Đánh giá tài nguyên nước sông cu đê thành phố đà nẵng, phục vụ quy hoạch cấp nước sinh hoạt

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  THÁI QUỐC PHONG ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC SÔNG CU ĐÊ – THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG, PHỤC VỤ QUY HOẠCH CẤP NƯỚC SINH HOẠT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây d

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



THÁI QUỐC PHONG

ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC SÔNG CU ĐÊ – THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG, PHỤC VỤ QUY HOẠCH CẤP NƯỚC SINH HOẠT

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số: 60.58.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Hùng

ĐÀ NẴNG – NĂM 2017

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ HÙNG

Phản biện 1: TS HOÀNG NGỌC TUẤN

Phản biện 2: TS NGUYỄN CHÍ CÔNG

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành kỹ thuật xây dựng công trình thủy họp tại Trường Đại học Bách khoa vào

ngày 20 tháng 8 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại

học Bách khoa Thư viện Khoa Xây dựng Thủy lợi – Thủy điện, Trường

Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm qua, thành phố Đà Nẵng đã có những bước phát triển vượt bậc về kinh tế - xã hội, sự phát triển đó đã làm thay đổi diện mạo của thành phố Tuy nhiên, những kết quả đạt được vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của quá trình đô thị hóa Xây dựng và phát triển đồng

bộ về cơ sở hạ tầng là yêu cầu cấp thiết, đặc biệt là vấn đề đảm bảo an ninh nguồn nước, cấp nước sinh hoạt an toàn cho nhân dân

Việc đảm bảo cấp nước sinh hoạt an toàn không chỉ dùng lại ở việc cung cấp nước liên tục, đủ lưu lượng, duy trì đủ áp lực, chất lượng nước đúng quy định, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống, bảo vệ sức khỏe con người mà còn phải chú trọng đến quy hoạch nguồn nước, xây dựng phạm vi bảo hộ an toàn nguồn nước nhằm cung cấp nguồn nước thô đạt tiêu chuẩn cho các nhà máy xử lý nước

Nguồn nước mặt phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt của thành phố Đà Nẵng được lấy chủ yếu từ sông Vu Gia và sông Cu Đê Đối với hệ thống cấp nước Đà Nẵng, nguồn nước thô phục vụ cho sinh hoạt được lấy tại hai

vị trí: Cầu Đỏ và An Trạch nằm ở hạ lưu sông Vu Gia Do nhiều nguyên nhân khác nhau như ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, các hiện tượng thời tiết cực đoan và vận hành của các thủy điện phía thượng nguồn sông Vu Gia, đã làm cho hiện tượng xâm nhập mặn qua cửa sông Hàn lấn sâu vào đất liền với nồng độ mặn cao và tần suất xảy ra thường xuyên

Chính vì vậy, việc xây dựng thêm nhà máy nước mới sử dụng nguồn nước sông Cu Đê là hết sức cần thiết nhằm phục vụ nhu cầu cấp nước sinh hoạt đang gia tăng của thành phố, hạn chế sự phụ thuộc về nguồn nước trên lưu vực sông Vu Gia; cũng như cân bằng hệ thống cấp nước về phía Bắc, Tây Bắc thành phố Đà Nẵng

Công ty Cổ phần Cấp nước Đà Nẵng (Dawaco) cũng có kế hoạch xây dựng Nhà máy nước Hòa Liên công suất 120.000 m3/ngày vào năm

2020 và nâng công suất lên 240.000 m3/ngày vào năm 2030 trên lưu vực sông Cu Đê với nguồn nước thô được lấy từ hồ sông Bắc 2 thuộc

dự án thủy điện sông Nam – sông Bắc Tuy nhiên, vì nhiều lý do khác nhau, dự án thủy điện sông Nam – sông Bắc hiện nay đang tạm dừng

Vì vậy, việc đánh giá lại trữ lượng và chất lượng nước sông Cu Đê là rất cần thiết cho việc xác định tổng công suất Nhà máy nước Hòa Liên; xác định vị trí các công trình thu nước phù hợp cho các giai đoạn nâng công suất Nhà máy nước Hòa Liên; đồng thời quy hoạch, quản lý và khai thác nguồn nước sông Cu Đê phục vụ quá trình phát triển đô thị thành phố Đà Nẵng

Từ những cơ sở trên, tôi đề xuất đề tài “Đánh giá tài nguyên nước sông Cu Đê - Thành phố Đà Nẵng, phục vụ quy hoạch cấp nước sinh hoạt” Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở quan trọng để lựa chọn các vị trí

lấy nước cho Nhà máy nước Hòa Liên, bên cạnh đó, nghiên cứu sẽ cặp nhật số liệu mới nhất để các cấp chính quyền điều chỉnh quy hoạch, quản

lý nguồn nước sông Cu Đê một cách hiệu quả; đảm bảo cấp nước an toàn

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Mục tiêu tổng quát: Đánh giá tổng thể nguồn tài nguyên nước sông

Cu Đê phục vụ quy hoạch và phát triển đô thị thành phố Đà Nẵng

- Mục tiêu cụ thể: (i) Đánh giá lại hiện trạng, nhu cầu sử dụng nước của

các ngành trên lưu vực sông Cu Đê, (ii) Xây dựng mô hình thủy văn thủy lực lưu vực sông Cu Đê, (iii) Đề xuất vị trí công trình thu nước phù hợp cho các giai đoạn nâng công suất NMN Hòa Liên

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: (i) Nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt của thành

phố Đà Nẵng; (ii) Nguồn tài nguyên nước lưu vực sông Cu Đê; (iii) Các đơn vị khai thác nước thuộc lưu vực sông Cu Đê, trong đó tập trung vào

đơn vị khai thác nước phục vụ cấp nước thô cho NMN Hòa Liên

- Phạm vi nghiên cứu: (i) Ranh giới hành chính thành phố Đà Nẵng; (ii)

Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến nguồn tài nguyên nước sông Cu Đê; (iii) Nghiên cứu được triển khai trên lưu vực sông Cu Đê thuộc xã Hòa Liên, Hòa Bắc huyện Hòa Vang và phường Hòa Khánh Nam, Hòa Khánh Bắc, quận Liên Chiểu nằm khu vực phía Tây Bắc thành

phố Đà Nẵng

4 Nội dung nghiên cứu: (i) Nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt của thành

phố Đà Nẵng trong tương lai, (ii) Đánh giá hiện trạng nguồn tài nguyên nước sông Cu Đê và thành phố Đà Nẵng; (iii) Dự báo về nhu cầu dùng nước; khả năng cung cấp nước, trữ lượng nước và chất lượng nước (độ mặn ) có xét đến yếu tố biến đổi khí hậu; (iv) Đề xuất các giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu về quản lý nguồn tài nguyên nước cho các ngành và công trình thu nước Nhà máy nước Hòa Liên

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập dữ liệu

- Phương pháp phân tích thống kê

- Phương pháp mô hình toán

6 Ý nghĩa khoa học và thực tế của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Đề tài góp phần cung cấp và bổ sung thêm nguồn

cơ sở dữ liệu tài nguyên nước lưu vực sông Cu Đê Sử dụng mô hình MIKE-NAM, MIKE-11 để nghiên cứu đánh giá, dự báo lượng nước đến và nhu cầu dùng nước của các ngành làm cơ sở để quy hoạch, quản

lý nguồn nước trong tương lai

- Ý nghĩa thực tiễn: (i) Trong điều kiện của biến đổi khí hậu như hiện

nay, việc dự báo, đánh giá nguồn nước trong tương lai là nhiệm vụ cấp thiết cho việc định hướng quy hoạch phát triển kinh tế xã hội của thành phố Đà Nẵng, (ii) Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho các đơn vị quản lý nguồn nước, các đơn vị khai thác nước trên lưu vực sông Cu

Đê có kế hoạch sử dụng nước hợp lý, đảm bảo an toàn cấp nước, (iii) Giúp việc lựa chọn vị trí công trình thu nước trên sông Cu Đê phục vụ xây dựng Nhà máy nước Hòa Liên tương ứng với các giai đoạn nâng công suất

7 Cấu trúc luận văn gồm: Mở đầu, Nội dung (4 chương) và Kết luận CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI NGUYÊN NƯỚC 1.1 Khái niệm và phương pháp đánh giá tài nguyên nước

1.1.1 Khái niệm tài nguyên nước

Nước là yếu tố chủ yếu của hệ sinh thái, là nhu cầu cơ bản của mọi sự sống trên trái đất và cần thiết cho các hoạt động kinh tế-xã hội của loài người Trong cơ thể sống, nước chiếm tỷ lệ hơn 70% khối lượng cơ thể con người trưởng thành Nước là thành phần cấu tạo nên sinh quyển, có khả năng tác động trực tiếp đến thạch quyển, khí quyển Cùng với các dạng tài nguyên thiên nhiên khác, nguồn nước là một trong những nguồn lực cơ bản để phát triển kinh tế-xã hội, là đối tượng lao động và là một yếu tố cấu thành lực lượng sản xuất

1.1.2 Các phương pháp đánh giá tài nguyên nước

1.1.2.2 Phương pháp tính toán tài nguyên nước

1.1.2.3 Phương pháp tính toán thủy văn

1.1.2.4 Phương pháp mô hình hóa

1.2 Tình hình nghiên cứu tài nguyên nước thế giới và Việt Nam

1.2.1 Tài nguyên nước thế giới

Tổng lượng nước trên trái đất khoảng 1.386 triệu km3 Trong đó 97% lượng nước toàn cầu ở đại dương, 3% còn lại là nước ngọt, tồn tại

ở dạng băng tuyết, nước ngầm, sông ngoài và hơi nước trong không khí

Hệ thống nước khí quyển, nguồn động lực thủy văn nước mặt chỉ khoảng 12.900 km3, chưa đầy 1/100.000 lượng nước toàn cầu

1.2.2 Tài nguyên nước ở Việt Nam

Việt Nam là nước có nguồn tài nguyên nước vào loại trung bình trên thế giới và có nhiều yếu tố không bền vững Nước ta có khoảng

830 tỷ m3 nước mặt trong đó chỉ có 310 tỷ m3 được tạo ra do mưa rơi trên lãnh thổ Việt Nam chiếm 37% còn 63% do lượng mưa ngoài lãnh thổ chảy vào Tổng trữ lượng tiềm tàng khả năng khai thác nước dưới đất ước tính khoảng 60 tỷ m3/năm

1.3 Các công trình nghiên cứu tài nguyên nước trên lưu vực sông

Vu Gia – Thu Bồn và Cu Đê

1.3.1 Trên lưu vực Vu Gia – Thu Bồn

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu tài nguyên nước và xâm nhập mặn trên lưu vực vu Gia – Thu Bồn dưới tác động của biến đổi khí hậu đã được quan tâm nhằm đảm bảo cung cấp nước phục vụ nông nghiệp và cấp nước phục vụ sinh hoạt của nhân dân Việc nghiên cứu tài nguyên nước và xâm nhập mặn cũng đã mang lại những kết quả đáng kể, từ đó nâng cao hiệu quả khai thác, đưa ra các quy trình vận hành liên hồ chứa phía thượng nguồn nhằm khai thác nguồn nước một các hợp lý giữa các ngành, cải tạo cảnh quan, cải tạo hệ sinh thái ven

bờ Bên cạnh đó, việc nghiên cứu cũng đưa ra các giải pháp phục vụ công tác quản lý, phát triển kinh tế xã hội, đảm bảo môi trường và phát triển bền vững thành phố Đà Nẵng

1.3.2 Trên lưu vực sông Cu Đê

(i) Đề tài: “Đánh giá tài nguyên nước mặt hệ thống sông Cu Đê và sông Túy Loan phục vụ phát triển kinh tế xã hội thành phố Đà Nẵng”

do Chi cục Thủy lợi và Phòng chống lụt bão ĐN thực hiện năm 2004 (ii) Dự án: “Đánh giá toàn diện nhằm hướng đến khả năng chống chịu BĐKH đối với nguồn tài nguyên nước thành phố Đà Nẵng” do Viện khoa học thủy lợi miền Trung – Tây Nguyên thực hiện năm 2015 (iii) Dự án: “Nghiên cứu khả thi Mở rộng hệ thống cấp nước Đà Nẵng giai đoạn 2012-2018.” Công ty tư vấn Black & Veatch thực hiện năm 2011

(iv) Dự án: “Nghiên cứu tiền khả thi Xây dựng Nhà máy nước Hòa Liên theo hình thức hợp tác công - tư” Công ty Kajima – Nhật Bản thực hiện năm 2014

(v) Dự án: “Xây dựng mô hình thủy văn thủy lực và phát triển đô thị thành phố Đà Nẵng” do Trung tâm nghiên cứu bảo vệ môi trường Đà Nẵng thực hiện năm 2013

Do yêu cầu về mỗi dự án khác nhau nên mỗi dự án giải quyết các vấn đề khác nhau, việc đánh giá tài nguyên nước sông Cu Đê cũng đã được nhắc đến nhưng chưa gắn với các giải pháp công trình nhằm mục đích cung cấp nguồn nước thô phục vụ xây dựng Nhà máy nước Hòa Liên Ở đây, đề tài cũng sẽ tận dụng các số liệu từ các dự án đã thực hiện trên lưu vực sông Cu Đê để làm cơ sở phân tích đánh giá tài nguyên nước và đề xuất các giải pháp công trình phù hợp cho quá trình triển khai xây dựng Nhà máy nước Hòa Liên

CHƯƠNG II: ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU, ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN KHÔNG GIAN ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG VÀ DỰ BÁO NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC SINH HOẠT

2.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

2.1.1 Vị trí địa lý

2.1.2 Đặc điểm địa hình

2.1.3 Đặc điểm địa chất

2.1.4 Đặc điểm thổ nhưỡng

2.1.5 Đặc điểm khí hậu - thủy văn

2.1.6 Các sông thuộc hạ lưu sông Vu Gia

2.1.7 Lưu vực sông Cu Đê

2.1.7.1 Giới thiệu về lưu vực sông Cu Đê

Lưu vực Cu Đê thuộc sườn phía tây của đèo Hải Vân, phía đông giáp vịnh Đà Nẵng, có diện tích lưu vực 425,2 km2 Đây là vùng nằm ở rìa của trung tâm mưa lớn nhất của khu vực Quảng Nam - Đà Nẵng Độ dốc của lưu vực tương đối lớn, có hình nan quạt nên lũ tập trung nhanh

về tuyến công trình Trên lưu vực, có sông Nam đựợc xem là nhánh chính của sông Cu Đê, chảy về hợp với nhánh sông Bắc, sau đó tiếp tục chảy về hạ lưu và tiếp nhận thêm nhánh Suối Cậy cách Nam Ô khoảng

14 km, tổng chiều dài của sông Cu Đê là 38km Lượng mưa trung bình hàng năm của khu vực này là khá cao: 1800 mm Mặc dù vậy có sự khác nhau trong các mùa, 65% - 80% lượng mưa hàng năm tập trung trong thời gian tháng 10 - tháng 12

2.1.7.2 Tình hình khai thác và sử dụng nước trên lưu vực sông Cu Đê

Trên lưu vực sông cu Đê đã xây dựng 9 công trình đập dâng nhỏ và

1 trạm bơm, có năng lực tưới 1.235,5ha, đã phát huy được 742,8 ha bằng 60,12% thiết kế.Vùng gần cửa sông, khu vực thôn Trường Định

và hạ lưu cầu Nam Ô Thượng có khoảng 10 hộ dân nuôi tôm nước lợ với diện tích 17 ha với năng suất 0,7 tấn/ha

2.1.7.3 Chất lượng nước lưu vực sông Cu Đê

Chất lượng môi trường nước sông Cu Ðê [4]: luôn bị tác động bởi nhiều hoạt động như công nghiệp, dịch vụ, thương mại, nông nghiệp và dân sinh Ðánh giá chung trong vòng 5 năm (2011 – 2015), chất lượng nước sông Cu Ðê đã được cải thiện hơn so với giai đoạn trước đó và diễn biến các chất gây ô nhiễm đang có xu hướng giảm dần theo thời gian Tại tất cả các vị trí quan trắc trên sông Cu Ðê trong

5 năm qua chưa có dấu hiệu ô nhiễm chất hữu cơ

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nguồn nước sông Cu Đê

2.2.1 Yếu tố tự nhiên

2.2.2 Yếu tố nhân tạo

2.3 Định hướng phát triển đô thị thành phố Đà Nẵng

2.3.1 Mục tiêu phát triển và quy mô dân số

2.3.1.1 Mục tiêu phát triển

Phát triển thành phố Đà Nẵng trở thành thành phố cấp quốc gia, hiện đại; là đô thị trung tâm góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội vùng Miền trung và Tây nguyên Tầm nhìn đến năm 2050: Xây dựng và phát triển thành phố Đà Nẵng trở thành thành phố đặc biệt cấp quốc gia, hướng tới đô thị cấp quốc tế và phát triển bền vững

2.3.1.2 Quy mô dân số

Dự báo đến năm 2020 dân số thành phố Đà Nẵng khoảng 1,6 triệu người, trong đó dân số đô thị khoảng 1,3 triệu người; đến năm 2030 dân

số thành phố Đà Nẵng khoảng 2,5 triệu người (bao gồm dân số tạm trú

và dân số quy đổi lượng khách du lịch ước tính năm 2030), trong đó dân số đô thị khoảng 2,3 triệu người

2.3.2 Phân vùng khu vực phát triển đô thị

Khu vực đô thị cũ: Khu vực này là trung tâm lịch sử truyền thống;

là trung tâm kinh tế, văn hóa, chính trị và giáo dục của thành phố ĐN; Khu ven biển Tây Bắc: Khu vực này phát triển du lịch, nghỉ dưỡng, trung tâm thương mại dịch vụ

Khu ven biển phía Đông: Khu vực này có vị trí thuận lợi về phát triển kinh tế và du lịch, nghỉ dưỡng; giữ vị trí chiến lược quan trọng về quốc phòng, an ninh của thành phố

Khu vực phía Tây: Phát triển khu vực phía Tây trở thành trung tâm công nghiệp công nghệ cao, công nghệ thông tin tập trung của thành phố Đà Nẵng

Khu vực phía Nam: Khu vực phát triển đô thị gắn với bảo tồn, lưu giữ các di tích lịch sử văn hoá, hình thành các khu nhà vườn

2.4 Dự báo nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt

2.4.1 Quy mô dân số và mức tăng dân số

2.4.2 Quy mô các khu công nghiệp

2.4.3 Dự báo nhu cầu sử dụng nước

- Giai đoạn đến năm 2020: - Q tt: 386.000 m3/ngày

- Q max: 462.000 m3/ngày

- Giai đoạn đến năm 2030: - Q tt: 697.000 m3/ngày

- Q max: 832.000 m3/ngày

CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỦY VĂN THỦY LỰC

CHO LƯU VỰC SÔNG CU ĐÊ 3.1 Phân tích, lựa chọn công cụ mô hình mô phỏng

Luận văn lựa chọn các mô hình tính toán đánh giá tài nguyên nước lưu vực sông Cu Đê bao gồm: (i) Tính toán thủy văn bằng mô hình MIKE-NAM, (ii) Tính toán thủy lực và mô phỏng các kịch bản tính toán

bằng mô hình MIKE-11

3.2 Mô hình thủy văn MIKE-NAM

3.2.1 Giới thiệu mô hình thủy văn MIKE-NAM

MIKE-NAM là từ viết tắt của tiếng Đan Mạch “Nedbor - Afstromnings - Model”, có nghĩa là mô hình mưa - dòng chảy Mô hình

này đầu tiên do Khoa Tài Nguyên nước và Thuỷ lợi của Trường Đại học Đan Mạch xây dựng (Nielsen và Hansen, 1973) Mô hình NAM là loại mô hình bể chứa được sử dụng tính dòng chảy từ mưa đã được mô phỏng trong mô hình MIKE 11 Mô hình NAM được xây dựng trên nguyên tắc xếp 3 bể chứa theo chiều thẳng đứng và 2 bể chứa tuyến tính nằm ngang

3.2.2 Cơ sở và phương pháp hiệu chỉnh mô hình

Để hiệu chỉnh mô hình tính toán, trong nghiên cứu sử dụng hệ số Nash-Sutcliffe và hệ số tương quan R2 để đánh giá kết quả tính toán

3.2.3 Áp dụng mô hình MIKE-NAM tính toán dòng chảy lưu vực sông Cu Đê

3.2.3.1 Dữ liệu đầu vào

Trên lưu vực sông Cu Đê không có trạm đo số liệu Khí tượng - thủy văn, chỉ có trạm đo mưa Hòa Trung (từ năm 1979 đến năm 2016), trạm đo mưa Hòa Bắc (từ năm 2009 đến năm 2014) Vì vậy đối với lưu vực sông Cu Đê, ta xây dựng mối quan hệ tương quan bằng cách sử dụng số liệu thủy văn của trạm Thượng Nhật để tính toán tìm bộ thông

số cho mô hình MIKE-NAM Sau khi xây dựng bộ thông số, ta sử dụng

số liệu mưa của Hòa Trung, mưa Hòa Bắc để tính lưu lượng dòng chảy trên lưu vực sông Cu Đê

3.2.3.2 Xây dựng bộ thông số mô hình MIKE-NAM cho lưu vực Thượng Nhật

• Xây dựng bộ thông số

Hình 3-2: Kết quả chạy mô hình Nam cho lưu vực Thượng Nhật