Giáo trình Khí tượng thủy văn (Nghề: Khoa học cây trồng - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:20

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Khí tượng thủy văn với mục tiêu giúp các bạn có thể trình bày được các khái niệm khí quyển, bức xạ mặt trời, nhiệt độ, độ ẩm, gió, mưa. Trình bày được các và xử lý các thông tin từ các bản tin dự báo khí tượng thủy văn trong vùng. Trình bày được đặc tính vật lý của nước, Lưu vực sông và chu trình thuỷ văn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 2 giáo trình!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Khí tượng thủy văn (Nghề: Khoa học cây trồng - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp

CHƯƠNG 2 THỦY VĂN MH 27-01 Giới thiệu: Thủy Văn là khoa học nghiên cứu về tài nguyên nước. Từ trước đến nay, chúng ta hiểu thủy văn nghiên cứu nước ở lục địa. Đó là tất cả những gì liên quan đến nguồn nước mặt và nước ngầm. Chương này còn giới thiệu đặc tính vật lý của của nước, đặc tính của mây, mưa và chu trình thủy văn từ đó biết được mối quan hệ giữa thủy văn với đời sống cây trồng gắn liền với sản xuất nông nghiệp. Mục tiêu: - Kiến thức: Trình bày được đặc tính vật lý của nước, Lưu vực sông và chu trình thuỷ văn. - Kỹ năng: Xác định được điều kiện thời tiết, thủy văn ảnh hưởng đến cây trồng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Biết được tình hình thủy văn để xây dựng lịch thời vụ cho cây trồng. Có ý thức học tập, rèn luyện nâng cao trình độ chuyên môn. 1. Đặc tính vật lý của nước 1.1. Cấu trúc nước (Hình 2.1) Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc phân tử nước Ta thấy phân tử nước có đặc tính phân cực mạnh. H+ không đối xứng nhau qua 0. Điều này dẫn đến sự phân bố không đều của các điện tích. Những đặc điểm này làm cho các phân tử nước hợp với nhau tạo thành tổ hợp phân tử. Nước có công thức đơn giản nhất: H20 - gọi là hydơrôn; do 2 phân tử đơn giản 42
hợp thành (H20)2 - hai hydơrôn ; sự tập hợp của 3 phân từ đơn giản (H20)3 – ba hydorồn. Tỷ lệ, %, các dạng phân tử nước trình bày trong (Bảng 2.1). Bảng 2.1: Tỷ lệ các dạng phân tử nước, % Dạng của Nước các phân Băng 00C 40C 380C 980C từ nước H20 0 19 20 29 36 (H20)2 41 58 59 50 51 (H20)3 59 23 21 21 13 Ta thấy, trong bằng không có phân tử nước đơn giản, ưu thế thuộc về dạng 3 phân tử; thể lông thì chủ yếu là dạng 2, 3 phân tử. 1.2. Mật độ và tỷ khối (Hình 2.2) Hình 2.2: Biểu đồ trạng thái của nước Mật độ của nước cất ở 4° C được lấy làm đơn vị mật độ, p = 7 g / cm. Đại lượng m/g gọi là tỷ khối. Mật độ của nước phụ thuộc vào nhiệt độ của nó, độ khoáng hoá, áp suất, lượng hạt lơ khoảng từ 0 đến 4° C vì quá trình tạo hydorộn và hai hydouôn làm giảm thể tích lấn át quá trình tăng khoảng cách giữa các phân tử, ở 4°C hai quá trình này cân bằng, mật độ cực đại; sau 4°C, quá trình tăng khoảng cách do tăng nhiệt độ mạnh hơn, thể tích tăng lên làm cho mật độ giảm xuống. 43
1.3. Nhiệt ẩn bốc hơi và nóng chảy Nhiệt ấn bốc hơi, L, là nhiệt lượng cần thiết để chuyển lg nước từ thể lỏng sang thể hơi mà không thay đổi nhiệt độ và áp suất khí quyển bình thường. L = 597-0.571. calo / g Trong đó, t- nhiệt độ của bề mặt bốc hơi. Nhiệt ấn nóng chảy là nhiệt lượng cần thiết để cho lg tuyết hoặc băng thành lông ở cùng nhiệt độ. Khi nước thành hơi và băng, tuyết hóa lỏng, năng lượng phải tiêu hao để thắng sức hút phân tử và phá hủy các tổ hợp 2, 3 phân tử. Cho nên nhiệt ấn bốc hơi và nóng chảy của nước lớn hơn nhiều của các chất lỏng khác. 1.4. Tính dẫn điện Nhiệt dung của nước là lượng calo cần thiết để đốt nóng 1 g nước lên 1 độ, calo/ g. °C. Nước có nhiệt dung lớn nhất, trừ H, và amoniac. Nhờ nhiệt dung lớn mà sự thay đổi nhiệt độ của nó diễn ra một cách chậm chạp. Hệ số dẫn nhiệt là dòng nhiệt đi qua tiết diện làm trong thời gian 1 giây khi nhiệt độ thay đổi 1°C trong lớp dày 1cm. 1.5. Độ nhớt. Sức căng mặt ngoài Độ nhớt của chất lỏng là tính chất chống lại sự chuyển dịch tương đối giữa các lớp tiếp giáp. Định luật ma sát của Newton là biểu thức toán học của lực ma sát trong hoặc độ nhớt trong dòng chất lỏng chảy tầng. - Lực hấp dẫn tác động giữa các phân tử nước gây ra trên bề mặt phân chia nước - không khí – vật rắn, hiện tượng này gọi là sức căng mặt ngoài. Những phân tử nước trên mặt chịu một sức hút hướng vào trong khối nước lớn hơn theo hướng của các hạt nước ở thế hơi trong không khí. 1.6. Các quy luật chảy tầng, chảy rối Dòng chảy mà trong đó chất lỏng di chuyển thành từng lớp, không có sự hòa trộn và không có các xung động (nghĩa là thay đổi vận tốc và áp suất nhanh và hỗn loạn). Dòng chảy tầng hiếm gặp trong đời sống, ví dụ như dòng chảy nước ngầm trong lòng đất, các dạng dòng chảy đối với những chất lỏng có độ nhớt cực cao. Trong động lực học chất lưu, sự rối loạn của dòng chảy hay dòng chảy rối là một chế độ dòng chảy đặc trưng bởi những thay đổi hỗn loạn của áp suất và vận tốc dòng chảy. Ngược lại với dòng chảy tầng, dòng chảy rối liên quan số Reynolds cao, trong đó lực quán tính lớn hơn nhiều so với lực nhớt. Trong dòng chảy rối, các xoáy rối không ổn định xuất hiện với nhiều kích cỡ 44
khác nhau và chúng tương tác với nhau. Lực cản (drag) do ma sát bề mặt lớp biên tăng lên. Cấu trúc và vị trí tách lớp biên thường xuyên thay đổi, đôi khi dẫn đến việc giảm lực cản tổng thể. Hiệu ứng này được khai thác trong thiết kế các tấm lái ngang (spoilers) khí động học trên xe ô tô và máy bay. Dòng chảy rối thường được quan sát thấy trong các hiện tượng hàng ngày như sóng cuộn (surfing), chuyển động của các đám mây và khói. Hầu hết các dòng chảy xảy ra trong tự nhiên và trong các ứng dụng kỹ thuật là các dòng chảy rối. Tuy nhiên, dòng chảy rối từ lâu đã là một thách thức trong phân tích vật lý. Richard Feynman đã mô tả nó như là vấn đề quan trọng nhất chưa được giải quyết của vật lý cổ điển. Hình 2.3: Dòng chảy tầng (a) và dòng chảy rối (b) trong một lớp phẳng 2. Lưu vực sông và chu trình thuỷ văn 2.1. Hệ thống sông ngòi Một con sông được hình thành trên một lưu vực xuất phát từ nguồn – những mạch nước, suối, hồ... cho đến cửa sông nơi đổ nước vào một con sống khác, hồ hoặc biển, là một hệ thống cần được xem xét nhiều mặt. Các sống trực tiếp chảy ra biển hoặc vào lòng hồ trong nội địa gọi là sông chính. Các sông chảy vào sông chính gọi là sông nhánh cấp I, các sông chảy vào sông nhánh cấp I gọi là sông nhánh cấp II... Chúng có thể phân bố theo kiểu nan quạt , hình lông chim, cành cây, hình song song...(Hình 2.4). 45
Hình 2.4: Các kiểu phân bố của hệ thống sông 1 - Kiểu nan quạt . 2 – Kiêu lông chim . 3- Kiểu cành cây . 4 – Kiếu song song Càng về xuôi lượng nước và kích thước càng tăng, tốc độ trung bình và độ dốc giảm xuống. Vì vậy, đối với sông lớn người ta thường chia ra thượng lưu, trung lưu và hạ lưu để thuận tiện hơn trong việc khai thác tiềm năng kinh tế. Ở phần cuối của hạ lưu, dòng chảy đổ ra biển qua vùng chuyên tiếp chịu ảnh hưởng của biến, đặc biệt là chế độ triều. Tốc độ dòng chảy giảm xuống, sự xâm nhập của triều gây ra sự xáo trộn nước ngọt và mặn, độ rộng của sông tăng mạnh tạo nên kiểu tam giác hay cửa sông hình phễu. Trong các loại cửa sông, diễn biến cửa sông đổ ra biển là phức tạp nhất vì chịu ảnh hưởng các yếu tố động lực của sông và biển. Cửa sông ra biển có 2 loại chính: kiểu tam giác châu và hình phễu hay loa (Hình 2.5). 46
Hình 2.5: Cửa sông ra biển a - Cửa sông tam giác châu. b - Cửa sông hình loa 1 – Đoạn gần cửa sông. 2 - Đoạn của sông. 3 – Đoạn ngoài biển. 4 – Bờ biển. 5 – Đường dốc sâu Đoạn gần cửa sông với ranh giới dưới là nơi sông bắt đầu phân dòng rẻ, tác dụng của dòng triều yếu nên nước mặn, bùn cát ở biển không vào tới đây. Khi triều lên, độ dốc và lưu tốc nhỏ làm bùn cát lắng đọng nhiều. Khi triều rút, bùn cát này lại bị xói đi. Quá trình bồi, xói diễn ra phức tạp. Trong lòng sông thường có khối sa bồi, doi cát, bãi cạn,... lòng sông do bồi sẽ cao dần lên. Đoạn cửa sông có ranh giới dưới là mép ngoài của tam giác châu, ranh giới trên là Fanh giới dưới của đoạn gần cửa sông. Vào mùa lũ, độ dốc mặt nước lớn, lòng sông bị xói mạnh nên hình thành các hố sâu; bùn cát xói được mang đi bôi lăng lại cửa vào tạo thành các bãi chắn cửa và dại cát. Do bãi chắn của dòng sông chia làm 2 nhánh. Ở ngoài mồi nhanh lại xuất hiện bãi chắn và dài cái mới. Cứ như vậy cửa sông không ngừng kéo dài phía biển, phân ra như các nhánh của cành cây. Đoạn ngoài biển các diễn biến phụ thuộc vào độ sâu biển. Vùng biển cạn, ảnh hưởng của sóng và hải lưu yếu, bãi chắn cửa phát triển. Vùng biển sâu, bãi chắn và doi cát không phát triển vì bị sóng và hài lưu mang đi. 2.2. Lưu vực sông Lưu vực sông là diện tích bề mặt hứng nước mưa và tập trung nước cho sông. Lưu vực của các sông được ngăn cách bởi đường phân nước. Đây là đường nối liền các điểm cao nhất xung quanh lưu vực. Tại đây nước mưa theo sườn dốc đi về 2 lưu vực của 2 con sông. Đường phân nước Nguồn sông Sông 47
nhánh cấp II Hợp lau Sông Điểm thoát nước chính Sông nhánh cấp 1 (Hình 2.6). Hình 2.6: Lưu vực sông Hình 2.6 giới thiệu lưu vực của sông và đường phân nước của nó. Rõ ràng, diện tích khống chế bởi đường phân nước là diện tích lưu vực. và được đo bằng máy đo diện tích trên bản đồ có tỷ lệ lớn 1 : 5000 hoặc 1 : 10000 Lưu vực kín: lưu vực có đường phân chia nước mặt trùng với đường phân chia nước ngầm, nghĩa là không có nước mặt và nước ngầm từ lưu vực khác chảy đến. Lưu vực hở: ngược lại, nghĩa là sẽ có lượng nước ngầm từ lưu vực khác chảy vào và ngược lại. 2.3. Chu trình thủy văn Nước trong tự nhiên không ngừng tuần hoàn do tác dụng của năng lượng mặt trời và trọng lực trái đất. Nước trên mặt biển, đại dương, trên mặt sông, hồ ở mặt đất và từ trong sinh vật được mặt trời đốt nóng, không ngừng bốc hơi và phát tán vào khí quyển. Hơi nước trong khí quyển tập trung thànhcác khối mây. Khi gặp lạnh, hơi nước ngưng tụ thành mưa rơi xuống mặt biển, đại dương và mặt đất. Một phần nước mưa bốc hơi trở lại khí quyển, một phần thấm xuống đất thành dòng chảy ngầm rồi đổ ra sông biển, một phần khác chảy tràn trên mặt đất theo trọng lực rồi đổ ra sông, biển. Cứ như thế, nưóc từ trái đất bay vào khí quyển, rồi từ hí quyển đổ vào đất lại tạo ra một chu trình khép kín, hình thành vòng tuần hoàn nước trong thiên nhiên, ta gọi đó là chu trình thủy văn 48
(hydrological cycle). Chu trình thủy văn được minh họa ở hình 2.7 và hình2.8. Hầu hết các loại nước đều tham gia vào vòng tuần hoàn, chỉ trừ các loại nước ở trạng thái liên kết hóa học trong các tinh thể khoáng vật, nước nằm trong các tầng sâu của trái đoất và nước ở trong các núi băng vĩnh cửu ở 2 cực. Hình 2.7: Minh họa chu trình thủy văn trên trái đất 49
Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống của chu trình thủy văn 2.4. Thuỷ triều Định nghĩa thuỷ triều Mực nước biển lên xuống theo một chu kỳ nhất định gọi là thủy triều (tide). Nói cách khác, thủy triều là hiện tượng chuyển động của nước biển dưới tác động của các lực gây ra bởi mặt trăng, mặt trời và các hành tinh khác lên các chất điểm nước của đại dương. Nói chung, trong một ngày đêm, thường có 2 lần triều lên và 2 lần triều xuống (một lần vào ban ngày, một lần vào ban đêm), có 2 đỉnh và 2 chân khác nhau (Hình 2.9). 50
H (m) Đỉnh triều cao . Đỉnh triều thấp Biên độ triều (lớn) Biên độ triều (nhỏ) Sóng triều T (ngày) Chu kỳ triều Chân triều cao Chân triều thấp 1 ngày mặt trăng Hình 2.9: Diễn biến một con triều trong một ngày Đối với mỗi con triều, khi mực nước triều lên gọi là triều dâng (the rising tide), dâng đến mức cao nhất gọi là đỉnh triều. Khi mực nước triều xuống gọi là triều rút (the flowing-out tide), rút đến mức thấp nhất gọi là chân triều. Đối với 2 con triều trong 1 ngày, đỉnh tương đối cao gọi là đỉnh triều cao, đỉnh thấp hơn gọi là đỉnh triều thấp. Tương tự, ta cũng có chân triều cao và chân triều thấp. Chênh lệch mực nước giữa đỉnh triều và chân triều kế tiếp gọi là biên độ triều (tidal amplitude). Người ta cũng phân biệt biên độ triều lớn (chỉ khoảng cách giữa mực nước cao nhất và thấp nhất), tương tự là biên độ triều nhỏ. Khoảng cách về thời gian giữa 2 đỉnh (hoặc 2 chân) liền nhau gọi là chu kỳ triều (tidal cycle). Trong 1 tháng có 2 thời kỳ triều lớn, mỗi thời kỳ từ 3 - 5 ngày, triều lên xuống rất mạnh (lên rất cao, xuống rất thấp), gọi là kỳ triều cường, và 2 thời kỳ triều bé lên xuống rất yếu, gọi là kỳ triều kém (Hình 2.10). 51
Hình 2.10: Diễn biến thay đổi mực nước triều tháng (triều Biển Đông tháng 1/1982) Phân loại thuỷ triều Dựa vào chu kỳ triều, người ta phân thủy triều trên thế giới thành 4 loại: + Bán nhật triều đều Bán nhật triều đều (regular semidiurnal tide) là hiện tượng xảy ra trong một ngày mặt trăng (24h48') có 2 lần triều lên và 2 lần triều xuống. Đỉnh và chân trong 2 lần xấp xỉ bằng nhau, chu kỳ triều gần bằng 12h24' (Hình 2.11). Dạng triều này xuất hiện ở khắp Đại Tây Dương. Ở Việt Nam, cửa biển Thuận An, Huế có loại thủy triều này. Vùng biển Banboa, Panama là nơi điển hình cho loại triều này. H (m) Đỉnh triều t (h) 12 h 24' Chân triều 24 h 48' Hình 2.11: Bán nhật triều đều + Bán nhật triều không đều 52
Bán nhật triều không đều (irregular semidiurnal tide) là hiện tượng xảy ra trong 1 ngày mặt trăng, cũng có 2 lần triều lên và 2 lần triều xuống, nhưng đỉnh và chân triều trong 2 lần đó khác nhau. Dạng triều này có nhiều nơi thuộc Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương. Vùng biển Vũng Tàu thuộc dạng bán nhật triều này. + Nhật triều đều Nhật triều đều (regular diurnal tide) là hiện tượng xảy ra trong 1 ngày mặt trăng chỉ có 1 lần triều lên và 1 lần triều xuống, chu kỳ triều xấp xỉ bằng 24 h 48' (Hình 2.12). Dạng triều này có trong một số ít biển chủ yếu thuộc Thái Bình Dương. Ở Việt Nam, vùng biển Hòn Dáu, Hải Phòng dạng triều này. Vùng biển nước Úc là nơi đặc trưng cho loại nhật triều đều. H (m) Đỉ nh triều t (h) 12 h 24' Chân triều 24 h 48' Hình 2.12: Nhật triều đều + Nhật triều không đều Nhật triều không đều (irregular diurnal tide) là hiện tượng trong 1 ngày mặt trăng có 1 lần triều lên và 1 lần triều xuống, nhưng trong thời gian nửa tháng số ngày xuất hiện nhật triều không quá 7 ngày, các ngày còn lại xuất hiện bán nhật triều (Hình 2.13). Loại triều này có ở nhiều nơi thuộc Thái Bình Dương. Ở biển Việt Nam, vùng Cửa Hội, Qui Nhơn, vùng biển Hà Tiên là nhật triều không đều. Vùng biển cảng Đà Nẳng, có chế độ nhật triều 53
Hình 2.13: Triều ở Biển Tây vùng ĐBSCL là dạng nhật triều không đều Hai loại triều dưới gọi chung là là triều hỗn hợp (mixed tide) hay tạp triều. Vùng biển Hà Tiên cũng là một nơi mang tính chất triều hỗn hợp. Chế độ thủy triều rất phức tạp, không thể hoàn toàn giống nhau cho dù trên cùng một vùng biển. Bảng 2.2 dưới đây cho thấy, dọc theo bờ biển Đông của Việt Nam, chế độ thủy triều khá khác xa nhau. Bảng 2.2: Thủy triều ở một số cảng chính ở Việt Nam Mực nước Độ lớn thủy triều TT Cảng Chế độ triều trung bình trung bnh kỳ nước (m) cường (m) 1 Cửa Ông Nhật triều đều 2,19 3,0 2 Hải Phòng Nhật triều đều 2,00 3,1 3 Đồ Sơn Nhật triều đều 1,90 3,0 4 Vinh Nhật triều không đều 1,71 2,5 5 Đà Nẳng Nhật triều không đều 0,90 1,0 6 Qui Nhơn Nhật triều không đều 1,24 1,4 7 Nha Trang Nhật triều không đều 1,30 1,4 8 Cam Ranh Nhật triều không đều 1,24 1,5 9 Cà Ná Nhật triều không đều 1,00 1,6 10 Sài Gòn Bán nhật triều không - 3,0 11 Vũng Tàu đều 2,42 3,3 12 Hà Tiên Bán nhật triều không - 0,8 13 Côn Sơn đều 2,28 3,3 Nhật triều không đều Nhật triều không đều 54
+ Nguyên nhân gây ra thuỷ triều Mặt trăng và mặt trời tác dụng tương hỗ với trái đất và gây ra lực tạo triều. Do mặt trăng ở gần trái đất hơn nên lực tạo triều của mặt trăng lớn hơn 2,17 lần lực tạo triều của mặt trời, mặt dầu mặt trời có khối lượng lớn hơn nhiều (Hình 2.14). Nước kém Nước lớn Mặt trăng Trái đất (trăng tròn) TRIỀU CƯỜNG Mặt trời Mặt trăng (bán nguyệt) Nước lớn Nước kém Trái đất TRIỀU KÉM Mặt trời Hình 52.14: Lực hút tương hỗ của mặt trăng và mặt trời tạo nên sự thay đổi mực nước triều Theo luật vạn vật hấp dẫn, lực hút của mặt trăng đối với 1 đơn vị khối lượng chất điểm nước bằng: FP = G. RM2 Trong đó: G : là hằng số hấp dẫn M : khối lượng mặt trăng R : khoảng cách từ mặt trăng đến chất điểm nước 55
Thủy triều trên thực tế là tổng hợp của lực tạo thủy triều mặt trăng và thủy triều mặt trời. Thêm vào đó các điều kiện vật lý như địa hình đáy, đường bờ, ma sát dòng chảy v.v.... còn tác dụng làm cho hiện tượng thủy triều biến dạng và phức tạp hơn. Do phân tích chuyển động của hệ thống mặt trăng - trái đất, một chất điểm nước trên trái đất sẽ chịu tác dụng của 4 lực: 1. Lực hấp dẫn của mặt trăng; 2. Lực hấp dẫn về tâm trái đất (trọng lực); 3. Lực ly tâm do trái đất quay chung quanh trọng tâm chung; 4. Lực ly tâm do trái đất tự quay quanh trục của nó. Trong đó, lực (2) và (4) có hướng và độ lớn tác dụng đối với mỗi điểm cụ thể trên trái đất đều không đổi, nên không ảnh hưởng đến thủy triều. Còn lại lực (1) và (3) là 2 lực gây ra thủy triều. 3. Nước dưới đất 3.1. Cơ chế xâm nhập của nước vào đất Mưa xuống, trước hết, đọng lại trên thảm thực vật rồi rơi xuống đất và thấm xuống các lớp sâu bên dưới. Nước mưa thấm vào đất nhiều hay ít phụ thuộc vào rất nhiều yêu tố: cường độ và lượng mư, độ che phủ mặt đất, độ rộng của đất, ẩm độ đất, cấu trúc dát... Những đặc trưng định lượng của thấm là: Cường độ thấm hay tốc độ thấm là lượng nước thấm tính bằng mm qua 1 don vi diện tích đất đá trong 1 đơn vị thời gian. Tốc độ thấm ướt trung bình là tỷ số giữa độ sâu cực đại Zar ở đó vào thời điểm cho biết do thấm mà ẩm độ của đất thay đổi và thời gian t tính từ khi nước chảy tới mặt đất cho đến khi độ ẩm ở Zman bắt đầu thay đổi 2 mun 1. Tốc độ chuyển động thực của ranh giới thấm ướt ở thời điểm c bằng đạo hàm của độ sâu thẩm thấu S theo thời gian: ds V = dz Tốc độ thấm của một số loại đất được trình bày trong Bảng 6 dưới đây. Loại đất Cát Cát pha Sét pha Tốc độ thấm, mm / phút 3.00 - 3.40 1.50 – 3.00 0.66 – 1.50 0.06 -0.70 Sét Nguồn: Sổ tay kỹ thuật thủy lợi. Thấm tự do là sự chuyển động của nước quanh các hạt đất đá mà không lấp đầy các lỗ hổng. Sự chuyển dịch của nước xuống những lớp đất sâu và tới mực nước ngầm nhờ thấm tự do. Thấm tự do có thể thấy ở giai đoạn xâm nhập đầu tiên của nước vào đất khi nước chưa lấp đầy các lỗ hổng trong đất. Cơ chế xâm nhập của nước vào đất nhờ tác động của những lực sau: Trọng lực của cột nước S, Lực hút của mặt lõm mao quản đo bằng chiều cao thấm nước mao quản 56
H. Áp lực của lớp nước trên mặt h, Chênh lệch áp lực không khí trong đất P và áp lực khí quyển P, hình thành ở mặt dưới của lớp nước thấm, P - P. Tất cả các lực nêu trên biểu thị bằng độ cao cột nước tỷ lệ với áp lực thủy tĩnh tạo nên P. umim S iP + HS Hình 2.15: Các lực tác động lên nước thấm vào đất 3.2. Vị thế của nước ngầm Hinh 2.16 cho biết một cách tổng quát sự phân bố các tầng nước ngầm và các vị trí khai thác nước ngầm có áp tự phun hoặc không. Hình 2.16: Sơ đồ phân bố nước ngầm Trong một số trường hợp nước ngầm hình thành và ở những vị trí khá dặt biệt (Hình 2.17). 57
Hình 2.17: Một số dạng đặc biệt của nước ngầm 3.3. Sự tác động qua lại giữa nước mặt và nước ngầm Nước ngâm và nước mặt gắn với nhau chặt chẽ. Dòng chảy mặt ảnh hưởng mạnh mẽ đến nước ngầm ở các vùng ven sông, ngược lại, nước ngầm bổ sung cho dòng chảy māt. Sự trao đổi giữa nước mặt và nước ngầm phụ thuộc vào sự thay đổi mực nước của dòng mặt và dòng ngầm, điều kiện địa chất thuỷ văn và địa hình địa mạo của địa phương. Nhung sống có lượng nước chảy mạnh lòng sông bị bào mòn rất sâu, mực nước ngầm thường cao hơn mực nước sông nên luôn chảy vào sông, do đó sau khi tạnh mưa rất lâu ở sông vẫn có dòng chảy. Ở những sông suối nhỏ thường nông, đáy sông cao hơn mực nước ngầm nên không được bổ sung nước thường xuyên, sau khi mưa tạnh một Trong mùa khô nước ngầm là nguồn bổ sung chủ yếu cho dòng chảy ở sống. Vì lượng nước ngầm trừ trong lưu vực rất lớn nên dòng chảy ngầm tương đối ổn định và không dao độntg nhiều như dòng chảy mặt. Hình 36 mô tả sự liên hệ giữa nước mặt và nước ngầm (Hình 2.18). 58
Hình 2.18: Tương quan giữa nước ngầm và nước mặt 1 – Lớp giữ nước . 2 – Tầng chứa nước. a - Hướng về sông. b – Hướng từ sông. C- Không liên hệ thủy lực. d - Liên hệ thủy lực trong dãi hẹp ven bờ Không phải tất cả nước ngầm đều chảy vào sông, trong quá trình vận động có một phần nước bị rễ cây ăn sâu dưới đất hút mất, một phần do hiện tượng mao dẫn hút nước lên mặt đất rồi bốc hơi. Ngoài ra cũng có một phần chảy sang khu vực khác. 3.4. Đặc tính lý hóa của nước ngầm Trong quá trình ngấm qua các lớp đất đá, phản ứng hoá học có thể xảy ra với các chất có trong đất. CO, và các axit hữu cơ do các vi sinh vật tiết ra làm tăng hoạt tính hoá học của nước, làm cho nó có thể tác dụng với nhiều loại đất, đá và khoáng chất khác nhau. Sự biến đổi của các loại đất, đá và khoáng vật dưới tác dụng của nước, không khí và các yếu tố bên ngoài khác gọi là sự phong hoá. Hiện tượng này chịu ảnh hưởng khá mạnh của axit. Như vậy, sự tiêu thụ axit trong phong hoá làm nước ngầm giàu cation. silic dưới dạng hoà tan, H, SiO và bicacbonat. Nước ngầm chứa các sunphat tan thường có nguồn gốc từ muối dễ tan có sẵn trong đất và từ phản ứng oxy hoá các 4FeS2 + 15O2 + 8H20 = 2Fe2O3 + 8SO42- + 16H+ 59
* Mức độ phổ biến của một nguyên tốt trong nước ngầm phụ thuộc vào bán kính, r, và điện tích, Z, của cation. Các cation có lớn và điện tích nhỏ thường có mặt trong nước, như K, Cat. Các ion nhỏ với điện tích cao thường kết hợp với oxy tạo thành các anion bền vững , SO2. Các cation có I và điện tích trung gian hoà tan ít, Al3+, Fe3+. Đối với nguyên tố có nhiều trạng thái oxy hoá, vì trong nước ngầm không có oxy tự do, thì dạng có số oxy hoá thấp dễ hoà tan hơn. Ví dụ, Fe. Nước khoáng là một dạng của nước ngầm. Nó có nguồn gốc nguyên sinh, được sinh ra từ lớp Mani, chứa nhiều khoáng chất và có CO, cao. Hoặc có nguồn gốc từ sự phân huy các chất hữu cơ như than bùn . Đôi khi các khí bốc lên rồi hoà tan vào dòng nước đang vận chuyển tạo thành nước khoáng có chứa các chất khí hoà tan. Mặt khác, nó có thể từ nguồn gốc biến chất động lực – sự chuyển động mãnh liệt của vỏ trái đất tạo ra sự đứt gãy, vỡ vụn... làm cho đất đá bị biến chất, hoặc nhiệt động – chuyển động của nham thạch. Trong một số trường hợp nó cũng có nguồn gốc cấp là nước mưa hoặc nguồn bù cấp trên mặt được hoà tan các chất khoáng trong quá trình vận chuyển. Vì vậy, nước khoáng có miền cấp, miền thoát và cũng biến thiên theo mùa... Nước khoáng có thể được phân biệt thành nước khoáng nhiệt, t > 37°C, và nước khoáng lạnh, < 37°C. 4. Kiến tập tại trạm đo của đài khí tượng thủy văn Đồng Tháp Tham quan đài khí tượng thủy văn của tỉnh Đồng Tháp. CÂU HỎI ÔN TẬP, ĐÁNH GIÁ 1. Bão là gì? nguyên nhân sinh ra bão? 2. Có bao nhiêu loại sương? 3. Có bao nhiêu loại mây? 4. Ý nghĩa của nước đối với cây trồng. 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đặng thị Hồng Thủy (2003), Khì tượng nông nghiệp, nxb Đại học quốc gia Hà Nội. 2. Lê ANH Tuấn (2008), Thủy văn môi trường, nxb Đại học Cần Thơ. 3. Vũ Văn Năm (2010), Giáo trình khì tượng thủy văn, nxb Đại học Cần Thơ. 61