Đánh giá tài nguyên nước hệ thống sông Cái Phan Rang và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý lưu vực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN BẢO TRIỀU ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC HỆ THỐNG SÔNG CÁI PHAN RANG VÀ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ QUẢN LÝ LƯU VỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã ngành: 60520320 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN BẢO TRIỀU ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC HỆ THỐNG SÔNG CÁI PHAN RANG VÀ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ QUẢN LÝ LƯU VỰC LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã ngành: 60520320 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VŨ VĂN NGHỊ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. VŨ VĂN NGHỊ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 25 tháng 4 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 GS.TSKH Nguyễn Trọng Cẩn Chủ tịch 2 TS. Trịnh Hoàng Ngạn Phản biện 1 3 TS. Nguyễn Xuân Trường Phản biện 2 4 TS. Thái Văn Nam Ủy viên 5 TS. Nguyễn Thị Hai Ủy viên, thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày 22 tháng 3 năm 2014 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Bảo Triều Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15/02/1982 Nơi sinh: Bình Thuận Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường MSHV: 1241810030 I- Tên đề tài: Đánh giá tài nguyên nước hệ thống sông cái Phan Rang và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý lưu vực. II- Nhiệm vụ và nội dung: - Nghiên cứu đặc điểm tự nhiên – kinh tế xã hội tác động đến sự hình thành dòng chảy và tài nguyên nước lưu vực sông Cái Phan Rang. - Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn FRASC cho lưu vực sông Cái Phan Rang nhằm mô phỏng dòng chảy theo các phương án thiết kế. - Đánh giá tiềm năng trữ lượng nước phân bố chi tiết theo không gian và thời gian: tính toán dòng chảy năm, dòng chảy mùa (lũ, kiệt), dòng chảy thiết kế theo các tần suất khác nhau (năm nhiều nước, năm nước trung bình và năm ít nước). - Xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên nước mặt tích hợp với công nghệ GIS (DatabaseGIS) bao gồm theo dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian (bản đồ) nhằm mang lại hiệu quả cho quản lý và khai thác nguồn tài nguyên này. III- Ngày giao nhiệm vụ: 07/08/2013 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/3/2014 V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Vũ Văn Nghị CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS. Vũ Văn Nghị i LỜI CAM ĐOAN Đề tài “ Đánh giá tài nguyên nước hệ thống sông cái Phan Rang và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý lưu vực” được xây dựng dựa trên các số liệu thống kê, các tài liệu, báo cáo từ các sở, ban ngành trong tỉnh Ninh Thuận và Công ty Nước và Môi trường Binh Minh và được cập nhật trên cơ sở khảo sát thực địa. Luận văn là công trình nghiên cứu của tác giả và là một nhánh của đề tài KH&CN “Nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước lưu vực sông Cái và khả năng đáp ứng cho nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội tỉnh Ninh Thuận đến năm 2020 và tầm nhìn 2030” do Vũ Văn Nghị làm chủ nhiệm; tài liệu và kết quả nghiên cứu được sự hướng dẫn và cho phép của Chủ nhiệm để trích dẫn và công bố. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện luận văn Nguyễn Bảo Triều ii LỜI CÁM ƠN Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy chương trình Cao học K.2012 - Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức hữu ích về ngành môi trường làm cơ sở để cho tôi thực hiện tốt luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và gửi lời biết ơn đến TS. Vũ Văn Nghị đã tận tình hướng dẫn cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn Tôi xin chân thành cám ơn của các đồng nghiệp tại Sở Tài nguyên và Môi trường Ninh Thuận, Công ty Nước và Môi trường Bình Minh đã ủng hộ, giúp đỡ, động viên tôi để hoàn thành luận văn này. Sau cùng, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học cũng như thực hiện luận văn. Chân thành cảm ơn tất cả! Học viên thực hiện luận văn Nguyễn Bảo Triều iii TÓM TẮT Tài nguyên nước lưu vực sông Cái Phan Rang đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Ninh Thuận. Trong bối cảnh nhu cầu khai thác sử dụng nước ngày càng tăng, quản lý khai thác và sử dụng bền vững nguồn nước lưu vực sông trở thành một yêu cầu cấp thiết. Để làm cơ sở khoa học cho vấn đề này, luận văn đã ứng dụng mô hình toán thủy văn FRASC đánh giá tài nguyên nước lưu vực sông Cái Phan Rang. Dựa vào các tiêu chí đánh giá như R 2 - hệ số hiệu quả mô hình, r - hệ số tương quan Pearson và Bias - sai số tổng lượng, kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cho thấy sự phù hợp giữa số liệu thực đo và mô phỏng, sau đó dòng chảy tại từng ô lưới với độ phân giải 30's được xác định cho toàn bộ lưu vực từ 1985-2011. Từ các dữ liệu trích xuất từ mô hình, tiềm năng nguồn nước sông Cái Phan Rang được đánh giá qua việc tính toán các đặc trưng dòng chảy như dòng chảy năm/mùa (lũ, kiệt) theo các tần suất thiết kế khác nhau: P=5% - năm nhiều nước, P=50% - năm nước trung và P=90% năm ít nước. Kết quả cho thấy tiềm năng tài nguyên nước lưu vực sông Cái thuộc loại khan hiếm, dòng chảy hàng năm có sự biến động lớn và phân bố không đều theo không-thời gian, đòi hỏi phải có các giải pháp điều phối hợp lý. Đồng thời, cơ sở dữ liệu tài nguyên nước tích hợp với công nghệ GIS bao gồm dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian đã được xây dựng, hỗ trợ hữu ích cho công tác quản lý tài nguyên nước trên lưu vực. iv ABTRACT Water resources on Cai Phan Rang river basin plays an important role for the socio-economic development of Ninh Thuan province. Under circumstance in increasing water demand of users the management, exploitation and sustainable use of this river system's water resources become urgently required issues. To solve these issues, as one of main contents the hydrological model FRASC was applied to simulate discharges on Cai Phan Rang river basin. Based on the criteria as R 2 - model efficiency coefficient, r - Pearson coefficient and Bias – overall volume error, results from model calibration and verification show the suitability between observational and simulated hydrographs, and then discharges anywhere on Cai Phan Rang river basin at 30' resolution were simulated from rainfall in the period 1985-2011. With the simulated discharges data from the model, water resources on Cai Phan Rang river was assessed by calculating hydrological characteristics, and discharges in various design years: P = 5% - wet year, P = 50% - average year and P = 90% - dry year. The results show that the potential water resources of Cai Phan Rang river basin is scarce and distributes unevenly in the space and time, and thus reasonable water allocation solutions should be given. In addition, the database (i.e. attribute data and spatial data) of water resources initially built up in combination with GIS technique have been built that support powerfully for the integrated management of Cai Phan Rang river basin. v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii TÓM TẮT iii ABTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC HÌNH x MỞ ĐẦU 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 2 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3 Đối tượng nghiên cứu 3 Phạm vi nghiên cứu 3 4. NỘI DUNG THỰC HIỆN 3 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4 Cách tiếp cận 4 Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng 5 6. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 6 Về lĩnh vực mô hình toán trong nghiên cứu tài nguyên nước 7 Ngoài nước 7 Trong nước 8 CHƯƠNG 1: MÔ TẢ LƯU VỰC SÔNG CÁI PHAN RANG 11 1.1. GIỚI THIỆU 11 1.2. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 11 1.2.1. Vị trí địa lý 11 1.2.2. Địa hình 11 1.2.3. Thổ nhưỡng 13 vi 1.2.4. Thảm thực vật 14 1.2.5. Khí tượng thủy văn 15 1.2.5.1. Khí tượng 15 1.2.5.2. Hệ thống sông ngòi 18 1.2.5.3. Chế độ dòng chảy 19 1.3. ĐIỀU KIỆN KINH TẾ XÃ HỘI 20 1.3.1. Dân số 20 1.3.2. Các hoạt động kinh tế 21 1.3.2.1. Công nghiệp 21 1.3.2.2. Nông nghiệp – lâm nghiệp – thủy sản 22 1.3.2.3. Du lịch dịch vụ 23 1.3.3. Cơ sở hạ tầng 24 1.3.3.1. Mạng lưới giao thông 24 1.3.3.2. Mạng lưới điện 25 1.4. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC 25 1.4.1. Công tác quản lý 25 1.4.2. Hiện trạng các công trình khai thác nguồn nước 26 1.5. KẾT LUẬN 29 CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC HỆ THỐNG SÔNG CÁI 30 2.1. GIỚI THIỆU 30 2.2. TÀI LIỆU TÍNH TOÁN 31 2.3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH FRASC MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY 31 2.3.1. Giới thiệu mô hình FRASC 31 2.3.1.1. Khái quát mô hình FRASC 31 2.3.1.2. Cấu trúc mô hình FRASC 32 2.3.1.3. Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính 34 2.3.2. Thiết lập mô hình FRASC cho lưu vực sông Cái Phan Rang 42 2.3.2.1. Xử lý số liệu đầu vào cho mô hình FRASC 42 2.3.2.2. Hiệu chỉnh mô hình 47 2.3.2.3. Kiểm định mô hình FRASC cho lưu vực sông Cái – Phan Rang 52 [...]... lai phục vụ công tác quản lý tổng hợp và sử dụng hợp lý tài nguyên nước lưu vực vẫn là vấn đề thời sự và rất cần thiết 2 Mục tiêu đề tài  Đánh giá tài nguyên nước hệ thống sông Cái Phan Rang theo các tần suất thiết kế và động thái của nó không gian và thời gian;  Thiết kế cơ sở dữ liệu về tài nguyên nước (DatabaseGIS) bao gồm dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian lưu vực sông Cái 3 3 Đối tượng và. .. tác động đến tài nguyên nước lưu vực: các công trình khai thác nguồn nước, các hộ sử dụng nước trên lưu vực; hiện trạng quản lý nhà nước về tài nguyên nước lưu vực sông Cái; Nội dung 3: Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn FRASC cho lưu vực sông Cái Phan Rang: phân tích và xử lý tài liệu GIS (Geograpical Information System – hệ thống thông tin địa lý) lưu vực sông Cái Phan Rang từ dữ liệu DEM (Digital... sách dữ liệu chưa có ở dạng số 78 Bảng 3.4 Danh sách thuộc tính của cac đối tượng trong cơ sở dữ liệu 78 Bảng 3.5 Mô tả về bảng dữ liệu khí tượng 84 Bảng 3.6 Mô tả về bảng dữ liệu thủy văn 85 Bảng 3.7 Các lớp đối tượng và thông tin mô tả trong cơ sở dữ liệu tài nguyên nước sông Cái Phan Rang 86 Bảng 3.8 Mô hình quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên nước sông Cái Phan Rang. .. nước lưu vực sông Cái Phan Rang cũng như tỉnh Ninh Thuận, tuy nhiên vấn đề khoa học công nghệ phục vụ nghiên cứu tài nguyên nước ngày càng phát triển và tiếp cận thực tế sản xuất tốt hơn, thêm vào đó cùng với sự phát triển kinh tế xã hội dẫn đến thay đổi chế độ dòng chảy và cơ cấu sử dụng nguồn nước trong lưu vực sông Cái Phan Rang; do đó, việc cập nhật nghiên cứu đánh giá về tài nguyên nước trên lưu vực. .. với hệ thống thông tin địa lý (GIS), phục vụ nghiên cứu tài nguyên nước ngày càng phát triển và tiếp cận thực tế sản xuất tốt hơn, thêm vào đó cùng với sự phát triển kinh tế xã hội dẫn đến thay đổi chế độ dòng chảy và cơ cấu sử dụng nguồn nước trong lưu vực sông Cái Phan Rang; nên việc cập nhật nghiên cứu đánh giá một cách đầy đủ về tài nguyên nước và nhu cầu về nước trên lưu vực của các hộ dùng nước. .. tích và xác định đối tượng 73 3.4.2 Khối lượng dữ liệu đưa vào cơ sở dữ liệu 77 3.5 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH DỮ LIỆU THUỘC TÍNH 78 3.6 MÔ HÌNH CSDL TÀI NGUYÊN NƯỚC SÔNG CÁI PHAN RANG 85 3.7 MÔ HÌNH QUẢN LÝ CSDL 92 3.8 LẬP TRÌNH PHẦN MỀM ỨNG DỤNG QUẢN LÝ CSDL 94 3.8.1 Giới thiệu thư viện lập trình ArcGIS Engine 94 3.8.2 Ứng dụng phần mềm quản lý CSDL tài nguyên nước sông Cái. .. kết quả nghiên cứu trong nước: tập trung phân tích, chọn lọc và kế thừa những kết quả đã nghiên cứu sử dụng cho đề tài, tạo nền tảng và điểm xuất phát thực hiện những phương pháp và công nghệ tính toán mới Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng Nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quản lý lưu vực sông Cái, các phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng chủ... tài và chuyển giao kết quả trên cơ sở sử dụng các phần mềm MapInfo, ArcView, ArcGIS [1][5][6][27] 6 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá tiềm năng nguồn nước là một trong những chuyên mục thiết yếu và cơ bản nhất đối với quản lý tổng hợp lưu vực và sử dụng hợp lý nguồn 7 nước hệ thống sông ngòi nói chung và hệ thống sông Cái Phan Rang nói riêng phục vụ phát triển bền vững kinh tế xã... 3: XÂY DỰNG CSDL TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CÁI PHAN RANG ……………………………………………………………….70 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 70 3.2 NGUỒN TÀI LIỆU 71 3.2.1 Tài liệu bản đồ 71 3.2.2 Số liệu đo đạc và quan trắc thủy văn 71 3.2.3 Dữ liệu kết quả mô phỏng dòng chảy lưu vực sông Cái Phan Rang 72 3.3 YÊU CẦU CHUNG VỀ XÂY DỰNG CSDL 72 3.4 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN... nghiên cứu đánh giá về tài nguyên nước trên lưu vực của các hộ dùng nước phục vụ công tác quản lý tổng hợp và sử dụng hợp lý tài nguyên nước lưu vực vẫn là vấn đề thời sự và rất cần thiết 11 CHƯƠNG 1: MÔ TẢ LƯU VỰC SÔNG CÁI PHAN RANG 1.1 Giới thiệu Lưu vực sông Cái Phan Rang nằm trong vùng khí hậu khô hạn nhất Việt Nam Dòng chảy trên lưu vực chịu tác động của nhiều nhân tố bao gồm các nhân tố tự nhiên . Đề tài “ Đánh giá tài nguyên nước hệ thống sông cái Phan Rang và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý lưu vực được xây dựng dựa trên các số liệu thống kê, các tài liệu, báo cáo từ các sở, . trường MSHV: 1241810030 I- Tên đề tài: Đánh giá tài nguyên nước hệ thống sông cái Phan Rang và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý lưu vực. II- Nhiệm vụ và nội dung: - Nghiên cứu đặc điểm. bảng dữ liệu thủy văn 85 Bảng 3.7 Các lớp đối tượng và thông tin mô tả trong cơ sở dữ liệu tài nguyên nước sông Cái Phan Rang 86 Bảng 3.8 Mô hình quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên nước sông Cái