Quy ho ạch phân bổ tài nguyên nước water allocation planning là một quá trình đánh giá lượng nước sẵn có trong một lưu vực sông hoặc một vùng và xác định cách thức nước được phân bổ giữ
Trang 1Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Phạm Thanh Hải và
dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này
Cuối cùng tác giả xin cảm ơn tới bạn bè và người thân trong gia đình đã tin tưởng, giúp đỡ, động viên, khích lệ để tác giả hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch đề ra
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Tác giả
Trần Đức Quang
Trang 2L ỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc Kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây
Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Tác giả
Trần Đức Quang
Trang 3NGUYÊN NƯỚC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI31T 5
TÀI NGUYÊN NƯỚC31T 12
Trang 42.3 ĐÁNH GIÁ, XÁC ĐỊNH CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN QUY
HOẠCH PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN NƯỚC31T 55
Trang 54.2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THỰC HIỆN QUY HOẠCH PHÂN BỔ VÀ
BẢO VỆ TÀI NGUYÊN NƯỚC31T 107
Trang 101
M Ở ĐẦU
1 TÍNH C ẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi trường sống, là yếu tố liên quan đến mọi hoạt động sống của con người Trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội, các hoạt động của con người tác động mạnh mẽ đến tài nguyên nước do sử dụng nước không ngừng tăng cao Các hoạt động nhằm cung cấp, phân phối nguồn nước cho các nhu cầu sử dụng là một yếu tố quan
trọng cho sự phát triển của xã hội hiện đại Tuy nhiên, các hoạt động này làm
đã làm suy giảm môi trường thiên nhiên nói chung và môi trường nước nói riêng Vấn đề đặt ra là phải khai thác sử dụng nguồn tài nguyên nước hiệu quả
phục vụ phát triển bền vững và bảo vệ được nguồn tài nguyên nước
Tỉnh Bắc Giang thuộc vùng Trung du và miền núi phía Bắc, phía Bắc giáp Lạng Sơn, phía Đông giáp Quảng Ninh, phía tây giáp Thái Nguyên và
Hà Nội, phía Nam giáp Bắc Ninh và Hải Dương Theo Quyết định số 05/2009/QĐ-TTg ngày 13/01/2009 Phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Bắc Giang đến năm 2020, với mục tiêu “Chuyển dịch cơ
cấu kinh tế theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa”, năm 2010, cơ cấu tỷ
trọng tỷ trọng ngành Công nghiệp - Xây dựng chiếm 35%; Dịch vụ chiếm 34,5%; Nông, Lâm nghiệp, Thuỷ sản chiếm 30,5%; đến năm 2015, tỷ trọng này tương ứng là 44,7% - 35,1% - 20,3% và đến năm 2020 là 49,2% - 37,1% - 13,7% và phấn đấu đến năm 2020 cơ cấu kinh tế của tỉnh chủ yếu là công nghiệp, dịch vụ, theo đó sẽ phát triển khu đô thị, khu dân cư tập trung, gia tăng cơ sở sản xuất, khu/cụm công nghiệp kéo theo việc gia tăng khai thác, sử
dụng nước, xả nước thải vào nguồn nước Trong khi, nguồn nước mặt, nước dưới đất là hữu hạn và đang chịu tác động của biến đổi khí hậu, của việc khai thác sử dụng nước ở thượng nguồn
Trang 112
Đề tài luận văn “Nghiên cứu xây dựng quy hoạch phân bổ và đề
xuất biện pháp bảo vệ tài nguyên nước tỉnh Bắc Giang” được thực hiện
nhằm khai thác, sử dụng tiết kiệm và có hiệu quả tài nguyên nước Bảo đảm
việc khai thác nước không vượt quá ngưỡng giới hạn khai thác đối với các sông, không vượt quá trữ lượng có thể khai thác đối với các tầng chứa nước, chú trọng đối với các dòng chính trên các lưu vực sông lớn và các tầng chứa nước quan trọng Khai thác, sử dụng tài nguyên nước bảo đảm sự thống nhất
giữa quy hoạch phát triển kinh tế-xã hội, quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch phát triển rừng, yêu cầu nhiệm vụ quốc phòng - an ninh với quy hoạch khai thác, sử dụng tài nguyên nước và quy hoạch lưu vực sông ở cấp quốc gia cũng như ở cấp vùng và địa phương Đồng thời, bảo đảm gắn kết quy hoạch phát triển bền vững tài nguyên nước với các quy hoạch bảo vệ, khai thác, sử dụng tài nguyên nước, phòng, chống tác hại do nước gây ra và các quy hoạch bảo
vệ và phát triển rừng, quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch phát triển kinh tế - xã
hội và quy hoạch quốc phòng - an ninh
2 M ỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Xây dựng phương pháp luận trong vấn đề nghiên cứu giải pháp chia sẻ, phân bổ tài nguyên nước, đề xuất biện pháp bảo vệ tài nguyên nước tỉnh Bắc Giang nhằm có những giải pháp đảm bảo hài hòa giữa các lợi ích, đảm bảo ưu tiên cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất công nghiệp có giá trị cao, tiêu tốn ít nước, hạn chế xung đột giữa các đối tượng sử dụng nước, phục vụ phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Bắc Giang
3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Luận văn tiến hành nghiên cứu xây dựng quy hoạch phân bổ tài nguyên nước trên địa bàn toàn tỉnh Bắc Giang có diện tích 3.841,57km2, với 10 huyện, thành phố (thành phố Bắc Giang, Hiệp Hòa, Việt Yên, Yên Dũng,
Lạng Giang, Lục Nam, Lục Ngạn, Sơn Động, Tân Yên và Yên Thế), có 230
xã, phường, thị trấn
Trang 12- Tiếp cận các nguyên tắc về quản lý tổng hợp tài nguyên nước
- Tiếp cận các công cụ mô hình để tiến hành nghiên cứu phân bổ và đề
ra giải pháp
Phương pháp nghiên cứu:
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở sử dụng các phương pháp nghiên
cứu sau:
- Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu : Trong phương pháp này
cần thu thập những số liệu hiện có liên quan đến luận văn Trên cơ sở số liệu thu thập được, tiến hành hiệu chỉnh, phân tích
- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: Nhằm thu thập số liệu còn thiếu, lấy mẫu thí nghiệm để hiểu rõ vấn đề cần nghiên cứu
- Phương pháp phân tích thống kê: Nhằm giải quyết số liệu đầu vào tính toán, phân tích kết quả tính toán
- Phương pháp mô hình toán: Nhằm giải quyết số liệu đầu vào cho cân
bằng nước (mô hình toán thủy văn) và tính toán cân bằng nước
5 N ỘI DUNG LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn được trình bày thành 4 chương với các tiêu đề như sau:
- Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu quy hoạch phân bổ tài nguyên nước ở Việt Nam và trên thế giới
Trang 14Tài nguyên nước bao gồm các nguồn nước mặt, nước dưới đất, nước mưa
và nước biển thuộc lãnh thổ của nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Ngu ồn nước là các dạng tích tụ nước tự nhiên hoặc nhân tạo có thể
khai thác, sử dụng bao gồm sông, suối, kênh, rạch, hồ, ao, đầm, phá, biển, các
tầng chứa nước dưới đất; mưa, bang, tuyết và các dạng tích tụ khác
Qu ản lý tài nguyên nước theo Savanije là ‘tập hợp tất cả các hoạt
động thuộc về kỹ thuật, tổ chức, quản lý và vận hành cần thiết để quy hoạch, xây dựng các công trình sử dụng nguồn nước cũng như thực hiện quản lý nguồn nước của lưu vực sông
Qu ản lý tổng hợp tài nguyên nước là một quá trình đẩy mạnh sự phối
hợp phát triển và quản lý tài nguyên nước, đất và các tài nguyên liên quan khác để tối đa hóa lợi ích kinh tế và phúc lợi xã hội một cách công bằng mà không tổn hại đến sự bền vững của các hệ sinh thái thiết yếu
Quy ho ạch phân bổ tài nguyên nước (water allocation planning) là
một quá trình đánh giá lượng nước sẵn có trong một lưu vực sông hoặc một vùng và xác định cách thức nước được phân bổ giữa các vùng, các ngành và người sử dụng nước khác nhau
Cân bằng nước là sự cân bằng tổng thể giữa tài nguyên nước của hệ
thống; định lượng nước đến, đi ra khỏi hệ thống, trong đó đã bao gồm các yêu
cầu về nước giữa các thành phần trong hệ thống, các tác động của môi trường lên nó và đề ra các biện pháp khai thác, bảo vệ nguồn nước một cách hợp lý
Trang 156
Vùng cân bằng nước là một hệ phức tạp bao gồm nguồn nước, các công trình thủy lợi, công trình kiểm soát và điều khiển, các hộ dùng nước cùng với
sự tác động qua lại giữa chúng với môi trường
Khu cân bằng nước là một hệ thống con trong hệ thống cân bằng nước,
một lãnh thổ chịu chi phối bởi nguồn nước của một hệ thống khai thác nguồn
nước một bậc Nó có thể là đơn vị hành chính gồm nhiều công trình thủy lợi
nhỏ khai thác độc lập
1.2 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ QUY HOẠCH PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN NƯỚC
1.2.1 Các nghiên c ứu trên thế giới
Do ý nghĩa to lớn của việc khai thác, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước nên vấn đề phân bổ tài nguyên nước đã được quan tâm và nghiên cứu ở nước ngoài và các tổ chức quốc tế Nhiều hội nghị quốc tế đã được tổ chức để bàn thảo về quản lý tổng hợp tài nguyên nước và khai thác, sử dụng bền vững nguồn tài nguyên nước Nhiều nước đã tiến hành nghiên cứu phân bổ tài nguyên nước và ứng dụng trong việc phát triển bền vững tài nguyên nước
Từ những năm 1990 đến đầu thế kỷ 21, các quy hoạch và thỏa thuận lưu vực tương đối đơn giản đã dần dần được thay thế bằng các văn bản phức
tạp hơn Đó chính là sự thừa nhận về một loạt các vấn đề cạnh tranh cần được
giải quyết trong quản lý tài nguyên nước ở cấp độ lưu vực sông và thách thức đặt ra là làm cách nào để tối đa hóa lợi ích kinh tế, xã hội và môi trường
Tại Úc, việc nghiên cứu xây dựng phân bổ tài nguyên nước được tiến hành với nguồn nước sông và nước ngầm tại một các vùng cụ thể như: bang New South Wales, bang Victoria, bang Queens land, bang Tasmania, vùng Nam Australia, vùng Tây Australia với mục tiêu: đề ra các cách tiếp cận để quy hoạch nước; kết hợp quy hoạch phân bổ tài nguyên nước với tài nguyên thiên nhiên và quy hoạch cấp nước; đảm bảo sự bền vững sinh thái; dự báo
Trang 167
dòng chảy tương lai; đảm bảo phân phối công bằng; có sự tham gia của cộng đồng; giảm nhẹ tác động và rủi ro
Ở Úc, lưu vực sông Murray – Darling đã có nhiều nghiên cứu và áp
dụng vào trong việc phân bổ tài nguyên nước Hiệp định nước Murray về
phân bổ nước đã được ký vào năm 1917 Cuối năm 2008 các bang đã có quyền hạn nhất định với quy hoạch và quản lý lưu vực Hiệp định này đã
được thay đổi và Hiệp định lưu vực Murray Darling đã được ký vào năm
1987 Hiệp định này đã cung cấp một ví dụ về đàm phán thỏa thuận chia sẻ nước giữa các vùng trong liên bang
Tại Trung Quốc, sông Hoàng Hà dài 5.500km và chảy qua 9 tỉnh Trong những năm gần đây, con sông đã được tập chung xây dựng hệ thống phân bổ nước hàng năm Lượng nước sử dụng ở lưu vực sông Hoàng Hà có
sự phát triển mạnh mẽ và lượng nước tính trên đầu người và diện tích canh tác
là thấp so với thế giới Trong những năm 1970 – 1980, sự tăng trưởng này dẫn đến tình trạng thiếu nước ở số tỉnh Để giải quyết vấn đề này, Nhà nước đã ban hành “Đề án phân bổ nước cho sông Hoàng Hà” Đề án xác định tổng lượng nước mặt sẵn có hàng năm là 58 tỷ m3 và phân bổ cho 10 tỉnh với nguồn nước sông Đề án cũng phân bổ 21 tỷ m3 của lượng dòng chảy hàng năm cho vận chuyển bùn cát và các mục đích môi trường khác
Tại Mexico, lưu vực Lerma-Chapala chảy qua năm bang Nước mặt trong lưu vực được phân bổ thông qua “Thỏa thuận phân bổ nước 2004” với
chữ ký của Chính phủ, chính quyền các bang và đại diện người sử dụng nước
Thỏa thuận này được xây dựng bởi Ủy ban nước quốc gia và Hội đồng lưu
vực sông Lerma-Chapala Việc xây dựng thoả thuận được dựa trên một mô hình phân phối nước trong đó đã kết hợp nhu cầu sử dụng nước của 400.000 người sử dụng nước Tất nhiên, các ưu tiên phân bổ cũng được xác đinh trong
thỏa thuận, gồm nước cho các mục đích đô thị Nước cho môi trường được
Trang 178
quản lý bởi các yêu cầu duy trì mực nước hồ Chapala
Tại Nam Phi, năm 2007 bộ Ngoại giao đã xây dựng một khung phân bổ tài nguyên nước cho Nam Phi (liên quan chủ yếu đến lưu vực sông Inkomati) Văn bản đã nêu lên các mục tiêu và nguyên tắc cho mục tiêu phân bổ lại cho các lĩnh vực sử dụng nước khác nhau Quá trình tái phân bổ được xây dựng
dựa trên các đánh giá chi tiết về thủy văn và kinh tế Đây là ví dụ về cách tiếp
cận có hệ thống để xác định nguồn nước hiện có, xác định các ưu tiên phân
bổ, đánh giá nhu cầu nước cho các lĩnh vực khác nhau dựa trên tính hiệu quả,
và thiết lập khung phân bổ nước giữa các vùng, nhóm người sử dụng và các khu vực khác nhau
Trên thế giới việc sử dụng mô hình toán để hỗ trợ việc nghiên cứu xây
dựng phân bổ tài nguyên nước như mô hình Weap, Mike Basin… và đã có
những thành công nhất định Một số nghiên cứu ứng dụng mô hình Weap tại
một số quốc gia cụ thể như:
- Trung Quốc: xây dựng các kịch bản hỗ trợ công tác phân bổ nguồn nước
giữa các hộ sử dụng Dự án đã cung cấp các cơ sở để hướng tới sự hợp tác về các
vấn đề liên quan đến nước, liên quan giữa các bên ở thượng nguồn trong 14 huyện của tỉnh Hà Bắc và các bên ở hạ nguồn trong 6 quận của Bắc Kinh
- Trung Đông: xây dựng các phương án phát triển nguồn nước và các
kịch bản phân bổ nguồn nước ở Isarel và Palestin Kết quả này đã được sử
dụng trong hội thảo có sự tham gia gồm chính phủ, các viện nghiên cứu và các bên liên quan để lựa chọn việc phân bổ nguồn nước
- Ấn Độ và Nepal: xây dựng các phương án khai thác và bảo vệ nguồn nước trong các điều kiện khác nhau
Một số nghiên cứu sử dụng mô hình Mike Basin như:
- Ethiopia: Cân bằng nước bằng mô hình Mike Basin cho lưu vực sông Nile Xanh Đây là một nghiên cứu quy hoạch với mục tiêu xây dựng phân bổ
Trang 189
và sử dụng nước theo các kịch bản phát triển
- Ghana: xây dựng hệ thống phân bổ nước lưu vực sông Volta
- Cộng hòa Séc: quy hoạch các lưu vực sông chính của Cộng hòa Séc Tóm lại, việc nghiên cứu phân bổ tài nguyên nước trên thế giới đã được
tiến hành khá sớm và rất đa dạng và phong phú Các thành tựu của việc nghiên cứu phân bổ tài nguyên nước đã được áp dụng vào thực tế
1.2.2 Các nghiên c ứu ở Việt Nam
Tài nguyên nước Việt Nam ẩn chứa nhiều yếu tố không bền vững: phần nước mặt từ ngoài lãnh thổ chảy vào nước ta chiếm tỷ lệ lớn; sự biến đổi của khí hậu toàn cầu dẫn đến sự suy giảm nguồn nước; tính riêng lượng nước mặt
sản sinh trên lãnh thổ thì Việt Nam là một quốc gia thiếu nước; tài nguyên nước phân bố không đều theo không gia và thời gian; tốc độ tăng trưởng kinh
tế cao đã có những ảnh hưởng tiêu cực tới tài nguyên nước Nhận thức rõ điều
đó, trong những năm qua, cùng với những thành tựu trong việc khai thác phục
vụ phát triển kinh tế xã hội, việc nghiên cứu và xây dựng các văn bản pháp
luật, kế hoạch, quy hoạch phân bổ tài nguyên nước đã được thực hiện trên cả nước với địa bàn theo lưu vực sông hoặc theo từng địa phương cụ thể
Tại cấp trung ương, Nhà nước đã ban hành một số văn bản pháp luật liên quan đến phân bổ tài nguyên nước
Luật Tài nguyên nước của Quốc hội số 17/2012/QH13 ban hành ngày
21 tháng 6 năm 2012 đã có các quy định về các nội dung của quy hoạch phân
bổ tài nguyên nước Trong khoản 1 của điều 19 quy định quy hoạch phân bổ tài nguyên nước là một trong các nội dung của quy hoạch tài nguyên nước, quy hoạch phân bổ bao gồm một hoặc các nội dung:
- Đánh giá số lượng, chất lượng của nguồn nước, hiện trạng khai thác,
sử dụng tài nguyên nước; dự báo xu thế biến động dòng chảy, mực nước của các tầng chứa nước, nhu cầu sử dụng nước;
Trang 1910
- Phân vùng chức năng của nguồn nước;
- Xác định tỷ lệ phân bổ tài nguyên nước cho các đối tượng khai thác,
sử dụng nước, thứ tự ưu tiên và tỷ lệ phân bổ trong trường hợp hạn hán, thiếu nước; xác định nguồn nước dự phòng để cấp nước sinh hoạt trong trường hợp
xảy ra sự cố ô nhiễm nguồn nước;
- Xác định hệ thống giám sát tài nguyên nước, giám sát khai thác, sử
- Giải pháp, kinh phí, kế hoạch và tiến độ thực hiện
Chiến lược quốc gia về tài nguyên nước đến năm 2020 được Chính phủ phê duyệt đã nêu lên các mục tiêu cụ thể về khai thác, sử dụng tài nguyên nước là phân bổ, chia sẻ tài nguyên nước hợp lý giữa các ngành, các địa phương, ưu tiên sử dụng nước cho sinh hoạt, sử dụng nước mang lại giá trị kinh tế cao, đảm bảo dòng chảy môi trường Trong chiến lược đã đề ra các đề
án ưu tiên thực hiện, cụ thể: Đề án chia sẻ tài nguyên nước, ưu tiên nguồn nước cho sinh hoạt và bảo đảm phát điện đối với các công trình thủy điện trong trường hợp xảy ra hạn hán; Đề án điều hòa phân phối nước đảm bảo an ninh về nước cho các tỉnh đặc biệt khan hiếm nước
Tại Việt Nam, việc xây dựng các quy hoạch phân bổ tài nguyên nước
đã được thực hiện trong những năm gần đây, tuy nhiên các quy phân bổ nay thường được lồng ghép trong quy hoạch tổng thể tài nguyên nước của lưu vực sông hoặc tỉnh
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước KC.08.05 “Nghiên cứu xây
dựng cơ sở khoa học và đề xuất các giải pháp bảo vệ và sử dụng hợp lý tài
Trang 20dụng nước trên địa bàn tỉnh với 5 lưu vực sông Bến Hải, Thạch Hãn, Ô Lâu,
Sê Pôn và Sê Păng Hiêng, từ đó xây dựng xây dựng quy hoạch tài nguyên nước đảm bảo các nguyên tắc cụ thể về khai thác, sử dụng, môi trường…
Năm 2008, Viện Khoa học thủy lợi miền Nam đã thực hiện dự án “Quy
hoạch tài nguyên nước lưu vực sông Đồng Nai” trong đó có chương quy
hoạch phân bổ tài nguyên nước đã tính toán cân bằng nước cho 3 phương án
hiện trạng 2005, năm 2015 và năm 2020, xây dựng phương án và đề ra các
giải pháp khai thác sử dụng tài nguyên nước cho các giai đoạn 2015 và 2020
Dự án “Quy hoạch tài nguyên nước vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ”
do Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Môi trường thực hiện năm 2007 đã xây dựng quy hoạch phân bổ dựa trên phương pháp cân bằng nước hệ thống
với các kịch bản về sự điều tiết của hệ thống hồ chứa thượng nguồn, có sự ảnh hưởng của điểm kiểm soát sông Đáy và có sự thay đổi của nguồn nước đến theo các giai đoạn 2015 và 2020 Dự án đã đưa ra các giải pháp công trình (tu
bổ, sửa chữa xây mới công trình thủy lợi) và phi công trình (lập quy hoạch
cấp nước, quản lý nhu cầu, chuyển đổi cơ cấu cây trồng) Đến nay các giải pháp đã được thực hiện tuy nhiên tiến độ thực hiiẹn còn chậm, kết quả đạt được chưa cao
Ngoài ra, một số các dự án khác có nội dung quy hoạch phân bổ tài nguyên nước như: Quy hoạch tài nguyên nước lưu vực sông Cầu (Bộ Tài
Trang 21Như vậy, việc nghiên cứu xây dựng quy hoạch phân bổ đã được tiến hành trong những năm vừa qua trên cả cấp độ lưu vực sông và cả cấp độ địa phương Những kết quả nghiên cứu đạt được là minh chứng cho sự quan tâm đến việc khai thác, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước và là cơ sở cho phát triển bền vững tài nguyên nước ở Việt Nam
1.3 CÁC CÔNG C Ụ NGHIÊN CỨU PHỤC VỤ QUY HOẠCH PHÂN
B Ổ TÀI NGUYÊN NƯỚC
Trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước có nhiều công cụ được sử
dụng để trợ giúp việc ra quyết định Trong số đó các công cụ mô hình toán được sử dụng phổ biến, trong đó có mô hình mưa dòng chảy và mô hình cân
bằng nước lưu vực
Trang 2213
Hình 1.1: Sơ đồ hướng tiếp cận quy hoạch phân bổ tài nguyên nước
1.3.1 Mô hình mưa – dòng chảy
Mưa là một quá trình đóng vai trò chính trong sự hình thành dòng chảy trên lưu vực Lượng mưa và quá trình mưa quyết định lưu lượng và quá trình dòng chảy
Trên địa bàn tỉnh Bắc Giang do mạng lưới trạm quan trắc thủy văn còn thưa, vì vậy cần sử dụng thêm mô hình toán mưa dòng chảy để xác định dòng
chảy phục vụ cho bài toán phân bổ tài nguyên nước
Khi thiếu tài liệu việc tính toán thuỷ văn sẽ trở nên không chính xác sẽ ảnh hướng đến việc đánh giá đúng tài nguyên nước của lưu vực từ đó sẽ dẫn đến việc đưa ra phương án khai thác và sử dụng nguốn nước không hợp lý, gây ra những thiệt hại đến sự phát triến kinh tế xã hội của khu vực đó
Trang 2314
Có rất nhiều cách để kéo dài và bổ sung tài liệu, ngày nay khi khoa học công nghệ phát triển việc sử dụng mô hình toán kéo dài tài liệu dòng chảy từ
số liệu mưa đang mang lại nhưng hiệu quả đáng kể và được cả thế giới áp
dụng Như mô hình Tank, Nielsen, Coren – Cusmen… và các mô hình toán
số nên việc tính toán theo mô hình đòi hỏi việc dò tìm bộ thông số hợp lý của
mô hình cho lưu vực nghiên cứu
Mô hình Tank là mô hình nhận thức và tất định Mô hình do Surawara (
Nhật) đưa ra từ năm 1956 và tới nay đã được tác giả cải tiến nhiều lần, được
thế giới công nhận là một mô hình ứng dụng cho kết quả tốt
Mô hình Tank có hai loại Tank đơn và Tank kép Tank đơn thích hợp
với các lưu vực vừa và nhỏ nằm trong vung ẩm ướt như ở nước ta Trong
phạm vi luận văn chỉ nghiên cứu mô hình Tank đơn
Mô hình coi lưu vực sông như là một dãy bể chứa xếp theo chiều thẳng đứng Bể thứ nhất mô tả lớp đất mặt nên có thêm cơ cấu truyền ẩm, còn từ bể thứ hai trở đi có cấu tạo tương tự nhau Về nguyên tắc có thể chọn số bể chứa tuỳ ý nhưng thường chỉ chọn 3 hay 4 bể chứa là đủ Có khi chỉ chọn 2 bể chứa, nhưng bao giờ cũng phải có bể chứa thứ nhất
a) Bể thứ nhất:
Bể thứ nhất mô phỏng độ ẩm của lớp đất phía trên, có độ dày từ mặt đất đến độ sâu nào đó, sao cho khi mặt đất khô đi do bốc hơi thì lượng nước từ dưới sâu có thể truyền lên mặt đất phía trên theo mao dẫn
Bể thứ nhất có hai lớp, đây là một phát hiện độc đáo của mô hình
Trang 2415
TANK Cách mô tả này vẫn tuân theo nguyên tắc của bể chứa là nước chỉ đi
từ bể chứa phía trên xuống bể chứa phía dưới, không xảy ra trường hợp nước
từ bể chứa phía dưới đi lên bể chứa phía trên Thực tế vẫn xảy ra hiện tượng truyền ẩm từ lớp đất sâu lên lớp đất trên mặt, mô hình TANK đưa ra loại bể chứa đặc biệt, có hai lớp (bể thứ nhất) để mô tả hiện tượng này Lớp sát mặt đất ký hiệu là AR 1 R, và lớp đất dưới sâu ký hiệu là AR 2 R, lớp AR 1 Rbiểu thị độ ẩm ở mặt đất và lớp AR 2 R biểu thị độ ẩm của lớp đất dưới mặt đất nhưng vẫn có liên
hệ với lớp đất phía trên mặt
Giả sử có lượng mưa XR m R mm/ngày rơi xuống bể A sẽ tạo ra lượng nước ngấm xuống lớp đất dưới sâu hơn: A2 tính theo công thức:
=
2
2 0
Nếu lớp nước tự do trên bể AR Rcao hơn ngưỡng tràn: XRAR > HR1AR thì sinh
ra dòng chảy mặt Ngược lại khi lớp nước tự do trên bể A thấp hơn ngưỡng
tràn: XRAR < HR1AR YR Ad Rkhi đó lượng mưa chưa đủ thấm ướt điền trũng nên lượng
Trang 2516
dòng chảy tràn trên mặt đất bằng không
Bể thứ nhất được đặt từ 1 đến 3 cửa ra có các ngưỡng tràn tương ứng
các độ cao: HR1AR, HR2AR và HR3A
- Khi XRAR > HR1AR , YR1AR = ( XRA R- HR1AR) αR A1 R, khi XA < HR1ARthì lấy YR1AR = 0
- Nếu XRAR > HR2AR , YR2AR = ( XRAR - HR2AR) αR A2, R khi YR2AR < 0 thì lấy YR2AR = 0 Lớp nước tự do còn lại ở bể A là: XRAR = XRAoR + XRMR - E - TR1R - YR1AR - YR2A
Dòng chảy xuống bể B phía dưới cũng được coi là tỷ lệ thuận với lớp
nước tự do trên bể A: YRAdR = αR Ađ R XRA
Dòng chảy ra khỏi bể A là: YRAR = YR1AR + YR2AR + YR3AR + YRAd
Mực nước ở bể A vào cuối ngày thứ nhất là: XRAR = XRAoR - E - TR1R +XRMR - YRAR - YRAd
Thực ra quá trình bay hơi, thấm xuống lớp đất dưới, và sinh ra dòng chảy tràn trên mặt đất, dòng chảy xuống lớp đất sâu hơn xảy ra đồng thời Các
giá trị độ sâu lớp nước tự do ở bể A: XRARphải là trung bình cộng của hai giá trị tại đầu và cuối thời đoạn tính toán, như vậy sẽ phải tính lặp, để tránh tính lặp người ta coi độ sâu lớp nước tự do ở bể A trong thời đoạn t bằng giá trị tại đầu thời đoạn Điều này chỉ đúng khi thời đoạn ngắn
Trang 2617
Cách liên tục điều chỉnh giá trị XRAR như trên chỉ để hạn chế sai số khi
thời đoạn tính toán dài Trường hợp không có mưa: XRMR = 0, sau một số thời đoạn tính toán, lớp nước tự do trên bể A sẽ cạn dần Đầu tiên là dòng chảy
tràn trên mặt đất sẽ chấm dứt khi khi lớp nước tự do trên bể A hạ xuống tới
mức bằng hay thấp hơn ngưỡng tràn thấp nhất: XRAR <HR1AR Sau đó lớp nước tự
do trên bể A tiếp tục cạn đi vì lượng nước mất đi do bốc hơi: E, vì lượng nước mất đi do truyền ẩm xuống phía dưới T1 và lượng nước mất đi do truyềnxuống tầng đất sâu hơn, làm cho độ sâu lớp nước tự do trên bể A giảm
tới số không: XRAR = 0 Khi đó dòng chảy qua cửa đáy chấm dứt YRAdR = 0 Khi lớp nước tự do trên bể A đã cạn hết: XRAR = 0, lớp đất phía trên AR 1 Rsẽ bị khô đi
do bốc hơi Lượng ẩm trong lớp đất phía trên AR 1 Rsẽ chuyển từ mức bão hoà độ
ẩm CR A1 Rsang mức thiếu hụt ẩm XR A1
Khi lớp đất phía dưới AR 2 R lại truyền ẩm ngược lên lớp A1 theo tốc độ:
TR 2 R = bR 0 R+b(1-XR A1 R/CR A1 R) Trong đó: bR 0 R, b là các hằng số
XR A1 R: là lượng ẩm hiện có trong lớp đất phía trên AR 1
CR A1 R: là lượng ẩm bão hòa trong lớp đất phía trên AR 1
Cân bằng ẩm trong lớp đất phía trên AR 1 R là:
XR A1 R[i] = XR A1 R[i-1] - E[i] +TR 2 R[i] - TR 1 R[i]
Cân bằng ẩm trong lớp đất phía dưới AR 2 R là:
XR A2 R[i] = XR A2 R[i-1] - TR 2 R[i] + T1[i]
Cuối cùng lớp nước tự do còn lại trong bể AR l R:
XRAR [I] = XRAR[I-1] - E[I] - TR1R[I] +XRMR[I] - YRAR[I] - YRAdR[I]
Tới khi XRAR [I] < HR1Rthì dòng chảy tràn trên mặt đất chấm dứt, các thành
phần YRA1R, YRA2R, YRA3R = 0 chỉ còn truyền ẩm xuống lớp đất phía dưới TR1R[I] dòng
chảy qua cửa đáy YRAdR[I] và bay hơi E[I]
Nói cách khác, nếu mưa ngừng lại, lớp nước tự do trên mặt đất sẽ cạn
Trang 2718
dần, khi lớp nước tự do trên mặt đất thấp hơn ngưỡng thấp nhất để sinh dòng chảy tràn thì thì dòng chảy tràn trên mặt đất chấm dứt, lúc đó lớp nước tự do còn lại được coi là lớp nước điền chỗ trũng, không sinh dòng chảy Nếu các thời đoạn tiếp theo vẫn không có mưa bổ sung thêm thì:
XRAR [I] = XRAR[I-1] - E[I] - TR1R[I] - YRAdR[I]
Cho tới khi lớp nước tự do trên mặt đất cạn hết: XRAR = 0 thì dòng chảy
qua cửa đáy xuống các bể phía dưới cũng chấm dứt: YRAdR = 0 và lớp đất phía trên AR 1 Rbắt đầu khô
XR A1 R[i] = XR A1 R[i-1] - E[i] +TR2R[i] - TR1R[i]
Vì XR A1 R[i] là lượng ẩm của lớp đất phía trên nên kết quả tính toán không nhận giá trị âm Khi tính ra XR A1 R[i] < 0 thì lấy XR A1 R[i] = 0 và đương nhiên lượng bốc hơi E[i] > 0 chỉ còn là "khả năng bốc hơi", nếu lớp đất phía trên đã khô thì lớp đất phía dưới AR 2 R sẽ truyền ẩm lên lớp đất phía trên AR 1 Rdo sự truyền ẩm này lớp đất phía dưới AR 2 Rcũng bắt đầu khô
XAR2R[i] = XRA2R[i-1] - TR2R[i] + TR1R[i]
Nhận được lượng ẩm T2[i] lớp đất phía trên A1 sẽ ẩm hơn
XRA1R[i] = XRA1R[i-1] + TR2R[i] - E[i] - TR1R[i]
Nhưng lượng ẩm của lớp đất phía trên XR A1 R[i] không thể vượt quá lượng
ẩm bão hoà Nếu XRA1R[i] > CRA1R thì lấy XRA1R[i] = CRA1Rvà tính lại lượng ẩm truyền
từ lớp đất phía dưới lên:
TR2R = TR2R - ( XRA1R - CRA1R)
Khi cả hai lớp đất phía trên và lớp đất phía dưới AR 1 R, AR 2 Rđều không còn
bão hoà ẩm cần tính cả TR1 Rvà TR2Rsau đó tính cân bằng ẩm cho từng lớp đất
Tóm lại ở bể chứa thứ nhất có 13 thông số sau: αR A1, R αR A2 R, αR A3 R, αR Ađ R, C,
Co, b, bo,HR1AR, HR2AR, HR3AR, CRA1R, CRA2R và thêm 1 hay 2 thông số tuỳ theo cách chọn công thức tính bốc hơi E Ở thời đoạn tính toán đầu tiên cần chọn trước
15 thông số trên và chọn thêm 2 giá trị điều kiện đầu XRA1R[i-1], XRA2R[i-1] Sau
Trang 28αR B R, HR B R, αR Bd Rvà lớp nước ban đầu có trong bể XRBRgọi là điều kiện đầu
Cân bằng nước bể chứa thứ hai giai đoạn 1 là: i
Ad I
B i
X = −1 +
Nếu độ sâu lớp nước tự do trong bể chứa thứ hai cao hơn ngưỡng tràn:
XRBR > HRBR thì từ bể chứa này có một lớp dòng chảy đi ngầm dưới đất chảy vào
sông: YRBR = αR B R (XRB R- HRBR), ngược lại khi độ sâu lớp nước tự do trong bể chứa
thứ hai thấp hơn ngưỡng tràn: XRBR < HRBRthì lớp dòng chảy ngầm dưới đất từ bể
chứa thứ hai bằng không: YRBR=0; Phương trình cân bằng nước bể chứa thứ hai
giai đoạn này là:
Hình 1.3: Bể chứa thứ hai
Khi độ sâu lớp nước tự do trong bể chứa thứ hai lớn hơn không, sẽ tồn tại lớp dòng chảy qua cửa đáy bổ sung cho tầng sâu hơn: αR Bđ R là các hệ số dòng chảy nhỏ hơn 1và là thông số của mô hình
Trang 29đất chảy vào sông: YRCR = αCR.R (XRCR - HRCR), tính được lớp dòng chảy qua cửa đáy
bổ xung cho tầng sâu hơn: YRCdR = αRCdR XRCR, tính được lớp nước trong bể chứa thứ ba tại cuối thời đoạn tính toán (bể C ) là:
A, và dòng chảy ngầm dưới đất từ các bể chứa phía dưới:
YRTC R= YRA1 R+ YRA2 R+ YRA3R + YRBR + YRC R+
Chú ý rằng mô hình TANK đơn quan niệm lưu vực là một dãy bể chứa xếp theo phương thẳng đứng nên chỉ có bể chứa thứ nhất phản ánh quá trình hình thành dòng chảy tràn trên mặt đất Theo cách tính toán như trên, dòng chảy xảy ra cùng lúc với mưa, không có thời gian tập trung nước trên sườn dốc, không có thời gian chảy truyền trong mạng sông suối và cũng chưa mô phỏng quá trình trữ nước trong lưới sông Để khắc phục sai sót này người ta
đưa thêm vào mô hình một bể chứa điều tiết để phản ánh khả năng trữ nước trong mạng lưới sông và cộng thêm thời gian trễ để tạo ra sự chênh lệch thời
gian từ đỉnh mưa tới đỉnh lũ, nhằm phản ánh thời gian chảy truyền trên sườn dốc và chảy truyền trong lưới sông
c) Bể chứa điều tiết:
Bể chứa điều tiết có cấu tạo gần giống bể chứa thứ hai nhưng không có cửa đáy, chỉ có một cửa bên Bể chứa điều tiết nhận nước từ tất cả các cửa bên của các bể chứa xếp theo phương thẳng đứng nên lượng nước đi vào bể chứa điều tiết không phải là lượng mưa mà là dòng chảy qua cửa bên của tất cả các
bể chứa xếp theo phương thẳng đứng YRTCR, dòng chảy đi ra khỏi bể chứa điều tiết chính là dòng chảy ở cửa ra của lưu vực thuỷ văn:
Y dt =αdt (X dt - H dt )
Trang 3021
Nếu độ sâu lớp nước tự do trong bể điều tiết cao hơn ngưỡng tràn: XRdtR
> HRdtRthì từ bể chứa này có một lớp dòng chảy đi vào sông:
YRdtR = αRdtR (XRdtR - HRdtR)
Ngược lại khi độ sâu lớp nước tự do trong bể điều tiết thấp hơn ngưỡng
tràn: XRBR <HRBRthì lớp dòng chảy đi vào sông bằng không: YRdtR = 0
Phương trình cân bằng nước viết cho bể chứa điều tiết tại cuối thời đoạn tính toán là:
Hình 1.4: Bể chứa thứ 3
Dữ liệu đầu vào và đầu ra của mô hình TANK
Đối với mô hình TANK tháng
- Dữ liệu đầu vào gồm: Lượng mưa tháng (XR th R), Lượng bốc hơi tháng (ER th R), Lưu lượng bình quân tháng thực đo (QR thđ R)
- Dữ liệu đầu ra gồm: Lưu lượng bình quân tháng tính toán (QR thtt R)
1.3.2 Mô hình cân b ằng nước hệ thống
Tính toán cân bằng nước đóng vai trò quan trọng và có tính chất quyết định trong khi lập các phương án quy hoạch sử dụng nước cho một lưu vực sông hay một địa phương nào đó Cân bằng nước sẽ xác định ra lượng nước được chia sẻ, phân bổ cho các ngành dùng nước trong trường hợp thiếu nước
1.3.3.1 Các mô hình cân b ằng nước hệ thống và khả năng ứng dụng
a Giới thiệu về mô hình cân bằng nước hệ thống sông
Mô phỏng một hệ thống bao gồm các sông, suối tự nhiên và các hệ
Trang 3122
thống khai thác tài nguyên nước trên hệ thống qua nguyên lý cân bằng nước
Hầu hết các mô hình cân bằng nước hệ thống đề đề cập khá đầy đủ các yếu tố
có liên quan đến quá trình cân bằng nước tại các nút mà mô hình miêu tả như nút hồ chứa, nút hồ chứa kết hợp với nút thuỷ điện, nút cấp nước cho sinh
hoạt, nút sử dụng nước cho hoạt động sản xuất nông nghiệp và công nghiệp
…Qua đó chúng ta nhận thấy rằng các mô hình này có thể đáp ứng được các yêu cầu đưa ra trong giai đoạn quy hoạch của bài toán quy hoạch phát triển tài nguyên nước
Các thành phần của hệ thống bao gồm:
- Các lưu vực bộ phận
- Các đoạn sông (sông chính và sông nhánh)
- Các khu sử dụng nước bao gồm khu tưới, khu cấp nước sinh hoạt, công nghiệp và thuỷ điện
- Các công trình lấy nước như hồ chứa, đập dâng, trạm bơm…
Mô hình sẽ mô phỏng tính toán cân bằng nước từ thượng lưu đến hạ lưu trong đó tính toán nguồn nước đến các lưu vực bộ phận, nhập lưu địa phương, xem xét việc sử dụng nước trong các khu dùng nước và thông qua cân bằng nước tính toán dòng chảy tại các nút từ thượng lưu đến hạ lưu với
thời đoạn tính toán là tháng từ đó ta có chuỗi dòng chảy tháng của các nút tính toán trên đoạn sông
Thay đổi các điều kiện đầu vào khác nhau như nguồn nước đến, nhu
cầu sử dụng nước của các ngành …thì mô hình có thể tính toán được theo các phương án khác nhau và kết quả sẽ được quá trình biến đổi dòng chảy trong sông ở hạ du phục vụ bài toán quy hoạch quản lý
b Một số mô hình cân bằng nước hệ thống sông
Mô hình MITSIM
Mô hình MITSIM do viện kỹ thuật Massachusets xây dựng năm
Trang 321977-23
1978 Đây là mô hình mô phỏng một công cụ để đánh giá , định hướng quy
hoạch và quản lý lưu vực sông Mục đích của mô hình là đánh giá về mặt thuỷ văn và kinh tế của các phương án khai thác nước mặt Đặc biệt mô hình có thể đánh giá những tác động của các phương án khai thác của hệ thống tưới, hồ
chứa, nhà máy thủy điện, cấp nước sinh hoạt và công nghiệp tại nhiều vị trí khác nhau theo trình tự thực hiện trong phạm vi lưu vực
Mô hình có thể đánh giá tác động về mặt kinh tế đối với việc khai thác tài nguyên nước thông qua các chỉ tiêu kinh tế Mô hình cũng cho biết hiệu ích đầu tư khai thác cho từng lưu vực nhỏ trong lưu vực lớn cũng như các công trình trong khai thác tài nguyên nước
Vai trò quan trọng nhất của mô hình là đánh giá các phương án khai thác tài nguyên nước trong lưu vực sông Thực tế cho thấy, hoạt động của các công trình thuỷ lợi có thể biểu diễn dưới hàm phi tuyến, vì vậy khó có thể dùng các mô hình tổi ưu để tìm kết quả hoạt động của hệ thống
Đầu vào của mô hình là các số liệu thủy văn và nhu cầu nước, thông qua vận hành các hệ thống công trình sẽ cho kết quả tương ứng
Kết quả nghiên cứu theo mô hình có thể đáp ứng những vấn đề sau:
- Thực hiện nhiều phương án khai thác tài nguyên nước trong thời gian ngắn
- Cân đối và lựa chọn các phương án khai thác với các mục tiêu khác nhau : phát điện, cấp nước tưới, sinh hoạt
- Lựa chọn các quy tắc điều phối hồ chứa
- Lựa chọn các biện pháp khai thác nguồn nước
- Lựa chọn quy mô khu tưới có lợi
Mô hình MITSIM có hạn chế là bộ nhớ chỉ mô tả được 100 nút, 35 nút
hồ chứa, 20 nút khu tưới trong đó không có nút phân lưu Tổ chức cập nhật số
liệu còn cứng nhắc vì vào trực tiếp trên file theo format định sẵn Chưa sử
dụng menu vào điều hành chương trình, chưa áp dụng kỹ thuật đồ hoạ vào lập
Trang 33Mô hình WUS là mô hình cân bằng nước tương tự như mô hình MITSIM
đã được ứng dụng cho một số lưu vực sông ở Trung Bộ và Tây Nguyên như sông Srepok, sông Kone và thu được một số kết quả khá phù hợp Ưu điểm của
mô hình là đơn giản, dễ sử dụng Tuy nhiên do mô hình WUS không cho kết quả tính toán kinh tế nên khó so sánh quyết định các phương án
Mô hình RIBASIM
Mô hình này đã được ứng dụng ở một số nơi như Indonesia, ở Việt nam được áp dụng tính toán cho sông Hồng, mô hình không tính toán kinh tế nên khó lựa chọn phương án tính toán
Mô hình Weap
WEAP (Water Evaluation and Planning System) là một mô hình kết
hợp giữa việc mô phỏng hệ thống và các chính sách cần áp dụng cho lưu vực WEAP dựa trên nguyên tắc tính toán cân bằng giữa các nhu cầu của các dạng
sử dụng nước, giá thành và hiệu quả của các công trình cấp nước và cơ sở phân bổ nguồn nước, với nguồn nước cung cấp bao gồm nước mặt, nước
ngầm, nước hồ chứa và các vận chuyển nguồn nước WEAP còn phân tích các
thử nghiệm về các phương án phát triển và quản lý nguồn nước
WEAP là một mô hình toàn diện, đơn giản, dễ sử dụng và có thể xem là công cụ trợ giúp cho các nhà lập kế hoạch Là một cơ sở dữ liệu, WEAP cung
cấp một hệ thống các thông tin về nhu cầu và khả năng cấp nước trong lưu
vực Là một công cụ dự báo, WEAP đưa ra các dự đoán về các nhu cầu về nước, khả năng cung cấp nước, dòng chảy và lượng trữ, tổng lượng ô nhiễm
và cách xử lý Là một công cụ phân tích chính sách, WEAP đánh giá các
Trang 3425
phương án phát triển và quản lý nguồn nước, và xem xét theo quan điểm cạnh tranh đa phương giữa các hộ dùng nước trong hệ thống Vận hành dựa trên tính toán cân bằng nước, WEAP có khả năng áp dụng cho các hệ thống nông nghiệp và đô thị, các lưu vực đơn hay hệ thống lưu vực sông Hơn nữa, WEAP có thể được sử dụng để đáp ứng nhiều mục tiêu khác nhau: phân tích nhu cầu của các ngành, bảo tồn nguồn nước, xác định thứ tự ưu tiên phân bổ nguồn nước, mô phỏng dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm, vận hành hồ chứa,
vận hành phát điện, kiểm soát ô nhiễm, đảm bảo môi trường sinh thái và phân tích kinh tế
WEAP đã được áp dụng trong nhiều dự án trên thế giới trong công tác
quản lý tổng hợp tài nguyên nước
Mô hình MIKE BASIN
Mô hình MIKE BASIN là sự trình bày toán học về lưu vực sông bao gồm đặc tính cấu trúc của sông chính và sông nhánh, thuỷ văn của lưu vực về mặt
thời gian và không gian, các công trình hiện có cũng như các công trình tiềm năng trong tương lai và nhu cầu nước khác nhau trên cùng một lưu vực.Mike Basin được cấu trúc như là một mô hình mạng sông trong đó sông và các nhánh chính được hiện thị bằng một mạng lưới các nhánh và nút Nhánh sông biểu diễn cho các dòng chảy riêng lẻ trong khi đó các nút thì biểu diễn các điểm tụ hội của sông, điểm chuyển dòng hoặc vị trí mà ở đó có diễn ra các hoạt động liên quan đến nước hay các vị trí quan trọng mà kết quả mô hình yêu cầu
1.3.3.2 Gi ới thiệu về mô hình Mike Basin
a Xu ất xứ mô hình
Mô hình MIKE BASIN là một công cụ cân bằng giữa nhu cầu về nước
và nước có sẵn theo cách tối ưu nhất giúp cho công tác quy hoạch lưu vực sông tổng hợp và quản lý tài nguyên nước, do Viện thuỷ lực Đan Mạch (ĐHI) xây dựng, nó là một mô hình toán học thể hiện một lưu vực sông bao gồm cấu
Trang 3526
hình của các sông chính và các sông nhánh, các yếu tố thuỷ văn của lưu vực theo không gian và theo thời gian, các công trình, hệ thống sử dụng nước hiện
tại và tương lai và các phương án sử dụng nước khác nhau Mô hình cũng
biểu diễn cả tài nguyên nước ngầm và quá trình diễn biến nước ngầm Mô đun MIKE BASIN WQ bổ sung thêm chức năng mô phỏng chất lượng nước
Hình 1.5: C ấu trúc mô hình và quá trình mô phỏng trong MIKE BASIN
Quan niệm toán học trong mô hình MIKE BASIN là tìm các lời giải ổn định cho mỗi bước thời gian Có thể dùng MIKE BASIN để tìm các giá trị điển hình đối với số lượng và chất lượng nước trong hệ thống biến đổi chậm (ví dụ chu kỳ hàng năm của các tháng)
Ưu điểm của MIKE BASIN: là tốc độ tính toán của nó cho phép vạch ra
nhiều kịch bản khác nhau Sai số do nhiều giải pháp tính tạo ra không đáng kể khi bước thời gian của quá trình không nhỏ hơn thời gian mô phỏng
Mô hình hoạt động trên cơ sở một mạng lưới sông được số hoá và các thiết lập trực tiếp trên màn hình máy tính trong ArcView GIS Tất cả các thông tin về mạng lưới sông, vị trí các hộ dùng nước, hồ chứa, cửa lấy nước, các yêu cầu về chuyển dòng, dòng hồi quy đều được xác định trên màn hình
Trang 3627
Nhập liệu chủ yếu của mô hình bao gồm số liệu theo thời gian của dòng
chảy trên lưu vực của từng nhánh Các tệp số liệu bổ trợ gồm các đặc tính hồ
chứa và các quy tắc vận hành của từng hồ chứa, liệt số liệu khí tượng và số
liệu tương ứng với hệ thống hoặc cấp nước như nhu cầu nước và các thông tin
hồi quy từ các khu tưới, hoặc là điểm hợp lưu giữa hai hoặc nhiều sông hoặc
suối hoặc tại các vị trí quan trọng cần có kết quả của mô hình
Trước khi bắt đầu xây dựng mô hình cần xác định sơ đồ lưu vực sông phù hợp và các đặc trưng liên quan Để đánh giá tài nguyên nước của một lưu
vực sông lớn cần phải đưa vào hàng loạt các đặc trưng và nhu cầu riêng biệt
Ví dụ một số lớn các hộ dùng nước nhỏ thường rải rác trong một vùng Việc đưa tất cả các hộ này vào như các hệ thống riêng biệt thường đòi hỏi rất nhiều công sức
Có th ể đưa ra các kiểu sơ đồ sau đây:
- Kết hợp các sông nhỏ vào một nhánh duy nhất ở thượng lưu một điểm
lấy nước
- Kết hợp các diện tích tưới nhỏ vào một hệ thống tưới duy nhất với
một điểm lấy nước
- Kết hợp cấp nước thành phố và cấp nước công nghiệp làm một
Trang 3728
Hình 1.6: Ki ểu sơ đồ mô phỏng hệ thống sông trong Mike Basin
Có bốn nhóm nhân tố chủ yếu được mô phỏng trong mô hình là:
- Nhóm nhân tố hạ tầng cơ sở của hệ thống sông, bao gồm hồ chứa/ đập nước, trạm bơm, sông suối, kênh mương và các đường ống dẫn nước
- Nhóm nhân tố sử dụng nước trong hệ thống, như là sử dụng nước cho sinh hoạt, cho công nghiệp, nông nghiệp, thủy điện, thuỷ sản, hay các hoạt động khác liên quan đến nước
- Nhóm nhân tố liên quan đến quản lý hệ thống tài nguyên nước, như các nguyên tắc vận hành hồ chứa, các phương pháp phân phối nước trong hệ
thống
- Nhóm các nhân tố thuỷ văn như mưa, bốc hơi, dòng chảy, tại các lưu
vực bộ phận và nhập lưu địa phương, đầu vào cho tính toán cân bằng nước
của mô hình toán
Tất cả những nhóm nhân tố trên đều được đưa vào mô hình toán thông qua các phương pháp mô phỏng toán học của mô hình
Nguyên lý tính toán cân b ằng nước
Cân bằng nước là nguyên lý chủ yếu được sử dụng cho tính toán, quy
hoạch và quản lý tài nguyên nước Nó biểu thị mối quan hệ cân bằng giữa
Trang 3829
lượng nước đến, nước đi và lượng trữ của một khu vực, một lưu vực hoặc của
một hệ thống sông trong điều kiện tự nhiên hay có sử dụng của con người
Xét một lưu vực có phía trên giới hạn bởi mặt đất lưu vực, phía dưới
bởi lớp đất không thấm nước, ngăn cách mọi trao đổi của nước trong lưu vực
với các tầng đất ở phía dưới Khi đó phương trình cân bằng nước tổng quát là: (X+ZR 1 R+YR 1 R+WR 1 R) - (ZR 2 R+YR 2 R+WR 2 R) = UR 2 R-UR 1
Trong đó:
X là lượng nước mưa rơi xuống lưu vực
ZR 1 Rlà lượng nước ngưng tụ từ khí quyển và đọng lại trong lưu vực
YR 1 Rlà lượng dòng chảy mặt vào lưu vực
WR 1 Rlà lượng dòng chảy ngầm vào lưu vực
ZR 2 Rlà lượng nước bốc hơi khỏi lưu vực
YR 2 Rlà lượng dòng chảy mặt ra khỏi lưu vực
WR 2 Rlà lượng dòng chảy ngầm ra khỏi lưu vực
UR 1 R, UR 2 Rlà lượng nước trữ trên lưu vực đầu, cuối thời khoảng tính toán
Trình t ự tính toán và ứng dụng mô hình
Mô hình Mike Basin khi ứng dụng cần theo các bước chủ yếu sau:
- Phân chia các lưu vực bộ phận và nhập lưu địa phương
- Xác định các khu sử dụng nước, các nút tính toán và lập sơ đồ mô
phỏng cho bài toán ứng dụng
- Tính toán xác định các số liệu đầu vào của mô hình: Dòng chảy trên các lưu vực bộ phận, dòng chảy đến các nút tính toán, các nhu cầu dùng nước
tại các khu vực sử dụng và các thông số của các công trình dùng nước
- Mô phỏng xác định bộ thông số của mô hình
- Tính toán theo các phương án tính toán được thiết lập
- Nhận xét và đánh giá kết quả
Tóm lại, trong các mô hình mưa rào dòng chảy thì mô hình Tank là mô
Trang 3930
hình hợp lý cho các lưu vực vừa và nhỏ trong điều kiện Việt Nam, đã được sử
dụng rộng rãi để khôi phục dòng chảy Mô hình Tank được chọn sử dụng trong luận văn là thích hợp cho khu vực nghiên cứu là đại bàn tỉnh Bắc Giang
Trong tất cả các mô hình cân bằng nước hệ thống luận văn đã lựa chọn
mô hình MIKE BASIN vì đây là mô hình cân bằng nước hệ thống tương đối
mới và đang được ứng dụng ở trên thế giới và ở Việt Nam, nó thể hiện có nhiều ưu điểm Mô hình cũng xem xét được bài toán ưu tiên cấp nước, có tốc
độ tính toán nhanh cho phép mô phỏng nhiều kịch bản khác nhau Đồng thời
mạng lưới sông được số hóa và thiết lập trực tiếp trên màn hình máy tính trên Arcview GIS nên rất dễ sử dụng để mô phỏng các đối tượng sử dụng nước Vì
vậy đồ án đã lựa chọn mô hình Mike Basin để ứng dụng cho địa bàn tỉnh Bắc Giang nhằm tiếp cận những kiến thức hiện đại cho một vùng cụ thể
Việc ứng dụng các công cụ này vào việc tính toán phân bổ tài nguyên nước tỉnh Bắc Giang sẽ được trình bày ở chương 3
Trang 4031
CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ HIỆN TRẠNG
TÀI NGUYÊN NƯỚC TỈNH BẮC GIANG
Trong quản lý tài nguyên nước từ trước tới nay, quy hoạch tài nguyên nước thường được xây dựng trên phạm vi một lưu vực sông để xác định các chính sách và chiến lược thực hiện quản lý tổng hợp và thống nhất các tài nguyên trong lưu vực sông, bảo vệ lưu vực sông Tuy nhiên ở Việt Nam, việc
quản lý tài nguyên nước ngoài ở cấp độ lưu vực sông và trung ương, việc
quản lý và quy hoạch tài nguyên nước được giao trực tiếp cho các địa phương Trong Luật tài nguyên nước 2013 quy định việc tổ chức lập quy
hoạch tài nguyên nước của tỉnh, thành phố trực thộc Trung ương là trách nhiệm của Ủy ban nhân dân tỉnh
Việc lập quy hoạch phân bổ tài nguyên nước theo địa giới hành chính là điều cần thiết để xác định các chính sách, nguyên tắc cho phù hợp với địa bàn
của từng địa phương Tuy nhiên trong quá trình thực hiện phái đặc biệt chú ý
tới các nguồn nước liên tỉnh, quy hoạch tài nguyên nước của tỉnh phải phù
hợp với tài nguyên nước của tỉnh phải phù hợp với quy hoạch tài nguyên nước chung của cả nước và quy hoạch tài nguyên nước lưu vực sông liên tỉnh, nguồn nước liên tỉnh
Trong chương 2, luận văn tiến hành đánh giá cụ thể các điều kiện về tự nhiên, kinh tế xã hội và hiện trạng tài nguyên nước trên địa bàn tỉnh Bắc Giang để tìm ra những bất cập trong công tác phân bổ tài nguyên nước cần được giải quyết trong quy hoach phân bổ tài nguyên nước
2.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN – KINH TẾ XÃ HỘI TỈNH BẮC GIANG
2.1.1 Điều kiện tự nhiên
2.1.1.1 V ị trí địa lý
Tỉnh Bắc Giang thuộc vùng Trung du và miền núi phía Bắc, phía Bắc