Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN đánh giá cân bằng nước cho tỉnh phú thọ trong bối cảnh biến đổi khí hậu

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE BASIN ĐÁNH GIÁ CÂN BẰNG NƯỚC CHO TỈNH PHÚ THỌ TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CHUYÊN NGÀNH: KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VŨ KHẮC TÚ HÀ NỘI - 2019 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE BASIN ĐÁNH GIÁ CÂN BẰNG NƯỚC CHO TỈNH PHÚ THỌ TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CHUYÊN NGÀNH: KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VŨ KHẮC TÚ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG VÂN ANH HÀ NỘI - 2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán hướng dẫn chính: TS.Trương Vân Anh Cán chấm phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Kiên Dũng Cán chấm phản biện 2: PGS.TS Hoàng Minh Tuyển Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày 21 tháng 01 năm 2019 TÓM TẮT LUẬN VĂN Họ tên học viên : Vũ Khắc Tú Lớp : CH2BT Khóa: 2016- 2018 Cán hướng dẫn: Ts Trương Vân Anh Tên đề tài : Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE BASIN đánh giá cân nước cho tỉnh Phú Thọ bối cảnh biến đổi khí hậu Tóm tắt Tóm tắt luận văn cao học Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE BASIN đánh giá cân nước cho tỉnh Phú Thọ bối cảnh biến đổi khí hậu Mục tiêu luận văn Nghiên cứu cơng cụ mơ hình MIKE BASIN toán cân nước Đánh giá trữ lượng tài nguyên nước trạng tương lai bối cảnh biến đổi khí hậu Phạm vi nghiên cứu Tài nguyên nước tỉnh Phú Thọ Ý nghĩa luận văn - Về ý nghĩa khoa học: Đã sử dụng mơ hình MIKE BASIN cân nước tỉnh Phú Thọ trạng tương lai bối cảnh biến đổi khí hậu - Về ý nghĩa thực tiễn: Từ làm sở cho việc quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên nước Kết - Đã ứng dụng thành cơng mơ hình MIKE NAM, MIKE MUSKINGUM tính tốn dòng chảy đến tiểu lưu vực - Ứng dụng thành cơng mơ hình CROPWAT tính nhu cầu nước nông nghiệp xác định nhu cầu nước ngành trạng tương lai - Kết tính tốn cân nước theo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến năm 2030 mô hình MIKE BASIN bối cảnh biến đổi khí hậu cho thấy tình trạng thiếu nước tập chung vào mùa kiệt tiểu lưu vực PT_TNG1, PT_TNG2, PT_TPL53, PT_TDD, PT_TPL61 với tổng lượng thiếu hụt 8,71.106 m3/năm so với trạng 1,83 106 m3/năm LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn công trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn khoa học TS.Trương Vân Anh Các số liệu, kết luận trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố hình thức Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Học viên Vũ Khắc Tú LỜI CẢM ƠN Qua thời gian nghiên cứu thực hiện, đến luận văn thạc sĩ đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE BASIN đánh giá cân nước cho tỉnh Phú Thọ bối cảnh biến đổi khí hậu” hồn thành Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Trương Vân Anh, người tận tình hướng dẫn, góp ý bảo suốt q trình học tập hoàn thành luận văn Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, cô giáo Khoa Khí tượng – Thủy văn, Phòng Đào tạo sau Đại học – Trường Đại học Tài nguyên Mơi trường Hà Nội tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức chun mơn suốt q trình học tập Với thời gian kiến thức hạn chế nên tránh khỏi khiếm khuyết, học viên mong nhận góp ý thầy, cô giáo, cán khoa học đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Hà Nội, tháng Học viên Vũ Khắc Tú năm 2018 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU .1 Đặt vấn đề .1 Mục tiêu luận văn .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .2 Nội dung nghiên cứu .2 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG NƯỚC VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan cân nước hệ thống 1.2 Các nghiên cứu trước liên quan đến cân nước 1.3 Tác động biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước 1.3.1 Trên giới 1.3.2 Việt Nam 1.4 Giới thiệu số mơ hình 1.4.1 Các mơ hình tính lượng nước đến .8 1.4.2 Mơ hình tính nhu cầu nước .10 1.4.3 Các mô hình tính cân nước 10 1.5 Tổng quan khu vực nghiên cứu .12 1.5.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 12 1.5.2 Đặc điểm khí hậu mạng lưới sơng ngòi .15 1.5.3 Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội 23 1.6 Mục tiêu phát triển tiêu kinh tế xã hội chủ yếu .27 1.6.1 Mục tiêu phát triển xã hội .27 1.6.2 Định hướng phát triển ngành 28 1.7 Hiện trạng khai thác, sử dụng nước 30 CHƯƠNG CƠ SỞ SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Tóm tắt sở lý thuyết mơ hình 34 2.1.1 Mơ hình NAM 34 2.1.2 Mơ hình CROPWAT .37 2.1.3 Mô hình MIKE BASIN 39 2.2 Cơ sở số liệu .41 2.2.1 Số liệu tính tốn 41 2.3 Phương pháp nghiên cứu 42 2.3.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp 42 2.3.2 Phương án cân tài nguyên nước mặt 43 1.2 Kịch BĐKH tỉnh Phú Thọ 43 2.4 Chỉ tiêu cấp nước .44 2.4.1 Hiện trạng 44 2.4.2 Tương lai 48 CHƯƠNG KẾT QUẢ ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE BASIN CÂN BẰNG NƯỚC CHO TỈNH PHÚ THỌ 51 3.1 Phân vùng tiểu vùng dùng nước .51 3.3.1 Nguyên tắc phân vùng sử dụng nước 51 3.3.2 Phân vùng sử dụng nước tỉnh Phú Thọ 51 3.2 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình 54 3.2.1 MIKE NAM 54 3.2.2 MIKE 11-Muskingum .57 3.3 Tính tốn cân nước điều kiện .60 3.3.1 Lượng nước đến tiểu vùng 62 3.3.2 Tính tốn nhu cầu nước tiểu vùng 63 3.3.4 Tính tốn cân nước trạng cho tỉnh Phú Thọ 66 3.4 Tính toán cân nước điều kiện BĐKH 72 3.4.1 Lượng nước đến tiểu vùng 72 3.4.2 Lượng nước đến theo kịch BDKH 75 3.4.3 Nhu cầu nước theo kịch BĐKH .76 3.4.4 Tính tốn cân nước tương lai theo kịch BĐKH 80 Hình 3.22 Bản đồ % lượng thiếu hụt nước cấp năm 2030 .87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 Kết luận 89 Kiến nghị .90 TÀI LIỆU THAM KHẢO .91 PHỤ LỤC 94 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MIKE: Bộ mơ hình thủy lực thủy văn lưu vực Viện Thủy lực Đan Mạch; NAM: Mơ hình dòng chảy Đan Mạch (Nedbor-AfstromningsModel); SWAT: Mơ hình mơ dòng chảy mặt qua độ ẩm đất (Soil and Water Assessment Tool); IPPC: Công ước bảo vệ thực vật quốc tế (International Plant Protection Convention); IMRR: Integrated and sustainable water Management of Red- Thai Binh Rivers System in changing climate; SRES: Báo cáo kịch phát thải (Special Report on Emissions Scenarios); WEAP: Mô hình hệ thống đánh giá phát triển nguồn nước (Water Evaluation and Planning System); CROPWAT: Mơ hình tính nhu cầu tưới trồng theo tiêu sinh thái; BASINS: Mơ hình xây dựng Cơ quan Bảo vệ Mơi trường (Hoa Kỳ); MIKE BASIN: Mơ hình tính cân nước hệ thống cho lưu vực; BĐKH: Biến đổi khí hậu; CCN: Cụm cơng nghiệp; KCN: Khu cơng nghiệp; KNK: Khí nhà kính; FAO: Tổ chức lương thực nông nghiệp Liên Hợp Quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations) Kh N N u m m Tiểu136161 L 986975 PT_T PL PT_LS Nguồn: Niên giám thống kê tỉnh Phú Thọ năm 2017 Phụ lục Diện tích đất cơng nghiệp Đơn vị: Ha TiểuN N vùng 201m PT_T NG1 PT_T NG2 PT_ TDD PT_ TPL PT_ TPL PT_T NCh PT_ TCT PT_T DM PT_T PT_T Th1 PT_T Th2 PT_T Th3 PT_T Th4 PT_T Th5 PT_ TPL PT_ TPL TiểuN N vùng 201m PT_L1 PT_L2 PT_L3 Nguồn: Quy hoạch tổng thể phát triển công nghiệp tỉnh Phú Thọ đến năm 2025, định hướng 2030 địa bàn tỉnh Phú Thọ Phụ lục : Số lượng vật nuôi gia súc gia cầm N T T r i â ể u u l P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T P T L ợ n G ia 8 9 1 2 5 5 7 4 6 9 9 7 6 7 6 1 7 4 N T L r ợ â n G ia u 1 1 1 9 3 3 7 7 4 1 9 9 8 7 4 1 2 3 3 4 2 3 3 6 N T T r i â ể u u l P T P T P T P T P T P T L ợ n G ia 4 8 0 8 N T L r ợ â n G ia u 1 6 5 8 1 1 6 1 Nguồn: Niên giám thống kê tỉnh Phú Thọ năm 2017 Phụ lục 6: Bảng tổng hợp diện tích trồng tiểu lưu vực tỉnh Phú Thọ Đơn vị: Ha L ú T a i A ể Gụ u đô 10 14 26 72 N79 Ng 85 g 19 N 50 gS19 oS68 21 oS55 74 o Ve 636 n 820 Ve n Ve 214 n Ve 832 n 39 Ve n Ve 19 n 16 Ve 06 n 91 Ve 68 n Ve 10 n 13 Ve 22 n 16 Ve 94 n 44 Ve 09 n 12 Ve 55 n 31 Ve n 99 Ve 31 n Ve 22 n S 53 16 oS73 20 oS60 26 oS14 68 o4 L ú a m 10 24 16 69 7 10 79 13 41 22 95 22 45 33 01 61 22 63 17 03 17 19 05 11 67 13 03 39 22 94 16 54 14 58 18 03 14 41 Lúa AGụ Đậ Ng u Ch đông ô+ Tư è xuân Kh ơn (ĐX) oai g+ 88 888 02 856 2346 18 74 81 15 634 746 58 28 42 1708 10 4630 59 57 27 129 1724 86 5321 19 15 1887 75 4 177 44 653 11 417 323 26 45 177 85 03 130 10 23 281 69 348 10 10 2232 1669 13 1380 10 83 1461 48 345 800 45 311 895 84 532 1221 78 83 910 1409 26 18 23 390 75 12 48 1099 83 30 27 2743 26 93 30 868 16 12 015 1973 99 122 1466 11 149 99 1804 40 19 491 2289 02 63 599 L úa m ùa 89 14 62 67 94 11 75 20 09 19 67 47 027 014 810 923 529 14 92 15 06 70 752 10 22 11 41 29 686 20 09 78 14 49 12 77 15 79 12 62 31 Đậ Ng u Ch ô+ Tư è Kh ơn oai g+ 9 75 19 12 157 09 93 85 58 58 43 9 10 1931 79 50 28 230 39 8210 20 16 13 426 45 21 21 717 26 95 95 23 11 24 11 11 39 10 13245 32 0152 10 85 68 5 846 55 55 611 94 94 833 78 78 910 82 28 54 57 75 40 48 84 29 36 36 30 27 27 915 09 0923 11 1317 10 61 19 124 94 38 1 43 9Nguồn: Niên giám thống kê tỉnh Phú Thọ năm 2017 Phụ lục Nhu cầu nước cho dòng chảy môi trường theo kịch BĐKH Ti ểu P PT 0,0 T 0, 77 PT _T PT 19 0, _T P 24 1, T P 01 1, T P 48 1, T P 58 0, T PT 13 0, _T 19 PT 0, _T 07 PT 0, _T PT 10 0, _T P 05 0, T PT 20 0, _T P 18 0, T_ P 12 0, T 13 P 29, T_ 29, 63 P T_ 35, 81 P T_ P 42 31, T_ P 69 31, T_ PT 86 0, _T PT 12 0, _T P 20 6, TP 40, 71 T 40, 16 P T 40, 71 P T 80 0,0 81 0, 20 0, 35 1, 08 1, 35 1, 71 0, 14 0, 16 0, 07 0, 10 0, 05 0, 17 0, 21 0, 18 0, 10 25, 30 25, 48 25, 71 27, 12 27, 35 0, 10 0, 18 7, 46 38, 41 38, 97 39, 06 0,0 75 0, 15 0, 19 0, 98 1, 43 1, 50 0, 15 0, 14 0, 05 0, 11 0, 05 0, 17 0, 21 0, 11 0, 12 22, 59 22, 74 22, 91 24, 51 24, 65 0, 14 0, 16 6, 16 36, 85 37, 31 37, 40 1,0 01 0, 25 0, 32 1, 28 2, 00 2, 09 0, 16 0, 22 0, 10 0, 11 0, 11 0, 24 0, 29 0, 16 0, 13 28, 77 29, 70 29, 01 30, 46 31, 33 0, 17 0, 18 8, 30 48, 99 51, 20 50, 06 1,0 48 0, 43 0, 64 2, 01 3, 01 3, 15 0, 20 0, 31 0, 13 0, 12 0, 09 0, 33 0, 36 0, 26 0, 20 46, 21 48, 13 48, 84 49, 53 52, 16 0, 18 0, 26 14, 36 83, 93 88, 55 83, 64 Nhu cầu nước cho môi trường m /s1 4 30 61 72 1, 3, 4, 5, 1, 2, 1,0 0,0 2, 0, 0, 0, 0, 0, 64 0, 99 0, 30, 30, 61, 30, 30, 44 0, 15 0, 42, 44, 25, 55, 53, 51 2, 27 1, 84, 15, 98, 89, 45, 29 3, 41 2, 14, 66, 48, 29, 05, 23 3, 23 2, 40, 90, 80, 40, 70, 56 0, 14 0, 20, 30, 50, 40, 30, 23 0, 20 0, 0, 0, 0, 0, 0, 27 0, 24 0, 0, 0, 0, 0, 0, 07 0, 13 0, 10, 10, 20, 30, 10, 15 0, 15 0, 10, 10, 11, 21, 10, 13 0, 06 0, 40, 70, 00, 00, 60, 40 0, 28 0, 50, 50, 90, 90, 60, 34 0, 23 0, 20, 40, 50, 50, 30, 21 0, 18 0, 4 16 16 85 15 20 16 92 72, 42, ,6 14 0,0 19 4,6 15 4,4 10 ,7 70, 19 42, 30 90 ,9 16 9,6 18 6,4 16 2,4 7,0 68 43, 14 85 98 73, ,3 2,7 7,2 3,0 ,4 79 88 11 21 13 98 74, 61 48, ,8 8,7 6,4 4,6 ,8 54 89 14 19 15 99 69, 05 44, ,20, 8,1 2,3 2,6 ,7 61 0, 0, 0, 0, 0, 88 0, 30, 30, 40, 50, 30, 25 0, 13 0, 7 31 24 45 41 31 16 12, 22 8, ,8 ,8 ,8 ,4 ,4 47 72 14 21 26 18 97 76, 48, 2,7 28 1,6 26 0,6 14 5,4 11 ,5 79, 69 49, 66 15 8,8 25 7,5 26 7,1 19 9,2 5,5 90 52, 94 15 97 78, 0,5 0,4 9,9 5,3 ,6 98 95 Phụ lục Danh mục Khu công nghiệp, Cụm công nghiệp đến năm 2025, 2030 T T I II Q Ku hy u T KC3 h N 3ụ Th 5Gy ĐXã KCIHồ N :ng Tru Đà, g 11 X KCN Phù0 ã G P KCN Đ h Phú I: ú Hà Hx KCN ã Hạ H T L KCN h C a Khê KC03Cn N 5ổ CC N P h , C ụ P m h T CCN Pư B 9h CC X N ã CC X N ã CC 4X N 1ã X CCN ã Phú0 Gia P T T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Q Ku hy u X C 6ã C N T X C 3ã C N C ,4XH C 5ã CCN X C ã CCN 7Xã Sóc3Só X CC ã N N NT C T C N , X C 3ã C N Đ X C 5ã C NC 2TC C 0T X CCN ã Giáp0 Lai K G CC 2h N 0u T ĐX CC ã N Ho , H X CCN ã Y Mao T Y C 4hị C 5tr N ấn Q Ku hy u X C 5ã C 0Ph NC 4ươT C 0T CC L N CCN T Tân5 T Nguồn: Quy hoạch tổng thể phát triển công nghiệp tỉnh Phú Thọ đến năm T T 23 24 25 26 2025, định hướng 2030 địa bàn tỉnh Phú Thọ Phụ lục Các cơng trình cấp nước tập trung tỉnh Phú Thọ C S T T T ô C ôN ng g u s u n ấ V P ị h ng m t s Pr n N h N Tư h 4ư 0ớ h n c g ên m N h m y N h m m Tn h N ị 1 0ư x ã c P h T N T S 9ớ ô c P h n T T S ô n g C S T T T ô ên ng s n N h m C ôN ng g u s u n ấ N c áN h m N h m N h m y nN h m N c N N 3ư 6ớ c N 2ư 5ớ V P ị h m t rK h Kê h T u T x ã T X h u aT â T K h P h u o n g T T T TĐ o Đa H Tu T y Hệ n H H u Ty Tệ n T C ôN ng g u s u n ấ C S T T T ô ên ng V P ị h m t r s h n u y ệ Nguồn: Báo cáo trạng môi trường ngành xây dựng tỉnh Phú Thọ 2016 Sở Xây dựng; Danh mục cơng trình cấp nước tập trung xây dựng kèm theo Kế hoạch số 3201/KH-UBND ngày 01/8/2016 UBND tỉnh Phú Thọ Phụ lục 10 Hiện trạng khai thác đơn lẻ nguồn nước mặt địa bàn tỉnh Phú Thọ Q u M g y Tê Đ m ụ n ịau c c ô a h k h ỉn S h đ u C x ố ôN i S n i H C g n - – S h C X áS ô ô S n Đ n H g ị T Sg – N Tô S h n 5H – C C gS S ô ổ ô X n n g T g , N S T T Q u M g y Tê Đ m ụ n ịau c c ô a h k h ỉn C T Sh đ ô h u S n ố X Tg ợT Si ổ Tô S n n 2H – g V gS C ă ô 2S ô n n 0H n – gĐ ậ x p 1S C ôV S H nõ 5– g S Đ n T ầ CT m S ô H A nH – o g S S u C x ố S ô i H n H – g S t C Sằ ô x S n ô N n N g g S K C Hh S ô u ô 1S n n 1H – g g S nguyên Môi trường tỉnh Phú Thọ Nguồn: Sở Tài N S T T 1 1 Phụ lục 11 Bảng thống kê trạng sử sử nước mưa, nước mặt S T ố ỷ S T ỷ ố H n l l ug ệ ệ yư n n ệ 1T n P 06 T X 02 ĐP 0.0 oa 08 H 0,6 70 L â 33 P h 01 C 0,7 ẩ 84 T a 71 T 0.5 â 10 02 T 0,0 h 04 T 4,4 h 56 30 T h 14 0,9 a ,0 Yn 5,4 ê 01 20 1,3 T 35 ổ Nguồn: Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Phú Thọ 2017 S T T ... hình MIKE BASIN đánh giá cân nước cho tỉnh Phú Thọ bối cảnh biến đổi khí hậu Tóm tắt Tóm tắt luận văn cao học Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE BASIN đánh giá cân nước cho tỉnh Phú Thọ bối cảnh biến. .. đầu ứng dụng thành công mô hình việc tính tốn cân nước hệ thống Đây tiền đề cho tính khả thi luận văn Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE BASIN đánh giá cân nước cho tỉnh Phú Thọ bối cảnh biến đổi. .. giả đưa nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE BASIN đánh giá cân nước cho tỉnh Phú Thọ bối cảnh biến đổi khí hậu để từ tìm phương án giải cho vấn đề an sinh phát triển kinh tế Tỉnh Mục