Bài giảng Thủy văn môi trường - Chương 5: Đo đạc thủy văn

Nội dung text: Bài giảng Thủy văn môi trường - Chương 5: Đo đạc thủy văn

1. CHƯƠNG 5 ĐO ĐẠC THỦY VĂN Người ta thực hiện các đo đạc thủy văn để thu thập các số liệu về các quá trình thủy văn. Những số liệu này giúp ta hiểu biết sâu hơn về các quá trình này, sử dụng như các số liệu đầu vào của các mô hình tính toán thủy văn dùng trong thiết kế, phân tích và viết sách. Các quá trình thủy văn biến đổi mạnh mẽ trong không gian và thời gian mang đặc tính ngẫu nhiên. Mưa có bản tính biến đổi ngẫu nhiên lớn, nên ảnh hưởng đến các quá trình khác nhiều như dòng chảy mặt, bốc hơi, dẫn đến sự dự đoán các quá trình này ít nhiều mang tính không chính xác. Để giảm mức độ không chính xác này, đòi hỏi ngành đo đạc thuỷ văn cần cung cấp số liệu tại ngay hoặc gần khu vực đáng quan tâm để có thể có những kết luận trực triếp từ thực tế. 5.1 CHUỖI ĐO ĐẠC THỦY VĂN Các đo đạc thủy văn được tiến hành theo một thời gian tại một vị trí cố định trong không gian. Ví dụ, trên lưu vực, mưa biến đổi một cách liên tục trong không gian nhưng một trạn đo mưa chỉ tiến hành đo tại một vài địa điểm riêng biệt của lưu vực. Các số liệu thu được tạo thành một “chuỗi số liệu theo thời gian” tại một địa điểm và được sử dụng trong phân tích thống kê. Nếu quy hoạch trên một tuyến hay diện tích rộng, tiến hành đo đạc nhiều vị trí khác nhau tạo một điểm thời gian thì ta có một chuỗi số liệu theo không gian. 5.2 ĐO ĐẠC NƯỚC TRONG KHÍ QUYỂN.
2. • Đo khoảng cách từ mốc khởi điểm: Phương pháp đơn giản nhất là dùng dây cáp có đánh dấu giăng ngang sông. Với những sông có bề rộng lớn thì dùng máy kinh vĩ để xác định vị trí đo • Chỉnh lý kết quả đo đạc Căn cứ vào số liệu đo đạc, vẽ ra mặt cắt ngang sông. Có mặt cắt dùng máy đo diện tích để tính diện tích tổng hợp ngang sông từ mặt nước trở xuống để làm tài liệu tính lưu lượng. 3. Đo lưu tốc và tính toán lưu lượng : Lưu tốc rất quan trọng để tính ra lưu lượn gvà nhiếu đặc trưng thủy lực khác trong dòng chảy. Mặt khác lưu tốc là một yếu tốc thủy lực quan trọng cần cho việc thiết kế cầu cống, đê đập, bến cảng Lư tốc trong sông bị ảnh hưởng bởi các nah6n tố sau đây: Hình dạng sông, độ nhám lòng dẫn, độ sâu dòng chảy, độ dốc lòng sông, hình thái bờ sông. Do đ1o sự phân bố vận tốc trên sông thiên nhiên khá phức tạp. Vận tốc trên các mặt cắt khác nhau thì khác nhau. trên cùng một mặt cắt, các điểm khác nhau cũng có vậnt tốc khác nhau. Trên cùng một mặt cắt nhang sông, càng gần bờ vận tốc càng giảm, càng gần đáy vậnt ốc càng giảm. • Đo lưu tốc bằng lưu tốc kế Người ta đo lưu tốc bằng lưu tốc kế, gồm đầu quay và bộ phận ghi chép số vòng quay. Để xác định được lưu lượng bằng lưu tốc kế, cần đo lưu tốc và mặt cắt ngang sông cùng một lúc. Đo lưu tốc trên sông được tiến hành bằng thuyền. Đưa thuyền đến từng vị trí của thuỷ trực và xác định vị trí điểm đo trên mỗi thuỷ trực, sau đó tại thủy trực này thả máy đo lưu tốc xuống từng điểm cần để đo. Ta có lưu tốc dòng chảy tại từng thủy trực. Vấn đề quan trọng là cần xác định hơp lý số thủy trực cho một mặt cắt ngang sông và số điểm trên mỗi thuỷ trực.
3. 1 Đo 2 điểm: V (V V ) tt 2 0.2 0.8 Đo 1 điểm: Vtt V0.6 3. Tính vận tốc trung bình cho bộ phận: 1 Bộ phận giữa hai thuỷ trực: V (V V ) bf 2 tti tti 1 Bộ phận gần bờ: Vbfb KVttb Trong đó K là hệ số bờ, được xác định qua đo đạc thực nghiệm, hoặc có thể lấy theo kinh nghiệm phụ thuộc vào bình đồ lòng sông, phân bố lưu tốc theo chiều rộng sông, hướng dòng chảy, Cách chọn như sau: a) Sông thẳng, đều, mặt cắt hình lòng chảo hay chữ nhật, không có luồng lách, bãi chìm, bải nổi. Lấy K=0,8-0,9. b) Sông thẳng, bộ phận gần bờ có lạch tương đối sâu, lưu tốc lớn hơn nơi xa bờ. Lấy K=0,9-1,0. c) Sông cong, lưu tốc bộ phận gần bờ tăng lên hoặc giảm đi rõ rệt. Nếu tăng lớn thì lấy K=0,9-1,0. Nếu giảm nhỏ thì lấy K=0,6-0,8. d) Nếu sông có đoạn bộ phận nước tù thì K=0,5. Trườøng hợp này cần xác định ranh giới mực nước tù ở các cấp mực nước. 4. Tính lưu lượng bộ phận: q A bf Vbf qb A bfbVbfb 5. Lưu lượng toàn mặt cắt ngang sông n 2 Q  qi  qb 1 1 6. Lưu tốc trung bình mặt cắt ngang sông Q V A
4. 7.3 CHỈNH BIÊN TÀI LIỆU THỦY VĂN. Tài liệu đo đạc từ các trạm chưa thể sử dụng mà phải qua quá trình chỉnh biên vì chúng không phản ảnh được quá trình thuỷ văn một cách liên tục và đầy đủ, chúng không phản ánh được quy luật của các quá trình thuỷ văn. Nhiệm vụ của chỉnh biên là đem các tài liệu đo đạc rời rạc và gián đoạn phân tích chỉnh lý thành những tài liệu hoàn chỉnh, liên tục phục vụ cho tính toán thuỷ văn, dự báo thuỷ văn, và các ngành khác có liên quan. 1. Chỉnh biên tài liệu mực nước: Mục đích là lập ra bảng mực nước bình quân hàng ngày, hàng tháng và cả năm. Ghi rõ mực nước cao nhất, thấp nhất, bình quân trong năm, vẽ đường quá trình mực nước trong cả năm. Các bước tiến hành sau: • Thu thập các số liệu về địa hình, địa chất lòng sông, cao trình gốc thước nước và các tài liệu khác có ảnh hưởng đến mực nước nói chung. • Thẩm tra và phát hiện các số liệu vô lý. • Vẽ đường quá trình mực nước và tính mực nước bình quân hàng ngày. Mực nước trung bình được tính phụ thuộc vào sự biến thiên mực nước trong ngày nhanh hay chậm, các khoảng thời gian có bằng nhau không. Nếu mực nước biến đổi chậm trong ngày, thì mực nước trung bình Htb được tính từ phương pháp trung bình số học ( có thể khoảng thời gian không bằng nhau). Nếu mực nước biến thiên đột ngột trong ngày thì Htb được tính như sau: 1 H0 H1 H1 H2 Hn 1 Hn Htb a1 a2 an 24 2 2 2 trong đó ai là khoảng cách thời gian giữa lần đo mực nước thứ i-1 và thứ i.
5. H Q=f(H) A=f(H) H1 V=f(H) Q1=V1A1 Q Q1 A A1 V V1 • Quan hệ Q=f(H) không ổn định: a) Không ổn định do bồi xói: khi lòng sông bị xói, cùng một mực nước, nhưng độ sâu tăng lên nên lưu lượng tăng lên, điểm quan hệ so với đường quan hệ có khuynh hướng lệch về bên phải. Còn khi lòng sông bị bồi thì ngược lại. b) Do tồn tại khu nước vật: Nước vật là hiện tượng nước dâng lên ở hạ lưu do dòng chảy bị chắn lại (do hạ lưu có một đập dâng nước, do sông nhánh chặn lại bởi bị ảnh hưởng bởi góc lệch giữa hai sông chổ cửa sông nhánh, ở hạ lưu có thuỷ triều dâng lên, ở hạ lưu có cây cỏ thuyền bè cản trở. Nước vật làm độ dốc đường mực nước thay đổi. Tương ứng với một mực nước, có nhiều lưu lượng khác nhau. Nước vật càng lớn thì độ dốc đường mực nước càng bé, lưu lượng tương ứng cũng càng bé. Điều này chứng minh được qua công thức tính lưu lượng Chezy ( Q AC RJ ). Như vậy trong trường hợp này điểm quan hệ so với đường quan hệ sẽ lệch về bên trái. c) Do nước lũ ảnh hưởng: Một trận lũ có hai thời kỳ: lũ lên và lũ xuống.