Giáo trình môn Thủy văn - Chương 5: Đo đạc thủy văn

CHÖÔNG

5

ÑO ÑAÏC THUÛY VAÊN

Ngöôøi ta thöïc hieän caùc ño ñaïc thuûy vaên ñeå thu thaäp caùc soá lieäu veà caùc quaù

trình thuûy vaên. Nhöõng soá lieäu naøy giuùp ta hieåu bieát saâu hôn veà caùc quaù

trình naøy, söû duïng nhö caùc soá lieäu ñaàu vaøo cuûa caùc moâ hình tính toaùn thuûy

vaên duøng trong thieát keá, phaân tích vaø vieát saùch.

Caùc quaù trình thuûy vaên bieán ñoåi maïnh meõ trong khoâng gian vaø thôøi gian

mang ñaëc tính ngaãu nhieân. Möa coù baûn tính bieán ñoåi ngaãu nhieân lôùn, neân

aûnh höôûng ñeán caùc quaù trình khaùc nhieàu nhö doøng chaûy maët, boác hôi,.. daãn

ñeán söï döï ñoaùn caùc quaù trình naøy ít nhieàu mang tính khoâng chính xaùc. Ñeå

giaûm möùc ñoä khoâng chính xaùc naøy, ñoøi hoûi ngaønh ño ñaïc thuyû vaên caàn

cung caáp soá lieäu taïi ngay hoaëc gaàn khu vöïc ñaùng quan taâm ñeå coù theå coù

nhöõng keát luaän tröïc trieáp töø thöïc teá.

5.1 CHUOÃI ÑO ÑAÏC THUÛY VAÊN

Caùc ño ñaïc thuûy vaên ñöôïc tieán haønh theo moät thôøi gian taïi moät vò trí coá

ñònh trong khoâng gian. Ví duï, treân löu vöïc, möa bieán ñoåi moät caùch lieân tuïc

trong khoâng gian nhöng moät traïn ño möa chæ tieán haønh ño taïi moät vaøi ñòa

ñieåm rieâng bieät cuûa löu vöïc. Caùc soá lieäu thu ñöôïc taïo thaønh moät “chuoãi soá

lieäu theo thôøi gian” taïi moät ñòa ñieåm vaø ñöôïc söû duïng trong phaân tích

thoáng keâ.

Neáu quy hoaïch treân moät tuyeán hay dieän tích roäng, tieán haønh ño ñaïc nhieàu

vò trí khaùc nhau taïo moät ñieåm thôøi gian thì ta coù moät chuoãi soá lieäu theo

khoâng gian.

5.2 ÑO ÑAÏC NÖÔÙC TRONG KHÍ QUYEÅN.

1. Ñoä aåm khoâng khí:

Ño ñoä aåm treân cao ñöôïc thöïc hieän baèng thieát bi thaêm doø voâ tuyeán: laø moät

quaû boùng bôm ñaày Heâli mang theo caùc duïng cuï ño vaø ghi nhieät ñoä vaø ñoä

aåm, aùp suaát khoâng khí. Quaû boùng ñöôïc thaû ra vaø khi bay treân khoâng trung,

noù gôûi soá lieäu veà traïm ño qua caùc raña.

Ñoä aåm khoâng khí vaø caùc tham soá khí haäu ôû gaàn maët ñaát ñöôïc thöïc hieän

trong caùc traïm khí töôïng. Trang thieát bò thoâng thöôøng cuûa moät traïm khí

töôïng goàm coù moät hoäp che chaén trong ñoù coù caùc nhieät keá ñeå ño nhieät ñoä

lôùn vaø nhoû nhaát moãi ngaøy, coù moät aùp keá moät baàu khoâ moät baàu öôùt hay goïi

laø aåm keá ñeå ño ñoä aåm; caùc thieát bò ño möa ñöôïc ñaët gaàn ñaùy. ôû moät soá

traïm coøn coù caû thuøng ño ñoä boác hôi vaø coät ño gioù.

7.3 ÑO ÑAÏC NÖÔÙC MAËT.

1. Ño möïc nöôùc:

Laø ño ñoä cao maët thoaùng cuûa doøng nöôùc so vôùi maët chuaån quy öôùt (H, m

hay cm).

Duïng cuï ño möïc nöôùc laø caùc loaïi thöôùc chuyeân moân duøng trong ño ñaïc.

2. Ño maët caét

Maët caét loøng soâng goàm hai loaïi: Maët caét ngang vaø maët caét doïc.

Nhö vaäy ñeå ño hoaøn toaøn moät maët caét, caàn ño ñoä saâu ôû caùc thuûy tröïc, ñoàng

thôøi ño khoaûng caùch töø thuûy tröïc ñeán moác coá ñòng naøo ñoù. Döïa vaøo

khoaûng caùch töø moác khôûi ñieåm vaø ñoä saâu, veõ ra maët caét ngang hoaëc doïc

soâng.

• Ño ñoä saâu:

Ñeå ño ñoä saâu thöôøng duøng quaû doïi hoaëc daây tôøi coù caùc moùc saét, loaïi naøy

phuø hôïp cho vuøng nöôùc noâng, toác ñoä nhoû.

Vôùi nhöõng chieàu saâu töø 5-6m trôû leân vaø toác ñoä töông ñoái lôùn thì phaûi duøng

daây caùp coù quaû chì roài thaû töø thuyeàn xuoáng. Troïng löôïng quaû chì phuï

thuoäc vaøo toác ñoä doøng chaûy.

ÔÛ nhöõng nôi coù ñoä saâu raát lôùn (>10m) ngöôøi ta coøn duøng maùy hoài aâm.

• Ño khoaûng caùch töø moác khôûi ñieåm:

Phöông phaùp ñôn giaûn nhaát laø duøng daây caùp coù ñaùnh daáu giaêng ngang

soâng.

Vôùi nhöõng soâng coù beà roäng lôùn thì duøng maùy kinh vó ñeå xaùc ñònh vò trí ño

• Chænh lyù keát quaû ño ñaïc

Caên cöù vaøo soá lieäu ño ñaïc, veõ ra maët caét ngang soâng. Coù maët caét duøng

maùy ño dieän tích ñeå tính dieän tích toång hôïp ngang soâng töø maët nöôùc trôû

xuoáng ñeå laøm taøi lieäu tính löu löôïng.

3. Ño löu toác vaø tính toaùn löu löôïng :

Löu toác raát quan troïng ñeå tính ra löu löôïn gvaø nhieáu ñaëc tröng thuûy löïc

khaùc trong doøng chaûy. Maët khaùc löu toác laø moät yeáu toác thuûy löïc quan

troïng caàn cho vieäc thieát keá caàu coáng, ñeâ ñaäp, beán caûng...

Lö toác trong soâng bò aûnh höôûng bôûi caùc nah6n toá sau ñaây: Hình daïng soâng,

ñoä nhaùm loøng daãn, ñoä saâu doøng chaûy, ñoä doác loøng soâng, hình thaùi bôø soâng.

Do ñ1o söï phaân boá vaän toác treân soâng thieân nhieân khaù phöùc taïp. Vaän toác

treân caùc maët caét khaùc nhau thì khaùc nhau. treân cuøng moät maët caét, caùc ñieåm

khaùc nhau cuõng coù vaänt toác khaùc nhau. Treân cuøng moät maët caét nhang

soâng, caøng gaàn bôø vaän toác caøng giaûm, caøng gaàn ñaùy vaänt oác caøng giaûm.

• Ño löu toác baèng löu toác keá

Ngöôøi ta ño löu toác baèng löu toác keá, goàm ñaàu quay vaø boä phaän ghi cheùp soá

voøng quay.

Ñeå xaùc ñònh ñöôïc löu löôïng baèng löu toác keá, caàn ño löu toác vaø maët caét

ngang soâng cuøng moät luùc.

Ño löu toác treân soâng ñöôïc tieán haønh baèng thuyeàn. Ñöa thuyeàn ñeán töøng vò

trí cuûa thuyû tröïc vaø xaùc ñònh vò trí ñieåm ño treân moãi thuyû tröïc, sau ñoù taïi

thuûy tröïc naøy thaû maùy ño löu toác xuoáng töøng ñieåm caàn ñeå ño. Ta coù löu

toác doøng chaûy taïi töøng thuûy tröïc.

Vaán ñeà quan troïng laø caàn xaùc ñònh hôp lyù soá thuûy tröïc cho moät maët caét

ngang soâng vaø soá ñieåm treân moãi thuyû tröïc.

Ñoái vôùi nhöõng traïm môùi baét ñaàu ño, caàn boá trí nhieàu thuyû tröïc vaø ñieåm ño.

Sau moät thôøi gian khi ñaõ coù phaân boá tröôøng vaän toác, xaùc ñònh laïi nhöõng vò

trí thieát yeáu, coù theå giaûm soá thuyû tröïc vaø soá ñieåm ño.

Soá ñieåm ño treân moät thuyû tröïc coù theå laø 6,3,2,1.

Theo quy phaïm quan traéc , tieâu chuaån ngaønh VN, Soá ñieåm ñöôïc boá trí nhö

sau:

• Ño 6 ñieåm: ôû vò trí maët, 0,2h; 0,4h; 0,6h; 0,8h vaø ñaùy.

• Ño 5 ñieåm: ôû vò trí maët, 0,2h; 0,6h; 0,8h vaø ñaùy

• Ño 3 ñieåm: ôû vò 0,2h; 0,6h; 0,8h.

• Ño 2 ñieåm: ôû vò trí 0,2h; 0,8h.

• Ño 1 ñieåm: ôû vò trí 0,6h.

Tuyø theo vò trí ño löu toác coù thay ñoåi nhieàu theo thôøi gian hay khoâng maø

ngöôøi ta boá trí ño moät laàn (hoaëc leân hoaëc xuoáng), hay hai laàn ( vöøa leân vöø

xuoáng) roài sau ñoù laáy giaù trò trung bình

• Chænh lyù soá lieäu ño ñaïc ñöôïc , phöông phaùp tính

1. Tính dieän tích maët caét ngang:

n

h_i+ h_i+1

A_i=

b_i

A =

A

i

∑

2

1

Ñoái vôùi phaàn dieän tích saùt bôø, tính nhö dieän tích tam giaùc.

Thoâng thöôøng, caùc thuyû thröïc ñöôïc boá trí ít hôn caùc ñoä saâu, neân ñeå phuïc

vuï cho vieäc tính toaùn lö löôïng, caàn tính caùc dieän tích giöõa hai thuyû tröïc,

goïi laø dieän tích boä phaän:

m

A_bf

=

A

i

∑

1

vôùi m laø soá caùc dieän tích nhoû i giöõa hai thuyû tröïc ño vaän toác.

2. Tính vaän toác trung bình thuyû tröïc:

1

V_tt= (V_0.0+ 2V_0.2+ 2V_0.4+ 2V_0.6+ 2V_0.8+V_1.0)

Ño 6 ñieåm:

10

1

V_tt= (V_0.0+ 3V_0.2+ 3V_0.6+ 2V_0.8+V_1.0)

Ño 5 ñieåm:

Ño 3 ñieåm:

10

1

V_tt= (V_0.2+ 2V_0.6+V_0.8)

4

1

V_tt= (V_0.2+V_0.8)

Ño 2 ñieåm:

Ño 1 ñieåm:

2

V =V_0.6

tt

3. Tính vaän toác trung bình cho boä phaän:

1

Boä phaän giöõa hai thuyû tröïc:

Boä phaän gaàn bôø:

V_bf= (V_tti+ V_tti+1

)

2

V_bfb= KV_ttb

Trong ñoù K laø heä soá bôø, ñöôïc xaùc ñònh qua ño ñaïc thöïc nghieäm, hoaëc coù

theå laáy theo kinh nghieäm phuï thuoäc vaøo bình ñoà loøng soâng, phaân boá löu

toác theo chieàu roäng soâng, höôùng doøng chaûy,...Caùch choïn nhö sau:

a) Soâng thaúng, ñeàu, maët caét hình loøng chaûo hay chöõ nhaät, khoâng coù

luoàng laùch, baõi chìm, baûi noåi. Laáy K=0,8-0,9.

b) Soâng thaúng, boä phaän gaàn bôø coù laïch töông ñoái saâu, löu toác lôùn hôn

nôi xa bôø. Laáy K=0,9-1,0.

c) Soâng cong, löu toác boä phaän gaàn bôø taêng leân hoaëc giaûm ñi roõ reät.

Neáu taêng lôùn thì laáy K=0,9-1,0. Neáu giaûm nhoû thì laáy K=0,6-0,8.

d) Neáu soâng coù ñoaïn boä phaän nöôùc tuø thì K=0,5. Tröôøøng hôïp naøy caàn

xaùc ñònh ranh giôùi möïc nöôùc tuø ôû caùc caáp möïc nöôùc.

4. Tính löu löôïng boä phaän:

q = A_bfV_bf

q_b= A_bfbV_bfb

5. Löu löôïng toaøn maët caét ngang soâng

n

2

Q =

∑^{q +}∑^q

i

b

1

6. Löu toác trung bình maët caét ngang soâng

Q

A

V =

Ñöôøng vaän toác theo beà roäng

Ví duï tính toaùn:

Thuyû tröïc i

0.4

0.5

3.2

3.0

0.2

1.0

h_i

Caùc ñöôøng ñoàng möùc vaän toác, m/s

0.4

0.0

2.0

2.5

Beà roäng B,m

Ñoä saâu, h, m

Dieän tích A_i, m²

0

10

20

30

40

8

50

60

2

70

0

3

7

10

6

15

50

85

90

70

40

10

DT giöõa boä phaän caùc thuûy tröïc vaän toác, m²15

Vaän toác ñieåm treân thuûy tröïc, taïi 0,2h, m/s

Vaän toác ñieåm treân thuûy tröïc, taïi 0,8h, m/s

135

160

50

0.4

0.2

3.2

2.5

0.5

0.4

Vaän toác trung bình thuûy tröïc, Vtt, m/s

0.3

2.85

0.45

Vaän toác trung bình boä phaän, m/s, choïn

K_t=0.8; K_p=0.9

0.24

1.575

1.65

264

0.405

20.25

Löu löôïng boä phaän q, m³/s

Löu löôïng Q, m³/s

3.6

212.625

= Σq_i=500.475 m³/s; A=ΣA_i=360m²;

V=Q/A=1,39m/s

7.3 CHÆNH BIEÂN TAØI LIEÄU THUÛY VAÊN.

Taøi lieäu ño ñaïc töø caùc traïm chöa theå söû duïng maø phaûi qua quaù trình chænh

bieân vì chuùng khoâng phaûn aûnh ñöôïc quaù trình thuyû vaên moät caùch lieân tuïc

vaø ñaày ñuû, chuùng khoâng phaûn aùnh ñöôïc quy luaät cuûa caùc quaù trình thuyû

vaên.

Nhieäm vuï cuûa chænh bieân laø ñem caùc taøi lieäu ño ñaïc rôøi raïc vaø giaùn ñoaïn

phaân tích chænh lyù thaønh nhöõng taøi lieäu hoaøn chænh, lieân tuïc phuïc vuï cho

tính toaùn thuyû vaên, döï baùo thuyû vaên, vaø caùc ngaønh khaùc coù lieân quan.

1. Chænh bieân taøi lieäu möïc nöôùc:

Muïc ñích laø laäp ra baûng möïc nöôùc bình quaân haøng ngaøy, haøng thaùng vaø caû

naêm. Ghi roõ möïc nöôùc cao nhaát, thaáp nhaát, bình quaân trong naêm, veõ ñöôøng

quaù trình möïc nöôùc trong caû naêm.

Caùc böôùc tieán haønh sau:

• Thu thaäp caùc soá lieäu veà ñòa hình, ñòa chaát loøng soâng, cao trình goác

thöôùc nöôùc vaø caùc taøi lieäu khaùc coù aûnh höôûng ñeán möïc nöôùc noùi

chung.

• Thaåm tra vaø phaùt hieän caùc soá lieäu voâ lyù.

• Veõ ñöôøng quaù trình möïc nöôùc vaø tính möïc nöôùc bình quaân haøng

ngaøy.

Möïc nöôùc trung bình ñöôïc tính phuï thuoäc vaøo söï bieán thieân möïc nöôùc

trong ngaøy nhanh hay chaäm, caùc khoaûng thôøi gian coù baèng nhau khoâng.

Neáu möïc nöôùc bieán ñoåi chaäm trong ngaøy, thì möïc nöôùc trung bình H_tb

ñöôïc tính töø phöông phaùp trung bình soá hoïc ( coù theå khoaûng thôøi gian

khoâng baèng nhau).

Neáu möïc nöôùc bieán thieân ñoät ngoät trong ngaøy thì H_tbñöôïc tính nhö sau:

H₀+ H₁

H₁+ H₂

H_n−1+ H_n

1

⎡

⎤

H_tb=

a₁

+ a₂

+ ... + a_n

⎢

⎣

⎥

⎦

24

2

trong ñoù a_ilaø khoaûng caùch thôøi gian giöõa laàn ño möïc nöôùc thöù i-1 vaø thöù i.

n

ta coù

a = 24

i

∑

1

H_ilaø möïc nöôùc ño ñöôïc taïi ñieåm thôøi gian thöù i.

Neáu trong ngaøy khoâng coù soá lieäu möïc nöôùc luùc 0 vaø 24 giôø thì caên cöù vaøo

laàn ño tröôùc hoaëc sau ñeå noäi suy roài sau ñoù môùi tính H_tb.

Caên cöù vaøo möïc nöôùc trung bình haøng ngaøy ñeå veõ ñöôøng quaù trình möïc

nöôùc caû naêm.

Caên cöù vaøo taøi lieäu cuûa caùc traïm ño treân vaø döôùi, caùc taøi lieâu naêm tröôùc

ñeå tieán haønh phaân tích, kieåm tra laïi keát quaû chænh bieân.

2. Chænh bieân taøi lieäu löu löôïng

Yeâu caàu cuõng laäp ra baûng löu löôïng bình quaân ngaøy cho caû naêm, Q_max;

Q_min; Q_tbtrong naêm. Tính toång löôïng nöôùc chaûy qua moät maët caét trong caû

naêm vaø laäp ra baûng trích caùc yeáu toá thuyû vaên trong muøa luõ.

Vì coâng taùc ño löu löôïng phöùc taïp neân khoâng theå ño lieân tuïc nhö möïc

nöôùc. Do ñoù caàn veõ ñöôøng quan heä möïc nöôùc vôùi löu löôïng ñeå bieán nhöõng

taøi lieäu giaùn ñoaïn thaønh lieân tuïc thoaû maõn yeâu caàu veà chænh bieân löu

löôïng.

• Quan heä möïc nöôùc vaø löu löôïng Q=f(H)

• Quan heä möïc nöôùc vaø dieän tích maët caét A=f(H)

• Quan heä möïc nöôùc vaø vaän toác trung bình maët caét V=f(H)

Cuøng moät möïc nöôùc H, trò soá tính ñöôïc cuûa löu löôïng töø caùc ñöôøng quan

heä phaûi baèng Q=AV, sai soá cho pheùp khoâng quaù 2%.

Khi laäp caùc ñöôøng quan heä naøy, thöôøng phaùt hieän ra nhöõng ñieåm ñaëc bieät

caàn phaân tích xöû lyù. Neáu soá lieäu khoâng ñuùng caàn loaïi boû.

Ta coù caùc tröôøng hôïp sau:

• Q=f(H) oån ñònh: tröôøng hôïp naøy xaûy ra treân soâng thaúng, ñeàu, ñoä

nhaùm ñoàng nhaát, khoâng bò boài xoùi, khoâng coù gheành thaùc. Q vaø H

trong tröôøng hôïp naøy quan heä vôùi nhau raát chaët cheõ. Chæ caàn veõ

moät ñöôøng cong trôn qua giöõa caùc ñieåm laø ñöôïc.

H

Q=f(H)

A=f(H)

V=f(H)

H1

Q₁=V₁A₁

Q

Q1

A

A1

V

V1

• Quan heä Q=f(H) khoâng oån ñònh:

a) Khoâng oån ñònh do boài xoùi: khi loøng soâng bò xoùi, cuøng moät möïc

nöôùc, nhöng ñoä saâu taêng leân neân löu löôïng taêng leân, ñieåm quan heä

so vôùi ñöôøng quan heä coù khuynh höôùng leäch veà beân phaûi. Coøn khi

loøng soâng bò boài thì ngöôïc laïi.

b) Do toàn taïi khu nöôùc vaät:

Nöôùc vaät laø hieän töôïng nöôùc daâng leân ôû haï löu do doøng chaûy bò chaén laïi

(do haï löu coù moät ñaäp daâng nöôùc, do soâng nhaùnh chaën laïi bôûi bò aûnh höôûng

bôûi goùc leäch giöõa hai soâng choå cöûa soâng nhaùnh, ôû haï löu coù thuyû trieàu

daâng leân, ôû haï löu coù caây coû thuyeàn beø caûn trôû.

Nöôùc vaät laøm ñoä doác ñöôøng möïc nöôùc thay ñoåi. Töông öùng vôùi moät möïc

nöôùc, coù nhieàu löu löôïng khaùc nhau. Nöôùc vaät caøng lôùn thì ñoä doác ñöôøng

möïc nöôùc caøng beù, löu löôïng töông öùng cuõng caøng beù. Ñieàu naøy chöùng

minh ñöôïc qua coâng thöùc tính löu löôïng Chezy (^Q= ^{AC RJ}).

Nhö vaäy trong tröôøng hôïp naøy ñieåm quan heä so vôùi ñöôøng quan heä seõ leäch

veà beân traùi.

c) Do nöôùc luõ aûnh höôûng:

Moät traän luõ coù hai thôøi kyø: luõ leân vaø luõ xuoáng.

Khi luõ leân thì traïm treân daâng nöôùc tröôùc, traïm döôùi daâng sau, neân

ñộ

dốc ñöôøng maët nöôùc cuûa ñoaïn soâng ôû giöõa lôùn hôn bình thöôøng. Luùc luõ

xuoáng thì ngöôïc laïi.

Nhö vaäy, khi luõ leân, löu löôïng taêng cao hôn bình thöôøng, khi luõ xuoáng löu

löôïng giaûm ñi. Khi veõ ñöôøng quan heä ta coù hình aûnh nhö moät voøng daây.

Töông öùng vôùi moät möïc nöôùc coù hai löu löôïng luùc luõ leân vaø xuoáng. Do ñoù

khi söû duïng soá lieäu caàn tra theo cheá ñoä rieâng bieät.

H

10m

Q=f(H)

A=f(H)

V=f(H)

Q,A,V

Q2

Q1

Töø H=10m, theo ñöôøng cong Q=f(H), ta coù hai giaù trò Q: Q1 vaø Q2

Vaäy phaûi xem ñieåm thôøi gian xaûy ra H=10m laø vaøo muøa naøo (cuï theå laø

muøa luõ leân (thaùng 5…;hay luõ xuoáng (thaùng 9…)ñeå coù caùch choïn Q moät

caùch hôïp lyù: Neáu vaøo muøa luõ leân thì choïn Q2; Ngöôïc laïi thì choïn Q1

Ngoaïi suy:

Sau khi veõ caùc ñöôøng quan heä, caàn keùo daøi theâm veà hai phía ñeå ngoaïi suy

nhöõûng giaù trò khoâng ño ñöôïc (veà muøa luõ hoaëc kieät). Thöôøng keùo daøi theo

xu höôùng cuûa ñöôøng quan heä ñaõ veõ , hoaëc döïa vaøo keát quaû cuûa ñöôøng

A=f(H) ñeå keùo daøi.