Nghiên Cứu Giải Pháp Nâng Cao Hiệu Quả Sử Dụng Tài Nguyên Nước Của Hệ Thống Thủy Lợi Liễn Sơn Khi Xét Đến Biến Đổi Khí Hậu.pdf

LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân học viên Các kết nghiên cứu kết luận Luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Chữ ký Bùi Văn Thi i LỜI CÁM ƠN Sau trình nghiên cứu, đến Luận văn Thạc sĩ với đề tài việc “Nghiên cứu Giải pháp nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên nước hệ thống thủy lợi Liễn Sơn xét đến biến đổi khí hậu” hoàn thành với nỗ lực thân giúp đỡ thầy, cô giáo, bạn bè đồng nghiệp Tôi xin Trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo Trường Đại học Thuỷ lợi tồn thể thầy giáo khoa Kỹ thuật tài nguyên nước truyền đạt kiến thức trình học tập giúp đỡ nhiều q trình làm luận văn trường Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo PGS.TS Phạm Việt Hịa người trực tiếp, tận tình bảo, hướng dẫn tác giả suốt trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty TNHH MTV thủy lợi Liễn Sơn tạo điều kiện thuận lợi để tác giả có điều kiện học tập, nghiên cứu chuyên sâu, nâng cao trình độ chun mơn nghiệp vụ nhằm hồn thành tốt nghiệm vụ lĩnh vực công tác Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, tập thể anh, chị lớp Cao học 23Q11 nhiệt tình giúp đỡ, cổ vũ động viên tơi q trình thực luận văn Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới anh Vũ Minh Cường, lớp trưởng lớp Cao học 23Q11 nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn chia sẻ kinh nghiệm quý báu việc vận dụng mơ hình thủy lực MIKE 11 vào đề tài Đây lần nghiên cứu khoa học, với thời gian kiến thức có hạn, chắn khơng tránh khỏi khiếm khuyết, tác giả mong nhận nhiều ý kiến góp ý thầy giáo, cán khoa học đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2018 Tác giả Bùi Văn Thi ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU .4 1.1 Tổng quan Biến đổi khí hậu giới Việt Nam 1.1.1 Khái niệm Biến đổi khí hậu .4 1.1.2 Biến đổi khí hậu giới 1.1.3 Biến đổi khí hậu Việt Nam 10 1.2 Các nghiên cứu ngồi nước có liên quan đến đề tài 13 1.2.1 Nghiên cứu nước 13 1.2.2 Nghiên cứu nước 14 1.3 Tổng quan vùng nghiên cứu .16 1.3.1 Điều kiện tự nhiên hệ thống thủy lợi Liễn Sơn: 16 1.3.2 Tình hình dân sinh, kinh tế yêu cầu phát triển khu vực 24 1.3.3 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THỦY NÔNG 32 CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CƠ SỞ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NƯỚC CỦA HỆ THỐNG THỦY LỢI LIỄN SƠN KHI XÉT ĐẾN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 40 2.1 Lựa chọn kịch Biến đổi khí hậu .40 2.2 Dự báo dân số phát triển kinh tế đến năm 2030, 2050 42 2.2.1 Dự báo phát triển dân số 42 2.2.2 Sự phát triển kinh tế đến năm 2030, 2050 .42 2.3 Phân vùng cấp nước hệ thống thủy lợi Liễn Sơn .46 2.3.1 Hiện trạng cơng trình tưới: 46 2.3.2 Phân vùng cấp nước Hệ thống thủy lợi Liễn Sơn: 46 2.4 Xác định nhu cầu nước đối tượng dùng nước hệ thống xét đến biến đổi khí hậu: 50 2.4.1 Tài liệu, số liệu khí tượng 50 2.4.2 Tài liệu nông nghiệp 51 2.4.3 Kết tính tốn nhu cầu nước cho đối tượng dùng nước năm 2016 53 2.4.4 Tổng nhu cầu nước đối tượng dùng nước năm 2016 67 iii 2.5 Đánh giá biến đổi nhu cầu nước xét đến biến đổi khí hậu 68 2.5.1 Đánh giá biến đổi nhu cầu nước nông nghiệp năm 2030-2050 68 2.5.2 Đánh giá biến đổi nhu cầu nước tổng cộng: 71 2.6 Đánh giá nguồn nước cung cấp cho hệ thống thuỷ lợi Liễn Sơn 73 2.7 Tính toán cân nước hệ thống thủy lợi Liễn Sơn xét đến biến đổi khí hậu 76 2.7.1 Tính tốn WKn 76 2.7.2 Tính tốn cân nước 86 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NƯỚC CỦA HỆ THỐNG THỦY LỢI LIỄN SƠN KHI XÉT ĐẾN BĐKH 85 3.1 Đề xuất lựa chọn giải pháp cơng trình: 85 3.1.1 Phương pháp lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu sử dụng nước 86 3.1.2 Phân tích lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu sử dụng nước 103 3.2 Giải pháp phi cơng trình: 104 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Diễn biến gia tăng lượng khí CO2 khí [3] Hình 1.2 Đồ thị thể thay đổi xạ tác động với kịch [5] Hình 1.3 Biểu đồ thay đổi nhiệt độ trung bình Trái Đất từ năm 1880 - 2015 [7] Hình 1.4 Sự ảnh hưởng nước biển dâng đến khu vực Đơng Nam Á [9] Hình 1.5 Đường cầu ván hạ tầng sở Atlantic City, New Jersey bị phá hoại nặng nề sau bão Sandy vào tháng 10/2012 Ảnh: EPA 10 Hình 1.6 Ngập lụt mưa lớn TP.Hà Nội 12 Hình 1.7 Bản đồ hệ thống tưới thủy nông Liễn Sơn 18 Hình 2.1 Biểu đồ lượng bốc mặt ruộng ETo năm 2016 năm 2030-2050 69 Hình 2.2 Biểu đồ thay đổi mức tưới cho trồng trọt năm 2030-2050 (mm/ha) 70 Hình 2.3 Biểu đồ thay đổi nhu cầu sử dụng nước cho ngành trồng trọt năm 20302050 (106 m3) .71 Hình 2.4 Biểu đồ thay đổi nhu cầu sử dụng nước cho ngành cơng nghiệp 72 Hình 2.5 Mức nước bể hút bình quân nhiều năm trạm bơm Đại Định (2002-2016) 75 Hình 2.6 Mực nước bể hút bình quân nhiều năm trạm bơm Bạch Hạc (2002-2016) 75 Hình 3.1 Mơ hình hố kênh với nhánh kênh, điểm cơng trình kênh 89 Hình 3.2 Dạng mặt cắt hệ thống thủy lợi Liễn Sơn 90 Hình 3.3 Q trình mực nước cơng trình hệ thống từ 01/02/2016 đến 29/2/2016 92 Hình 3.4 Phương pháp thử dần để xác định thơng số mơ hình 93 Hình 3.5 Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo tính tốn điều tiết Đạo Tú (K12+714) số Nash đạt 93,77% 94 Hình 3.6 Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo tính tốn điều tiết Báo Văn (K23+120) số Nash đạt 89,78% 94 Hình 3.7 Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo tính tốn điều tiết Đạo Tú (K12+714) số Nash đạt 85% 96 Hình 3.8 Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo tính tốn điều tiết Báo Văn (K23+120) số Nash đạt 82% 96 v Hình 3.9 Biểu đồ lưu lượng đầu mối K0+635 KCTN trước xây thêm trạm bơm Liễn Sơn 98 Hình 3.10 Kết mơ mực nước, lưu lượng điều tiết Báo Văn (K23+120KCTN) chưa có trạm bơm Liễn Sơn 99 Hình 3.11 kết mô lưu lượng đầu mối K0+635 KCTN sau xây thêm trạm bơm Liễn Sơn Qtk=15m3/s 100 Hình 3.12 Kết mơ mực nước, lưu lượng điều tiết Báo Văn (K23+120KCTN) sau xây trạm bơm Liễn Sơn 100 Hình 3.13 Kết mơ mực nước, lưu lượng điều tiết Đại Tự (K35+174) KCTN sau xây trạm bơm Liễn Sơn 101 Hình 3.14 Kết mô mực nước, lưu lượng điều tiết Báo Văn (K23+120) sau xây thêm trạm bơm Bạch Hạc 102 Hình 3.15 Kết mơ mực nước, lưu lượng điều tiết Đại Tự (K35+174) KCTN xây thêm trạm bơm Bạch Hạc 103 Hình 3.16 Van AMIL điều khiển tự động mực nước thượng lưu 106 Hình 3.17 Van AVIO điều khiển tự động mực nước hạ lưu 107 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đặc trưng kịch bản, mức tăng nhiệt độ so với thời kì sở (1986-2005) .6 Bảng 1.2 Nhiệt độ trung bình năm tháng 22 Bảng 1.3 Độ ẩm trung bình tháng năm 22 Bảng 1.4 Số nắng trung bình tháng nhiều năm 23 Bảng 1.5 Lượng mưa trung bình tháng nhiều năm 23 Bảng 1.6 Tổng số gia súc, gia cầm năm 2016 địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc 26 Bảng 1.7 Hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp hệ thống đến ngày 1/1/2009 28 Bảng 1.8 Số lượng diện tích khu công nghiệp năm 2016 Hệ thống 29 Bảng 1.9 Kênh vượt cấp tương đương kênh cấp 34 Bảng 1.10 Thống kê cơng trình hệ thống 35 Bảng 1.11 Đặc trưng cống điều tiết .35 Bảng 1.12 Bảng thơng kê diện tích vụ năm 2016 hệ thống thủy lợi Liễn Sơn 37 Bảng 2.1 Dự báo mức thay đổi nhiệt độ khu vực nghiên cứu thời điểm năm 2030-2050 so với thời kì 1986-2005 40 Bảng 2.2 Dự báo mức thay đổi lượng mưa ngày khu vực nghiên cứu thời điểm năm 2030-2050 so với thời kì 1986-2005 41 Bảng 2.3: Dự báo dân số huyện khu vực đến năm 2030-2050 42 Bảng 2.4 Dự báo biến đổi diện tích nơng nghiệp khu vực năm 2030-2050 43 Bảng 2.5 Dự báo biến đổi số lượng gia súc, gia cầm khu vực năm 2030-2050 .44 Bảng 2.6 Dự báo biến đổi diện tích thủy sản khu vực năm 2030-2050 45 Bảng 2.7 Dự báo biến đổi diện tích khu cơng nghiệp khu vực năm 2030-2050 .46 Bảng 2.8 Thống kê cơng trình hệ thống thủy lợi Liễn Sơn 47 Bảng 2.9 Các tiêu phục vụ tính toán chế độ tưới lúa 51 Bảng 2.10 Thời vụ công thức tưới tăng sản lúa vụ chiêm 51 Bảng 2.11 Thời vụ công thức tưới tăng sản lúa vụ mùa 52 Bảng 2.12 Thời vụ công thức tưới tăng sản ngô vụ đông .52 Bảng 2.13 Thời vụ công thức tưới tăng sản ngô vụ xuân 52 vii Bảng 2.14 Năm đại diện ứng với tần suất 85% trạm đo khu vực 54 Bảng 2.15 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho trồng trọt năm 2016 64 Bảng 2.16 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho trồng trọt theo thời vụ năm 2016 64 Bảng 2.17 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho chăn nuôi năm 2016 64 Bảng 2.18 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho thủy sản năm 2016 65 Bảng 2.19 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho công nghiệp, dịch vụ năm 2016 66 Bảng 2.20 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt năm 2016 67 Bảng 2.21 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước ngành năm 2016 67 Bảng 2.22 Lượng bốc tiềm ETo năm 2030-2050 (mm/ngày) 68 Bảng 2.23 Dự báo thay đổi mức tưới ngành trồng trọt năm 2030 -2050 69 Bảng 2.24 Dự báo nhu cầu sử dụng nước ngành trồng trọt năm 2030 -2050 70 Bảng 2.25 Dự báo nhu cầu sử dụng nước ngành nông nghiệp năm 2030 -2050 71 Bảng 2.26 Nhu cầu sử dụng nước ngành Công nghiệp sinh hoạt 72 Bảng 2.27 Nhu cầu sử dụng nước hệ thống (106 m3) 73 Bảng 2.28 Lưu lượng đến sông Phó Đáy 76 Bảng 2.29 Bảng kết tính (WKn) hồ chứa hệ thống thuỷ nông Liễn Sơn 77 Bảng 2.30 Bảng kết tính (WKn) 02 trạm bơm hệ thống thuỷ nông Liễn Sơn 81 Bảng 2.31 Bảng kết tính (WKn) 02 trạm bơm hệ thống thuỷ nông Liễn Sơn theo tháng (106 m3) 81 Bảng 2.32 Bảng kết tính (WKn) có khả cấp cơng trình đầu mối đập dâng Liễn Sơn thuộc hệ thống thuỷ lợi Liễn Sơn 82 Bảng 2.33 Bảng tính kết cân nước 2016 82 Bảng 2.34 Bảng kết tính cân nước năm 2030 83 Bảng 2.35 Bảng kết tính kết cân nước năm 2050 84 Bảng 3.1 Thông số thiết lập cơng trình hệ thống thời đoạn tính tốn 92 Bảng 3.2: Kết tính tốn theo mơ hình so sánh với tài liệu thực đo điểm kiểm tra điều tiết Đạo Tú (K12+714) cống Báo Văn (K23+120) 95 Bảng 3.3: Kết tính tốn theo mơ hình so sánh với tài liệu thực đo điểm kiểm tra điều tiết Đạo Tú (K12+714) cống Báo Văn (K23+120) 97 viii DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ BNNPTNT Bộ Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn BOD5 Nhu cầu ơxy hóa sinh học (Biochemical Oxygen Demand) BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường CCN Cụm công nghiệp CLN Chất lượng nước COD Nhu cầu ơxy hóa hóa học (Chemical Oxygen demand) ĐTH Đơ thị hố EPA Cơ quan bảo vệ mơi trường Hoa Kỳ FDI Đầu tư trực tiếp nước (Foreign Direct Investment) GDP Tổng sản phẩm quốc nội (Gross Domestic Product) HTTL Hệ thống thuỷ lợi IPCC Ủy ban Liên phủ Biến đổi Khí hậu KCN Khu cơng nghiệp NASA Cơ quan Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ NASA GISS Viện nghiên cứu không gian Goddard- NASA QCVN quy chuẩn Việt Nam RPC Đường phân bố nồng độ khí nhà kính đại diện (Representative Concentration Pathwayst) SRES Báo cáo đặc biệt kịch phát thải (Special Report on Emissions Scenarios) WHO Tổ chức y tế giới KCTN Kênh tả ngạn BĐKH Biến đổi khí hậu ix