Nghiên cứu ứng dụng mô hình Weap trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2011 – 2020, định hướng đến năm 2025

Nghiên cứu này tiến hành phân tích, tính toán nhu cầu dùng nước cho các ngành sử dụng nước trên các lưu vực, ứng dụng mô hình đánh giá và quy hoạch tài nguyên nước WEAP để phân tích tính

Sau một thời gian dài thực hiện, tác giả đã hoàn thành Luận văn Thạc sĩ, chuyên ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mô hình Weap trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2011 – 2020, định hướng đến năm 2025” Bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, tác giả còn được sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo cùng các đồng nghiệp và bạn bè

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới GS TS Dương Thanh Lượng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cung cấp tài liệu, thông tin cần thiết cho tác giả trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thiện Luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi, các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, các thầy giáo, cô giáo thuộc các bộ môn đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn trong quá trình học tập

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Trung tâm Thẩm định – Tư vấn Tài nguyên nước - Cục Quản lý Tài nguyên nước và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong việc thu thập tài liệu và các thông tin liên quan đến đề tài

Tuy nhiên do thời gian có hạn, kinh nghiệm của bản thân còn hạn chế nên

những thiếu sót của luận văn là không thể tránh khỏi Tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và đồng nghiệp

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã động viên, giúp đỡ và khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2014

Tác giả

Đỗ Tiến Vĩnh

Tên tác giả : Đỗ Tiến Vĩnh

Người hướng dẫn khoa học : GS TS Dương Thanh Lượng

Tên đề tài Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng mô hình Weap trong quy hoạch phân

bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2011 – 2020, định hướng đến năm 2025”

Tác giả xin cam đoan Luận văn được hoàn thành dựa trên các số liệu được thu

thập từ nguồn thực tế, các tư liệu được công bố trên báo cáo của các cơ quan Nhà nước, được đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành, sách, báo

Tác giả không sao chép bất kỳ một Luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào trước đó

Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2014

Tác giả

Đỗ Tiến Vĩnh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

BẢN CAM KẾT ii

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG BIỂU iv

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN TRONG QUY HOẠCH PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN NƯỚC 4

1.1 Tổng quan về các nghiên cứu ứng dụng mô hình toán trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước trên thế giới và ở Việt Nam 4

1.1.1 Quá trình hình thành và phát triển của các nghiên cứu về quy hoạch phân bổ tài nguyên nước 4

1.1.2 Các mô hình toán thường được sử dụng trong bài toán quy hoạch phân bổ tài nguyên nước 4

1.2 Giới thiệu mô hình WEAP 12

1.3 Đánh giá khả năng ứng dụng của mô hình WEAP trong bài toán phân bổ tài nguyên nước 14

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI VÀ ĐẶC ĐIỂM NGUỒN NƯỚC TỈNH HÒA BÌNH 17

2.1 Điều kiện tự nhiên 17

2.1.1 Vị trí địa lý 17

2.1.2 Địa hình, địa mạo 18

2.1.3 Địa chất, thổ nhưỡng 18

2.1.4 Mạng lưới sông ngòi 19

2.1.5 Tài nguyên thiên nhiên 21

2.2 Đặc điểm khí tượng, khí hậu 22

2.2.1 Nhiệt độ 23

2.2.2 Độ ẩm không khí 23

2.2.3 Bốc hơi 23

2.2.4 Bức xạ, nắng 24

2.2.5 Gió, bão 24

2.3 Đặc điểm tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình 25

2.3.1 Phân vùng đánh giá tài nguyên nước 25

2.3.2 Đặc điểm tài nguyên nước mưa 28

2.3.3 Đặc điểm tài nguyên nước mặt 33

2.3.4 Đánh giá trữ lượng tài nguyên nước dưới đất 38

2.4 Đặc điểm kinh tế - xã hội 41

2.4.1 Đặc điểm dân cư và xã hội 41

2.4.2 Hiện trạng phát triển kinh tế 42

2.4.3 Hệ thống cơ sở hạ tầng 49

2.5 Đánh giá tác động của các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội đến tài nguyên nước 50

2.5.1 Quá trình phát triển dân số, khu đô thị và dân cư nông thôn 50

2.5.2 Hoạt động sản xuất công nghiệp 51

2.5.3 Các hoạt động sản xuất nông nghiệp 51

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG, NHU CẦU KHAI THÁC, SỬ DỤNG VÀ DỰ BÁO XU THẾ BIẾN ĐỘNG TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH HÒA BÌNH TRONG KỲ QUY HOẠCH 54

3.1 Phân tích, đánh giá hiện trạng khai thác, sử dụng tài nguyên nước 54

3.1.1 Hiện trạng các công trình khai thác, sử dụng nước 54

3.1.2 Tổng hợp nhu cầu khai thác, sử dụng nước của tỉnh 58

3.2 Dự báo nhu cầu khai thác, sử dụng nước trong kỳ quy hoạch 61

3.2.1 Các tiêu chuẩn và chỉ tiêu dùng nước 61

3.2.2 Tính toán nhu cầu khai thác, sử dụng nước cho các ngành 64

3.3 Đánh giá xu thế biến động về trữ lượng tài nguyên nước trong kỳ quy hoạch 71

3.3.1 Xu thế biến động tài nguyên nước mặt 71

3.3.2 Xu thế biến động tài nguyên nước dưới đất 75

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH WEAP TRONG QUY HOẠCH PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN NƯỚC TỈNH HÒA BÌNH 77

4.1 Tính toán đánh giá cân bằng nước 77

4.1.1 Sơ đồ cân bằng nước 77

4.1.2 Đánh giá cân bằng nước giai đoạn hiện trạng 78

4.1.3 Đánh giá cân bằng nước giai đoạn quy hoạch 79

4.2 Mục tiêu và các nguyên tắc phân bổ tài nguyên nước 80

4.2.1 Mục tiêu phân bổ tài nguyên nước 80

4.2.2 Các nguyên tắc phân bổ tài nguyên nước 80

4.3 Các phương án phân bổ tài nguyên nước 82

4.3.1 Cơ sở xây dựng các phương án phân bổ 82

4.3.2 Đề xuất các phương án phân bổ 86

4.3.3 Tính toán các phương án đề xuất 88

4.3.4 Phân tích, lựa chọn phương án phân bổ tài nguyên nước 92

4.4 Đề xuất phương hướng khai thác, sử dụng nước trên địa bản tỉnh Hòa Bình theo phương án chọn 92

4.4.1 Phương hướng khai thác sử dụng tài nguyên nước mặt 92

4.4.2 Phương hướng khai thác sử dụng tài nguyên nước dưới đất 97

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101

I KẾT LUẬN 101

II KIẾN NGHỊ 102

PHỤ LỤC 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Danh mục sông tỉnh Hòa Bình 19

Bảng 2.2 Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Hoà Bình 21

Bảng 2.3 Nhiệt độ không khí (0C) nhiều năm 23

Bảng 2.4 Độ ẩm không khí (%) nhiều năm 23

Bảng 2.5 Lượng bốc hơi (mm) các tháng trong năm 24

Bảng 2.6 Số giờ nắng các tháng trong năm 24

Bảng 2.7 Phạm vi hành chính các khu dùng nước tỉnh Hòa Bình 26

Bảng 2.8 Lượng mưa trung bình nhiều năm thời kỳ quan trắc 28

Bảng 2.9 Lượng mưa trung bình tháng, năm tại các trạm 30

Bảng 2.10 Bảng phân phối lượng mưa theo mùa 31

Bảng 2.11 Đặc trưng mưa tháng tỉnh Hòa Bình 32

Bảng 2.12 Tổng hợp trữ lượng nước đến từ mưa tỉnh Hòa Bình 33

Bảng 2.13 Đặc trưng dòng chảy năm một số trạm 34

Bảng 2.14 Phân phối dòng chảy năm trung bình một số trạm (m3/s) 35

Bảng 2.15 Phân phối mô đuyn dòng chảy năm trung bình một số trạm 35

Bảng 2.16 Một số trận lũ lớn ở tỉnh Hòa Bình 36

Bảng 2.17 Dòng chảy nhỏ nhất một số trạm trên tỉnh Hòa Bình 36

Bảng 2.18 Dòng chảy năm và tổng lượng dòng chảy năm sinh ra trên các tiểu lưu vực 37

Bảng 2.19 Tổng hợp trữ lượng NDĐ đã được xếp cấp 38

Bảng 2.20 Bảng tổng hợp kết quả tính trữ lượng động tự nhiên NDĐ tỉnh Hòa Bình 40 Bảng 2.21 Tổng hợp trữ lượng tiềm năng NDĐ theo các lưu vực 39

Bảng 2.22 Thống kê tình hình dân số qua các năm theo giới tính và thành thị, nông thôn (người) 41

Bảng 2.23 Tăng trưởng kinh tế theo ngành kinh tế (tỷ đồng) 43

Bảng 2.24 Tổng hợp GDP theo ngành (%) 43

Bảng 2.25 Một số chỉ tiêu tăng trưởng công nghiệp, xây dựng (Tỷ đồng, giá 1994) 44

Bảng 2.26 Hiện trạng KCN đã đi vào hoạt động tỉnh Hòa Bình tính đến 2010 44

Bảng 2.27 Các sản phẩm công nghiệp chủ yếu 45

Bảng 2.28 Tăng trưởng GTTT nông lâm thủy sản (tỷ đồng) 46

Bảng 2.29 Một số chỉ tiêu về trồng trọt tỉnh Hòa Bình 47

Bảng 2.30 Một số chỉ tiêu về chăn nuôi tỉnh Hòa Bình 47

Bảng 2.31 Một số chỉ tiêu về lâm nghiệp tỉnh Hòa Bình 48

Bảng 2.32 Một số chỉ tiêu về hiện trạng thủy sản tỉnh Hòa Bình 48

Bảng 2.33 Một số chỉ tiêu phát triển du lịch 49

Bảng 2.34 Thống kê dân số giai đoạn 2006 - 2010 50

Bảng 2.35 Chuyển dịch cơ cấu dân số nông thôn và thành thị giai đoạn 2006 - 2010 51 Bảng 3.1 Hiện trạng các công trình cấp nước sinh hoạt đô thị tỉnh Hòa Bình 54

Bảng 3.2 Tổng hợp số lượng giếng khoan, giếng đào tỉnh Hòa Bình 55

Bảng 3.3 Hiện trạng khai thác nước một số cơ sở sản xuất chính trên địa bàn tỉnh 56

Bảng 3.4 Hiện trạng các công trình thủy lợi chia theo lưu vực 57

Bảng 3.5 Hiện trạng khai thác nước tỉnh Hòa Bình (triệu m3/năm) 60

Bảng 3.6 Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt tỉnh Hòa Bình 61

Bảng 3.7 Công suất phát điện mục tiêu của thủy điện Hòa Bình (MW) 62

Bảng 3.8 Mô hình mưa hiện trạng và thiết kế ứng với tần suất 85% 63

Bảng 3.9 Thời vụ cây trồng chính của tỉnh Hòa Bình 63

Bảng 3.10 Tiêu chuẩn cấp nước cho các loại vật nuôi 63

Bảng 3.11 Chỉ tiêu cấp nước cho thủy sản (đơn vị: m3/ha) 64

Bảng 3.12 Tiêu chuẩn cấp nước cho hoạt động dịch vụ, công cộng 64

Bảng 3.13 Nhu cầu nước cho sinh hoạt đô thị tỉnh Hòa Bình 65

Bảng 3.14 Nhu cầu nước cho sinh hoạt nông thôn tỉnh Hòa Bình 65

Bảng 3.15 Nhu cầu nước công nghiệp tỉnh Hòa Bình hiện trạng và dự báo 66

Bảng 3.16 Nhu cầu nước cho tưới tỉnh Hòa Bình 67

Bảng 3.17 Nhu cầu nước cho chăn nuôi tỉnh Hòa Bình 68

Bảng 3.18 Nhu cầu nước cho nuôi trồng thủy sản tỉnh Hòa Bình 68

Bảng 3.19 Nhu cầu nước du lịch, dịch vụ tỉnh Hòa Bình hiện trạng và dự báo 69

Bảng 3.20 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước tỉnh Hòa Bình (đơn vị: triệu m3/năm) 70

Bảng 3.21 Diện tích rừng trồng và chăm sóc rừng qua các năm - tỉnh Hòa Bình (ha) 71 Bảng 3.22 Bộ thông số mô hình MIKE NAM tại các lưu vực khống chế bởi các trạm thủy văn trong tỉnh Hòa Bình 74

Bảng 3.23 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 74

Bảng 3.24 Lưu lượng và tổng lượng nước đến từ mưa tỉnh Hòa Bình 75

Bảng 4.1 Lượng nước thiếu và tháng thiếu nước trong kỳ quy hoạch (kịch bản 1) 79

Bảng 4.2 Lượng nước thiếu và tháng thiếu nước trong kỳ quy hoạch (kịch bản 2) 79

Bảng 4.3 Tỷ lệ dùng nước của các ngành (năm 2010) 83

Bảng 4.4 Tỷ lệ (%) hiện trạng sử dụng NDĐ trong nhu cầu dùng nước (2010) 84

Bảng 4.5 Tuyến tính toán dòng chảy môi trường 85

Bảng 4.6 Yêu cầu dòng chảy môi trường vào mùa cạn tại các tuyến 86

Bảng 4.7 Tỷ lệ (%) phân bổ chia sẻ nguồn nước giai đoạn quy hoạch _ PA1 87

Bảng 4.8 Tỷ lệ (%) phân bổ chia sẻ nguồn nước giai đoạn quy hoạch _ PA2 87

Bảng 4.9 Tỷ lệ (%) phân bổ chia sẻ nguồn nước giai đoạn quy hoạch _ PA3 88

Bảng 4.10 Kết quả phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình phương án 1 (kịch bản 1) 88

Bảng 4.11 Kết quả phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình phương án 1 (kịch bản 2) 89

Bảng 4.12 Kết quả phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình phương án 2 (kịch bản 1) 89

Bảng 4.13 Kết quả phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình phương án 2 (kịch bản 2) 90

Bảng 4.14 Kết quả phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình phương án 3 (kịch bản 1) 91

Bảng 4.15 Kết quả phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình phương án 3 (kịch bản 2) 91

Bảng 4.16 Định hướng khai thác nước mặt trong kỳ quy hoạch 93

Bảng 4.17 Phân vùng mức độ duy trì dòng chảy tối thiểu trong sông 96

DANH M ỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ mô phỏng cấu trúc mô hình NAM 9

Hình 2.1 Bản đồ hiện trạng sông suối, tài nguyên nước mặt và mạng lưới giám sát TNN 38

Hình 2.2 Biểu đồ chuyển dịch cơ cấu kinh tế tỉnh Hòa Bình 44

Hình 3.1 Tỷ lệ khai thác nước giữa các ngành 58

Hình 3.2 Tỷ lệ khai thác nước giữa nguồn nước 58

Hình 3.3 Tổng hợp nhu cầu nước tỉnh Hòa Bình 70

Hình 3.4 Cơ cấu nhu cầu nước của các đối tượng sử dụng nước tỉnh Hòa Bình 70

Hình 4.1 Kết quả tính toán tại trạm Bến Ngọc năm 2010 78

Hình 4.2 Kết quả tính toán tại trạm Bến Ngọc năm 2009 78

Hình 4.3 Sơ đồ tuyến kiểm soát dòng chảy môi trường 86

Hình 4.4 Sơ đồ vị trí các lỗ khoan có thể đưa vào khai thác, sử dụng NDĐ 98

Hình 4.5 Sơ đồ vị trí các điểm lộ có thể đưa vào khai thác, sử dụng NDĐ 98

Kinh tế - xã hội Nước dưới đất

Tổng sản phẩm trong nước Khu công nghiệp

Cụm công nghiệp Quy hoạch

Giá trị tăng thêm

Quỹ nhi đồng liên hợp quốc Ngân hàng phát triển châu Á Nguồn vốn hỗ trợ chính thức bên ngoài Xây dựng cơ bản

Khu bảo tồn thiên nhiên

M Ở ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận văn

Hòa Bình là tỉnh có hoạt động kinh tế sôi động đặc biệt là công nghiệp, du lịch

và nông nghiệp nên tài nguyên nước có ý nghĩa quan trọng, và ảnh hưởng trực tiếp đến phát triển kinh tế xã hội của tỉnh

Trong giai đoạn vừa qua, trên địa bàn tỉnh đã có nhiều quy hoạch liên quan đến khai thác và sử dụng tài nguyên nước được xây dựng như quy hoạch nông nghiệp, thủy lợi; quy hoạch thủy điện; quy hoạch cấp nước sạch nông thôn… Tuy nhiên, quy hoạch được xây dựng trên quan điểm của ngành dùng nước nên các vấn đề liên quan đến quản lý, bảo vệ tài nguyên nước chưa được xem xét hoặc có xem xét nhưng chưa

đủ yêu cầu

Mặc dù đã thu được những kết quả đáng kể trong việc đáp ứng nhu cầu nước cho các ngành kinh tế các giai đoạn vừa qua, nhưng thực tế cho thấy khai thác sử dụng tài nguyên nước trên địa bàn tỉnh còn nhiều bất cập, tiềm ẩn nhiều mâu thuẫn, đặc biệt khi nhu cầu sử dụng nước tiếp tục tăng mạnh trong tương lai nhằm thỏa mãn các yêu cầu của phát triển kinh tế, trong khí đó số lượng nước có thể khai thác, sử dụng ngày càng giảm sút cả về số lượng và chất lượng, những mâu thuẫn nảy sinh trong quá trình khai thác nước giữa các ngành liên tục xảy ra Do đó cần phải có phương hướng giải quyết những vấn đề này

Với mục tiêu bảo đảm nguồn nước cho các ngành sử dụng nước, việc tiến hành nghiên cứu đề xuất giải pháp khai thác, sử dụng tài nguyên nước trên địa bàn tỉnh Hòa Bình là rất cần thiết Nghiên cứu này tiến hành phân tích, tính toán nhu cầu dùng nước cho các ngành sử dụng nước trên các lưu vực, ứng dụng mô hình đánh giá và quy hoạch tài nguyên nước WEAP để phân tích tính toán cân bằng nước, phân bổ nguồn nước

2 Mục đích của nghiên cứu

Năm 2012, Quy hoạch phân bổ và bảo vệ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2011 – 2020, định hướng đến năm 2025 được Trung tâm Quy hoạch điều tra tài nguyên nước quốc gia lập Tài liệu này đã trở thành cơ sở cho việc khai thác, sử dụng tài nguyên nước một cách thống nhất trên địa bản tỉnh Công cụ chính được sử dụng trong việc lập quy hoạch này là phần mềm MIKE BASIN - một mô hình rất hữu hiệu trong tính toán cân bằng nước

Trên cơ sở các số liệu đầu vào trong Quy hoạch trên, học viên mong muốn áp dụng một công cụ khác để nghiên cứu, kiểm nghiệm và góp phần làm rõ thêm một số vấn đề trong khai thác, sử dụng, phát triển, tài nguyên nước Từ đó đề xuất các giải pháp khai thác, sử dụng tài nguyên nước, phân bổ nguồn nước một cách hợp lý cho các ngành dùng nước tại khu vực nghiên cứu là tỉnh Hòa Bình

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

a Cách ti ếp cận:

Trên trên địa bàn tỉnh Hòa Bình đã có nhiều quy hoạch liên quan đến khai thác

và sử dụng tài nguyên nước đã được xây dựng như quy hoạch nông nghiệp, thủy lợi; quy hoạch thủy điện; quy hoạch cấp nước sạch nông thôn… Việc kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu này sẽ giúp đề tài có định hướng giải quyết vấn đề một cách khoa học hơn

- Tiếp cận thực tiễn

Tiến hành khảo sát thực địa, thu thập số liệu hiện trạng và định hướng phát triển

về thủy lợi cũng như các ngành kinh tế khác của từng địa phương trong vùng nghiên

cứu Từ đó xác định được nhu cầu sử dụng nước và khả năng đáp ứng của nguồn nước trên địa bàn khu vực nghiên cứu

- Tiếp cận các phương pháp toán và các công cụ tính toán hiện đại trong nghiên

cứu

Để tính toán cân bằng nước, đề tài này sử dụng mô hình WEAP

b Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các tài liệu, kết quả tính toán của các nghiên cứu đã thực hiện trên địa bàn vùng nghiên cứu Kế thừa tài liệu khí tượng, thủy văn của các trạm trên địa bàn tỉnh Hòa Bình hiện có Các tài liệu tính toán nhu cầu nước của các ngành nông nghiệp, sinh hoạt, công nghiệp, đô thị, môi trường của từng khu vực được sử dụng trong nghiên cứu này để tính toán cân bằng nước trên các tiểu lưu vực

- Phương pháp điều tra, thu thập: Điều tra, thu thập tài liệu trong vùng nghiên cứu bao gồm: tài liệu về điều kiện tự nhiên (vị trí, địa hình, địa chất, thổ nhưỡng); tài liệu về nguồn nước (sông ngòi, khí tượng, thủy văn); tài liệu về hiện trạng và phương hướng phát triển kinh tế - xã hội; tài liệu về hiện trạng thủy lợi (vùng thủy lợi, cấp nước tưới, cấp nước đô thị - công nghiệp)

- Phương pháp mô hình hóa: Việc ứng dụng khoa học công nghệ trong tính toán, mô phỏng quá trình thủy văn, thủy lực trên lưu vực có ý nghĩa rất quan trọng trong các nghiên cứu về nguồn nước Nhiều mô hình tiên tiến có khả năng mô phỏng chính xác quá trình vận động của nước trên lưu vực đã được xây dựng và phát triển trong những năm gần đây như mô hình MIKE BASIN (DHI, Đan Mạch), mô hình SWAT (Mỹ), WEAP (Thụy Điển) Trong nghiên cứu này tác giả ứng dụng mô hình WEAP (Water Evaluation And Planning - Hệ thống "Đánh giá và Quy hoạch Tài nguyên nước") là mô hình mới được phát triển bởi Stockholm Environment Institute's U.S Center để tính toán cân bằng nước, phân bổ nguồn nước trên địa bàn tỉnh Hòa

Bình

- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo, tập hợp ý kiến từ các nhà khoa học về các nội dung liên quan đến đề tài và vùng nghiên cứu Được học tập và công tác với các thầy cô giáo, các chuyên gia có năng lực và kinh nghiệm trong lĩnh vực tài nguyên nước, trong quá trình thực hiện luận văn tác giả đã tham vấn, xin ý kiến các chuyên gia

về phương thức tổ chức nghiên cứu, cách thức thiết lập mô hình tính toán, phân tích các kết quả tính toán của nghiên cứu Các gợi ý, góp ý và các nhận xét của các thầy cô giáo, các chuyên gia đã giúp cho tác giả hoàn thiện luận văn này

CHƯƠNG 1

T ỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN

TRONG QUY HO ẠCH PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN NƯỚC

1.1 Tổng quan về các nghiên cứu ứng dụng mô hình toán trong quy hoạch phân

bổ tài nguyên nước trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Quá trình hình thành và phát triển của các nghiên cứu về quy hoạch phân bổ tài nguyên nước

Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu cho cuộc sống của con người và sinh vật trên trái đất, thiếu nước sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người, làm suy

giảm đến nền kinh tế, gây mất ổn định xã hội và suy thoái môi trường Chính vì vậy,

việc nghiên cứu để quản lý tài nguyên nước trên các lưu vực sông để đáp ứng nhu cầu

của các ngành kinh tế đảm bảo cho việc phát triển bền vững là vấn đề luôn được các Chính phủ, các nhà khoa học quan tâm

Việc nghiên cứu cân bằng nước có ý nghĩa rất lớn cả về khoa học và thực tiễn

Từ góc độ khoa học, phương trình cân bằng nước cho phép ta cắt nghĩa nguyên nhân, các hiện tượng, chế độ thủy văn của một khu vực xác định, đánh giá các số hạng trong cán cân nước và mối quan hệ tương tác giữa chúng Trong thực tiễn, nghiên cứu cân

bằng nước cho phép định lượng đầy đủ và chính xác tài nguyên nước để tìm ra phương

thức sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá này

1.1.2 Các mô hình toán thường được sử dụng trong bài toán quy hoạch phân bổ tài nguyên nước

1.1.2.1 Gi ới thiệu sơ bộ các mô hình toán đã và đang được ứng dụng hiện nay trên

th ế giới

Trên thế giới việc sử dụng mô hình toán như các mô hình mưa - dòng chảy và các mô hình cân bằng hệ thống để hỗ trợ việc nghiên cứu xây dựng phân bổ tài nguyên nước đã có nhiều thành công nhất định Một số ví dụ về việc đó là:

- Mô hình IQQM (Intergrated Quantity and Quality Model)

Do Australia xây dựng và phát triển, mô hình đã được ứng dụng cho một số lưu

vực sông lớn tại Queenland ( Australia) và gần đây đã được đưa vào ứng dụng cho lưu

vực sông MeKong Đây là mô hình mô phỏng sử dụng nước lưu vực nhằm đánh giá các tác động của chính sách quản lý tài nguyên nước đối với người sử dụng nước Mô hình IQQM hoạt động trên cơ sở phương trình liên tục, mô phỏng diễn biến hệ thống sông ngòi, kể cả chất lượng nước

quản lý nước cả về lượng và chất đến tài nguyên nước Mô hình GIBSI cho khả năng

dự báo các tác động của công nghiêp, rừng, đô thị, các dự án nông nghiệp đối với môi trường tự nhiên, có tác dụng cảnh báo các hộ dùng nước biết trước và tôn trọng các tiêu chuẩn về số lượng, chất lượng nguồn nước dùng

- Mô hình BASINS

Được xây dựng bởi Cơ quan Bảo vệ môi trường (Hoa Kỳ) Mô hình được xây

dựng để đưa ra một công cụ đánh giá tốt hơn và tổng hợp hơn các nguồn phát thải tập trung và không tập trung trong công tác quản lý chất lượng nước trên lưu vực Đây là

một mô hình hệ thống phân tích môi trường đa mục tiêu, có khả năng ứng dụng cho

một quốc gia, một vùng để thực hiện các nghiên cứu về nước bao gồm cả lượng và

chất trên lưu vực Mô hình được xây dựng để đáp ứng 3 mục tiêu: (1) Thuận tiện trong công tác kiểm soát thông tin môi trường; (2) Hỗ trợ công tác phân tích hệ thống môi trường; (3) Cung cấp hệ thống các phương án quản lý lưu vực Mô hình BASINS

là một công cụ hữu ích trong công tác nghiên cứu về chất và lượng nước Với nhiều

mô đun thành phần trong hệ thống, thời gian tính toán được rút ngắn hơn, nhiều vấn

đề được giải quyết hơn và các thông tin được quản lý hiệu quả hơn trong mô hình

Với việc sử dụng GIS, mô hình BASINS thuận tiện hơn trong việc biểu thị và tổ hợp các thông tin (sử dụng đất, lưu lượng các nguồn thải, lượng nước hồi quy, ) tại bất kỳ

một vị trí nào Mô hình BASINS được sử dụng rộng rãi ở Mỹ, nó thuận tiện trong việc lưu trữ và phân tích các thông tin môi trường, và có thể sử dụng như là một công cụ hỗ

trợ ra quyết định trong quá trình xây dựng khung quản lý lưu vực

- Mô hình MITSIM

Mô hình MITSIM do viện kỹ thuật Massachusets xây dựng năm 1977-1978 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 trình để có thể kết xuất dưới dạng hình vẽ Mô hình mô phỏng quá trình tính toán kinh tế cho một hệ thống sông hoàn

hảo ở Việt Nam khó thu thập tài liệu đủ nên thường bỏ qua phần này

- Mô hình WUS

Mô 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 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 Tóm lại, việc nghiên cứu phân bổ tài nguyên nước trên thế giới được

tiến hành khá sớm và đa dạng, trong đó các mô hình toán được xem là những công cụ

hỗ trợ đắc lực, góp phần không nhỏ vào thành tựu của các nghiên cứu này trong thực

tế

- Mô hình WEAP

WEAP (Water Evaluation And Planning System - hệ thống quản lý và đánh giá nguồn nước) là sản phẩm của Viện nghiên cứu môi trường Stockholm cơ sở ở Boston nghiên cứu và phát triển Phần mềm này có khả năng mô phỏng được hệ thống tài nguyên nước trong lưu vực một cách trực quan Bằng việc đưa ra rất nhiều kịch bản về

việc sử dụng nước trong tương lai cùng các định hướng giải quyết các vấn đề về tài nguyên nước, WEAP là một công cụ đắc lực cho công việc quy hoạch và quản lý tài nguyên nước Tính đến thời điểm hiện tại, liên quan đến việc ứng dụng mô hình WEAP ở các nước trên thế giới có khoảng hơn 30 dự án đánh giá nước ở các quốc gia trên hầu hết các châu lục bao gồm Mỹ, Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ, Mexico, Brazil, Đức, Hàn Quốc, Ghana, Kenya, Nam Phi, Ai Cập, Israel và Oman

1.1.2.2 M ột số mô hình toán được ứng dụng trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước

Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả đã tìm hiểu về một số mô hình toán

đã và đang được ứng dụng trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước hiện nay Giới thiệu sơ bộ về các mô hình này như sau:

a Các mô hình mưa - dòng chảy

(1) Mô hình SSARR

- Tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa

- Đặc điểm của mô hình: Xây dựng một sơ đồ hình thế cho hệ thống sông, bao gồm: + Các lưu vực bộ phận sinh dòng chảy

+ Điều kiện thủy văn tương đối đồng nhất

+ Các đoạn sông diễn toán lũ

+ Các hồ chứa

+ Các đoạn sông xử lý nước vật

+ Các điểm nối và tổng hợp dòng chảy

- Kết quả tính toán phụ thuộc vào việc xác định các thông số và các quan hệ vật

lý, chỉ số, chỉ tiêu được xác định khá mềm dẻo

- Nhược điểm: sử dụng nhiều quan hệ dưới dạng bảng làm cho việc điều chỉnh

mô hình gặp nhiều khó khăn và khó tối ưu hóa

- Mô hình SSARR được cải biên để ứng dụng cho hệ thống sông Hồng, sông Trà Khúc, sông Vệ và cho kết quả khá tốt trong tính toán và dự báo nghiệp vụ

- Ưu điểm: Ứng dụng tốt cho lưu vực vừa và nhỏ Khả năng mô phỏng dòng chảy tháng, dòng chảy ngày, dòng chảy lũ

- Nhược điểm: có nhiều thông số nhưng không rõ ý nghĩa vật lý nên khó xác định trực tiếp Việc thiết lập cấu trúc và thông số hóa mô hình chỉ có thể thực hiện được sau

nhiều lần thử sai, đòi hỏi người sử dụng phải có nhiều kinh nghiệm và am hiểu mô hình

- Mô hình TANK ứng dụng dự báo ngắn hạn quá trình lũ cho thượng lưu sông Thái Bình và một số nhánh nhỏ hệ thống sông Hồng

(3) Mô hình NAM

Mô hình NAM được viết tắt từ chữ Đan Mạch “Nedbor- Afstromming-Model”, nghĩa là mô hình mưa - dòng chảy Mô hình NAM thuộc loại mô hình tất định, thông

số tập trung, và là mô hình mô phỏng liên tục Mô hình NAM hiện nay được sử dụng

rất nhiều nơi trên thế giới và gần đây cũng hay được sử dụng ở Việt Nam

Mô hình NAM là mô hình thuỷ văn mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy diễn

ra trên lưu vực Là một mô hình toán thủy văn, mô hình NAM bao gồm một tập hợp các biểu thức toán học đơn gian để mô phỏng các quá trình trong chu trình thuỷ văn

Mô hình NAM là mô hình nhận thức, tất định, thông số tập trung Đây là một modun tính mưa từ dòng chảy trong bộ phần mềm thương mại MIKE 11 do Viện Thủy lực Đan Mạch xây dựng và phát triển

Mô hình NAM mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy một cách liên tục thông qua việc tính toán cân bằng nước ở bốn bể chứa thẳng đứng, có tác dụng qua lại lẫn nhau để diễn tả các tính chất vật lý của lưu vực Các bể chứa đó gồm:

• Bể tuyết (chỉ áp dụng cho vùng có tuyết)

• Bể mặt

• Bể sát mặt hay bể tầng rễ cây

• Bể ngầm

Hình 1.1 Sơ đồ mô phỏng cấu trúc mô hình NAM

Dữ liệu đầu vào của mô hình là mưa, bốc hơi tiềm năng, và nhiệt độ (chỉ áp

dụng cho vùng có tuyết Kết quả đầu ra của mô hình là dòng chảy trên lưu vực, mực nước ngầm, và các thông tin khác trong chu trình thuỷ văn, như sự thay đổi tạm thời

của độ ẩm của đất và khả năng bổ xung nước ngầm Dòng chảy lưu vực được phân

một cách gần đúng thành dòng chảy mặt, dòng chảy sát mặt, dòng chảy ngầm

b 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

Mô phỏng một hệ thống bao gồm các sông, suối tự nhiên và các hệ 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

1.1.2.3 Phân tích, đánh giá khả năng ứng dụng các mô hình toán trong quy hoạch phân b ổ tài nguyên nước

Trên thế giới việc sử dụng mô hình toán để hỗ trợ việc nghiên cứu xây dựng phân

bổ tài nguyên nước đã có những thành công nhất định Dưới đây tác giả liệt kê một số nghiên cứu về phân bổ tài nguyên nước trên thế giới đã ứng dụng các mô hình này, bao gồm:

- 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 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

- 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

- Tại Việt Nam: Hiện nay hầu hết các nghiên cứu về quy hoạch phân bổ tài nguyên nước đều sử dụng công cụ mô hình toán, ví dụ như các mô hình mưa – dòng

hảy NAM, TANK, và các mô hình cân bằng nước hệ thống Mike Basin, WEAP Tóm lại, việc nghiên cứu phân bổ tài nguyên nước trên thế giới được tiến hành khá sớm và đa dạng, trong đó các mô hình toán được xem là những công cụ hỗ trợ đắc

lực, góp phần không nhỏ vào thành tựu của các nghiên cứu này trong thực tế

1.1.2.4 M ột số vấn đề về ứng dụng mô hình toán trong phân bổ tài nguyên nước ở Việt Nam

- Các dự án phát triển nguồn nước những năm 80 chủ yếu của Viện Quy hoạch

thủy lợi dưới dạng các dự án quy hoạch chuyên ngành có liên quan đến nguồn nước

với các tên gọi như quy hoạch thủy lợi; quy hoạch tưới, tiêu; quy hoạch sử dụng tổng

hợp nguồn nước và bảo vệ môi trường, thời kỳ đó việc tính toán cân bằng nước chủ

yếu áp dụng công cụ mô hình MITSIM chạy trên môi trường DOS Sau những năm

2000 đặc biệt là sau năm 2002 với sự hỗ trợ nguồn lực và công nghệ từ các tổ chức nước ngoài, tiêu biểu nhất là tổ chức DANIDA của Đan Mạch đã hợp tác hỗ trợ thực

hiện dự án “Tăng cường năng lực các viện ngành nước” và đưa bộ công cụ mô hình MIKE do DHI (viện thủy lực Đan Mạch) phát triển vào ứng dụng rộng rãi và mạnh mẽ

ở Việt Nam, từ đó việc tính toán cân bằng nước ngoài cơ quan đầu mối là Viện Quy

hoạch Thủy lợi với kinh nghiệm và thực tiễn sử dụng mô hình MITSIM cùng với

“người dùng mới” từ các cơ quan thuộc Viện Khoa học Thủy lợi (nay là viện nghiên

cứu Thủy lợi); các trường Trường Đại học (tiêu biểu là Đại học Thủy lợi); các Viện nghiên cứu v.v đã bắt đầu tiếp cận ứng dụng mô hình MIKE BASIN

- Các nghiên cứu cân bằng nước tự nhiên được tiến hành từ những năm1950 đến đầu những năm 1975 Trong thời kỳ này, kế thừa các tiến bộ trong nghiên cứu quy luật khí tượng khí hậu của thế giới và hệ thống thiết bị quan trắc, ở nước ta mạng lưới quan

trắc các đặc trưng khí tượng, thủy văn, hải dương, các hiện tượng thời tiết nguy hiểm như bão, dông, lũ ống, lũ quét, các hệ thống cảnh báo được thành lập nhằm nghiên cứu cân bằng nước với quy mô toàn lãnh thổ, miền, các khu vực.Trong giai đoạn này công

cụ chủ yếu nghiên cứu cân bằng nước tự nhiên là phương pháp tổng hợp địa lý kết hợp

với một khối lượng khổng lồ các số liệu quan trắc về mưa, dòng chảy, bốc hơi Một

loạt các bản đồ hoàn lưu khí quyển, vùng khí hậu, bản đồ mưa, dòng chảy ra đời là các

luận cứ khoa học giúp các nhà hoạch định chiến lược đưa ra các quyết định chính xác trên phạm vi toàn quốc Tuy vậy do việc nghiên cứu còn gắn với địa giới hành chính cũng gây không ít khó khăn trong việc khai thác và sử dụng tài nguyên nước

- Gần đây, tham gia vào việc tính toán cân bằng nước trên các lưu vực sông ở

Việt Nam ngoài việc ứng dụng mô hình MITSIM (đã được cải tiến chạy trên môi trường Window), mô hình MIKE BASIN (đã trở nên phổ biến), mô hình IQQM (tích

hợp trong bộ MRC Toolbox của Ủy hội sông Mêkong quốc tế) thì còn có thêm mô hình WEAP (do Viện môi trường Stockhom có trụ sở tại Mỹ phát triển) tham gia vào

việc tính toán cân bằng nước và lập kế hoạch sử dụng nước

1.2 Gi ới thiệu 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 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

Mức độ ưu tiên rất quan trọng trong vấn đề áp dụng quyền sử dụng nước tại các khu dùng nước, đặc biệt là trong thời kỳ thiếu nước Việc ưu tiên sử dụng nước cho các khu sử dụng nước, trữ nước của hồ chứa và yêu cầu dòng chảy môi trường được quy định tại mức độ ưu tiên (Demand Priorites) Mức độ ưu tiên có thể thay đổi từ 1 đến 99 Trong đó 1 là ưu tiên ở mức độ cao nhất, 99 là ưu tiên ở mức độ thấp nhất Tại các khu vực có mức độ ưu tiên số 1 sẽ được đáp ứng trước tiên, sau đó mới lần lượt tới các khu vực có mức độ ưu tiên thấp hơn Nếu mức độ ưu tiên là như nhau với các khu

vực sử dụng nước thì lượng nước thiếu sẽ phân chia đều tại các khu vực Vấn đề cung

cấp ưu tiên được áp dụng trong hệ thống thông qua đường dẫn nước (Transmisssion Link) Cung cấp ưu tiên cũng được đánh giá theo cấp độ từ 1 đến 99 Đường dẫn nước

có mức độ ưu tiên cao nhất là số 1 sẽ được ưu tiên tính toán đầu tiên sau đó mới tính toán đến các đường dẫn khác có mức độ ưu tiên thấp hơn

C ấu trúc của Weap: WEAP bao gồm 5 thành phần (khung làm việc) chính gồm:

Schematic, Data, Results, Scenario Explorer và Notes

Schematic: đây là bước đầu tiên

khi thiết lập ứng dụng mô hình WEAP,

khung này chứa đựng các công cụ GIS

cơ bản cho phép xây dựng hệ thống các

đối tượng một cách dễ dàng Ví dụ như

các nút nhu cầu (Demand nodes), các

hồ chứa (reservoirs) có thể được tạo và

định vị bên trong hệ thống bằng việc

kéo và thả các đối tượng từ menu

Chương trình có thể kết nối với

ArcView hay các dạng file GIS tiêu

chuẩn vector hay raster làm lớp nền

Data: Khung dữ liệu cho phép đưa các

dữ liệu đầu vào cho mô hình bao gồm

nhu cầu nước, thông số công trình,

nước dưới đất ….tạo các biến và các

mối quan hệ thông qua một loạt các

hàm cho trước hoặc nhập tay các thuộc

tính dữ liệu đầu vào cho mô hình một

cách linh động

Results: Khung kết quả cho

phép trình bày chi tiết và linh

hoạt tất cả các dạng kết quả, ở

dạng biểu đồ và bảng, và trên sơ

đồ

Scenario Explorer:

Khung Scenario Explorer cho

phép phân tích lựa chọn xây

dựng các kịch bản tính toán cân

bằng nước dựa trên kịch bản nền

hay phân tích đánh giá kết quả

tính toán cân bằng nước với việc

thay đổi các dữ liệu đầu vào một

cách nhanh chóng và trực quan

Notes: Khung ghi chú cung cấp

một không gian để người sử

dụng đưa vào toàn bộ các chú

thích, dẫn giải về quá trình xây

dựng và tính toán với mô hình

WEAP

1.3 Đánh giá khả năng ứng dụng của mô hình WEAP trong bài toán phân bổ tài nguyên nước

- Phân tích kịch bản là một trong những tính năng nổi bật của WEAP Các kịch

bản có thể được phân tích, tính toán cùng nhau và cho ra kết quả rất tường minh, dễ dàng cho việc so sánh, đánh giá hệ thống tài nguyên nước của khu vực nghiên cứu

- Với khả năng lập kịch bản và tính toán nhu cầu nước, WEAP là một công cụ

rất mạnh trong việc lựa chọn hướng phát triển và đề xuất các chiến lược quản lý tài nguyên nước trong lưu vực Sử dụng WEAP có thể quản lý tài nguyên nước ở đô thị cũng như nông thôn, cho một lưu vực nhỏ hay cả một hệ thống sông Hơn nữa, WEAP còn có nhiều tính năng khác như phân tích nhu cầu sử dụng nước cho các ngành kinh

tế, phân phối ưu tiên sử dụng nước, mô phỏng sự hoạt động của các nguồn cung cấp nước (dòng chảy mặt, kho nước ngầm, hồ chứa…) theo dõi ô nhiễm và nhu cầu sinh thái của từng vùng

1.4 S ử dụng mô hình WEAP

a D ữ liệu đầu vào

Tuỳ theo từng bài toán cụ thể mà các yêu cầu của số liệu đầu vào sẽ được nhập tương ứng

Các yếu tố mô phỏng như sau:

- Mô phỏng các sông và nhánh sông;

- Mô phỏng các nhu cầu dùng nước của các ngành;

- Yêu cầu về dòng chảy môi trường;

- Mô phỏng hồ chứa và các yếu tố khác

Các yếu tố mô phỏng được liên kết với nhau thông qua Transmission Link và Return Flow

b Mô hình hoá lưu vực nghiên cứu

Để mô hình hoá lưu vực nghiên cứu trước tiên cần:

- Tạo lưu vực (Area → Create area);

- Chọn khoảng thời gian nghiên cứu và thời đoạn tính toán (General → Years and Time Steps);

- Đặt đơn vị cho các đại lượng tính toán (General→Units);

- Thực hiện xong các bước trên mới tiến hành xây dựng mạng lưới và nhập

dữ liệu

c Nh ập số liệu cho WEAP

Việc nhập số liệu tiến hành như sau như sau:

- Với các nhánh sông cần nhập số liệu dòng chảy tháng trung bình nhiều

năm (Supply and Resources → River);

- Về nhu cầu dùng nước:

+ Nhập tổng lượng nước dùng (Annual Water use Rate);

+ Nhập lượng nước dùng cho từng tháng dưới dạng % (Monthly variation); + Nhập số liệu về phần trăm lượng nước hồi quy trở lại sông (Return flow)

và tỷ lệ nước không bị thất thoát của lượng hồi quy này (Consumption);

- Số liệu về dòng chảy môi trường tối thiểu để duy trì sinh thái sông (River → Flow Requirements→ Envi);

- Số liệu về hồ chứa cần nhập các thông tin sau:

+ Năm hồ chứa được xây dựng (startup year);

Bởi vì bước thời thời gian sử dụng trong mô hình là tương đối dài (tháng), tất

cả các dòng được cho là xảy ra đồng thời Do đó, các khu sử dụng nước có thể rút nước từ sông, tiêu thụ một phần, trả lại sông phần còn lại (dòng chảy hồi quy) Dòng

chảy hồi quy này sẵn sàng để sử dụng trong cùng một tháng cho nhu cầu hạ lưu

Mô hình WEAP sử dụng phương pháp quy hoạch tuyến tính để tính toán xác định được giải pháp trong đó đáp ứng ở mức độ cao nhất có thể nhu cầu nước của các

hộ dùng nước khác nhau Nhà quản lý hệ thống cần xác định mức độ ưu tiên cho từng

hộ sử dụng nước để làm căn cứ cho mô hình tính toán, xác định lượng nước phân bổ cho từng hộ tại từng thời đoạn

e Th ể hiện kết quả trong WEAP

Sau khi hoàn thành việc nhập dữ liệu ta chọn Result View, WEAP sẽ chạy mô hình mô phỏng theo thời đoạn tháng và ra kết quả cho tất cả các thành phần hệ thống

của khu vực nghiên cứu bao gồm: nhu cầu nước của nơi sử dụng, mức độ cung cấp được, dòng chảy, thoả mãn nhu cầu dòng chảy đến, dung tích hồ chứa

Kết quả tính toán có thể hiển thị dưới dạng bảng (Table), biểu đồ (Chart) hoặc

bản đồ (Map)

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI VÀ ĐẶC ĐIỂM NGUỒN NƯỚC

TỈNH HÒA BÌNH 2.1 Điều kiện tự nhiên

2.1.1 Vị trí địa lý

Hòa Bình là một tỉnh miền núi, nằm ở vị trí cửa ngõ của vùng Tây Bắc, cách trung tâm Thủ đô Hà Nội 76 km theo đường quốc lộ 6, là một trong 7 tỉnh thuộc vùng thủ đô Hà Nội có vị trí quan trọng Tỉnh Hoà Bình có giới hạn từ 20°39’ đến 21°08’ vĩ

độ Bắc, 104°48’ đến 104°51’ kinh độ Đông, với thành phố Hoà Bình là trung tâm chính trị, KT - XH Địa giới hành chính tỉnh được xác định như sau:

- Phía Bắc giáp tỉnh Phú Thọ;

- Phía Nam giáp tỉnh Hà Nam, Ninh Bình;

- Phía Đông giáp thành phố Hà Nội;

- Phía Tây giáp tỉnh Sơn La, Thanh Hoá;

Diện tích tự nhiên toàn tỉnh là 4.608,7 km2, chiếm 1,41% tổng diện tích tự nhiên của cả nước; gồm 1 thành phố loại III và 10 huyện với 210 phường, xã, thị trấn

Hình 2.1 Vị trí địa lý tỉnh Hòa Bình

2.1.2 Địa hình, địa mạo

Điểm nổi bật của địa hình, địa mạo tỉnh Hòa Bình là núi cao, gồm các dải núi lớn dốc thoải từ phía Tây Bắc xuống Đông Nam và bị chia cắt bởi các đồng bằng hẹp dốc theo các sông khiến cho địa hình trở nên hiểm trở, đi lại khó khăn Quá trình vận động kiến tạo của địa chất qua nhiều thế kỷ đã tạo lên vùng địa hình, địa mạo khác nhau trên địa bàn tỉnh Địa hình được chia thành ba khu vực rõ rệt:

+ Dạng địa hình núi cao phân bố ở phía Tây Bắc, độ cao trung bình so với mặt biển khoảng 600 - 700 m; Có một số ngọn núi cao trên 1.000 m, trong đó đỉnh cao nhất là Phú Canh, Phu Túc (huyện Đà Bắc) cao 1.373 m, đỉnh núi Dục Nhan (huyện

Đà Bắc) cao 1.320 m, đỉnh núi Psi Lung (huyện Mai Châu) cao 1.287 m

+ Dạng địa hình núi thấp, chia cắt phức tạp do đứt, gãy, lún sụt của nếp võng sông Hồng ở khu vực trung tâm, độ cao trung bình so với mặt biển khoảng 250 - 300m, trong đó ở Tân Lạc là 318 m, Lạc Sơn, Kỳ Sơn 300 m, Kim Bôi 310 m, Lương Sơn 251 m

+ Dạng địa hình đồi gò xen cánh đồng, phân bố ở khu vực Đông Nam của tỉnh,

độ cao trung bình từ 40 - 100 m, trong đó huyện Lạc Thủy 51m, huyện Yên Thủy 42m

2.1.3 Địa chất, thổ nhưỡng

2.1.3.1 Đặc điểm địa chất

Cấu tạo địa chất tỉnh Hoà Bình gồm 2 phần khác nhau, phần cấu tạo do các đá

cổ và phần do các đá trẻ của thời kỳ đệ tứ tạo thành, điểm khác nhau của 2 phần này được phản ánh rất rõ về mặt địa hình

Đại bộ phận đất đai tỉnh Hoà Bình là đồi núi cổ Căn cứ tài liệu khảo sát địa chất các công trình đã xây dựng và các vết lộ địa chất, lòng suối thường có cấu tạo lớp cuội sỏi dày từ 1,2 m đến 5,6 m có khi trên 10 m; phần vách 2 bờ được đất lấp nhét tương đối chặt Với những đập đất, hồ chứa cột nước thấp việc xử lý mất nước do địa chất nền không phải là vấn đề lớn Các đập dâng có nền phần lớn là đất đá mẹ, đôi chỗ

đá lộ trên bề mặt, nên nền các công trình rất ổn định Các tuyến kênh dẫn của công trình tưới phần lớn đi ven sườn đồi hoặc vùng đất dốc nên ổn định mái kênh là vấn đề cần phải quan tâm

2.1.3.2 Đặc điểm thổ nhưỡng

Thổ nhưỡng tỉnh Hoà Bình được tạo thành từ nhiều nguồn gốc khác nhau nên phân bố phức tạp và có tầng dày thay đổi nhiều nhưng nhìn chung nó là sản phẩm phong hoá, tích tụ, rửa trôi của các loại đá mẹ có trong các lưu vực Tỉnh Hoà Bình có trên 30 loại thổ nhưỡng khác nhau, đất thích hợp với cây lúa (đất ruộng) chỉ chiếm khoảng 12% so với tổng diện tích đất đai, còn lại là thích hợp với cây trồng cạn như ngô khoai, sắn và các loại cây công nghiệp ngắn ngày khác như mía, chè Đất ven đường 12A, ven đường 21; quốc lộ 6 (đất đồi) có khả năng trồng cây ăn quả như mía, mận, nhãn, vải,

2.1.4 Mạng lưới sông ngòi

Hòa Bình nằm trên lưu vực của 3 hệ thống sông lớn gồm: sông Đà, sông Mã, sông Đáy bao gồm 400 sông suối nhỏ (tính từ chi lưu 3 trở lên), trong đó có khoảng 50% sông suối có lưu lượng thường xuyên trên 3 l/s; tổng lượng dòng chảy của hệ thống sông suối đạt khoảng 5 tỷ m3 nước Các sông lớn có lưu lượng dòng chảy khá gồm: Sông Đà, sông Bôi, sông Bùi, sông Bưởi, sông Lạng

+ Sông Đà:

Là con sông lớn nhất chảy qua tỉnh Hoà Bình với chiều dài khoảng 150 km, diện tích lưu vực trên địa bàn tỉnh vào khoảng 1.543 km2 Sông Đà đi qua Hòa Bình nhận thêm 03 phụ lưu chính: suối Nhạp, suối Trâm và suối Vàng có chiều dài từ 23 -

46 km; ngoài ra còn có các phụ lưu nhỏ có chiều dài từ 11 đến 17 km như: suối Nước Mạc, suối Tra, Ngòi Sủ, suối Thần

+ Sông Bôi:

Là một nhánh của thượng nguồn sông Đáy, chiều dài sông chảy trong đất Hòa Bình khoảng 60 km, diện tích lưu vực trên 800 km2 Sông Bôi là sông lớn của tỉnh có nguồn nước phong phú, có điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng công trình thủy lợi phục vụ khu tưới ven sông, song mực nước các mùa có biên độ dao động lớn và lòng sông kém ổn định nên gây không ít khó khăn cho việc xây dựng công trình ven bờ sông

+ Sông Bưởi:

Là chi lưu phía tả của sông Mã, sông Bưởi bắt nguồn từ miền rừng núi Tân Lạc, Lạc Sơn có chiều dài dòng chính là 143 km, phần nằm trên đất Hoà Bình là 50 km còn lại là ở Thanh Hoá

+ Sông Bùi:

Là một nhánh của hệ thống sông Đáy, bắt nguồn từ xã Dân Hòa huyện Kỳ Sơn, dài 32 km, diện tích lưu vực 180 km2 Sông Bùi trên địa phận Hòa Bình có khá nhiều sông nhánh nhỏ có chiều dài nhỏ hơn 10 km

+ Sông Lạng:

Là một nhánh của hệ thống sông Đáy, bắt nguồn từ xã Bảo Hiệu, huyện Yên Thuỷ chảy về sông Nho Quan (Ninh Bình), với chiều dài 30 km Lưu lượng dòng chảy bình quân 2,2 m3/s, tổng lượng nước trong năm 70 triệu m3

Bảng 2.1 Danh mục sông tỉnh Hòa Bình

STT H ệ thống

sông Sông Đổ vào sông Chiều dài sông (km) Di ện tích lưu vực (km2

)

50

1.705 1.097

Nguồn: Quyết định 1989/QĐ-TTg về Danh mục lưu vực sông liên tỉnh

Quyết định 341/QĐ-BTNMT về Danh mục lưu vực sông nội tỉnh

Ghi chú: Tử số - Chiều dài (diện tích) toàn lưu vực

Mẫu số - Chiều dài (diện tích) đoạn sông chảy trong tỉnh Hòa Bình

2.1.5 Tài nguyên thiên nhiên

2.1.5.1 Tài nguyên đất

Diện tích đất tự nhiên của tỉnh Hoà Bình tính đến 1/1/ 2010 là 4.608,7 km2

, có

độ màu mỡ cao thích hợp với nhiều loại cây trồng Với hàng trăm ngàn ha đất gồm các

lô đất liền khoảnh có thể sử dụng vào các mục đích khác nhau nhất là trồng rừng, trồng cây công nghiệp để phát triển công nghiệp chế biến nông - lâm sản và phát triển công nghiệp Phần đất trống, đồi núi trọc khó phát triển nông nghiệp và trồng rừng có diện tích khá lớn thuận lợi cho việc phát triển và mở rộng các KCN

Bảng 2.2 Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Hoà Bình

STT M ục đích sử dụng đất Năm 2005 Năm 2008 Năm 2010

T ổng diện tích tự nhiên 467.361,4 100,0 468.309,8 100,0 460.869,1 100,0

1 T ổng diện tích đất nông nghiệp 300.230,8 64,2 307.807,3 65,7 353.074,9 76,6

1.1 Đất sản xuất nông nghiệp 55.698,0 11,9 56.088,2 12,0 64.390,2 14,2 1.2 Đất lâm nghiệp 243.072,9 52,0 250.198,7 53,4 285.936,9 62,0 1.3 Đất nuôi trồng thủy sản 1.243,8 0,3 1.334,9 0,3 975,26 0,13

2 Đất phi nông nghiệp 57.416,8 12,3 58.504,1 12,5 58.906,5 12,8

2.2 Đất chuyên dùng 16.446,8 3,5 17.374,1 3,7 24.022,5 5,2

2.4 Đất nghĩa trang, nghĩa địa 1.989,8 0,4 1.981,2 0,4 2.220,0 0,5 2.5 Đất sông suối và mặt nước

3 Đất chưa sử dụng 109.713,9 23,5 101.998,4 21,8 48.887,7 10,8

3.1 Đất bằng chưa sử dụng 3.116,0 0,7 3.145,7 0,7 2.216,6 0,5 3.2 Đất đồi núi chưa sử dụng 87.784,7 18,8 80.283,5 17,1 29.863,2 6,5 3.3 Núi đá không có rừng cây 18.813,2 4,0 18.569,2 4,0 16.808,0 3,7

Nguồn: QH tổng thể phát triển KT - XH tỉnh Hòa Bình đến năm 2020

Diện tích đất chưa sử dụng của tỉnh Hoà Bình còn khá lớn, năm 2010 chiếm 10,8% tổng diện tích tự nhiên toàn tỉnh, trong đó chủ yếu là đất đồi núi chưa sử dụng

2.1.5.2 Tài nguyên rừng

Năm 2010 diện tích rừng của tỉnh Hoà Bình có 285.936,89 ha chiếm 62,04% diện tích tự nhiên; trong đó đất rừng sản xuất có 144.138,72 ha (chiếm 31,28%), rừng đặc dụng có 29.537,73 ha (chiếm 6,41%) và rừng phòng hộ có 112.260,44 ha (chiếm 24,35% diện tích tự nhiên)

Hệ thực vật rừng khá phong phú với các thảm thực vật rừng xanh nhiệt đới và á nhiệt đới Trên các khu rừng tự nhiên hiện có trên 20 loài thực vật rừng tương đối phổ biến, trong đó có nhiều loại cây gỗ lớn có giá trị kinh tế cao như de, dổi, lim, sến, táu, chò chỉ, chò nâu, lát chun, lát hoa, pơ mu, thông 5 lá, Trên diện tích rừng trồng có

các loại cây phổ biến nhất là luồng, lát, lim xanh, lim sẹt, mỡ, de, keo, thông, Tại các khu rừng mới khoanh nuôi, phục hồi chủ yếu là cây ưa ánh sáng, mọc nhanh như dẻ, trẹo, ngát, keo

Về trữ lượng rừng nhìn chung thấp, chỉ khoảng 15% diện tích rừng gỗ tự nhiên

có cấp trữ lượng IV (rừng trung bình) còn lại rừng nghèo Rừng tre, nứa chủ yếu là nứa vừa, mật độ khoảng 5.000 - 7.000 cây/ha Rừng trồng trữ lượng bình quân khoảng

70 m3/ha

Hệ động vật rừng, nhìn chung hiện tại nghèo về cả số loài và số lượng của từng loài Hiện chỉ còn một số loài như gấu, lợn rừng, các loài khỉ, cầy, cáo, gà rừng, rùa núi, nai, nhưng số lượng không nhiều

2.1.5.3 Tài nguyên khoáng sản

Hoà Bình có nhiều loại khoáng sản, một số khoáng sản đã được tổ chức khai thác như: Amiăng, than, nước khoáng, đá vôi Đáng lưu ý nhất là đá, nước khoáng, đất sét có trữ lượng lớn Ngoài ra còn có nhiều mỏ khoáng sản đa kim: Đồng, chì, kẽm, thuỷ ngân, antimon, pyrit, photphorit, có trữ lượng ở các mức độ khác nhau Thế mạnh về khoáng sản của tỉnh là đá để sản xuất vật liệu xây dựng, nguyên liệu sản xuất xi măng, nước khoáng khai thác với quy mô công nghiệp

2.1.5.4 Tài nguyên du lịch

Hoà Bình có hệ thống sông suối phong phú, với các sông lớn là sông Đà, sông Bôi, sông Bưởi Ngoài ra, tỉnh còn có số lượng các hồ, đầm khá lớn, góp phần quan trọng cho việc điều hoà vi khí hậu trên địa bàn, đồng thời là điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế nói chung, du lịch nói riêng Nguồn nước khoáng phong phú cũng là thế mạnh đối với việc phát triển du lịch của Hoà Bình

Các khu vực có đa dạng sinh học cao, có giá trị đối với phát triển du lịch, đặc biệt là du lịch sinh thái là các KBTTN: Hang Kia - Pà Cò, KBTTN Thượng Tiến, KBTTN Pù Luông (chung với Thanh Hoá), KBTTN Phu Canh, KBTTN Ngọc Sơn, VQG Cúc Phương (chung với Ninh Bình và Thanh Hoá), VQG Ba Vì (chung với Hà Nội) và khu bảo tồn đất ngập nước lòng hồ Hoà Bình

2.2 Đặc điểm khí tượng, khí hậu

Hoà Bình mang đặc điểm khí hậu điển hình của vùng Đông Bắc Bộ: khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc

Mùa khô, lạnh kéo dài từ tháng XI đến tháng IV năm sau, khí hậu khô hanh, độ

ẩm thấp có sương muối, sương mù và mưa phùn giá rét Chênh lệch nhiệt độ ngày và đêm cao, nhiệt độ trung bình nhiều năm là 20,5oC, tháng lạnh nhất là tháng I, nhiệt độ thấp nhất là 17,4oC, lượng mưa vào mùa khô rất ít chỉ chiếm 15 - 20% lượng mưa cả năm Vì vậy tình trạng hạn vào mùa khô thường xuyên xảy ra (hằng năm vụ Chiêm Xuân có tới hàng nghìn ha bị hạn nặng) Ngoài ra vào mùa khô còn thường xuyên xuất hiện sương mù, số giờ nắng thấp ảnh hưởng đến năng suất của cây trồng

Mùa mưa nóng và ẩm kéo dài từ tháng V tới tháng X, nhiệt độ trung bình tháng

là 27,5oC; tháng nóng nhất là tháng VI, nhiệt độ trung bình lên tới 30,7oC Lượng mưa

chiếm 85- 90% lượng mưa cả năm Cường độ mưa lớn, đặc biệt là từ tháng VI đến tháng IX có mưa lớn kèm theo lốc xoáy, lũ quét, gây ngập lụt các triền sông, làm hư hỏng nhiều công trình thủy lợi, gây nhiều thiệt hại cho nông nghiệp

Theo Niên giám thống kê tỉnh Hoà Bình năm 2010, tỉnh Hoà Bình có đặc trưng khí hậu như sau:

2.2.1 Nhiệt độ

Chế độ nhiệt ở Hoà Bình tương đối ổn định, nhiệt độ trung bình nhiều năm là 24,00C Biên độ nhiệt độ giao động giữa ngày và đêm các tháng trong năm thay đổi rất lớn Tháng nóng nhất là tháng VI nhiệt độ có thể lên tới 37 - 380C, tháng lạnh nhất thường vào tháng XII nhiệt độ có thể xuống dưới 100

C

Bảng 2.3 Nhiệt độ không khí (0

C) nhiều năm

Năm I II III IV V VI Tháng VII VIII IX X XI XII TB năm

Bảng 2.4 Độ ẩm không khí (%) nhiều năm

Năm I II III IV V VI VII VIII IX Tháng X XI XII TB năm

Nguồn: Niên giám thống kê tỉnh Hoà Bình năm 2010

Do đặc điểm địa hình, địa mạo nên đặc trưng khí có sự khác nhau về độ ẩm giữa các vùng và độ ẩm giữa các thời điểm trong năm Qua các số liệu thực đo ở một

số trạm điển hình cho thấy độ ẩm lớn nhất trung bình nhiều năm là 85,8 % vào tháng VIII, độ ẩm thấp nhất trung bình nhiều năm là 80,4% vào tháng XII

2.2.3 Bốc hơi

Lượng bốc hơi cao nhất thường vào tháng V, tháng VI Lượng bốc hơi thay đổi tương đối lớn hàng năm và phụ thuộc vào chế độ nắng, gió, lượng mưa… Tổng lượng bốc hơi trung bình nhiều năm: 806 mm/năm bằng khoảng 53% so với lượng mưa trung bình năm Lượng bốc hơi trong các tháng thuộc mùa khô cao hơn nhiều lần so với mùa

Bảng 2.5 Lượng bốc hơi (mm) các tháng trong năm

Bảng 2.6 Số giờ nắng các tháng trong năm

2.3 Đặc điểm tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình

2.3.1 Phân vùng đánh giá tài nguyên nước

2.3.1.1 Cơ sở và nguyên tắc phân vùng

Phân vùng, phân khu là cơ sở quan trọng và quyết định cho việc đánh giá khả năng hiện tại của hệ thống công trình, đồng thời để xây dựng các sơ đồ nghiên cứu tính toán cấp nước phù hợp với hiện tại và tương lai, nó cũng là cơ sở để xây dựng các phương án quy hoạch phát triển nguồn nước theo các lĩnh vực; làm cơ sở quyết định đúng cho đầu tư, nâng cấp, bổ sung mới theo các bước đi đúng đắn và phù hợp

- Nguyên tắc phân vùng, phân khu và tiểu khu:

+ Căn cứ vào đặc điểm tự nhiên, sự phân cắt của địa hình tạo nên các tiểu vùng

có tính độc lập tương đối được tạo thành các dòng sông hoặc được xác định bằng đường phân thủy

+ Căn cứ theo các hệ thống công trình khai thác, sử dụng tài nguyên nước có xem xét tới địa giới hành chính hoặc đơn vị quản lý hệ thống công trình

+ Căn cứ theo nhu cầu, đặc điểm sử dụng nguồn nước và nguồn cấp nước kể cả hướng tiêu thoát nước sau khi sử dụng

+ Căn cứ vào đặc điểm nguồn nước đến

2.3.1.2 Kết quả phân vùng đánh giá và tính toán tài nguyên nước

Dựa vào điều kiện địa hình, điều kiện KT - XH và các điều kiện về thủy văn, nguồn nước, tình hình phân bố dân cư, cơ sở hạ tầng và tập tục canh tác ở từng khu vực trong tỉnh Hòa Bình

Trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đó và để thuận lợi trong việc đánh giá nguồn nước cũng như nhu cầu sử dụng nước, luận văn chia vùng nghiên cứu thành 4 vùng cân bằng nước (theo 4 lưu vực sông) gồm 13 tiểu khu Danh mục chi tiết các xã huyện của mỗi lưu vực được thể hiện trong Bảng 2.7

a Lưu vực sông Đà

Đây là khu vực tập trung các hoạt động kinh tế chính của tỉnh bao gồm diện tích của toàn bộ huyện Đà Bắc, TP.Hòa Bình, Cao Phong và một số xã của các huyện Mai Châu, Tân Lạc và Kỳ Sơn.Căn cứ vào đặc điểm địa hình, nguồn nước, lưu vực sông

Đà được chia thành 5 tiểu khu:

+ Tiểu khu suối Nhạp: rộng 161 km2 bao trùm diện tích 7 xã của huyện Đà Bắc + Tiểu khu suối Trâm: rộng 215,5 km2 gồm 4 xã của huyện Đà Bắc

+ Tiểu khu suối Vàng: rộng 179,7 km2 gồm 10 xã của huyện Cao Phong

+ Tiểu khu Hồ Hòa Bình: rộng 611 km2 gồm 6 xã của huyện Đà Bắc, 2 xã của huyện Cao Phong, 6 xã của huyện Mai Châu, 2 xã của huyện Tân Tạc và 1 xã của TP Hòa Bình

+ Tiểu khu sông Đà: rộng 380,4 km2 gồm 3 xã của huyện Đà Bắc, 14 xã của TP Hòa Bình và 9 xã của huyện Kỳ Sơn

b Lưu vực sông Đáy

Bao gồm diện tích toàn bộ của các huyện Lương Sơn, Kim Bôi, Lạc Thủy và

một số xã của các huyện Kỳ Sơn, Yên Thủy Dựa vào đặc điểm phân bố nguồn nước lưu vực được chia thành 3 tiểu khu sau:

+ Tiểu khu sông Bùi: rộng 471,5 km2 gồm 20 xã của huyện Lương Sơn, 3 xã của huyện Lạc Thủy

+ Tiểu khu sông Bôi: rộng 806 km2 gồm 1 xã của huyện Kỳ Sơn, 28 xã của huyện Kim Bôi, 10 xã của huyện Lạc Thủy và 1 xã của huyện Yên Thủy

+ Tiểu khu sông Lạng: rộng 263,5 km2 gồm 10 xã của huyện Yên Thủy, 2 xã thuộc huyện Lạc Thủy

c Lưu vực sông Mã

Rộng 390,3 km2 gồm 17 xã thuộc huyện Mai Châu

d Lưu vực sông Bưởi

Gồm toàn bộ diện tích của huyện Lạc Sơn, và một số xã của các huyện Yên Thủy, Tân Lạc, Cao Phong Căn cứ vào đặc điểm địa hình, nguồn nước, lưu vực sông Bưởi được chia thành 4 tiểu khu:

+ Tiểu khu sông Trọng: rộng 350,8 km2 gồm 13 xã của huyện Tân Lạc, 5 xã của huyện Lạc Sơn

+ Tiểu khu suối Biềng: rộng 257,3 km2 gồm 9 xã của huyện Tân Lạc, 1 xã của huyện Cao Phong và 3 xã của huyện Lạc Sơn

+ Tiểu khu sông Cái: rộng 234,7 km2 gồm 9 xã của huyện Lạc Sơn, 1 xã thuộc huyện Yên Thủy

+ Tiểu khu sông Bưởi: rộng 296 km2 gồm 12 xã huyện Lạc Sơn, 2 xã thuộc huyện Yên Thủy

Bảng 2.7 Phạm vi hành chính các khu dùng nước tỉnh Hòa Bình

1 Khu suối Nhạp - HuyChum, Mường Chiềng, Giáp Đắt, Tân Pheo ện Đà Bắc: xã Đồng Nghê, Suối Nánh, Mường Tuồng, Đồng

2 Khu suối Trâm - Huyện Đà Bắc: xã Tân Minh, Đoàn Kết, Trung Thành, Cao Sơn

3 Khu suối Vàng - HuyPhong, Tân Phong, Đông Phong, Xuân Phong, Thu Phong, Bắc ện Cao Phong: xã Yên Lập, Dũng Phong, Nam Phong, Tây

Phong, thị trấn Cao Phong

4 Khu hồ Hòa Bình

- Huyện Đà Bắc: xã Đồng Ruộng, Yên Hòa, Tiên Phong, Vầy Nưa, Hiền Lương, Toàn Sơn;

- Huyện Cao Phong: xã Bình Thanh, Thung Nai

- Huyện Mai Châu: xã Tân Sơn, Phúc Sạn, Đồng Bảng, Ba Khan, Tân Mai, Tân Dân;

- Huyện Tân Lạc: xã Trung Hòa, Ngòi Hoa;

- Tp Hòa Bình: xã Thái Thịnh (Tp Hòa Bình)

- Huyện Kỳ Sơn: xã Hợp Thịnh, Phú Minh, Hợp Thành, Mông Hóa, Dân Hòa, Phúc Tiến, Dân Hạ, Yên Quang, thị trấn Kỳ Sơn

6 Khu sông Bùi

- Huyện Lương Sơn: xã Hòa Sơn, Tân Vinh, Lâm Sơn, Trường Sơn, Cao Răm, Hòa Hợp, Cư Yên, Nhuận Trạch, Liên Sơn, Thành Lập, Trung Sơn, Tiến Sơn, Tân Thành, Cao Dương, Hợp Châu, Long Sơn, Cao Thắng, Thanh Lương, Hợp Thanh, thị trấn Lương Sơn

- Huyện Lạc Thủy: xã Phú Thành, Thanh Nông, thị trấn Thanh Hà

7 Khu sông Bôi

- Huyện Kỳ Sơn: xã Độc Lập;

- Huyện Kim Bôi: xã Hùng Tiến, Bắc Sơn, Bình Sơn, Nật Sơn, Sơn Thủy, Đú Sáng, Tú Sơn, Vĩnh Tiến, Vĩnh Đồng, Đông Bắc, Thượng Tiến, Thượng Bì, Hạ Bì, Trung Bì, Lập Chiệng, Hợp Đồng, Hợp Kim, Kim Sơn, Kim Bình, Kim Bôi, Kim Tiến, Kim Truy, Nam Thượng, Sào Báy, Cuối Hạ, Nuông Dăm, Mỵ Hòa, thị

trấn Bo;

- Huyện Lạc Thủy: xã Cố Nghĩa, Đồng Tâm, Đồng Môn, Hưng Thi, Khoan Dụ, Yên Bồng, Lạc Long, Liên Hòa, Phú Lão, thị trấn Chi Nê;

- Huyện Yên Thủy: xã Lạc Hưng

8 Khu sông Lạng

- Huyện Yên Thủy: xã Hữu Lợi, Đoàn Kết, Bảo Hiệu, Yên Lạc,

Lạc Lương, Phú Lai, Yên Trị, Đa Phúc, Ngọc Lương, thị trấn Hàng Trạm;

- Huyện Lạc Thủy: An Bình, An Lạc

9 Khu sông Mã

- Huyện Mai Châu: xã Cun Pheo, Piềng Vế, Bao La, Xăm Khòe, Mai Hịch, Vạn Mai, Mai Hạ, Chiềng Châu, Nà Phòn, Nà Mèo, Tòng Đậu, Pà Cò, Hang Kia, Thung Khe, Pù Bin, Noong Luông,

thị trấn Mai Châu

10 Khu suối Biềng

- Huyện Tân Lạc: xã Tử Nê, Thanh Hối, Mỹ Hòa, Quy Hậu, Đông Lai, Mãn Đức, Ngọc Mỹ, Tuân Lộ, thị trấn Mường Khến;

- Huyện Cao Phong: xã Yên Thượng;

- Huyện Lạc Sơn: xã Văn Sơn, Xuất Hóa, Thượng Cốc

11 Khu sông Trọng

- Huyện Tân Lạc: xã Định Giáo, Phú Vinh, Quyết Chiến, Bắc Sơn,

Lỗ Sơn, Phú Cường, Nam Sơn, Ngổ Luông, Quy Mỹ, Do Nhân, Phong Phú, Gia Mô, Lũng Vân;

- Huyện Lạc Sơn: xã Phúc Tuy, Phú Lương, Chí Đạo, Chí Thiện, Định Cư

12 Khu sông Cái

- Huyện Lạc Sơn: xã Quý Hòa, Miền Đồi, Tuân Đạo, Tân Lập, Mỹ Thành, Văn Nghĩa, Nhân Nghĩa, Bình Hẻm, Yên Phú;

- Huyện Yên Thủy: xã Lạc Sỹ

TT Tên khu Ph ạm vi hành chính

13 Khu sông Bưởi

- Huyện Lạc Sơn: thị trấn Vụ Bản, xã Ngọc Sơn, Ngọc Lâu, Hương Nhượng, Liên Vũ, Vũ Lâm, Tân Mỹ, Ân Nghĩa, Yên Nghiệp, Bình Cảng, Bình Chân, Tự Do;

- Huyện Yên Thủy: xã Lạc Thịnh

Nguồn: Quy hoạch phân bổ và bảo vệ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình năm 2012

2.3.2 Đặc điểm tài nguyên nước mưa

2.3.2.1 Chế độ mưa

Nhìn chung vùng quy hoạch có lượng mưa trung bình năm ở mức trung bình vào khoảng 1.827mm/năm Theo số liệu quan trắc, biến động lượng mưa trong địa bàn tỉnh tương đối lớn, vào khoảng 713mm Vùng ít mưa nhất là Mường Chiềng (huyện

Đà Bắc) lượng mưa trung bình năm vùng này khoảng 1.443 mm; nơi có lượng mưa trung bình năm cao nhất là Kim Tiến (2.156 mm)

Bảng 2.8 Lượng mưa trung bình nhiều năm thời kỳ quan trắc

STT Tên tr ạm tính toán Th ời kỳ năm (mm) STT TB nhi ều Tên tr ạm tính toán Th ời kỳ năm (mm) TB nhi ều

2 Hòa Bình 1977-2010 1.836 9 Cao Phong 1977-2010 1.931

3 Kim Bôi 1977-2010 2.075 10 Kim Tiến 1977-2010 2.156

4 Lạc Sơn 1977-2010 1.984 11 Mường Chiềng 1977-2010 1.443

7 Ba Hàng Đồi 1977-2010 1.788

Nguồn: Quy hoạch phân bổ và bảo vệ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình năm 2012

Căn cứ vào số liệu thực đo tại các trạm thời kỳ thu thập được từ năm 1977 -

2010 có thể phân mùa mưa/mùa khô cho khu vực Hòa Bình như sau:

- Mùa mưa bắt đầu từ tháng V và kết thúc vào cuối tháng X, các tháng còn lại là mùa khô, mưa ít Lượng mưa mùa mưa chiếm tỷ trọng lớn so với lượng mưa cả năm (chiếm khoảng từ 75 - 85% tổng lượng mưa năm) Tháng mưa nhiều nhất thường là tháng VII và tháng VIII Kết quả quan trắc được ở Mường Chiềng là 2075,7 mm (tháng VIII năm 1989)

- Ngay sau mùa mưa là các tháng ít mưa, lượng mưa trung bình các tháng mùa khô rất nhỏ (đa số dưới 100 mm/tháng) Tháng ít mưa nhất thường là tháng XII, lượng mưa trung bình tháng này khoảng 9,8 - 25,2 mm/tháng Có những nơi hầu như cả tháng không có mưa Lượng mưa trong cả mùa khô chỉ chiếm khoảng 14 - 25% tổng lượng mưa năm

Số ngày mưa trong năm khoảng 110 - 180 ngày Tuỳ theo từng năm, lượng mưa

có biến động đáng kể so với giá trị trung bình năm Năm ít mưa nhất quan trắc được ở

Bao La là 647 mm (năm 1992) Năm mưa nhiều nhất của xuất hiện ở Cao Phong là

Qua phân tích cho thấy lượng mưa tỉnh Hòa Bình cũng phân phối không đều trong các tháng:

- Ngay trong mùa lũ, mưa tập trung nhiều vào 3 tháng VII , VIII, IX với lượng mưa trung bình 3 tháng đạt từ 787 – 1020 mm, chiếm 47 – 56% tổng lượng mưa trung bình năm, trong đó tháng mưa lớn nhất thường rơi vào tháng VIII với lượng mưa đạt

từ 286 – 358 mm/tháng, chiếm 16 – 24% tổng lượng mưa năm

- Tương tự, vào mùa khô, thời gian ít mưa tập trung chủ yếu vào 3 tháng từ tháng XII đến tháng II năm sau; lượng mưa của 3 tháng này chỉ đạt 2,1 - 4,2% tổng lượng mưa năm trong đó tháng XII có lượng mưa ít nhất, chỉ chiếm 0,6 - 1,2% tổng lượng mưa năm

Phân phối lượng mưa tháng trong năm và đặc trưng mưa tháng tỉnh Hòa Bình được thể hiện trong các Bảng 2.9 - 2.11

Bảng 2.9 Lượng mưa trung bình tháng, năm tại các trạm