Bài giảng Thủy văn môi trường - Chương 4: Sông ngòi và sự hình thành dòng chảy trong sông - Nguyễn Thị Bảy

Nội dung text: Bài giảng Thủy văn môi trường - Chương 4: Sông ngòi và sự hình thành dòng chảy trong sông - Nguyễn Thị Bảy

1. CHƯƠNG 4. SÔNG NGÒI VÀ SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY TRONG SÔNG I. HỆ THỐNG SÔNG NGÒI: Nước mưa khi rơi xuống đất, một phần bị tổn thất do bốc hơi, một phần đọng ở các chổ trũng và ngấm xuống đất, phần còn lại chạy dọc theo sườn dốc tạo thàng dòng chảy mặt trên các khe, suối, và chảy xuống đồng bằng trong các sông. Các sông trực tiếp chảy ra biển hay vào các hồ gọi là sông chính. Các sông chảy vào sông chính gọi là sông nhánh cấp 1. Các sông chảy vào sông nhánh cấp 1 gọi là sông nhánh cấp 2, Tất cà các sông chính và nhánh, cùng các khe suối , ao hồ đầm lầy hợp thành một hệ thống sông, và người ta lấy tên sông chính để đặt tên cho hệ thống sông này. Ví du:ï hệ thống sông Hồng, hệ thống sông Mekong. 1.1 Sự phân bố của các sông nhánh: • Phân bố theo hình nan quạt: Các sông nhánh lớn phân bố gần nhau. • Phân bố theo hình lông chim: Các sông nhánh phân bố đều đặn hai bên sông chính. • Phân bố theo hình cành cây: Các sông nhánh phân bố đều đặn hai bên sông chính theo thứ tự từ lớn tới nhỏ. • Phân bố song song: Các sông nhánh phân bố song song nhau bên cạnh sông chính. Đối với một hệ thống sông lớn, sự phân bố các sông nhánh thường là tổ hợp của những sự phân bố trên.
2. Tương tự, người ta cũng có đường phân nước ngầm của lưu vực. Nếu hai đường phân nước mặt và ngầm trùng nhau, ta có một lưu vực kín. Thực tế, đường phân nước ngầm rất khó xác định, nên người ta thường lấy đường phân nứoc mặt làm đường phân nước chung cho hai lưu vực sát nhau. Ví dụ ta có thể xem đường phân nước cho lưu vực trong hình 1 III. CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA LƯU VỰC 1. Diện tích F và tình hình phân bố diện tích lưu vực Là phần diện tích nằm bên trong đường phân nước của lưu vực (được xác định bởi máy đo diện tích (thường dùng bản đồ tỷ lệ 1/5000 hay 1/10000 để xác định nhằm đảm bảo độ chính xác ) Tình hình phân bố diện tích trong lưu vực được biễu diễn bằng đồ thị như hình 3 và 4: Nguồn sông Nguồn sông f 2 f f3 1 f4 A f4 f3 f2 f1 A f6 f5 f7 f5 f6 f7 f8 B B f8 f10 f9 f10 f9 O O Hình 2. Biểu đồ tăng triển diện tích lưu vực Hình 3. Phân chia diện tích lưu vực
3. Trục tung là chiều dài sông chính, trục hòanh là diện tích lưu vực. Bên phải trục hòanh biễu diễn diện tích lưu vực bên phải sông, bên trái trục hòanh biễu diễn diện tích lưu vực bên trái sông. Biểu đồ trên cho ta tình hình tăng triển của diện tích lưu vực sông từ nguồn đến cửa sông. 2. Chiều dài lưu vực: L1(km) Là chiều dài đọan gấp khúc nối từ cửa sông đến các điểm giữa của các đọan thẳng cắt ngang lưu vực, đến điểm xa nhất của lưu vực. Trong thực tế lấy chiều dài sông chính (tính từ nguồn đến cửa sông) làm chiều dài lưu vực. 3. Chiều rộng bình quân của lưu vực: B (km) F B = (4.1) L1 4. Hệ số hình dạng của lưu vực: Kd Hệ số hình dạng biểu diễn mức độ phát triển của lưu vực: FLBB1 Kd ==22 = (4.2) LLL111 Nếu hình dạng của lư vực càng vuông thì Kd càng tiến dần đến 1. Ngược lại, nếu lưu vực càng hẹp thì Kd càng nhỏ hơn 1. Trị số Kd cho ta khả năng tập trung lũ của lưu vực. 5. Độ cao bình quân của lưu vực: Hbq (m) ∑ai hi H bq = (4.3) (∑ai = F) trong đó: hi là cao trình bình quân giữa hai đường đồng mức. Ai là diện tích giữa hai đường đồng mức. 6. Độ dốc bình quân của lưu vực: Ibq
4. b) Sự thay đổi hình thái lòng sông trên mặt bằng: Dòng nước trong sông chảy uốn khúc sẽ tạo nên sự phân bố vận tốc không đều trên một mặt cắt ngang của sông, làm cho bên bờ lõm có vận tốc phân bố rất lớn, tạo nên sự xói mòn bên bờ lõm, và xa về hạ lưu sông, sẽ hình thành các bãi bồi . Hiện tượng này theo thời gian càng xảy ra rõ rễt hơn, và cứ thế lòng sông phát triển dần dần tạo ra những bãi bồi nhỏ ngay giữa sông. 1197500 1197000 1196500 1196000 1195500 1195000 1194500 1194000 414500 415000 415500 416000 416500 417000 417500 418000 418500 419000 Hình 4. Trường vận tốc sông Tiền đoạn Tân Châu
5. 1000 800 600 400 200 0 -200 0 200 400 600 800 1000 Hình 7. Trường vận tốc đoạn cong sông Lũy-Phan Thanh
6. 2. Mặt cắt sông: a) Mặt cắt dọc: là mặt cắt qua trục lòng sông. Người ta xác định mặt cắt dọc sông bằng cao trình tại các điểm giữa lòng sông, nơi có địa hình thay đổi rõ rệt ( nơi sâu nhất). Sau đó, lấy cao trình này làm trục tung, vẽ theo trục hoành là chiều dài sông tương ứng. b) Mặt cắt ngang: là mặt cắt vuông góc dòng chảy 2. Độ dốc mặt nước: H − H a) Độ dốc dọc I: I = 1 2 (4.6) L Trong đó, H1 là cao trình mực nước tại mặt cắt 1 H2 là cao trình mực nước tại mặt cắt 2 L là khoảng cách giữa hai mặt cắt 1 và 2. Độ dốc I giảm dần từ nguồn đến cửa sông. Độ dốc I của sông nhỏ thường lớn hơn sông lớn, sông nhánh lớn hơn sông chính. Trên cùng một con sông, độ dốc mặt nước cũng khác nhau theo từng đoạn. b) Độ dốc ngang: Độ dốc ngang xuất hiện do ảnh hưởng của lực Coriolic hay lực ly tâm, tại những đoạn uốn cong. Dưới ảnh hưởng của lực Coriolic, Các dòng chảy ở Bắc Bán cầu có thiên hướng lệch về bên phải của dòng, nên Fl mực nước ở bờ phải cao hơn bờ trái. Ở Nam bán cầu thì lệch về bên trái, nên G F mực nước ở bờ trái cao hơn bờ phải. Hình 9. Độ dốc ngang sông của Tại những đoạn uốn cong, dưới ảnh nước dưới ảnh hưởng của lực ly tâm hưởng của lực ly tâm, mực nước của bờ lõm cao hơn bờ lồi. V. SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY SÔNG NGÒI:
7. b) Quá trình tổn thất nước: Là lượng nước mưa bị ngấm vào đất, đọng lại trên thực vật, bốc hơi ngược lại Khi cường độ mưa nhỏ hơn cường độ thấm thì tất cả mưa rơi xuống đều bị thấm vào đất. Khi cường độ mưa lớn hơn cường độ thấm thì saau khi dòng thấm vào đất bão hòa, trên mặt đất sẽ còn thửa lượng nước mưa, lượng nước này sẽ làm đầy các nơi bị trũng trong lưu vực, hoặc tràn trên sườn dốc vào các chỗ trũng hơn. Lượng nước này sẽ tiếp tục mất đi do quá trình thấm và bốc hơi, và được bổ sung trong suốt trận mưa. Sau cơn mưa, nó có thể tồn tại trong một thời gian dài rồi mới ngấm và bốc hơi hết. c) Quá trình tràn trên sườn dốc: Khi cường độ mưa lớn hơn cường độ thấm thì đến một lúc nào đó lượong mưa xuống lớn hơn lượng nước thấm, lúc này xuất hiện hiện tựơng chảy tràn. Thời gian bắt đầu hiện tượng chảy tràn phụ thuộc vào cấu trúc đất đá từng nơi. Những nơi nào ít thấm, dốc nhiều thì xuất hiện sớm hơn, và sau đó, nếu mưa mổi lúc một lớn hơn thì phạm vi chảy tràn sẽ phát triển toàn bộ lưu vực bị mưa. Dòng chảy tràn có tốc độ và bề dày lớp nước tràn phụ thuộc vào tương quan giữa cường độ mưa và thấm, độ dốc mặt đất và độ nhám mặt dốc. Rừng cây cũng là nhân tố quyết định lớp nước tràn và tốc độ, cũng như thời gian chảy tràn. d) Quá trình tập trung dòng chảy trong sông: Nước mưa tràn trên sườn dốc rồi tập trung vào sông. Sau đó chảy trong sông đến cửa ra, đây là quá trình tập trung dòng chảy trong sông. Quá trình tập trung dòng chảy trong sông bắt đầu từ khi nước chảy từ sườn dốc vào sông, cho đến khi lượng nước cuối cùng vào sông chảy ra hết khỏi cửa ra của lưu vực sông.
8. 2. Nhân tố mặt đệm: a) Vị trí địa lý và địa hình của khu vực. b) Địa chất thỗ nhưỡng. c) Lớp phủ thực vật. d) Ao hồ và đầm lầy. 3. Hoạt động của con người: a) Các hoạt động nông nghiệp: ruộng bậc thang, bờ vùng, bờ thửa. hồ chứa loại nhỏ (tác dụng giữ nước) b) Các hoạt động lâm nghiệp: trồng cây gây rừng, chắn gió, lũ c) Các hoạt động thủy lợi: Xây dựng hồ chứa, làm nhà máy thủy điện để điều tiết nước VII. NHỮNG ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA DÒNG CHẢY: 1. Lưu lượng Q. Lưu lượng dòng chảy đều trong kênh còn được tính theo công thức Chezy: 2. Tổng lượng dòng chảy sau một thời gian T: W=QtbT 3. Độ sâu dòng chảy : Y=(103W)/(106F) (mm) 4. Module dòng chảy: M=(103Q)/F (lít/(s.km2)) 5. Hệ số dòng chảy: α=Y/X với X là lượng mưa tương ứng với thời gian sinh ra W.