Tài liệu bài giảng thủy văn môi trường

LỜI MỞ ĐẦU VÀ GIỚI THIỆU

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU VÀ GIỚI THIỆU ii
MỤC LỤC ii
Danh sách hình . iv
Danh sách bảng . v
Chương 1. NHẬP MÔN – THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG 7
1.1 Đặc trưng của môi trường nước 7
1.1.1 Định nghĩa và tính chất của nước 7
1.1.2 Môi trường nước 8
1.1.3 Vai trò của nước trong cuộc sống 8
1.2 Giới thiệu môn học Thủy văn môi trường 9
1.3 Đặc điểm của hiện tượng thủy văn . 10
1.4 Phương pháp nghiên cứu 11
1.5 Lịch sử môn học 13
1.6 Mạng lưới khí tượng thủy văn ở Việt Nam 14
Chương 2. TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI 15
1.1 Các thể chứa nước trên trái đất . 15
1.1.1 Nước trong khí quyển 15
1.1.2 Nước trong thủy quyển 15
1.1.3 Nước trong địa quyển 15
1.1.4 Nước trong sinh quyển 15
1.2 Chu trình thủy văn 16
1.2.1 Chu trình thủy văn . 16
1.2.2 Minh họa chu trình thủy văn 16
1.3 Phân phối nước trên trái đất 17
1.3.1 Các số liệu về lượng nước trên trái đất 17
1.3.2 Nhận xét sự phân phối nước trong thiên nhiên 19
1.3.3 Vấn đề sử dụng nguồn nước 20
1.4 Bảo vệ môi trường nước . 21
Chương 3. CÁC YẾU TỐ KHÍ HẬU ẢNH HƯỞNG ĐẾN DÒNG CHẢY 23
3.1 Mưa . 23
3.1.1 Sự giáng thủy và mưa 23
3.1.2 Sự hình thành mưa . 23
3.1.3 Tính toán lượng mưa bình quân 25
3.2 Ấm độ không khí 28
3.2.1 Các đặc trưng của ẩm độ không khí 28
3.2.2 Sự thay đổi độ ẩm không khí theo thời gian 30
3.3 Bốc hơi 30
3.3.1 Định nghĩa 30
3.3.3 Chế độ bốc hơi và nhân tố ảnh hưởng đến bốc hơi 31
3.4 Gió, bão . 32
3.4.1 Sự hình thành gió . 32
3.4.2 Các đặc trưng của gió 32
3.4.3 Các loại gió 35
3.4.4 Dông . 37
3.3.5 Bão tố . 38
Chương 4. LƯU VỰC SÔNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC 44
4.1 Hệ thống sông ngòi . 44
4.2 Lưu vực sông và các đặc trưng của sông 46
4.2.1 Lưu vực sông . 46
4.2.2 Sự hình thành dòng chảy sông ngòi . 47
4.2.3 Các đặc trưng hình học của lưu vực 48
4.2.3.1 Diện tích lưu vực . 48
4.2.3.2 Chiều dài sông chính và chiều dài lưu vực . 48
4.2.3.3 Chiều rộng bình quân lưu vực . 49
4.2.3.4 Hệ số hình dạng lưu vực . 49
4.2.3.5 Độ cao bình quân lưu vực . 49
4.2.3.6 Độ dốc bình quân lưu vực J 50
4.2.3.7 Mật độ lưới sông . 50
4.2.4 Các đặc trưng biểu thị dòng chảy 51
4.2.4.1 Lưu lượng nước 51
4.2.4.2 Tổng lượng dòng chảy 52
4.2.4.3 Độ sâu dòng chảy 52
4.2.4.4 Module dòng chảy . 52
4.2.4.5 Hệ số dòng chảy 52
4.3 Phương trình cân bằng nước . 53
4.3.1 Nguyên lý 53
4.3.2 Phương trình cân bằng nước thông dụng . 53
4.3.3 Phương trình cân bằng nước của lưu vực kín và hở trong thời đoạn bất kỳ 54
4.3.3.1 Lưu vực kín . 54
4.3.3.2 Lưu vực hở 54
4.3.4 Phương trình cân bằng nước trong nhiều năm . 54
4.4 Các hoạt động của con người ảnh hưởng đến cân bằng nước khu vực . 55
Chương 5. THỦY TRIỀU VÀ SỰ XÂM NHẬP MẶN VÙNG CỬA SÔNG . 57
5.1 Khái niệm về vùng cửa sông . 57
5.1.1 Vùng ven biển ngoài cửa sông . 57
5.1.2 Vùng cửa sông . 57
5.1.3 Vùng trên cửa sông 57
5.2 Thuỷ triều 58
5.2.1 Định nghĩa thuỷ triều . 58
5.2.2 Phân loại thuỷ triều 59
5.2.2.1 Bán nhật triều đều . 59
5.2.2.2 Bán nhật triều không đều 59
5.2.2.3 Nhật triều đều 60
5.2.2.4 Nhật triều không đều . 60
5.2.3 Nguyên nhân gây ra thuỷ triều 62
5.3 Đặc tính thủy văn vùng cửa sông có thủy triều 63
5.3.1 Hiện tượng thuỷ triều ở cửa sông 63
5.3.2 Sự thay đổi mực nước cửa sông chịu ảnh hưởng triều 64
5.4 Sự xâm nhập mặn vào cửa sông 64
5.4.1 Hiện tượng xâm nhập mặn . 64
5.4.2 Môi trường nước vùng cửa sông 66
Chương 6. CHẾ ĐỘ THỦY VĂN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG . 67
6.1 Giới thiệu 67
6.2 Hệ thống Mekong . 67
6.3 Điều kiện tự nhiên vùng ĐBSCL 70
6.4 Đặc điểm khí hậu vùng ĐBSCL . 73
6.5 Đặc điểm chế độ thủy văn vùng ĐBSCL 76
6.5.1 Mạng lưới sông và kênh 76
6.5.2 Đặc điểm chế độ thủy văn . 78
6.5.3 Phân phối dòng chảy 80
6.5.4 Nước ngầm vùng ĐBSCL 82
6.5.5 Bùn cát trong sông Cửu Long 83
6.6 Thủy triều và sự truyền triều vào sông Cửu Long 84
6.6.1 Thủy triều vùng ven biển ĐBSCL . 84
6.6.2 Sự truyền triều vào sông Cửu Long và bán đảo Cà Mau . 84

Danh sách hình

Hình 1.1 Quan hệ môn học với các chuyên ngành . 10
Hình 1.2 Minh họa các quan hệ hình thành dòng chảy . 11
Hình 1.3 Các phương pháp nghiên cứu thủy văn . 12
Hình 1.4 Mạng thông tin khí tượng 14
Hình 2.1 Minh họa chu trình thủy văn trên trái đất 16
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống của chu trình thủy văn 17
Hình 2.3 Minh họa chiều dày lớp nước trong chu trình thủy văn . 18
Hình 2.4 Đặc trưng phân phối chính về lượng nước ở dạng tĩnh và động trên trái đất. 18
Hình 2.5 Sơ đồ Hệ thống nguồn nước trong Qui hoạch nguồn nước 21
Hình 2.6. Minh họa quan hệ 3E 22
Hình 2.7 Minh họa sự tương quan việc quản lý nước với các yếu tố khác nhau 22
liên quan đến môi trường, Klemes (1973). . 22
Hình 3.1 Mưa địa hình 23
Hình 3.2 Mưa đối lưu 24
Hình 3.4 Sự thay đổi lượng mưa bình quân tháng các trạm . 25
Hình 3.5 Ví dụ tính lượng mưa bình quân với 3 phương pháp khác nhau . 27
Hình 3.6 Các loại nhiệt kế ẩm kế đặt trong trạm đo khí tượng . 29
Hình 3.7 Thùng đo bốc hơi loại A 30
Hình 3.8 Thay đổi lượng bốc hơi trung bình tháng (mm) tại Cần Thơ và Sóc Trăng . 31
Hình 3.9 Nguyên nhân sinh ra gió 32
Hình 3.10 Hướng gió quy ước theo độ 32
Hình 3.11 Hướng gió 33
Hình 3.12 Đo tốc độ và hướng gió 33
Hình 3.13 Gió hành tinh . 35
v
Hình 3.14 Sự chênh lệch áp suất gây nên các luồng gió từ đất liền ra biển 35
Hình 3.15 Gió đất, Gió biển 36
Hình 3.16 Hướng gió về đêm ở một thung lũng dưới sườn núi 36
Hình 3.17 Gió địa hình (gió foehn) . 37
Hình 3.20 Hình dạng và vị trí các loại mây khác nhau . 40
Hình 3.12 Đo mưa . 41
Hình 4.1 Các dạng phân bố sông nhánh trong một lưu vực sông . 44
Hình 4.2 Một dạng phân bố sông giữa hình cành cây và hình lông chim . 44
Hình 4.3 Hệ thống sông Mekong 45
Hình 4.4 Sự phân cấp các nhánh sông 45
Hình 4.5 Lưu vực sông và khái niệm đường phân nước 46
Hình 4.6 Lưu vực sông với các đường đồng cao độ . 47
Hình 4.7 Định diện tích lưu vực bằng phương pháp phân ô vuông 48
Hình 4.8 Cách xác định chiều dài sông và chiều dài lưu vực 48
Hình 4.9 Hình dạng của lưu vực ảnh hưởng đến khả năng tập trung nước lũ 49
Hình 4.10 Xác định độ cao bình quân lưu vực bằng đường đồng mức 50
Hình 4.11 Mật độ lưới sông cho biết sự phong phú của nguồn nước của lưu vực . 51
Hình 4.12 Lưu tốc kế kiểu cá sắt 51
Hình 4.13 Tổng quát hóa phương trình cân bằng nước 53
Hình 4.14 Minh họa các giá trị trong phương trình cân bằng nước thông dụng . 54
Hình 4.15 Hoạt động của con người làm ô nhiễm nước trong chu trình thuỷ văn . 56
Hình 4.16 Quá trình đô thị hoá làm thay đổi lượng chảy tràn và thấm rút . 56
Hình 5.1 Khu vực cửa sông 57
Hình 5.2 Diễn biến một con triều trong một ngày 58
Hình 5.3 Diễn biến thay đổi mực nước triều tháng (triều Biển Đông tháng 1/1982) . 59
Hình 5.4 Bán nhật triều đều 59
Hình 5.5 Bán nhật triều không đều . 60
Hình 5.6 Nhật triều đều . 60
Hình 5.7 Triều ở Biển Tây vùng ĐBSCL là dạng nhật triều không đều 61
Hình 5.8 Lực hút tương hỗ của mặt trăng và mặt trời tạo nên sự thay đổimực nước triều62
Hình 5.9 Hiện tượng xâm nhập mặn từ biển vào lòng sông vùng cửa sông . 64
Hình 5.10 Hình dạng đường nêm mặn vùng tiếp giáp dòng triều và dòng sông 65
Hình 5.11 Phân bố vận tốc theo chiều sâu dòng sông chịu ảnh hưởng thủy triều . 65
Hình 5.12 Nước ngầm ven biển và sự xâm nhập mặn vào tầng nước ngầm . 66
Hình 6.1 Lưu vực sông Mekong . 68
Hình 6.9 Phân bố dòng chảy kiệt tính toán theo mô hình triều bán nhật 80
Hình 6.10 Mực nước đỉnh lũ nhiều năm qua Tân Châu và Châu Đốc 82

Danh sách bảng
Bảng 2.1: Phân phối nước trên trái đất (theo A. J. Raudkivi, 1979) . 19
Bảng 2.2 Phân phối lượng nước ngọt trên lục địa . 19
Bảng 2.3 Cân bằng nước (mm/năm) các đại dương . 19
Bảng 3.1 Bảng cấp gió (Beaufort Scale) 34
Bảng 5.1 Thủy triều ở một số cảng chính ở Việt Nam . 61
Bảng 6.1 Lưu vực Mekong qua 4 quốc gia duyên hà 70
Bảng 6.2 Thống kê hiện trạng canh tác lúa toàn năm 1996 vùng ĐBSCL 70
Bảng 6.3 Tỉ lệ sử dụng ruộng đất nông nghiệp của ĐBSCL . 73
Bảng 6.4 So sánh nhiệt độ trung bình tháng (t °C) một số trạm vùng ĐBSCL . 73
Bảng 6.5 So sánh bốc hơi trung bình (mm/tháng) một số trạm vùng ĐBSCL 73
Bảng 6.6 So sánh ẩm độü trung bình tháng (%) một số trạm vùng ĐBSCL . 74
Bảng 6.7 So sánh tốc độ gió trung bình tháng (m/s) một số trạm vùng ĐBSCL . 74
Bảng 6.8 Tần suất xuất hiện thấp nhất đi qua trung và hạ lưu sông Mekong 74
Bảng 6.9 So sánh lượng mưa trung bình tháng (mm) một số trạm vùng ĐBSCL . 75
Bảng 6.10 Lượng mưa gây úng ngập (mm) ở một số trạm vùng ĐBSCL . 76
Bảng 6.11 Một số đặc trưng mặt cắt những kênh chính vùng ĐBSCL . 78
Bảng 6.13 Khoáng vi lượng trong nước sông Mekong . 83
Bảng 6.14 Biên độ triều trên sông Cửu Long 85
Bảng 6.15 Biên độ triều trên sông vào mùa lũ . 85