Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến khả năng khai thác và sử dụng tổng hợp tài nguyên nước cho hệ thống hồ chứa cửa đạt

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin với việc ứng dụng các phần mềm tiên tiến đã giúp ích rất nhiều cho con người trong việc theo dõi, nghiên cứu, khai thác và sử dụng n

M ỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

BẢN CAM KẾT ii

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH x

PHẦN MỞ ĐẦU 1

I Tính cấp thiết của đề tài 1

II Mục đích của Đề tài 2

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

IV Kết quả đạt được 4

V Nội dung luận văn 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 5

1.1.1 Các nghiên cứu liên quan dưới tác động của BĐKH 5

1.1.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan đã được ứng dụng trong nước 8

1.1.3 Các mô hình đã được ứng dụng trong tính toán cân bằng nước 11

1.1.4 Lựa chọn và giới thiệu mô hình 22

1.1.4.1 Lựa chọn mô hình 22

1.1.4.2 Giới thiệu mô hình WEAP 23

1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 28

1.2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 28

1.2.2 Đặc điểm địa hình 29

1.2.3 Đặc điểm khí tượng, thủy văn 30

1.2.4 Hiện trạng hệ thống thủy lợi, hiện trạng phát triển KT-XH trong khu vực 35

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU TRONG THỜI KÌ 1980-1999 42

2.1 Phân vùng cân bằng nước 42

2.1.1 Nguyên tắc phân vùng tính toán cân bằng nước 42

2.1.2 Phân vùng cân bằng nước cho khu vực 43

2.2 Tính toán dòng chảy đến khu vực 46

2.3 Tính toán nhu cầu dùng nước trong khu vực 46

2.3.1 Hiện trạng các đối tượng sử dụng nước 46

2.3.1.1 Nông nghiệp 46

2.3.1.2 Chăn nuôi 47

2.3.1.3 Công nghiệp 47

2.3.1.4 Sinh hoạt 47

2.3.1.5 Thủy sản 48

2.3.1.6 Môi trường 48

2.3.2 Tính toán nhu cầu nước cho các ngành 49

2.3.2.1 Nông nghiệp 49

2.3.2.2 Chăn nuôi 63

2.3.2.3 Công nghiệp 64

2.3.2.4 Sinh hoạt 64

2.3.2.5 Thủy sản 65

2.3.2.6 Môi trường 65

2.3.3 Kết quả tính toán nhu cầu nước cho khu vực 65

2.4 Tính toán cân bằng nước cho khu vực năm 2013 66

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CÂN BẰNG NƯỚC CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA CỬA ĐẠT GIAI ĐOẠN 2020 VÀ 2030 70

3.1 Các kịch bản BĐKH 70

3.2 Kịch bản BĐKH B2 70

3.2.1 Kịch bản về nhiệt độ 70

3.2.2 Kịch bản về lượng mưa 72

3.3 Tính toán cân bằng nước cho khu vực trong tương lai 73

3.3.1 Sự phát triển của các đối tượng dùng nước trong tương lai 73

3.3.2 Tính toán nguồn nước đến dưới ảnh hưởng của BĐKH trong điều kiện phát triển kinh tế: 78

3.3.2.1 Ảnh hưởng của BĐKH đến tài nguyên nước 78

3.3.2.2 Xu thế nguồn nước đến trong tương lai 81

3.3.3 Tính toán và kết quả nhu cầu nước nước cho các ngành trong khu vực trong tương lai 83

3.3.4 Tính toán cân bằng nước cho khu vực trong tương lai 85

3.4 Xây dựng bản đồ nhu cầu nước các ngành năm 2013, 2020, 2030 88

CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG ÁN KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TRONG ĐIỀU KIỆN PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA NƯỚC CỬA ĐẠT 91

4.1 Cơ sở đề xuất các giải pháp khai thác và sử dụng nguồn nước: 91

4.1.1 Mục tiêu khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên nước 91

4.1.2 Cơ sở xác định ưu tiên trong sử dụng tài nguyên nước 91

4.2 Các phương án khai thác và sử dụng nguồn nước: 94

4.2.1 Cơ sở, nguyên tắc đề xuất các phương án khai thác và sử dụng nguồn nước 94

4.2.2 Đề xuất các phương án khai thác và sử dụng nguồn nước 111

4.3 Tính toán cân bằng nước theo các phương án đề xuất 112

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 120

5.1 Kết luận 120

5.2 Kiến nghị 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

DANH M ỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Th ứ tự Ch ữ viết tắt Ý nghĩa

3 KTCTTL Khai thác công trình thủy lợi

5 NN&PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn

1-3 Lượng bốc hơi trung bình theo tháng năm 2013 tại trạm Cửa Đạt 33

1-4 Tốc độ gió trung bình, lớn nhất theo tháng năm 2013 tại trạm Cửa

1-5 Số giờ nắng trung bình tháng năm 2013 tại trạm Cửa Đạt 33 1-6 Lượng mưa trung bình theo tháng năm 2013 tại hồ Cửa Đạt 34

2-1 Lưu lượng dòng chảy P=75% theo tháng đến khu vực 46

2-6 Bảng thống kê chọn mô hình mưa đại diện từng vụ trạm Cửa Đạt 50 2-7 Bảng tổng hợp mưa theo tháng thiết kế (P=85%) tại trạm Cửa Đạt 51 2-8 Bảng tổng hợp mưa theo tháng thiết kế (P=85%) trạm Như Xuân 52

2-12 Tiêu chuẩn cấp nước cho sinh hoạt 65 2-13 Nhu cầu nước theo tháng các ngành trong khu vực 66 2-14 Sự thiếu hụt nước các ngành trong khu vực 69

3-1 Mức tăng nhiệt độ trung bình (°C) so với thời kỳ 1980-1999 ở vùng

nghiên cứu theo kịch bản phát thải trung bình B2 71

3-2 Nhiệt độ ở Cửa Đạt các năm trong tương lai theo kịch bản B2 (°C) 71

3-3 Mức thay đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ 1980-1999 ở vùng

nghiên cứu theo kịch bản phát thải trung bình (B2) 72

3-4 Lượng mưa thiết kế tương lai theo kịch bản B2 tại hồ Cửa Đạt 72 3-5 Dự báo diện tích nông nghiệp trong khu vực năm 2020 73 3-6 Dự báo diện tích nông nghiệp trong khu vực năm 2030 74

3-7 Dự báo sự phát triển và nhu cầu nước cho công nghiệp trong khu vực

3-10 Dự báo sự phát triển chăn nuôi các vùng năm 2020 76 3-11 Dự báo sự phát triển chăn nuôi các vùng năm 2030 77 3-12 Dự báo diện tích thủy sản các vùng đến 2020 77 3-13 Dự báo diện tích thủy sản các vùng đến 2030 78

3-16 Nhu cầu nước các ngành trong khu vực năm 2020 83 3-17 Nhu cầu nước các ngành trong khu vực năm 2030 83 3-18 Sự thiếu hụt nước các ngành trong khu vực năm 2020 85

3-19 Sự thiếu hụt nước các ngành trong khu vực năm 2030 86 4-1 Tỷ lệ % lượng nước sử dụng của các ngành 2020 97 4-2 Tỷ lệ % lượng nước sử dụng của các ngành 2030 97

4-3 Sự thiếu hụt nước bình quân tháng của các ngành năm 2020 và 2030

4-4 Diện tích nông nghiệp theo giả thiết 1 phương án 2 năm 2020 113 4-5 Diện tích nông nghiệp theo giả thiết 1 phương án 2 năm 2030 114

4-6 Sự thiếu hụt nước trong năm 2020 của hệ thống khi sử dụng phương

DANH M ỤC CÁC HÌNH

1-1 Vị trí hồ chứa Cửa Đạt và khu vực nghiên cứu 29

2-1 Bản đồ phân vùng cân bằng nước khu vực nghiên cứu 44 2-2 Bản đồ phân vùng các ngành trong khu vực 45 2-3 Mức tưới cho lúa chiêm khu vực Bắc sông Chu 58 2-4 Mức tưới cho lúa mùa khu vực Bắc sông Chu 58 2-5 Mức tưới cho ngô chiêm khu vực Bắc sông Chu 59 2-6 Mức tưới cho ngô mùa khu vực Bắc sông Chu 59

2-8 Mức tưới cho lúa chiêm khu vực Nam sông Chu 60

2-10 Mức tưới cho ngô chiêm khu vực Nam sông Chu 61

2-12 Mức tưới cho ngô đông khu vực Nam sông Chu 62

3-1 Sự thay đổi nhu cầu nước các ngành trong giai đoạn 2013-2030 84 3-2 Sự phát triển các ngành trong giai đoạn 2014-2030 so với 2013 86 3-3 Sự thiếu hụt nước các ngành trong hệ thống năm 2020 87 3-4 Sự thiếu hụt nước các ngành trong hệ thống năm 2030 87 3-5 Bản đồ nhu cầu sử dụng nước các ngành năm 2013 89 3-6 Bản đồ nhu cầu sử dụng nước các ngành năm 2020 89 3-7 Bản đồ nhu cầu sử dụng nước các ngành năm 2030 80

4-1 Sự thay đổi nhu cầu nước của phương án nâng cấp HTTL với trường

4-2 Sự thay đổi nhu cầu nước của phương án chuyển đổi cơ cấu cây

trồng theo giả thiết 1 với trường hợp không sử dụng phương án 115

4-3 Sự thiếu hụt nước trong năm 2030 của khu vực khi sử dụng phương

4-4 Sự thay đổi nhu cầu nước của phương án chuyển đổi cơ cấu cây

trồng theo giả thiết 2 với trường hợp không sử dụng phương án 118

PH ẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Biến đổi khí hậu (BĐKH) đã và đang trở thành một trong những vấn đề đáng được quan tâm nhất thế giới trong giai đoạn hiện nay Nó ảnh hưởng nghiêm trọng

và tiêu cực đến mọi mặt của cuộc sống trên toàn thế giới đặc biệt là trong sản xuất nông nghiệp Với vị trí địa lý và có 3 mặt giáp biển thì Việt Nam là 1 trong những nước chịu tác động nặng nề nhất do BĐKH gây ra Hiện nay, có rất ít nghiên cứu về ảnh hưởng của BĐKH tới hệ thống thuỷ lợi nói chung và hệ thống tưới nói riêng, đặc biệt là khu vực tỉnh Thanh Hóa, một trong những tỉnh có nền sản xuất nông nghiệp là chủ yếu

Hệ thống hồ chứa nước Cửa Đạt là một hồ chứa lớn được xây dựng trên thượng nguồn sông Chu ( là phụ lưu lớn nhất của sông Mã) tại vị trí thuộc Xã Xuân

Mỹ, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa được khởi công xây dựng vào 2/2/2004,

chặn dòng 2/12/2006 và hoàn thành năm 2009 Đây là một hồ chứa lớn khai thác

tổng hợp nguồn nước sông Chu phục vụ cho các yêu cầu phát triển 1 vùng rộng lớn lưu vực sông Chu và hạ lưu sông Mã, tỉnh Thanh Hóa Mặc dù có nhiều tiềm năng

để phát triển kinh tế - văn hoá - xã hội, song nền kinh tế nơi đây còn gặp nhiều khó khăn do chịu ảnh hưởng các diễn biến thiên tai tự nhiên như BĐKH và những ảnh hưởng liên quan đến dòng chảy như ngập lụt, lũ quét, khô hạn làm cản trở tới quá trình phát triển KT-XH Ngoài ra, với dân số khá đông ( khoảng 2 triệu người), diện tích lớn khoảng 3.000 km2, những năm gần đây vùng được hưởng lợi từ hồ chứa nước Cửa Đạt đang đẩy mạnh phát triển các ngành kinh tế với tốc độ nhanh như đang hình thành nhiều các khu công nghiệp, các khu dân cư, thủy sản, dịch vụ…vì thế nhu cầu cung cấp nước cho các ngành dùng nước trong khu vực đang được các ngành các cấp hết sức quan tâm Để ổn định đời sống của người dân, đảm bảo phát triển bền vững trong khu vực, việc tìm ra các giải pháp khai thác, sử dụng tổng hợp

nguồn nước hệ thống hồ chứa Cửa Đạt dưới tác động của BĐKH trong điều kiện phát KT-XH đã trở thành vấn đề thực tế cấp bách

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin với việc ứng dụng các phần mềm tiên tiến đã giúp ích rất nhiều cho con người trong việc theo dõi, nghiên cứu, khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên nước Trong đó GIS và WEAP

là 1 công cụ rất hiệu quả trong lĩnh vực này

Vì vậy trong luận văn này tôi muốn nghiên cứu đến vấn đề đó thông qua đề tài: “ Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đến khả năng khai thác và sử dụng tổng hợp tài nguyên nước cho hệ thống hồ chứa Cửa Đạt” nhằm giúp cho các nhà quản lý có 1 cách nhìn tổng thể để đưa ra những chính sách và sử dụng tổng hợp nguồn nước cho các ngành trong toàn hệ thống

II Mục đích của Đề tài

Mục đích chính của đề tài là ứng dụng mô hình Weap và ArcGis để nghiên cứu tác động của BĐKH đến khả năng khai thác và sử dụng tổng hợp tài nguyên nước cho hệ thống hồ chứa Cửa Đạt

Mục tiêu cụ thể:

- Phân tích, đánh giá hiện trạng nguồn nước đến và tính toán nhu cầu sử dụng nước giai đoạn 1980-1999 và dự báo trong tương lai, tính toán cân bằng nước cho khu vực nghiên cứu dưới tác động của BĐKH trong điều kiện phát triển KT-XH giai đoạn năm 2020 và 2030

- Đề xuất các phương án khai thác để nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước trong tương lai

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

• Cách tiếp cận

- Tiếp cận kế thừa: Trên cơ sở 1 số kết quả nghiên cứu đã có dự kiến kế thừa

và ứng dụng để đạt được mục tiêu đề tài

- Tiếp cận thực tiễn: Tiến hành khảo sát, thu thập số liệu liên quan để nắm rõ chi tiết hiện trạng và định hướng phát triển KT-XH và hiện trạng hệ thống công trình khai thác sử dụng nguồn nước Dựa trên tình hình thực tế để đánh giá và là cơ

sở đưa ra các kiến nghị đề xuất phát triển và khắc phục thiếu sót trong sử dụng tổng hợp nguồn nước

- Tiếp cận các phương pháp, công cụ hiện đại trong nghiên cứu: Để đạt được mục tiêu đề tài, các công cụ hiện đại là các mô hình, phần mềm như: CropWat để tính toán nhu cầu nước cho nông nghiệp, NAM để tính toán dòng chảy đến, Weap được ứng dụng trong tính toán cân bằng nước, ArcGIS để xây dựng các bản đồ cần thiết

• Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp kế thừa: Dự kiến áp dụng các sản phẩm khoa học và công nghệ, hoặc các số liệu từ những nghiên cứu trước đã có nhằm giảm bớt khối lượng công việc trong quá trình điều tra, thu thập

- Phương pháp điều tra, thu thập: Thu thập các tài liệu, thông tin về chiến lược phát triển các ngành, hiện trạng sử dụng tài nguyên nước, hiện trạng các công trình thủy lợi hiện có để có cơ sở phân tích và tổng quan tình hình khu vực nghiên cứu

- Phương pháp chuyên gia: Dựa trên các chuyên gia nghiên cứu các vấn đề liên quan, xin ý kiến hoặc tham gia đóng góp để giải quyết các vấn đề liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu

- Phương pháp thống kê nhằm phân tích, đánh giá các số liệu đã có: Thống

kê, phân tích và thu nhập các số liệu, sử dụng các công cụ trong việc phân tích để đạt được các số liệu và thông tin chính xác về tình hình địa chất, thủy văn trong khu vực

- Phương pháp ứng dụng các mô hình hiện đại: Ứng dụng các mô hình tính toán thủy văn, thủy lực, phân phối nước

IV Kết quả đạt được

- Phân tích, đánh giá tổng quan tài nguyên nước trong hệ thống thủy lợi hồ Cửa Đạt

- Tính toán nhu cầu nước cho nông nghiệp và các ngành kinh tế khác trong

hệ thống thủy lợi hồ chứa Cửa Đạt có xét đến tác động của BĐKH trong điều kiện phát triển KT-XH giai đoạn năm 2020 và 2030

- Tính toán cân bằng nước cho hệ thống hồ chứa Cửa Đạt dưới tác động của BĐKH trong điều kiện phát triển KT-XH Xây dựng bản đồ nhu cầu sử dụng nước trong hệ thống các giai đoạn 2013; 2020; 2030

- Đề xuất được các phương án khai thác và sử dụng nguồn nước mặt cho hệ thống hồ chứa Cửa Đạt dưới tác động của BĐKH trong điều kiện phát triển KTXH

V Nội dung luận văn

Ngoài phần mở đầu Luận văn gồm 5 chương:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU TRONG THỜI KÌ 1980-1999

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CÂN BẰNG NƯỚC CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA CỬA ĐẠT GIAI ĐOẠN 2020

VÀ 2030

CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG ÁN KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TRONG ĐIỀU KIỆN PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI CHO HỆ THỐNG HỒ

CH ỨA NƯỚC CỬA ĐẠT

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ KHU

V ỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

1.1.1 Các nghiên cứu liên quan dưới tác động của BĐKH

BĐKH thực sự đã tác động và ảnh hưởng trực tiếp đến việc quản lý, khai thác và sử dụng tổng hợp nguồn nước, đây sẽ là thách thức rất lớn đối với các nhà quản lý quy hoạch và phát triển tài nguyên nước không chỉ hiện nay mà còn trong tương lai Trong những năm gần đây một số nhà khoa học đã quan tâm và nghiên cứu về diễn biến của BĐKH mà nguyên nhân là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính BĐKH ảnh hưởng đến sự thay đổi lượng mưa và nhiệt độ không khí trung bình trong ba thập kỷ qua có sự thay đổi lớn Cụ thể, nghiên cứu đã chỉ ra trong ba thập niên tới tại Hàn Quốc lượng mưa tại các lưu vực nhỏ sẽ tăng từ 6.6% đến 9.3%, và nhiệt độ không khí có xu hướng tăng thêm từ 0.80C đến 3.20C (Bae D.H et al., 2011) Đối với Việt Nam trong năm thập niên qua (1958 – 2007) nhiệt độ trong bình đã tăng lên vào khoảng 0.50C đến 0.70C (MORE., 2009) Một vài nghiên cứu cũng đã chỉ ra sự biến đổi của các yếu tố và hiện tượng khí hậu cực đoan như nhiệt độ cực đại trên toàn Việt Nam nhìn chung có xu thế tăng, điển hình

là vùng Tây Bắc và vùng Bắc Trung Bộ Lượng mưa ngày cực đại tăng lên ở hầu hết các vùng khí hậu, nhất là trong những năm gần đây Số ngày mưa lớn cũng có

xu thế tăng lên tương ứng và biến động mạnh, nhất là ở khu vực Miền Trung (Tan

et al., 2011) Ngoài ra, kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra khí hậu nửa đầu thế kỷ 21 cũng cho thấy nhiệt độ không khí trung bình của Việt Nam sẽ tăng lên đáng kể, có thể lên tới 0.3ºC/thập kỷ Lượng mưa cũng có xu thế tăng lên trên hầu hết các vùng khí hậu, đặc biệt là dải ven biển Miền Trung (Thanh, et al., 2013)

Thêm vào đó, một vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng BĐKH có ảnh hưởng khác nhau tại các vùng trên thế giới như tại Châu Âu nhiệt độ trung bình năm có xu hướng tăng nhiều hơn so với nhiệt độ trung bình toàn cầu, kết quả cũng chỉ ra nhiệt

độ tăng mạnh nhất vào mùa hè vùng Địa Trung Hải nhưng lượng mưa lại có xu hướng giảm dần trong thời gian này (Christensen et al., 2007) Ngoài ra, tác động của BĐKH đã ảnh trực tiếp đến chế độ thủy văn và dòng chảy mặt của lưu vực được thể hiện qua một số kết quả nghiên cứu (Lee et al, 2010; Shon et al., 2010) Ngoài

ra một vài nghiên cứu chỉ ra rằng sản xuất lương thực đang và sẽ gặp nhiều rủi ro vì những tác động của hiện tượng BĐKH (Dasgupta S., et al., 2007; HLC, 2008)

Bên cạnh đó, các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng nguyên nhân của BĐKH là do

tự nhiên và chủ yếu là do tác động của con người và BĐKH gây nên hiện tượng trái đất nóng lên và kéo theo nhiều hậu quả khác như nước biển dâng, hiện tượng El-Nino hoạt động mạnh lên cả về cường độ và tần suất Trong thế kỉ 20, nhiệt độ trung bình của không khí gần mặt đất đã tăng 0,6 ± 0,2 °C Theo báo cáo của Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA), nhiệt độ trung bình của Trái đất ở cuối thế kỉ 19 đã tăng +0,8 °C và thế kỉ 20 tăng 0,6 ± 0,2 °C Các dự án mô hình khí hậu của Ủy ban Liên chính phủ về BĐKH (IPCC) chỉ ra rằng nhiệt độ bề mặt Trái Đất sẽ có thể tăng 1,1 đến 6,4 °C trong suốt thế kỷ 21 Tình trạng ấm dần lên của trái đất tác động lớn đến thời tiết Nhiệt độ tăng khiến băng ở Bắc Cực tan chảy, mực nước biển dâng lên, theo nghiên cứu thì mực nước biển vào năm 2090 – 2100 sẽ dâng cao 0,18 – 0,59m so với mực nước biển năm 1980 – 1999 Hiện tượng này làm cho dòng muối nhiệt chậm lại, làm tăng cường độ các cơn bão, thời tiết sẽ trở nên khắc nghiệt hơn,

lũ lụt, hạn hán gia tăng cả về tần suất cũng như cường độ Trái đất nóng dần lên khiến cho tầng ozone bị suy giảm, khí hậu thay đổi thất thường khiến ngành nông nghiệp gặp nhiều khó khăn Có thể nói BĐKH làm ảnh hưởng trực tiếp đến tất cả các mặt của cuộc sống: hệ sinh thái, sự phát triển KT-XH, sức khỏe cộng đồng Riêng về ảnh hưởng đến tài nguyên nước, BĐKH gây ra ảnh hưởng chính sau:

BĐKH làm thay đổi lượng mưa và phân bố mưa ở các vùng Nhiệt độ tăng sẽ làm bốc hơi nhiều hơn và do đó mưa sẽ nhiều hơn Đặc điểm mưa đối với từng khu vực cũng thay đổi.Những thay đổi về mưa sẽ dẫn tới những thay đổi về dòng chảy của các sông, tần suất và cường độ các trận lũ, hạn hán Nhiệt độ tăng lên sẽ làm tan

băng tuyết ở nhiều núi cao, dẫn đến tăng dòng chảy ở các sông và gia tăng lũ lụt Sau một thời gian khi băng trên núi tan hết nguồn cung cấp nước sẽ cạn, lũ lụt sẽ giảm và dòng chảy các sông sẽ giảm đi rất nhiều.Lượng mưa lớn gây trượt lở đất, dẫn đến sự bồi lắng, giảm sức chứa các hồ, chất lượng nước ở các hồ thay đổi Những đợt hạn hán trầm trọng kéo dài có thể ảnh hưởng đến xã hội với quy mô rộng hơn nhiều so với lũ lụt… Hạn hán và kèm theo là sa mạc hóa xảy ra ở nhiều vùng trên thế giới, làm tăng nguy cơ cháy rừng, gây ra những thiệt hại to lớn về KT-

XH và môi trường,…

Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề của BĐKH Nhiệt độ ở các vùng phía Bắc tăng nhanh hơn các vùng phía Nam, nhiệt độ ở các vùng ven biển tăng chậm hơn các vùng sâu hơn trong lục địa BĐKH kéo theo hiện tượng El Nino, làm giảm đến 20 – 25% lượng mưa ở khu vực miền Trung - Tây Nguyên, gây ra hạn hán không chỉ phổ biến và kéo dài mà thậm chí còn gây khô hạn thời đoạn ngay trong thời gian El Nino Tác động này ở Nam Trung Bộ lớn hơn Bắc Trung Bộ, Bắc Tây Nguyên lớn hơn Nam Tây Nguyên Sự biến động của thời tiết nước ta không thể tách rời những thay đổi lớn của khí hậu thời tiết toàn cầu Chính sự biến đổi phức tạp của hệ thống khí hậu thời tiết toàn cầu đã và đang làm tăng thêm tính cực đoan của khí hậu thời tiết Việt Nam

BĐKH tại Việt Nam đã ảnh hưởng lên đời sống của người dân ngày càng rõ ràng Nếu như năm 1990, thành phố Hồ Chí Minh (TP HCM) chỉ có 10 điểm ngập thì đến năm 2003 số điểm ngập đã tăng lên 80 điểm và hiện tại là trên 100 điểm ngập Thạc sỹ Hoàng Phi Long, Đại học Bách Khoa dự tính, nếu mức thủy triều đỉnh chỉ cần tăng lên 50 cm nữa thì gần như 90% diện tích đất của TP HCM đều bị ngập Khảo sát của Viện khoa học Khí tượng thủy văn và môi trường cho biết, tại Bến Tre, mực nước biển đã dâng lên khoảng 20cm so với cách đây 10 năm, hiện tượng thời tiết cực đoan xuất hiện ngày càng nhiều Do BĐKH, ô nhiễm mặn đã tăng lên khoảng 20% so với cách đây 10 năm Thay đổi khí hậu đã làm gia tăng thêm thiên tai ở nhiều vùng của Việt Nam Điều này được thể hiện rõ qua hiện

tượng bão lụt xảy ra liên tiếp tại khu vực duyên hải miền trung Việt Nam những năm gần đây Khi mực nước biển dâng lên khoảng 1m, Việt Nam sẽ có khoảng 22 triệu người bị mất nhà cửa

Do đó việc nghiên cứu tác động của BĐKH và đề xuất những giải pháp đối phó với BĐKH tại Việt Nam là một trong những vấn đề đã, đang và sẽ được quan tâm vì nó không chỉ ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp mà còn ảnh hưởng nhiều đến các hoạt động KT-XH khác Những năm gần đây BĐKH đã ảnh hưởng xấu đến việc điều hành của hồ chứa, bên cạnh đó xu hướng phát triển KT-XH đã dẫn đến các khu công nghiệp mọc lên ngày càng nhiều, đời sống kinh tế tăng cao, dân số phát triển nhanh, sử dụng tài nguyên đất-nước thay đổi theo đà phát triển KT-XH đang gây ra nhiều khó khăn và thách thức cho việc cung cấp nước cho nông nghiệp cũng các ngành kinh tế khác Tôi lựa chọn nghiên cứu tác động của BĐKH đến khả năng khai thác và sử dụng tổng hợp tài nguyên nước cho hệ thống hồ chứa Cửa Đạt trong điều kiện phát triển KT-XH vì đây là 1 hệ thống hồ chứa lớn và điển hình cho khu vực miền Trung Việt Nam

1.1.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan đã được ứng dụng trong nước

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 …vv đã bắt đầu tiếp cận ứng dụng mô hình MIKE BASIN

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

Dựa vào các kết quả nghiên cứu có thể phân quá trình phát triển thành 2 thời kỳ: thời kỳ nghiên cứu cân bằng nước tự nhiên và cân bằng nước kinh tế

a Cân bằng nước tự nhiên

Các nghiên cứu cân bằng nước tự nhiên được tiến hành từ những năm 1950 đến đầu những năm 1975 Trong thời kỳ này, kế thừa các tiến bộ trong nghiên cứu qui 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 Chẳng hạn công trình nghiên cứu của GS Ngô Đình Tuấn về chế độ dòng chảy của các sông suối Việt Nam Tác giả đã đưa ra các khái niệm làm cơ sở cho việc lựa chọn các phương pháp nghiên cứu thích hợp Sự hình thành dòng chảy trước hết là mối quan hệ giữa mưa và lớp dòng chảy tương ứng tại cửa ra của lưu vực, mối quan

hệ giữa khí hậu và dòng chảy với 2 mùa khí hậu trong năm dẫn tới việc hình thành 2 mùa dòng chảy tương ứng và tác động của mặt đệm tới quá trình hình thành dòng chảy Qua nghiên cứu và tổng kết các tác giả xếp thứ tự các nhân tố như sau: Hồ ao, đầm lầy, thổ nhưỡng, thảm rừng Một trong các đóng góp có giá trị là đưa ra chỉ tiêu phân vùng thủy văn làm cơ sở cho việc xác lập cán cân nước theo vùng, địa phương

và ô thủy văn Nghiên cứu căn nguyên quá trình hình thành dòng chảy trên các sông

suối nước ta, PTS Nguyễn Lại đã xuất phát từ các khái niệm về các quá trình thủy văn chịu sự chi phối của các quá trình synop vĩ mô trên toàn miền Đông Á đồng thời với sự chi phối của điều kiện mặt đệm với mức độ khác nhau Trên cơ sở đó xây dựng lý thuyết về kỳ dòng chảy sông ngòi gió mùa nhiệt đới Việt Nam Tác giả

đã đưa ra chỉ tiêu phân định kỳ dòng chảy “Đường tần suất dòng chảy của các kỳ kế cận nhau không được cắt nhau khi vẽ chúng trên cùng hệ tọa độ” Hai công trình trên thực sự là các công trình nghiên cứu cơ bản làm cơ sở cho việc nghiên cứu cân bằng nước ở Việt Nam

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

b Giai đoạn nghiên cứu cân bằng nước có gắn với bài toán kinh tế nước

Khi KT-XH phát triển thì nhu cầu về nước ngày càng nhiều và yêu cầu chất lượng ngày càng cao Do vậy việc nghiên cứu nguồn nước được tiến hành tỉ mỉ hơn

Đó là chương trình nghiên cứu tổng thể về cân bằng nước hệ thống sông suối Việt Nam (Chương trình KC12), quy hoạch tổng thể đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long, Tây Nguyên, Đồng Nai, vùng núi phía Bắc

Ngoài việc đánh giá tổng lượng, nhiều mô hình toán đã được quan tâm nghiên cứu, cải tiến và ứng dụng để dự tính sự thay đổi của nguồn nước ngắn hạn

và dài kỳ Một loạt các vấn đề như thủy văn - thủy lực hệ thống sông Hồng - Thái Bình, hệ thống sông Mekông, quy hoạch thủy lợi, hoàn chỉnh các hệ thống thủy nông đã được tiến hành

Về nghiên cứu sử dụng nguồn nước các hệ thống tưới, từ những năm 1960 chúng ta đã thành lập một mạng lưới các trạm, trại thí nghiệm ở Hà Nội, các tỉnh Hà Tây (cũ), Hải Hưng, Thanh Hóa, Nghệ An, và sau năm 1975 là các trạm ở miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long nhằm nghiên cứu về nhu cầu nước của cây trồng Các nghiên cứu không dừng lại ở cây lúa nước mà còn nghiên cứu với nhiều loại cây trồng cạn và hoa màu

1.1.3 Các mô hình đã được ứng dụng trong tính toán cân bằng nước

- Mô hình thuỷ văn HYDROTEL;

- Mô hình phân giải vật lý có hệ thống viễn thám, hệ thống thông tin địa lý;

- Mô hình USLE dùng cho vận chuyển phù sa và xói mòn đất;

- Mô hình lan truyền chất hoá học trong nông nghiệp dựa trên mô hình lan truyền ni-tơ, phốt-pho, thuốc trừ sâu (sử dụng một mô đun trong mô hình SWAT);

- Mô hình chất lượng nước QUAL2E, mô hình chất lượng nước để mô phỏng các yếu tố:

+ Độ khuyếch tán và keo tụ các chất hoà tan trong nước (chất gây ô nhiễm) + Sự phát triển loài tảo

+ Chu trình của ni-tơ, phốt-pho;

+ Sự phân rã Coliform;

+ Làm thông khí;

+ Nhiệt độ của nước

Ưu điểm:

Mô hình GIBSI có 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

b Mô hình BASINS

Mô hình BASINS được xây dựng bởi Văn phòng Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ

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:

- Thuận tiện trong công tác kiểm soát thông tin môi trường;

- Hỗ trợ công tác phân tích hệ thống môi trường;

- 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 Các thành phần của mô hình cho phép người sử dụng có thể xác định ảnh hưởng của lượng phát thải từ các điểm tập trung và không tập trung Tổ hợp các mô đun thành phần có thể giúp cho việc phân tích và quản lý lưu vực theo hướng:

- Xác định và thứ tự ưu tiên các giới hạn về môi trường nước;

- Đặc trưng các nguồn thải và xác định độ lớn cũng như tiềm năng phát thải;

- Tổ hợp các lượng thải từ các điểm nguồn tập trung và không tập trung và quá trình vận chuyển trên lưu vực cũng như trên sông;

- Xác định, so sánh giá trị tương đối của các chiến lược kiểm soát ô nhiễm;

- Trình diễn và công bố trước công chúng dưới dạng các bảng biểu, hình vẽ

và bản đồ

Mô hình BASIN bao gồm các mô hình thành phần sau:

- Mô hình trong sông: QUAL2E, phiên bản 3.2 mô hình chất lượng nước

- Các mô hình lưu vực: WinHSPF là một mô hình lưu vực dùng để xác định nồng độ các chất thải từ các nguồn thải tập trung và không tập trung trong sông; SWAT là một mô hình dựa trên cơ sở vật lý được xây dựng để dự đoán ảnh hưởng của các hoạt động sử dụng đất trên lưu vực đến chế độ dòng chảy, xác định lượng bùn cát và các các chất hoá học dùng trong nông nghiệp trên toàn lưu vực

- Các mô hình lan truyền: PLOAD, là một mô hình lan truyền chất ô nhiễm, PLOAD xác định các nguồn thải không tập trung trung bình trong một khoảng thời gian nhất định

c 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

Nhược điểm:

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

d 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: Đơn giản, dễ sử dụng

Nhược điểm: Không cho kết quả tính toán kinh tế nên khó so sánh quyết định các phương án

e Mô hình RIBASIM

RIBASIM (River Basin Simulation Model) là một mô hình chung cho việc phân tích các lưu vực sông trong điều kiện thủy văn khác nhau Mô hình là một công cụ toàn diện và linh hoạt trong đó liên kết các yếu tố đầu vào là các yếu tố thủy văn tại các địa điểm khác nhau với các yếu tố cụ thể trong lưu vực

RIBASIM phép người sử dụng đánh giá một loạt các biện pháp liên quan đến

cơ sở hạ tầng, quản lý hoạt động và nhu cầu, kết quả về số lượng nước và chất lượng nước RIBASIM tạo ra mô hình phân phối nước và cung cấp cơ sở cho việc phân tích chất lượng nước và trầm tích chi tiết ở sông và hồ chứa Nó cung cấp một

mã nguồn, cho cái nhìn sâu sắc về nguồn gốc của nước ở bất kỳ vị trí của lưu vực

RIBASIM là một mô hình lập kế hoạch và quản lý lưu vực sông Mô hình này đã được áp dụng trong hơn 20 năm cho 1 số quốc gia và trong một loạt các dự

án Tổ chức quản lý nước trên toàn thế giới sử dụng nó để hỗ trợ các hoạt động quản lý và lập kế hoạch Các lưu vực sông lớn và phức tạp đã được mô hình hóa và

mô phỏng với RIBASIM Riêng mô hình tiểu lưu vực có thể được kết hợp vào trong một lưu vực

RIBASIM có thể liên kết với cơ sở dữ liệu với mô hình hóa hệ thống thủy văn HYMOS Đối với chi tiết chất lượng nước, RIBASIM có thể được liên kết với các mô hình chất lượng nước DELWAQ

Mô hình ở Việt nam được áp dụng tính toán cho sông Hồng

Nhược điểm: Mô hình không tính toán kinh tế nên khó lựa chọn phương án tính toán

f 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

Nhược điểm: Tính lặp, chạy lâu, nhất là khi tạo điều kiện đầu cần bước thời gian nhỏ để bảo đảm tính ổn định Phần tính lan truyền chất còn gặp khuếch tán số Phần vận hành công trình nhiều khi mất ổn định Đây là bộ mô hình mới được thử

nghiệm ở ĐBSCL và cần các khóa cứng Vì là phần mềm thương mại nên giá thành cho một license cũng không rẻ (15.000-18.000 Euro cho một license) mà không biết cách xử lý trong mô hình ra sao khi cần cải biên

g 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 WEAP 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 WEAP đã được áp dụng trong nhiều dự án trên thế giới trong công tác quản

lý tổng hợp tài nguyên nước, bao gồm:

- Trung Quốc: xây dựng các kịch bản hỗ trợ công tác phân bổ nguồn nước giữa các hộ sử dụng;

- Châu Phi: các dự án liên quan đến phát triển nguồn nước;

- Trung Đông: xây dựng các phương án phát triển nguồn nước và các kịch bản phân bổ nguồn nước ở Israel và Palestine;

- Ấn Độ và Nêpal: các phương án khai thác và bảo vệ nguồn nước trong các điều kiện khác nhau;

- Mỹ: Đánh giá ảnh hưởng của BĐKH đến hệ sinh thái

Ưu điểm: 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

h 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

- 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

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

h Mô hình TANK

- Lưu vực được mô phỏng bằng chuỗi các bể chứa xếp theo tầng và cột phù hợp với hình dạng lưu vực, cấu trúc thổ nhưỡng, địa chất,…

- Mưa trên lưu vực được xem như lượng vào của bể chứa trên cùng Mỗi bề chứa đều có một cửa ra ở đáy

- Mô hình đơn giản nhất là kiểu cột bể TANK đơn: 4 bể trên một cột Phù hợp cho các lưu vực nhỏ có độ ẩm cao

- Mô hình phức tạp hơn là mô hình TANK kép gồm một số cột bể mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực, và các bể mô tả quá trình truyền sóng

i Mô hình NAM

Mô hình NAM được viết tắt từ chữ Đan Mạch “Nedbor- 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

Afstromming-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);

j Hệ thống thông tin địa lý GIS

Trên thế giới, lịch sử phát triển và ứng dụng của Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã có khởi điểm từ những năm 50 của thế kỷ XX Lúc đó, các nhà bản đồ học

và tin học trên thế giới đã kết hợp suy nghĩ, nghiên cứu về một hệ thống máy móc

và thiết bị vẽ bản đồ tự động Những ứng dụng sớm nhất và hình thành nền tảng về GIS là ở Canađa, nơi mà những nghiên cứu về kỹ thuật sử dụng máy tính để lưu trữ

và xử lý số liệu, lập bản đồ và xử lý các thông tin không gian lần đầu tiên được thực hiện Tuy nhiên, các thiết bị máy tính thời đó rất to lớn, cồng kềnh; việc nhập dữ liệu chậm và khó khăn nên những hệ tự động hoá ít khả năng thâm nhập vào thực

tế Lúc đó, những phiên bản đầu tiên của các GIS là những phần mềm nhập dữ liệu

và vẽ bản đồ đơn giản; việc xử lý các thông tin đồ họa còn rất hạn chế

Từ 1960-1980: Là thời kỳ tìm tòi và khám phá về kỹ thuật đồ họa của công nghệ thông tin Nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin mà những khả năng xử lý

đồ họa trên máy tính trở thành dễ dàng và thuận tiện Hàng loạt các chương trình phần mềm xử lý đồ họa và các phiên bản đầu tiên của các phần mềm GIS ra đời như phần mềm ARC/INFOR

Từ 1980-1990: Công nghệ GIS phát triển mạnh mẽ, trở thành một công nghệ

có tính thương mại, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và hoạt độngthực tiễn có sử dụng thông tin không gian Đặc biệt ở Mỹ, Canađa và châu Âu, người ta

đã xây dựng và không ngừng hoàn thiện các chương trình phần mềm có uy tín quốc

tế như ARC/INFOR, PCI, ILWIS, SPAND, IDRISI,

Công nghệ vi điện tử và công nghiệp sản xuất máy tính cá nhân (PC) phát triển mạnh; máy tính trở thành công cụ phổ biến trong mọi hoạt động nghiên cứu, thiết kế và quản lý xã hội Những phần mềm GIS chạy trên PC ngày càng phát triển

đã làm cho công nghệ GIS lan truyền nhanh chóng đến các nước đang phát triển ở châu Á và càng ngày càng thâm nhập sâu vào lĩnh vực địa lý và bản đồ

Hãng ESRI là một trong những công ty hàng đầu về lĩnh vực GIS với sản phẩm nổi tiếng là Arc/Info trước đây và nay là hệ thống phần mềm ArcGIS Hệ thống phần mềm ArcGIS đã và đang được ứng dụng rộng rãi ở nước ta trong hệ thống thông tin địa lý Hệ thống phần mềm GIS cung cấp ba mô hình dữ liệu để lưu trữ và xử lý số liệu:

- Mô hình dữ liệu Vector topology dưới dạng Converage Đây là mô hình địa

lý chính để thực hiện các phép toán phân tích bản đồ của Arc/Info trước đây và nay

là ArcGIS

- Mô hình dữ liệu Vector Spaghetti dưới dạng file shape: Đây là mô hình dữ liệu sử dụng cho phần mềm hiển thị và tra cứu bản đồ ArcView

- Mô hình dữ liệu “cơ sở dữ liệu không gian GeoDatabase”: Đây là mô hình

dữ liệu tiên tiến và mới được phát triển ở ArcGIS Mô hình dữ liệu này cho phép

quản lý và tích hợp các dạng dữ liệu khác nhau như bản đồ, ảnh thuộc tính,

multimedia trong một cơ sở dữ liệu quan hệ thương mại

Việc cung cấp ba mô hình dữ liệu này rất thuận lợi cho việc lựa chọn phương

án mô hình dữ liệu và khuôn dạng file cho cơ sở dữ liệu bản đồ

Hệ thống phần mềm ArcGIS là một thể thống nhất toàn diện bao gồm một bộ phần mềm chạy độc lập và bổ sung cho nhau như phần mềm ArcGIS WorkStation với phần mềm ArcEdit và ArcPlot được sử dụng để chia sẻ thông tin trên mạng Internet

ArcGIS Desktop (với phiên bản mới nhất là ArcGIS 10) bao gồm những công cụ rất mạnh để quản lý, cập nhật, phân tích thông tin và xuất bản tạo nên một

hệ thống thông tin địa lý (GIS) hoàn chỉnh, cho phép:

- Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính);

- Cho phép sử dụng nhiều loại định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí cả những dữ liệu lấy từ Internet;

- Truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau;

- Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính;

- Thành lập bản đồ chuyên đề và các bản in có chất lượng trình bày chuyên

thấy mô hình WEAP là mô hình dễ sử dụng, ít tốn kém và là mô hình thích hợp bởi các ưu điểm và khả năng của nó:

- WEAP là công cụ mô phỏng hệ thống tài nguyên nước mặt và nước ngầm, dựa trên nguyên lý cân bằng cơ bản của việc tính toán cân bằng nước, có thể tính toán cho cả nguồn cung cấp lẫn sử dụng Người sử dụng có thể thay đổi kịch bản sử dụng, cung cấp, ô nhiễm, đưa ra một chiến lược quản lý WEAP được thiết kế nhờ một công cụ so sánh Trường hợp cơ bản được phát triển, lựa chọn kịch bản đã tạo

ra và so sánh với kịch bản đó

- Tính toán cân bằng nước cho lưu vực trong đó có xét đến hiện trạng lưu vực và xây dựng các kịch bản trong tương lai, trợ giúp đắc lực cho công việc quy hoạch và quản lý tài nguyên nước

- Tính toán các quá trình lan truyền ô nhiễm nước trong đó có xét đến các công trình xử lý

- Tính toán công suất phát điện của các nhà máy thủy điện

- Tính toán hiệu quả kinh tế, lựa chọn mô hình phân phối nước hiệu quả cho các ngành dùng nước khác nhau trong lưu vực

- Tính toán thủy văn thông qua các mô hình như mưa – dòng chảy, truyền

ẩm, mô phỏng mối quan hệ giữa nước ngầm và nước mặt

1.1.4 2 Giới thiệu mô hình WEAP

WEAP là một công cụ phần mềm cho quy hoạch tổng hợp tài nguyên nước

cố gắng hỗ trợ hơn là thay thế cho nhà quy hoạch có tay nghề Nó cung cấp một khuôn khổ tổng hơp, mềm dẻo và người dùng thân thiện cho việc quy hoạch và các phân tích chính sách Một số lượng ngày càng tăng của các chuyên gia nước đang tìm kiếm WEAP như là một bổ sung hữu ích vào bộ công cụ các mô hình, cơ sở dữ liệu, bảng tính và phần mềm khác

Nhiều khu vực đang phải đối mặt rất lớn với những thách thức quản lý nguồn nước ngọt Việc phân bổ tài nguyên nước hạn chế, những quan hệ liên quan đến chất lượng môi trường, quy hoạch theo BĐKH và không chắc chắn, và sự cần thiết phải phát triển và thực hiện các chiến lược sử dụng nước bền vững đang ngày càng tăng nhanh các vấn đề cho các nhà quy hoạch tài nguyên nước Các mô hình mô phỏng theo hướng cung cấp truyền thống không phải lúc nào cũng đầy đủ cho việc phân tích phạm vi rộng của các sự lựa chọn

Trong thập kỷ qua, một cách tiếp cận tổng hợp đến sự phát triển tài nguyên nước nước đã xuất hiện mà đưa các dự án cấp nước trong bối cảnh của quản lý mặt nhu cầu, bảo tồn và bảo vệ chất lượng nước và hệ sinh thái WEAP kết hợp những giá trị này vào một công cụ thực hành quy hoạch nguồn nước và phân tích chính sách WEAP đưa những vấn đề về phía nhu cầu như là mô hình sử dụng nước, hiệu quả thiết bị, chiến lược tái sử dụng nước, chi phí và cơ chế phân bổ nước vào một cân bằng với đối tượng phía cung cấp như dòng chảy sông, nguồn nước dưới đất, hồ chứa và sự chuyển nước WEAP cũng được phân biệt bởi cách tiếp cận tổng hợp

mô phỏng thành phần tự nhiên (ví dụ như, nhu cầu bốc thoát hơi nước từ thực vật, dòng chảy, dòng chảy cơ bản) và thành phần kỹ thuật (ví dụ, các hồ chứa, bơm nước ngầm) của các hệ thống nước Điều này cho phép người lập quy hoạch xem xét một quan điểm toàn diện hơn của hàng loạt các yếu tố phải được xem xét trong quản lý tài nguyên nước cho việc sử dụng hiện tại và tương lai Kết quả là một công

cụ hiệu quả cho việc kiểm tra các lựa chọn phát triển và quản lý nước khác nhau

a Ti ếp cận mô hình WEAP

WEAP hoạt động trên nguyên tắc cơ bản của cân bằng nước và có thể được

áp dụng cho hệ thống cấp nước đô thị và nông nghiệp, một lưu vực sông riêng lẻ hay hệ thống lưu vực sông có biên giới phức tạp Hơn nữa, WEAP có thể mô phỏng một phạm vi rộng của các thành phần tự nhiên và nhân tạo của các hệ thống này, bao gồm lượng mưa chảy tràn, dòng chảy cơ bản, và sự bổ cập nước dưới đất từ mưa; các phân tích nhu cầu dùng nước theo lĩnh vực; bảo tồn tài nguyên nước;

quyền về nước và ưu tiên phân bổ nước, vận hành các hồ chứa; phát điện; giám sát

ô nhiễm và chất lượng nước; các đánh giá tổn thương và yêu cầu của hệ sinh thái Một mô hình phân tích tài chính cũng cho phép người sử dụng để thực hiện điều tra

so sánh chi phí-lợi ích cho dự án

Các nhà phân tích trình bày hệ thống về các nguồn cung cấp khác nhau của

nó (ví dụ, sông, lạch, nước ngầm, hồ chứa và nhà máy khử muối); hút nước, chuyển nước và các cơ sở xử lý nước thải; nhu cầu dùng nước; phát thải ô nhiễm; và những yêu cầu hệ sinh thái Các cấu trúc dữ liệu và mức độ chi tiết có thể dễ dàng được tùy chỉnh để đáp ứng các yêu cầu và dữ liệu sẵn có cho một hệ thống và phân tích cụ thể

Việc áp dụng WEAP thường bao gồm vài bước:

- Định nghĩa nghiên cứu: Khung thời gian, ranh giới không gian, các thành phần hệ thống, và cấu hình của vấn đề được thành lập

- Tài khoản hiện tại: Một bức tranh toàn cảnh nhu cầu dùng nước, tải lượng ô nhiễm, nguồn và nguồn cung cấp cho hệ thống được phát triển Điều này có thể được xem như là một bước hiệu chuẩn trong sự phát triển của một ứng dụng

- Kịch bản: Một loạt các giả định khác nhau về tác động của chính sách, chi phí, và khí hậu trong tương lai, ví dụ, nhu cầu nước, cung cấp nước, thuỷ văn, và ô nhiễm có thể được phân tích (Những trường hợp kịch bản có thể được trình bày trong phần tiếp theo)

- Đánh giá: Các kịch bản được đánh giá đối với sự đảm bảo đủ nước, chi phí

và lợi ích, tính tương thích với các mục tiêu môi trường, và nhạy cảm với sự không chắc chắn trong các biến chính

b Kh ả năng mô hình WEAP

- Cơ sở dữ liệu cân bằng nước: WEAP cung cấp một hệ thống cho việc duy trì thông tin về nhu cầu và cấp nước

- Công cụ hình thành kịch bản: WEAP mô phỏng nhu cầu sử dụng nước, cung cấp nước, dòng chảy, dòng chảy trong sông, lưu trữ nước, sự phát sinh ô nhiễm, xử lý và thải và chất lượng nước trong sông

- Công cụ phân tích chính sách: WEAP đánh giá đầy đủ các tùy chọn quản lý

và phát triển tài nguyên nước, và thực hiện sự tính toán việc sử dụng đa mục tiêu và tính ưu tiên của hệ thống tài nguyên nước

c S ử dụng mô hình WEAP

1 Dữ liệu đầu vào

Tuỳ theo 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

2 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 vào dữ liệu

3 Nhập số liệu cho WEAP

Việc nhập số liệu cụ thể 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);

+ Dung tích lớn nhất;

+ Dung tích hiệu dụng;

+ Dung tích chết;

+ Đường đặc trưng của hồ Với các đối tượng khác (nếu có mô phỏng trong

hệ thống) việc vào dữ liệu hoàn toàn tương tự và có thể thực hiện dễ dàng trên cửa

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)

1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

1.2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

Hồ chứa nước Cửa Đạt nằm ở 105o05’ ~ 105o20’ Kinh độ Đông và 19o44’ ~

20o00’ Vĩ độ Bắc là một hồ chứa lớn thuộc Xã Xuân Mỹ, huyện Thường Xuân, là một huyện miền núi, nằm ở phía Tây của tỉnh Thanh Hóa, cách Thành phố Thanh Hóa khoảng 60 km Phía Bắc giáp huyện Lang Chánh, Ngọc Lặc Phía Tây giáp huyện Quế Phong, tỉnh Nghệ An và huyện Sầm Tớ, tỉnh Hủa Phăn, nước CHDCND Lào Phía Đông giáp huyện Thọ Xuân, Triệu Sơn Phía Nam giáp huyện Như Xuân

và Như Thanh Đây là một hồ chứa lớn khai thác tổng hợp nguồn nước sông Chu phục vụ cho các yêu cầu phát triển của vùng hạ lưu sông Mã, tỉnh Thanh Hóa Khu cấp nước của hồ chứa Cửa Đạt là lưu vực sông Chu nằm trên địa phận các huyện Ngọc Lạc, Tĩnh Gia, Thường Xuân, Triệu Sơn, Thọ Xuân, Đông Sơn, Nông Cống, Yên Định, Thiệu Hoá, Quảng Xương, xã Cẩm Vân huyện Cẩm Thuỷ

và thành phố Thanh Hoá với tổng diện tích tự nhiên khoảng 3.000 km2 Đây là vùng chính trị, kinh tế tập trung lớn nhất tỉnh bao gồm Thành phố Thanh Hóa và các khu công nghiệp Nghi Sơn, Mục Sơn ; các vùng sản xuất lương thực lớn như vùng hệ thống tưới Nam sông Chu, hệ thống Nam sông Mã, nơi có hệ thống đường bộ và đường sắt xuyên Việt đi qua

Hình 1-1 V ị trí hồ chứa Cửa Đạt và khu vực nghiên cứu

1.2.2 Đặc điểm địa hình

Khu vực nghiên cứu được chia thành 2 khu vực Khu vực thứ 1 bao gồm các huyện miền núi Thường Xuân, Ngọc Lặc, Thọ Xuân, Triệu Sơn, Như Thanh, Như Xuân Địa hình khu vực này nhìn chung là thấp dần từ Tây Bắc và Tây xuống khu vực phía Đông và Nam Có nhiều dãy núi như Chòm Vịn xã Bát Mọt cao 1.442m so với mặt nước biển Địa hình bị chia cắt bởi các sông: Sông Khao, sông Chu, sông Đặt, sông Đằn Có nhiều đồi bát úp, đất nông nghiệp nhỏ lẻ Các xã vùng cao chủ yếu là ruộng bậc thang không chủ động tưới tiêu, bị rửa trôi mạnh Có những xã như xã Bát Mọt, Yên Nhân, Xuân Chinh, Xuân Lẹ có độ cao trung bình từ 500-700m; xã Lương Sơn, Tân Thành, Xuân Thắng, Xuân Lộc, Vạn Xuân, Luận Khê, Xuân Cẩm, Luận Thành, Xuân Cao có độ cao trung bình từ 150-200m; xã Ngọc Phụng, Thọ Thanh, Xuân Dương, thị trấn Thường Xuân có độ cao trung bình từ 50-150m Khu vực thứ 2 bao gồm các huyện Nông Cống, Tĩnh Gia, Quảng Xương,

Yên Định, Thiệu Hóa, Đông Sơn và thành phố Thanh Hóa, địa hình nhìn chung là đồng bằng tương đối bằng phẳng, dốc dần từ Tây sang Đông với cao độ giảm dần từ +100m xuống +20m trong đó Thành phố Thanh Hóa là nơi có cao độ thấp nhất, khoảng +10m, độ dốc trung bình khu vực là 18,3%, mật độ sông suối 0,98km/km2 Khu vực có nhiều núi đất, núi đá nhưng không cao nằm rải rác với những cánh đồng

rộng - hẹp, nông – sâu trong đó điển hình là núi Hàm Rồng và núi Mật Sơn

1.2.3 Đặc điểm khí tượng, thủy văn

Khu vực nghiên cứu có mạng lưới sông suối khá dày, chảy qua nhiều địa hình phức tạp, mật độ lưới sông trung bình khoảng 0,5 - 0,6 Km/Km2, có nhiều vùng có mật độ lưới sông rất cao như vùng sông Âm, sông Mực tới 0,98 - 1,06 Km/Km2 Đây là tiềm năng lớn cho phát triển thủy điện, tuy nhiên có sự biến động lớn

giữa các năm và các mùa trong năm 2 hệ thống sông chính là sông Chu và sông Yên Sông Chu hay còn gọi là sông Lường (ngôn ngữ Tày, Thái gọi là Nậm Sam; nguyên gốc gọi là sông Sủ, người Pháp viết thành Chu), là phụ lưu lớn nhất của sông Mã Bắt nguồn từ vùng núi Houa (2.062 m), tây bắc Sầm Nưa ở Lào, chảy theo hướng tây bắc - đông nam, đổ vào bờ phải sông Mã ở Ngã Ba Giàng (Ngã Ba Đầu, Ngã Ba Bông), cách cửa sông 25,5 km Dài 325 km, phần chảy ở Việt Nam là 160 km, qua các huyện Quế Phong (Nghệ An); Thường Xuân, Thọ Xuân (Thanh Hóa) Diện tích lưu vực 7.580 km², phần ở Việt Nam 4.510 km²; cao trung bình 790 m, độ dốc trung bình 18,3%; mật độ sông suối 0,98 km/km² Tổng lượng nước 4,72 km³ ứng với lưu lượng trung bình năm 148 m³/s và môđun dòng chảy năm 18,2 l/s.km² Tại Mường Hinh, lưu lượng trung bình năm 91 m³/s ứng với môđun dòng chảy năm 17,1 l/s.km² Trên Bái Thượng, lòng sông hẹp và nhiều thác ghềnh, đá ngầm, đá nổi, vận chuyển trên sông chủ yếu bằng bè, mảng; từ Bái Thượng thuyền độc mộc mới qua lại được nhưng cũng rất khó khăn vì còn nhiều đá ngầm Tàu thuyền chỉ đi lại được

ở hạ lưu khoảng 96 km (đoạn Ngã Ba Đầu-Bản Don) Sông Yên bắt nguồn từ huyện Như Xuân, chảy qua huyện Như Thanh, Nông Cống, Tĩnh Gia, Quảng Xương rồi

đổ ra biển tại Lạch Ghép, sông có diện tích lưu vực 1.996km2, sông dài 89 km

Đoạn đầu từ huyện Như Xuân đến Nông Cống gọi là sông Mực, từ ngã ba Yên Sơ

ra biển gọi là sông Yên Tổng lượng dòng chảy trung bình nhiều năm khoảng 1.129x106 m3, tổng lượng dòng chảy mùa kiệt khoảng 132 x106 m3

a Khí hậu

Đặc điểm khí hậu của khu vực nghiên cứu nói chung mang đặc điểm của khí hậu vùng đồng bằng Bắc Bộ, song càng về phía Nam càng thể hiện những đặc tính khí hậu của vùng Bắc Trung Bộ Khí hậu được chia làm 2 mùa: mùa mưa và mùa khô

Mùa mưa từ tháng VIII đến tháng XI (4 tháng), lượng mưa chiếm (80÷85)% lượng mưa năm Mặt khác mùa mưa là mùa có nhiều hoạt động mạnh của nhiều hình thế thời tiết nguy hiểm, phức tạp và rất khác nhau như Bão, áp thấp nhiệt đới, hội tụ nhiệt đới, áp cao lạnh, áp thấp nóng nên thường gây ra mưa lũ lớn Đặc biệt khi có bão thường gây ra mưa lớn trên diện rộng với lượng mưa (200÷500)mm, gió mạnh với tốc độ (45÷55)m/s, đặc điểm gió giật và chuyển hướng Bình quân hàng năm Thanh Hóa chịu trực tiếp một trận bão thường xuất hiện vào tháng IX chiếm 48% và chịu ảnh hưởng 3,3 trận bão xuất hiện vào tháng VIII, IX và tháng X Nhìn chung đầu mùa thường bão nhỏ hoặc áp thấp nhiệt đới; Cuối mùa thường bão lớn hoạt động mạnh trên diện rộng

Mùa khô từ tháng XII đến tháng VII (8 tháng) Mùa khô dài, ít mưa, nắng nóng, gió nhiều dẫn đến khả năng bốc hơi lớn.Đầu mùa thường xuyên bổ sung và tăng cường áp cao lạnh từ lục địa Trung Hoa hướng Bắc-Đông Bắc nên khí hậu thường khô hanh, ít mưa Giữa mùa do kết hợp áp cao phụ Biển đông tạo ra mưa phùn kéo dài, nên khí hậu lạnh và ẩm ướt Cuối mùa do hoạt động mạnh của gió mùa Tây-Nam từ vịnh Ben-Gan qua Lào rồi vượt dãy Trường Sơn, do thăng giáng đoạn nhiệt mất năng lượng khi lên cao đông tụ lại gây mưa phía Tây Trường Sơn, hơi nóng bốc lên nên khi sang vùng Thanh Hóa tạo thành gió Tây khô nóng