Tài liệu Bài giảng thuỷ văn công trình.

THUỶ VĂN CÔNG TRÌNH CHƯƠNG I: GiỚI THIỆU CHUNG Giới thiệu • Môn học: Thủy văn công trình (Engineering Hydrology) • Mã số : MACH 214 (theo ECTS) • Số tín chỉ : 3 (3-0-0) • Số tiết : Tổng: 45 •Chương trình đào tạo bắt buộc cho các ngành: C, CT, N, HP, CTN, Đ, V, CĐ Giới thiệu - Đánh giá: Điểm quá trình: 0.3 Điểm thi kết thúc: 0.7 - Nội dung tóm tắt môn học: Trang bị cho sinh viên các kiến thức về quy luật dòng chảy sông ngòi, các phương pháp tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế, điều tiết dòng chảy ứng dụng trong thiết kế, quy hoạch các công trình thủy lợi và quản lý tài nguyên nước Giới thiệu
Tài liệu tham khảo [1]. Ponce, V.M, Engineering Hydrology, Prentise-Hall, 1981, ISBN 0 139459235 (Bản dịch) [2]. Hà Văn Khối và nnk: Thủy văn công trình, Xuất bản năm 2008 [3]. Chow, V.T, Maidment, D.R and Mays, L.W. Applied Hydrology , McGraw-Hill, 1998, ISBN 0-07-010810-2. (Bản dịch đã có tại thư viện trường) [4]. Quy phạm tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế QP.TL. C-6-77, Bộ Thuỷ lợi, 1979 Nội dung 1. Khái niệm về thuỷ văn và thuỷ văn công trình. 2. Nhiệm vụ và nội dung môn học Thuỷ văn công trình 3. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và phương pháp nghiên cứu 1. Khái niệm về Thuỷ văn và thuỷ văn công trình • “ Thuỷ văn là môn khoa học nghiên cứu về nước trên trái đất (bao gồm nước mặt và nước ngầm), sự xuất hiện, tuần hoàn và phân bố; những tính chất hoá học và vật lý; và mối tương tác giữa chúng và cả với môi trường xung quanh, bao gồm cả mối quan hệ của chúng với sự sống” • Nghiên cứu những pha khác nhau của vòng tuần hoàn thuỷ văn • Người ta chia thuỷ văn học ra nhiều lĩnh vực khác nhau, một cách tổng quát thuỷ văn có thể chia ra 2 mảng lớn, đó là thuỷ văn lục địa và thuỷ văn biển – Thuỷ văn lục địa nghiên cứu những quy luật cơ bản của các quá trình động học của nước trên mặt đất bao gồm nước mặt, nước ngầm, mối quan hệ giữa chúng và mối quan hệ với môi trường xung quanh – Thuỷ văn biển nghiên cứu những quy luật và những tính chất cơ bản của nguồn nước ngoài đại dương và mối quan hệ của nó với dòng chảy trê lục địa. Sublimation Precipitation Lake Evaporation (Lakes & Reservoirs) Vapor Diffusion Deep Percolation Infiltration Aquifer Interflow Precipitation Evaporation (Land Surface) River Vegetation Evapotranspiration Precipitation Ponce, 1989 Evaporation (Ocean) 1. Khái niệm về Thuỷ văn và thuỷ văn công trình 1. Khái niệm về Thuỷ văn và thuỷ văn công trình • Môn học Thuỷ văn công trình không đi sâu vào nghiên cứu những quy luật của quá trình dòng chảy mà chủ yếu nghiên cứu các phương pháp tính toán các đặc trưng thuỷ văn, tính toán cân bằng nước khi lập các quy hoạch và thiết kế hệ thống nguồn nước. • Thuỷ văn công trình là môn khoa học trái đất ứng dụng. Nó sử dụng những nguyên lý thuỷ văn để giải quyết các vấn đề kỹ thuật phát sinh do sự khai thác tài nguyên nước trên trái đất của con người. 1. Khái niệm về Thuỷ văn và thuỷ văn công trình • Hay nói rộng hơn, Thuỷ văn công trình nghiên cứu thiết lập mối quan hệ xác định về sự thay đổi theo không gian, thời gian, mùa, năm, vùng hoặc các biến đổi mang tính địa lý của nước, với mục đích xác định những rủi ro xã hội liên quan đến việc thiết kế những công trình và hệ thống thuỷ lợi. 2. Nhiệm vụ và nội dung môn học thuỷ văn công trình • Nhiệm vụ: vụ: – Cung cấp những kiến thức cơ bản về sự hình thành dòng chảy sông ngòi ngòi,, llư ưu vực vực,, quá trình hình thành dòng chảy sông ngòi – Các phươ phương ng pháp đo đạc đạc và thu thập tài liệu thuỷ văn – Cung cấp các phươ phương ng pháp tính toán các đặc tr trư ưng thuỷ văn thiết kế phục vụ công tác quy hoạch hoạch,, thiết kế và thi công hệ thống công trình thuỷ lợi, lợi, giao thông và các công trình xây dựng khác khác.. – Phươ Phương ng pháp tính toán cân bằng nước trong hệ thống thống,, đặc biệt là cân bằng nước đối với hệ thống hồ chứa 2. Nhiệm vụ và nội dung môn học thuỷ văn công trình • Nội dung môn học: – Chương 1: Giới thiệu chung – Chương 2: Các nguyên lý thủy văn – Chương 3: Phân tích tần suất và phân tích tương quan – Chương 4: Tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế – Chương 5: Điều tiết dòng chảy bằng hồ chứa 3. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và phương pháp nghiên cứu Y=f(X,Z) Trong đó: – Y: Dòng chảy sông ngòi – X: tập hợp các yếu tố khí tượng, khí hậu tham gia vào sự hình thành dòng chảy sông ngòi X= (x1, x2, x3, ~, xn) Với x1, x2, x3, ~, xn là các đặc trưng khí tượng, khí hậu như mưa, bốc hơi, nhiệt độ, gió, độ ẩm, số giờ nắng, điểm sương, ~ – Z: tập hợp các đặc trưng mặt đệm tác động lên sự hình thành dòng chảy sông ngòi, biểu thị dưới dạng vectơ Z= (z1, z2, z3, ~, zm) Với z1, z2, z3, ~, zm là các đặc trưng mặt đệm như diện tích lưu vực, độ dốc lưu vực, điều kiện địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật, ~ 3. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và phương pháp nghiên cứu • Nhóm các yếu tố khí tượng, khí hậu X có đặc điểm: – Biến động lớn theo thời gian – Sự biến đổi vừa mang tính chu kỳ, vừa mang tính ngẫu nhiên • Nhóm các nhân tố mặt đệm Z có đặc điểm: – Biến đổi chậm theo thời gian – Sự biến đổi theo không gian tạo thành các vùng, miền có điều kiện mặt đệm đồng nhất 3. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và phương pháp nghiên cứu • Đặc điểm: iểm: Các hiện tượng thuỷ văn vừa mang tính tất định, định, vừa mang tính ngẫu nhiên nhiên.. – Tất định: định: • Tính chu kỳ của các xu thế bình quân theo thời gian: gian: chu kỳ một năm (mùa lũ, lũ, kiệt kiệt), ), chu kỳ nhiều năm (nhóm năm ít nước kế tiếp với các nhóm năm nhiều nước nước~ ~) • Sự biến đổi có quy luật theo không gian do bị chia phối bởi tính địa đới của các hoạt động khí hậu và khí tượng tổ hợp với những hình thế mặt đệm tương đối ổn định của từng khu vực trên lãnh thổ. thổ. • Quy luật vật lý của sự hình thành quá trình dòng chảy và các nhân tố ảnh hưởng đến nó, nó, đó là một quá trình tự nhiên với đầy đủ tính chất vật lý của nó, nó, biểu hiện phàm trù nguyên nhân và hậu quả quả.. – Ngẫu nhiên nhiên:: phụ thuộc vào sự biến đổi ngẫu nhiên của nhóm nhân tố khí hậu, hậu, khí tượng ượng. 3. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và phương pháp nghiên cứu • Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành – Cơ sở của phương pháp: do hiện tượng thủy văn có tính tất định thể hiện ở tính chu kỳ, sự biến đổi có quy luật theo không gian, dòng chảy là hàm số của các yếu tố khí tượng, các yếu tố mặt đệm. • Phương pháp thống kê xác suất – Cơ sở của phương pháp: do hiện tượng thủy văn mang tính ngẫu nhiên nên có thể coi các đại lượng đặc trưng của hiện tượng thủy văn là các đại lượng ngẫu nhiên. 3. Đặc điểm của hiện tượng thuỷ văn và phương pháp nghiên cứu • Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành • Phương pháp phân tích căn nguyên: – Thiết lập mối quan hệ các đặc trưng thủy văn cần tính với các nhân tố ảnh hưởng (khí tượng, mặt đệm) • Dùng các biểu thức, đồ thị • Mô hình toán • Phương pháp tổng hợp địa lý: – Hiện tượng thủy văn mang tính địa lý rõ rệt • Bản đồ đẳng trị • Bản đồ phân vùng • Phương pháp lưu vực tương tự – Các tham số và các đặc trưng thủy văn của lưu vực không có tài liệu quan trắc được suy ra từ lưu vực khác, có tài liệu đo đạc thủy văn và có điều kiện hình thành dòng chảy tương tự như lưu vực cần tính toán Thuỷ Văn Công Trình Chương 2: Các nguyên lý thuỷ văn Nội dung chương 2 I Hệ thống sông ngòi lưu vực II Các yếu tố khí hậu – khí tượng III Dòng chảy sông ngòi 1.4