Đề cương ngoại nghiệp môn khí tượng thủy văn môi trường

LỜI MỞ ĐẦU FýE Khí tượng thủy văn là môn cơ sở khoa học có từ lâu đời, nó là mon chuyên ngành khoa học nghiên cứu về khí hậu, thời tiết nhằm theo dõi và dự báo khí hậu, thời tiết. Những biểu hiện thời tiết là những sự kiện quan sát và giải thích được bằng khí tượng học. Những biểu hiện của thời tiết phụ thuộc vào các tham số khí quyển, Trái đất như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm cũng như sự biến thiên và tác động tương hỗ của các tham số này và những biến đổi theo thời gian, không gian của chúng. Phần lớn các quan sát về thời tiết được theo dõi ở tầng đối lưu. Bên cạnh đó Thủy văn học nghiên cứu về sự vận động, phân phối, và chất lượng của nước trên Trái Đất, nó đề cập đến cả vòng tuần hoàn nước và các nguồn nước. Các lĩnh vực của khí tượng thủy văn học bao gồm: khí tượng - thủy văn, thủy văn nước mặt, địa chất thủy văn, quản lý lưu vực sông và chất lượng nước, những nơi mà nước đóng vai trò chủ đạo. Được sự hướng dẫn tận tình, của cô giáo bộ môn khí tượng thủy văn Kiều Thị Dương cùng với thầy giáo Vũ Văn Trường, chúng em đã có một buổi ngoại nghiệp đầy thú vị và bổ ích. Qua buổi ngoại nghiêp ngày chủ nhật bọn em đã trang bị thêm cho mình nhiều kĩ năng bổ ích như cách xác định lưu lượng dòng chảy, đo độ rộng mặt nước, ngoài ra em còn học được cách làm việc theo nhóm cũng như tinh thần tập thể lớp lên cao hơn. ĐỀ CƯƠNG NGOẠI NGHIỆP MÔN KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN MÔI TRƯỜNG YÊU CẦU CHUNG. Yêu cầu sinh viên: Xác định được tốc độ dòng chảy ở ít nhất 5 điểm trên phân đoạn suối thuốc nhóm mình. Có 2 giá trị, một là dãy số liệu đo bằng phao, hai là dãy số liệu đo bằng lưu tốc kế (nếu có). Phao tự thiết kế, gồm 2 loại khác nhau về kích thước, khác nhau về vật liệu. Đo độ rộng của mặt ướt (mặt suối có nước) bằng thước dây và dây căng không dãn, vẽ măt cắt ngang suối. Biết cách bố trí thí nghiệm để đo lưu lượng dòng chảy của một suối cụ thể, chia mặt ướt thành các phần khác nhau. Đo độ sâu mực nước, độ rộng của các phần và tốc độ dòng chảy trên các phần. Cuối cùng, tính được lưu lượng song chảy cho mặt cắt quan sát , tính tổng lượng dòng chảy năm. So sánh kết quả thu được ở các vị trí khác nhau trên cùng các con suối đó. Kết hợp với số liệu các nhóm khác tổng hợp số liệu, tính giá trị trung bình và nhận xét kết quả. Đánh giá mức độ tác động của con người tới dòng suối, điều đó có ảnh hưởng gì đến môi trường nước và dòng suối nói chung. Công tác chuẩn bị: Mỗi nhóm 12 cọc tre dài 1,5 – 2 m, để đo mực nước và phân chia mặt ướt. Mỗi nhóm 1 dây căng không dãn 20m, 1 thước dây. Một máy tính cầm tay. 2 loại phao tự thiết kế có kích thước, vật liệu khác nhau. ( mỗi loại gồm 2 phao). CÁC NỘI DUNG. Xác định tốc độ dòng chảy: Lựa chọn vị trí xác định tốc độ dòng chảy: Một vị trí lí tưởng để đo dòng chảy đối với con suối lớn là: 20m đoạn suối trước và 20m đoạn suối sau vị trí đo tương đối thẳng, không uốn lượn. Độ rộng của lòng sông, suối ít thay đổi, mặt nghiêng, thảm thực vật cảnh quan bên bờ suối, sông cơ bản không có sự thay đổi. Không có xói sạt lở ven bờ và mặt cắt ngang của sông tương đối ổn định. Cách xa những xáo trộn của các phụ lưu sông, suối ở bên trên. Không bị ảnh hưởng bởi các dòng chảy ngược chiều gây nên các phụ lưu sông, suối hoặc ít bị ảnh hưởng bởi đá, gỗ, gạch, vữa, vật liệu xây dựng và các vật liệu khác. Các phương pháp xác định tốc độ dòng chảy: Có nhiều phương pháp xác định tốc độ dòng chảy như sử dụng phao, lưu tốc kế… Đối với lưu tốc kế: Thông thường vận tốc dòng chảy trung bình bằng giá trị trung bình số học của vận tốc dòng chảy được đo tại vị trí 0,2h và 0,8h, trong đó h là độ sâu mực nước. Đối với suối nhỏ và nông (có độ sâu mực nước dưới 1m) thì vận tốc dòng chảy chỉ được đo tại vị trí 0,6h. Đối với sông lớn, vận tốc dòng chảy được đo tại 3 điểm 0,2h; 0,6h và 0,8h. Việc đo vận tốc dòng chảy tốt nhất là dùng máy đo lưu tốc. Tuy nhiên trong điều kiện dã ngoại cần đo nhanh thì có thể dùng phương pháp dùng vật nổi (như quả cam) để thả trôi tự do trên mặt nước với một đoạn dài bằng 2 – 3 lần chiều rộng của lòng dẫn. Sau đó tính vận tốc căn cứ vào thời gian và quãng đường vật đó trôi qua. Tuy nhiên, đo vận tốc bề mặt luôn lớn hơn vận tốc đáy, cho nên người ta phải nhân vận tốc đó với hệ số giảm – thường là bằng 0,8 – 0,9. Người ta thường lấy giá trị trung bình bằng 0,85. Yêu cầu sinh viên thả hai loại phao có kích thước khác nhau, theo dõi thời gian phao trôi trong khoảng cách đã đươc xác định, tính tốc độ dòng chảy trong hai trường hợp có gì nhận xét gì từ hai kết quả này. Xác định tính lưu lượng thông qua diện tích và tốc độ dòng chảy. Chia mặt cắt ngang dòng chảy thành nhiều đoạn có khoảng cách từ một điểm mốc nào đó trên bờ, sau đó đo vận tốc trung bình và diện tích trung bình của các đoạn. Tính lưu lượng dòng chảy theo công thức: Q = ∑Qi Qi = Vi x Ai Q là lưu lượng dòng chảy (m3/s) ∑Qi = A.V = A1.V1 + A2.V2 + A3.V3 + … Trong đó, Vi và Ai lần lượt là vận tốc trung bình và diện tích của đoạn i, được tính theo 2 phương pháp dưới đây. Phương pháp I: Phương pháp giữa đoạn. Phương pháp II: Phương pháp đoạn trung bình. Nguyên tắc càng xác định chi tiết, nhiều điểm càng chính xác. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện mà có thể xác định bao nhiêu điểm. Số phân đoạn được chia để đo lưu lượng dòng chảy được xác định theo bảng sau ( theo Hersechy, 1995a): Bề rộng lòng dẫn (m) Số lượng đường cắt thẳng đứng 0 – 0,5 3 – 4 0,5 – 1,0 4 – 5 1,0 – 3,0 5 – 8 3,0 – 5,0 8 – 10 5,0 – 10,0 10 – 20 > 10 >20 Phương pháp này cho phép xác định lựu lượng Q (m3/s) thông qua việc xác định diện tích mặt cắt ướt (mặt có nước) và lưu tốc dòng chảy. Yêu cầu sinh viên: Đo độ rộng của mặt ướt (mặt suối có nước) bằng thước dây. Chia mặt cắt thành các tuyến. Đo bề rộng của mỗi tuyến, đo độ sâu của mỗi tuyến, bằng cọc tre và thước dây. Đo tốc độ dòng chảy bằng phao hoặc lưu tốc kế. Nếu đo bằng lưu tốc kế, xác định tốc độ dòng chảy ở các độ sâu: 0,2 và 0,8 lần độ sâu của mực nước. Sử dụng số liệu đã đo được từ các tuyến bao gồm: độ rộng, độ sâu, vận tốc dòng chảy tính lưu lượng Q theo công thức đã nêu. So sánh số liệu giữa các nhóm ở các vị trí khác nhau trong suối thực nghiệm. Có nhận xét gì tưh kết quả thu được. Báo cáo thực hành 1.Vị trí dòng suối Vẽ mặt cắt và số liệu Mặt cắt ngang suối b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10 v1 d1 v2 d2 v3 d3 v4 d4 v5 d5 v6 d6 v7 d7 v8 d8 v9 d9 v10 d10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Bề mặt lòng dẫn suối là 9m30 nên theo bảng số liệu ở trên ta chia bề mặt lòng dẫn thành 9 đoạn (theo hình trên) d là chiều sâu của mỗi cọc tại mỗi vị trí từ cọc 1 đến cọc 10 b là chiều dài tính từ cọc đầu bờ tới các cọc từ cọc 1 đến cọc 10 d(m) 0,32 0,50 0,46 0,49 0,50 0,56 0,68 0,82 0,82 0,56 b(m) 0,93 1,86 2,79 3,72 4,65 5,58 6,51 7,44 8,37 9,30 Thời gian thả phao tại 3 điểm ( Bờ bên trong, giữa dòng, bờ bên ngoài tương ứng T1, T2, T3 (s) Quả cam 93,40 39,39 42,92 Ttb=58,57 Xốp 67,70 47,93 40,09 Ttb=51,91 Tính vận tốc dòng nước chảy 3.1 Tính vận tốc bằng phao Ta chia bề rộng lòng suối thành 4 đoạn: Đoạn 1: Từ cọc 1 đến cọc 3 Đoạn 2: Từ cọc 3 đến cọc 5 Đoạn 3: Từ cọc 5 đến cọc 8 Đoạn 4: Từ cọc 8 đến cọc 10 Đối với đoạn 1 và 4 khi được vận tốc ta nhân với hệ số giảm 0.6 Đoạn 2, 3 nhân với hệ số giảm 0.85 Tính vận tốc bằng quả cam Thời gian trung bình khi thả quả cam tại 3 vị trí là: 58,57s. Quãng đường thả quả cam là 20m. Ta thu được vận tốc trung bình như sau: ῡqc =A ÷ T =20 ÷ 58,57 = 0,34 ( m/s ) ῡqc1,4 = ῡqc × 0.6 = 0.20 ( m/s ) ῡqc2,3 = ῡqc × 0.85 =0,29 (m/s) 3.1.2 Tính vận tốc bằng phao xốp Tương tự như tính vận tốc quả cam, với phao xốp ta thu được thời gian trung bình khi thả phao xốp là 51,91s. Vậy ta có vận tốc trung bình của phao xốp như sau: ῡx = A ÷ T = 20 ÷ 51,91 = 0.39 (m/s ) ῡx1,4 = ῡx × 0.6 = 0.23 (m/s) ῡx2,3 = ῡx × 0.85 =0.33 (m/s) 3.1.3 Tính vận tốc bằng lưu tốc kế 4. Tính lưu lượng nước của suối theo phương pháp giữa đoạn 4.1 Tính theo quả cam q1 = vqc1 x ((b2 - b1)/2) x d1= 0,20 x ((1,86-0,93)/2) x 0,32 = 0,0298(m3/s) q2 = vqc1 x ((b3 – b1)/2) x d2 = 0,20 x ((2,79-0,93)/2) x 0,50 = 0,093 (m3/s) q3 = vqc1 x ((b4-b2)/2) x d3 = 0,20 x ((3,72-1,86)/2) x 0,46 = 0,0856(m3/s) q4 = vqc2 x ((b5-b3)/2) x d4 = 0,29x ((4,65-2,79)/2) x 0,49 = 0,1322(m3/s) q5 = vqc2 x ((b6-b4)/2) x d5 = 0,29 x ((5.58-3.72)/2) x 0.50 = 0,1349(m3/s) q6 = vqc3 x ((b7-b5)/2) x d6 = 0,29 x ((6.51-4.65)/2) x 0.56 = 0,1510(m3/s) q7 = vqc3 x ((b8-b6)/2) x d7 = 0,29 x ((7.44-5.58)/2) x 0.68 = 0,1834(m3/s) q8 = vqc3 x ((b9-b7)/2) x d8 = 0,29 x ((8,37-6,51)/2) x 0,82 = 0,2212(m3/s) q9 = vqc4 x ((b10-b8)/2) x d9 =0,20 x ((9,30-7,44)/2) x 0,82= 0,1525(m3/s) q10 = vqc4 x ((b10-b9)/2) x d10 = 0,20 x ((9,30-8,37)/2) x 0,56=0,0521(m3/s) → Q = ∑Qi = q1+q2+q3+q4+q5+q6+q7+q8+q9+q10 = 1.2357(m3/s) Tính theo xốp. q1 = vx1 x ((b2 - b1)/2) x d1 = 0,23 x ((1,86-0,93)/2) x 0,32 = 0,0342(m3/s) q2 = vx1 x ((b3 – b1)/2) x d2 = 0,23 x ((2,79-0,93)/2) x 0,50 = 0,1069(m3/s) q3 = vx1 x ((b4-b2)/2) x d3 = 0,23 x ((3,72-1,86)/2) x 0,46 = 0,0984(m3/s) q4 = vx2 x ((b5-b3)/2) x d4 = 0,33 x ((4,65-2,79)/2) x 0,49 = 0,1504(m3/s) q5 = vx2 x ((b6-b4)/2) x d5 = 0,33 x ((5.58-3,72)/2) x 0,50 = 0,1535(m3/s) q6 = vx3 x ((b7-b5)/2) x d6 = 0,33 x ((6,51-4,65)/2) x0,56= 0,1719(m3/s) q7 = vx3 x ((b8-b6)/2) x d7 = 0,33 x ((7,44-5,58)/2) x0,68= 0,2087(m3/s) q8 = vx3 x ((b9-b7)/2) x d8 = 0,33 x ((8,37-6,51)/2) x 0,82 = 0,2516(m3/s) q9 = vx4 x ((b10-b8)/2) x d9 = 0,23 x ((9,30-7,44)/2) x 0,82 = 0,1754(m3/s) q10 = vx4 x ((b10-b9)/2) x d10 = 0,23x ((9,30-8,37)/2) x 0,56 = 0,0598(m3/s) →Q = ∑Qi = q1+q2+q3+q4+q5+q6+q7+q8+q9+q10 = 1,4108(m3/s) 5. Tính vận tốc dòng chảy và lưu lượng chung của cả con suối IV/ Tính vận tốc dòng chảy và lưu lượng chung của cả con suối. Nhóm 1: 56A_KHMT Nhóm 2: 56A_KHMT Nhóm 3: 56B_KHMT Nhóm 4: 55_KHMT • Lưu lượng nước: +Tính theo cam: Nhóm 1: Q1 = 1.5158 (m³/s) Nhóm 2: Q2 = 1.739 (m³/s) Nhóm 3: Q3 = 1.2357 (m³/s) Nhóm 4: Q4 = 0.347(m³/s) Vậy lưu lượng của đoạn suối đó là: Q = Q1 + Q2 + Q3 +Q4 = 4.8375 (m³/s) + Tính theo xốp: Nhóm 1: Q1 = 1.4755 (m³/s) Nhóm 2: Q2 = 1.739 (m³/s) Nhóm 3: Q3 = 1.4108 (m³/s) Nhóm 4: Q4= 0.329 (m³/s) Vậy lưu lượng nước của đoạn suối đó là: Q = Q1 + Q2 +Q3 = 4.9543 (m³/s) V/ Nguyên nhân, kết quả và nhận xét. Qua buổi thực tế ngoại nghiệp nhóm em gặp phải một số khó khăn khi thực hiện viêc đo đạc như: Con suối đo do có con đập ở đầu nguồn lên ảnh hưởng tới tốc độ dòng chảy, khiến cho dòng chảy nhanh hơn mặc đù nhóm 2 bọn em ở xa hơn đập hơn nhóm 1 nhưng vẫn chịu ảnh hưởng. Ngoài ra hôm đi thực tế nhóm còn gặp cơn mưa rào cũng ảnh hưởng không nhỏ tới lưu lượng cũng như vận tốc dòng chảy. Hai bên bờ con suối một bên dốc, một bên thoải lên việc khi đo ở hai bên sẽ khác nhau, khi ta đo ở bên dốc vận tốc dòng chảy sẽ cao hơn so với bên thoải. Bên cạnh đó một số đoạn cỏ lan xuống sát mặt nước khiến tốc độ dòng chạy chậm hơn so với bình thường. Ngoài ra ở giữa có một cồn sỏi dẫn tới dòng chảy chỉ chảy sang hai bên, dẫn tới tốc dộ dòng chảy ở giữa suối thấp hơn so với hai bên. Ngoài ra một yếu tổ ảnh hưởng rất lớn tới việc đo đạc, do hai bên có chỗ lồi lõm tạo ra dòng xoáy, khi thả phao sẽ bị mắc ở đó hoặc giảm hay tăng tốc độ của phao khi đo. Tuy gặp nhiều khó khăn cũng như hạn chế nhiều, nhưng em và cả lớp được sự giúp đỡ của cô giáo cũng như thầy Trường lên nhóm em cung như các nhóm khác đều hoàn thành nhiệm vụ đã được giao. Do hạn chế về thời gian và trình độ hiêu biết nên bài còn rất nhiều sai xót, em mong được sự chỉ bảo của cô! Để giúp các bài báo cáo sau của em được tốt hơn! Em xin chân thành cảm ơn. Hà nội, ngày 17 tháng 11 năm 2012