Giáo trình Đo đạc và chỉnh lý số liệu thủy văn: Phần 1

-1-<br /> <br /> LỜI NÓI ĐẦU<br /> Đo đạc và chỉnh lý số liệu thuỷ văn là môn học cơ sở của ngành Thuỷ văn – Môi<br /> trường. Từ nhiều năm nay đã được giảng dạy trong chương trình đào tạo đại học của<br /> Trường Đại học Thuỷ lợi.<br /> Do nhu cầu nâng cấp và bổ sung, được sự hỗ trợ của dự án” Tăng cường năng lực<br /> cho trường Đại học Thuỷ lợi” do chính phủ Đan Mạch tài trợ, giáo trình “Đo đạc và<br /> chỉnh lý số liệu thuỷ văn” đã được biên soạn lại và bổ sung một số nội dung như : Đo<br /> đạc chất lương nước và xây dựng cơ sở dữ liệu khí tượng thuỷ văn.<br /> Nội dung giáo trình gồm những kiến thức cơ bản về đo đạc các yếu tố thuỷ văn và<br /> phương pháp chỉnh lý số liệu thuỷ văn . Giới thiệu các thiết bị , máy móc thường dùng<br /> hiện nay để quan trắc ở các trạm thuỷ văn hiện nay ở nước ta .<br /> Giáo trình gồm 5 chương :<br /> Chương 1 : Giới thiệu chung<br /> Chương 2 : Đo đạc và chỉnh lý số lượng nước<br /> Chương 3 : Đo chất lượng nước và chỉnh lý số liệu<br /> Chương 4 : Xây dựng cơ sở dữ liệu khí tượng thuỷ văn<br /> Chương 5 : Thực tập môn học đo đạc và chỉnh lý số liệu thuỷ văn<br /> Giáo trình do tập thể giáo viên bộ môn Chỉnh trị sông biên soạn. Do thời gian có<br /> hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự góp ý của độc giả để nâng<br /> cao chất lượng của giáo trình trong những lần xuất bản sau.<br /> PGS. TS. Đỗ Tất Túc<br /> <br /> -2-<br /> <br /> Chương I<br /> GIỚI THIỆU CHUNG<br /> 1.1. Tầm quan trọng và mục đích của việc quản lý và đo đạc số liệu thuỷ văn<br /> Nước là một loại tài nguyên quý giá và được coi là vĩnh cửu. Không có nước thì<br /> không có sự sống trên hành tinh chúng ta. Nước là động lực chủ yếu chi phối mọi hoạt<br /> động về dân sinh, kinh tế của con người. Nước được sử dụng rộng rãi trong nông<br /> nghiệp, công nghiệp, thuỷ điện, giao thông vận tải, nuôi trồng thuỷ sản v v…<br /> Trên hành tinh chúng ta nước tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau: nước trên mặt<br /> đất, nước ngoài đại dương, nước trong sông, hồ, ao, nước ngầm, nước trong không khí,<br /> băng tuyết và các dạng khác.<br /> Nước có hai thuộc tính cơ bản, đó là gây lợi và gây hại. Nước là nguồn động lực<br /> cho hoạt động kinh tế nhưng nó cũng gây ra những hiểm hoạ ghê gớm cho con người,<br /> những trận lũ quét có sức phá huỷ rất lớn gây thiệt hại về người và tài sản cho một vùng<br /> dân cư và phá huỷ cân bằng sinh thái trên vùng lãnh thổ mà nó tràn qua.<br /> Tài nguyên nước được coi là vĩnh cửu nhưng không phải là vô tận, mặt khác tài<br /> nguyên nước phân bố cũng không đồng đều, trên hành tinh có những vùng khô hạn và<br /> những vùng phong phú về nước. Chẳng hạn trên lãnh thổ nước ta lượng mưa vùng Bắc<br /> Quang – Hà Giang khoảng trên 3000 mm/năm, nhưng vùng Phan Thiết – Bình Thuận<br /> lượng mưa năm chỉ khoảng 600-700 mm.<br /> Đo đạc và chỉnh lý số liệu thuỷ văn là nội dung quan trọng trong công tác điều tra,<br /> quản lý tổng hợp tài nguyên nước.<br /> 1.2. Số liệu thuỷ văn (số lượng, chất lượng)<br /> Tài nguyên nước được đánh giá bởi ba đặc trưng là lượng, chất lượng và động thái<br /> của nó.<br /> Lượng là đặc trưng biểu thị tiềm năng và mức độ phong phú của tài nguyên nước<br /> trên một vùng lãnh thổ.<br /> Chất lượng nước bao gồm các đặc trưng về hàm lượng các chất hoà tan hoặc<br /> không hòa tan trong nước (có thể có lợi hoăc hại tuỳ theo tiêu chuẩn của đối tượng sử<br /> dụng nước)<br /> <br /> -3-<br /> <br /> Động thái của nước thể hiện bởi sự thay đổi các đặc trưng về lượng và chất theo<br /> thời gian và không gian, sự trao đổi nước giữa các vùng lãnh thổ, quy luật vận động của<br /> nước trong sông, trao đổi nước mặt và nước ngầm, quá trình trao đổi các chất hoà tan<br /> (truyền mặn) vv…<br /> Chẳng hạn nguồn nước sông Hồng chảy qua mặt cắt Sơn Tây với tổng lượng nước<br /> trung bình hàng năm khoảng 120 tỷ m3 (lượng) và trong mỗi mét khối nước đó chứa<br /> khoảng 200 gam bùn cát lơ lửng (chất lượng). Trong số 120 tỷ m3/năm thì sông Đà đóng<br /> góp xấp xỉ 50% còn lại là sông Lô và sông Thao chuyển tiếp xuống hạ lưu tổng lượng<br /> nước đó lại chuyển qua sông Đuống khoảng 35% hoà nhập với nguồn nước hệ thống<br /> sông Thái Bình (đó là quy luật vận động).<br /> Những số liệu đặc trưng của tài nguyên nước nêu trên là cơ sở cho công tác quy<br /> hoạch lợi dụng, khai thác nguồn nước sao cho có hiệu quả nhất, đồng thời có biện pháp<br /> hạn chế “thuỷ tai “ tới mức thấp nhất.<br /> 1.3. Hệ thống trạm đo (tiêu chuẩn và hệ thống trạm đo hện nay của Việt Nam)<br /> Để có được số liệu về đặc trưng tài nguyên nước như nêu trên cần thiết phải có<br /> các trạm đo phân bố trên toàn hệ thống sông, các trạm đo được trang bị các phương tiện<br /> kĩ thuật thích hợp để thu thập số liệu cụ thể về số lượng, chất lượng và quy luật vận động<br /> của nguồn nước.<br /> Các đặc trưng của tài nguyên nước không ngừng thay đổi theo thời gian (theo<br /> mùa, theo năm và nhiều năm) và không gian (từ nguồn sông đến trung du, đồng bằng,<br /> cửa sông)<br /> Vì vậy vấn để đặt ra là trên một hệ thống sông cần bao nhiêu trạm đo, phân bố ở<br /> những vùng nào, đo những yếu tố gì, cần thiết phải có thiết bị đo thế nào, phương pháp<br /> đo và tính toán ra sao để có được số liệu về tài nguyên nước của cả hệ sông với chi phí<br /> thấp nhất và số liệu chính xác và đầy đủ nhất.<br /> Đó chính là những nội dung môn học đo đạc và chỉnh lý số liệu thuỷ văn.<br /> 1.3.1. Mạng lưới trạm thuỷ văn<br /> <br /> Mạng lưới trạm thuỷ văn do nhà nước thành lập để làm nhiệm vụ đo đạc thu thập<br /> số liệu về mực nước, lưu lượng nước, hàm lượng bùn cát trong hệ thống sông nhằm phục<br /> vụ dân sinh và xây dựng phát triển kinh tế.<br /> 1.3.1.1. Phân cấp các trạm thuỷ văn<br /> <br /> -4-<br /> <br /> Căn cứ theo số lượng yếu tố đo đạc có thể chia ra ba cấp trạm thuỷ văn sau đây:<br /> 1). Trạm thuỷ văn cấp I: có nhiệm vụ đo ba yếu tố là mực nước, lưu lượng nước<br /> và bùn cát lơ lửng.<br /> 2). Trạm thuỷ văn cấp II: cũng có nhiệm vụ đo ba yếu như trạm thuỷ văn cấp I<br /> nhưng chủ yếu là đo mực nước còn lưu lượng nước và bùn cát chỉ đo một số thời đoạn<br /> nhất định trong năm (trạm cấp I đo suốt cả năm)<br /> 3). Trạm thuỷ văn cấp III: chỉ đo mực nước .<br /> 1.3.1.2 Phân loại trạm thuỷ văn<br /> Căn cứ đối tượng phục vụ và thời gian hoạt động có thể chia ra hai loại trạm như sau:<br /> 1) Trạm thuỷ văn cơ bản<br /> Loại trạm cơ bản thu thập số liệu nhằm phục vụ cho nhiều đối tượng (thuỷ lợi,<br /> giao thông thuỷ, phòng chống lũ lụt…) và thời gian hoạt động thường xuyên trên 20 năm<br /> và không khống chế thời gian tối đa (càng lâu năm càng tốt.<br /> 2) Trạm thuỷ văn chuyên dùng<br /> Loại trạm này đo đạc để có số liệu phục vụ cho một đối tượng cụ thể và thời gian<br /> hoạt động tuỳ thuộc yêu cầu của đối tượng sử dụng số liệu.<br /> Chẳng hạn một trạm cấp III chuyên dùng chỉ đo mực nước phục vụ công tác thi<br /> công một nhà máy thuỷ điện trong thời giam bảy năm.<br /> Ngoài cách phân loại trên còn có thể phân loại theo nhân tố ảnh hưởng.<br /> Chẳng hạn trạm thuỷ văn vùng ảnh hưởng triều và trạm thuỷ văn không ảnh<br /> hưởng triều.<br /> 1.3.1.3. Phân bố các trạm thuỷ văn trên hệ thống sông<br /> 1) Về số lượng trạm thuỷ văn<br /> Xét theo yêu cầu kĩ thuật có thể nói rằng trên một hệ thống sông không hạn chế<br /> số lượng trạm thuỷ văn, có nghĩa càng có nhiều trmạ đo thì số liệu sẽ thể hiện đầy đủ chi<br /> tiết quy luật vận động của nguồn nước. Điều này giúp cho công tác quy hoạch sử dụng<br /> nước hợp lí, hiệu quả hơn, giúp cho thiết kế công trình giảm nhỏ hệ số an toàn tăng hiệu<br /> ích kinh tế. Tuy nhiên bố trí nhiều trạm đo sẽ tăng chi phí thiết bị đo đạc, nhân lực và công<br /> tác quản lí vv…<br /> Do đó quy hoạch về số lượng trạm thuỷ văn trên hệ thống sông tuỳ thuộc sự tính<br /> toán cân đối giữa quy hoạch sử dụng nguồn nước (thuỷ lợi, thuỷ điện, công nghiệp, giao<br /> <br /> -5-<br /> <br />