaûy veà maët ñònh tính vaø ñònh löôïng. Döïa vaøo nguyeân lyù caân baèng naøy, ta coù theå xaây döïng caùc phöông phaùp tính toaùn thuûy vaên trong tröôøng hôïp thieá soá lieän doøng chaûy. Ta coù caùc ví duï sau ñaây veà caân baèng nöôùc: 1. Caân baèng nöôùc thoâng duïng: Cho moät löu vöïc baát kyø, trong moät thôøi gian nhaát ñònh, xeùt löôïng nöôùc ñeán vaø löôïng nöôùc ñi, ta laäp ñöôïc phöông trình caân baèng nöôùc nhö sau: Löôïng nöôùc ñeán goàm coù: X: Löôïng möa bình quaân treân löu vöïc Z1: Löôïng nöôùc ngöng tuï treân maët löu vöïc Y1: Löôïng doøng chaûy maët ñeán löu vöïc. W1: Löôïng doøng chaûy ngaàm ñeán löu vöïc U1: Löôïng nöôùc tröõ trong löu vöïc ôû ñieåm thôøi gian ñaàu. Löôïng nöôùc ñi goàm coù: Z2: Löôïng nöôùc boác hôiï treân maët löu vöïc Y2: Löôïng doøng chaûy maët ñi khoûi löu vöïc. W2: Löôïng doøng chaûy ngaàm ñi khoûi löu vöïc U2: Löôïng nöôùc tröõ trong löu vöïc ôû ñieåm thôøi gian cuoái. Ta coù phöông trình caân baèng nöôùc nhö sau: (1.1) X+Z1+Y1+W1+U1=Z2+Y2+W2+U2
2. Caân baèng nöôùc cuûa löu vöïc kín trong thôøi ñoaïn baát kyø: Löu vöïc kín laø löu vöïc coù ñöôøng phaân nöôùc maët vaø ñöôøng phaân nöôùc ngaàm truøng nhau, do ñoù khoâng coù nöôùc maët vaø nöôùc ngaàm töø löu vöïc khaùc chaûy ñeán, Y1=0 vaø W1=0. Thoâng thöôøng ñaây laø löu vöïc cho nhöõng soâng lôùn, khi maø nöôùc cuûa noù cung caáp cho nhöõng soâng nhoû vaø vöøa X+Z +U =Z +Y +W +U 1 1 2 2 2 2 (1.2) 3. Caân baèng nöôùc cuûa löu vöïc kín trong nhieàu naêm: Trong nhieàu naêm, ta tính bình quaân, cheânh leäch löôïng nöôùc tröõ trong löu vöïc khoâng ñaùng keå, do ñoù ñoái vôùi löu vöïc kín, ta coù: X+Z =Z +Y +W 1 2 2 2 (1.3) 1.8 CAÙC ÑAÏI LÖÔÏNG THUÛY VAÊN vaø KHAÙI NIEÄM CAÀN THIEÁT: 1. Möïc nöôùc : z 2. Ñöôøng doøng, oáng doøng, doøng nguyeân toá 3. Dieän tích maët caét öôùt: A 4. Chu vi öôùt: χ 5. Baùn kính thuûy löïc: R 6. Löu löôïng nöôùc: Q 7. Vaän toác doøng chaûy:V T 8. Toång löôïng nöôùc: W = ∫ Qdt 0 9. Module doøng chaûy : M=103Q/F Trong ñoù F: dieän tích löu vöïc 10. Ñoä saâu doøng chaûy: (Y) Laø chieàu daøy lôùp nöôùc bình quaân ñöôïc sinh ra treân beà maët löu vöïc sau moät khoaûng thôøi gian naøo ñoù : W Y = 103 F
11. Haøm löôïng buøn caùt : laø khoái löôïng buøn caùt trong moät ñôn vò theå tích maãu nöôùc. (g/m3) 12. Ñoä maën nguoàn nöôùc: S%: soá g muoái caùt trong moät ñôn vò theå tích maãu nöôùc. 13. Ñoä chua nöôùc soâng: haøm löôïng axít (hoaëc goác axít) coù chöùa trong nöôùc laøm nöôùc bò chua, bieåu thò baèng chæ soá pH: pH=-lg[H+] vôùi [H+]laø noàng ñoä ion goác axít 14. Ñoä nhieãm baån nguoàn nöôùc ( BOD, COD, DO ñôn vò mg/l). BOD: Biology Oxigen Demand: nhu caàu oxi hoaù bieåu thò möùc ñoä oâ nhieãm caùc chaát höõu cô. COD: Chemical Oxigen Demand: nhu caàu oxi hoaù bieåu thò möùc ñoä oâ nhieãm caùc chaát voâ cô vaø kim loaïi ñoäc haïi. DO: Dissolved Oxigen : löôïng oxy hoaø tan trong nöôùc. Trong ñieàu kieän bình thöôøng, DO ñaït baõo hoaø trong nöôùc ôû 7,8 mg/l Neáu DO>5mg/l thì nöôùc ñöôïc coi laø saïch.
Chöông2: QUAÙ TRÌNH THUÛY VAÊN Caùc quaù trình thuûy vaên laøm bieán ñoåi phaân boá khoâng gian vaø thôøi gian cuûa nöôùc trong moïi khaâu cuûa voøng tuaàn hoaøn thuûy vaên. Söï vaän ñoäng cuûa nöôùc trong heä thoáng thuûy vaên chòu aûnh höôûng vaø chi phoái caùc tính chaát vaät lyù cuûa heä thoáng nhö hình daïng, kích thöôùc doøng chaûy vaø cuûa taùc ñoäng qua laïi giöõa nöôùc vôùi caùc ñoái töôïng trung gian khaùc trong ñoù coù khoâng khí vaø nhieät. Raát nhieàu ñònh luaät khaùc nhau ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa heä thoáng thuûy vaên. 2.1 KHAÙI NIEÄM VEÀ HEÄ THOÁNG THUÛY VAÊN: Heä thoáng laø moät taäp hoïp caùc thaønh phaàn coù quan heä lieân thoâng vôùi nhau taïo thaønh moät toång theå. Ví duï: tuaàn hoaøn thuûy vaên laø moät heä thoáng thuûy vaên vôùi caùc thaønh phaàn laø:nöôùc rôi, boác hôi, doøng chaûy vôùi caùc pha khaùc nhau cuûa chu trình. Caùc thaønh phaàn naøy coù theå taäp hoïp thaønh caùc heä thoáng con cuûa chu trình lôùn. Coù ba heä thoáng con trong tuaàn hoaøn thuûy vaên: Heä thoáng nöôùc khí quyeån, bao goàm caùc quaù trình nöôùc rôi, boác hôi, ngaên giöõ nöôùc bôûi caây coái, vaø boác thoaùt hôi töø sinh vaät. Heä thoáng nöôùc maët, bao goàm caùc quaù trình chaûy treân söôøn doác, chaûy maët, xuaát loä cuûa caùc doøng saùt maët, doøng ngaàm, quaù trình doøng chaûy ñoå vaøo soâng ngoøi, ñaïi döông. Heä thoáng nöôùc döôùi maët ñaát, bao goàm caùc quaù trình thaám, boå sung nöôùc cho kho nöôùc ngaàm, caùc doøng saùt maët ñaát vaø doøng ngaàm saâu trong loøng ñaát. Trong vieäc phaùt trieån caùc moâ hình thuûy vaên, ñònh lyù vaän taûi Reynolds (hay coøn goïi laø phöông trình theå tích kieåm tra ñaõ cho ta moät lyù thuyeát neàn taûng cô sôû. Ñònh lyù naøy ñöôïc söû duïng ñeå thieát laäp caùc phöông trình lieân tuïc, phöông trình ñoäng löôïng, phöông trình naêng löôïng cuûa nhieàu quaù trình thuûy vaên.
2.2 ÑÒNH LYÙ VAÄN TAÛI REYNOLDS. Trong ñònh lyù naøy, ngöôøi ta aùp duïng caùc ñònh luaät vaät lyù cho moät doøng chaát loûng chuyeån ñoäng lieân tuïc qua moät theå tích kieåm tra coá ñònh trong khoâng gian, coù theå tích laø W, ñöôïc bao quanh bôûi dieän tích A: W A1 A1 C B D Goïi X laø ñaïi löôïng naøo ñoù cuûa doøng löu chaát qua W, k laø giaù trò X trong moät ñôn vò khoái löôïng, ta coù X = ∫∫∫ kρdw w Baèng phöông phaùp theå tích kieåm soaùt, ta coù theå tìm ñaïo haøm toaøn phaàn cuûa X theo thôøi gian nhö sau: − + − + dX X t X t (X Ct X Dt ) (X Bt X Ct ) = lim 2 1 = lim 2 2 1 1 dt Δt → 0 Δt Δt → 0 Δt (X + X ) − (X + X ) X − X = lim Ct2 Bt2 Bt1 Ct1 + lim Dt2 Bt2 Δt → 0 Δt Δt → 0 Δt ∂X ∂X = + kρundA + kρundA = + kρundA ∂t ∫∫ ∫∫ ∂t ∫∫ w A1 A2 w A (2.1) Neáu doøng löu chaát chuyeån ñoäng oån ñònh ( doøng oån ñònh laø doøng maø caùc ñaëc tröng thuûy löïc cuûa doøng (vaän toác, dieän tích maët caét öôùt, löu ∂X löôïng, ) khoâng thay ñoåi theo thôøi gian), thaønh phaàn = 0; ta suy ∂ t w ra: dX = ∫∫ kρundA (2.2) dt A
2.3 PHÖÔNG TRÌNH LIEÂN TUÏC. Trong tröôøng hôïp X laø khoái löôïng, ta coù k=1, vaø theo ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng, dX/dt=0, suy ra: ρ = 0 ⇔ ρ = 0 ∫∫ undA ∫∫ u ndA (2.3) A A dA2 u2ø Ñoái vôùi doøng nguyeân toá, löu chaát chæ vaøo moät ñaàu (dieän tích dA1), vaø ra ôû ñaàu kia dA1 (dA2), neân ta coù: u1 ρ1u1ndA1 = ρ2u2ndA2 (2.4) Phöông trình (2.4) laø phöông trình lieân tuïc cho doøng nguyeân toá. Ñoái vôùi toaøn doøng chaûy, ta phaûi laáy tích phaân phöông trình treân cho toaøn doøng, luùc aáy: ρ = ρ ∫∫ 1u1ndA1 ∫∫ 2u 2ndA 2 (2.5) A1 A 2 Neáu löu chaát laø khoâng neùn ñöôïc, ρ=conts, ta suy ra: Q1= Q2 hay Q=const doïc theo doøng chaûy (2.6) Ñoái vôùi moät heä thoáng thuûy vaên, neáu toång löôïng doøng vaøo baèng toång löôïng doøng ra thì heä thoáng ñöôïc goïi laø kín. Ví duï voøng tuaàn hoaøn thuûy vaên laø moät heä thoáng kín. Ngöôïc laïi, heä thoáng xem nhö laø hôû. Ví duï : quaù trình Möa raøo-doøng chaûy maët laø moät heä thoáng hôû vì khi möa xuoáng, khoâng taát caû ñeàu trôû thaønh doøng chaûy maø coøn moät phaàn ñaõ bay ngöôïclaïi khí quyeån baèng boác hôi. Caùc phöông trình lieân tuïc treân ñöôïc thieát laäp cho chaát loûng moät pha (hoaëc laø doøng khí, hoaëc laø doøng nöôùc. Ñoá vôùi doøng nhieàu pha (ví duï nhö khí vaø nöôùc), caàn vieát phöông trình lieân tuïc cho töøng pha rieâng bieät, vaø ñaïi löôïng dX/dt trong moãi pha seõ laø löôïng bieán ñoåi X trong moät ñôn vò thôøi gian cuûa doøng löu chaát theâm vaøo hoaëc laáy ra khoûi pha ñang xeùt.
2.4 PHÖÔNG TRÌNH ÑOÄNG LÖÔÏNG. Khi X laø ñoäng löôïng, thì k=u, ta coù: X = ∫∫∫ uρdw . w Theo ñònh luaät 2 Newton, bieán thieân ñoäng löôïng trong moät ñôn vò thôøi gian baèng toång ngoaïi löïc taùc duïng leân khoái chaát loûng (coù theå tích w nhö treân). Ñoái vôùi doøng oån ñònh, töø phöông trình (2.2), ta coù: ρ ρ = ρ = ρ ∑ F ∫∫ u undA ∫∫ u dQ (2.7) A A Ñoái vôùi toaøn doøng chaûy töø maët caét 1-1 ñeán 2-2, phöông trình (2.7) trôû thaønh phöông trình ñoäng löôïng chieáu treân moät phöông s baát kyø: = ρ α − α = − (∑ F)s Q( 01V2s 02 V1s ) ÑLras ÑL vaøos (2.8) vôùi α0 laø heä soá hieäu chænh ñoäng löôïng. 2.5 CAÂN BAÈNG NAÊNG LÖÔÏNG. Trong tröôøng hôïp X laø naêng löôïng cuûa doøng chaûy coù khoái löôïng m (kyù hieäu laø E, bao goàm noäi naêng, ñoäng naêng vaø theá naêng), ta coù: 2 X = E = Eu+1/2mu +mgZ (2.9) Vaäy k baèng: 1 k = e + V 2 + gZ (2.10) u 2 trong ñoù eu laø noäi naêng treân moät ñôn vò khoái löôïng. Theo ñònh luaät I Nhieät ñoäng löïc hoïc, soá gia naêng löôïng (dE/dt) ñöôïc truyeàn vaøo chaát loûng trong moät ñôn vò thôøi gian, baèng suaát bieán ñoåi trong moät ñôn vò thôøi gian cuûa nhieät löôïng (dH/dt) truyeàn vaøo khoái chaát loûng ñang xeùt, tröø ñi suaát bieán ñoåi coâng (dW/dt) trong moät ñôn vò thôøi gian cuûa khoái chaát loûng ñoù thöïc hieân ñoái vôùi moâi tröôøng ngoaøi (ví duï trong quaù trình chuyeån ñoäng coâng maát ñi do ma saùt):
dE dH dW = − (2.11) dt dt dt Töø phöông trình (2.1), ta coù: dH dW ∂ 1 1 − = e + u 2 + gZ)ρdw + (e + u 2 + gZ)ρu dA ∂ ∫∫∫ u ∫∫ u n dt dt t w 2 A 2 (2.12) (2.12) laø phöông trình caân baèng naêng löôïng cho doøng chaát loûng khoâng oån ñònh coù khoái löôïng rieâng ρ thay ñoåi. Ñoái vôùi doøng oån ñònh, khoâng coù söï trao ñoåi nhieät vôùi beân ngoaøi: − dW = + 1 2 + ρ ∫∫ (eu u gZ) undA (2.14) dt A 2 dW 1 eρρ u dA+=−+() u2 gZ u dA hay: ∫∫un ∫∫ n (2.15) AAdt 2 + dW Nhaän xeùt thaáy ∫∫ euundA laø phaàn bieán ñoåi naêng löôïng do A dt chuyeån ñoäng cuûa caùc phaàn töû beân trong khoái löu chaát vaø do ma saùt cuûa khoái löu chaát vôùi beân ngoaøi. Ñaïi löôïng naøy khoù xaùc ñònh ñöôïc baèng lyù thuyeát, thoâng thöôøng, noù ñöôïc tính töø thöïc nghieäm, tuyø tröôøng hôïp cuï theå. Ta ñaët: + dW = ρ ∫∫ euundA ghf Q (2.16) A dt vôùi hf laø maát naêng trung bình cuûa moät ñôn vò troïng löôïng löu chaát. Xeùt cho moät ñoaïn doøng chaûy töø maët caét 1-1 ñeán 2-2, maø maët caét bao quanh laø caùc ñöôøng doøng. Doøng löu chaát chæ coù theå vaøo maët caét 1-1 vaø ra ôû maët caét 2-2. Nhö vaäy töø (2.16) vaø (2.15) ta coù: ρ = 1 2 + ρ − 1 2 + ρ ghf Q ∫∫ ( u gZ) u1ndA ∫∫ ( u gZ) u 2ndA (2.17) A1 2 A2 2 Neáu löu chaát khoâng neùn ñöôïc, ta coù:
11 ρραρραρghQ=+−+()() V22 gZQ V gZQ (2.18) f 2211 1 2 2 2 α V 2 α V 2 hay: Z + 1 1 = Z + 1 1 + h (2.19) 1 2g 1 2g f trong ñoù: Z laø theá naêng (bao goàm caû vò naêng laãn aùp naêng) cuûa moät ñôn vò troïng löôïng löu chaát, αV 2 laø ñoäng naêng cuûa moät ñôn vò troïng löôïng löu chaát, 2g α laø heä soá hieäu chænh ñoäng naêng. Phöông trình (2.19) laø phöông trình naêng löôïng vieát cho doøng löu chaát troïng löïc khoâng neùn ñöôïc chuyeån ñoäng oån ñònh (phöông trình Bernoulli) 2.6 QUAÙ TRÌNH VAÄN CHUYEÅN. Söï daãn taûi cuûa nhieät naêng ñöôïc dieãn ra theo ba caùch: daãn truyeàn, ñoái löu, vaø böùc xaï. Daãn truyeàn xaûy ra do caùc phaân töû löu chaát chuyeån ñoäng hoãn loaïn trong khoái, chuùng tieáp xuùc nhau vaø trao ñoåi nhieät vôùi nhau. Ñoái löu laø phöông thöùc vaän chuyeån nhieät khi löu chaát chuyeån ñoäng. Phöông thöùc naøy daãn taûi nhieät treân moät phaïm vi roäng lôùn hôn. Böùc xaï laø phöông thöùc truyeàn nhieät baèng caùc soùng ñieän töø vaø coù theå dieãn ra trong chaân khoâng. Trong khi vaän taûi nhieät baèng hai phöông thöùc ñaàu, thì cuõng ñoàng thôøi daãn taûi khoái löôïng, ñoäng löôïng hay naêng löôïng.
Chöông 3: NÖÔÙC TRONG KHÍ QUYEÅN Möa vaø boác hôi laø hai quaù trình quan troïng nhaát trong soá caùc quaù trình khí töôïng lieân tuïc xaûy ra trong khoâng khí 3.1 LUAÂN CHUYEÅN CUÛA KHOÂNG KHÍ. Traùi ñaát lieân tuïc tieáp nhaän nhieät töø maët trôøi qua böùc xaï maët trôøi vaø phaùt nhieät trôû laïi khoâng gian qua böùc xaï phaûn hoài. Caùc quaù trình naøy ñöôïc caân baèng ôû suaát trung bình 210 W/m2. Tuy nhieân, ôû xích ñaïo, möùc thu nhaän trong baàu khoâng khí cao hôn (khoaûng 270 W/m2) do tia böùc xaï gaàn nhö thaúng goùc vôùi maët ñaát. Coøn ôû hai cöïc, möùc thu nhaän naøy thaáp hôn (90 W/m2 ) do goùc böùc xaï nhoû hôn. Do coù söï khoâng caân baèng nhö vaäy, ñaõ coù söï vaän chuyeån naêng löôïng (nhieät naêng) töø xích ñaïo ñeán caùc ñòa cöïc theo möùc trung bình khoaûng 4.109 MW. Neáu xem traùi ñaát laø quaû caàu coá ñònh. ÔÛ vuøng xích ñaïo, do noùng hôn neân luoàng khí boác leân cao hôn, di chuyeån trong taàng cao hôn cuûa khí quyeån veà caùc cöïc, taïi ñoù gaëp laïnh, luoàng khí haï xuoáng thaáp hôn vaø quay ngöôïc trôû veà xích ñaïo taïo thaønh moät hoaøn löu cuûa moät haønh tinh khoâng quay. Söï luaân chuyeån naøy goïi laø luaân chuyeån Hadley. Chuyeån ñoäng quay töø Taây sang Ñoâng cuûa traùi ñaát ñaõ taïo ra moät löïc phuï Coriolic (löïc naøy baèng hai laàn tích höõu höôùng cuûa hai veùc tor vaän ω = ω toác doøng khí u vaø vector vaän toác quay cuûa traùi ñaát : Fc 2u^ , vaø höôùng cuûa Fc ñöôïc xaùc ñòng theo quy taéc baøn tay phaûi) laøm cho luaân chuyeån Hadley bò thay ñoåi. Taïi xích ñaïo, coù moät voøng ñai khí xung quanh noù di chuyeån veà phía cöïc, döôùi aûnh höôûng cuûa löïc Coriolic Fc , luoàng khoâng khí naøy ñaõ chuyeån ñoäng leäch veà beân phaûi (neáu ôû Baéc baùn caàu, hay beân traùi (neáu ôû Nam baùn caàu) so vôùi chieàu doïc theo vector u. Keát quaû cuûa aûnh höôûng naøy laø söï xuaát hieän luoàng gioù höôùng Taây (gioù höôùng Taây laø luoàng gioù töø höôùng Taây thoåi ñeán). ÔÛû vuøng gaàn xích ñaïo:
Baéc baùn caàu coù gioù theo höôùng Taây Nam, ví duï nhö nöôùc ta coù gioù muøa Taây Nam (töø höôùng Taây Nam thoåi leân), coøn ôû Nam baùn caàu, gioù theo höôùng Taây Baéc. Ngöôïc laïi, khi khoái khí laïnh töø caùc cöïc di chuyeån veà xích ñaïo, döôùi aûnh höôûng cuûa löïc Coriorlic, khoái khí ñaõ di chuyeån leäch veà beân phaûi (ôû Baéc baùn caàu), hay beân traùi (ôû Nam baùn caàu). Ñieàu naøy laøm xuaát hieän caùc luoàng gioù Ñoâng ôû vuøng cöïc (coøn ôû vuøng gaàn xích ñaïo: Ñoâng Baéc ôû Baéc baùn caàu , Ñoâng Nam ôû Nam baùn caàu). ω u* u F c Fc u* u ω u* u Fc Fc u u* 3.2 HÔI NÖÔÙC. Nöôùc trong khí quyeån phaàn lôùn toàn taïi döôùi daïng hôi hoaëc khí nhöng ôû töøng choã vaø thôøi gian toàn taïi ngaén, sau ñoù, tuøy ñieàu kieän nhieät ñoä vaø aùp suaát, noù coù theå thaønh haït nöôùc daïng möa raøo, haït nhoû li ti daïng maây, haït raén daïng tuyeát, möa ñaù. Löôïng nöôùc trong khí quyeån tuy raát nhoû (1/100000 toång löôïng nöôùc) nhöng giöõ vai troø raát quan troïng trong tuaàn hoaøn thuûy vaên. Ta duøng ñònh lyù vaän taûi Reynolds ñeå moâ taû söï vaän chuyeån hôi nöôùc qua moät khoâng gian coá ñònh W. Goïi X laø khoái löôïng cuûa hôi nöôùc qua W, k laø X trong moät ñôn vò khoái löôïng khoâng khí aåm; k chính laø ñoä aåm rieâng qv vaø ñöôïc tính baèng:
ρ q = v (3.1) v ρ a vôùi ρv laø khoái löôïng rieâng cuûa hôi nöôùc, ρa laø khoái löôïng rieâng cuûa khoâng khí aåm. Töø ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng, ta coù dX/dt=mv laø löu löôïng khoái löôïng hôi nöôùc theâm vaøo (mang daáu coäng, boác hôi), hay bôùt ra (mang daáu tröø, ngöng tuï) khoaûng khoâng gian W. Ta coù: ∂ m = q ρ dw + q ρ VdA (3.2) v ∂ ∫∫∫v a ∫∫ v a t wA 3.2.1 AÙp suaát hôi nöôùc: ñònh luaät Dalton: AÙp suaát gaây ra bôûi caùc chaát khí rieâng phaàn thì ñoäc laäp vôùi caùc chaát khí khaùc. Goïi e laø aùp suaát hôi nöôùc, theo ñònh luaät chaát khí lyù töôûng, ta coù: e=ρvRvT (3.3) Trong ñoù Rv laø haèng soá chaát khí ñoái vôùi hôi nöôùc. 3.2.2 AÙp suaát hôi baõo hoaø es: Laø aùp suaát hôi nöôùc trong khoâng khí maø taïi ñoù toác ñoä boác hôi baèng toác ñoä ngöng tuï. 3.2.3 Ñoä aåm töông ñoái Rh: Laø tyû soá giöõa aùp suaát coù thöïc vaø aùp suaát hôi baõo hoaø = e Rh (3.4) es 3.2.4 Löôïng nöôùc coù theå taïo thaønh möa: Löôïng hôi aåm trong coät khoâng khí ñöôïc goïi laø löôïng nöôùc coù theå ñöôïc taïo thaønh möa.
Z2 Trong coät khoâng khí coù maët caét ngang A. Xeùt moät vi phaân theå tích dW=A.dz, coù khoái löôïng laø :ρaAdz, vaø khoái löôïng hôi nöôùc chöùa trong ñoù laø: ρvAdz = qvρaAdz. dz Toång löôïng nöôùc coù theå taïo ra möa trong coät khoâng khí coù ñoä cao töø z1 ñeán z2 laø: z2 = ρ mp ∫ qv a Adz (3.5) Z1 z1 Δ = ρ Δ Tính gaàn ñuùng: mp qv a A z (3.6) ρ trong ñoù qv; a laàn löôït laø caùc giaù trò trung bình cuûa ñoä aåm rieâng vaø khoái löôïng rieâng cuûa khoâng khí aåm trong khoaûng ñang xeùt. Toång caùc soá gia Δmp trong toaøn boä coät khoâng khí cho ta toång löôïng nöôùc möa. Ví duï: tính löôïng nöôùc coù theå taïo ra möa cuûa moät coät khoâng khí baõo hoaø hôi nöôùc coù chieàu cao 10km treân dieän tích 1m2. AÙp suaát khoâng khí treân maët ñaát laø 101,3Kpa, vôùi nhieät ñoä laø 300C. Bieát raèng cöù leân cao 1km thì nhieät ñoä giaûm ñi 6,50C. Giaûi: Ñeå tính ñöôïc löôïng nöôùc möa cho toaøn boä coät khí 10km, ta chia nhoû coät khoâng hkí naøy ra laøm 5 ñoaïn theo z, moãi ñoaïn cao 2km=2000m, ta tính rieâng löôïng nöôùc möa cho töøng ñoaïn ñoä cao:Δmpi, sau ñoù coäng doàn laïi: M=Σ(Δmpi). Δ = ρ Δ ρ Trongcoâng thöùc (3.6) mp qv a A z, ta caàn tính qv vaø a . Nhö vaäy, ta caàn tính giaù trò qv vaø ρv cho moãi lôùp chieàu cao töông öùng (cho 0km, 2km, 4km, 6km, 8km, 10km) vaø sau ñoù laáy giaù trò trung bình: = + qv (qi−1 qi ) / 2 ρ töông töï tính cho giaù trò trung bình a Giaù trò ρa ñöôïc tính töø phöông trình traïng thaùi khí: p=ρaRaT. Suy ra: ρa=p/(RaT) Vôùi Ra=287 J/(kg.K), laø haèng soá khí aåm.
Giaù trò qv ñöôïc tính nhö sau: qv=0,622(e/p) = ⎛ 17,27T ⎞ Trong ñoù es laø aùp suaát hôi baõo hoaø: es 611exp⎜ ⎟ ⎝ 273,3 + T ⎠ Trong ñoù T tính baèng 0 C T laø nhieät ñoä taïi moãi lôùp ñoä cao tính toaùn p laø aùp suaátä taïi moãi lôùp ñoä cao tính toaùn, tính baèng N/m2. AÙp suaát taïi moãi ñoä cao töông öùng z phuï thuoäc vaøo töøng ñoä cao, ñöôïc xaùc ñònh nhôø vaøo phöông trình traïng thaùi khí vaø phöông trình vi phaân cuûa löu chaát tónh, goïi laø phöông trình khí tónh: g αRa = ⎛ Ti+1 ⎞ pi+1 pi ⎜ ⎟ ⎝ Ti ⎠ trong ñoù: pi+1: laø aùp suaát ôû lôùp ñoä cao i+1, Pa pi: laø aùp suaát ôû lôùp ñoä cao i, Pa 0 Ti+1: laø nhieät ñoä ôû lôùp ñoä cao i+1, K 0 Ti: laø nhieät ñoä ôû lôùp ñoä cao i, K α: laø haèng soá =0,0065 T laø nhieät ñoä taïi moãi lôùp ñoä cao tính toaùn, tính baèng ñoä K Ti+1=Ti- α(Zi+1-Zi) Zi+1- laø cao ñoä lôùp i+1 Zi – laø cao ñoä lôùp i Caùc tính toaùn ñöôïc laäp thaønh baûn sau: 3.3 HIEÄN TÖÔÏNG NÖÔÙC RÔI - MÖA. Hieän töôïng nöôùc rôi bao goàm möa, tuyeát, vaø caùc quaù trình nöôùc rôi khaùc xuoáng maët ñaát nhö möa ñaù, möa tuyeát. Khi khoái khoâng khí aåm boác leân cao trong baàu khí quyeån thì nhieät ñoä giaûm ñi, moät phaàn hôi aåm ngöng keát laïi. Coù nhieàu cô cheá taïo ra söï chuyeån ñoäng leân cuûa khoái khoâng khí: Boác leân vì khoâng khí ñöôïc hun
noùng boác leân, vì khoái khí di chuyeån qua ñoài nuùi, vì do chuyeån ñoäng ñoái löu. Quaù trình ngöng keát ñoøi hoûi phaûi coù haït nhaân ngöng keát ñeå caùc phaân töû nöôùc baùm chaët chung quanh (ví duï nhö caùc haït buïi lô löûng). Ñaëc bieät caùc haït nhaân coù chöùa caùc ion (ví duï caùc haït buïi muoái bieån boác hôi) caøng khieán cho caùc phaân töû nöôùc caøng deã baùm chaët chung quanh hôn. Caùc haït nöôùc nhoû li ti lôùn daàn leân do ngöng keát, khi ñuû naëng, caùc haït aáy seõ rôi xuoáng thaønh möa (trong quaù trình rôi xuoáng, coù khaû naêng boác hôi moät phaàn). Gieo haït nhaân ngöng keát nhaân taïo vaøo caùc ñaùm maây seõ laøm cho hôi nöôùc deã ngöng keát hôn (ví duï Iodur baïc, töø taïo ra möa nhaân taïo. Hoaëc ta coù theå taïo ra naéng ngay trong muøa möa ñeå ñöôïc baàu trôøi khoâ raùo trong caùc dòp leã hoäi baèng caùch giep caùc haït nhaân ion naëng, seõ laøm cho haït naëng hôn vôùi kích thöùôc nhoû, vaø trong quaù trình rôi xuùoâng ñaõ boác hôi ngöôïc leân, neân döôùi ñaát vaãn khoâ raùo. 3.4 LÖÔÏNG MÖA LÖU VÖÏC Ñeå xaùc ñònh löôïng möa trung bình treân moät khu vöïc coù dieän tích laø A, ta duøng phöông phaùp trung bình coäng: n = 1 P ∑ Pi (3.7) n i=1 trong ñoù Pi laø löôïng möa cuûa moãi traïm ño (mm). n = 1 Ngoaøi ra ngöôøi ta coøn duøng phöông phaùp Thiessen:P ∑ A iPi A i=1 Trong ñoù Ai laø dieän tích moãi ña giaùc gaùn cho moãi traïm ño, vôùi n = A ∑ A i i=1 3.5 BOÁC HÔI. Bao goàm boác hôi töø maët thoaùng nöôùc, töø maët ñaát, töø thöïc vaät Tính toaùn boác hôi baèng nhieàu phöông phaùp: Caân baèng naêng löôïng, khí ñoäng löïc hoïc, keát hôïp giöõa hai phöông phaùp treân,
Löôïng boác hôi ñöôïc ñaëc tröng bôûi cöôøng ñoä boác hôi E:laø ñoä saâu coät nöôùc (coù dieän tích ngang A) boác hôi trong moät ñôn vò thôøi gian (mm/ngaøy)
CHÖÔNG 4. SOÂNG NGOØI VAØ SÖÏ HÌNH THAØNH DOØNG CHAÛY TRONG SOÂNG I. HEÄ THOÁNG SOÂNG NGOØI: Nöôùc möa khi rôi xuoáng ñaát, moät phaàn bò toån thaát do boác hôi, moät phaàn ñoïng ôû caùc choå truõng vaø ngaám xuoáng ñaát, phaàn coøn laïi chaïy doïc theo söôøn doác taïo thaøng doøng chaûy maët treân caùc khe, suoái, vaø chaûy xuoáng ñoàng baèng trong caùc soâng. Caùc soâng tröïc tieáp chaûy ra bieån hay vaøo caùc hoà goïi laø soâng chính. Caùc soâng chaûy vaøo soâng chính goïi laø soâng nhaùnh caáp 1. Caùc soâng chaûy vaøo soâng nhaùnh caáp 1 goïi laø soâng nhaùnh caáp 2, Taát caø caùc soâng chính vaø nhaùnh, cuøng caùc khe suoái , ao hoà ñaàm laày hôïp thaønh moät heä thoáng soâng, vaø ngöôøi ta laáy teân soâng chính ñeå ñaët teân cho heä thoáng soâng naøy. Ví du:ï heä thoáng soâng Hoàng, heä thoáng soâng Mekong. 1.1 Söï phaân boá cuûa caùc soâng nhaùnh: • Phaân boá theo hình nan quaït: Caùc soâng nhaùnh lôùn phaân boá gaàn nhau. • Phaân boá theo hình loâng chim: Caùc soâng nhaùnh phaân boá ñeàu ñaën hai beân soâng chính. • Phaân boá theo hình caønh caây: Caùc soâng nhaùnh phaân boá ñeàu ñaën hai beân soâng chính theo thöù töï töø lôùm tôùi nhoû. • Phaân boá song song: Caùc soâng nhaùnh phaân boá song song nhau beân caïnh soâng chính. Ñoái vôùi moät heä thoáng soâng lôùn, söï phaân boá caùc soâng nhaùnh thöôøng laø toå hôïp cuûa nhöõng söï phaân boá treân.
II. LÖU VÖÏC SOÂNG: Laø phaàn ñaát maø treân ñoù nöôùc chaûy vaøo soâng (khu vöïc taäp trung nöôùc cuûa soâng). Ñöôøng phaân nöôùc cuûa löu vöïc Laø ñöôøng nôùi lieàn caùc ñieåm cao nhaát chung quanh löu vöïc, ngaên caùch löu vöïc naøy vôùi löu vöïc beân caïnh. Vì ñaây laø ñöôøng qua caùc ñieåm cao nhaát neân nöôùc möa rôi xuoáng seõ chaûy treân caùc söôøn doác ñoå vaøo hai löu vöïc cuûa hai con soâng khaùc nhau. 2 6 3 5 6 4 4 6 7 5 3 7 1 5 5 6 Soâng Y 2 2 1 7 3 6 6 5 5 4 4 7 3 5 6 4 7 Hình 1. Ñöôøng phaân nöôùc maët xaùc ñònh ranh giôùi löu vöïc cuûa soâng Y
05 72 85 10 5 3 Caùch veõ caùc ñöôøng ñoàng möùc
Ñeå xaùc ñònh ñöôøng phaân nöôùc caàn coù baûn ñoà ñòa hình vaø caùc ñöôøng ñaúng ñoä cao cuûa löu vöïc. Töông tö, ngöôøi ta cuõng coù ñöôøng phaân nöôùc ngaàm cuûa löu vöïc. Neáu hai ñöôøng phaân nöôùc maët vaø ngaàm truøng nhau, ta coù moät löu vöïc kín. Thöïc teá, ñöôøng phaân nöôùc ngaàm raát khoù xaùc ñònh, neân ngöôøi ta thöôøng laáy ñöôøng phaân nöùoc maët laøm ñöôøng phaân nöôùc chung cho hai löu vöïc saùt nhau. Ví duï ta coù theå xem ñöôøng phaân nöôùc cho löu vöïc trong hình 1 III. CAÙC ÑAËC TRÖNG HÌNH HOÏC CUÛA LÖU VÖÏC 1. Dieän tích F vaø tình hình phaân boá dieän tích löu vöïc Laø phaàn dieän tích naèm beân trong ñöôøng phaân nöôùc cuûa löu vöïc (ñöôïc xaùc ñònh bôûi maùy ño dieän tích (thöôøng duøng baûn ñoà tyû leä 1/5000 hay 1/10000 ñeå xaùc ñònh nhaèm ñaûm baûo ñoä chính xaùc ) Tình hình phaân boá dieän tích trong löu vöïc ñöôïc bieãu dieãn baèng ñoà thò nhö Nguoàn soâng Nguoàn soâng f 2 f f3 1 f4 A f4 f3 f2 f1 A f6 f5 f 7 f11 f12 f f f 5 6 7 f 8 B f13 B f8 f10 f9 f f traùi 10 f9 0 50 100 f phaûi Hình 2. Bieåu ñoà taêng trieån dieän tích löu vöïc Hình 3. Phaân chia dieän tích löu vöïc hình 3 vaø 4:
Truïc tung laø chieàu daøi soâng chính, truïc hoøanh laø dieän tích löu vöïc. Beân phaûi truïc hoøanh bieãu dieãn dieän tích löu vöïc beân phaûi soâng, beân traùi truïc hoøanh bieãu dieãn dieän tích löu vöïc beân traùi soâng. Bieåu ñoà treân cho ta tình hình taêng trieån cuûa dieän tích löu vöïc soâng töø nguoàn ñeán cöûa soâng. 2. Chieàu daøi löu vöïc: L1(km) Laø chieàu daøi ñoïan gaáp khuùc noái töø cöûa soâng ñeán caùc ñieåm giöõa cuûa caùc ñoïan thaúng caét ngang löu vöïc, ñeán ñieåm xa nhaát cuûa löu vöïc. Trong thöïc teá laáy chieàu daøi soâng chính (tính töø nguoàn ñeán cöûa soâng) laøm chieàu daøi löu vöïc. 3. Chieàu roäng bình quaân cuûa löu vöïc: B (km) F B = (4.1) L1 4. Heä soá hình daïng cuûa löu vöïc: Kd Heä soá hình daïng bieåu dieãn möùc ñoä phaùt trieån cuûa löu vöïc: = F = L1B = B Kd 2 2 (4.2) L1 L1 L1 Neáu hình daïng cuûa lö vöïc caøng vuoâng thì Kd caøng tieán daàn ñeán 1. Ngöôïc laïi, neáu löu vöïc caøng heïp thì Kd caøng nhoû hôn 1. Trò soá Kd cho ta khaû naêng taäp trung luõ cuûa löu vöïc. 5. Ñoä cao bình quaân cuûa löu vöïc: Hbq (m) a h H = ∑ i i (4.3) bq = (∑ai F) trong ñoù: hi laø cao trình bình quaân giöõa hai ñöôøng ñoàn gmöùc. Ai laø dieän tích giöõa hai ñöôøng ñoàng möùc. 6. Ñoä doác bình quaân cuûa löu vöïc: Ibq
l I = ΔH ∑ i (4.4) bq = (∑ai F) Trong ñoù: li laø ñoä daøi bình quaân giöõa hai ñöôøng ñoàng möùc gaàn nhau trong löu vöïc. 7. Chieàu daøi loøng soâng: L (km) Laø chieàu daøi ñöôøng nöôùc chaûy trong soâng töø nguoàn ñeán cöûa soâng. 8. Maät ñoä löôùi soâng: D (km/km2) Maät ñoä löôùi soâng ñöôïc tính baèng tyû soá giöõa toång chieàu daøi cuûa caùc soâng trong löu vöïc treân dieän tích löu vöïc: L D = ∑ (4.5) F IV. LOØNG SOÂNG VAØ BAÕI SOÂNG Loøng soâng laø phaàn soâng coù nöôùc chaûy veà muøa kieät. Baõi soâng laø phaàn ñaát hai beân bôø maø ñeán muøa luõ bò ngaäp. Ranh giôùi giöõa loøng soâng vaø baõi soâng thöôøng laø choã ñòa hình thay ñoåi ñoät. Moät soâng phaùt trieån ñaày ñuû bao goàm naêm ñoïan: Nguoàn soâng, thöôïng löu soâng, trung löu soâng, haï löu soâng, vaø cöûa soâng. IV. CAÙC ÑAËC TRÖNG CHÍNH CUÛA SOÂNG 1. Hình thaùi loøng soâng treân maët baèng: a) Hieän töôïng uoán khuùc cuûa soâng: do moät nguyeân nhaân khaùch quan, seõ laøm cho höôùng di chuyeån cuûa doøng chaûy bò leäch ñi, seõ taïo neân hieän töôïng boài xoùi hai beân bôø soâng laøm cho soâng coù daïng uoán cong. Nhöõng daïng naøy ñöôïc thaáy ôû mieàn ñoàng baèng.
b) Söï thay ñoåi hình thaùi loøng soâng treân maët baèng: Doøng nöôùc trong soâng chaûy uoán khuùc seõ taïo neân söï phaân boá vaän toác khoâng ñeàu treân moät maët caét ngang cuûa soâng, laøm cho beân bôø loõm coù vaän toác phaân boá raát lôùn, taïo neân söï xoùi moøn beân bôø loõm, vaø xa veà haï löu soâng, seõ hình thaønh caùc baõi boài . Hieän töôïng naøy theo thôøi gian caøng xaûy ra roõ reãt hôn, vaø cöù theá loøng soâng phaùt trieån daàn daàn taïo ra nhöõng baõi boài nhoû ngay giöõa soâng. 1197500 1197000 1196500 1196000 1195500 1195000 1194500 1194000 414500 415000 415500 416000 416500 417000 417500 418000 418500 419000 Hình 4. Tröôøng vaän toác soâng Tieàn ñoaïn Taân Chaâu
1197500 m 1197000 0.20.03 0.10.02 1196500 0.00.01 -0.10.00 -0.01 1196000 -0.2 -0.3-0.02 -0.4-0.03 1195500 -0.5-0.04 -0.6-0.05 1195000 -0.7-0.06 -0.8-0.07 1194500 -0.9-0.08 -1.0-0.09 -0.10 1194000 -1.2 414500 415000 415500 416000 416500 417000 417500 418000 418500 419000 Hình 5. Boài xoùi ñoaïn soâng Tieàn Taân Chaâu
1000 800 600 400 200 0 -200 0 200 400 600 800 1000 Hình 7. Tröôøng vaän toác ñoaïn cong soâng Luõy-Phan Thanh
1000 m 5.0 4.0 3.0 800 2.0 1.0 0.1 600 0.0 0.0 -0.1 400 -0.2 -0.3 -0.4 200 -0.5 0 -200 0 200 400 600 800 1000 Hình 8. Dieãn bieán ñaùy ñoaïn cong Soâng Luõy-Phan Thanh
2. Maët caét soâng: a) Maët caét doïc: laø maët caét qua truïc loøng soâng. Ngöôøi ta xaùc ñònh maët caét doïc soâng baèng cao trình taïi caùc ñieåm giöõa loøng soâng, nôi coù ñòa hình thay ñoåi roõ reät ( nôi saâu nhaát). Sau ñoù, laáy cao trình naøy laøm truïc tung, veõ theo truïc hoaønh laø chieàu daøi soâng töông öùng. b) Maët caét ngang: laø maët caét vuoâng goùc doøng chaûy 2. Ñoä doác maët nöôùc: ΔH a) Ñoä doác doïc I: I =− (4.6) L Trong ñoù, ΔH= H2- H1 H1 laø cao trình möïc nöôùc taïi maët caét 1,ôû thöôïng löu H2 laø cao trình möïc nöôùc taïi maët caét 2,ôû haï löu L laø khoaûng caùch giöõa hai maët caét 1 vaø 2. Ñoä doác I giaûm daàn töø nguoàn ñeán cöûa soâng. Ñoä doác I cuûa soâng nhoû thöôøng lôùn hôn soâng lôùn, soâng nhaùnh lôùn hôn soâng chính. Treân cuøng moät con soâng, ñoä doác maët nöôùc cuõng khaùc nhau theo töøng ñoaïn. b) Ñoä doác ngang: Ñoä doác ngang xuaát hieän do aûnh höôûng cuûa löïc Coriolic hay löïc ly taâm, taïi nhöõng ñoaïn uoán cong. Döôùi aûnh höôûng cuûa löïc Coriolic, Caùc doøng chaûy ôû Baéc Baùn caàu coù thieân höôùng leäch veà beân phaûi cuûa doøng, neân Fl möïc nöôùc ôû bôø phaûi cao hôn bôø traùi. ÔÛ G F Nam baùn caàu thì leäch veà beân traùi, neân möïc nöôùc ôû bôø traùi cao hôn bôø phaûi. Hình 9. Ñoä doác ngang soâng cuûa nöôùc döôùi aûnh höôûng cuûa löïc ly taâm Taïi nhöõng ñoaïn uoán cong, döôùi aûnh höôûng cuûa löïc ly taâm, möïc nöôùc cuûa
bôø loõm cao hôn bôø loài. V. SÖÏ HÌNH THAØNH DOØNG CHAÛY SOÂNG NGOØI: Nöôùc möa rôi xuoáng löu vöïc, moät phaàn chaûy treân maët ñaát (doøng chaûy maët), moät phaàn ngaám xuoáng maët ñaát thaønh nöôùc ngaàm (doøng chaûy ngaàm). Taát caû caùc doøng chaûy naøy sau ñoù taäp trung vaøo soâng, sau ñoù chaûy ra cöûa ra cuûa löu vöïc. Söï luaân chuyeån nöôùc nhö theá naøy taïo ra doøng chaûy soâng ngoøi. 1. Söï hình thaønh doøng chaûy maët: a) Quaù trình möa: Doøng chaûy trong soâng ngoøi cuûa nöôùc ta chuû yeáu hình thaønh do möa rôi xuoáng löu vöïc, neân möa laø khaâu ñaàu tieân trong quaù trình hình thaønh doøng chaûy soâng ngoøi. Ngöôøi ta ñaùnh giaù moät côn möa lôùn hay nhoû qua Cöôøng ñoä möa Cöôøng ñoä möa: laø löôïng möa trong moät ñôn vò thôøi gian, Kyù hieäu laø X (mm). Cöôøng ñoä möa luoân thay ñoåi theo thôøi gian, theo khoâng gian. Trong moät löu vöïc, khu vöïc coù cöôøng ñoä möa lôùn nhaát goïi laø trung taâm möa. Trong moät traän möa, trung taâm möa cuõng thöôøng xuyeân di chuyeån. Ngöôøi ta bieãu dieãn quaù trình möa thay ñoåi theo thôøi gian nhö sau: X(mm) 200 100 giôø 2 468 10 Hình 10. Bieãu dieãn quaù trình möa theo thôøi gian
b) Quaù trình toån thaát nöôùc: Laø löôïng nöôùc möa bò ngaám vaøo ñaát, ñoïng laïi treân thöïc vaät, boác hôi ngöôïc laïi Khi cöôøng ñoä möa nhoû hôn cöôøng ñoä thaám thì taát caû möa rôi xuoáng ñeàu bò thaám vaøo ñaát. Khi cöôøng ñoä möa lôùn hôn cöôøng ñoä thaám thì saau khi doøng thaám vaøo ñaát baõo hoøa, treân maët ñaát seõ coøn thöûa löôïng nöôùc möa, löôïng nöôùc naøy seõ laøm ñaày caùc nôi bò truõng trong löu vöïc, hoaëc traøn treân söôøn doác vaøo caùc choã truõng hôn. Löôïng nöôùc naøy seõ tieáp tuïc maát ñi do quaù trình thaám vaø boác hôi, vaø ñöôïc boå sung trong suoát traän möa. Sau côn möa, noù coù theå toàn taïi trong moät thôøi gian daøi roài môùi ngaám vaø boác hôi heát. c) Quaù trình traøn treân söôøn doác: Khi cöôøng ñoä möa lôùn hôn cöôøng ñoä thaám thì ñeán moät luùc naøo ñoù löôïong möa xuoáng lôùn hôn löôïng nöôùc thaám, luùc naøy xuaát hieän hieän töïông chaûy traøn. Thôøi gian baét ñaàu hieän töôïng chaûy traøn phuï thuoäc vaøo caáu truùc ñaát ñaù töøng nôi. Nhöõng nôi naøo ít thaám, doác nhieàu thì xuaát hieän sôùm hôn, vaø sau ñoù, neáu möa moåi luùc moät lôùn hôn thì phaïm vi chaûy traøn seõ phaùt trieån toaøn boä löu vöïc bò möa. Doøng chaûy traøn coù toác ñoä vaø beà daøy lôùp nöôùc traøn phuï thuoäc vaøo töông quan giöõa cöôøng ñoä möa vaø thaám, ñoä doác maët ñaát vaø ñoä nhaùm maët doác. Röøng caây cuõng laø nhaân toá quyeát ñònh lôùp nöôùc traøn vaø toác ñoä, cuõng nhö thôøi gian chaûy traøn. d) Quaù trình taäp trung doøng chaûy trong soâng: Nöôùc möa traøn treân söôøn doác roài taäp trung vaøo soâng. Sau ñoù chaûy trong soâng ñeán cöûa ra, ñaây laø quaù trình taäp trung doøng chaûy trong soâng.
Quaù trình taäp trung doøng chaûy trong soâng baét ñaàu töø khi nöôùc chaûy töø söôøn doác vaøo soâng, cho ñeán khi löôïng nöôùc cuoái cuøng vaøo soâng chaûy ra heát khoûi cöûa ra cuûa löu vöïc soâng. Ñaây laø moät quaù trình thuûy ñoäng löïc raát phöùc taïp, noù lieân quan tôùi ñòa hình, ñòa chaát loøng soâng. 2. Söï hình thaønh doøng chaûy ngaàm: Khi nöôùc ngaám xuoáng ñaát, moät phaàn bò caùc reã caây huùt, moät phaàn bò mao daãn ngöôïc leân maët ñaát vaø boác hôi, phaàn coøn laïi thaám saâu xuoáng ñaát, ñeán moät luùc naøo ñoù laøm taàng ñaát ngaám bò baõo hoaø, laøm möïc nöôùc ngaàm daâng leân. Nöôùc ngaàm thaám qua caùc lôùp ñaát vaøo soâng hình thaønh doøng chaûy ngaàm. Moät phaàn doøng chaûy ngaàm coù theå chaûy qua löu vöïc khaùc, nhaát laø löu vöïc khoâng bi kheùp kín. Löôïng nöôùc ngaàm tröõ trong löu vöïc töông ñoái lôùn vaø oån ñònh, neân doøng chaûy ngaàm töông ñoái oån ñònh hôn doøng chaûy maët. Nhöõng soâng coù loøng bò baøo moøn saâu, möïc nöôùc soâng thaáp hôn möïc nöôùc ngaàm, doøng chaûy ngaàm tieáp tuïc chaûy vaøo soâng thaäm chí sau muøa möa. Ñaây laø löôïng nöôùc chuû yeáu nuoâi soâng vaøo nhöõng muøa khoâ, laøm soâng khoâng bò haïn kieät. Ñoái vôùi nhöõng soâng suoái nhoû mieàn trung du, möïc nöôùc thöôøng cao hôn möïc nöôùc baõo hoaø trong ñaát neân khoâng ñöôïc nuoác ngaàm boå sung thöôøng xuyeân. Vì theá, soâng deã bò khoâ khieät khi tôùi muøa naéng haïn. VI. NHÖÕNG NHAÂN TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN DOØNG CHAÛY SOÂNG NGOØI: 1. Nhaân toá khí haäu: Mua vaø boác hôi aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán doøng chaûy a)Nhieät ñoä maët ñeäm vaø khoâng khí, goàm coù: Maët ñaát, maët nöôùc, khoâng khí. b) AÙp suaát khong khí. c) Gioù. d) Baõo.
e) Ñoä aåm khoâng khí (aùp suaát hôi nöôùc, baõo hoaø, ñoä aåm tuyeät ñoái, töông ñoái) f) Boác hôi (beà maët nöôùc,beà maët ñaát, qua thöïc vaät) g) Möa. 2. Nhaân toá maët ñeäm: a) Vò trí ñòa lyù vaø ñòa hình cuûa khu vöïc. b) Ñòa chaát thoã nhöôõng. c) Lôùp phuû thöïc vaät. d) Ao hoà vaø ñaàm laày. 3. Hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi: a) Caùc hoaït ñoäng noâng nghieäp: ruoäng baäc thang, bôø vuøng, bôø thöûa. hoà chöùa loaïi nhoû (taùc duïng giöõ nöôùc) b) Caùc hoaït ñoäng laâm nghieäp: troàng caây gaây röøng, chaén gioù, luõ c) Caùc hoaït ñoäng thuûy lôïi: Xaây döïng hoà chöùa, laøm nhaø maùy thuûy ñieän ñeå ñieàu tieát nöôùc VII. NHÖÕNG ÑAÏI LÖÔÏNG ÑAËC TRÖNG CUÛA DOØNG CHAÛY: 1 2 QACRJAR==3 J 1. Löu löôïng Q:Coâng thöùc Chezy: n 1 1 CR= 6 :Coâng thöùc Manning n ΔE J =− :Ñoä doác thuûy löïc (ñoä doác cuûa ñöôøng naêng ) ΔL PV2 Δ=EE − EEZ=++ 21 γ 2g 1 2 VCRJR==3 J Coâng thöùc Chezy ñeå tính vaän toác : n Löu löôïng doøng chaûy ñeàu trong keânh coøn ñöôïc tính theo coâng thöùc Chezy:
2. Toång löôïng doøng chaûy sau moät thôøi gian T: W=QtbT 3. Ñoä saâu doøng chaûy : Y=(103W)/(106F) (mm) 4. Module doøng chaûy: M=(103Q)/F (lít/(s.km2)) 5. Heä soá doøng chaûy: α=Y/X vôùi X laø löôïng möa töông öùng vôùi thôøi gian sinh ra W.
CHÖÔNG 5 THUÛY VAÊN AO HOÀ 5.1 NGUOÀN GOÁC VAØ ÑAËC TÍNH TOÅNG QUAÙT CUÛA AO HOÀ. 5.1.1. Ñaëc tính toång quaùt cuûa ao hoà Ao hoà ñoùng vai troø ñieàu tieát doøng chaûy. Trong muøa luõø, moät phaàn nöôùc luõ chaûy vaøo vaø ñöôïc chöùa laïi trong ao hoà, laøm ñænh luõ ñöôïc caét bôùt ñi. Ñeán muøa heø, khi nöôùc trong soâng khoâ caïn , thì nöôùc laïi töø ao hoà chaûy ra soâng giuùp soâng khoâng bò khoâ kieät (ví duï nhö bieån hoà ôû Campuchia). Ñaëc tính cô baûn cuûa ao hoà laø quaù trình trao ñoåi nöôùc chaäm, trong ñoù khoái löôïng nöôùc naèm laâu daøi trong loøng ao hoà. Phaàn lôùn caùc vaät chaát töø ngoaøi, qua doøng chaûy va ao hoà, coäng vôùi vaät chaát hình thaønh töø chính trong ao hoà ñaõ taïo ra buøn caùt lô löûng, buøn caùt ñaùy vaø nhöõng chaát hoaø tan trong ao hoà. Nhöõng vaät chaát naøy, qua quaù trình töông taùc, laéng ñoïng xuoáng taïo neân loøng ao hoà vaø ñaëc tính löôïng nöôùc trong ao hoà. Ao hoà ñöôïc hình thaønh trong quaù trình hình thaønh ñòa hình cuûa voû traùi ñaát, noù quan heä chaët cheõ vôùi söï daâng leân, haï xuoáng cuûa caùc taàng lôùp ñaát. Löôïng nöôùc trong hoà phuï thuoäc vaøo quan heä giöõa caùc thaønh phaàn cuûa caân baèng nöôùc, maø ñaëc tính cuûa caân baèng naøy quyeát ñònh neân yeáu toá khí haäu vaø doøng chaûy cuûa hoà. Löôïng nöôùc toång coäng trong hoà cuûa toaøn traùi ñaát ñaït gaàn 176 ngaøn km3 , trong ñoù 52% laø nöôùc ngoït, 48% laø nöôùc khoaùng (lôï). Ña soá caùc hoà naèm ôû khu vöïc coù ñoä aåm cao, caû ôû ñoàng baèng laãn mieàn ñoài nuùi. Heä thoáng ao hoà-soâng ngoøi: Trong maïng löôùi thuûy vaên, coù nhöõng löu vöïc ao hoà noái vôùi nhau qua caùc soâng chaûy vaøo noù hay töø noù chaûy ñi, heä thoáng naøy taïo thaønh moät heä thoáng
ao hoà- soâng thoáng nhaát. Caùc cheá ñoä thuûy vaên cuûa heä thoáng naøy quan heä vaø boå sung cho nhau raát chaët cheõ, trong ñoù ao hoà ñoùng vai troø ñieàu tieát doøng chaûy trong soâng, vaø soâng giöõ vai troø cung caáp nöôùc trong ao hoà, ñoä lôùn cuûa hoà, ñaëc tính ñòa maïo loøng hoà. Vò trí caùc hoà trong löu vöïc coù theå ôû thöôïng löu, haï löu hay boá trí ñeàu trong löu vöïc, trong ñoù, ña soá caùc hoà aûnh höôûng ñeán söï ñieàu tieát nöôùc trong soâng ñeàu ñöôïc boá trí ñeàu trong löu vöïc. Ñeå phuïc vuï cho noâng nghieäp, kinh teá quoác daân, ngöôøi ta coøn taïo ra heä thoáng hoà – soâng nhaân taïo, trong ñoù caùc hoà ñöôïc boá trí theo kieåu baäc thang (ñeàu). Khaû naêng ñieàu tieát nöôùc cuûa heä thoáng naøy cao hôn heä thoáng ao hoà- soâng töï nhieân. 5.1.2. Nguoàn goác loøng hoà: Ñoä lôùn vaø hình daïng loøng hoà ñöôïc xaùc ñònh tuøy thuoäc vaøo nguoàn goác cuûa chuùng, ta phaân thaønh loaïi caùc loøng ao hoà sau: a) Nhöõng loaïi loøng hoà naèm ôû caùc ñòa haøo, khe nuùi taïo ra caùc hoà raát lôùn vaø saâu (Kaspia, Lagdoge, Baical, ) b) Loaïi loøng hoà hình thaønh ôû mieäng nuùi löûa hay giöõa caùc khu vöïc dung nham, thöôøng ôû caùc khu vöïc môùi xaûy ra nuùi löûa hay ñaõ xaûy ra töø laâu (Taây ban Nha, Nhaät, Camtraska, YÙù, ) c) Hoà ñöôïc hình thaønh töø caùc taûng baêng cöïc lôùn, hình thaønh döôùi hai daïng xoùi moøn vaø tích tuï. Daïng thöù nhaát laø nhöõng hoà hình thaønh töø caùc taûng baêng lôùn trong nhöõng loøng saâu. Loaïi hai hình thaønh töø giöõa nhöõng khu vöïc thaáp cuûa caùc bieån. 5.2 CAÙC ÑAËC TRÖNG CUÛA AO HOÀ. Caùc ñaëc tröng ñöôïc xaùc ñònh treân beà maët cuûa ao hoà hay treân baûn ñoà coù nhöõng ñöôøng ñoàng möùc, vaø noù coù aûnh höôûng ñeán möïc nöôùc cuûa hoà. 1. Chieàu daøi L (km): laø khoaûng caùch xa nhaát cuûa hai ñieåm treân ñöôøng bôø hoà. 2. Beà roäng B (km):Btb laø tyû soá giöõa dieän tích beà maët nöôùc yeân laëng cuûa hoà f0 vaø chieàu daøi hoà L. Bmax laø beà roäng lôùn nhaát giöõa bôø hoà tính theo ñöôøng vuoâng goùc vôùi chieàu daøi L.
3. Chieàu daøi ñöôøng bôø hoà l (km): laø chieàu daøi ñöôøng môùn nöôùc quanh hoà. 4. Dieän tích beà maët hoà: f0 :laø phaàn dieän tích beà maët nöôùc yeân laëng, vaø caùc dieän tích beà maët nöôùc fi öùng vôùi töøng ñöôøng ñoàng möùc ñoä cao. 5. Chieàu saâu Htb vaø Hmax laø chieàu saâu nöôùc trung bình vaø lôùn nhaát trong hoà; Htb ñöôïc tính baèng tyû soá giöõa theå tích nöôùc W trong hoà vaø dieän tích beà maët nöôùc yeân laëng hoà f0. 6. Theå tích nöôùc hoà chöùa W (km3) ñöôïc xaùc ñònh cho toaøn theå hoà vaø xaùc ñònh cho töøng lôùp cuûa hoà (goïi laø Wi). Theå tích Wi öùng vôùi töøng lôùp ñoä saâu hi ñöôïc tính trung bình nhö sau: Wi =(1/2)h (fi + fi+1) (5.1) Trong ñoù h laø hieäu soá giöõa hai ñöôøng ñoàng möùc töông öùng hi vaø hi+1 . Döïa vaøo caùc giaù trò fi vaø Wi ngöôøi ta veõ caùc ñöôøng quan heä fi=f(hi) vaø ∑Wi=f(hi), vôùi hi laø ñoä saâu töông öùng vôùi fi vaø Wi, vaø ∑Wi laø toång caùc theå tích nöôùc naèm döôùi ñöôøng ñoàng möùc ñoä saâu hi. Hình veõ caùc ñöôøng ñöôïc bieãu dieãn nhö sau: f f f2 f W W W W W0 3 0 4 3 1 F0 f (m2) 0 4 3 2 1 W (Km ) h1 A h1 A B h2 h2 B C C h3 h3 D D h h4 4 E E hmax hmax F F H (m) H (m) 5.3 CAÂN BAÈNG NÖÔÙC VAØ MÖÏC NÖÔÙC TRONG HOÀ. 5.3.1. Phöông trình caân baèng nöôùc Phöông trình caân baèng nöôùc coù theå ñöôïc bieãu dieãn döôùi daïng sau: ∑X - ∑Y =∑A +ε (5.2)
trong ñoù: ∑X: laø toång löôïng nöôùc vaøo, ∑Y : laø toång löôïng nöôùc ra ∑A : toång löôïng nöôùc toàn ñoïng laïi trong hoà ε : sai soá caàn hieäu chænh. Tham gia vaøo thaønh phaàn X coù doøng chaûy ñeán hoà chöùa töø nöôùc maët (soâng), nöôùc ngaàm, möa. Tham gia vaøo thaønh phaàn Y coù doøng chaûy ra töø hoà vaøo caùc soâng, doøng thaám vaøo ñaát, boác hôi; ngoaøi ra coøn coù caùc hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi, nhö daãn nöôùc töôùi 5.3.2. Trao ñoåi nöôùc trong hoà vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi: Thôøi gian cö truù nöôùc trong hoà cuûa nhöõng doøng chaûy ñeán laø yeáu toá quan troïng hình thaønh neân löôïng nöôùc trong hoà. Do ñoù vai troø cuûa söï trao ñoåi nöôùc vôùi beân ngoaøi hoà ñoùng vai troø raát quan troïng, noù coù khaû naêng laøm ñoåi môùi baûn chaát nöôùc trong hoà. Ngöôøi ta duøng chæ soá trao ñoåi Kn ñeå ñaëc tröng cho tính chaát naøy: Kn=Wñi/Whoà (5.3) trong ñoù : Wñi laø löôïng nöôùc chaûy ñi khoûi hoà trong khoaûng thôøi gian T, Whoà laø theå tích nöôùc trung bình trong hoà cuõng trong khoaûng thôøi gian ñoù. 5.3.3. Dao ñoäng möïc nöôùc trong hoà: Nguyeân nhaân chính laøm cho möïc nöôùc trong hoà dao ñoäng laø söï thay ñoåi theå tích nöôùc trong hoà. Vaø söï di chuyeån nöôùc trong hoà (doøng chaûy, nöôùc daâng, soùng ) laøm cho nöôùc beà maët hoà bò nghieân. Ngoaøi ra söï di chuyeån möïc nöôùc trong hoà coøn phuï thuoäc vaøo baûn chaát ñieàu tieát doøng chaûy. Keát quaû cuûa nhöõng aûnh höôûng treân, ñoái vôùi moät hoà lôùn, quan traéc ñöôïc nhieàu möïc nöôùc khaùc nhau ôû nhieàu khu vöïc khaùc nhau trong hoà. Möïc nöôùc trung bình ñöôïc tính nhö sau: = + Δ fi Htb ∑ (Htb Hi ) (5.4) f0 trong ñoù Htb laø möïc nöôùc trung bình môùi;
Htb laø möïc nöôùc trung bình cuõ; ΔHi laø cheânh leäch möïc nöôùc taïi traïm ño i fi laø dieän tích beà maët nöôùc hoà töông öùng vôùi traïm ño i 5.3.4. AÛnh höôûng cuûa ao hoà ñeán cheá ñoä thuûy vaên cuûa soâng ngoøi: AÛnh höôûng cuûa ao hoà ñeán cheá ñoä thuûy vaên cuûa soâng ngoøi lieân quan chaët cheõ ñeán caân baèng nöôùc, caân baèng vaät chaát, caân baèng nhieät ñoä, caân baèng hoaù hoïc cuûaao hoà, ngoaøi ra coøn lieân quan ñeán söï trao ñoåi nöôùc vaø söï chuyeån ñoäng quaùn tính cuûa nöôùc ao hoà. Söï aûnh höôûng naøy theå hieän qua cheá ñoä ñieàu tieát caùc thaønh phaàn ñaëc tröng thuyû löïc cuûa soâng, cuï theå laø möïc nöôùc trong naêm, cheá ñoä nöôùc nhieàu naêm (töông töï cho caùc thaønh phaàn khaùc nhö vaät chaát, ion, , nhieät, ) chaûy töø hoà vaøo soâng vaø töø soâng vaøo hoà. Ngoaøi ra, giaù trò cuûa moät soá caùc ñaëc tröng khaùc cuûa cheá ñoä cuõng thay ñoåi ( söï gia giaûm cuûa thaønh phaàn toån thaát do boác hôi, söï laéng ñoïng vaät chaát, ). Vai troø ñieàu tieát soâng cuûa ao hoà ñöôïc hteå hieän qua cheá ñoä ñieàu hoaø cuûa nöôùc soâng theo muøa (muøa luõ hoaëc muøa kieät), vaø vai troø naøy caøng maïnh khi trong löu vöïc caøng nhieàu hoà. AÛnh höôûng cuûa hoà chöùa leân dao ñoäng möïc nöôùc phuï thuoäc vaøo baûn chaát söïc ñieàu tieát. Khi ñieàu tieá theo muøa hay theo nhieàu naêm, doøng chaûy ôû haï löu coâng trình ñöôïc ñieàu tieát tích luõy laïi, ñaëc bieät laø vôùi nhöõng hoà saép xeáp theo baäc thang, ôû haï löu coâng trình vaøo muøa luõ phaàn traêm doøng chaûy so vôùi doøng chaûy caû naêm seõ nhoû hôn nhieàu (coù theå giaûm töø 50% ñeán 30%). Goïi Δy laø ñoä giaûm löu löôïng doøng chaûy (trung bình naêm) do ñieàu tieát cuûa ao hoà, thì : Δy = y - yhoà = (Ehoà – Eñ)p Trong ñoù: y, yhoà : laàn löôït laø doøng chaûy trung bình naêm khi chöa coù vaø khi coù hoà. Ehoà , Eñ: laàn löôït laø löôïng boác hôi töø maët nöôùc hoà vaø treân ñaát lieàn trong löu vöïc.
p: laø phaàn traêm toång dieän tích ao hoà treân dieän tích toaøn löu vöïc. Hieäu soá (Ehoà – Eñ) phuï thuoäc vaøo töøng khu vöïc ñòa lyù, taêng leân ôû nhöõng vuøng coù khí haäu luïc ñòa (khoâ). ÔÛû nhöõng vuøng aåm nôi maø hieäu soá naøy khoâng lôùn vaø toån thaát doøng chaûy do aûnh höôûng cuûa maët hoà khoâng lôùn hôn 3-8%, vaø coù theå boû qua. Trong ñieàu kieän ñoä aåm nhoû, Ehoà lôùn hôn Eñ gaáp nhieàu laàn (nöôùc boác hôi töø hoà raát nhieàu), vaø ñoä giaûm cuûa doøng chaûy seõ taêng leân raát nhieàu, vaø taïi ñaây, vai troø cuûa hoà trong vieäc ñieàu tieát raát lôùn. 5.4 NHÖÕNG VAÄT CHAÁT LAÉNG ÑOÏNG TRONG HOÀ. 5.4.1. Caân baèng vaät chaát: Ñaëc tính cô baûn cuûa ao hoà laø trao ñoåi nöôùc chaäm, laøm cho caùc vaät chaát vaøo hoà (lô löûng, buøn caùt, chaát hoaø tan ) tích tuï laïi trong loøng hoà. Quaù trình naøy theå hieän roõ qua caùc lôùp boài laéng ôû ñaùy hoà. Caùc lôùp boài naøy laøm cho caùc ñaëc tröng cuûa hoà thay ñoåi , vaø thay ñoåi caû baûn chaát nöôùc trong hoà. Caùc vaät chaát hình thaønh neân lôùp boài ñaùy ñöôïc ñaëc tröng bôûi caùc thaønh phaàn ñaëc tröng hình hoïc, thuûy löïc cuûa mình nhö ñöôøng kính haït, vaän toác laéng ñoïng,, khoái löôïng rieâng, Tham gia vaøo söï hình thaønh lôùp boài ñaùy coøn coù caùc saûn phaåm bò vôõ ra töø bôø hoà, töø gioù, doøng chaûy vaøo ñöa caùc chaát thaûi do hoaït ñoäng con ngöôøi gaây ra Khoái löôïng vaät chaát tích tuï trong hoà coù theå ñöôïc tính nhôø giaûi phöông trình caân baèng vaät chaát cuûa hoà. Caùc thaønh phaàn cuûa phöông trình caân baèng vaät chaát xaùc ñònh ñöôïc raát khoù khaên do khoâng ñuû ñieàu kieän xaùc ñònh chính xaùc caùc thaønh phaàn cuûa noù. Phöông trình coù daïng: Rc+Rb+Rp+Rg+Rn = Rh+Rx+Rac±Riz +ΔR Trong ñoù: Rc: Vaät chaát vaøo töø doøng cô baûn cuûahoà; Rb: Vaät chaát vaøo töø doøng chaûy vaøo hoà; Rp: Vaät chaát vaøo do bôø hoà bò röûa vôõ; Rg: Vaät chaát do gioù vaøo ;
Rn = do caùc quaù trình phaûn öùng hoaù, vi sinh, Rh: Vaät chaát ra ôû haï löu hoà; Rx: Vaät chaát ra töø doøng chaûy ra söû duïng cho hoaït ñoäng con ngöôøi; Rac: Vaät chaát laéng tuï döôùi ñaùy hoà. Riz :Söï thay ñoåi vaät chaát lô löûng trong hoà trong khoaûng thôøi gian tính toaùn; ΔR: Sai soá 5.4.2. Söï laéng ñaày hoà: Toác ñoä laéng ñaày hoà phuï thuoäc vaøo ñòa hình loøng hoà, doøng vaät chaát ñeán hoà, toác ñoä lôõ bôø hoà, caùc ñaëc tröng hình hoïc, thuûy löïc cuûa haït vaät chaát trong hoà, khaû naêng chöùc ñöïng vaät chaát cuûa nöôùc trong hoà (noàng ñoä baõo hoøa), caùc ñaê6c tính ñoäng löïc hoïc vaø hình hoïc cuûa hoà. Nhöõng hoà lôùn, ôû nhöõng nôi maø doøng chaûy tôùi ít phuø sa thì toác d0oä laéng ñaày nhoû. Nhöõng hoà ñöôïc nuoâi töø doøng chaûy treân nuùi hay khu vöïc coù nhieàu vaät chaát trong doøng chaûy tôùi thì toác ñoä laéng ñaày raát lôùn.
CHÖÔNG 6 THUÛY VAÊN ÑAÀM LAÀY 6.1 SÖÏ HÌNH THAØNH VAØ PHAÙT TRIEÅN ÑAÀM LAÀY. Thuûy vaên ñaàm laày laø moät trong nhöõng chöông quan troïng cuûa thuyû vaên ñaát lieàn, nghieân cöùu veà söï trao ñoåi ñoä aåm, veà quy luaät vaät lyù cuûa quaù trình chuyeån ñoäng cuûa nöôùc trong vuøng coù ñoää aåm raát cao, vaø ñöôïc bao phuû bôûi lôùp sình laày laéng ñoïng. Ñaàm laày laø moät daïng taïo ra töø thieân nhieân, trong ñoù beà maët ñöôïc bao phuû bôûi nhöõng khoaùng saûn thieân nhieân ngaäm nöôùc- sình laày , maø beà daøy cuûa lôùp sình laày naøy khoâng ñöôïc nhoû hôn 30cm, vaø treân ñoù coù söï sinh toàn cuûa nhöõng thöïc vaät ñaëc tröng cho vuøng ñaàm laày. Coøn khu vöïc ñaát coù lôùp sình laày nhoû hôn 30cm thì ñöôïc goïi laø vuøng ñaát bò sình laày. Sình laày ñöôïc hình thaønh töø moät soá ñieàu kieän nhaát ñònh , laø keát quaû cuûa söï cheát töø töø haøng naêm cuûa thöïc vaät moät caùch khoâng hoaøn toaøn , taïo ra nhöõng ñaëc tính lyù hoaù rieâng bieät ñaëc tröng cho vuøng ñaàm laày. Quaù trình hình thaønh ñaàm laày coù theå xaûy ra trong ñieàu kieän khí haäu laïnh hoaëc aám , treân vuøng cao hoaëc ñoàng baèng ; tuy nhieân toác ñoä hình thaønh trong nhöõng ñieàu kieän khaùc nhau veà khí haäu phuï thuoäc vaøo hai ñieàu kieän cô baûn sau: ñoä aåm lôùn trong khu vöïc vaø doøng nhieät löôïng vaøo khu vöïc. Nguyeân nhaân chính cho vieäc tích luõy daàn cuûa caùc vaät chaát treân beà maët ñaát laø söï luoân luoân dö thöøa hôi aåm trong ñaát vaø treân beà maët ñaát trong ñieàu kieän doøng chaûy qua khu vöïc naøy raát yeáu, vaø söï trao ñoåi nöôùc xaûy ra chaäm. Söï dö thöøa hôi aåm trong ñaát vaø treân beà maët ñaát laøm cho trao ñoåi oxy khoâng ñuû, khieán cho khoâng khí khoù khaên vaøo ñeán caùc choã roãng cuûa caùc haït vaät chaát, laøm cho caùc thöïc vaät bò cheát khoâng ñöôïc phaân huyû hoaøn toaøn, daàn daàn taïo neân sình laày, coù khaû naêng ngaäm nöôùc raát cao.
Caùc nghieân cöùu cho thaáy, buøn ôû daïng thieân nhieân chöùa töø 88% ñeán 97% theå tích laø nöôùc. 6.2 QUY LUAÄT CHUNG CUÛA SÖÏ HÌNH THAØNH VAØ PHAÙT TRIEÅN ÑAÀM LAÀY Caùc böôùc hình thaønh ñaàm laày trong moät khu vöïc coù lieân quan tröïc tieáp ñeán caùc thaønh phaàn cuûa caân baèng nöôùc (ngöng tuï (möa), boác hôi, vaø doøg chaûy), ñeán doøng nhieät vaøo vaø cô caáu cuûa ñoä aåm thöøa trong maïng soâng. Taát caû nhöõng yeáu toá naøy toå hôïp vôùi nhau taïo neân cheá ñoä nhieät vaø nöôùc khaùc nhau treân töøng ñieåm treân traùi ñaát, taïo hoaëc khoâng taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho söï phaùt trieån ñaàn laày. Vôùi ñieàu kieän khí haäu cho tröôùc, khí haäu ñöôïc taïo thaønh chuû yeáu töø löôïng doøng chaûy , toác ñoä vaø caùc böôùc hình thaønh ñaàm laày phuï thuoäc vaøo ñòa hình cuûa khu vöïc, vaøo maïng soâng ngoøi, vaøo khaû naêng thaám cuûa ñaát. Haõy xem moät ví duï ñôn giaûn, laø tröôøng hôïp hình thaønh ñaàm laày giöõa caùc soâng: ñòa hình cuûa A-A ñöôøng baõo hoaø A A ñaàm laày 1 2 Hình 6.1: Söï hình thaønh ñaàm laày giöõa hai nhaùnh Neáu bieåu dieãn sô ñoà boá trí soâng nhö hình 6.1, goàm moät soâng chính vaø hai soâng nhaùnh caáp moät boá trí song song, ñoái vôùi moät maët baát kyø A-A qua vaø vuoâng goùc vôùi nhaùnh soâng phuï, caùch soâng chính moät ñoaïn , ta coù ñöôøng nöôùc baõo hoaø (ngaàm), naèm phía treân taàng khoâng thaám nhö hình veõ. Neáu ñòa hình (cao ñoä) cuûa A-A naèm cao hôn chieàu cao cuûa ñöôøng baõo hoaø, thì khu vöïc A-A seõ khoâng taïo thaønh ñöôc ñaàm laày.
Trong tröôøng hôïp treân A-A coù moät soá nôi coù cao ñoä thaáp hôn ñöôøng baõo hoaø, taïi caùc nôi naøy, möïc nöôùc ngaàm xuaát loä, ñoàng thôøi ñaát ôû ñaây bò aåm öôùt quanh naêm, coäng vôùi söï cheânh leäch giöõa möa vaø boác hôi trong khu vöïc, seõ taïo ra söï dö thöøa veà hôi aåm trong khu vöïc raát nhieàu. Ñaây laø cô hoäi thuaän lôïi cho söï phaùt trieån ñaàm laày. Ñaàm laày coù theå hình thaønh ngay caû ôû nhöõng vuøng ñaát thaám nhieàu, vuøng coù ñòa hình loài leân (nöôùc maët deã chaûy veà hai phía ngöôïc laïi), neáu taïi nôi naøy, cao ñoä thaáp hôn cao ñoä cuûa ñöôøng baõo hoaø. Coøn thaäm chí nhöõng nôi thaám ít, nhöng ñöôøng baõo hoaø thaáp hôn ñòa hình khu vöïc thì cuõng khoâng theå hình thaønh ñöôïc ñaàm laày. 6.3 ÑÒA THEÁ CUÛA ÑAÀM LAÀY: Ñòa theá cuûa ñaàm laày vaø söï hình thaønh caùc sinh vaät treân beà maët ñöôïc theå hieän qua söï thay ñoåi caùc ñieàu kieän nhieät ñoä vaø ñòa hình trong khoâng gian. Vì yeáu toá taïo neân ñaàm laày laø quaù trình tích tuï caùc vaät chaát höõu cô töø caùc thöïc vaät cheát haøng naêm vaø söï phaùt trieån caùc vi sinh vaät soáng, neân ñaàm laày ñöôïc ñaëc tröng bôûi 4 daáu hieäu quan troïng sau ñaây: 1. Daáu hieäu ñòa hình 2. Theå loaïi thöïc vaät, vi sinh vaät trong vuøng ñaàm laày. 3. Sình laày. 4. Möùc ñoä bao phuû sình laày hay möùc ñoä ñaàm laày hoaù cuûa khu vöïc. 6.1.3. Caùc hoaït ñoäng con ngöôøi vaø neàn kinh teá quoác daân aûnh höôûng ñeán quaù trình hình thaønh ñaàm laày: Söï hình thaønh vaø phaùt trieån ñaàm laày coù theå bò aûnh höôûng bôûi caùc hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi vaø kinh teá quoác daân döôùi nhieàu daïng khaùc nhau: 1. Vieäc xaây döïng caùc ñaäp traøn treân caùc soâng ñeå laøm taêng möïc nöôùc, xaây caùc hoà chöùa nöôùc ôû caùc nhaø maùy thuûy ñieän laøm taêng möïc nöôùc ngaàm ôû caùc vuøng laân caän, laøm taêng ñoä aåm trong ñaát.
2. Vieäc chaët phaù röøng böøa baõi quy moâ lôùn, treân caùc khu vöïc coù ñòa hình töông ñoái phaúng laøm giaûm khaû naêng chuyeån taûi vaø boác hôi cuûa caùc hôi aåm, laøm yeáu ñi khaû naêng thaám nöôùc cuûa ñaát , vaø ñaây cuõng coù theå laø nguyeân nhaân khôûi ñaàu cuûa hình thaønh ñaàm laày treân beà maët khu vöïc. 3. Töông töï, haäu quaû cuûa naïn chaùy röøng treân moät phaïm vi roäng lôùn, caùc thöïc vaät bò chaùy taïo ra nhöõng lôùp thuaän lôïi cho söï hình thaønh buøn laày coäng vôùi ñoä aåm thöøa seõ laø nguyeân nhaân toát giuùp quaù trình ñaàm laày hoaù tieán trieån. 4. Quaù trình ñoâ thò hoaù, caùc con ñöôøng vaø naøh maùy, ñaõ taïo ra moät maûng roäng lôùn beâ toâng, laøm giaûm di khaû naêng thaám nöôùc cuûa ñaát, nöôùc taäp trung thaønh doøng nöôùc maët chaûy veà nhöõng nôi thaáp, gaây ra hieän töôïng ngaäp öù. Ñaây cuõng laø haït nhaân thuùc ñaåy quaù trình ñaàm laày hoaù. 5. Nöôùc thaûi ra caùc con keânh, ñöôïc xaây döïng töø ôû caùc khu vöïc thaáp, aåm, maø ñaùy khoâng ñöôïc laùt beâ toâng, htöôøng laøm cho nöôùc thaám vaøo ñaát laøm taêng möïc nöôùc ngaàm trong khu vöïc laân caän, cuõng laø nguyeân nhaân ñaàm laày haùo khu vöïc naøy. Tuy nhieân, aûnh höôûng ñeán quaù trình ñaàm laày hoaù khu vöïc, thì vai troø cuûa hoaït ñoäng con ngöôøi vaø quoác daân ngaøy nay khoâng nhieàu so vôùi caùc nhaân toá thieân nhieân. 6.4 DOØNG CHAÛY TRONG ÑAÀM LAÀY. Doøng chaûy trong ñaàm laày laø doøng 3 pha: 1. Pha raén laø nhöõng chaát höõu cô, töø caùc thöïc vaät cheát khoâng hoaøn toaøn. 2. Pha loûng laø nöôùc hoaø tan caùc chaát höõu cô keát hôïp vôùi khoaùng chaát. 3. Pha khí laø khoâng khí vaø gaz hình thaønh töø caùc lôùp buøn laày trong quaù trình phaân hoaù.
CHÖÔNG 7 ÑO ÑAÏC THUÛY VAÊN Ngöôøi ta thöïc hieän caùc ño ñaïc thuûy vaên ñeå thu thaäp caùc soá lieäu veà caùc quaù trình thuûy vaên. Nhöõng soá lieäu naøy giuùp ta hieåu bieát saâu hôn veà caùc quaù trình naøy, söû duïng nhö caùc soá lieäu ñaàu vaøo cuûa caùc moâ hình tính toaùn thuûy vaên duøng trong thieát keá, phaân tích vaø vieát saùch. Caùc quaù trình thuûy vaên bieán ñoåi maïnh meõ trong khoâng gian vaø thôøi gian mang ñaëc tính ngaãu nhieân. Möa coù baûn tính bieán ñoåi ngaãu nhieân lôùn, neân aûnh höôûng ñeán caùc quaù trình khaùc nhieàu nhö doøng chaûy maët, boác hôi, daãn ñeán söï döï ñoaùn caùc quaù trình naøy ít nhieàu mang tính khoâng chính xaùc. Ñeå giaûm möùc ñoä khoâng chính xaùc naøy, ñoøi hoûi ngaønh ño ñaïc thuyû vaên caàn cung caáp soá lieäu taïi ngay hoaëc gaàn khu vöïc ñaùng quan taâm ñeå coù theå coù nhöõng keát luaän tröïc trieáp töø thöïc teá. 7.1 CHUOÃI ÑO ÑAÏC THUÛY VAÊN Caùc ño ñaïc thuûy vaên ñöôïc tieán haønh theo moät thôøi gian taïi moät vò trí coá ñònh trong khoâng gian. Ví duï, treân löu vöïc, möa bieán ñoåi moät caùch lieân tuïc trong khoâng gian nhöng moät traïn ño möa chæ tieán haønh ño taïi moät vaøi ñòa ñieåm rieâng bieät cuûa löu vöïc. Caùc soá lieäu thu ñöôïc taïo thaønh moät “chuoãi soá lieäu theo thôøi gian” taïi moät ñòa ñieåm vaø ñöôïc söû duïng trong phaân tích thoáng keâ. Neáu quy hoaïch treân moät tuyeán hay dieän tích roäng, tieán haønh ño ñaïc nhieàu vò trí khaùc nhau taïo moät ñieåm thôøi gian thì ta coù moät chuoãi soá lieäu theo khoâng gian. 7.2 ÑO ÑAÏC NÖÔÙC TRONG KHÍ QUYEÅN.
1. Ñoä aåm khoâng khí: Ño ñoä aåm treân cao ñöôïc thöïc hieän baèng thieát bi thaêm doø voâ tuyeán: laø moät quaû boùng bôm ñaày Heâli mang theo caùc duïng cuï ño vaø ghi nhieät ñoä vaø ñoä aåm, aùp suaát khoâng khí. Quaû boùng ñöôïc thaû ra vaø khi bay treân khoâng trung, noù gôûi soá lieäu veà traïm ño qua caùc raña. Ñoä aåm khoân khí vaø caùc tham soá khí haäu ôû gaàn maët ñaát ñöôïc thöïc hieän trong caùc traïm khí töôïng. Trang thieát bò thoâng thöôøong cuûa moät traïn khí töôïng goàm coù moät hoäp che chaén trong ñoù coù caùc nhieät keá ñeå ño nhieät ñoä lôùm vaø nhoû nhaát moãi ngaøy, coù moät aùp keá moät baàu khoâ moät baàu öôùt hay goïi laø aåm keá ñeå ño ñoä aåm; caùc thieát bò ño möa ñöôïc ñaët gaàn ñaùy. ôû moät soá traïm coøn coù caû thuøng ño ñoä boác hôi vaø coät ño gioù. 7.3 ÑO ÑAÏC NÖÔÙC MAËT. 1. Ño möïc nöôùc: Laø ño ñoä cao maët thoaùng cuûa doøng nöôùc so vôùi maët chuaån quy öôùt (H, m hay cm). Duïng cuï ño möïc nöôùc laø caùc loaïi thöôùc chuyeân moân duøng trong ño ñaïc. 2. Ño maët caét Maët caét loøng soâng goàm hai loaïi: Maët caét ngang vaø maët caét doïc. Nhö vaäy ñeå ño hoaøn toaøn moät maët caét, caàn ño ñoä saâu ôû caùc thuûy tröïc, ñoàng thôøi ño khoaûng caùch töø thuûy tröïc ñeán moác coá ñòng naøo ñoù. Döïa vaøo khoaûng caùch töø moác khôûi ñieåm vaø ñoä saâu, veõ ra maët caét ngang hoaëc doïc soâng. • Ño ñoä saâu: Ñeå ño ñoä saâu thöôøng duøng quaû doïi hoaëc daây tôøi coù moùc caùc saét, loaïi naøy phuø hôïp cho vuøng nöôùc noâng, toác ñoä nhoû. Vôùi nhöõng chieàu saâu töø 5-6m trôû leân vaø toác ñoä töông ñoái lôùn thì phaûi duøng daây caùp coù quaû chì roài thaû töø thuyeàn xuoáng. Troïng löôïng quaû chì phuï thuoäc vaøo toác ñoä doøng chaûy. ÔÛ nhöõng nôi coù ñoä saâu raát lôùn (>10m) ngöôøi ta coøn duøng maùy hoài aâm.
• Ño khoaûng caùch töø moác khôûi ñieåm: Phöông phaùp ñôn giaûn nhaát laø duøng daây caùp coù ñaùnh daáu giaêng ngang soâng. Vôùi nhöõng soâng coù beà roäng lôùn thì duøng maùy kinh vó ñeå xaùc ñònh vò trí ño • Chænh lyù keát quaû ño ñaïc Caên cöù vaøo soá lieäu ño ñaïc, veõ ra maët caét ngang soâng. Coù maët caét duøng maùy ño dieänt tích ñeå tính dieän tích toång hôïp ngang soâng töø maët nöôùc trôû xuoáng ñeå laøm taøi lieäu tính löu löôïng. 3. Ño löu toác vaø tính toaùn löu löôïng : Löu toác raát quan troïng ñeå tính ra löu löôïn gvaø nhieáu ñaëc tröng thuûy löïc khaùc trong doøng chaûy. Maët khaùc löu toác laø moät yeáu toác thuûy löïc quan troïng caàn cho vieäc thieát keá caàu coáng, ñeâ ñaäp, beán caûng Lö toác trong soâng bò aûnh höôûng bôûi caùc nah6n toá sau ñaây: Hình daïng soâng, ñoä nhaùm loøng daãn, ñoä saâu doøng chaûy, ñoä doác loøng soâng, hình thaùi bôø soâng. Do ñ1o söï phaân boá vaän toác treân soâng thieân nhieân khaù phöùc taïp. Vaän toác treân caùc maët caét khaùc nhau thì khaùc nhau. treân cuøng moät maët caét, caùc ñieåm khaùc nhau cuõng coù vaänt toác khaùc nhau. Treân cuøng moät maët caét nhang soâng, caøng gaàn bôø vaän toác caøng giaûm, caøng gaàn ñaùy vaänt oác caøng giaûm. • Ño löu toác baèng löu toác keá Ngöôøi ta ño löu toác baèng löu toác keá, goàm ñaàu quay vaø boä phaän ghi cheùp soá voøng quay. Ñeå xaùc ñònh ñöôïc löu löôïng baèng löu toác keá, caàn ño löu toác vaø maët caét ngang soâng cuøng moät luùc. Ño löu toác treân soâng ñöôïc tieán haønh baèng thuyeàn. Ñöa thuyeàn ñeán töøng vò trì cuûa thuyû tröïc vaø xaùc ñònh vò trí ñieåm ño treân moãi thuyû tröïc, sau ñoù taïi thuûy tröïc naøy thaû maùy ño löu toác xuoán g töøng ñieåm caàn ñeå ño. Ta coù löu toác doøng chaûy taïi töøng thuûy tröïc. Vaán ñeà quan troïng laø caàn xaùc ñònh hôp lyù soá thuûy tröïc cho moät maët caét ngang soâng vaø soá ñieåm treân moãi thuyû tröïc.
Ñoái vôùi nhöõng traïm môùi baét ñaàu ño, caàn boá trí nhieàu thuyû tröïc vaø ñieåm ño. Sau moät thôøi gian khi ñaõ coù phaân boá tröôøng vaän toác, xaùc ñònh laïi nhöõng vò trí thieát yeáu, coù theå giaûm soá thuyû tröïc vaø soá ñieåm ño. Soá ñieåm ño treân moät thuyû tröïc coù theå laø 6,3,2,1. Theo quy phaïm quan traéc , tieâu chuaån ngaønh VN, Soá ñieåm ñöôïc boá trí nhö sau: • Ño 6 ñieåm: ôû vò trí maët, 0,2h; 0,4h; 0,6h; 0,8h vaø ñaùy. • Ño 3 ñieåm: ôû vò 0,2h; 0,6h; 0,8h. • Ño 2 ñieåm: ôû vò trí 0,2h; 0,8h. • Ño 1 ñieåm: ôû vò trí 0,6h. Tuyø theo vò trí ño löu toác coù thay ñoåi nhieàu theo thôøi gian hay khoâng maø ngöôøi ta boá trí ño moät laàn (hoaëc leân hoaëc xuoáng), hay hai laàn ( vöøa leân vöø xuoáng) roài sau ñoù laáy giaù trò trung bình • Chænh lyù soá lieäu ño ñaïc ñöôïcphöông phaùp tính 1. Tính dieän tích maët caét ngang: + n = hi hi+1 = A i bi A ∑ A i 2 1 Ñoái vôùi phaàn dieän tích saùt bôø, tính nhö dieän tích tam giaùc. Thoâng thöôøng, caùc thuyû thröïc ñöôïc boá trí ít hôn caùc ñoä saâu, neân ñeå phuïc vuï cho vieäc tính toaùn lö löôïng, caàn tính caùc dieän tích giöõa hai thuyû tröïc, goïi laø dieän tích boä phaän: m = A bf ∑ A i 1 vôùi m laø soá caùc dieän tích nhoû i giöõa hai thuyû tröïc ño vaän toác. 2. Tính vaän toác trung bình thuyû tröïc: 1 Ño 6 ñieåm: V = (V + V + V + V + V + V ) tt 10 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1 Ño 3 ñieåm: V = (V + V + V ) tt 4 0.2 0.6 0.8
1 Ño 2 ñieåm: V = (V + V ) tt 2 0.2 0.8 = Ño 1 ñieåm: Vtt V0.6 3. Tính vaän toác trung bình cho boä phaän: 1 Boä phaän giöõa hai thuyû tröïc: V = (V + V + ) bf 2 tti tti 1 = Boä phaän gaàn bôø: Vbfb KVttb Trong ñoù K laø heä soá bôø, ñöôïc xaùc ñònh qua ño ñaïc thöïc nghieäm, hoaëc coù theå laáy theo kinh nghieäm phuï thuoäc vaøo bình ñoà loøng soâng, phaân boá lö toác theo chieàu roäng soâng, höôùng doøng chaûy, Caùch choïn nhö sau: a) Soâng thaúng, ñeàu, maët caét hình loøng caûho hay chöõ nhaät, khoâng coù luoàng laùch, baõi chìm, baûi noåi. Laáy K=0,8-0,9. b) Soâng thaúng, boä phaän gaàn bôø coù laïch töông ñoái saâu, löu toác lôùn hôn nôi xa bôø. Laáy K=0,9-1,0. c) Soâng cong, löu toác boä phaän gaàn bôø taêng leân hoaëc giaûm ñi roõ reät. Neáu taêng lôùn thì laáy K=0,9-1,0. Neáu giaûm nhoû thì laáy K=0,6-0,8. d) Neáu soâng coù ñoaïn boä phaän nöôùc tuø thì K=0,5. Tröøng hôïp naøy caàn xaùc ñònh ranh giôùi möïc nöôùc tuø ôû caùc caáp möïc nöôùc. 4. Tính löu löôïng boä phaän: = q A bf Vbf = qb A bfbVbfb 5. Löu löôïng toaøn maët caét ngang soâng n 2 = + Q ∑ qi ∑ qb 1 1 6. Löu toác trung bình maët caét ngang soâng Q V = A
Ví duï tính toaùn: Ñöôøng vaän toác theo beà roäng Thuyû tröïc i 0.4 0.5 3.2 3.0 0.2 1.0 hi Caùc ñöôøng ñoàng möùc vaän toác, m/s 0.4 0.0 2.0 2.5 Beà roäng B,m 0 10 20 30 40 50 6070 Ñoä saâu, h, m 0 3 7 10 8 6 2 0 2 Dieän tích Ai, m 15 50 85 90 70 40 10 DT giöõa boä phaän caùc thuûy tröïc vaän toác, m2 15 135 160 50 Vaän toác ñieåm treân thuûy tröïc, taïi 0,2h, m/s 0.4 3.2 0.5 Vaän toác ñieåm treân thuûy tröïc, taïi 0,8h, m/s 0.2 2.5 0.4 Vaän toác trung bình thuûy tröïc, Vtt, m/s 0.3 2.85 0.45 Vaän toác trung bình boä phaän, m/s, choïn 0.24 1.575 1.65 0.405 Kt=0.8; Kp=0.9 Löu löôïng boä phaän q, m3/s 3.6 212.625 264 20.25 Löu löôïng Q, m3/s 500.475
7.3 CHÆNH BIEÂN TAØI LIEÄU THUÛY VAÊN. Taøi lieäu ño ñaïc töø caùc traïm chöa theå söû duïng maø phaûi qua quaù trình chænh bieân vì chuùng khoâng phaûn aûnh ñöôïc quaù trình thuyû vaên moät caùch lieân tuïc vaø ñaày ñuû, chuùng khoâng phaûn aùnh ñöôïc quy luaät cuûa caùc quaù trình thuyû vaên. Nhieän vuï cuûa chænh bieân laø ñem caùc taøi lieäu ño ñaïc rôøi raïc vaø giaùn ñoaïn phaân tích chænh lyù thaønh nhöõng taøi lieäu hoaøn chænh, lieân tuïc phuïc vuï cho tính toaùn thuyû vaên, döï baùo thuyû vaên, vaø caùc ngaønh khaùc coù lieân quan. 1. Chænh bieân taøi lieäu möïc nöôùc: Muïc ñích laø laäp ra baûng möïc nöôùc bình quaân haøng ngaøy, haøng thaùng vaø caû naêm. Ghi roõ möïc nöôùc cao nhaát, thaáp nhaát, bình quaân trong naêm, veõ ñöôøng quaù trình möïc nöôùc trong caû naêm. Caùc böôùc tieán haønh sau: • Thu thaäp caùc soá lieäu veà ñòa hình, ñòa chaát loøng soâng, cao trình goác thöôùc nöôùc vaø caùc taøi lieäu khaùc coù aûnh höôûng ñeán möïc nöôùc noùi chung. • Thaåm tra vaø phaùt hieän aùcc soá lieäu voâ lyù. • Veõ ñöôøng quaù trình möïc nöôùc vaø tính möïc nöôùc bình quaân haøng ngaøy. Möïc nöôùc trung bình ñöôïc tính phuï thuoäc vaøo söï bieán thieân möïc nöôùc trong ngaøy nhanh hay chaäm, caùc khoaûng thôøi gain coù baèng nhau khoâng. Neáu möïc nöôùc bieán ñoåi chaäm trong ngaøy, thì möïc nöôùc trung bình Htb ñöôïc tính töø phöông phaùp trung bình soá hoïc ( coù theå khoaûng thôøi gian khoâng baèng nhau). Neáu nöïc nöôùc bieán thieân ñoät ngoät trong ngaøy thì Htb ñöôïc tính nhö sau: + + + = 1 ⎡ H0 H1 + H1 H2 + + Hn−1 Hn ⎤ Htb a1 a2 an 24 ⎣⎢ 2 2 2 ⎦⎥ trong ñoù ai laø khoaûng caùch thôøi gian giöõa laàn ño möïc nöôùc thöù i-1 vaø thöù i.
n = ta coù ∑ ai 24 1 Hi laø möïc nöôùc ño ñöôïc taïi ñieåm thôøi gian thöù i. Neáu trong ngaøy hkoâng coù soá lieäu möïc nöôùc luùc 0 vaø 24 giôø thì caên cöù vaøo laàn ño tröôùc hoaëc sau ñeå noäi suy roài sau ñoù môùi tính Htb. Caên cöù vaøo möïc nöôùc trung bình haøng ngaøy ñeå veõ ñöôøng quaù trình möïc nöôùc caû naêm. Caên cöù vaøo taøi lieäu cuûa caùc traïm ño treân vaø döôùi, caùc taøi lieâu naêm tröôùc ñeå tieán haønh phaân tích, kieåm tra laïi keát quaû chænh bieân. 2. Chænh bieân taøi lieäu löu löôïng Yeâu caàu cuõng laäp ra baûng löu löôïng bình quaân ngaøy cho caû naêm, Qmax; Qmin; Qtb trong naêm. Tính toång löôïng nöôùc chaûy qua moät maët caét trong caû naêm vaø laäp ra baûng trích caùc yeáu toá thuyû vaên trong muøa luõ. Vì coâng taùc ño löu löôïng phöùc taïp neân khoâng theå ño lieân tuïc nhö möïc nöôùc. Do ñoù caàn veõ ñöôøng quan heä möïc nöôùc vôùi löu löôïng ñeå bieán nhöõng taøi lieäu giaùn ñoaïn thaønh lieân tuïc thoaû maõn yeâu caàu veà chænh bieân löu löôïng. • Quan heä möïc nöôùc vaø löu löôïng Q=f(H) • Quan heä möïc nöôùc vaø dieän tích maët caét A=f(H) • Quan heä möïc nöôùc vaø vaän toác trung bình maët caét V=f(H) Cuøng moät möïc nöôùc H, trò soá tính ñöôïc cuûa lö löôïng töø caùc ñöôøàng quan heä phaûi baèng Q=AV, sai soá cho pheùp khoâng quaù 2% Khi laäp caùc ñöôøng quan heä naøy, thöôøng phaùt hieän ra nhöõng ñieåm ñaëc bieät caàn phaân tích xöû lyù. Neáu soá lieäu hkoâng ñuùng caàn loaïi boû. Ta coù caùc tröôøng hôïp sau: • Q=f(H) oån ñònh: tröôøng hôïp naøy xaûy ra treân soâng thaúng, ñeàu, ñoä nhaùm ñoàng nhaát, khoâng bò boài xoùi, khoâng coù gheành thaùc. Q vaø H trong tröôøng hôïp naøy quan heä vôùi nhau raát chaët cheõ. Chæ caàn veõ moät ñöôøng cong trôn qua caùc giöõa caùc ñieåm laø ñöôïc.
H Q=f(H) A=f(H) V=f(H) Q,A,V • Quan heä Q=f(H) khoâng oån ñònh: a) Khoâng oån ñònh do boài xoùi: kih loøng soâng bò xoùi, cuøng moït möïc nöôùc, nhöng ñoä saâu taêng leân neân löu löôïng taêng leân, ñieåm quan heä so vôùi ñöôøng quan heä coù khuynh höôùng leäch veà beân phaûi. Coøn khi loøng soâng bò boài thì ngöôïc laïi. b) Do toàn taïi khu nöôùc vaät: Nöôùc vaät la 2hieän töôïn gnöôùc daâng leân ôû haï löu do doøng chaûy bò chaén laïi ( do haï löu coù moät ñaäp daâng nöôùc, do soâng nhaùnh chaën laïi bôûi bò aûnh höôûng bôûi goùc leäch giöõa hai soâng choå cöûa soâng nhaùnh, ôû haï lö coù htuyû trieàu daâng leân, ôû haï löu coù caây coû thuyeà beø caûn trôû. Nöôùc vaät laø doác ñöôøng möïc nöôùc thay ñoåi. Töông öùng vôùi moät möïc nöôùc coù nhieàu löu löôïng khaùc nhau. Nöôùc vaät caøng lôùn thì ñoä doác ñöôøng möïc nöôùc caøng beù, löu löôïng töông öùng cuõng caøng beù. Ñieàu naøy chöùng minh ñöôïc qua coâng thöùc tính löu löôïng Chezy. Nhö vaäy trong tröôøng hôïp naøy ñieåm quan heä so vôùi ñöôøng quan heä seõ leäch veà beân traùi. c) Do nöôùc luõ aûnh höôûng: Moät traän luõ coù hai thôøi kyø: luõ leân vaø luõ xuoáng.
Khi luõ leân thì traïm treân daâng nöôùc tröôùc, traïm döôùi daâng sau, neân ñöôøng maët nöôùc cuûa ñoaïn soâng ôû giöõa lôùn hôn bình thöôøng. Luùc luõ xuoáng thì ngöôïc laïi. Nhö vaäy, khi luõ leân, löu löôïng taêng cao hôn bình thöôøng, khi luõ xuoáng löu löôïng giaûm ñi. Khi veõ ñöôøng qua heä ta coù hình aûnh nhö moät voøng daây. Töông öùng vôùi moät möïc nöôùc coù hai löu löôïng luùc luõ leân vaø xuoáng. Do ñoù khi söû duïng soá lieäu caàn tra theo cheá ñoä rieâng bieät. H Q=f(H) A=f(H) V=f(H) Q,A,V Sau khi veõ caùc ñöôøng quan heä, caàn keùo daøi theâm veà hai phía ñeå ngoaïi suy nhöõûng giaù trò khoâng ño ñöôïc (veø mua luõ hoaëc kieät). Thöøng keùo daøi theo xu höôùng cuûa ñöôøng quan heä ñaõ veõ , hoaëc döïa vaøo keát quaû cuûa ñöôøng A=f(H) ñeå keùo daøi.
CHÖÔNG 8 TÍNH TOAÙN THUÛY VAÊN 8.1 TÍNH TOAÙN VAØ PHAÂN TÍCH TAÀN SUAÁT. 8.1.1. Taàn soá f: Taàn soá laø soá laàn xuaát hieän bieán coá x trong chuoãi bieán coá xi maø ta quan traéc. 8.1.2. Taàn suaát P (cuûa bieán coá x): Ñöôïc ñònh nghóa laø tyû soá giöõa taàn soá f cuûa bieán coá xi vaø toång soá caùc bieán coá xi ( chieàu daøi cuûa chuoãi bieán coá maø ta quan traéc). % = fxi Pxi 100 n Trong lyù thuyeát xaùc suaát, ñaïi löôïng naøy chính laø xaùc suaát xaûy ra bieán coá xi. 8.1.3. Taàn suaát tích luyõ P (cuûa nhöõng bieán coá x ≥ xi): Taàn suaát tích luyõ P (cuûa nhöõng bieán coá x ≥ xi): laø taàn suaát xaûy ra nhöõng bieán coá x lôùn hôn hay baèng bieán coá xi; kyù hieäu laø F(xi) Ñeå tính ñöôïc taàn suaát tích luõy, ta thöïc hieän caùc böôùc sau: 1 Ñaàu tieân ta saép xeáp (hoaëc phaân caáp) chuoãi quan traéc bieán coá xi theo thöù töï coù giaù trò giaûm daàn ( lôùn nhaát ñöùng ôû treân, nhoû nhaát ñöùng ôû döôùi). 2 Böôùc keá tieáp tính taàn soá. Neáu ta khoâng phaân caáp, maø ñeå töøng bieán coá xi ñeå tính taàn soá thì öùng vôùi moãi bieán coá xi taàn toá baèng 1. Neáu phaân theo caáp (xa –xb) thì ta ñeám xem coù bao nhieâu bieán coá
xi rôi vaøo khoaûng giöõa caáp (xa –xb), ñoù chính laø taàn soá cuûa caáp (xa–xb). 3 Tieáp theo tính taàn suaát Pxi cuûa bieán coá xi 4 Cuoái cuøng tính taàn suaát tích luõy cuûa nhöõng bieán coá x≥ xi baèng caùch coäng doàn theo thöù töï töø treân xuoáng döôùi coät taàn suaát Pxi. 8.1.4. Ñöôøng taàn suaát Ñöôøng bieãu dieãn taàn suaát tích luyõ P(x≥ xi) theo xi thoâng thöôøng laø moät ñöôøng cong trôn, trong lyù thuyeát xaùc suaát, ngöôøi ta goïi laø ñöôøng taàn suaát tích luyõ vaø ñôn giaûn hôn goïi laø ñöôøng taàn suaát. Ñöôøng taàn suaát coù caùc giaù trò taàn suùaât tyû leä nghòch vôùi giaù trò xi. Treân ñöôøng taàn suaát, öùng vôùi caùc giaù trò bieán coá xi caøng lôùn thì giaù trò taàn suaát caøng nhoû , vaø ngöôïc laïi. Trong thuûy vaên, ngöôøi ta duøng ñöôøng taàn suaát ñeå phuïc vuï cho haàu heát caùc thieát keá coâng trìnhá. Ta thöôøng gaëp caùc baøi toaùn nhö sau: Bieát tieâu chuaån thieát keá laø P%(x≥ xi); tìm xi töông öùng; hoaëc ngöôïc laïi, bieát xi, tìm P% töông öùng.Ví duï ñeå xaây döïng moät coâng trình caàn phaûi coù löu löôïng Q5% , laø nhöõng löu löôïng töông ñoái lôùn). Vì vaäy vieäc veõ ñöôøng taàn suaát cho moät chuoãi soá lieäu bieán coá x raát quan troïng. 8.1.5. Haøm maät ñoä taàn suaát f(xi): Haøm maät ñoä taàn suaát f(xi) laø ñaïo haøm baäc moät cuûa haøm phaân boá taàn suaát F(xi). Ta coù: + Δ − = ' = F(xi x) F(xi ) f (xi ) F (xi ) lim Δ → Δx x i 0 Ñoà thò bieãu dieãn haøm maät ñoä laø moät ñöôøng cong trôn hìng quaû chuoâng. (coù theå xem hình veõ cuûa ví duï döôùi ñaây). Bieát haøm soá maät ñoä taàn suaát, chuùng ta coù theå suy ngöôïc laïi haøm phaân boá taàn suaát (tích luyõ) vaø ngöôïc laïi.
8.2 VÍ DUÏ TÍNH TOAÙN Ví duï 1: Xeùt söï phaân boá taàn suaát Qmax trong naêm taïi moät traïm thuûy vaên vôùi caùc soá lieäu trong chuoãi thôøi gian töø 1930 ñeán 1979 goàm 50 trò soá, trong ñoù soá lôùn nhaát laø 2560 m3/s, nhoû nhaát laø 770 m3/s, trung bình laø 1360 m3/s. 1 Ñaây laø caùc bieán ngaãu nhieân, ta tieán haønh phaân khoaûng cho caùc trò soá, saép xeáp theo thöù töï töø lôùn tôùi nhoû thaønh caùc caáp löu löôïng, thoáng keâ soá laàn xuaát hieän bieán coá löu löôïng rôi vaøo khoaûng cuûa caáp, soá laàn naøy goïi laø taàn soá f. 2 Tính taàn suaát P%=100*(f/50). 3 Tính taàn suaát tích luõy (coäng doàn töø treân xuoáng) ta ñöôïc F(Qi)=ΣP%(Q>Qm) 4 Ta tính maät ñoä taàn suaát f(xi) baèng caùch chia taàn suaát P cho ñoä lôùn khoaûng caùch giöõa hai caáp (baèng 300), ta ñöôïc maät ñoä taàn suaát bình quaân cuûa caáp löu löôïng ñoù, kyù hieäu laø f(xi). 5 Tính toaùn nhö baûng sau:
Caáp löu löôïng, Taàn soá f, Taàn suaát, Maät ñoä taàn suaát, Taàn suaát tích luõy, Q -1 Q (m3/s) laàn P%=100(f/n) (P/300)% (m3/s) P%(Q>=Qm)=SumP% 2600 2600-2300 1 2 0.006666667 2 2300 2299-2000 2 4 0.013333333 6 2000 1999-1700 3 60.0212 1700 1699-1400 11 22 0.073333333 34 1400 1399-1100 18 36 0.12 70 1100 1099-800 12 24 0.08 94 800 799-500 3 60.02100 500 0 Toång soá 50 100 3000 Taàn suaát tích luõy, Maät ñoä taàn suaát, P%(Q>=Qm)=SumP% (P/300)% (m3/s)-1 2500 0.14 0.12 2000 0.1 0.08 1500 0.06 1000 0.04 0.02 500 0 0 0 1000 2000 3000 0 20406080100 Ñöôøng phaân boá maät ñoä taàn suaát löu löôïng ñænh luõ Ñöôøng taàn suaát tích luyõ löu löôïng ñænh luõ 1 yù nghóa ñöôøng taàn suaát: Neáu khi laáy maãu, moãi naêm choïÏn moät trò soá Qmax, lieân tuïc trong nhieàu naêm (n naêm) thì taàn suaát coù haøm yù: trong thôøi gian raát daøi, ví duï bình quaân 3 trong 100 naêm xuaát hieän bao nhieâu laàn, ví duï P(Qmax>1900 m /s)=20% coù nghóa laø trong thôøi gian raát daøi, bình quaân 100 naêm coù 20 laàn xuaát hieän 3 Qmax>1900m /s.
Roõ raøng töø hình veõ, öùng vôùi caùc giaù trò taàn suaát tích luõy nhoûû thì Qmax lôùn vaø ngöôïc laïi. 8.3 ÑÖÔØNG TAÀN SUAÁT KINH NGHIEÄM. Trong thuûy vaên, ñöôøng taàn suaát kinh nghieäm laø ñöôøng taàn suaát xaây döïng töø caùc soá lieäu thöïc ño (ví duï treân). Ñaây laø ñöôøøng taàn suaát phaûn aûnh veà tình hình caùc ñaëc tröng thuûy vaên cuûa traïm ñang ño, nhöng khoâng phaûn aûnh tình hình cuûa traïm khaùc. Ví duï 2: Trong 20 naêm, coù löôïng möa bình quaân naêm töø 1963 ñeán 1982 nhö sau: Coâng thöùc tính taàn suaát kinh nghieäm: Trong chuoãi soá lieäu döôùi ñaây, giaù trò nhoû nhaát cuûa soá lieäu coù taàn suaát 100%, nhö vaäy maëc nhieân chaáp nhaän khoâng coù soá naøo nhoû hôn nöõa. Ñieàu naøy chæ ñuùng khi soá lieäu daøi (n raát lôùn). Trong tröøôøng hôïp ngöôïc laïi , n baèng chöøng vaøi chuïc soá thì ñieàu naøy voâ lyù. Do ñoù, ngöôøi ta duøng moät soá coâng thöùc khaùc ñeå tính taàn suaát P nhö sau: − = m 0.5 P1 100% 2 Coâng thöùc trung bình: n = m P2 100% 3 Coâng thöùc voïng soá: n − 1 − = m 0.3 P3 100% 4 Coâng thöùc soá giöõa: n + 0.4 Thöïc teá cho thaáy tính theo P2 thì an toaøn, P3 thì trung bình P1 thì thieáu an toaøn.
274625000 -43944000 226981000 1.94 0.001 4326.2 140608000 1.49 1 3322.7 68921000 1.1 30 2453 59319000 0.83 80 1850.9 19683000 0.45 99.9 1003.5 10648000 6859000 Chart Title 1331000 5000 -8000 -512000 4500 -1000000 4000 -1331000 -19683000 3500 -29791000 3000 -39304000 -42875000 2500 -103823000 2000 -175616000 -438976000 1500 1000 500 8.4 NGOAÏI SUY ÑÖÔØNG TAÀN SUAÁT KINH NGHIEÄM. Khi tính toaùn thuyû vaên cho caùc coâng trình quan troïng thöôøng gaëp taàn suaát raát nhoû (1%, 0,1% ) trong khi ñoù neáu chuoãi soá lieäu ngaén (ví duï treân n=20), neáu tính taàn suaát theo coâng thöùc P2 thì öùng vôùi trò soá X lôùn nhaát cuõng chæ cho gaàn 5%. Do ñoù phaûi ngoaïi suy (keùo veà hai phía ) ñöôøng taàn suaát, vieäc naøy deã daãn ñeán sai soá chuû quan (do töï keùo veà hai phía khoâng ñuùng). Ñeå khaéc phuïc vaán ñeà naøy, ngöôøi ta döïa vaøo moät soá phöông trình toaùn hoïc ñeå tìm ra caùc ñöôøng taàn suaát lyù luaän. Ñeå xaùc ñònh ñöôøng taàn suaát lyù luaän, ta laøm quen vôùi moät soá ñaëc tröng thoáng keâ sau:
8.4.1 Caùc trò soá ñaëc tröng thoáng keâ bieåu thò xu theá taäp trung n n fixi ∑ xi ∑ n = 1 x = í = x P x f ∑ i i 1 Soá bình quaân x : n hay ∑ i 1 vôùi fi laø taàn soá cuûa xi 2 Soá ñoâng xd: laø trò soá X öùng vôùi maät ñoä taàn suaát lôùn nhaát 8.4.2 Caùc trò soá ñaëc tröng thoáng keâ bieåu thò xu theá phaân taùn 3 Khoaûng leäch lôùn nhaát: Laø hieäu giöõa trò soá xmax vaø xmin: Δ = − m xmax xmin 4 Khoaûng leäch quaân phöôngσ: n 2 ()− ∑ xi x σ = 1 n Khoaûng leäch quaân phöôngσ noùi leân möùc ñoä phaân taùn toaøn chuoãi, σ caøng lôùn, ñoä phaân taùn caøng lôùn. Tuy nhieân σ laø moät soá coù thöù nguyeân neân khoâng theå duøng so saùnh möùc ñoä phaân taùn giöõa caùc chuoãi coù thöù nguyeân khaùc nhau. Ñeå khaéc phuïc ñieàu naøy, ngöôøi ta duøng heä soá bieán ñoäng Cv 5 Heä soá bieán ñoäng Cv n 2 ()− ∑ xi x 1 2 2 σ n ⎛ x ⎞ n C = n = 1 i − 1 = 1 ()K − 1 v n ∑ ⎜ ⎟ n ∑ i x x 1 ⎝ x ⎠ 1
= xi K i trong ñoù x laø heä soá module Cv ≥ 0 vaø laø moät soá voâ thöù nguyeân, neân bieåu thò möùc ñoä phaân taùn toát hôn. Tuy vaäy Cv chöa khaùi quaùt heát hình daïng cuûa ñöôøng phaân boá maät ñoä taàn suaát, neân ngöôøi ta duøng theâm heä soá thieân leäch Cs. 6 Heä soá thieân leäch (hay heä soá khoâng ñoái xöùng) Cs Heä soá thieân leäch Cs laø ñaëc tröng phaûn aùnh hình daïng cuûa ñöôøng phaân boá maät ñoä taàn suaát leäch veà beân traùi hay beân phaûi so vôùi giaù trò bình quaân: n n ()− 3 ()− 3 ∑ xi x ∑ K i 1 = 1 = 1 Cs 3 3 nC3 nCv x v Cs cuõng laø moät ñaïi löôïng voâ thöù nguyeân. Trong coâng thöùc tính Cs ta coù maãu soá luoân luoân döông neân: 3 1 Khi töû soá ∑(Ki-1) >0 thì Cs>0, daïng phaân boá ñöôøng maät ñoä taàn suaát leäch veà beân traùi cuûa trò soá bình quaân. 3 2 Khi töû soá ∑(Ki-1) <0 thì Cs<0, daïng phaân boá ñöôøng maät ñoä taàn suaát leäch veà beân phaûi cuûa trò soá bình quaân. 3 3 Khi töû soá ∑(Ki-1) =0 thì Cs=0, daïng phaân boá ñöôøng maät ñoä taàn suaát ñoái xöùng qua truïc ñi qua trò soá bình quaân.
Caàn löu yù raèng nhöõng coâng thöùc tính σ, Cv; Cs ôû treân chæ duøng ñeå tính toaùn cho nhöõng chuoãi soá lieäu raát daøi (n raát lôùn). ÔÛ nöôùc ta, chuoãi quan taéc thöôøng ngaén (n chæ baèng vaøi chuïc soá), neân coâng thöùc tính caùc ñaïi löôïng σ, Cv; Cs ñöôïc ñeà nghò söûa ñoåi nhö sau: 1 n 2 1 n σ = ()x − x = x ()K − 1 2 n − 1 ∑ i n − 1 ∑ i i=1 i=1 1 1 n 2 1 n C = ()x − x = ()K − 1 2 v n − 1 ∑ i n − 1 ∑ i x i=1 i=1 1 n C = ()K − 1 3 s − 3 ∑ i (n 3)Cv 1 8.5 ÑÖÔØNG TAÀN SUAÁT LYÙ LUAÄN. Nhö ñaõ noùi ôû treân, do taøi lieäu quan traéc ít, ta nhaän ñöôïc chuoãi soá lieäu ngaén neân ñöôøng taàn suaát coù ñöôïc khoâng ñaùp öùng ñöôïc nhu caàu thieát keá ( khoâng suy ra ñöôïc nhöõng giaù trò x öùng vôùi taàn suaát nhoû, caàn phaûi keùo daøi ñöôøng taàn suaát deã gaây ra sai soá vì chuû quan. Do ñoù ngöôøi ta taäp trung nghieân cöùu töø lyù thuyeát, veõ neân nhöõng ñöôøng phaân boá maät ñoä taàn suaát toång theå daïng toùan y=f(x). Vì raèng maät ñoä taàn suaát chính laø: + Δ − = ' = F(xi x) F(xi ) f (xi ) F (xi ) lim Δ → Δx x i 0 Neân sau ñoù, laáy tích phaân ñöôøng cong maät ñoä taàn suaát seõ cho ra ñöôøng taàn suaát (tích luõy) lyù luaän. Döïa vaøo ñöôøng taàn suaát lyù luaän naøy, ngöôøi ta keùo daøi ñöôøng taàn suaát kinh nghieäm. ÔÛ ñaây ta giôùi thieäu ñöôøng taàn suaát lyù luaän PearsonIII thöôøng duøng trong thuûy vaên nhö sau: Ñöôøng taàn suaát lyù luaän Pearson III:
K − 1 p = = Φ f (Cs, P) Coù ñaëc tính sau: Cv Trong ñoù Φ laø laø khoaûng leäch tung ñoä phuï thuoäc vaøo Cs vaø P . Khi Cs vaø P khoâng ñoåi thì Φ cuõng khoâng ñoåi vaø khoâng phuï thuoäc vaøo Cv 1 Tröôøng hôïp Cv=1: Foster vaø Rypkin ñaõ döïa vaøo moät soá ñaëc tính cuûa ñöôøng PIII , tieán haønh tích phaân tìm ra caùc trò soá Φp töông öùng vôùi caùc taàn suaát vaø Cs>0 khaùc nhau vaø laäp ra baûng tra cöùu (xem phuï luïc). 2 Tröôøng hôïp Cv ≠ 1: Trong thöïc teá, khi Cv ≠ 1, döïa vaøo coâng thöùc treân ta suy ra: Kp=ΦCv+1 3 Tröôøng hôïp Cs 0) Vôùi Φ100-p (-Cs>0) tra baûng öùng vôùi –Cs>0 vaø giaù trò taàn suaát baèng (100-p). Nhö vaäy, töø chuoãi soá lieäu cho tröôùc, sau khi tính caùc giaù trò x , Cv, Cs; ta tra baûng ra Φp (öùng vôùi P vaø Cv=1) vaø tính ñöôïc Kp (öùng vôùi P vaø Cv cuûa chuoãi vöøa tính ); suy ra xp=Kp x öùng vôùi töøng giaù trò cho tröôùc cuûa P. Sau ñoù veõ töøng caëp (xp, P) leân ñoà thò ta ñöôïc ñöôøng taàn suaát lyù luaän PIII. Giôùi haïn cuûa Cs khi veõ ñöôøng PIII: 2C 2C ≤ C ≤ v v s − 1 K min Neáu Cs vöôït ra ngoaøi giôùi haïn treân thì :
C v s − Neáu 1 K min thì ñöôøng taàn suaát coù daïng löôõi lieàm khoâng phuø hôïp vôùi caùc hieän töôïng thuûy vaên. Ñöôøng taàn suaát lyù luaän Krisky-Melken: Trong thöïc teá thuûy vaên vaãn toàn taïi Cs< 2Cv neân Krisky-Melkin ñeà nghò theâm daïng ñöôøng maät ñoä taàn suaát duøng cho tröôøng hôïp naøy, sau khi laáy tích phaân cho ra ñöôøng taàn suaát tích luõy K-M. Krisky-Melkin cuõng laäp nhöõng baûng cho saün caùc giaù trò Kp öùng vôùi töøng giaù trò p cho caùc truôøng hôïp khaùc nhau cuûa Cs: Cs /Cv=(1÷6) (tra phuï luïc). Töø caùc caëp (Kp,P) hay (xp,P) ta veõ neân ñöôïc ñöôøng taàn suaát lyù luaän K-M. 8.6 PHÖÔNG PHAÙP XAÂY DÖÏNG ÑÖÔØNG TAÀN SUAÁT THÖÔØNG DUØNG TRONG THUÛY VAÊN. Nhö ñaõ noùi, ñöôøng taàn suaát kinh nghieäm ñöôïc veõ treân cô sôû thöïc ño, caàn keùo daøi vaø hieäu chænh baèng caùch döïa vaøo caùc ñöôøng taàn suaát lyù luaän. ÔÛ ñaây, chuùng ta laøm quen vôùi moät caùch ñôn giaûn nhaát laø phöông phaùp thöû ñöôøng: Phöông phaùp thöû ñöôøng: Noäi dung cuûa phöông phaùp naøy laø : döïa vaøo keát quaû tính x , Cv cuûa chuoãi soá lieäu, ta giaû thieát nhieàu giaù trò Cs khaùc nhau (thoâng thöôøng cho Cs=mCv vôùi m=1-6) vaø veõ neân ñöôïc nhieàu ñöôøng taàn suaát lyù luaän khaùc nhau. Ñöôøng lyù luaän naøo phuø hôïp toát nhaát vôùi caùc ñieåm thöïc nghieäm thì ñöôøng ñoù ñöôïc choïn laøm taàn suaát tính toaùn. Chuù yù raèng ñoâi khi caàn phaûi hieäu chænh laïi caû x , Cv thì môùi ñaït ñöôïc ñöôøng taàn suaát phuø hôïp vôùi thöïc nghieäm.
Qua thöïc teá caùc soá lieäu thuûy vaên ôû VN, ñöôøng PIII vaø ñöôøng K-M ñeàu cho keát quaû toát.