Giáo trình Tính toán Thủy văn Phần 1 - Nguyễn Thanh Sơn (NXB ĐHQG Hà Nội)

Giáo trình tính toán thủy văn phần 1 cung cấp kiến thức cơ bản và ứng dụng trong lĩnh vực thủy văn, phục vụ cho nghiên cứu và thực tiễn.

• Đề tài: Giáo Trình Tính Toán Thủy Văn Phần 1

Mục lục chi tiết

• LỜI TỰA
• 1. CHƯƠNG 1: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THỦY VĂN
• 1.1. Nội dung nghiên cứu
• 1.2. Lịch sử phát triển tính toán thủy văn
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY
• 2.1. Khái niệm về chế độ nước lục địa
• 2.2. Đơn vị đo dòng chảy
• 2.3. Các đặc trưng của lưu vực
• 2.4. Bản chất vật lý của dòng chảy
• 2.5. Công thức căn nguyên của dòng chảy
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC
• 3.1. Phương trình cân bằng nước dạng tổng quát
• 3.2. Phương trình cân bằng nước cho một lưu vực sông ngòi
• 3.3. Phương trình cân bằng nước lưu vực cho thời kỳ nhiều năm
• 3.4. Phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến dòng chảy sông ngòi thông qua phương trình cân bằng nước
• 3.5. Phương trình cân bằng nước ao hồ, đầm lầy
• 3.6. Cán cân nước Việt Nam
• 4. CHƯƠNG 4: CHUẨN DÒNG CHẢY NĂM
• 4.1. Định nghĩa và khái niệm
• 4.2. Xác định chuẩn dòng chảy năm khi có đầy đủ tài liệu quan trắc
• 4.3. Lựa chọn thời kỳ tính toán
• 4.4. Tính chuẩn dòng chảy năm khi không đủ số liệu quan trắc
• 4.5. Xác định chuẩn dòng chảy năm khi không có tài liệu quan trắc
• 4.6. Ảnh hưởng của các điều kiện địa lý tự nhiên tới chuẩn dòng chảy năm
• 4.7. Xây dựng bản đồ chuẩn dòng chảy năm
• 4.8. Dòng chảy sông ngòi Việt Nam và các yếu tố địa lý tác động tới nó
• 5. CHƯƠNG 5: DAO ĐỘNG DÒNG CHẢY NĂM
• 5.1. Ứng dụng lý thuyết xác suất thống kê để tính toán dao động dòng chảy năm
• 5.2. Xác định các tham số đặc trưng chuỗi dòng chảy khi có đầy đủ số liệu quan trắc
• 5.3. Xác định các tham số đặc trưng theo phương pháp đồ giải - giải tích
• 5.4. Xác định tham số thống kê dòng chảy năm khi tài liệu quan trắc ngắn
• 5.5. Xác định các tham số thống kê dòng chảy năm khi không có tài liệu quan trắc
• 5.6. Xây dựng đường cong đảm bảo và tính toán dòng chảy năm với xác suất an toàn cho trước
• 6. CHƯƠNG 6: SỰ PHÂN PHỐI DÒNG CHẢY TRONG NĂM
• 6.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phân phối dòng chảy trong năm
• 6.2. Năm đại biểu mưa năm và dòng chảy năm
• 6.3. Phương pháp phân phối dòng chảy trong năm theo quá trình ngẫu nhiên
• 6.4. Đường cong duy trì lưu lượng
• 6.5. Phương pháp xây dựng mô hình phân phối dòng chảy năm khi có tài liệu quan trắc
• 6.6. Tính toán phân phối dòng chảy năm khi thiếu tài liệu quan trắc
• 7. CHƯƠNG 7: DÒNG CHẢY LỚN NHẤT
• 7.1. Ý nghĩa nghiên cứu và các đặc trưng biểu thị dòng chảy lớn nhất
• 7.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới dòng chảy lớn nhất
• 7.3. Sự hình thành dòng chảy lũ
• 7.4. Mưa rào và phương pháp xác định
• 7.5. Vấn đề tổn thất và chảy tụ
• 7.6. Các công thức tính dòng chảy lớn nhất
• 7.7. Giải phương trình vi phân dòng chảy lũ
• 7.8. Tổng lượng lũ và quá trình lũ
• 8. CHƯƠNG 8: DÒNG CHẢY BÉ NHẤT
• 8.1. Tính toán dòng chảy bé nhất khi có số liệu quan trắc thủy văn
• 8.2. Tính toán dòng chảy bé nhất khi không có tài liệu quan trắc
• 8.3. Tình hình dòng chảy kiệt ở Việt Nam
• 9. CHƯƠNG 9: DÒNG CHẢY RẮN
• 9.1. Các yếu tố hình thành dòng chảy rắn
• 9.2. Tính toán dòng chảy phù sa
• 9.3. Tính toán lắng đọng hồ chứa
• 9.4. Lũ bùn đá
• 10. CHƯƠNG 10: MÔ HÌNH HOÁ TOÁN HỌC DÒNG CHẢY
• 10.1. Phân loại mô hình dòng chảy
• 10.2. Những nguyên lý chung trong việc xây dựng mô hình "hộp đen" - Lớp mô hình tuyến tính dừng
• 10.3. Giới thiệu các mô hình "hộp đen" trong tính toán thủy văn
• 10.4. Nguyên lý xây dựng mô hình "quan niệm" dòng chảy
• 10.5. Giới thiệu mô hình quan niệm
• 10.6. Mô hình diễn toán châu thổ
• 10.7. Mô hình hoá chuỗi dòng chảy
• 10.8. Các phương pháp xác định thông số
• 10.9. Một số kết quả nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thủy văn ở Việt Nam
• 11. CHƯƠNG 11: QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG NƯỚC
• 11.1. Nguồn nước và môi trường
• 11.2. Kiến thức cơ sở để đánh giá chất lượng nước
• 11.3. Thành phần và nguồn gốc nước thải
• 11.4. Chất lượng nước dùng và tiêu chuẩn chất lượng nước
• 11.5. Phân tích những ảnh hưởng ô nhiễm trong tự nhiên
• 11.6. Các bước cơ bản để đánh giá ảnh hưởng nhiễm bẩn của nguồn nước
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hướng dẫn toàn diện Giáo trình tính toán thủy văn Phần 1

Giáo trình tính toán thủy văn là một phần quan trọng của thủy văn học, đóng vai trò cầu nối giữa các nghiên cứu lý thuyết và nhu cầu thực tiễn của nền kinh tế. Đây được xem là phần chính trong thủy văn thực hành, với mục đích giải quyết các vấn đề điều hòa và phân phối tài nguyên nước. Nội dung của giáo trình tập trung vào việc phân tích các quy luật hình thành, phân bố và phát triển của các đặc trưng dòng chảy, đồng thời đưa ra các phương pháp định lượng chúng. Việc nghiên cứu này không chỉ xem xét ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng, mặt đệm mà còn khám phá các nguyên lý khái quát địa lý và sự thay đổi theo không gian, thời gian của dòng chảy. Mục tiêu cốt lõi là đảm bảo khả năng tính toán dòng chảy ở các lưu vực sông đã hoặc chưa được nghiên cứu đầy đủ. Nước, một tài nguyên quý giá và không thể thay thế, là thành phần thiết yếu của môi trường sống. Do đó, Thủy văn học xác định vai trò của nước trong tự nhiên và sự phát triển kinh tế - xã hội. Việc hiểu rõ các phương pháp trong tài liệu tính toán thủy văn này là yêu cầu bắt buộc khi thiết kế các công trình như trạm thủy điện, hồ chứa, hệ thống thủy nông, hay các công trình giao thông. Ví dụ, để xác định công suất nhà máy thủy điện, cần có thông tin về dòng chảy trung bình nhiều năm, trong khi việc xây dựng đập lại yêu cầu dữ liệu về lưu lượng đỉnh lũ và tần suất lặp lại. Cuốn sách thủy văn học này, cụ thể là Giáo trình Đại học Thủy Lợi và các tài liệu tham khảo tương tự, cung cấp nền tảng kiến thức vững chắc cho sinh viên và các kỹ sư ngành kỹ thuật tài nguyên nước.

1.1. Vai trò của tài liệu tính toán thủy văn trong thực tiễn

Các tài liệu tính toán thủy văn đóng một vai trò không thể thiếu trong nhiều ngành kinh tế quốc dân. Trong lĩnh vực năng lượng, việc thiết kế trạm thủy điện đòi hỏi thông tin chính xác về dòng chảy trung bình nhiều năm, phân bố dòng chảy theo mùa để xác định công suất và khả năng sản xuất điện. Đối với thủy văn công trình, các thông tin về lưu lượng cực đại và tần suất của nó là cơ sở để thiết kế an toàn cho đập và hồ chứa. Trong nông nghiệp, việc xây dựng hồ chứa phục vụ thủy nông cần các số liệu tin cậy về dòng chảy trung bình, tổng lượng và lưu lượng đỉnh lũ. Ngành giao thông vận tải sử dụng dữ liệu mực nước lớn nhất để thiết kế cầu cống và mực nước thấp nhất để đảm bảo an toàn hàng hải. Do đó, một bài giảng tính toán thủy văn chất lượng phải cung cấp đủ công cụ để giải quyết các bài toán đa dạng này.

1.2. Lịch sử phát triển và các phương pháp nghiên cứu cốt lõi

Lịch sử ngành thủy văn đã trải qua nhiều giai đoạn, từ mô tả địa lý đơn thuần đến thủy văn kỹ thuật ứng dụng và hiện nay là thủy văn tài nguyên nước. Các phương pháp nghiên cứu cũng tiến hóa tương ứng. Phương pháp khảo sát trạm đo được áp dụng khi có mạng lưới quan trắc dày đặc. Phương pháp khái quát sử dụng số liệu để xác định quy luật hình thành dòng chảy. Đặc biệt, phương pháp mô hình hóa toán học và thống kê ngày càng phổ biến. Theo tài liệu, các phương pháp gián tiếp như phương pháp bản đồ, nội suy địa lý và tương tự thủy văn rất hữu ích khi không có đủ dữ liệu. Các phương pháp này dựa trên nguyên lý các đặc trưng dòng chảy biến đổi từ từ theo lãnh thổ và tuân theo các quy luật địa đới.

II. Thách thức trong việc xác định đặc trưng dòng chảy lưu vực

Việc xác định chính xác các đặc trưng dòng chảy của một lưu vực sông là một nhiệm vụ phức tạp, đối mặt với nhiều thách thức. Dòng chảy không chỉ là sản phẩm của khí hậu mà còn chịu tác động mạnh mẽ từ các điều kiện mặt đệm như địa hình, địa chất, thảm thực vật và hoạt động của con người. Sự tương tác phức tạp giữa các yếu tố này làm cho việc mô hình hóa trở nên khó khăn. Một trong những thách thức lớn nhất là vấn đề tổn thất dòng chảy, bao gồm các quá trình bốc hơi và thấm. Lượng nước mưa rơi xuống không hoàn toàn trở thành dòng chảy mặt mà một phần bị giữ lại trên tán lá, bốc hơi trở lại khí quyển hoặc thấm sâu vào lòng đất, bổ sung cho dòng chảy ngầm. Việc định lượng chính xác các thành phần tổn thất này đòi hỏi dữ liệu chi tiết và các mô hình phức tạp. Hơn nữa, sự thiếu hụt hoặc không đồng bộ của chuỗi số liệu quan trắc là một trở ngại phổ biến, đặc biệt tại các lưu vực chưa được nghiên cứu kỹ. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy của các tính toán, từ việc xác định lượng mưa trung bình trên lưu vực đến việc xây dựng đường quá trình dòng chảy. Các phương pháp truyền thống đôi khi không đủ linh hoạt để nắm bắt các biến động bất thường do biến đổi khí hậu hoặc do các can thiệp quy mô lớn của con người vào chu trình thủy văn.

2.1. Phân tích các nhân tố mặt đệm ảnh hưởng đến dòng chảy

Các yếu tố mặt đệm có ảnh hưởng quyết định đến quá trình hình thành dòng chảy. Địa hình (độ cao, độ dốc), địa chất thổ nhưỡng (khả năng thấm, trữ nước) và thảm thực vật (độ che phủ rừng, ao hồ) là những nhân tố chính. Ví dụ, một lưu vực có độ dốc lớn và đất sét sẽ có hệ số dòng chảy cao hơn, tạo ra dòng chảy mặt nhanh và mạnh. Ngược lại, lưu vực phẳng, đất cát và có độ che phủ rừng cao sẽ làm chậm dòng chảy, tăng cường quá trình thấm và giảm lưu lượng đỉnh lũ. Theo tài liệu của Nguyễn Thanh Sơn, việc phân tích các nhân tố này là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong mọi bài toán tính toán thủy văn.

2.2. Khó khăn trong việc định lượng tổn thất do bốc hơi và thấm

Tổn thất dòng chảy là một trong những yếu tố khó định lượng nhất. Quá trình bốc hơi và thấm phụ thuộc vào nhiều biến số động như nhiệt độ, độ ẩm không khí, tốc độ gió, và đặc tính của đất. Bốc hơi không chỉ xảy ra từ mặt nước tự do mà còn từ bề mặt đất và quá trình thoát hơi của thực vật. Thấm là một quá trình phức tạp, bị chi phối bởi cấu trúc đất, độ ẩm ban đầu và cường độ mưa. Các công thức kinh nghiệm như công thức Buđưcô M. được giới thiệu trong giáo trình giúp ước tính bốc hơi, nhưng việc áp dụng cho từng điều kiện cụ thể vẫn đòi hỏi sự hiệu chỉnh và kinh nghiệm chuyên môn sâu rộng.

III. Phương pháp cân bằng nước Nền tảng của tính toán thủy văn

Phương trình cân bằng nước là một công cụ nền tảng và hữu hiệu nhất trong tính toán thủy văn, thể hiện định luật bảo toàn vật chất. Nguyên lý cơ bản của phương trình này phát biểu rằng: “Hiệu số lượng nước đến và đi khỏi một lưu vực bằng sự thay đổi lượng nước trữ lại trong lưu vực đó trong một thời đoạn tính toán bất kỳ”. Đây là nguyên tắc cốt lõi để phân tích và đánh giá tài nguyên nước. Phương trình tổng quát bao gồm các thành phần: lượng mưa (X), lượng nước ngưng tụ (Zđến), dòng chảy mặt và ngầm đến (Yđến, Wđến), bốc hơi (Zđi), dòng chảy mặt và ngầm đi (Yđi, Wđi), và thay đổi lượng nước trữ (ΔU). Đối với một lưu vực sông kín, phương trình được đơn giản hóa thành: X = Y + Z + ΔU, trong đó Y là tổng dòng chảy, Z là lượng bốc hơi ròng. Khi xét trong một thời kỳ nhiều năm, thành phần thay đổi trữ lượng (ΔU) thường được xem là xấp xỉ bằng không, dẫn đến phương trình chuẩn dòng chảy năm: X₀ = Y₀ + Z₀. Việc nắm vững phương trình này không chỉ giúp xác định các thành phần của chu trình thủy văn mà còn cho phép phân tích ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu và mặt đệm đến dòng chảy. Đây là kiến thức cơ bản được nhấn mạnh trong mọi bài giảng tính toán thủy văn chuyên sâu.

3.1. Hiểu đúng về chu trình thủy văn và các thành phần chính

Để áp dụng phương trình cân bằng nước, cần hiểu rõ chu trình thủy văn. Đây là quá trình vận động liên tục của nước trên Trái Đất, bao gồm các giai đoạn chính: bốc hơi, ngưng tụ, giáng thủy (mưa), chảy tràn bề mặt, thấm, và dòng chảy ngầm. Mỗi thành phần trong phương trình cân bằng nước tương ứng với một hoặc nhiều quá trình trong chu trình này. Ví dụ, lượng mưa (X) là đầu vào chính, trong khi bốc hơi và thấm là các dạng tổn thất chính, còn dòng chảy (Y) là lượng nước đầu ra khỏi lưu vực. Việc phân tích chu trình này giúp nhận diện các nguồn và các nơi thất thoát nước trong một hệ thống thủy văn.

3.2. Áp dụng phương trình cân bằng nước cho lưu vực kín và hở

Giáo trình phân biệt rõ cách áp dụng phương trình cân bằng nước cho hai loại lưu vực. Với lưu vực kín, đường phân thủy mặt trùng với đường phân thủy ngầm, không có sự trao đổi nước ngầm với các lưu vực lân cận. Phương trình khi đó đơn giản hơn. Tuy nhiên, đối với lưu vực hở (ví dụ, vùng có địa hình karst), có sự trao đổi nước ngầm đáng kể (ΔW). Trong trường hợp này, phương trình cân bằng nước phải bổ sung thêm thành phần trao đổi nước ngầm: X = Y + Z + ΔW + ΔU. Việc xác định lưu vực là kín hay hở là một bước quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của kết quả tính toán thủy văn.

IV. Cách xác định chuẩn dòng chảy năm khi thiếu tài liệu

Chuẩn dòng chảy năm là giá trị trung bình nhiều năm của dòng chảy, một đặc trưng ổn định và cơ sở để đánh giá tài nguyên nước của một lưu vực. Tuy nhiên, trong thực tế, nhiều lưu vực không có chuỗi số liệu quan trắc đủ dài (thường yêu cầu 40-60 năm). Giáo trình tính toán thủy văn giới thiệu các phương pháp hiệu quả để giải quyết bài toán này. Khi không đủ số liệu, phương pháp phổ biến nhất là đưa chuỗi quan trắc ngắn về thời kỳ nhiều năm bằng cách sử dụng một sông tương tự. Sông tương tự là một lưu vực lân cận có điều kiện địa lý, khí hậu tương đồng và có chuỗi số liệu dài, đáng tin cậy. Mối quan hệ tương quan chặt chẽ (hệ số tương quan r > 0.8) giữa hai trạm là tiêu chuẩn để lựa chọn. Khi hoàn toàn không có tài liệu, các phương pháp gián tiếp được sử dụng, bao gồm: phương pháp bản đồ đẳng trị, nội suy tuyến tính, và sử dụng phương trình cân bằng nước. Phương pháp bản đồ dựa trên các bản đồ đẳng trị dòng chảy năm, cho phép nội suy giá trị cho lưu vực cần tính. Phương trình cân bằng nước (Y = X - Z) được áp dụng bằng cách xác định lượng mưa trung bình (X) và lượng bốc hơi (Z) từ các nguồn dữ liệu khí tượng hoặc các bản đồ chuyên đề. Những kỹ thuật này là cứu cánh quan trọng trong công tác thủy văn kỹ thuật, giúp đưa ra các ước tính đáng tin cậy cho các công trình.

4.1. Kỹ thuật kéo dài chuỗi số liệu bằng phương pháp tương tự

Phương pháp tương tự thủy văn dựa trên giả định rằng các lưu vực có điều kiện cảnh quan giống nhau thì dòng chảy cũng tương tự nhau. Quy trình bao gồm việc lựa chọn một hoặc nhiều lưu vực tương tự có chuỗi số liệu dài. Sau đó, một phương trình hồi quy tuyến tính hoặc phi tuyến được thiết lập giữa dòng chảy của lưu vực cần tính và lưu vực tương tự trong thời kỳ có số liệu chung. Phương trình này sau đó được dùng để khôi phục (kéo dài) chuỗi số liệu cho những năm thiếu quan trắc. Độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc rất lớn vào mức độ tương đồng giữa các lưu vực và độ chặt của mối quan hệ tương quan.

4.2. Tính toán chuẩn dòng chảy từ bản đồ và phương trình cân bằng

Khi không có bất kỳ trạm quan trắc nào trong khu vực, bản đồ đẳng trị là công cụ hữu ích. Chuẩn dòng chảy của lưu vực được tính bằng phương pháp trung bình có trọng số theo diện tích giữa các đường đẳng trị cắt qua lưu vực. Một cách tiếp cận khác là sử dụng phương trình cân bằng nước Y = X - Z. Giá trị mưa chuẩn (X) có thể được lấy từ bản đồ đẳng vũ lượng hoặc số liệu của các trạm khí tượng lân cận. Lượng bốc hơi (Z) được xác định thông qua các công thức kinh nghiệm hoặc các toán đồ chuyên dụng, ví dụ như toán đồ của Konstanehinov A., dựa trên các yếu tố khí hậu như nhiệt độ và độ ẩm.

V. Ứng dụng mô hình hóa trong tính toán thủy văn hiện đại

Trong bối cảnh thủy văn kỹ thuật hiện đại, các phương pháp mô hình hóa toán học ngày càng đóng vai trò trung tâm. Các mô hình này cho phép mô phỏng lại quá trình hình thành và di chuyển của dòng chảy một cách chi tiết, từ đó đưa ra các dự báo và tính toán có độ chính xác cao. Giáo trình tính toán thủy văn giới thiệu hai nhóm mô hình chính: mô hình “hộp đen” và mô hình “quan niệm”. Mô hình “hộp đen” (như mô hình tuyến tính dừng, mô hình Arima) không đi sâu vào bản chất vật lý mà tập trung vào mối quan hệ toán học giữa đầu vào (mưa) và đầu ra (dòng chảy). Một trong những công cụ kinh điển thuộc nhóm này là phương pháp đường quá trình đơn vị. Ngược lại, mô hình “quan niệm” (như mô hình Tank, mô hình Stanford) cố gắng mô phỏng các quá trình vật lý chính trong chu trình thủy văn như trữ nước, thấm, và bốc hơi thông qua các tham số vật lý. Các mô hình này đặc biệt hữu ích trong việc tính toán đường quá trình dòng chảy (hydrograph), dự báo lưu lượng đỉnh lũ và đánh giá tác động của biến đổi sử dụng đất hoặc biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước. Việc ứng dụng các mô hình này trong thủy văn công trình giúp tối ưu hóa thiết kế và vận hành các hệ thống tài nguyên nước một cách hiệu quả và bền vững.

5.1. Khái niệm và ứng dụng của đường quá trình đơn vị hydrograph

Đường quá trình đơn vị, hay hydrograph đơn vị (Unit Hydrograph), là một khái niệm nền tảng do Sherman đề xuất. Nó được định nghĩa là đường quá trình dòng chảy trực tiếp tại cửa ra của một lưu vực, gây ra bởi một đơn vị mưa hiệu quả (ví dụ 1 mm hoặc 1 cm) phân bố đều trên toàn lưu vực trong một khoảng thời gian nhất định. Bằng nguyên lý xếp chồng, người ta có thể sử dụng hydrograph đơn vị để tính toán dòng chảy do bất kỳ trận mưa nào gây ra. Đây là một công cụ cực kỳ mạnh mẽ để dự báo lũ và thiết kế các công trình thoát nước, là một nội dung quan trọng trong các sách thủy văn học.

5.2. Phân loại và nguyên lý các mô hình toán thủy văn phổ biến

Giáo trình đề cập đến nhiều loại mô hình, từ đơn giản đến phức tạp. Các mô hình tất định (deterministic) như SSARR, Stanford mô phỏng quá trình dựa trên các quy luật vật lý đã biết. Các mô hình ngẫu nhiên (stochastic) sử dụng lý thuyết xác suất thống kê để mô tả sự biến động của dòng chảy, rất hữu ích trong phân tích tần suất thủy văn. Việc lựa chọn mô hình phù hợp phụ thuộc vào mục tiêu của bài toán, mức độ sẵn có của dữ liệu và đặc điểm của lưu vực sông nghiên cứu. Các kết quả nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thủy văn ở Việt Nam được trình bày trong giáo trình cho thấy hiệu quả thực tiễn của phương pháp này.

Nội dung chính

Giáo trình Tính toán Thủy văn (Phần 1) – PGS. TS. Nguyễn Thanh Sơn

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Tính toán Thủy văn (Phần 1) do PGS. TS. Nguyễn Thanh Sơn biên soạn, được Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội phát hành. Công trình được xây dựng nhằm phục vụ công tác đào tạo bậc đại học và sau đại học cho sinh viên chuyên ngành Thủy văn lục địa thuộc Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội). Trong chương trình đào tạo chuyên ngành, học phần Tính toán Thủy văn giữ vị trí bản lề, đóng vai trò cầu nối chuyển tiếp giữa các nghiên cứu lý thuyết cơ bản của Thủy văn học và các bài toán thực tiễn trong quy hoạch, điều hòa, phân phối và quản lý tài nguyên nước.

Mục tiêu học tập cốt lõi của giáo trình là trang bị cho người học hệ thống phương pháp luận khoa học và các công cụ định lượng để xác định các đặc trưng dòng chảy sông ngòi (chuẩn dòng chảy năm, dao động nhiều năm, phân phối dòng chảy trong năm, dòng chảy lũ lớn nhất, dòng chảy kiệt bé nhất và dòng chảy cát bùn). Thông qua việc tiếp thu kiến thức, người học có khả năng tính toán các chỉ số thủy văn thiết kế phục vụ các ngành kinh tế quốc dân như thủy điện, thủy nông, giao thông vận tải thủy và chỉnh trị sông ngòi.

Về mặt cấu trúc, tài liệu gồm 11 chương, triển khai theo logic diễn tiến từ bản chất vật lý của dòng chảy, các định luật cân bằng cơ bản đến các phương pháp xử lý thống kê toán học, phương pháp mô hình hóa và đánh giá môi trường nước. Điểm đặc sắc về học thuật của cuốn sách là sự kế thừa có hệ thống cơ sở lý luận từ các công trình kinh điển của trường phái thủy văn Liên Xô (tiêu biểu là tác phẩm của I. Goroshkov, 1979) cùng giáo trình của Trường Đại học Thủy lợi (1985), đồng thời cập nhật các tiến bộ về mô hình toán học thủy văn và chuỗi số liệu thực nghiệm đo đạc trên mạng lưới sông ngòi Việt Nam.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             GIÁO TRÌNH TÍNH TOÁN THỦY VĂN (11 CHƯƠNG)
 [CƠ SỞ VẬT LÝ & CÂN BẰNG]           [PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ & ĐẶC TRƯNG]       [MÔ HÌNH TOÁN & CHUYÊN ĐỀ]

Các chương và chủ đề chính

Nội dung 11 chương của giáo trình phản ánh toàn diện các bài toán tính toán thủy văn từ cơ bản đến nâng cao:

• Chương 1: Nội dung và phương pháp nghiên cứu tính toán thủy văn: Giới thiệu lịch sử phát triển ngành thủy văn thế giới và Việt Nam qua 3 thời kỳ (Thủy văn địa lý, Thủy văn kỹ thuật/ứng dụng, Thủy văn tài nguyên nước) cùng 8 giai đoạn phân loại của Ven Te Chow. Chương này xác lập các phương pháp nghiên cứu nền tảng: khảo sát trạm đo, phương pháp khái quát hóa địa lý, phương pháp hệ số tổng cộng, phương pháp bản đồ - nội suy và phương pháp tương tự thủy văn.
• Chương 2: Sự hình thành dòng chảy: Phân tích bản chất vật lý của dòng chảy theo lý thuyết A. Befani qua 3 giai đoạn: tạo dòng, dòng chảy sườn dốc (dòng chảy treo, dòng chảy tràn, dòng chảy trong tầng cuội sỏi, dòng chảy tầng đất tơi xốp) và dòng chảy trong hệ thống lòng dẫn sông ngòi. Xác lập 7 đơn vị đo dòng chảy cơ bản ($Q, W, q, y, Q_0, K, \eta$) cùng các đặc trưng hình thái - hình học lưu vực ($F, L, B_{tb}, B_{max}, \alpha, \delta, \gamma, m$) và công thức căn nguyên dòng chảy dựa trên đường cong chảy truyền.
• Chương 3: Phương trình cân bằng nước: Trình bày định luật bảo toàn vật chất ứng dụng cho lưu vực kín ($X = Y + Z \pm \Delta U$), lưu vực hở ($X = Y + Z \pm \Delta W \pm z \pm \Delta U$), cân bằng nước chu kỳ nhiều năm ($X_0 = Y_0 + Z_0$), cân bằng nước ao hồ và đầm lầy. Trích xuất số liệu cán cân nước Việt Nam với lượng mưa trung bình 1900 mm/năm (634 tỷ $\text{m}^3$), dòng chảy sinh ra 948 mm (316 tỷ $\text{m}^3$), dòng chảy mặt 66%, dòng chảy ngầm 34% và nguồn nước ngoại lai 132,8 tỷ $\text{m}^3/\text{năm}$.
• Chương 4: Chuẩn dòng chảy năm: Trình bày lý thuyết tính dòng chảy trung bình nhiều năm ($Q_0$) khi có đủ số liệu quan trắc, phương pháp xác định sai số quân phương ($\sigma_{Q_0}$) và hệ số biến đổi ($C_v$). Hướng dẫn kỹ thuật kéo dài chuỗi số liệu khi thiếu quan trắc qua trạm tương tự (yêu cầu hệ số tương quan $r \ge 0,8$) và các phương pháp gián tiếp khi không có số liệu (bản đồ đẳng trị, nội suy tuyến tính, phương trình cân bằng nước). Phân tích ảnh hưởng của các điều kiện địa lý tự nhiên (khí hậu, diện tích lưu vực, địa hình, thổ nhưỡng, độ che phủ rừng) đến chuẩn dòng chảy.
• Chương 5: Dao động dòng chảy năm: Ứng dụng lý thuyết xác suất thống kê để xây dựng đường cong tần suất đảm bảo, xác định các tham số thống kê ($Q_0, C_v, C_s$) theo phương pháp đồ giải - giải tích và tính toán dòng chảy tương ứng với các xác suất thiết kế.
• Chương 6: Sự phân phối dòng chảy trong năm: Xác định phương pháp phân phối dòng chảy mùa và tháng theo năm đại biểu, phương pháp phân phối theo quá trình ngẫu nhiên, đường cong duy trì lưu lượng và kỹ thuật mô hình hóa khi đủ hoặc thiếu tài liệu.
• Chương 7: Dòng chảy lớn nhất: Phân tích cơ chế hình thành lũ, phương pháp tính mưa rào thiết kế, phân tích tổn thất thấm và thời gian tập trung dòng chảy, các công thức giải tích và giải phương trình vi phân dòng chảy lũ để xác định đỉnh lũ ($Q_{max}$) và quá trình lũ.
• Chương 8: Dòng chảy bé nhất: Phương pháp tính toán dòng chảy kiệt trong điều kiện có và không có tài liệu quan trắc, phân tích đặc điểm dòng chảy mùa kiệt tại các vùng địa lý Việt Nam.
• Chương 9: Dòng chảy rắn: Cơ chế hình thành dòng bùn cát, phương pháp tính toán dòng chảy phù sa lơ lửng, cát đáy và dự báo tốc độ bồi lắng dung tích hồ chứa.
• Chương 10: Mô hình hoá toán học dòng chảy: Phân loại mô hình thủy văn, nguyên lý xây dựng mô hình tuyến tính dừng ("hộp đen"), mô hình quan niệm (mô hình Tank của Sugawara, mô hình Nash, mô hình SSARR, mô hình Stanford), phương pháp xác định thông số và kết quả ứng dụng tại Việt Nam.
• Chương 11: Quản lý chất lượng và bảo vệ môi trường nước: Kiến thức cơ sở đánh giá chất lượng nước, thành phần nước thải, tiêu chuẩn chất lượng nước sử dụng và các bước đánh giá ảnh hưởng ô nhiễm nguồn nước mặt.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập ba trụ cột lý thuyết cơ bản:

1. Định luật bảo toàn vật chất và năng lượng: Thể hiện qua phương trình cân bằng nước tổng quát và phương trình cân bằng nước cho các hệ thống thủy vực (lưu vực kín, lưu vực hở, hồ chứa, đầm lầy).
2. Cơ học chất lỏng và thủy lực học công trình: Áp dụng phương trình liên tục và phương trình chuyển động vi phân để mô tả sự hình thành dòng chảy từ sườn dốc đến mạng lưới lòng dẫn, kết hợp công thức Chezy – Manning và lý thuyết đường cong chảy truyền.
3. Lý thuyết xác suất thống kê và quá trình ngẫu nhiên: Sử dụng chuỗi thống kê thủy văn, đường cong tích lũy hiệu số $\sum(K-1)$, hàm phân bố xác suất cực trị và hệ số tương quan để giải quyết tính biến động của dòng chảy theo thời gian.

Kỹ năng phát triển

Người học được rèn luyện các nhóm kỹ năng chuyên môn:

• Kỹ năng kỹ thuật: Kiểm định tính đồng nhất của số liệu quan trắc thủy văn, kéo dài chuỗi số liệu ngắn bằng mô hình hồi quy tương quan ($r \ge 0,8$), tính toán các tham số thống kê chuỗi thời gian ($Q_0, C_v, C_s$).
• Kỹ năng phân tích: Đánh giá định lượng tác động của các nhân tố mặt đệm (độ che phủ rừng $\delta_r$, độ dốc lưu vực $I_{lv}$, hệ số ao hồ $\delta_h$, diện tích $F$) và nhân tố khí hậu (mưa $X$, bốc hơi $Z$) đến chế độ dòng chảy.
• Kỹ năng thực hành tính toán thiết kế: Xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế ($Q_{max}$), lưu lượng dòng chảy kiệt ($Q_{min}$), biểu đồ điều tiết nước hồ chứa và tính toán lượng bồi lắng bùn cát phục vụ thiết kế công trình thủy lợi, thủy điện và giao thông.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp tiếp cận sư phạm kết hợp chặt chẽ giữa suy luận toán - lý giải tích và xử lý thực nghiệm thống kê. Tiến trình bài giảng được thiết kế theo hướng dẫn dắt từ bản chất hiện tượng tự nhiên đến việc thiết lập công thức toán học và giải quyết các bài toán kỹ thuật cụ thể.

                  TIẾN TRÌNH TIẾP CẬN BÀI TOÁN THỦY VĂN
 [BẢN CHẤT VẬT LÝ]         [ĐỦ SỐ LIỆU QUAN TRẮC]      [THIẾU / KHÔNG CÓ SỐ LIỆU]
 Phân tích khí tượng,      Áp dụng thống kê xác suất,  Sử dụng trạm tương tự,
 mặt đệm, phương trình     đường cong tần suất,        nội suy bản đồ đẳng trị,
 vi phân dòng chảy         chuỗi thời gian thực tế     phương trình cân bằng nước

Hệ thống bài tập và nghiên cứu tình huống (case studies) trong tài liệu bám sát dữ liệu quan trắc thực tế của mạng lưới trạm khí tượng thủy văn Việt Nam:

• Bài tập xử lý chuỗi quan trắc thực tế tại trạm Dừa (sông Cả), trạm trên hệ thống sông Hồng, sông Đà, sông Lô.
• Thực hành xây dựng đồ thị đường cong tích lũy hiệu số $\sum(K-1)$ và đồ thị triệt tiêu ảnh hưởng của $C_v$ theo công thức $\sum \frac{(K-1)}{C_v} = f(t)$ để xác định chu kỳ dao động nhiều năm của dòng chảy.
• Tính toán lượng mưa bình quân lưu vực theo 4 phương pháp: trung bình số học, phương pháp kẻ ô vuông, phương pháp đường đẳng trị (đường đẳng vũ) và phương pháp đa giác Thiessen.
• Khai thác và nội suy các đường đẳng trị trên bản đồ chuẩn dòng chảy để tính toán lưu lượng cho các lưu vực chưa có số liệu quan trắc.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập được thực hiện thông qua bài tập lớn tính toán thủy văn lưu vực, các bài tập kiểm tra giải tích và đồ án môn học tính toán thông số thiết kế cho công trình thủy lợi - thủy điện giả định. Về phương diện tự học, tài liệu cung cấp chỉ dẫn rõ ràng: người học cần phân định bài toán theo 3 trạng thái số liệu (đầy đủ tài liệu quan trắc, tài liệu quan trắc ngắn/thiếu và hoàn toàn không có tài liệu) để lựa chọn đúng công thức giải tích hoặc phương pháp tương tự phù hợp.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình phản ánh sự chuyển giao và phát triển học thuật qua các giai đoạn nghiên cứu thủy văn tại Việt Nam:

• Kế thừa và hệ thống hóa lý thuyết kinh điển: Tiếp thu có chọn lọc các lý thuyết tính toán dòng chảy sườn dốc của A. Befani, lý thuyết cân bằng ẩm Budyko, toán đồ tính bốc hơi Konstantinov, và phương pháp luận của I. Goroshkov (1979).
• Bổ sung các hướng tiếp cận hiện đại: So với các tài liệu giảng dạy giai đoạn 1985, giáo trình mở rộng dung lượng cho Chương 10 về Mô hình hóa toán học dòng chảy, phân tích từ cấu trúc mô hình hộp đen tuyến tính dừng đến các mô hình quan niệm phân bố (như mô hình Tank của Sugawara, mô hình Nash, mô hình ARIMA của Box-Jenkins) và việc ứng dụng các phần mềm thủy văn tính toán diễn toán dòng chảy hạ lưu.
• Tích hợp chuyên đề môi trường nước: Đưa nội dung Quản lý chất lượng và bảo vệ môi trường nước (Chương 11) vào cấu trúc giáo trình tính toán, phản ánh xu thế chuyển dịch từ Thủy văn kỹ thuật sang Thủy văn tài nguyên nước – giai đoạn xem xét tổng hòa các tác động nhân sinh và yêu cầu phát triển bền vững.
• Gắn liền thực tiễn sông ngòi Việt Nam: Cung cấp bức tranh định lượng về tài nguyên nước toàn quốc và phân tích chi tiết đặc trưng thủy văn theo 7 vùng kinh tế nông nghiệp (dựa trên nghiên cứu của Phạm Quang Hạnh), chỉ rõ đặc điểm nguồn nước ngoại lai và tính phân bố không đều theo mùa của dòng chảy nhiệt đới gió mùa.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được thiết kế phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục đại học và nghiên cứu kỹ thuật:

Nhóm đối tượng	Phạm vi và mục đích sử dụng	Yêu cầu kiến thức tiên quyết
Sinh viên chuyên ngành	Sinh viên năm thứ 3 và thứ 4 ngành Thủy văn lục địa, Khí tượng học, Hải dương học, Kỹ thuật Tài nguyên nước, Công trình Thủy lợi, Kỹ thuật Môi trường.	Thủy văn đại cương, Toán giải tích, Phương trình vi phân, Xác suất thống kê trong thủy văn, Thủy lực đại cương.
Học viên cao học & Nghiên cứu sinh	Học viên sau đại học các chuyên ngành Thủy văn học, Quản lý tài nguyên nước, Kỹ thuật môi trường sử dụng làm tài liệu tham khảo khung phương pháp luận nghiên cứu và mô hình hóa.	Đã hoàn thành chương trình thủy văn cơ sở, có kiến thức về mô hình hóa toán học và xử lý số liệu chuyên sâu.
Giảng viên & Nhà nghiên cứu	Làm giáo trình giảng dạy chính khóa, tài liệu tham khảo chuẩn mực trong biên soạn bài giảng chuyên đề tính toán tài nguyên nước và dòng chảy công trình.	Chuyên môn sâu về khoa học Trái đất và kỹ thuật tài nguyên nước.
Kỹ sư tư vấn thiết kế	Cán bộ kỹ thuật tại các viện quy hoạch, công ty tư vấn thiết kế thủy lợi, thủy điện, cầu đường tra cứu công thức và phương pháp tính toán $Q_0, Q_{max}, Q_{min}$, bùn cát.	Nắm vững quy chuẩn, quy phạm kỹ thuật ngành và khả năng ứng dụng công thức tính toán vào dự án thực tế.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên, học viên sau đại học ngành Thủy văn lục địa và các ngành kỹ thuật liên quan đến tài nguyên nước (Thủy lợi, Thủy điện, Môi trường, Công trình Giao thông thủy), đồng thời là tài liệu tra cứu cho các kỹ sư thực hành tính toán thiết kế công trình.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học giáo trình này?

Người học cần hoàn thành các học phần: Toán cao cấp (phép tính vi tích phân, phương trình vi phân), Xác suất thống kê trong thủy văn, Thủy lực học và Thủy văn đại cương (đã nắm được các khái niệm về đo đạc mưa, bốc hơi, mực nước và lưu lượng).

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu thủy văn khác là gì?

Giáo trình phân loại rõ ràng phương pháp tính toán theo 3 cấp độ tài liệu quan trắc (đầy đủ số liệu, thiếu số liệu, không có số liệu); kết hợp lý thuyết thủy văn truyền thống Liên Xô với các mô hình toán học hiện đại; tích hợp số liệu thực tế về 7 vùng kinh tế nông nghiệp và mạng lưới sông ngòi Việt Nam.

4. Làm thế nào để tự học giáo trình này đạt hiệu quả cao?

Người học nên bám sát cấu trúc từng chương: nắm vững bản chất vật lý (ở các chương đầu), giải quyết bài toán xử lý số liệu thống kê (ở các chương giữa), và thực hành giải các bài toán chuyên đề thực tế về lũ, kiệt, bồi lắng phù sa theo các bước chỉ dẫn kỹ thuật trong từng trường hợp số liệu.

5. Có tài liệu bổ trợ nào nên tham khảo cùng giáo trình?

Người học nên kết hợp tra cứu cuốn Thủy văn đại cương (Tập I) của nhóm tác giả Nguyễn Văn Tuần, Nguyễn Thị Nga, Nguyễn Thị Phương Loan, Nguyễn Thanh Sơn (NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1991), các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về tính toán đặc trưng thủy văn thiết kế và các giáo trình chuyên sâu về Mô hình toán thủy văn.

---

Kết luận

Giáo trình Tính toán Thủy văn (Phần 1) của PGS. TS. Nguyễn Thanh Sơn là công trình học thuật chuẩn mực, phản ánh đầy đủ cơ sở lý luận và phương pháp thực hành tính toán dòng chảy sông ngòi. Với cấu trúc 11 chương bao quát từ nguyên lý cân bằng nước, phân tích dòng chảy sườn dốc đến các phương pháp thống kê và mô hình toán hiện đại, tài liệu cung cấp giải pháp định lượng cho các bài toán quy hoạch, thiết kế công trình và bảo vệ tài nguyên nước trong bối cảnh tự nhiên và kinh tế - xã hội Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

NGUYÊN THANH SƠN Tinh toan NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI NGUYEN THANH SON TINH TOAN THUY VAN NHA XUAT BAN DAI HOC QUOC GIA HA NOI MUC LUC vn LOLT UA Caương 1. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THỦY VĂN 1. Noi dung nghién ctu 1. Lịch sử phát triển tính toán thủy văn 1.

Phương pháp nghiên cứu Chương 9. SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY 2. Khái niệm về chế độ nước lục địa 3. Đơn vị đo đồng chảy 2.

Cúc đặc trưng của lưu vực 9. Ban chất vật lý của đồng chảy 9. Công thức căn nguyên cua dong chảy Chương 3. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC 3.

Phương trình cân bằng nước dạng tổng quát 3. Phương trình eâ¡: bằng nước cho một lưu vực sông ngòi 3. Phương trình cản bằng nước lưu vực cho thời kỳ nhiều năm 3. Phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến dòng chảy sông ngòi thông qua p›ương trình cân bằng nước 3.

Piương trình cân bằng nước ao hồ, đầm lầy 3. Cin cân nước Việt Nam 27 Chumg 4. CHUAN DONG CHAY NAM 31 4. tinh nghia va khai niém 4.

Xe định chuẩn dòng chay nam khi có đầy đủ tài liệu quan trắc 4. Lia chọn thời kỳ tính toán 4. Tnh chuẩn đòng chảy năm khi không đủ số liệu quan trắc 4. Xác định chuẩn đòng chảy năm khi không có tài liệu quan trắc 4.

nh hưởng của các điều kiện địa lý tự nhiên tới chuẩn dòng chảy năm 4L7. tây dựng bản đồ chuẩn dòng chảy năm 4L. lòng chảy sông ngòi Việt Nam và các yếu tố địa lý tác động tới nó 11 Chuong 5. DAO DONG DONG CHAY NAM õ.

Ứng dụng lý thuyết xác suất thống kê để tính toán dao động đòng chảy năm 61 5.9, Xác định các tham số đặc trưng chuỗi đòng chảy khi có đầy đủ số liệu quan trắc 6:3: Xác định các tham số đặc trưng theo phương pháp đồ giải - giải tích G.4, Xác định tham số thống kê đòng chảy năm khi tài liệu quan trắc ngắn 5. Xác định các tham số thống kê dòng chảy năm khi không có tài liệu quan trắc 5. Xây dựng đường cong đảm bảo và tính toán đồng chảy năm với xác suất an toàn cho trước Chương 6. SỰ PHÂN PHỐI DÒNG CHẢY TRONG NĂM 6.

Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phân phối dòng chảy trong năm 73 6. Năm đại biểu mưa năm va dong chảy năm 76 6. Phương pháp phân phối dòng chảy trong năm theo quá trình ngẫu nhiên 77 6. Đường cong duy trì lưu lượng 78 6.

Phương pháp xây dựng mô hình phân phối dòng chảy năm khi có tài liệu 80 quan trắc 6. Tính toán phân phối đồng chảy năm khi thiếu tài liệu quan trắc Chương 7. DÒNG CHẢY LỚN NHẤT 7. Ý nghĩa nghiên cứu và các đặc trưng biểu thị đòng chảy lớn nhất 1.

Các yếu tố ảnh hưởng tới dòng chảy lớn nhất 7. Sự hình thành đòng chảy lũ 7. Mưa rào và phương pháp xác định 7. Vấn đề tổn thất và chảy tụ 7.

Các công thức tính đòng chảy lớn nhất. Giải phương trình vĩ phân dòng chảy lũ 7. Tổng lượng lũ và quá trình lũ Chương 8. DÒNG CHẢY BÉ NHẤT 8.

Tinh toán dòng chảy bé nhất khi có số liệu quan trắc thủy văn 134 8. Tính toán dong chảy bé nhất khi không có tài liệu quan trắc 135 8. Tình hình đồng chảy kiệt ở Việt Nam 136 138 Chương 9. DÒNG CHẢY RẮN 9.

Các yếu tố hình thành đòng chảy rắn 139 9. Tính toán đòng chảy phù sa 139 9. Tính toán lắng đọng hồ chứa 9. La ban da Chương 10.

MÔ HÌNH HOÁ TOÁN HỌC DÒNG CHẢY 10. Phân loại mô hình dòng chảy 10/2. Những g nguyên HỆ lýy chung trong việcẸ xâyÙ dựng mô hình "hộp0 den" - Lớp mô hình tuyến tính dừng 10. Giới thiệu các mô hình "hộp đen" trong tính toán thủy văn 10.

Nguyên lý xây dựng mô hình "quan niệm" dòng chảy 10.5, Giới thiệu mô hình quan niệm 10. Mô hình điễn toán châu thổ 10.7, Mô hình hoá chuỗi đòng chảy 10. Các phương pháp xác định thông số 10. Một số kết quả nghiên cứu ứng đụng mô hình toán thủy văn ở Việt Nam Chương 11.

QUÁN LÝ CHẤT LƯỢNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG NƯỚC 11. Nguồn nước và môi trường 185 11. Kiến thức cơ sở để đánh giá chất lượng nước 190 11. Thành phan và nguồn gốc nước thải 194 11.4, Chất lượng nước dùng và tiêu chuẩn chất lượng nước 195 11.5, Phân tích những ảnh hưởng ô nhiễm trong tự nhiên 196 11.

Các bước cơ bản để đánh giá ảnh hưởng nhiễm bẩn của nguồn nước 200 TÀI LIỆU THAM KHẢO 202 LOL TUA Giao trinh "Tinh todn thuy van" duge bién soan cho sinh vién nganh Thiy van lục địa, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Giáo trình còn được dùng nhừ tài liệu tham khảo cho các nhà thủy uăn trong nghiên cứu, thiết hế 0à quản lý tài nguyên môi trường nước. Trong 11 chương, giáo trình đề cập tới đác uấn đề phân tích, tính toán các quá trình 0à hiện tượng dòng chảy trên lưu uực sông ngòi. Cơ sở lý luận 0à cấu trúc giáo trình dựa trên cuốn “Tính toán thủy uăn" của nhà bác học Xô-Viết I.

Goroskov (1979) va tác phẩm cùng tên của các tác giả trường Đại học Thủy lợi (1985), có bổ sung thêm một số hiến thức. mới trong lĩnh oực mô hình toán uà thủy van hiện dai. Chúng toi tin phép các tác giá cho sử dụng các tài liệu trên trong giáo trình này. Giáo trình được biên soạn trên binh nghiệm thực tiễn một số năm giảng dạy môn học này tại Bộ môn Thủy uăn lục địa, Khoa Khí tượng Thủy uăn 0à Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Cuốn sách đã cố gắng cập nhật một số thành tu uê nghiên cứu thủy van trong nước. Tac gid xin cam ơn TS. Lương Tuấn Anh, PGS. Nguyễn Văn Tuần đã c ó nhiều ý biến đóng góp nhằm hoàn thiện cuốn sách này.

Chắc chắn giáo trình uẫn còn rất nhiều khiếm khuyết, tác giả mong nhận được sự đóng góp, bổ sung của các chuyên gia, các bạn đồng nghiệp để lần xuất bản sau được hoàn thiện hơn. Túc giả vil Chuong 1 NOI DUNG VA PHUONG PHAP NGHIEN CUU TINH TOAN THUY VAN 1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Tính toán thủy văn là một phần quan trọng của thủy văn học liên quan chặt chẽ với những như cầu thực tế của nền kinh tế quốc đân nhằm giải quyết các vấn để điều hòa và phân phối tài nguyên nước. Tính toán thủy văn làm nhiệm vụ cầu nối giữa các nghiên cứu lý thuyết trong lĩnh vực thủy văn và các vấn dé thực tiễn sử dụng tài nguyên nước.

Có thể nói tính toán thủy văn là phần chính trong thủy văn thực hành. Chính nội dung trên đã xác định mục đích nghiên cứu và vị trí của Tính toán thủy văn đối với các chuyên để nghiên cứu tiếp theo của thủy văn học như: Dự báo thủy văn, Tính toán thủy lợi và Động lực học dòng sông- những hướng nghiên cứu cơ bản nhất của thủy văn học. Trong giáo trình này xem xét các vấn đề về sự hình thành, các qui luật phân bố và phát triển của các đặc trưng dòng chảy và các phương pháp định lượng chúng. Nội dụng chính của giáo trình tập trung chủ yếu vào việc phân tích các đặc trưng của đồng chảy, nghiên cứu các ảnh hưởng của các điều kiện khí tượng, mặt đệm tới các đặc trưng đó và các nguyên lý khái quát địa lý cũng như sự thay đổi theo thời gian, không gian của chính đồng chảy và các tham số thống kê của nó.

Tóm lại nó dam bao cho kha nang tính toán đồng chảy ở các lưu vực đã hoặc thậm chí còn chưa được nghiên cứu. Nước là một đạng tài nguyên quí báu không gì có thể thay thế được, là một thành phần không thể tách rời của môi trường sống, là lợi ích, là hiểm họa không lường dối với nhân loại. Chính vì vậy, Thủy văn học là một ngành khoa học xác định vai trò của nước trong thiên nhiên và trong sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước. Nước là dạng tài nguyên có thể tự tái tạo nên mang một ý nghĩa đặc biệt đối với sự phát triển của nhân loại.

Để sử dụng các tính toán thủy văn cần làm rõ nhu cầu sử dụng thông tin về các đặc trưng và tham số đòng chảy của các ngành kinh tế quốc đân khác nhau. Khi thiết kế các trạm thủy điện nhất thiết phải có các thông tin về đòng chảy trung bình nhiều năm, đồng chảy các năm nhiều nước và ít nước, phân bố dòng chảy theo mùa và theo tháng. Theo các thông tin đó có thể xác định công suất thiết kế của nhà máy thủy điện và khả năng sản xuất điện trong từng năm. Khi làm đập, hồ chứa cần có những thông tin vé lưu lượng cực đại và tần suất lặp lại của nó.

Để đảm bảo cung cấp nước cho công nghiệp và sinh hoạt thì trước hết phải nắm vững các thông tin về dòng chảy cực tiểu và các năm nước bé, nước trung bình. Để xây dựng hồ chứa phục vụ cho công tác thủy nông cần các số liệu tin cậy về dòng chảy trung bình nhiều năm, giá trị tổng lượng và lưu lượng nước cực đại mùa lũ, đặc biệt là sự phân phối đồng chảy trong năm cũng như lượng đồng chảy mùa kiệt. Đối với giao thông vận tải khi thiết kế cầu, cống qua sông cần có mực nước lớn nhất. Để đảm bảo cho tàu thuyền đi lại cần biết rõ mực nước thấp nhất.

Để qui hoạch kinh tế các lãnh thổ cần có số liệu về vùng ngập lụt và khả năng xói lở hai bờ sông. Sự cần thiết đảm bảo yêu cầu khác nhau trong lĩnh vực xây dựng bởi các đặc trưng muôn hình muôn vẻ của dòng chảy chính là ội dung cơ bản của Tính toán thủy văn. LICH SU PHAT TRIEN TINH TOAN THUY VAN 1. Các công trình nghiên cứu Cũng như bất kỳ một môn khoa học nào, khoa học thủy văn đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển: từ đơn sơ đến hoàn chỉnh trong các công trình nghiên cứu lý thuyết, từ đơn giản đến phức tạp trong kỹ thuật đo đạc, thu thập thông tin, phương tiện tính toán.

Việc xem xét một cách có hệ thống những giai đoạn phát triển của khoa học thủy văn có một ý nghĩa nhất định trong việc đưa ra những nghiên cứu mới, phù hợp với quy luật phát triển khách quan, giúp ta xác định chiến lược phát triển của ngành và trước mắt là chọn các đề tài nghiên cứu trong thế kỷ XXI. Lịch sử phát triển thủy văn đã được thể hiện qua nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả.