1
LƯU VỰC SÔNG VÀ CHU TRÌNH THỦY VĂN
2
I. Hệ thống sông ngòi
Hơi nước từ mặt thoáng địa cầu bốc lên khí quyển, tập hợp lại thành mây. Trong các điều
kiện thích hợp, hơi nước trong mây ngưng tụ lại thành mưa rơi xuống đất. Lượng mưa này một
phần bị tổn thất do bốc hơi trở lại khí quyển, một phần thấm xuống đất và đọng lại ở các vùng
trũng, một phần chảy tràn theo các sườn dốc theo tác dụng của trọng lực. Phần chảy tràn sẽ chảy
theo các khe rãnh, dần dần tạo thành suối, sông và tiếp tục đổ ra các đầm, hồ và biển các khe,
suối, hồ, đầm, sông rạch lớn nhỏ hợp thành hệ thống sông ngòi (river system).
Tên của một hệ thống sông thường lấy từ con sông chính trong hệ thống đó. Thông thường
con sông chính là con sông dài nhất có lưu lượng dòng chảy lớn nhất trực tiếp đổ ra biển hoặc
các hồ nội địa.
Các con sông đổ trực tiếp vào sông chính được gọi là sông nhánh cấp I, sông đổ vào sông
nhánh cấp I gọi là sông nhánh cấp II, tương tự như vậy sông nhánh cấp III sẽ đổ vào sông nhánh
cấp II,… Sự phân bố của các sông nhánh dọc theo sông chính quyết định tính chất dòng chảy
trên hệ thống sông đó. Một hệ thống sông có thể có nhiều hình dạng: hình nan quạt, dạng hình
lông chim, dạng phân bố song song, hoặc dạng hỗn hợp các dạng trên. Một con sông phát triển
đầy đủ thường có 5 đoạn đặc trưng:
- Nguồn sông: là nơi bắt đầu của một con sông, nó thường là những khe suối, lạch nước,
đầm lầy hay một hồ nước từ đó cấp nước cho sông.
- Thượng lưu: là đoạn nối với nguồn sông, có đặc điểm là lòng sông hẹp, dốc, có nhiều
ghềnh thác, nước chảy xiết lòng sông thường bị xói mạnh và sâu.
- Trung lưu: đoạn nối tiếp với đoạn thượng lưu thường chảy qua những vùng núi không
cao lắm, lòng sông bớt dốc, ít ghềnh thác hơn, nước ít chảy xiết, sông bị xói cả đáy và hai bên
bờ, nên lòng sông được mở rộng dần.
- Hạ lưu: là đoạn cuối của con sông, chảy qua đồng bằng, độ dốc nhỏ, nước chảy chậm,
lòng sông mở rộng có khuynh hướng bồi nhiều hơn xói, có nhiều bãi bồi và có nhiều nhánh chảy
ra biển bằng nhiều cửa.
- Cửa sông: là nơi tiếp giáp giữa sông và biển, hồ hoặc sông khác.
Đặc trưng của sông
+ Chiều dài lòng sông: là chiều dài tính bằng kilomét của đường nước chảy kể từ nguồn
đến cửa sông (L)
+ Độ uốn khúc của sông: là tỷ số giữa chiều dài sông L với khoảng cách thẳng l tính từ
nguồn đến cửa sông.
l
L
KU (IX.1)
3
+ Độ sâu nước sông: là khoảng cách thẳng đứng từ mặt nước đến đáy sông.
+ Mặt cắt sông: có hai loại mặt cắt đó là mặt cắt dọc và mặt cắt ngang
(a) Mặt cắt dọc: là mặt cắt qua trục lòng sông.
(b) Mặt cắt ngang: là mặt cắt vuông góc với hướng nước chảy.
+ Độ dốc mặt nước: là tỷ số giữa độ chênh lệch mực nước (H) tại 2 mặt cắt H1, H2 cách
nhau một đoạn L
L
H
L
HH
i
12 (IX.2)
II. Lưu vực sông và các đặc trưng của lưu vực sông
II.1. Lưu vực sông
Lưu vực sông (river basin) là phần mặt đất mà nước từ đó sẽ chảy vào sông. Nói cách
khác, lưu vực sông là phần diện tích khu vực tập trung nước của sông.
Lưu vực sông được giới hạn bằng đường phân nước (water-shed line) của lưu vực. Có 2
loại đường phân nước: đường phân nước mặt và đường phân nước ngầm. Đường phân nước mặt
là đường nối liên tục các điểm cao nhất chung quanh lưu vực và giới hạn bởi các lưu vực khác.
Nước mưa rơi xuống đường phân nước sẽ chảy về hai phía của đường phân nước và đi về hai lưu
vực kế cận nhau theo sườn dốc của chúng. Đường phân nước ngầm phân chia sự tập trung nước
ngầm giữa các lưu vực. Thực tế người ta thường lấy đường phân nước mặt để xác định diện tích
lưu vực và gọi là đường phân lưu. Muốn xác định đường phân lưu phải căn cứ vào bản đồ địa
hình có vẽ các đường đồng cao độ.
II.2. Các đực trưng hình học của lưu vực
a. Diện tích lưu vực F
Diện tích lưu vực F (km2) là diện tích được khống chế bởi đường phân lưu của khu vực.
Diện tích lưu vực được xác định từ bản đồ có tỷ lệ xích trong khoảng 1/10.000 đến 1/100.000.
Có thể dùng phương pháp phân ô hoặc dùng máy đo diện tích để xác định diện tích lưu vực.
b. Chiều dài sông chính L và chiều dài lưu vực L1
Chiều dài sông chính L (km) là chiều dài theo chiều dòng chảy đo từ nguồn sông đến cửa
sông.
Chiều dài lưu vực L1 (km) là chiều dài tính theo đường tim của lưu vực kể từ điểm xa
nhất của lưu vực đến cửa sông. Trong thực tế người ta thường lấy chiều dài sông làm chiều dài
lưu vực: L1 L.
c. Chiều rộng bình quân lưu vực B
Chiều rộng bình quân lưu vực B (km) là tỷ số giữa diện tích và chiều dài lưu vực
4
1
L
F
B (IX.3)
d. Hệ số hình dạng Kd
Hệ số hình dạng lưu vực Kd là tỷ số giữa bề rộng lưu vực và chiều dài lưu vực. Kd biểu
thị hình dạng của lưu vực, thông thường thì Kd 1. Lưu vực càng có hình dạng vuông thì Kd
1.0, ngược lại càng hẹp và càng dài thì Kd càng nhỏ và khả năng tập trung nước lũ càng lớn
1
L
B
Kd (IX.4)
e. Độ cao bình quân lưu vực Hbq
Độ cao bình quân lưu vực được xác định từ bản đồ đường đồng mức cao độ
n
i
i
i
n
ii
bq
f
hf
H
1
1 (IX.5)
Trong đó hi – cao trình bình quân giữa hai đường đồng mức cao độ
Fi - diện tích giữa hai đường đồng mức cao độ kề nhau (km2)
N - số mảnh diện tích
f. Độ dốc bình quân lưu vực Ibq
Độ dốc bình quân lưu vực là độ dốc trung bình của lưu vực
n
i
i
n
ii
bq
f
l
HI
1
1 (IX.6)
Trong đó H – chênh lệch về độ cao giữa 2 đường đồng mức
Fi - diện tích giữa hai đường đồng mức cao độ kề nhau (km2)
li - khoảng cách bình quân giữa 2 đường đồng mức gần nhau
Trong trường hợp không có đường đồng mức cao độ, ta có thể dùng công thức gần đúng
như sau:
F
HH
Ibq minmax
(IX.7)
Trong đó Hmax – cao trình điểm cao nhất của khu vực
Hmin – cao trình điểm thấp nhất của lưu vực
F - diện tích của lưu vực
Công thức này chỉ đúng khi độ dốc lưu vực biến đổi ít.
g. Mật độ lưới sông D
5
Mật độ lưới sông D (km/km2) bằng tổng chiều dài của tất cả các con sông suối trên lưu
vực chia cho diện tích lưu vực
F
L
D
n
i
i
1 (IX.8)
Sông suối càng dày, mật độ lưới sông càng lớn. Những vùng có nguồn nước phong phú
thì D thường có giá trị cao.
III. Chu trình thủy văn
Để đánh giá lượng dòng chảy và khả năng cấp nước của một lưu vực sông, người ta sử
dụng các đặc trưng biểu thị dòng chảy.
a. Lưu lượng nước
Lưu lượng nước (water discharge) là lượng nước chảy qua mặt cắt cửa ra trong một đơn
vị thời gian là 1 giây (m3/s). Lưu lượng nước ở một thời điểm bất kỳ gọi là lưu lượng tức thời.
Quá trình thay đổi của lượng nước theo thời gian tại tuyến cửa ra gọi là quá trình lưu lượng, ký
hiệu là Q(t) hoặc Q ~ t. Đồ thị của sự thay đổi giữa lưu lượng nước và thời gian là đường quá
trình lưu lượng nước.
Lưu lượng bình quân trong một khoảng thời gian t bất kỳ là giá trị trung bình của lưu
lượng nước trong khoảng thời gian đó. Lưu lượng bình quân được tính theo công thức sau:
tdttQ
T
Q0)(
1 hoặc
n
Q
Q
n
i
i
1 (IX.9)
trong đó Q là giá trị bình quân của lưu lượng, n là số thời gian tính toán, Qi là lưu lượng
bình quân tại mỗi thời đoạn thứ i bất kỳ.
b. Tổng lượng dòng chảy W
Tổng lượng dòng chảy W (m3 hoặc km3) là lượng nước chảy qua mặt cắt cửa ra trong một
khoảng đơn vị thời gian từ t1 đến t2,
2
1)(W t
tdttQ hoặc
12
WttQ (IX.10)
trong đó Q là lưu lượng bình quân trong khoảng thời gian t2-t1.
c. Độ sâu dòng chảy Y
Là chiều dầy lớp nước bình quân được sản sinh ra trên bề mặt lưu vực sau một khoảng
thời gian nào đó (mm)
F
Y3
W
(IX.11)
Trong đó W - tổng lượng nước (m3)