Thủy văn đại cương

Chương 1
Nước trên Trái Đất và khoa học về nước
1.1 Khái niệm về thủy văn học và chế độ nước đất liền
1.1.1 Khái niệm, đối tượng, nội dung nghiên cứu, sự phân chia và quan hệ giữa thủy văn học với các khoa học khác
a. Khái niệm: Thủy văn học là ngành khoa học nghiên cứu nước tự nhiên, các hiện tượng và quá trình xảy ra trong môi trường nước cùng các quy luật thành tạo nên các hiện tượng và quá trình ấy.
b. Đối tượng nghiên cứu: Nước tự nhiên (thủy quyển), cụ thể là: đại dương, biển, sông ngòi, hồ ao, đầm lầy, các tích tụ ẩm dưới dạng lớp vỏ tuyết, băng hà và nước ngầm.
Vì thủy quyển là một bộ phận của Trái Đất, bao gồm các đối tượng nước riêng biệt, có ranh giới địa lý nên thủy văn học là một khoa học tổng hợp và thuộc số các khoa học Trái Đất.
c. Nội dung nghiên cứu: toàn diện trên cả hai mặt.
- Mặt địa lý: nghiên cứu các đặc trưng địa lý của nước như sự phân bố nước trên lãnh thổ, quy mô và mô tả các đối tượng nước. Nghĩa là nghiên cứu nước như một yếu tố của cảnh quan địa lý.
- Mặt vật lý: thành lập những quy luật vật lý hình thành nên các hiện tượng và quá trình thủy văn như: quy luật bốc hơi của nước, quy luật tan của băng và tuyết, quy luật chuyển động của nước, quy luật vận chuyển bùn cát, quy luật tác động của nước lên đáy sông,...
Nghiên cứu toàn diện các hiện tượng và quá trình thủy văn là phải nghiên cứu đồng thời trên cả hai mặt. Một mặt phải nghiên cứu nước như một yếu tố của cảnh quan địa lý và mặt khác phải tìm ra các quy luật vật lý thành tạo nên các hiện tượng và quá trình thủy văn.
d. Sự phân chia của thủy văn học
Vì các quá trình xảy ra trong nước đại dương và biển khác hẳn các quá trình xảy ra trong các đối tượng nước đất liền nên các phương pháp nghiên cứu chúng cũng khác nhau. Bởi vậy, ngay từ đầu, Thủy văn học đã được phân chia thành hai bộ phận: Thủy văn biển và Thủy văn đất liền (hay Thủy văn lục địa).
Thủy văn biển đã phát triển thành một khoa học độc lập, rộng lớn với tên gọi là "Hải dương học" nên hiện nay, thuật ngữ "Thủy văn học" gần như đã trở thành tên gọi riêng của Thủy văn đất liền (Thủy văn lục địa).
Hải dương học nghiên cứu các quá trình xảy ra trong đại dương thế giới, nghiên cứu các tính chất của nước như môi trường sống của các cơ thể sống, xác định mối quan hệ tương hỗ giữa các quá trình xảy ra trong nước đại dương và các quá trình xảy ra trong khí quyển, thạch quyển, thổ quyển và sinh quyển.
Hải dương học hiện đại liên kết các môn học cụ thể, trong đó có: Hải dương đại cương, Vật lý biển, Hải dương khu vực (Địa lý hải dương) và Dự báo biển.
Thủy văn học được phân chia theo hai cách:
Cách 1. Theo đối tượng nghiên cứu, thành:
- Thủy văn sông ngòi,
- Thủy văn hồ ao,
- Thủy văn nước ngầm (Thủy địa chất),
- Thủy văn đầm lầy,
- Thủy văn băng hà.
Hiện nay, Thủy địa chất đã phát triển thành một ngành khoa học độc lập, rộng lớn nên trong chương trình của Thủy văn học chỉ trình bày những kiến thức cơ bản về quy luật thấm của nước trong đất, sự chuyển động của nước ngầm, sự tương tác giữa nước ngầm và nước mặt.
Thủy văn băng hà phần lớn thuộc lĩnh vực của địa lý tự nhiên còn trong chương trình của Thủy văn học chỉ đề cập đến những vấn đề về quy luật cân bằng vật chất trong băng hà và ảnh hưởng của băng hà đến chế độ nước đất liền.
Cách 2. Theo hướng và nội dung nghiên cứu.
Hiện nay, Thủy văn học hiện đại được phát triển tjeo nhiều hướng: thực hành, vật lý địa cầu, địa lý, công trình, tài nguyên môi trường và ứng dụng.
(1) Hướng thực hành: Đo đạc, chỉnh biên các số liệu thủy văn - nghiên cứu các phương pháp đo đạc và chỉnh biên các số liệu đo đạc các đặc trưng của các đối tượng nước.
(2) Hướng vật lý địa cầu: Thủy văn đại cương - nghiên cứu bản chất vật lý cùng tính quy luật của các hiện tượng và quá trình thủy văn.
Cụ thể là: nghiên cứu các tính chất chung của các đối tượng nước đất liền, các quy luật chi phối các quá trình diễn ra trong chúng và sự tác động tương hỗ nói chung của các nước này với môi trường xung quanh, bao gồm cả những thay đổi diễn ra dưới ảnh hưởng của các hoạt động của con người.
Một số vấn đề của thủy văn đại cương lại được nghiên cứu sâu hơn, hình thành các môn học như:
- Vật lý nước: nghiên cứu thành phần cơ lý của nước tự nhiên, quá trình bốc hơi từ mặt nước và mặt đất, sự hình thành và sự tan của băng, các hiện tượng nhiệt trong nước.
- Thủy hóa: nghiên cứu các tính chất hóa học của nước, vấn đề ô nhiễm nước gắn liền với các chỉ tiêu dùng nước của các ngành kinh tế quốc dân.
- Động lực học sông: nghiên cứu những vấn đề động lực của dòng nước, sự vận chuyển của phù sa, quá trình hình thành và diễn biến dòng sông.
(3) Hướng địa lý: Địa lý thủy văn (hay Thủy văn khu vực) - nghiên cứu các đối tượng nước cụ thể và nước của các lãnh thổ riêng biệt dựa trên các quy luật đã được thủy văn đại cương thiết lập.
Cụ thể là mô tả và nghiên cứu các thể nước trên một khu vực nhất định, đặc tính và sự phân bố theo địa lý của chúng, xác định tác dụng và quan hệ giữa chúng với các điều kiện địa lý tự nhiên khác trong khu vực để ứng dụng vào thực tiễn sản xuất. Hay nói cách khác là mô tả đặc điểm địa lý thủy văn của từng lãnh thổ nhất định, tìm và giải thích quy luật phân bố địa lý của các yếu tố thủy văn.

(4) Hướng công trình: Thủy văn công trình-nghiên cứu các phương pháp tính toán thủy văn, dự báo thủy văn và ứng dụng thủy văn để giải quyết các nhiệm vụ công trình (tính toán thủy lợi).
(5) Hướng tài nguyên và môi trường: là hướng mới của Thủy văn học-nghiên cứu cơ sở khoa học của việc quy hoạch, quản lý, khai thác, sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên nước.
(6) Hướng ứng dụng: đi sâu nghiên cứu thủy văn trong những môi trường đặc thù: thủy văn nông nghiệp, thủy văn rừng, thủy văn đô thị, thủy văn vùng triều,...
e. Quan hệ giữa thủy văn học với các khoa học khác
Do nước trên bề mặt Trái Đất, nước trong lớp vỏ Trái Đất và nước trong khí quyển liên quan chặt chẽ với nhau nên Thủy văn học có quan hệ rất chặt chẽ với các khoa học khác về Trái Đất như: Khí tượng và khí hậu học, Địa chất học, Thổ nhưỡng học, Địa hoá học, Địa mạo học, Địa lý học, Thủy sinh học,... Đồng thời, Thủy văn học cũng ứng dụng rộng rãi các thành tựu của toán học, vật lý học, thủy lực học và thủy động lực học.
1.1.2 Khái niệm về chế độ nước đất liền và các đặc trưng biểu thị dòng chảy
a. Khái niệm và phân loại chế độ nước đất liền
+ Khái niệm: Chế độ nước (hay chế độ thủy văn) đất liền là tập hợp toán bộ những đặc điểm về sự thay đổi trạng thái của các đối tượng nước theo thời gian. Nó biểu hiện ở sự dao động theo thời gian (ngày đêm, mùa, năm, nhiều năm) của:
- mực nước (chế độ mực nước),
- lượng nước (chế độ dòng chảy),
- các hiện tượng băng (chế độ băng),
- nhiệt độ nước (chế độ nhiệt),
- lượng và thành phần chất rắn do dòng nước cuốn theo (chế độ phù sa),
- thành phần và nồng độ các chất hòa tan (chế độ hóa học nước),
- sự thay đổi lòng sông (chế độ diễn biến lòng sông),
- sóng (chế độ sóng),
- lưu tốc dòng nước (chế độ lưu tốc dòng nước).
+ Phân loại: theo hai cách.
Cách 1. Theo mức độ ảnh hưởng của các công trình thủy lợi: 2 loại.
- Chế độ thủy văn đã điều tiết.
- Chế độ thủy văn tự nhiên.
Cách 2. Theo loại đối tượng nước: 5 loại.
- Chế độ nước sông (chế độ thủy văn sông ngòi).
- Chế độ nước hồ (chế độ thủy văn hồ).
- Chế độ nước đầm lầy (chế độ thủy văn đầm lầy).
- Chế độ nước ngầm (chế độ thủy văn nước ngầm).
- Chế độ nước băng hà (chế độ thủy văn băng hà).
1.1.2 Khái niệm về chế độ nước đất liền và các đặc trưng biểu thị dòng chảy
a. Khái niệm và phân loại chế độ nước đất liền
+ Khái niệm: Chế độ nước (hay chế độ thủy văn) đất liền là tập hợp toàn bộ những đặc điểm về sự thay đổi trạng thái của các đối tượng nước theo thời gian. Nó biểu hiện ở sự dao động theo thời gian (ngày đêm, mùa, năm, nhiều năm) của:
- mực nước (chế độ mực nước),
- lượng nước (chế độ dòng chảy),
- các hiện tượng băng (chế độ băng),
- nhiệt độ nước (chế độ nhiệt),
- lượng và thành phần chất rắn do dòng nước cuốn theo (chế độ phù sa),
- thành phần và nồng độ các chất hòa tan (chế độ hóa học nước),
- sự thay đổi lòng sông (chế độ diễn biến lòng sông),
- sóng (chế độ sóng),
- lưu tốc dòng nước (chế độ lưu tốc dòng nước).
+ Phân loại: theo hai cách.
Cách 1. Theo mức độ ảnh hưởng của các công trình thủy lợi: 2 loại.
- Chế độ thủy văn đã điều tiết.
- Chế độ thủy văn tự nhiên.
Cách 2. Theo loại đối tượng nước: 5 loại.
- Chế độ nước sông (chế độ thủy văn sông ngòi).
- Chế độ nước hồ (chế độ thủy văn hồ).
- Chế độ nước đầm lầy (chế độ thủy văn đầm lầy).
- Chế độ nước ngầm (chế độ thủy văn nước ngầm).
- Chế độ nước băng hà (chế độ thủy văn băng hà).
b. Các đặc trưng biểu thị dòng chảy.
Khi nghiên cứu sự thay đổi lượng nước trong sông, khi so sánh dòng chảy trong các sông khác nhau và khi đối chiếu dòng chảy sông với các yếu tố ảnh hưởng (mưa, bốc hơi), người ta thường sử dụng 7 đặc trưng đo đạc cơ bản được quy định trong nghiên cứu dòng chảy sông ngòi, gồm hai loại có và không có thứ nguyên.
+ Các đặc trưng dòng chảy có thứ nguyên.
(1) Lưu lượng nước (lưu lượng dòng chảy): là lượng nước chảy qua mặt cắt ngang sông trong một đơn vị thời gian.
Ký hiệu thường dùng: Q, đơn vị thường dùng: m3/s hoặc l/s (đối với sông nhỏ).
Lưu lượng nước có thể biểu thị ở dạng tức thời hoặc ở dạng trung bình thời gian.
Lưu lượng nước tức thời (lưu lượng giây) đặc trưng cho lưu lượng nước sông tại một thời điểm xác định.
Lưu lượng nước trung bình thời đoạn là lưu lượng nước tính trung bình trong cả thời đoạn đó.
(2) Tổng lượng dòng chảy: của một thời đoạn nào đó là lượng nước chảy qua mặt cắt ngang sông trong cả thời đoạn đó.
Ký hiệu thường dùng: W, đơn vị thường dùng: m3 hoặc km3.
Công thức quan hệ giữa tổng lượng dòng chảy W (m3) với lưu lượng tức thời Q (m3/s) là:

Công thức quan hệ giữa tổng lượng dòng chảy W (m3) của thời đoạn
với lưu lượng trung bình (m3/s) là:

(3) Mô đun dòng chảy: là lượng nước chảy qua mặt cắt ngang sông trong một đơn vị thời gian từ một đơn vị diện tích lưu vực sông.
Ký hiệu thường dùng là M, đơn vị thường dùng là l/skm2.
Cũng như lưu lượng nước, mô đun dòng chảy có thể biểu thị ở dạng tức thời hoặc ở dạng trung bình thời đoạn.
(4) Lớp dòng chảy: của một thời đoạn nào đó là chiều cao lớp nước được tạo thành khi đem tổng lượng dòng chảy của thời đoạn đó trải đều trên bề mặt diện tích lưu vực.
Ký hiệu thường dùng: y, đơn vị thường dùng: mm.
(5) Dòng chảy chuẩn (hay chuẩn dòng chảy năm): là trị số dòng chảy năm trung bình trong thời kỳ nhiều năm đã tiến tới ổn định.
Chuẩn dòng chảy năm có thể được biểu thị dưới các dạng sau đây:
- Lưu lượng dòng chảy chuẩn (hay chuẩn lưu lượng dòng chảy năm): Qo (m3/s).
- Tổng lượng dòng chảy chuẩn (hay chuẩn tổng lượng dòng chảy năm): Wo (m3, km3).
- Mô đun dòng chảy chuẩn (hay chuẩn mô đun dòng chảy năm): Mo (l/skm2).
- Lớp dòng chảy chuẩn (hay chuẩn lớp dòng chảy năm): yo (mm).
+ Các đặc trưng dòng chảy không thứ nguyên.
(1) Hệ số mô đun: là tỷ số giữa trị số dòng chảy của một năm nào đó và trị số dòng chảy chuẩn.
Ký hiệu thường dùng: K.
Theo định nghĩa, hệ số mô đun của năm thứ i nào đó sẽ được tính theo công thức:

(2) Hệ số dòng chảy: của một thời đoạn nào đó là tỷ số giữa lớp dòng chảy và lớp nước mưa rơi trên lưu vực trong cùng thời đoạn đó.
Ký hiệu thường dùng là ?.
Theo định nghĩa: - Hệ số dòng chảy của một thời đoạn nào đó: ? = y/x
- Hệ số dòng chảy chuẩn: ?o = yo/xo.
Vì y ? x nên 0 ? ? ? 1.
Hệ số dòng chảy ? vừa biểu thị lượng mưa sinh dòng chảy (lượng mưa hiệu quả), vừa biểu thị tổn thất nước trên lưu vực.
Khi ? = 0 thì y = 0: mưa không sinh dòng chảy, tổn thất hoàn toàn.
Khi ? = 1 thì y = x: mưa sinh dòng chảy hoàn toàn, tổn thất không đáng kể.
? càng lớn thì lượng mưa hiệu quả càng lớn, tổn thất càng ít.
Cường độ mưa - t
1.1.3 Các phương pháp nghiên cứu nguồn nước thường ứng dụng trong thủy văn học:
Trong thủy văn học, khi nghiên cứu khảo sát nguồn nước, người ta thường sử dụng ba phương pháp cơ bản sau đây:
(1) Phương pháp quan trắc trạm định vị: tiến hành quan trắc, đo đạc các đặc trưng thủy văn của các đối tượng nước liên tục trong một thời gian dài tại các trạm cố định bố trí trên các đối tượng nước: sông, hồ, ao, kho nước, đầm lầy và các suối tạm thời.
Mạng lưới các Trạm khí tượng thủy văn và các Đài khí tượng thủy văn do Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia quản lý, có nhiệm vụ tiến hành quan trắc, đo đạc liên tục các dao động của mực nước, lưu lượng nước, sóng, nhiệt độ, phù sa, thành phần hóa học nước, băng hà và các hiện tượng khác theo một chương trình chung thống nhất nhằm đáp ứng các nhiệm vụ của khoa học và thực tiễn.
Kết quả quan trắc trực tiếp tại mạng lưới các trạm định vị này cho phép nghiên cứu phát hiện các quy luật của các quá trình biến đổi theo thời gian của các đặc trưng thủy văn của các đối tượng nước. Ngoài ra, chúng còn được sử dụng để tổng hợp địa lý, thành lập các chuyên khảo, atlas, bản đồ; để hoàn thiện các phương pháp tính toán và dự báo thủy văn cũng như để giải quyết nhiều nhiệm vụ lý luận và thực tiễn khác.
(2) Phương pháp điều tra thực địa: tổ chức những đợt khảo sát ngoài thực địa để bằng quan sát thực địa, thăm hỏi điều tra trong nhân dân địa phương và bằng đo đạc trực tiếp nhờ các phương tiện đo đạc hiện đại khi đi thực địa, thu được trong một thời gian ngắn nhất một khối lượng lớn nhất các đặc trưng địa lý tự nhiên của các đối tượng nước nghiên cứu cũng như các đặc trưng thủy văn tức thời của chúng.
Phương pháp này cho phép: mô tả thủy văn những lãnh thổ mới nghiên cứu lần đầu; vận dụng chắc chắn hơn phương pháp tương tự thủy văn; phán định các quá trình thủy văn, cấu trúc và quan hệ nhân quả của chúng.
Phương pháp điều tra thực địa kết hợp với phương pháp quan trắc trạm định vị cho phép thu thập đầy đủ hơn các số liệu về chế độ nước của khu vực nghiên cứu.
(3) Phương pháp thực nghiệm: nghiên cứu các đối tượng nước bằng thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, tại các trạm định vị ngoài trời hoặc trong các điều kiện điều tra thực địa.
Phương pháp này là có sở để nghiên cứu chi tiết những quy luật vật lý thành tạo nên các hiện tượng và quá trình thủy văn như: quy luật hình thành và diễn biến dòng sông, quy luật thấm của nước vào trong đất, quy luật tập trung nước từ các sườn dốc, quy luật bốc hơi của nước từ mặt nước và mặt đất cùng nhiều hiện tượng khác tổ hợp thành quá trình thủy văn phức tạp.
1.2 Sự phân bố và tuần hoàn của nước trên Trái Đất
1.2.1 Sự phân bố nước trên Trái Đất
1. Một số khái niệm
- Đại dương thế giới:
Lớp vỏ nước lấp đầy các bồn địa khổng lồ trên bề mặt Trái Đất.
- Miền rìa đất liền:
Phần đất liền mà từ đó, sông đưa nước ra biển nối liền với đại dương thế giới.
- Miền không lưu thông:
Phần đất liền mà từ đó, nước đi vào các bồn chứa khép kín bên trong đất liền, không có dòng chảy ra đại dương.
2. Phân bố nước trên Trái Đất:
+ Về diện tích:
+ Về trữ lượng: Sự phân bố trữ lượng nước trên Trái Đất đã được Lvôvits (1969) tính toán gần đúng như trong bảng 1.1.


Bảng 1.1 Phân bố trữ lượng nước trên Trái đất.
Các số liệu thể hiện trong bảng trên cho thấy: trữ lượng nước trong đất liền chỉ chiếm một phần rất nhỏ so với nước của đại dương thế giới nhưng vai trò của nó đối với con người hết sức to lớn.
+ Về tổng lượng dòng chảy hàng năm: đã được Lvôvits (1969) tính gần đúng như trong bảng 1.2.
Bảng 1.2 Phân bố tổng lượng dòng chảy hàng năm trên Trái Đất.
Qua bảng trên có thể thấy: đại bộ phận (tới 98%) lượng dòng chảy của các sông suối trên Trái Đất đều chảy ra đại dương còn ở các miền không lưu thông (khoảng 20% diện tích đất liền) hàng năm chỉ hình thành khoảng 2% tổng lượng dòng chảy.
1.2.2 Sự tuần hoàn của nước trong tự nhiên
1. Các vòng tuần hoàn nước lớn và nhỏ trên Trái Đất
Nước trên Trái Đất ở trạng thái thường xuyên tác động qua lại và liên kết với nhau thành một thể thống nhất thông qua quá trình tuần hoàn.
Vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên là đường đi khép kín của các phân tử nước.
Vòng tuần hoàn nhỏ là vòng tuần hoàn nước thực hiện trong một phạm vi nhất định.
Vòng tuần hoàn lớn là vòng tuần hoàn nước thực hiện trên phạm vi toàn Trái Đất.
Nhờ năng lượng mặt trời, hàng năm có khoảng 519 000 km3 nước được bốc hơi từ bề mặt Trái Đất (tức là từ đại dương, biển và đất liền).
+ Trong tổng lượng nước bốc hơi từ bề mặt đại dương:
- một phần gặp điều kiện thuận lợi, ngưng tụ thành mưa rơi trở lại đại dương, hoàn thành vòng tuần hoàn nhỏ trên đại dương;
- phần còn lại theo không khí vào đất liền, khi gặp điều kiện thuận lợi cũng sẽ ngưng tụ và rơi xuống dưới dạng mưa khí quyển.
+ Trong tổng lượng mưa rơi trên đất liền:
- một phần thấm xuống đất;
- phần còn lại chảy trên mặt đất tới các khe rãnh, chỗ trũng tạo thành sông suối, hồ ao, đầm lầy.
+ Trong tổng lượng nước thấm xuống đất:
- một phần lại được bốc hơi hoặc trực tiếp từ mặt đất, hoặc gián tiếp thông qua lớp phủ thực vật, hoàn thành vòng tuần hoàn nhỏ của nước trên mặt đất của đất liền;
- phần còn lại thấm sâu xuống hình thành nước ngầm. Một phần nước ngầm này cung cấp cho sông; phần còn lại chảy ngầm ra biển và đại dương theo hướng của độ dốc dưới tác dụng của trọng lực, hoàn thành vòng tuần hoàn lớn của nước trên Trái đất.
+ Lượng nước chảy tập trung trong sông ngòi, hồ ao, đầm lầy:
- hoặc bị bốc hơi hết,
- hoặc bị bốc hơi một phần, phần còn lại chảy ra biển và đại dương, hoàn thành vòng tuần hoàn lớn của nước trên Trái Đất.
1. Bốc hơi từ đại dương.
2- Mưa rơi trên đại dương.
3- Mưa rơi trên đất liền.
4- Bốc hơi từ đất liền.
5- Dòng chảy mặt và ngầm gia nhập sông.
6- Dòng chảy sông ngòi ra đại dương (hoặc bể không lưu thông).
7. Dòng chảy ngầm ra đại dương (hoặc bể không lưu thông).
8. Trao đổi hơi nước giữa đất liền và đại dương lưu thông trong khí quyển.
Hình 1.1 Sơ đồ tuần hoàn nước trong tự nhiên
Một phần nhỏ tổng lượng nước tuần hoàn trên Trái Đất (khoảng 7,7 km3/năm) hoàn thành vòng tuần hoàn nước trong phạm vi các miền không lưu thông.
Tuy có liên quan tới tuần hoàn chung của nước trên Trái Đất nhưng sự tuần hoàn của nước trong những miền không lưu thông ở mức độ nào đó vẫn mang tính độc lập.
Điểm khác biệt trong cách trao đổi ẩm của các miền không lưu thông với đại dương thế giới là nước từ chúng quay trở lại đại dương không phải bằng dòng chảy trực tiếp mà dưới dạng hơi nước cuốn theo các khối không khí.
2. Nguyên nhân và bản chất vật lý của tuần hoàn nước trong tự nhiên
Các vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên được thực hiện dưới ảnh hưởng của nhiệt mặt trời và trọng lực, liên kết một số quá trình địa vật lý diễn ra ở các mắt xích khác nhau của nó lại với nhau. Đó là: quá trình bốc hơi, quá trình di chuyển hơi ẩm trong khí quyển, quá trình ngưng tụ hơi ẩm, quá trình mưa rơi, quá gtrình thấm nước vào đất, quá trình dòng chảy mặt và quá trình dòng chảy ngầm.
Để 519 000 km3 nước được bốc hơi và tham gia vào vòng tuần hoàn nước trên Trái Đất hàng năm, cần có một nhiệt lượng là 3,15.1020 kcal. Hàng năm, Trái Đất nhận được từ Mặt Trời một nhiệt lượng là 134. 1020 kcal. Như vậy, có thể ước tính hàng năm, có khoảng hơn 2% năng lượng Mặt Trời tới Trái Đất đã tiêu hao vào tuần hoàn nước trên Trái Đất.
3. Quan hệ giữa các khối nước tham gia vào vòng tuần hoàn nước trên Trái Đất
Sơ đồ tuần hoàn nước trên Trái Đất có thể biểu thị bằng một loạt các phương trình đơn giản, xác định mối quan hệ giữa các nguồn ẩm đến và đi đối với toàn Trái Đất và những bộ phận riêng biệt của nó.
Nếu biểu thị trị số trung bình hàng năm của:
- tổng lượng mưa rơi trên bề mặt đại dương là X1,
- tổng lượng mưa rơi trên bề mặt đất liền là X2,
- tổng lượng bốc hơi từ bề mặt đại dương là Z1,
- tổng lượng bốc hơi từ bề mặt đất liền là Z2,
- tổng lượng dòng chảy sông ngòi ra đại dương là Y,
thì theo tính chất của quá trình tuần hoàn nước ta có:
Z1 = X1 + Y (1.1)
Z2 = X2 - Y (1.2)
(Riêng đối với các miền không lưu thông, do không có dòng chảy ra đại dương nên Y = 0 nên Z = X)
Cộng hai phương trình (1.1) và (2.2) ta có:
Z1 + Z2 = X1 + X2 (1.3)
Nghĩa là: trung bình hàng năm, tổng lượng bốc hơi trên toàn Trái Đất cân bằng với tổng lượng mưa rơi trên toàn Trái Đất.
Kết quả tính toán của Lvôvits (1969) trong bảng 1.3 cho ta khái niệm cụ thể về khối lượng nước tham gia vào vòng tuần hoàn nước trên Trái Đất.
Bảng 1.3
Các khối nước tham gia vào vòng tuần hoàn nước trên Trái Đất.