Lịch sử phát triển tính toán thủy văn trong khảo sát thủy đạc

Tính toán thủy văn trong khảo sát thủy đạc

Thủy văn là lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng liên quan đến các hiện tượng và tính chất của nước trong tự nhiên, như các dòng sông, hồ, biển, và các hiện tượng thủy triều, lũ lụt, chảy dòng, hỗn hợp nước ngọt và nước mặn,...

Thủy văn là lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng liên quan đến hiện tượng và tính chất của nước trong tự nhiên.

Trong khảo sát thủy đạc, có một số thông số quan trọng cần tính toán, ví dụ như:

• Lưu lượng nước: Đo lượng nước đi qua một vị trí cụ thể trong một khoảng thời gian nhất định, thường được đo bằng mét khối mỗi giây (m³/s).
• Độ cao nước: Đo chiều cao của mặt nước tại các vị trí cụ thể, thường được đo bằng mét.
• Tốc độ dòng chảy: Đo tốc độ của dòng chảy nước, thường được đo bằng mét/giây.
• Mực nước biển: Đo độ cao của mực nước tại các khu vực ven biển, thường được đo bằng mét so với một mốc cố định.

Cũng như bất kỳ một môn khoa học nào, khoa học thủy văn đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển: từ đơn sơ đến hoàn chỉnh trong các công trình nghiên cứu lý thuyết, từ đơn giản đến phức tạp trong kỹ thuật đo đạc, thu thập thông tin, phương tiện tính toán.

Lịch sử phát triển tính toán thủy văn trong khảo sát thủy đạc

Lịch sử phát triển thủy văn đã được thể hiện qua nhiều giai đoạn công trình nghiên cứu. Cụ thể, các giai đoạn phát triển ứng với các công trình nghiên cứu sau:

• Khoảng từ năm 3500 đến 3000 (trước Công nguyên), các Pharaông (các vua Ai Cập thời cổ đại) phải ra lệnh theo dõi mực nước sông Nin thường xuyên qua các thiết bị đo đạc được gọi là các nilomet.

Từ thời Ai Cập cổ đại, sông Nin đã được theo dõi mực nước sông thường xuyên.

• Khoảng từ năm 450 đến 350 (trước Công nguyên) những quan sát đầu tiên của Hy Lạp ra đời, đồng thời Plato và Aristotle đã nêu những nguyên lý cơ bản trong tuần hoàn thủy văn.
• Khoảng từ năm 64 đến 150 (sau Công nguyên) ra đời nguyên lý tính toán lưu lượng nước bằng tích số của diện tích mặt cắt ngang và tốc độ chảy (Q=F.v). Công tác đo đạc mưa được thực hiện ở Palestin.
• Từ năm 1452 đến 1519, Leonard de Vinci thực hiện đo đạc dòng chảy bằng phao nổi.
• Từ năm 1510 đến 1590 Palisay đã củng cố những lý thuyết của Plato và Aristotle liên quan đến tuần hoàn thủy văn thông qua một số khái niệm mới.
• Từ 1610 - 1687:
  + 1610: Santoriô đề xuất thiết bị đo tốc độ nước.
  + 1614: Ra đời bảng Logarit của Napror.
  + 1642: Pascal đặt cơ sở đầu tiên cho việc tính toán thủy văn bằng máy.
  + 1663: Wren xây dựng trạm tự ghi mực nước đầu tiên.

• 1738: Bernoulli phát triển mối quan hệ giữa áp suất và tốc độ trong dòng chảy.
• 1769: Herberden phát hiện sự thay đổi của mùa mưa dựa theo độ cao.
• 1775: Chezy đưa ra công thức tính dòng chảy cho kênh hở.
• 1797: Venturi đưa ra công thức tính dòng chảy cho ống khi có hình dạng co hẹp.
• 1802: Dalton tìm ra mối quan hệ giữa áp suất hơi và sự bốc hơi.
• 1851: Muvaney đưa ra khái niệm về thời gian tập trung dòng chảy và từ đó suy ra công thức tỷ lệ Q=CIF.
• 1856: Darey phát triển lý thuyết về dòng chảy ngầm.
• 1885: Maning đưa ra công thức dòng chảy Chezy - Manning.
• Từ 1865 - 1876, tại Nga I.S.Lêliasky đã đưa ra lý thuyết về sự chuyển động của nước tại sông và sự hình thành hệ thống sông ngòi (1893); cùng với đó V.M.Lochin đưa ra lý thuyết về “Cơ cấu dòng sông” (1897).
• Từ 1878 - 1908, E.Vopakep tiến hành phân tích dao động của dòng chảy qua nhiều năm, từ đó phát hiện tính đồng bộ của mưa và dòng chảy,khẳng định cho ý kiến của Vaiaykôp: “Sông ngòi là sản phẩm của khí hậu”.

Vào cuối thế kỷ XIX, các nghiên cứu của Pencơ về mưa trên dòng sông Đa Nuýp. Trong đó, lần đầu tiên phương trình cân bằng nước được sử dụng để khảo sát bốc hơi từ mặt lưu vực. Tại Mỹ, lần đầu tiên bản đồ đẳng trị dòng chảy năm được xây dựng.

Thế kỷ XX  thủy văn học phát triển rất mạnh mẽ, điển hình như:

• 1914: Hazen đưa ra khái niệm đầu tiên về thủy văn ngẫu nhiên, điều này đặt nền móng tổng quát cho tính toán thủy văn.
• 1919: Thành lập Viện Thủy văn Quốc gia Liên Xô , điều hành thống nhất toàn bộ công tác nghiên cứu thủy văn sông ngòi ở Liên Xô cũ.
• 1924: Đường tần suất được sử dụng trong tính toán thiết kế.
• 1929: Thực hiện mô tả quá trình dòng chảy theo hướng nhất định.
• 1930: Bush xây dựng máy tính đầu tiên dùng trong thủy văn.
• 1932: S.N.Kriski - M.F.Menken đưa ra phương pháp thống kê đầu tiên sử dụng trong tính toàn dòng chảy sông và D.L.Xokolopski đề nghị sử dụng phương pháp xác suất thống kê vào nghiên cứu biến động dòng chảy trong năm. Sau đó G.A.Alecxayep, G.G.Svanidze tiếp tục phát triển thủy văn ngẫu nhiên tại Liên Xô cũ.
• 1935: Mocarthy đề ra phương pháp diễn toán Muskingum.
• 1942: Geumbel đưa ra lý thuyết về giá trị cực trị sử dụng trong thủy văn.
• 1943: Máy tính thế hệ I ra đời nhằm sử dụng trong tính toán thủy văn.
• 1945: S.N.Kriski-M.F.Menken đưa ra phương pháp K.M được sử dụng trong tính toán điều tiết hồ chứa thứ hai.
• 1948: Linsley ứng dụng phương pháp tương tự điện trong tính toán lũ.
• 1949: Máy tính thế hệ II ra đời được sử dụng trong tính toán thủy văn.
• 1950: Sugawara đề xuất mô hình đầu tiên về pha mặt đất của tuần hoàn thủy văn.
• 1951: Kohler, Lunsley sử dụng kỹ thuật tương quan hợp trục.
• 1955: Lighthile và Whihfam đưa ra lý thuyết về sóng động lực.
• 1956: Suganawa đưa ra mô hình Tank - là mô hình được dùng nhiều trên thế giới.
• 1956: Ứng dụng phương pháp phân tích hệ thống tài nguyên nước. Máy tính thế hệ III ra đời được dùng trong thủy văn.
• 1957: Nash đưa ra khái niệm về đường đơn vị tức thời.
• 1958: Mô hình SSARR ra đời.

Trong những năm tiếp theo phương hướng tính toán thủy văn phát triển mạnh mẽ, chỉ riêng trong lĩnh vực mô hình tất định có thể kể ra hàng loạt mô hình nổi tiếng:

• 1959 - 1960: Mô hình Stanford.
• 1968: Mô hình Kutchment và mô hình Hyrenn.
• 1970: Box và Jenkins đưa ra mô hình Arima.
• Từ 1971 - 1990 hướng thủy văn đã phát triển rất mạnh mẽ và đa dạng.
• Từ 1990 - nay thủy văn học hiện đại đòi hỏi sự kết hợp của nhiều lĩnh vực các khoa học Trái Đất, đặc biệt là hệ thống thông tin địa lý.

Sự phát triển của tính toán thủy văn đã góp phần to lớn trong cho việc hiện đại hóa, kết hợp những thiết bị đo đạc, phục vụ cho công tác khảo sát thủy đạc. Hãy theo dõi Đất Hợp để tìm hiểu nhiều hơn về các chủ đề liên quan đến lĩnh vực thủy đạc. Ngoài ra, nếu có bất kỳ thắc mắc, nhu cầu tư vấn thêm về giải pháp, thiết bị và phần mềm thủy đạc, hãy liên hệ HOTLINE 0903 825 125 ngay hôm nay!

>>> Xem thêm: 5 NHIỆM VỤ CƠ BẢN CỦA CÔNG TÁC THỦY ĐẠC