6 đại học quốc gia hà nội Trờng đại học khoa học tự nhiên Nguyên lý thủy văn R.C. ward and M. Robinson Ngời dịch: Nguyễn Văn Tuần Nguyễn Đức Hạnh 7 Mục lục Trang Lời mở đầu Mục lục Chơng 1 Giới thiệu 5 1.1. Giới thiệu chung về nớc 5 1.2. Sự thay đổi tự nhiên của thuỷ văn 7 1.3. Chu trình và hệ thống thuỷ văn 9 1.4. Các quá trình tự nhiên trong thuỷ văn 11 Chơng 2 Giáng thuỷ 17 2.1. Mở đầu và các khái niệm 17 2.2. Những cơ chế hình thành giáng thuỷ 20 2.3. Phân bố không gian chung của giáng thuỷ 23 2.4. Đo đạc giáng thuỷ 25 2.5. Những biến đổi theo thời gian của số liệu giáng thuỷ 36 2.6. Phân tích số liệu giáng thuỷ 42 2.7. Những khía cạnh thuỷ văn học về tuyết 52 2.8. Những tác động của con ngời tới phân bố của giáng thuỷ 57 Chơng 3 Sự giữ nớc trên lu vực 61 3.1. Giới thiệu và định nghĩa 61 3.2. Sự chặn nớc và cân bằng nớc 61 3.3. Đo đạc sự giữ nớc 66 3.4. Những nhân tố tác động đến tổn thất do chặn nớc của thảm thực vật 70 3.5. Những tổn thất do chặn nớc của các loại thảm thực vật khác nhau 72 3.6. Mô hình hóa sự chặn nớc 77 3.7. Sự chặn tuyết 83 3.8. Sự lắng đọng nớc của mây 85 Chơng 4 Bốc hơi 87 4.1. Khá i niệm về bốc hơi 87 4.2. Quá trình bốc hơi 88 4.3. Ước tính bốc hơi 93 4.4. Bốc hơi từ các bề mặt khác nhau 97 4.5. Thành phần bốc hơi từ lớp phủ thực vật 108 4.6. Mô hình hóa bốc hơi 114 4.7. Sự phát triển hiểu biết của quá trình bốc hơi 122 8 Chơng 5 Nớc ngầm 127 5.1. Giới thiệu và các định nghĩa 127 5.2. Cơ sở địa lý 129 5.3. Các tầng ngậm nớc có áp và không áp 130 5.4. Trữ lợng nớc ngầm 132 5.5. Sự chuyển động của nớc ngầm 141 5.6. Nớc ngầm trong các đá uốn nếp và đứt gãy 160 Chơng 6 Nớc trong đất 166 6.1. Giới thiệu 166 6.2. Những đặc tính vật lý của các loại đất ảnh hởng đến nớc trong đất 166 6.3. Lợng trữ của nớc trong đất 168 6.4. Sự di chuyển của nớc trong đất 181 6.5. Hoạt động của nớc trong đất dới các điều kiện trong cánh đồng 197 Chơng 7 Dòng chảy mặt 210 7.1. Giới thiệu chung 210 7.2. Dòng chảy nhanh và dòng chảy ngng trệ 211 7.3. Các nguồn và các thành phần của dòng chảy 212 7.4. Những sự biến đổi sự kiện cơ bản 216 7.5. Những sự biến đổi dòng chảy hàng ngày 233 7.6. Sự biến đổi dài hạn của dòng chảy và tính biến thiên dòng chảy 236 7.7. Dòng chảy cực hạn 240 7.8. Dòng chảy từ những vùng có tuyết phủ 250 Chơng 8 Chất lợng nớc 256 8.1. Giới thiệu và những định nghĩa 256 8.2. Các quá trình quy định thành phần hoá học của nớc 261 8.3. Các chất hoà tan khí quyển 264 8.4. Sự ngăn giữ và sự bốc hơi 271 8.5. Nớc trong đất và nớc ngầm 272 8.6. Dòng chảy mặt 286 8.7. Kết luận 297 Chơng 9 Lu vực thu nớc và thuỷ văn toàn cầu 299 9.1. Giới thiệu chung 299 9.2. Mô hình bồn thu nớc 302 9.3. Nghiên cứu cân bằng nớc và lu vực đợc lựa chọn 310 9.4. Bên ngoài giới hạn lu vực: Thuỷ văn toàn cầu 319 Tài liệu tham khảo 328 9 Lời ngời dịch Nớc là một tài nguyên thiên nhiên quý giá và đợc đánh giá nh những tài nguyên thiên nhiên khác: nh vàng, nh ủu khí, nh sắt, và thậm chí nó còn đợc đánh giá quý hơn các tài nguyên thiên nhiên khác, đặc biệt đối với vùng khô hạn nh Châu Phi, Trung Đông. Chính vì vậy Liên hợp quốc đã lấy ngày 22 tháng 3 hàng năm làm ngày Tài nguyên nớc thế giới. Dầu khí, vàng là tài nguyên thiên nhiên quý giá đợc mọi ngời thừa nhận nhng không có ngày vàng thế giới, dầu khí thế giới. Chính vì vậy việc nghiên cứu các quy luật cơ bản của tài nguyên nớc, đánh giá tài nguyên nớc và đề ra phơng thức sử dụng bền vững tài nguyên nớc là một vấn đề hết sức quan trọng. Quyển Nguyên lý thủy văn của R.C. Ward và M. Robinson ở quốc gia Đan Mạch do nhà xuất bản MC Graw-Hill Publishing Company xuất bản năm 2000 sẽ cung cấp các kiến thức rất hiện đại của phơng tây để nghiên cứu các quy luật cơ bản của tài nguyên nớc. Các kiến thức cơ bản và mới của quyển Nguyên lý thủy văn phơng tây này sẽ làm sáng tỏ xu thế mới trong bớc đầu nghiên cứu thủy văn. Chúng ta đã nhiều năm dạy môn Thủy văn đại cơng. Các kiến thức của quyển Nguyên lý thủy văn sẽ giúp sẽ giúp chúng ta các ý tởng đổi mới nội dung đào tạo ở trờng Khoa học tự nhiên cũng nh ở Việt Nam. Vì lý do đó, chúng tôi những ngời dịch cảm thấy hết sức cần thiết dịch quyển sách này nhằm phục vụ cho các thầy cô và sinh viên ngành thủy văn cũng nh sinh viên khoa học trái đất. Quyển sách này có 9 chơng. Chơng 1: Giới thiệu Chơng 2: Ma Chơng 3: Sự giữ nớc trên lu vực khi ma Chơng 4: Bốc hơi Chơng 5: Dòng chảy ngầm Chơng 6: Nớc trong đất Chơng 7: Dòng chảy mặt Chơng 8: Chất lợng nớc Chơng 9: Thủy văn lu vực và thủy văn toàn cầu Để hoàn thành dịch 9 chơng của Nguyên lý thủy văn này đã có sự phân công dịch nh sau: PGS. TS Nguyễn Văn Tuần dịch các chơng 1; chơng 2; chơng 3; chơng 4; chơng 9. NCS Nguyễn Đức Hạnh dịch các chơng 5, chơng 6, chơng 7 và chơng 8. Do thời gian hạn chế và kiến thức có chỗ để chuyển tải sang ngôn ngữ tiếng Việt còn gặp khó khăn. Do đó chúng tôi những ngời dịch mong quý đọc giả góp ý kiến cho chúng tôi. Xin chân thành cảm ơn. Ngời dịch 10 Lời nói đầu Trái đất, một hành tinh xanh, nơi có ba phần t bề mặt đợc bao phủ bởi nớc và là hành tinh duy nhất trong hệ mặt trời có nớc tồn tại với số lợng lớn. Một số hành tinh khác cũng có chứa nớc nhng chúng đã không đợc sử dụng. Vào tháng 3 năm 1998, tầu thăm dò không ngời lái của cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA), Lunar Prospector, đã đã thu thập đợc bằng chứng rằng có khoảng 300 triệu tấn nớc trên bề mặt của Mặt Trăng. Mặc dù chúng tồn tại ở dạng băng nhng có lẽ chúng sẽ có ý nghĩa đối với các nhà thám hiểm Mặt Trăng trong tơng lai, lợng nớc này chỉ chiếm một phần rất nhỏ so với tổng lợng nớc trên trái đất (khong 138x10 9 triệu tấn) và nó chỉ duy trì đợc dòng chảy bình quân của sông Lune ở tây bắc nớc Anh trong khoảng 100 ngày. Bởi vì trái đất của chúng ta chủ yếu là nớc nên không có gì là ỏng ngạc nhiên khi những nghiên cứu về thuỷ văn học đợc phát triển cả trong thực nghiệm và lỹ thuyết. Những hiểu biết sơ khai về nớc đợc phát triển độc lập bởi những ngời địa phơng để cố gắng quan lí và điều khiển nó. Mặc dù nớc tồn tại rất phong phú trên trái đất nhng lại phân bố không đều theo không gian và thời gian. Hoàn lu nớc mà có sự liên hệ mật thiết với các vòng tuần hoàn của khí quyển và đại dơng là một thành phần quan trọng trong cỗ máy năng lợng trái đất. Động lực hiện tại cho sự phát triển của thuỷ văn học thực sự đến từ sự quan tâm ngày càng tăng về những biến đổi của thời tiết và sự thay đổi của khí hậu cũng nh sự liên đới với hoàn lu nớc toàn cầu. Nguồn nớc rất cần thiết cho cuộc sống nhng những sự biến đổi bất thờng của nó mang đến các đợt thiên tai nh là lũ lụt và hạn hán. Do đó việc quản lý và chỉnh trị nguồn nớc đã trở thành mối quan tâm toàn cầu, thậm trí nó đợc xem là một vấn đề cấp bách nhất hiện nay. Trong tơng lai, khi dân số thế giới tiếp tục tăng, những áp lực về việc cung cấp và sử dụng nguồn nớc cũng sẽ tăng, và trong hơn nửa thế kỷ tới những khu vực không đợc cung cấp đủ nớc sẽ ngày càng tăng trên thế giới. Vì vậy sự nghiên cứu về thuỷ văn học trở nên quan trọng hơn so với trong quá khứ và chắc chắn rằng trong lần tái bản này sự nghiên cứu về hoat động của các quá trình thuỷ văn là đã đợc cập nhật và cải tiến rất chi tiết hơn rất nhiều so với phiên bản đầu tiên cách đây 30 năm. Các quá trình thuỷ văn, và sự nghiên cứu hoạt động của chúng đợc thảo luận chính trong cuốn sách này. Mặc dù ấn bản mới này cha có những thay đổi đáng kể về mặt cấu trúc, với nhiều chơng dành để trình bày các thành phần chính cấu thành nên chu trình thuỷ văn, các vấn đề trọng tâm đã đợc cập nhật đầy đủ và đợc biên tập lại chi tiết hơn. Thêm vào đó, với các yêu cầu chung, một chơng kết luận của Lu vực cấp nớc và vùng kế tiếp đã đợc thêm vào để bổ xung cùng các ý tởng mà đã đợc 11 phát triển xuyên suốt cuốn sách. ở cuối mỗi chơng đều có các câu hỏi và bài tập cho sinh viên có thể ôn tập lai. Vì trong các ấn bản trớc đây chúng tôi đã tổng hợp rất nhiều sách xuất bản trớc đó, cũng nh các báo cáo trong một số cuộc hội thảo trớc đây, vì vậy cuốn sách này rất tốt cho những ngời đọc muốn tìm hiểu về từng chủ đề cụ thể một cách chi tiết hơn. Tuy nhiên, chắc chắn rằng sự tổng hợp, chọn lựa các công trình nghiên cứu của chúng tôi mang tính cá nhân và trong một số vấn đề cụ thể chỉ là một phần nhỏ các báo cáo và các tạp chí có liên quan. Nhng ngày nay chúng ta có thể thu thập đợc một số tài liệu khác thông qua đĩa CD hoăc Internet. Khi ấn bản đầu tiên đợc phát hành thì ngời ta cho rằng nhiều ngời đọc có thể tìm thêm nguồn thông tin từ báo điện tử và các tạp chí trực tuyến. Chúng tôi gửi lời cám ơn chân thành tới những ngời bạn, đồng nghiệp trên thế giới đã góp ý cho chúng tôi trong suốt những năm qua về những khiếm khuyết từ những ấn bản đầu tiên và góp ý những cách thức để chúng tôi cải tiến trong ấn bản lần thứ t này. Chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả những ngời đẫ đọc bản thảo bằng tay, đặc biệt là Ian Calder, Duncan Faulkner, Jonh Gash, Martin Hendriks, Duncan Reed và Jonh Roberts, là những ngời đã có những phê bình cụ thể để làm tăng chất lợng của làn tái bản này. Tất nhiên quấn sách này không thể tránh khỏi những thiếu sót và chúng tôi chịu hoàn toàn trách nhiệm. Roy Ward và Mark Robinson . quyển Nguyên lý thủy văn phơng tây này sẽ làm sáng tỏ xu thế mới trong bớc đầu nghiên cứu thủy văn. Chúng ta đã nhiều năm dạy môn Thủy văn đại cơng. Các kiến thức của quyển Nguyên lý thủy văn. 8: Chất lợng nớc Chơng 9: Thủy văn lu vực và thủy văn toàn cầu Để hoàn thành dịch 9 chơng của Nguyên lý thủy văn này đã có sự phân công dịch nh sau: PGS. TS Nguyễn Văn Tuần dịch các chơng 1;. 6 đại học quốc gia hà nội Trờng đại học khoa học tự nhiên Nguyên lý thủy văn R.C. ward and M. Robinson Ngời dịch: Nguyễn Văn Tuần Nguyễn