TÍNH TOÁN THỦY VĂN ( Nguyễn Thanh Sơn - NXB Đại học Quốc gia Hà Nội ) CHƯƠNG 3

PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚCPhương trình cân bằng nước thể hiện một định luật vật lý thông dụng nhất - "định luật bảo toàn vật chất" trong thủy văn. Phương trình cân bằng nước là công cụ rất hữu hiệu để đánh giá tài nguyên nước và phân tích tính toán dòng chảy sông ngòi. Nguyên lý cân bằng nước xuất phát từ định luật bảo toàn vật chất, đối với một lưu vực có thể phát biểu như sau: "Hiệu số lượng nước đến và ra khỏi lưu vực bằng sự thay đổi lượng nước trên lưu vực...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
TÍNH TOÁN THỦY VĂN ( Nguyễn Thanh Sơn - NXB Đại học Quốc gia Hà Nội ) CHƯƠNG 3 Chương 3 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC Phương trình cân bằng nước thể hiện một định luật vật lý thông dụng nhất - định luật bảo toàn vậtchất trong thủy văn. Phương trình cân bằng nước là công cụ rất hữu hiệu để đánh giá tài nguyên nước vàphân tích tính toán dòng chảy sông ngòi. Nguyên lý cân bằng nước xuất phát từ định luật bảo toàn vật chất, đối với một lưu vực có thể phátbiểu như sau: Hiệu số lượng nước đến và ra khỏi lưu vực bằng sự thay đổi lượng nước trên lưu vực đótrong một thời đoạn tính toán bất kỳ. Phương trình cân bằng nước là sự diễn toán nguyên lý này. Z2 Z1 X U1 U2 Y1 Y2 W1 W2 Hình 3.1. Lưu vực sông và các thành phần cán cân nước3.1. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC DẠNG TỔNG QUÁT Lấy một lưu vực bất kỳ trên mặt đất với giả thiết có một mặt trụ thẳng đứng bao quanh chu vi lưu vựcđó tới tầng không thấm nước (H.3.1). Chọn một thời đoạn Δt bất kỳ. Dựa trên nguyên lý cân bằng nướcgiữa các thành phần đến, trữ và đi ta có phương trình cân bằng nước. Phần nước đến bao gồm: X - lượng mưa bình quân trên lưu vực, Z1 - lượng nước ngưng tụ trên lưu vực, Y1 - lượng dòng chảy mặt đến, W1 - lượng dòng chảy ngầm đến, U1 - lượng nước trữ đầu thời đoạn Δt, Phần nước đi gồm có: Z2 - lượng nước bốc hơi trên lưu vực, Y2 - lượng dòng chảy mặt chảy đi, W2 - lượng dòng chảy ngầm chảy đi, U2 - lượng nước trữ cuối thời đoạn Δt.28 Phương trình cân bằng nước tổng quát có dạng: X + Z1 + Y1 + W1 - (Z2 + Y2 + W2) = U2 - U1 (3.1)hoặc là: X + (Z1 - Z2) + (Y1 - Y2) + (W1 - W2) = ± ΔU (3.2)trong đó ± ΔU = U2 - U1. Để sử dụng phương trình (3.1) và (3.2) cần đưa tất cả thành phần của cán cân nước về cùng một đơnvị thứ nguyên.3.2. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC CHO MỘT LƯU VỰC SÔNG NGÒI Các lưu vực sông thường được giới hạn bằng đường phân nước lưu vực. Tại đường phân nước khôngcó sự trao đổi dòng chảy từ ngoài vào và từ trong ra. Nước có thể ra ngoài lưu vực qua mặt cắt cửa sông.Trong tự nhiên thu nước mặt và thu nước ngầm hoàn toàn không trùng nhau nhưng vì khó xác định ranhgiới đó nên thường trong các tính toán đều giả thiết nó trùng nhau. Thường đối với các lưu vực lớn giả thiếtđó có thể chấp nhận được, nhưng với các lưu vực bé có hiện tượng karst thì điều này có thể dẫn tới sai sốlớn khi tính toán. Do vậy cần có phương trình cân bằng nước cho lưu vực kín và lưu vực hở.3.2.1. Phương trình cân bằng nước cho lưu vực kín Lưu vực kín là lưu vực có đường phân chia nước mặt trùng với đường phân chia nước ngầm, khi đókhông có nước mặt và nước ngầm từ lưu vực khác chảy đến, tức là từ (3.2) ta có Y1 = 0 và W1 = 0; nướcchảy ra cửa qua mặt cắt là Y2 và W2, đặt Y=Y2+W2 , Z = Z2 - Z1 là hiệu lượng bốc hơi vàngưng tụ, ta có: X = Y + Z ± ΔU (3.3)3.2.2. Phương trình cân bằng nước cho lưu vực hở Đối với lưu vực hở sẽ có lượng nước ngầm từ lưu vực khác chảy vào và ngược lại, khi đó phươngtrình cân bằng nước sẽ có dạng: X = Y + Z ± ΔW ± Δ U (3.4)trong đó ± ΔW = W2 - W13.3. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NƯỚC LƯU VỰC CHO THỜI KỲ NHIỀU NĂM Phương trình cân bằng nước dạng (3.3) và (3.4) được viết cho thời đoạn bất kỳ Δt bằng một năm, mộttháng, một ngày hoặc nhỏ hơn nữa. Để viết phương trình cân bằng nước cho thời kỳ nhiều năm, người ta cóthể lấy bình quân nhiều năm phương trình trên với thời đoạn năm. Từ công thức (3.3) xét trong n năm ta có: n n ∑ Xi ∑ (Y + Z ± ΔU i ) i i = i =1 i =1 (3.5) n nhoặc: n n n n ∑ Xi ∑ Yi ∑ Zi ∑ ± ΔU i ...