Thủy văn công trình - Chương 1

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

98
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SÔNG NGÒI VÀ NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN. Trên trái đất, nước là loại vật chất phong phú nhất, là thành phần cấu tạo chính của mọi vật thể sống, là lực lượng chủ lực không ngừng làm thay đổi hình thể bề mặt trái đất. Nước giữ vai trò then chốt trong việc điều hòa nhiệt độ quả đất, bảo đảm cho sự sinh tồn của nhân loại. Sông ngòi và nền kinh tế Quốc dân liên hệ với nhau rất chặt chẽ. Muốn sống và tồn tại, con người cần có nước. ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thủy văn công trình - Chương 1

MÔÛ ÑAÀU Chöông 1: 1.1 GIÔÙI THIEÄU CHUNG VEÀ SOÂNG NGOØI VAØ NEÀN KINH TEÁ QUOÁC DAÂN. Treân traùi ñaát, nöôùc laø loaïi vaät chaát phong phuù nhaát, laø thaønh phaàn caáu taïo chính cuûa moïi vaät theå soáng, laø löïc löôïng chuû löïc khoâng ngöøng laøm thay ñoåi hình theå beà maët traùi ñaát. Nöôùc giöõ vai troø then choát trong vieäc ñieàu hoøa nhieät ñoä quaû ñaát, baûo ñaûm cho söï sinh toàn cuûa nhaân loaïi. Soâng ngoøi vaø neàn kinh teá Quoác daân lieân heä vôùi nhau raát chaët cheõ. Muoán soáng vaø toàn taïi, con ngöôøi caàn coù nöôùc. Ngöôøi ta coù theå nhòn ñoùi ñöôïc, nhöng khoâng theå nhòn khaùt. Trong ñieàu kieän phaùt trieån kinh teá hieän nay, moïi hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi ñeàu lieân quan ñeán vieäc khai thaùc vaø söû duïng nguoàn nöôùc. Nöôùc ñeå phuïc vuï ruoäng ñoàng, phuïc vuï sinh hoaït haøng ngaøy, nöôùc laøm laïnh noài hôi, maùy moùc, nöôùc phuïc vuï giao thoâng vaän taûi, quoác phoøng, naêng löôïng nöôùc laøm ra ñieän,.. Theo soá lieäu sô boä, nöôùc ta coù treân 1000 soâng, suoái vôùi tröõ naêng tieàm taøng khoaûng 260-280 tyû KW/h. Trong ñoù, soâng Ñaø, soâng Loâ, soâng Ñoàng Nai coù nguoàn naêng löôïng raát lôùn. Nhieàu nhaø maùy thuûy ñieän lôùn ôû nöôùc ta ñöôïc xaây döïng: Hoaø Bình, Trò An, Thaùc Baø, Ña Nhim, vaø nhieàu nhaø maùy khaùc ñang xaây döïng. Beân caïnh ñoù, taùc haïi maø soâng ngoøi ñem ñeán cho chuùng ta khoâng ít. Luõ luït ñaõ ñem laïi cho chuùng ta bao nhieâu cheát choùc ñau thöông. Doøng chaûy trong nhöõng ñoaïn soâng quanh co ñaõ loâi cuoán ñi haøng vaïn meùt ñaát, laøm suïp lôõ bôø, nhaø cuûa, con ngöôøi tieâu tan. Lôïi vaø haïi laø hai maët traùi phaûi cuûa doøng soâng. Chuùng ta caàn nghieân cöùu kyõ löôõng ñeå lôïi duïng vaø chinh phuïc noù, baét noù phaûi phuïc vuï cho cuoäc soáng cuûa con ngöôøi. http://www.ebook.edu.vn
1.2 NHIEÄM VUÏ VAØ NOÄI DUNG MOÂN HOÏC. Thuûy vaên laø ngaønh khoa hoïc nghieân cöùu moïi pha khaùc nhau cuûa nöôùc treân traùi ñaát, coù vò trí quan troïng ñoái vôùi con ngöôøi vaø moâi tröôøng. Caùc thaønh töïu cuûa thuyû vaên ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong nhieàu laõnh vöïc khaùc nhau nhö: thieát keá vaø vaän haønh caùc coâng trình thuûy, caáp nöôùc ñoâ thò, boá trí vaø xöû lyù caùc nguoàn nöôùc thaûi, töôùi tieâu, saûn xuaát naêng löôïng ñieän, phoøng choáng luõ luït, xoùi lôû bôø, boài laéng phuø sa, ngaên maën, giaûm nheï oâ nhieãm, .. Nhieäm vuï cuûa Thuûy vaên laø giuùp phaân tích caùc vaán ñeà tính toaùn nhö treân vaø cung caáp chæ daãn söû duïng vaø baûo veä nguoàn taøi nguyeân nöôùc. Ñoái töôïng nghieân cöùu cuûa Thuûy Vaên laø caùc loaïi nöôùc khaùc nhau treân traùi ñaát, söï phaân boá, vaän ñoäng , caùc ñaëc tinh vaät lyù, hoùa hoïc cuûa chuùng, caùc taùc ñoäng qua laïi ñoái vôùi moâi tröôøng chung quanh vaø con ngöôøi. Thuûy vaên coù theå ñöôïc xem laø ngaønh khoa hoïc chöùùa ñöïng toaøn boä caùc ngaønh khoa hoïc khaùc veà nöôùc hay noùi caùch khaùc, ñaây laø ngaønh khoa hoïc nghieân cöùu veà voøng tuaàn hoaøn Thuûy vaên, veà chu trình vaän ñoäng vónh cöûu cuûa nöôùc giöõa maët ñaát vaø baàu khí quyeån. Caùc kieán thöùc thuûy vaên ñöôïc aùp duïng trong vieäc ñieàu khieån vaø aùp duïng nguoàn taøi nguyeân nöôùc treân ñaát lieàn. Trong ñaïi döông, nöôùc thuoäc phaïm vi nghieân cöùu cuûa Haûi döông hoïc. 1.3 VOØNG TUAÀN HOAØN THUÛY VAÊN. Nöôùc treân traùi ñaát toàn taïi trong moät khoaûng khoâng gian goïi laø thuyû quyeån (töø ñoä cao 15 km treân baàu khí quyeãn ñeán saâu trong thaïch quyeån 1 km. Trong voøng thuyû quyeån, nöôùc vaän ñoäng voâ cuøng phöùc taïp, caáu taïo thaønh voøng tuaàn hoaøn thuûy vaên (hay coøn goïi laø chu trình thuûy vaên) nhö hình 1.1 Nöôùc boác hôi töø caùc ñaïi döông vaø luïc ñòa trôû thaønh moät boä phaän cuûa khí quyeån, hôi nöôùc boác leân cao, gaëp laïnh, hoäi ñuû ñieàu kieän, chuùng seõ ngöng tuï vaø rôi trôû laïi maët ñaát, maët bieån. Löôïng nöôùc rôi xuoáng maët ñaát coù theå bò ngaên giöõ laïi bôûi caùc röøng caây , roài chaûy treân caùc söôøn doác, thaám vaøo loøng ñaát thaønh doøng nöôùc ngaàm, chaûy vaøo caùc loøng soâng http://www.ebook.edu.vn
thaønh doøng chaûy maët. Phaàn lôùn löôïng nöôùc ñöôïc caùc lôùp thaûm thöïc vaät giöõ laïi, , vaø moät phaàn doøng chaûy maët seõ quay laïi baàu khí quyeån qua con ñöôøng boác hôi, phaàn coøn laïi ñoå ra bieån, vaø cuõng seõ boác hôi. Doøng chaûy ngaàm seõ ôû saâu trong loøng ñaát, ñeán taàng khoâng thaám, vaø seõ xuaát loä thieân ra caùc doøng suoái chaûy daàn vaøo soâng, cuoái cuøng cuõng boác hôi hoaëc ñoå ra bieån. Hôi aåm chuyeàn Möa rôi vaøo maët ñaát Möa treân maët ñaát xuoáng ñaïi döông Boác hôi töø maët ñaát Doøng chaûy maët Maët ñaát Boác hôi töø ñaïi Doøng chaûy maët döông Taàng thaám Doøng chaûy ngaàm Taàng khoâng thaám Bieån H. 1.1 Tuaàn hoaøn Thuûy vaên Theo thoáng keâ cuûa Ven Techow, neáu toång löôïng nöôùc treân traùi ñaát laø 100%, thì 96,5% laø nöôùc ñaïi döông, 1,7% laø baêng ôû hai cöïc, 1,7% laø nöôùc ngaàm, chæ coù 0,1% laø nöôùc maët vaø hôi nöôùc trong khoâng khí 1.4 PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU CAÙC HIEÄN TÖÔÏNG THUÛY VAÊN 1. Phöông phaùp “Phaân tích nguyeân nhaân hình thaønh” Hieän töôïng thuûy vaên laø keát quaû cuûa nhieàu nguyeân nhaân khaùc. Doøng chaûy sinh ra treân maët ñaát phuï thuoäc vaøo möa, ñieàu kieän ñòa chaát, lôùp phuû thöïc vaät, ñòa hình, löu vöïc…Vì theá, ñeå nghieân cöùu hieän töôïng thuyû http://www.ebook.edu.vn
vaên, ngöôøi ta duøng phöông phaùp “Phaân tích nguyeân nhaân hình thaønh” Theo phöông phaùp naøy, ngöôøi ta xaây döïng caùc moâ hình lyù cuûa doøng chaûy ñeå nghieân cöùu, boá trí vaø ño ñaïc caùc ñaëc tröng thuûy löïc treân soâng ñeå thu thaäp soá lieäu. Ngaøy nay, khi phöông phaùp soá ñaõ vaø ñang phaùt trieån, ngöôøi ta coøn söû duïng caùc moâ hình toaùn ñeå nghieân cöùu doøng chaûy vaø ñaùnh giaù aûnh höôûng cuûa chuùng ñeán moâi tröôøng. 2. Phöông phaùp “Toång hôïp ñòa lyù” Döïa theo phöông phaùp naøy, ngöôøi ta nghieân cöùu söï quan heä cuûa caùc ñaëc tröng thuûy vaên vôùi ñieàu kieän caûnh quan ñòa lyù cuûa löu vöïc. Treân cô sôû phöông phaùp naøy, ngöôøi ta xaây döïng caùc baûn ñoà ñaúng trò, hoaëc baûn ñoà phaân vuøng caùc ñaëc tröng doøng chaûy. 3. Phöông phaùp “Löu vöïc töông töï” Coù theå xem ñaây laø söï phaùt trieån cuûa phöông phaùp toång hôïp ñòa lyù. Phöông phaùp naøy duøng ñeå nghieân cöùu moät löu vöïc khoâng coù ñaày ñuû caùc soá lieäu thuyû vaên. Ngöôøi ta choïn moät löu vöïc naøo ñoù coù caùc ñieàu kieän ñòa hình töông töï vaø möôïn caùc ñaëc tröng cuûa löu vöïc naøy cho löu vöïc nghieân cöùu. Caùc ñaëc tröng naøy coù theå duøng tröïc tieáp, hoaëc hieäu chænh laïi baèng caùc heä soá. Phöông phaùp naøy hieän duøng khaù phoå bieân ñoái vôùi nöôùc ta, khi maø chuoãi soâ lieäu thuûy vaên coøn chöa ñuû. 4. Phöông phaùp “Thoáng keâ” Xuaát phaùt cuûa phöông phaùp naøy cho raèng hieän töôïng thuûy vaên laø keát quaû cuûa nhieàu nhaân toá phöùc taïp. Caùc nhaân toá naøy laïi phuï thuoäc vaøo caùc ñieàu kieän phöùc taïp khaùc, maø trong thöïc teá khoâng theå xeùt heát ñöôïc. Vì theá caùc hieän töôïng treân ñöôïc gheùp vaøo caùc hieän töôïng ngaãu nhieân, phuïc tuøng quy luaät soá lôùn, coù theå nghieân cöùu ñöôïc baèng phöông phaùp xaùc suaát thoáng keâ. Phöông phaùp naøy phaùt trieån maïnh meõ trong nghieân cöùu thuûy vaên, nhaát laø trong tính toaùn thuûy vaên coâng trình, khi maø ngöôøi ta khoâng caàn bieát ñieàu kieän, hoaøn caûnh hoaëc trình töï xaûy ra moät hieän töôïng naøo ñoù, maø chæ caàn bieátkhaû naêng xaûy ra hieän töôïng ñoù trong moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh http://www.ebook.edu.vn
1.5 SÖÏ PHAÂN BOÁ NÖÔÙC TREÂN TRAÙI ÑAÁT Tröõ löôïng nöôùc treân traùi ñaát theo taøi lieäu cuûa M.I.Lôvovitra Caùc thaønh phaàn Theå tích Chieám tyû leä 1000km3 % Nöôùc trong ñaïi döông 1.70.23 94,20 Nöôùc ngaàm ñeán ñoä saâu 5km 64.000 4,39 Caùc lôùp baêng 24.000 1,65 Nöôùc ao hoà 230 0,016 Nöôùc trong ñaát 75 0,005 Hôi nöôùc trong khí quyeån 14 0,001 Nöôùc soâng ngoøi, suoái 1,2 0,0001 Toång tröõ löôïng 1.454.643 100 1.6 LÖU VÖÏC Ñònh nghóa löu vöïc: Löu vöïc cuûa moät con soâng laø phaàn maët ñaát maø töø ñoù nöôùc chaûy vaøo soâng. Ñaây laø khu vöïc taäp trung nöôùc cho con soâng. Ñöôøng cong kheùp kín bao quanh, phaân chia caùc löu vöïc, maø töø ñoù, nöôùc chaûy veà caùc caùc phía cuûa caùc löu vöïc khaùc nhau goïi laø ñöôøng phaân nöôùc. Nöôùc chaûy vaøo soâng töø doøng nöôùc maët vaø nöôùc ngaàm neân coù hai döôøng phaân nöôùc: ñöôøng phaân nöôùc maët vaø ñöôøng phaân nöôùc ngaàm. Trong thöïc teá raát khoù xaùc ñònh ñöôøng phaân nöôùc ngaàm neân thöôøng laát ñöôøng phaân nöôùc maët laøm ñöôøng phaân nöôùc cuûa löu vöïc, ñaây laø ñöôøng cong kheùp kín noái caùc ñieåm chung quanh löu vöïc http://www.ebook.edu.vn
1.7 CAÂN BAÈNG NÖÔÙC Ñoái vôùi baát kyø moät löu vöïc naøo ñoù, trong moät thôøi gian nhaát ñònh, quan heä thay ñoåi cuûa caùc yeáu toá thuûy vaên (möa, boác hôi, doøng chaûy) phaûi tuaân theo quy luaät sau: Cho moãi löu vöïc, löôïng nöôùc ñeán, sau khi tröø bôùt ñi löôïng nöôùc tröõ laïi trong löu vöïc (hoaëc coäng theâm löôïng nöôùc maát ñi trong löu vöïc), phaûi baèng löôïng nöôùc ñi khoûi löu vöïc. Ñaây laø nguyeân lyù caân baèng nöôùc. Ñaây laø cô sôû chuû yeáu ñeå phaân tích nguyeân nhaân hình thaønh doøng chaûy veà maët ñònh tính vaø ñònh löôïng. Döïa vaøo nguyeân lyù caân baèng naøy, ta coù theå xaây döïng caùc phöông phaùp tính toaùn thuûy vaên trong tröôøng hôïp thieá soá lieän doøng chaûy. Ta coù caùc ví duï sau ñaây veà caân baèng nöôùc: 1. Caân baèng nöôùc thoâng duïng: Cho moät löu vöïc baát kyø, trong moät thôøi gian nhaát ñònh, xeùt löôïng nöôùc ñeán vaø löôïng nöôùc ñi, ta laäp ñöôïc phöông trình caân baèng nöôùc nhö sau: Löôïng nöôùc ñeán goàm coù: X: Löôïng möa bình quaân treân löu vöïc Z1: Löôïng nöôùc ngöng tuï treân maët löu vöïc Y1: Löôïng doøng chaûy maët ñeán löu vöïc. W1: Löôïng doøng chaûy ngaàm ñeán löu vöïc U1: Löôïng nöôùc tröõ trong löu vöïc ôû ñieåm thôøi gian ñaàu. Löôïng nöôùc ñi goàm coù: Z2: Löôïng nöôùc boác hôiï treân maët löu vöïc Y2: Löôïng doøng chaûy maët ñi khoûi löu vöïc. W2: Löôïng doøng chaûy ngaàm ñi khoûi löu vöïc U2: Löôïng nöôùc tröõ trong löu vöïc ôû ñieåm thôøi gian cuoái. Ta coù phöông trình caân baèng nöôùc nhö sau: (1.1) X+Z1+Y1+W1+U1=Z2+Y2+W2+U2 http://www.ebook.edu.vn
2. Caân baèng nöôùc cuûa löu vöïc kín trong thôøi ñoaïn baát kyø: Löu vöïc kín laø löu vöïc coù ñöôøng phaân nöôùc maët vaø ñöôøng phaân nöôùc ngaàm truøng nhau, do ñoù khoâng coù nöôùc maët vaø nöôùc ngaàm töø löu vöïc khaùc chaûy ñeán, Y1=0 vaø W1=0. Thoâng thöôøng ñaây laø löu vöïc cho nhöõng soâng lôùn, khi maø nöôùc cuûa noù cung caáp cho nhöõng soâng nhoû vaø vöøa X+Z1+U1=Z2+Y2+W2+U2 (1.2) 3. Caân baèng nöôùc cuûa löu vöïc kín trong nhieàu naêm: Trong nhieàu naêm, ta tính bình quaân, cheânh leäch löôïng nöôùc tröõ trong löu vöïc khoâng ñaùng keå, do ñoù ñoái vôùi löu vöïc kín, ta coù: X+Z1=Z2+Y2+W2 (1.3) 1.8 CAÙC ÑAÏI LÖÔÏNG THUÛY VAÊN vaø KHAÙI NIEÄM CAÀN THIEÁT: 1. Möïc nöôùc : z 2. Ñöôøng doøng, oáng doøng, doøng nguyeân toá 3. Dieän tích maët caét öôùt: A 4. Chu vi öôùt: χ 5. Baùn kính thuûy löïc: R 6. Löu löôïng nöôùc: Q 7. Vaän toác doøng chaûy:V T 8. Toång löôïng nöôùc: W = ∫ Qdt 0 9. Module doøng chaûy : M=103Q/F Trong ñoù F: dieän tích löu vöïc 10. Ñoä saâu doøng chaûy: (Y) Laø chieàu daøy lôùp nöôùc bình quaân ñöôïc sinh ra treân beà maët löu vöïc sau moät khoaûng thôøi gian naøo ñoù : W Y= 10 3 F http://www.ebook.edu.vn
11. Haøm löôïng buøn caùt : laø khoái löôïng buøn caùt trong moät ñôn vò theå tích maãu nöôùc. (g/m3) 12. Ñoä maën nguoàn nöôùc: S%: soá g muoái caùt trong moät ñôn vò theå tích maãu nöôùc. 13. Ñoä chua nöôùc soâng: haøm löôïng axít (hoaëc goác axít) coù chöùa trong nöôùc laøm nöôùc bò chua, bieåu thò baèng chæ soá pH: pH=-lg[H+] vôùi [H+]laø noàng ñoä ion goác axít 14. Ñoä nhieãm baån nguoàn nöôùc ( BOD, COD, DO ñôn vò mg/l). BOD: Biology Oxigen Demand: nhu caàu oxi hoaù bieåu thò möùc ñoä oâ nhieãm caùc chaát höõu cô. COD: Chemical Oxigen Demand: nhu caàu oxi hoaù bieåu thò möùc ñoä oâ nhieãm caùc chaát voâ cô vaø kim loaïi ñoäc haïi. DO: Dissolved Oxigen : löôïng oxy hoaø tan trong nöôùc. Trong ñieàu kieän bình thöôøng, DO ñaït baõo hoaø trong nöôùc ôû 7,8 mg/l Neáu DO>5mg/l thì nöôùc ñöôïc coi laø saïch. http://www.ebook.edu.vn