MỞ ĐẦU 1. Tài nguyên nước và vấn đề khai thác tài nguyên nước I. Tài nguyên nước 1. Tầm quan trọng của tài nguyên nước Nước là yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát triển môi trường sống.
Nước là một loại tài nguyên thiên nhiên quý giá và có hạn, là động lực chủ yếu chi phối mọi hoạt động dân sinh kinh tế của con người. Nước được sử dụng cho nông nghiệp, phát điện, giao thông vận tải, chăn nuôi, thuỷ sản, cấp nước sinh hoạt, cấp nước công nghiệp, cải tạo môi trường v. Các dạng tài nguyên nước Nước tồn tại dưới những dạng khác nhau: Nước trên trái đất, ngoài đại dương, ở các sông suối, hồ ao, các hồ chứa nhân tạo, nước ngầm, trong không khí, băng tuyết và các dạng liên kết khác. Bảng 1- 1: Ước lượng nước trên trái đất [8] Hạng mục Diện tích Thể tích Phần trăm Phần trăm (106 Km2) (Km3) của tổng của nước lượng nước ngọt 1.
Nước ngầm - Nuớc ngọt 134,8 10.000 0,76 30,1 - Nước nhiễm mặn 134,8 12.000 0,93 - Lượng ẩm trong đất 82,0 16. Băng tuyết - Băng ở các cực 16,0 24.7 68,6 - Các loại băng tuyết khác 0,3 340. Hồ, đầm - Nước ngọt 1,2 91. Nước sinh học 510,0 1.Nước trong khí quyển 510,0 12.
Nguồn nước trên thế giới rất lớn nhưng nước ngọt mới là yêu cầu cơ bản cho hoạt động dân sinh kinh tế của con người Nước ngọt chiếm tỉ lệ khoảng 3% tổng lượng nước trên trái đất. Trong đó, – 2/3 trong số đó là băng tuyết ở các cực – Đại bộ phận của phần còn lại là nước ngầm ở độ sâu từ 200 đến 600m, đa phần bị nhiễm mặn Nước ngọt có thể khai thác được chiếm khoảng 1% tổng lượng nước trên trái đất Nước phân bố không đều theo không gian và thời gian Theo không gian: – Vùng nhiều nước: Châu Âu, Châu Á – Vùng ít nước: Châu Phi 7 Theo thời gian: – Mùa mưa và mùa khô – Mùa lũ và mùa kiệt 3. Đặc tính của tài nguyên nước Gây lợi: Là động lực cho các hoạt động dân sinh kinh tế của con người Gây hại: Lũ lớn, lũ quét, lụt lội gây thiệt hại về con người và tài sản Tài nguyên nước được đánh giá bởi ba đặc trưng quan trọng: Lượng, chất lượng và động thái của nó: Lượng nước: tổng lượng nước sinh ra trong một khoảng thời gian một năm hoặc một thời kỳ nào đó trong năm. Nó biểu thị mức độ phong phú của tài nguyên nước trên một vùng lãnh thổ.
Chất lượng nước: các đặc trưng về hàm lượng của các chất hoà tan và không hoà tan trong nước (có lợi hoặc có hại theo tiêu chuẩn sử dụng của đối tượng sử dụng nước). Động thái của nước được đánh giá bởi sự thay đổi của các đặc trưng dòng chảy theo thời gian, sự trao đổi nước giữa các khu vực chứa nước, sự vận chuyển và quy luật chuyển động của nước trong sông, sự chuyển động của nước ngầm, các quá trình trao đổi chất hoà tan, truyền mặn v. Vấn đề khai thác tài nguyên nước Khai thác nguồn nước có thể theo những mục đích khác nhau: cấp nước tưới, cấp nước cho công nghiệp, cấp nước cho sinh hoạt, phát điện, giao thông thủy, du lịch, cải tạo môi trường, phòng chống lũ lụt, tiêu úng, lấn biển v.v, có thể gọi chung là các yêu cầu về nước. Yêu cầu sử dụng nước càng ngày càng tăng cùng với sự phát triển của các biện pháp thủy lợi sẽ làm thay đổi mạnh mẽ chế độ tự nhiên của dòng chảy sông ngòi.
Chính vì vậy, theo quan điểm hiện đại, có thể coi Hệ thống tài nguyên nước là một hệ thống phức tạp bao gồm nguồn nước ở dạng tự nhiên hoặc dạng được tái tạo, hệ thống các yêu cầu về nước, hệ thống các công trình thủy lợi cùng với sự tác động qua lại giữa chúng và tác động của môi trường. Nhiệm vụ của các quy hoạch sử dụng nước là sự thiết lập một cân bằng hợp lý với hệ thống nguồn nước theo các tiêu chuẩn đã được quy định bởi các mục đích khai thác 8 và quản lý nguồn nước. Đánh giá tài nguyên nước bởi vậy cũng cần được tiến hành với sự phân tích các tác động qua lại giữa các thành phần cấu thành hệ thống nguồn nước. Những nét chính về phát triển nguồn nước trong tương lai 1.
Nhu cầu cấp nước 2. Phát triển thuỷ điện 3. Giao thông thủy 4. Sản xuất công nghiệp 5.
Phòng chống lũ lụt 6. Khai thác lợi dụng tổng hợp 1. Nhiệm vụ và nội dung của môn học thủy văn công trình Thủy văn là môn khoa học nghiên cứu về nước trên trái đất, sự xuất hiện, chu kỳ và sự phân bố của nước, các đặc tính hoá học và lý học của nước và sự phản ứng của nước đối với môi trường, bao gồm cả mối quan hệ giữa nước với các vật sống. Thủy văn được ứng dụng trong: Thiết kế và vận hành các công trình thủy lợi Sản xuất năng lượng thủy điện Giao thông thủy Cấp và thoát nước đô thị Bố trí và xử lý các nguồn nước thải Phòng chống lũ lụt Phòng chống xói lở và bồi lắng phù sa Ngăn mặn xâm nhập Giảm nhẹ ô nhiễm, sử dụng nước cho các nhu cầu giải trí, bảo vệ nguồn cá và động vật hoang dã Nhiệm vụ của môn học Thủy văn công trình là: - Cung cấp những kiến thức cơ bản về sự hình thành dòng chảy sông ngòi, lưu vực, quá trình hình thành dòng chảy sông ngòi.
- Cung cấp các phương pháp tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ công tác quy hoạch, thiết kế và thi công hệ thống công trình thủy lợi – thủy điện, giao thông và các công trình xây dựng khác. 9 - Phương pháp tính toán cân bằng nước trong hệ thống, đặc biệt là cân bằng nước đối với hệ thống hồ chứa nước. Đặc điểm của hiện tượng thủy văn và phương pháp nghiên cứu 1. Đặc điểm của hiện thủy văn Các hiện tượng thủy văn là kết quả sự tác động của nhiều nhân tố tự nhiên.
Dòng chảy sinh ra trên mặt đất phụ thuộc các yếu tố khí hậu, điều kiện địa hình địa chất, thảm thực vật, thổ nhưỡng v. Đó là một quá trình tự nhiên với đầy đủ tính chất vật lý của nó, biểu hiện phạm trù nguyên nhân và hậu quả. Nếu biểu diễn một cách hình thức quan hệ của dòng chảy sông ngòi với nhân tố tự nhiên tác động lên nó dưới dạng: Y = f(X, Z) (1-1) trong đó: X là tập hợp các yếu tố khí tượng, khí hậu tham gia vào sự hình thành dòng chảy sông ngòi, biểu thị dưới dạng vectơ: X = ( x1, x2,.,xn là các đặc trưng khí tượng, khí hậu: mưa, bốc hơi, gió. Z là 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,.,zm là các đặc trưng mặt đệm: diện tích lưu vực, độ dốc lưu vực, điều kiện địa hình, địa chất, lớp phủ thực vật.
Nhóm các yếu tố khí tượng, khí hậu X biến động lớn theo thời gian, thường gọi là nhóm biến đổi nhanh. Sự biến đổi của loại này vừa mang tính chu kỳ, vừa mang tính ngẫu nhiên. Tính chu kỳ phản ảnh quy luật thay đổi của xu thế bình quân, tính ngẫu nhiên thể hiện ở sự xuất hiện một giá trị cụ thể tại thời điểm nào đó của chu kỳ và sự lệch của nó so với giá trị bình quân. Nhóm các nhân tố mặt đệm Z biến đổi chậm theo thời gian, thường gọi là nhóm biến đổi chậm.
Tính quy luật của nó thể hiện qua sự biến đổi theo không gian tạo thành các vùng, miền có điều kiện mặt đệm đồng nhất. Tổ hợp của hai nhóm nhân tố, tham gia vào các quá trình dòng chảy theo quan hệ (1-1) quyết định tính chất của hiện tượng thủy văn. Hiện tượng thủy văn vừa mang tính tất định, vừa mang tính ngẫu nhiên. Tính chất tất định của hiện tượng thủy văn thể hiện ở các mặt sau: (1) Sự thay đổi có chu kỳ của các xu thế bình quân theo thời gian: chu kỳ một năm (mùa lũ, mùa kiệt); chu kỳ nhiều năm (nhóm ít nước xuất hiện với các nhóm nhiều nước).
(2) Tính quy luật biểu thị mối quan hệ vật lý của các nhân tố ảnh hưởng (X, Z) đến các đặc trưng dòng chảy Y. Mối quan hệ giữa các đặc trưng dòng chảy và các nhân tố ảnh hưởng trong nhiều trường hợp có thể biểu diễn bằng mô hình toán học dưới dạng các biểu thức toán học hoặc đồ thị. (3) Sự biến đổi có quy luật theo không gian do bị chi phối bởi tính địa đới của các hoạt động khí hậu, khí tượng tổ hợp với những hình thế mặt đệm tương đối ổn định của từng khu vực trên lãnh thổ. Nhờ đó, có thể tiến hành xây dựng các bản đồ phân vùng hoặc các bản đồ đẳng trị.
Tính ngẫu nhiên của hiện tượng thủy văn phụ thuộc chủ yếu vào sự biến đổi ngẫu nhiên của nhóm nhân tố khí hậu, khí tượng. Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu và tính toán thủy văn có thể chia làm hai loại: Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành và phương pháp thống kê xác suất. Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành là phương pháp được xây dựng dựa vào tính tất định của hiện tượng thủy văn. Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành có thể phân loại như sau: (1) Phương pháp phân tích căn nguyên Trên cơ sở phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến sự hình thành các quá trình dòng chảy theo biểu thức (1-1), người ta thiết lập các mối quan hệ toán học giữa các đặc trưng thủy văn với các đặc trưng biểu thị nhân tố ảnh hưởng: hoặc bằng các biểu thức toán học, hoặc bằng các đồ thị, cao hơn nữa là các mô hình toán và mô hình mô phỏng hệ thống.
Các mô hình mô phỏng hệ thống hiện nay được sử dụng rộng rãi trong tính toán thủy văn công trình. (2) Phương pháp tổng hợp địa lý Hiện tượng thủy văn mang tính địa đới, tính khu vực và biến đổi nhịp nhàng theo không gian. Bởi vậy, có thể xây dựng các bản đồ phân vùng, bản đồ đẳng trị các đặc trưng hoặc các tham số thủy văn. Bằng các bản đồ này có thể nội suy, ngoại suy các đặc trưng cần xác định trong tính toán thủy văn thiết kế.
11 (3) Phương pháp lưu vực tương tự Phương pháp lưu vực tương tự được sử dụng rộng rãi trong tính toán thủy văn trong trường hợp không có tài liệu đo đạc thủy văn.