Áp dụng mô hình WEAP tính toán cân bằng nước LVS trà khúc tỉnh quãng ngãi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG - THỦY VĂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ÁP DỤNG MÔ HÌNH WEAP TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC LVS TRÀ KHÚC - TỈNH QUẢNG NGÃI Sinh viên thực hiện: Ngụy Minh Hiển Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Tiến Quang Hà Nội, năm 2015 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC 11 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 11 1.1.1.Vị trí địa lý 11 1.1.2.Địa hình địa mạo 12 1.1.3.Đặc điểm khí hậu 14 1.1.4.Mạng lưới sông ngòi 20 1.1.5.Đặc điểm thủy văn 22 1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 26 1.2.1.Dân số lao động 26 1.2.2 Các ngành kinh tế 28 1.3 Hiện trạng tài nguyên nước lưu vực 28 1.3.1 Tài nguyên nước mưa 28 1.3.2.Tài nguyên nước mặt 29 1.3.3 Tài nguyên nước ngầm 30 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG 32 2.1 Khái niệm hệ thống nguồn nước cân nước hệ thống 32 2.2 Cơ sở xác định thứ tự ưu tiên chia sẻ, phân bổ tài nguyên nước 32 2.2.1.Cơ sở xác định thứ tự ưu tiên sử dụng nước 33 2.2.2.Thứ tự ưu tiên chia sẻ, phân bổ tài nguyên nước 34 2.3 Cơ sở lý thuyết hệ thống thông tin địa lý ArcGIS 34 2.4 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE – NAM 35 2.4.1.Giới thiệu mô hình MIKE – NAM 35 2.4.2.Các thông số mô hình cần hiệu chỉnh 36 2.4.3.Ứng dụng mô hình NAM lưu vực nghiên cứu 37 2.5 Giới thiệu mô hình WEAP 37 2.5.1.Tổng quan mô hình WEAP 37 2.5.2.Tiếp cận mô hình WEAP 39 2.5.3.Khả mô hình WEAP 39 2.5.4.Sử dụng mô hình WEAP 40 CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC 43 3.1 Phương pháp tiếp cận toán cân nước 43 3.2 Phân vùng tính cân nước 44 3.3 Tính toán dòng chảy đến tiểu lưu vực 48 3.3.1.Xác định tính diện tích tiểu lưu vực khu vực nghiên cứu 48 3.3.2.Xác đinh thông số mô hình cho lưu vực khu 50 3.4 Tính toán nhu cầu nước tiểu vùng 52 3.4.1.Xác định, nhận diện hộ ngành dùng nước 52 3.4.2.Nhu cầu nước cho sinh hoạt 53 3.4.3.Nhu cầu cấp nước cho nông nghiệp 54 3.4.4.Nhu cầu cấp nước cho công nghiệp 59 3.4.5.Nhu cầu cấp nước cho thủy sản 60 3.4.6.Nhu cầu cấp nước cho môi trường 61 3.5 Cân nước 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Nhiệt độ bình quân tháng, năm trạm khu vực[2] 15 Bảng 1.2: Số nắng bình quân tháng trung bình nhiều năm trạm thuộc khu vực nghiên cứu (giờ)[2] 15 Bảng 1.3: Lượng mưa trung bình tháng tỉ lệ so với lượng mưa số trạm thuộc khu vực nghiên cứu[3] 18 Đơn vị: mm 18 Bảng 1.4: Lượng mưa mùa lũ, mùa kiệt tỉ lệ so với lương mưa năm[3] 18 Đơn vị: mm 18 Bảng 1.5: Tỉ lệ % lượng mưa sinh lũ xuất tháng mùa mưa số trạm vùng[3] 19 Đơn vị: % 19 Bảng 1.6: Diện tích tưới HTTL Thạch Nham qua năm đến (ha) 21 Bảng 1.7: Danh sách trạm khí tượng thủy văn đo mưa LVS 24 Bảng 1.8: Một số đặc trưng dòng chảy trạm Sơn Giang thuộc lưu vực 24 sông Trà Khúc[3] 24 Bảng 1.9: Phân phối dòng chảy trạm Sơn Giang lưu vực 25 sông Trà Khúc[3] 25 Bảng 1.10: Đặc trưng lũ lớn LVS Trà Khúc 25 (1976-2001)[3] 25 Bảng 1.11: Dòng chảy nhỏ trạm Sơn Giang LVS Trà Khúc[2] 26 Bảng 1.12: Dân số đô thị, nông thôn LVS Trà Khúc (người) [1] 27 Bảng 1.13: Lượng mưa trung bình trạm LVS Trà Khúc[1] 29 Bảng 1.14: Đánh giá tài nguyên nước theo mô đuyn dòng chảy Mo[1] 30 Bảng 3.1: Các tiểu lưu vực LVS Trà Khúc thuộc tỉnh Quãng Ngãi 47 Bảng 3.2: Các trạm mưa trọng số mưa tính toán trình thông số hiệu chỉnh 49 Bảng 3.3: Thông số hiệu chỉnh 51 Bảng 3.4: Kết tính toán lưu lượng trung bình tháng,năm tiểu lưu vực (m3/s) 51 Bảng 3.5: Xác định hộ, ngành sử dụng nước tiểu lưu vực thuộc LVS Trà Khúc[7] 53 Bảng 3.6: Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt tỉnh Quảng Ngãi [7] 54 Bảng 3.7: Nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt phân theo LVS 54 Bảng 3.8: Diện tích tưới thượng lưu LVS Trà Khúc 55 Bảng 3.9: Diện tích tưới hạ lưu LVS Trà Khúc 55 Bảng 3.10: Mức tưới mặt ruộng vùng thượng hạ lưu LVS Trà Khúc [7] 57 Bảng 3.11: Nhu cầu sử dụng nước cho tưới nông nghiệp vùng thượng lưu 58 Bảng 3.12: Nhu cầu sử dụng nước cho tưới nông nghiệp vùng hạ lưu (m3/năm) 58 Bảng 3.13: Nhu cầu sử dụng nước ngành công nghiệp địa bàn tỉnh Quảng Ngãi 59 Bảng 3.14 : Nhu cầu nước cho thủy sản 60 Bảng 3.15: Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước ngành năm 2012 62 Bảng 3.16: Kết tính toán cân nước trạng năm 2012 (triệu m3) 65 Bảng 3.16: Kết tính toán cân nước trạng năm 2020 (triệu m3) 66 Bảng 3.17 : Kết tính toán cân nước kịch giai đoạn 2012-2020 (triệu m3) 69 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bản đồ LVS Trà Khúc tỉnh Quảng Ngãi 11 Hình 1.2: Bản đồ đẳng trị mưa năm tỉnh Quảng Ngãi[2] 17 Hình 1.3: Mạng lưới sông ngòi tỉnh Quảng Ngãi 20 Hình 1.4: Đập Thạch Nham LVS Trà Khúc 22 Hình 1.5: Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn Tỉnh Quảng Ngãi 23 Hình 2.1: Cấu trúc mô hình NAM[8] 36 Hình 2.2: Mô hình WEAP 38 Hình 3-1: Sơ đồ tính toán cân nước áp dụng cho LVS Trà Khúc[8] 43 Hình 3-2: Hướng dòng chảy mô hình dòng chảy hướng 45 Hình 3.3: Bản đồ số độ cao (DEM) khu vực tỉnh Quãng Ngãi 45 Hình 3.4: Phân vùng LVS Trà Khúc 46 Hình 3.5: Địa phận hành LVS Trà Khúc thuộc 47 tỉnh Quãng Ngãi 47 Hình 3.6: Hình vẽ phân chia tiểu LVS Trà Khúc 48 Hình 3.7: Xác định trọng số trạm mưa tiểu lưu vực phương pháp đa giác Thiessen 49 Hình 3.8: Kết hiệu chỉnh trạm Sơn Giang LVS Trà Khúc năm 2011 52 Hình 3.9: Kết hiệu chỉnh trạm Sơn Giang LVS Trà Khúc năm 2012 52 Hình 3.10: Giao diện lưu vực WEAP 63 Hình 3.11: Sơ đồ mô hình hóa tính toán cân nước 63 Hình 3.12: Thống kê thành phần xây dựng đưa vào mô hình toán cân nước trạng năm 2012 lưu vực sông Trà Khúc: Schematicview Data view 64 Hình 3.13 : Biểu đồ kết tính toán lượng nước thiếu giai đoạn 2012-2020 65 Hình 3.14: Xây dựng kịch tính toán cân nước theo kịch 67 Hình 3.15: Kịch gia tăng dân số 67 Hình 3.16: Kịch biến đổi khí hậu 68 Hình 3.17: Biểu đồ kết tính toán lượng nước thiếu qua kịch 68 DANH MỤC VIẾT TẮT DEM: Digital Elevation Model GIS: Hệ thống thông tin địa lý Geographic Imformation System HEC: Hydrologic Engineering Center HTTL: Hệ thống thủy lực KCN,CN: Khu công nghiệp, công nghiệp KTSD: Khai thác sử dụng MIKE: Bộ mô hình thủy lực thủy văn lưu vực Viện Thủy lực Đan Mạch NAM: Bộ mô hình thủy lực thủy văn lưu vực Viện Thủy lực Đan Mạch LVS: Lưu vực sông WEAP: Mô hình hệ thống đánh giá phát triển nguồn nước (Water Evaluation and Planning System) MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nước nguồn tài nguyên vô quan trọng thiết yếu cho phát triển kinh tế xã hội người hệ sinh thái môi trường Tuy nhiên thập niên gần gia tăng dân số trình đô thị hóa công nghiệp hóa tác động mạnh mẽ làm suy thoái nguồn tài nguyên nước LVS, khiến tình trạng thiếu nước trở nên trầm trọng nhiều giới có nước ta Từ đòi hỏi nước cần có biện pháp phương thức khai thác sử dụng, quản lý bảo vệ nguồn tài nguyên đảm bảo tài nguyên nước LVS chống suy thoái cạn kiệt Trà Khúc LVS lớn tỉnh Quảng Ngãi LVS lớn vùng ven biển miền Trung Trung Bộ nước ta Sông Trà Khúc có tiềm nguồn nước phong phú với mô đuyn dòng chảy nhiều năm M0 lưu vực đạt 70 l/s.km2 Nhưng tồn khai thác sử dụng bảo vệ nguồn nước khiến nguồn nước sông khu vực lưu đoạn sông chảy qua Thành phố Quảng Ngãi đến cửa sông bị suy thoái cạn kiệt tương đối nghiêm trọng thời gian mùa kiệt Hơn nữa, việc nắng nóng kéo dài, biến đổi khí hậu thiên tai….càng làm cho tài nguyên nước lưu vực ngày suy thoái cạn kiệt kéo dài tương lai gây đứt dòng giải pháp giải kịp thời Tình trạng gây tác động tiêu cực đến tài nguyên khác, làm suy thoái hệ sinh thái môi trường dòng sông gây khó khăn cho dân cư vùng khu vực hạ lưu LVS Trà Khúc vùng kinh tế nông lâm nghiệp phát triển, có nhiều cụm công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, có nhiều loại công nghiệp ngắn ngày… thực trạng thiếu nước, hạn hán, khai thác tài nguyên lưu vực mức xuất nhiều điểm ô nhiễm ảnh hưởng đến nguồn nước Đặc biệt việc phân bổ nguồn tài nguyên nước lưu vực chưa quan tâm cách mức, xung đột sử dụng nước ngành nghề nông nghiệp, công nghiệp, du lịch, sinh hoạt,… Chính vậy, cần có đánh giá mức tài nguyên nước lưu vực phân bổ nguồn tài nguyên nước mùa kiệt lưu vực nhiệm vụ quan trọng để đảm bảo nguồn nước lưu vực khai thác, sử dụng cách hợp lý, hướng đến phát triển bền vững nguồn tài nguyên nước LVS Trà Khúc WEAP công cụ mô định lượng cho việc quản lý tổng hợp tài nguyên nước máy tính có nhiều chức đồ hoạ, cung cấp khung phân tích sách tài nguyên nước tổng quát, linh hoạt, dễ sử dụng WEAP giúp mô phỏng, dự báo phân tích sách nước với việc theo dõi số cung cầu, lưu lượng, dòng chảy, trữ lượng, phát sinh, xử lý xả thải ô nhiễm, giúp đánh giá loạt phương án phát triển quản lý nước khác nhau, tính đến nhiều hệ thống khác có sử dụng chung nguồn nước Hiện việc kết hợp WEAP với mô hình thuỷ văn sử dụng nhiều giới nước ta Việc ứng dụng mô hình WEAP nước ta có số nghiên cứu : Nghiên cứu áp dụng mô hình WEAP tính cân nước LVS Vệ kỹ sư Nguyễn Ngọc Hà; Ứng dụng mô hình WEAP tính toán cân nước địa bàn huyện Lạc Dương - tỉnh Lâm Đồng (Bùi Thị Ninh nnk, 2008) Đã nghiên cứu, phân tích tổng quan cân nước hệ thống, ý nghĩa việc nghiên cứu tính toán cân nước; tình hình nghiên cứu tính toán cân nước Việt Nam giới Xem xét vấn đề liên quan đến nguồn nước LVS Mô hình WEAP cho thấy khả ứng dụng tốt toán cân nước, khả xây dựng kịch nhanh chóng trực quan Do vậy, nghiên cứu ứng dụng mô hình WEAP tính toán cân nước LVS Trà Khúc cần thiết, vừa mang tính khoa học thực tiễn đề xuất thực Tính toán cân nước nhằm mục đích xác định vùng, lưu vực hay phân khu, tiểu lưu vực có đủ nước, thừa nước hay thiếu nước Hay không điều kiện phát triển tài nguyên nước khác trường hợp bình thường hay hạn hán đến với phương án khai thác sử dụng khác Với mục tiêu nghiên cứu hệ thống quy hoạch đánh giá nguồn nước tính toán cân sử dụng nước LVS ứng dung chuyên ngành thuỷ văn nhằm củng cố kiến thức môn học lớp kỹ tìm hiểu, nghiên cứu, phân tích tài liệu Xuất phát từ yêu cầu thực tế mục đích đề em lựa chọn đề tài: Áp dụng mô hình WEAP tính toán cân nước LVS Trà Khúc - tỉnh Quãng Ngãi Mục tiêu đề tài Tính toán cân nước cụ thể nghiên cứu áp dụng mô hình WEAP tính toán cân nước LVS Trà Khúc tỉnh Quảng Ngãi Giới hạn, phạm vi nghiên cứu Phân vùng tính toán cân nước LVS Trà Khúc, tỉnh Quảng Ngãi Nội dung đề tài Khảo sát, điều tra thu thâp thông tin liệu số liệu tổng quan LVS Trà Khúc Xác định trạng phân bố tài nguyên nước Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý G.I.S cụ thể phầm mềm HEC – GEO HMS để phân vùng tài nguyên nước lưu vực Tính toán khôi phục số liệu dòng chảy nhu cầu nước tiểu lưu vực Tính toán cân nước lưu vực nghiên cứu Kiến nghị khả khai thác sử dụng tài nguyên nước lưu vực để đảm bảo phát triển bền vững Kết cấu đề tài Chương I Tổng quan LVS Trà Khúc Chương II Tổng quan cân nước hệ thống Chương III Cân nước LVS Trà Khúc Phương pháp nghiên cứu 6.1 Phương pháp kế thừa: Áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học công nghệ có giới nước Áp dụng phương pháp đánh giá tính dễ tổn thương tài nguyên nước UNEP (Tổ chức môi trường giới) kết nghiên cứu áp dụng phương pháp đánh giá cho khu vực khác giới như: Khu vực Tây Á Nam Á, LVS Mekong… 6.2 Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập tổng hợp tài liệu có liên quan điều kiện tự nhiên, thủy văn, môi trường, phát triển kinh tế - xã hội từ xử lý liệu có Xem lại kết nghiên cứu, thống kê địa phương lưu vực Tìm kiếm thông tin internet lưu trữ thư viện 6.3 Phương pháp thống kê: Thu thập tổng hợp tài liệu liên quan đến đề tài về: điều kiện tự nhiên, thủy văn, hồ chứa, mô hình ứng dụng đề tài 6.4 Phương pháp mô hình toán: Mô hình ArcGIS cụ thể công cụ phân vùng HEC-GEO HMS Mô hình MIKE - NAM Mô hình WEAP 10 [...]... vực Tìm kiếm thông tin trên internet hoặc lưu trữ thư viện 6.3 Phương pháp thống kê: Thu thập tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài về: điều kiện tự nhiên, thủy văn, hồ chứa, và các mô hình ứng dụng trong đề tài 6.4 Phương pháp mô hình toán: Mô hình ArcGIS cụ thể là công cụ phân vùng HEC-GEO HMS Mô hình MIKE - NAM Mô hình WEAP 10 .. .nước ngọt của UNEP (Tổ chức môi trường thế giới) và các kết quả nghiên cứu áp dụng của phương pháp này đã đánh giá cho các khu vực khác trên thế giới như: Khu vực Tây Á và Nam Á, LVS Mekong… 6.2 Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập và tổng hợp các tài liệu hiện có liên quan như điều kiện tự nhiên, thủy văn, môi trường, phát triển kinh tế - xã hội từ đó