Nguyên lý thuỷ văn

6 ®¹i häc quèc gia hµ néi Tr­êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn Nguyªn lý thñy v¨n R.C. ward and M. Robinson Ng­êi dÞch: NguyÔn V¨n TuÇn NguyÔn §øc H¹nh 7 Môc lôc Trang Lêi më ®Çu Môc lôc Ch­¬ng 1 Giíi thiÖu 5 1.1. Giíi thiÖu chung vÒ n­íc 5 1.2. Sù thay ®æi tù nhiªn cña thuû v¨n 7 1.3. Chu tr×nh vµ hÖ thèng thuû v¨n 9 1.4. C¸c qu¸ tr×nh tù nhiªn trong thuû v¨n 11 Ch­¬ng 2 Gi¸ng thuû 17 2.1. Më ®Çu vµ c¸c kh¸i niÖm 17 2.2. Nh÷ng c¬ chÕ h×nh thµnh gi¸ng thuû 20 2.3. Ph©n bè kh«ng gian chung cña gi¸ng thuû 23 2.4. §o ®¹c gi¸ng thuû 25 2.5. Nh÷ng biÕn ®æi theo thêi gian cña sè liÖu gi¸ng thuû 36 2.6. Ph©n tÝch sè liÖu gi¸ng thuû 42 2.7. Nh÷ng khÝa c¹nh thuû v¨n häc vÒ tuyÕt 52 2.8. Nh÷ng t¸c ®éng cña con ng­êi tíi ph©n bè cña gi¸ng thuû 57 Ch­¬ng 3 Sù gi÷ n­íc trªn l­u vùc 61 3.1. Giíi thiÖu vµ ®Þnh nghÜa 61 3.2. Sù chÆn n­íc vµ c©n b»ng n­íc 61 3.3. §o ®¹c sù gi÷ n­íc 66 3.4. Nh÷ng nh©n tè t¸c ®éng ®Õn tæn thÊt do chÆn n­íc cña th¶m thùc vËt 70 3.5. Nh÷ng tæn thÊt do chÆn n­íc cña c¸c lo¹i th¶m thùc vËt kh¸c nhau 72 3.6. M« h×nh hãa sù chÆn n­íc 77 3.7. Sù chÆn tuyÕt 83 3.8. Sù l¾ng ®äng n­íc cña m©y 85 Ch­¬ng 4 Bèc h¬i 87 4.1. Kh¸i niÖm vÒ bèc h¬i 87 4.2. Qu¸ tr×nh bèc h¬i 88 4.3. ¦íc tÝnh bèc h¬i 93 4.4. Bèc h¬i tõ c¸c bÒ mÆt kh¸c nhau 97 4.5. Thµnh phÇn bèc h¬i tõ líp phñ thùc vËt 108 4.6. M« h×nh hãa bèc h¬i 114 4.7. Sù ph¸t triÓn hiÓu biÕt cña qu¸ tr×nh bèc h¬i 122 8 Ch­¬ng 5 N­íc ngÇm 127 5.1. Giíi thiÖu vµ c¸c ®Þnh nghÜa 127 5.2. C¬ së ®Þa lý 129 5.3. C¸c tÇng ngËm n­íc cã ¸p vµ kh«ng ¸p 130 5.4. Tr÷ l­îng n­íc ngÇm 132 5.5. Sù chuyÓn ®éng cña n­íc ngÇm 141 5.6. N­íc ngÇm trong c¸c ®¸ uèn nÕp vµ ®øt g·y 160 Ch­¬ng 6 N­íc trong ®Êt 166 6.1. Giíi thiÖu 166 6.2. Nh÷ng ®Æc tÝnh vËt lý cña c¸c lo¹i ®Êt ¶nh h­ëng ®Õn n­íc trong ®Êt 166 6.3. L­îng tr÷ cña n­íc trong ®Êt 168 6.4. Sù di chuyÓn cña n­íc trong ®Êt 181 6.5. Ho¹t ®éng cña n­íc trong ®Êt d­íi c¸c ®iÒu kiÖn trong c¸nh ®ång 197 Ch­¬ng 7 Dßng ch¶y mÆt 210 7.1. Giíi thiÖu chung 210 7.2. Dßng ch¶y nhanh vµ dßng ch¶y ng­ng trÖ 211 7.3. C¸c nguån vµ c¸c thµnh phÇn cña dßng ch¶y 212 7.4. Nh÷ng sù biÕn ®æi sù kiÖn c¬ b¶n 216 7.5. Nh÷ng sù biÕn ®æi dßng ch¶y hµng ngµy 233 7.6. Sù biÕn ®æi dµi h¹n cña dßng ch¶y vµ tÝnh biÕn thiªn dßng ch¶y 236 7.7. Dßng ch¶y cùc h¹n 240 7.8. Dßng ch¶y tõ nh÷ng vïng cã tuyÕt phñ 250 Ch­¬ng 8 ChÊt l­îng n­íc 256 8.1. Giíi thiÖu vµ nh÷ng ®Þnh nghÜa 256 8.2. C¸c qu¸ tr×nh quy ®Þnh thµnh phÇn ho¸ häc cña n­íc 261 8.3. C¸c chÊt hoµ tan khÝ quyÓn 264 8.4. Sù ng¨n gi÷ vµ sù bèc h¬i 271 8.5. N­íc trong ®Êt vµ n­íc ngÇm 272 8.6. Dßng ch¶y mÆt 286 8.7. KÕt luËn 297 Ch­¬ng 9 L­u vùc thu n­íc vµ thuû v¨n toµn cÇu 299 9.1. Giíi thiÖu chung 299 9.2. M« h×nh bån thu n­íc 302 9.3. Nghiªn cøu c©n b»ng n­íc vµ l­u vùc ®­îc lùa chän 310 9.4. Bªn ngoµi giíi h¹n l­u vùc: Thuû v¨n toµn cÇu 319 Tµi liÖu tham kh¶o 328 9 Lêi ng­êi dÞch N­íc lµ mét tµi nguyªn thiªn nhiªn quý gi¸ vµ ®­îc ®¸nh gi¸ nh­ nh÷ng tµi nguyªn thiªn nhiªn kh¸c: nh­ vµng, nh­ ñu khÝ, nh­ s¾t,.. vµ thËm chÝ nã cßn ®­îc ®¸nh gi¸ quý h¬n c¸c tµi nguyªn thiªn nhiªn kh¸c, ®Æc biÖt ®èi víi vïng kh« h¹n nh­ Ch©u Phi, Trung §«ng. ChÝnh v× vËy Liªn hîp quèc ®· lÊy ngµy 22 th¸ng 3 hµng n¨m lµm ngµy Tµi nguyªn n­íc thÕ giíi. DÇu khÝ, vµng lµ tµi nguyªn thiªn nhiªn quý gi¸ ®­îc mäi ng­êi thõa nhËn nh­ng kh«ng cã ngµy vµng thÕ giíi, dÇu khÝ thÕ giíi. ChÝnh v× vËy viÖc nghiªn cøu c¸c quy luËt c¬ b¶n cña tµi nguyªn n­íc, ®¸nh gi¸ tµi nguyªn n­íc vµ ®Ò ra ph­¬ng thøc sö dông bÒn v÷ng tµi nguyªn n­íc lµ mét vÊn ®Ò hÕt søc quan träng. QuyÓn Nguyªn lý thñy v¨n cña R.C. Ward vµ M. Robinson ë quèc gia §an M¹ch do nhµ xuÊt b¶n MC Graw-Hill Publishing Company xuÊt b¶n n¨m 2000 sÏ cung cÊp c¸c kiÕn thøc rÊt hiÖn ®¹i cña ph­¬ng t©y ®Ó nghiªn cøu c¸c quy luËt c¬ b¶n cña tµi nguyªn n­íc. C¸c kiÕn thøc c¬ b¶n vµ míi cña quyÓn Nguyªn lý thñy v¨n ph­¬ng t©y nµy sÏ lµm s¸ng tá xu thÕ míi trong b­íc ®Çu nghiªn cøu thñy v¨n. Chóng ta ®· nhiÒu n¨m d¹y m«n Thñy v¨n ®¹i c­¬ng. C¸c kiÕn thøc cña quyÓn Nguyªn lý thñy v¨n sÏ gióp sÏ gióp chóng ta c¸c ý t­ëng ®æi míi néi dung ®µo t¹o ë tr­êng Khoa häc tù nhiªn còng nh­ ë ViÖt Nam. V× lý do ®ã, chóng t«i – nh÷ng ng­êi dÞch c¶m thÊy hÕt søc cÇn thiÕt dÞch quyÓn s¸ch nµy nh»m phôc vô cho c¸c thÇy c« vµ sinh viªn ngµnh thñy v¨n còng nh­ sinh viªn khoa häc tr¸i ®Êt. QuyÓn s¸ch nµy cã 9 ch­¬ng. Ch­¬ng 1: Giíi thiÖu Ch­¬ng 2: M­a Ch­¬ng 3: Sù gi÷ n­íc trªn l­u vùc khi m­a Ch­¬ng 4: Bèc h¬i Ch­¬ng 5: Dßng ch¶y ngÇm Ch­¬ng 6: N­íc trong ®Êt Ch­¬ng 7: Dßng ch¶y mÆt Ch­¬ng 8: ChÊt l­îng n­íc Ch­¬ng 9: Thñy v¨n l­u vùc vµ thñy v¨n toµn cÇu §Ó hoµn thµnh dÞch 9 ch­¬ng cña Nguyªn lý thñy v¨n nµy ®· cã sù ph©n c«ng dÞch nh­ sau: PGS. TS NguyÔn V¨n TuÇn dÞch c¸c ch­¬ng 1; ch­¬ng 2; ch­¬ng 3; ch­¬ng 4; ch­¬ng 9. NCS NguyÔn §øc H¹nh dÞch c¸c ch­¬ng 5, ch­¬ng 6, ch­¬ng 7 vµ ch­¬ng 8. Do thêi gian h¹n chÕ vµ kiÕn thøc cã chç ®Ó chuyÓn t¶i sang ng«n ng÷ tiÕng ViÖt cßn gÆp khã kh¨n. Do ®ã chóng t«i – nh÷ng ng­êi dÞch mong quý ®äc gi¶ gãp ý kiÕn cho chóng t«i. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n. Ng­êi dÞch 10 Lêi nãi ®Çu Tr¸i ®Êt, mét hµnh tinh xanh, n¬i cã ba phÇn t­ bÒ mÆt ®­îc bao phñ bëi n­íc vµ lµ hµnh tinh duy nhÊt trong hÖ mÆt trêi cã n­íc tån t¹i víi sè l­îng lín. Mét sè hµnh tinh kh¸c còng cã chøa n­íc nh­ng chóng ®· kh«ng ®­îc sö dông. Vµo th¸ng 3 n¨m 1998, tÇu th¨m dß kh«ng ng­êi l¸i cña c¬ quan hµng kh«ng vò trô Mü (NASA), Lunar Prospector, ®· ®· thu thËp ®­îc b»ng chøng r»ng cã kho¶ng 300 triÖu tÊn n­íc trªn bÒ mÆt cña MÆt Tr¨ng. MÆc dï chóng tån t¹i ë d¹ng b¨ng nh­ng cã lÏ chóng sÏ cã ý nghÜa ®èi víi c¸c nhµ th¸m hiÓm MÆt Tr¨ng trong t­¬ng lai, l­îng n­íc nµy chØ chiÕm mét phÇn rÊt nhá so víi tæng l­îng n­íc trªn tr¸i ®Êt (khoảng 138x109 triÖu tÊn) vµ nã chØ duy tr× ®­îc dßng ch¶y b×nh qu©n cña s«ng Lune ë t©y b¾c n­íc Anh trong kho¶ng 100 ngµy. Bëi v× tr¸i ®Êt cña chóng ta chñ yÕu lµ n­íc nªn kh«ng cã g× lµ đáng ng¹c nhiªn khi nh÷ng nghiªn cøu vÒ thuû v¨n häc ®­îc ph¸t triÓn c¶ trong thùc nghiÖm vµ lü thuyÕt. Nh÷ng hiÓu biÕt s¬ khai vÒ n­íc ®­îc ph¸t triÓn ®éc lËp bëi nh÷ng ng­êi ®Þa ph­¬ng ®Ó cè g¾ng quan lÝ vµ ®iÒu khiÓn nã. MÆc dï n­íc tån t¹i rÊt phong phó trªn tr¸i ®Êt nh­ng l¹i ph©n bè kh«ng ®Òu theo kh«ng gian vµ thêi gian. Hoµn l­u n­íc mµ cã sù liªn hÖ mËt thiÕt víi c¸c vßng tuÇn hoµn cña khÝ quyÓn vµ ®¹i d­¬ng lµ mét thµnh phÇn quan träng trong cç m¸y n¨ng l­îng tr¸i ®Êt. §éng lùc hiÖn t¹i cho sù ph¸t triÓn cña thuû v¨n häc thùc sù ®Õn tõ sù quan t©m ngµy cµng t¨ng vÒ nh÷ng biÕn ®æi cña thêi tiÕt vµ sù thay ®æi cña khÝ hËu còng nh­ sù liªn ®íi víi hoµn l­u n­íc toµn cÇu. Nguån n­íc rÊt cÇn thiÕt cho cuéc sèng nh­ng nh÷ng sù biÕn ®æi bÊt th­êng cña nã mang ®Õn c¸c ®ît thiªn tai nh­ lµ lò lôt vµ h¹n h¸n. Do ®ã viÖc qu¶n lý vµ chØnh trÞ nguån n­íc ®· trë thµnh mèi quan t©m toµn cÇu, thËm trÝ nã ®­îc xem lµ mét vÊn ®Ò cÊp b¸ch nhÊt hiÖn nay. Trong t­¬ng lai, khi d©n sè thÕ giíi tiÕp tôc t¨ng, nh÷ng ¸p lùc vÒ viÖc cung cÊp vµ sö dông nguån n­íc còng sÏ t¨ng, vµ trong h¬n nöa thÕ kû tíi nh÷ng khu vùc kh«ng ®­îc cung cÊp ®ñ n­íc sÏ ngµy cµng t¨ng trªn thÕ giíi. V× vËy sù nghiªn cøu vÒ thuû v¨n häc trë nªn quan träng h¬n so víi trong qu¸ khø vµ ch¾c ch¾n r»ng trong lÇn t¸i b¶n nµy sù nghiªn cøu vÒ hoat ®éng cña c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n lµ ®· ®­îc cËp nhËt vµ c¶i tiÕn rÊt chi tiÕt h¬n rÊt nhiÒu so víi phiªn b¶n ®Çu tiªn c¸ch ®©y 30 n¨m. C¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n, vµ sù nghiªn cøu ho¹t ®éng cña chóng ®­îc th¶o luËn chÝnh trong cuèn s¸ch nµy. MÆc dï Ên b¶n míi nµy ch­a cã nh÷ng thay ®æi ®¸ng kÓ vÒ mÆt cÊu tróc, víi nhiÒu ch­¬ng dµnh ®Ó tr×nh bµy c¸c thµnh phÇn chÝnh cÊu thµnh nªn chu tr×nh thuû v¨n, c¸c vÊn ®Ò träng t©m ®· ®­îc cËp nhËt ®Çy ®ñ vµ ®­îc biªn tËp l¹i chi tiÕt h¬n. Thªm vµo ®ã, víi c¸c yªu cÇu chung, mét ch­¬ng kÕt luËn cña “L­u vùc cÊp n­íc vµ vïng kÕ tiÕp” ®· ®­îc thªm vµo ®Ó bæ xung cïng c¸c ý t­ëng mµ ®· ®­îc 11 ph¸t triÓn xuyªn suèt cuèn s¸ch. ë cuèi mçi ch­¬ng ®Òu cã c¸c c©u hái vµ bµi tËp cho sinh viªn cã thÓ «n tËp lai. V× trong c¸c Ên b¶n tr­íc ®©y chóng t«i ®· tæng hîp rÊt nhiÒu s¸ch xuÊt b¶n tr­íc ®ã, còng nh­ c¸c b¸o c¸o trong mét sè cuéc héi th¶o tr­íc ®©y, v× vËy cuèn s¸ch nµy rÊt tèt cho nh÷ng ng­êi ®äc muèn t×m hiÓu vÒ tõng chñ ®Ò cô thÓ mét c¸ch chi tiÕt h¬n. Tuy nhiªn, ch¾c ch¾n r»ng sù tæng hîp, chän lùa c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu cña chóng t«i mang tÝnh c¸ nh©n vµ trong mét sè vÊn ®Ò cô thÓ chØ lµ mét phÇn nhá c¸c b¸o c¸o vµ c¸c t¹p chÝ cã liªn quan. Nh­ng ngµy nay chóng ta cã thÓ thu thËp ®­îc mét sè tµi liÖu kh¸c th«ng qua ®Üa CD ho¨c Internet. Khi Ên b¶n ®Çu tiªn ®­îc ph¸t hµnh th× ng­êi ta cho r»ng nhiÒu ng­êi ®äc cã thÓ t×m thªm nguån th«ng tin tõ b¸o ®iÖn tö vµ c¸c t¹p chÝ trùc tuyÕn. Chóng t«i göi lêi c¸m ¬n ch©n thµnh tíi nh÷ng ng­êi b¹n, ®ång nghiÖp trªn thÕ giíi ®· gãp ý cho chóng t«i trong suèt nh÷ng n¨m qua vÒ nh÷ng khiÕm khuyÕt tõ nh÷ng Ên b¶n ®Çu tiªn vµ gãp ý nh÷ng c¸ch thøc ®Ó chóng t«i c¶i tiÕn trong Ên b¶n lÇn thø t­ nµy. Chóng t«i còng xin göi lêi c¶m ¬n tíi tÊt c¶ nh÷ng ng­êi ®É ®äc b¶n th¶o b»ng tay, ®Æc biÖt lµ Ian Calder, Duncan Faulkner, Jonh Gash, Martin Hendriks, Duncan Reed vµ Jonh Roberts, lµ nh÷ng ng­êi ®· cã nh÷ng phª b×nh cô thÓ ®Ó lµm t¨ng chÊt l­îng cña lµn t¸i b¶n nµy. TÊt nhiªn quÊn s¸ch nµy kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt vµ chóng t«i chÞu hoµn toµn tr¸ch nhiÖm. Roy Ward vµ Mark Robinson