Giáo trình môn Thủy văn - Chương 7: Thủy văn ao hồ

CHÖÔNG

5

THUÛY VAÊN AO HOÀ

5.1 NGUOÀN GOÁC VAØ ÑAËC TÍNH TOÅNG QUAÙT CUÛA AO

HOÀ.

5.1.1. Ñaëc tính toång quaùt cuûa ao hoà

Ao hoà ñoùng vai troø ñieàu tieát doøng chaûy. Trong muøa luõø, moät phaàn nöôùc luõ

chaûy vaøo vaø ñöôïc chöùa laïi trong ao hoà, laøm ñænh luõ ñöôïc caét bôùt ñi. Ñeán

muøa heø, khi nöôùc trong soâng khoâ caïn , thì nöôùc laïi töø ao hoà chaûy ra soâng

giuùp soâng khoâng bò khoâ kieät (ví duï nhö bieån hoà ôû Campuchia).

Ñaëc tính cô baûn cuûa ao hoà laø quaù trình trao ñoåi nöôùc chaäm, trong ñoù khoái

löôïng nöôùc naèm laâu daøi trong loøng ao hoà. Phaàn lôùn caùc vaät chaát töø ngoaøi,

qua doøng chaûy va ao hoà, coäng vôùi vaät chaát hình thaønh töø chính trong ao hoà

ñaõ taïo ra buøn caùt lô löûng, buøn caùt ñaùy vaø nhöõng chaát hoaø tan trong ao hoà.

Nhöõng vaät chaát naøy, qua quaù trình töông taùc, laéng ñoïng xuoáng taïo neân

loøng ao hoà vaø ñaëc tính löôïng nöôùc trong ao hoà.

Ao hoà ñöôïc hình thaønh trong quaù trình hình thaønh ñòa hình cuûa voû traùi ñaát,

noù quan heä chaët cheõ vôùi söï daâng leân, haï xuoáng cuûa caùc taàng lôùp ñaát.

Löôïng nöôùc trong hoà phuï thuoäc vaøo quan heä giöõa caùc thaønh phaàn cuûa caân

baèng nöôùc, maø ñaëc tính cuûa caân baèng naøy quyeát ñònh neân yeáu toá khí haäu

vaø doøng chaûy cuûa hoà.

Löôïng nöôùc toång coäng trong hoà cuûa toaøn traùi ñaát ñaït gaàn 176 ngaøn km³,

trong ñoù 52% laø nöôùc ngoït, 48% laø nöôùc khoaùng (lôï). Ña soá caùc hoà naèm ôû

khu vöïc coù ñoä aåm cao, caû ôû ñoàng baèng laãn mieàn ñoài nuùi.

Heä thoáng ao hoà-soâng ngoøi:

Trong maïng löôùi thuûy vaên, coù nhöõng löu vöïc ao hoà noái vôùi nhau qua caùc

soâng chaûy vaøo noù hay töø noù chaûy ñi, heä thoáng naøy taïo thaønh moät heä thoáng

ao hoà- soâng thoáng nhaát. Caùc cheá ñoä thuûy vaên cuûa heä thoáng naøy quan heä

vaø boå sung cho nhau raát chaët cheõ, trong ñoù ao hoà ñoùng vai troø ñieàu tieát

doøng chaûy trong soâng, vaø soâng giöõ vai troø cung caáp nöôùc trong ao hoà, ñoä

lôùn cuûa hoà, ñaëc tính ñòa maïo loøng hoà.

Vò trí caùc hoà trong löu vöïc coù theå ôû thöôïng löu, haï löu hay boá trí ñeàu trong

löu vöïc, trong ñoù, ña soá caùc hoà aûnh höôûng ñeán söï ñieàu tieát nöôùc trong soâng

ñeàu ñöôïc boá trí ñeàu trong löu vöïc.

Ñeå phuïc vuï cho noâng nghieäp, kinh teá quoác daân, ngöôøi ta coøn taïo ra heä

thoáng hoà – soâng nhaân taïo, trong ñoù caùc hoà ñöôïc boá trí theo kieåu baäc thang

(ñeàu). Khaû naêng ñieàu tieát nöôùc cuûa heä thoáng naøy cao hôn heä thoáng ao hoà-

soâng töï nhieân.

5.1.2. Nguoàn goác loøng hoà:

Ñoä lôùn vaø hình daïng loøng hoà ñöôïc xaùc ñònh tuøy thuoäc vaøo nguoàn goác cuûa

chuùng, ta phaân thaønh loaïi caùc loøng ao hoà sau:

a) Nhöõng loaïi loøng hoà naèm ôû caùc ñòa haøo, khe nuùi taïo ra caùc hoà raát lôùn

vaø saâu (Kaspia, Lagdoge, Baical,..)

b) Loaïi loøng hoà hình thaønh ôû mieäng nuùi löûa hay giöõa caùc khu vöïc dung

nham, thöôøng ôû caùc khu vöïc môùi xaûy ra nuùi löûa hay ñaõ xaûy ra töø laâu

(Taây ban Nha, Nhaät, Camtraska, YÙù,..)

c) Hoà ñöôïc hình thaønh töø caùc taûng baêng cöïc lôùn, hình thaønh döôùi hai

daïng xoùi moøn vaø tích tuï. Daïng thöù nhaát laø nhöõng hoà hình thaønh töø

caùc taûng baêng lôùn trong nhöõng loøng saâu. Loaïi hai hình thaønh töø giöõa

nhöõng khu vöïc thaáp cuûa caùc bieån.

5.2 CAÙC ÑAËC TRÖNG CUÛA AO HOÀ.

Caùc ñaëc tröng ñöôïc xaùc ñònh treân beà maët cuûa ao hoà hay treân baûn ñoà coù

nhöõng ñöôøng ñoàng möùc, vaø noù coù aûnh höôûng ñeán möïc nöôùc cuûa hoà.

1. Chieàu daøi L (km): laø khoaûng caùch xa nhaát cuûa hai ñieåm treân ñöôøng bôø

hoà.

2. Beà roäng B (km):B_tblaø tyû soá giöõa dieän tích beà maët nöôùc yeân laëng cuûa hoà

f₀vaø chieàu daøi hoà L. B_maxlaø beà roäng lôùn nhaát giöõa bôø hoà tính theo

ñöôøng vuoâng goùc vôùi chieàu daøi L.

3. Chieàu daøi ñöôøng bôø hoà l (km): laø chieàu daøi ñöôøng môùn nöôùc quanh hoà.

4. Dieän tích beà maët hoà: f₀:laø phaàn dieän tích beà maët nöôùc yeân laëng, vaø

caùc dieän tích beà maët nöôùc f_iöùng vôùi töøng ñöôøng ñoàng möùc ñoä cao.

5. Chieàu saâu H_tbvaø H_maxlaø chieàu saâu nöôùc trung bình vaø lôùn nhaát trong

hoà; H_tbñöôïc tính baèng tyû soá giöõa theå tích nöôùc W trong hoà vaø dieän tích

beà maët nöôùc yeân laëng hoà f₀.

6. Theå tích nöôùc hoà chöùa W (km³) ñöôïc xaùc ñònh cho toaøn theå hoà vaø xaùc

ñònh cho töøng lôùp cuûa hoà (goïi laø W_i).

Theå tích W_iöùng vôùi töøng lôùp ñoä saâu h_iñöôïc tính trung bình nhö sau:

W_i=(1/2)h (f_i+ f_i+1)

(5.1)

Trong ñoù h laø hieäu soá giöõa hai ñöôøng ñoàng möùc töông öùng h_ivaø h_i+1.

Döïa vaøo caùc giaù trò f_ivaø W_ingöôøi ta veõ caùc ñöôøng quan heä f_i=f(h_i) vaø

∑W_i=f(h_i), vôùi h_ilaø ñoä saâu töông öùng vôùi f_ivaø W_i, vaø ∑W_ilaø toång caùc theå

tích nöôùc naèm döôùi ñöôøng ñoàng möùc ñoä saâu h_i.

Hình veõ caùc ñöôøng ñöôïc bieãu dieãn nhö sau:

f₂

f₄f₃

W₁W₀

A

B

f₁

W₄W₃W₂

W (Km³)

F₀

A

f (m²)

0

h₁

B

h₂

C

h₃

D

h₄

E

h_max

F

H (m)

5.3 CAÂN BAÈNG NÖÔÙC VAØ MÖÏC NÖÔÙC TRONG HOÀ.

5.3.1. Phöông trình caân baèng nöôùc

Phöông trình caân baèng nöôùc coù theå ñöôïc bieãu dieãn döôùi daïng sau:

∑X - ∑Y =∑A +ε

(5.2)

trong ñoù: ∑X: laø toång löôïng nöôùc vaøo,

∑Y : laø toång löôïng nöôùc ra

∑A : toång löôïng nöôùc toàn ñoïng laïi trong hoà

ε : sai soá caàn hieäu chænh.

Tham gia vaøo thaønh phaàn X coù doøng chaûy ñeán hoà chöùa töø nöôùc maët

(soâng), nöôùc ngaàm, möa.

Tham gia vaøo thaønh phaàn Y coù doøng chaûy ra töø hoà vaøo caùc soâng, doøng

thaám vaøo ñaát, boác hôi; ngoaøi ra coøn coù caùc hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi, nhö

daãn nöôùc töôùi...

5.3.2. Trao ñoåi nöôùc trong hoà vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi:

Thôøi gian cö truù nöôùc trong hoà cuûa nhöõng doøng chaûy ñeán laø yeáu toá quan

troïng hình thaønh neân löôïng nöôùc trong hoà. Do ñoù vai troø cuûa söï trao ñoåi

nöôùc vôùi beân ngoaøi hoà ñoùng vai troø raát quan troïng, noù coù khaû naêng laøm ñoåi

môùi baûn chaát nöôùc trong hoà. Ngöôøi ta duøng chæ soá trao ñoåi K_nñeå ñaëc tröng

cho tính chaát naøy:

K_n=W_ñi/W_hoà

(5.3)

trong ñoù : W_ñilaø löôïng nöôùc chaûy ñi khoûi hoà trong khoaûng thôøi gian T,

W_hoàlaø theå tích nöôùc trung bình trong hoà cuõng trong khoaûng thôøi

gian ñoù.

5.3.3. Dao ñoäng möïc nöôùc trong hoà:

Nguyeân nhaân chính laøm cho möïc nöôùc trong hoà dao ñoäng laø söï thay ñoåi

theå tích nöôùc trong hoà. Vaø söï di chuyeån nöôùc trong hoà (doøng chaûy, nöôùc

daâng, soùng...) laøm cho nöôùc beà maët hoà bò nghieân. Ngoaøi ra söï di chuyeån

möïc nöôùc trong hoà coøn phuï thuoäc vaøo baûn chaát ñieàu tieát doøng chaûy.

Keát quaû cuûa nhöõng aûnh höôûng treân, ñoái vôùi moät hoà lôùn, quan traéc ñöôïc

nhieàu möïc nöôùc khaùc nhau ôû nhieàu khu vöïc khaùc nhau trong hoà. Möïc nöôùc

trung bình ñöôïc tính nhö sau:

f_i

f₀

H =

(H + ΔH )

(5.4)

∑

tb

i

trong ñoù H_tblaø möïc nöôùc trung bình môùi;

H_tblaø möïc nöôùc trung bình cuõ;

ΔH_ilaø cheânh leäch möïc nöôùc taïi traïm ño i

f_ilaø dieän tích beà maët nöôùc hoà töông öùng vôùi traïm ño i

5.3.4. AÛnh höôûng cuûa ao hoà ñeán cheá ñoä thuûy vaên cuûa soâng ngoøi:

AÛnh höôûng cuûa ao hoà ñeán cheá ñoä thuûy vaên cuûa soâng ngoøi lieân quan chaët

cheõ ñeán caân baèng nöôùc, caân baèng vaät chaát, caân baèng nhieät ñoä, caân baèng

hoaù hoïc cuûaao hoà, ngoaøi ra coøn lieân quan ñeán söï trao ñoåi nöôùc vaø söï

chuyeån ñoäng quaùn tính cuûa nöôùc ao hoà. Söï aûnh höôûng naøy theå hieän qua

cheá ñoä ñieàu tieát caùc thaønh phaàn ñaëc tröng thuyû löïc cuûa soâng, cuï theå laø möïc

nöôùc trong naêm, cheá ñoä nöôùc nhieàu naêm (töông töï cho caùc thaønh phaàn

khaùc nhö vaät chaát, ion, , nhieät,...) chaûy töø hoà vaøo soâng vaø töø soâng vaøo hoà.

Ngoaøi ra, giaù trò cuûa moät soá caùc ñaëc tröng khaùc cuûa cheá ñoä cuõng thay ñoåi (

söï gia giaûm cuûa thaønh phaàn toån thaát do boác hôi, söï laéng ñoïng vaät chaát, ...).

Vai troø ñieàu tieát soâng cuûa ao hoà ñöôïc hteå hieän qua cheá ñoä ñieàu hoaø cuûa

nöôùc soâng theo muøa (muøa luõ hoaëc muøa kieät), vaø vai troø naøy caøng maïnh khi

trong löu vöïc caøng nhieàu hoà.

AÛnh höôûng cuûa hoà chöùa leân dao ñoäng möïc nöôùc phuï thuoäc vaøo baûn chaát söï

ñieàu tieát. Khi ñieàu tieát theo muøa hay theo nhieàu naêm, doøng chaûy ôû haï löu

coâng trình ñöôïc ñieàu tieát tích luõy laïi, ñaëc bieät laø vôùi nhöõng hoà saép xeáp

theo baäc thang, ôû haï löu coâng trình vaøo muøa luõ phaàn traêm doøng chaûy so

vôùi doøng chaûy caû naêm seõ nhoû hôn nhieàu (coù theå giaûm töø 50% ñeán 30%).

Goïi Δy laø ñoä giaûm löu löôïng doøng chaûy (trung bình naêm) do ñieàu tieát cuûa

ao hoà, thì :

Δy = y - y_hoà= (E_hoà– E_ñ)p

Trong ñoù:

y, y_hoà: laàn löôït laø doøng chaûy trung bình naêm khi chöa coù vaø khi coù hoà.

E_hoà, E_ñ: laàn löôït laø löôïng boác hôi töø maët nöôùc hoà vaø treân ñaát lieàn trong löu

vöïc.

p: laø phaàn traêm toång dieän tích ao hoà treân dieän tích toaøn löu vöïc.

Hieäu soá (E_hoà– E_ñ) phuï thuoäc vaøo töøng khu vöïc ñòa lyù, taêng leân ôû nhöõng

vuøng coù khí haäu luïc ñòa (khoâ). ÔÛû nhöõng vuøng aåm nôi maø hieäu soá naøy

khoâng lôùn vaø toån thaát doøng chaûy do aûnh höôûng cuûa maët hoà khoâng lôùn hôn

3-8%, vaø coù theå boû qua. Trong ñieàu kieän ñoä aåm nhoû, E_hoàlôùn hôn E_ñgaáp

nhieàu laàn (nöôùc boác hôi töø hoà raát nhieàu), vaø ñoä giaûm cuûa doøng chaûy seõ

taêng leân raát nhieàu, vaø taïi ñaây, vai troø cuûa hoà trong vieäc ñieàu tieát raát lôùn.

5.4 NHÖÕNG VAÄT CHAÁT LAÉNG ÑOÏNG TRONG HOÀ.

5.4.1. Caân baèng vaät chaát:

Ñaëc tính cô baûn cuûa ao hoà laø trao ñoåi nöôùc chaäm, laøm cho caùc vaät chaát vaøo

hoà (lô löûng, buøn caùt, chaát hoaø tan..) tích tuï laïi trong loøng hoà. Quaù trình naøy

theå hieän roõ qua caùc lôùp boài laéng ôû ñaùy hoà. Caùc lôùp boài naøy laøm cho caùc

ñaëc tröng cuûa hoà thay ñoåi , vaø thay ñoåi caû baûn chaát nöôùc trong hoà. Caùc vaät

chaát hình thaønh neân lôùp boài ñaùy ñöôïc ñaëc tröng bôûi caùc thaønh phaàn ñaëc

tröng hình hoïc, thuûy löïc cuûa mình nhö ñöôøng kính haït, vaän toác laéng ñoïng,,

khoái löôïng rieâng,..

Tham gia vaøo söï hình thaønh lôùp boài ñaùy coøn coù caùc saûn phaåm bò vôõ ra töø

bôø hoà, töø gioù, doøng chaûy vaøo ñöa caùc chaát thaûi do hoaït ñoäng con ngöôøi gaây

ra...

Khoái löôïng vaät chaát tích tuï trong hoà coù theå ñöôïc tính nhôø giaûi phöông trình

caân baèng vaät chaát cuûa hoà. Caùc thaønh phaàn cuûa phöông trình caân baèng vaät

chaát xaùc ñònh ñöôïc raát khoù khaên do khoâng ñuû ñieàu kieän xaùc ñònh chính xaùc

caùc thaønh phaàn cuûa noù. Phöông trình coù daïng:

R_c+R_b+R_p+R_g+R_n= R_h+R_x+R_ac±R_iz+ΔR

Trong ñoù:

R_c: Vaät chaát vaøo töø doøng cô baûn cuûahoà;

R_b: Vaät chaát vaøo töø doøng chaûy vaøo hoà;

R_p: Vaät chaát vaøo do bôø hoà bò röûa vôõ;

R_g: Vaät chaát do gioù vaøo ;

R_n= do caùc quaù trình phaûn öùng hoaù, vi sinh,...

R_h: Vaät chaát ra ôû haï löu hoà;

R_x: Vaät chaát ra töø doøng chaûy ra söû duïng cho hoaït ñoäng con ngöôøi;

R_ac: Vaät chaát laéng tuï döôùi ñaùy hoà.

R_iz:Söï thay ñoåi vaät chaát lô löûng trong hoà trong khoaûng thôøi gian tính toaùn;

ΔR: Sai soá

5.4.2. Söï laéng ñaày hoà:

Toác ñoä laéng ñaày hoà phuï thuoäc vaøo ñòa hình loøng hoà, doøng vaät chaát ñeán hoà,

toác ñoä lôõ bôø hoà, caùc ñaëc tröng hình hoïc, thuûy löïc cuûa haït vaät chaát trong hoà,

khaû naêng chöùc ñöïng vaät chaát cuûa nöôùc trong hoà (noàng ñoä baõo hoøa), caùc

ñaëc tính ñoäng löïc hoïc vaø hình hoïc cuûa hoà.

Nhöõng hoà lôùn, ôû nhöõng nôi maø doøng chaûy tôùi ít phuø sa thì toác d0oä laéng ñaày

nhoû.

Nhöõng hoà ñöôïc nuoâi töø doøng chaûy treân nuùi hay khu vöïc coù nhieàu vaät chaát

trong doøng chaûy tôùi thì toác ñoä laéng ñaày raát lôùn.