Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông cầu bằng mô hình mike basin

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Phương Nhung TÍNH TỐN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG LƯU VỰC SƠNG CẦU BẰNG MƠ HÌNH MIKE BASIN Chun ngành: Thủy văn học Mã số: 60 44 90 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THANH SƠN Hà Nội – 2011 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG……………………………………………………………… DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT……………………………………………………7 MỞ ĐẦU Chương ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG CẦU 10 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 10 1.1.1 Vị trí địa lý 10 1.1.2 Địa hình 10 1.1.3 Địa chất 12 1.1.4 Thổ nhưỡng 13 1.1.5 Thảm phủ thực vật 13 1.1.6 Đặc điểm khí hậu 14 1.1.7 Đặc điểm thủy văn 17 1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 22 1.2.1 Dân số 22 1.2.2 Hiện trạng kinh tế - xã hội 23 Chương KHÁI QUÁT VỀ CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG VÀ CÁC MƠ HÌNH CÂN BẰNG NƯỚC……………………………………………………….30 2.1 Khái niệm hệ thống nguồn nước cân nước hệ thống 30 2.1.1 Hệ thống nguồn nước 30 2.1.1 Khái niệm cân nước hệ thống 31 2.2 Giới thiệu số mô hình tính tốn cân nước 31 2.2.1 Hệ thống mơ hình GIBSI 31 2.2.2 Chương trình Sử dụng nước (Water Ultilization Project) 32 2.2.3 Mơ hình BASINS 33 2.2.4 Mơ hình hệ thống đánh giá phát triển nguồn nước WEAP 35 2.2.5 Bộ mơ hình MIKE (DHI) 36 2.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình MIKE BASIN 36 2.3.1 Giới thiệu chung 36 2.3.2 Giới thiệu MIKE BASIN 37 2.3.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình MIKE BASIN 38 2.3.4 Mơ đun mưa-dịng chảy NAM 42 Chương ÁP DỤNG MƠ HÌNH MIKE BASIN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG LƯU VỰC SÔNG CẦU 50 3.1 Phân vùng tính cân nước 50 3.2 Tính tốn dịng chảy đến tiểu khu 50 3.2.1 Hiệu chỉnh kiểm nghiệm mô hình .53 3.2.2 Ứng dụng mơ hình khơi phục số liệu 53 3.3 Tính tốn nhu cầu dùng nước tiểu khu 56 3.3.1 Nhu cầu dùng nước cho nông nghiệp 56 3.3.2 Nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt 57 3.3.3 Nhu cầu dùng nước cho chăn nuôi 58 3.3.4 Nhu cầu dùng nước cho công nghiệp 69 3.3.5 Nhu cầu dùng nước cho giao thông thủy bảo vệ môi trường 60 3.3.6 Nhu cầu dùng nước cho thương mại, dịch vụ du lịch 61 3.3.7 Nhu cầu dùng nước cho hoạt động đô thị 62 3.3.8 Nhu cầu dùng nước cho thủy sản 62 3.4 Cân nước hệ thống lưu vực sông Cầu 65 3.4.1 Sơ đồ tính tốn cân nước 66 3.4.2 Tính tốn trạng cân nước hệ thống lưu vực sông Cầu .66 3.4.3 Kết tính cân nước trạng 2007 70 3.4.4 Tính tốn cân nước hệ thống lưu vực sơng Cầu theo quy hoạch năm 2015 77 3.4.5 Kết tính cân nước cho phương án quy hoạch năm 2015 80 3.4.6 Những vấn đề tồn tại, định hướng giải pháp 83 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC 90 DANH MỤC HÌNH Hình Sơ đồ lưu vực sơng Cầu 11 Hình Bản đồ lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sơng Cầu 24 Hình Sơ đồ minh hoạ cấu trúc mơ hình MIKE BASIN 40 Hình 4: Cấu trúc mơ hình NAM 45 Hình Bản đồ phân vùng phân khu cân nước lưu vực sơng Cầu 52 Hình Kết hiệu chỉnh trạm Tân Cương 55 Hình Kết kiểm nghiệm trạm Tân Cương 55 Hình Biểu đồ phân bố cấu dùng nước hộ dùng nước lưu vực 65 Hình Sơ đồ hóa lưu vực sơng Cầu 67 Hình 10a, b Kết kiểm định mơ hình MIKE BASIN trạm Thác Bưởi 73 Hình 11a,b Sơ đồ tính tốn cân nước lưu vực sơng Cầu phương án trạng:a) có cơng trình; b) khơng có cơng trình 78 Hình 12a,b Bản đồ phân vùng thiếu nước lưu vực sông Cầu phương án cân nước trạng: a) khơng có cơng trình; b) có cơng trình 78 Hình 13 Sơ đồ tính tốn cân nước hệ thống sông Cầu MIKE BASIN phương án quy hoạch 2015 82 Hình 14 Bản đồ phân vùng thiếu nước lưu vực sông Cầu 2015 82 DANH MỤC BẢNG Bảng Nhiêṭđơ k ̣ hơng khítrung binhh̀ tháng, tối cao vàtối thấp thời kỳ quan trắc taịcác traṃ lưu vưc ̣……………………………………… 15 Bảng Độ ẩm tương đối khơng khítrung binhh̀ nhiều năm mơṭsốvùng15 Bảng Lương ̣ mưa tháng trung binhh̀ nhiều năm (1960-1997)……………… 16 Bảng Tổng lương ̣ bốc trung binhh̀ tháng vànăm…………………………17 Bảng Đặc trưng dòng chảy năm trạm quan trắc lưu vực…… 19 Bảng Lưu lượng lớn tháng mùa lũ lưu vực sông Cầu………20 Bảng Lưu lượng nhỏ tháng mùa kiệt……………………… 21 Bảng Tài liệu khí tượng thủy văn lưu vực sông Cầu số liệu thu thập……………………………………………………………………………… 23 Bảng Diện tích số trồng lưu vực…………………………25 Bảng 10 Số lượng gia súc gia cầm lưu vực…………………………… 25 Bảng 11 Tởng hợp diện tích ni trồng thủy sản theo địa phương……….26 Bảng 12 Hiện trạng lâm nghiệp tỉnh thuộc lưu vực sông Cầu năm 2006 29 Bảng 13 Đặc điểm vùng khu tính cân nước………………….51 Bảng 14 Các trạm mưa trọng số mưa tính tốn q trình hiệu chỉnh kiểm nghiệm thông số………………………………………………….54 Bảng 15 Các thơng số độ hữu hiệu mơ hình NAM……………… 54 Bảng 16 Kết tính tốn lưu lượng trung bình tháng, năm 54 Bảng 17 Nhu cầu nước tưới tiểu khu lưu vực sông Cầu………….56 Bảng 18 Định mức dùng nước sinh hoạt……………………………………… 57 Bảng 19 Nhu cầu nước sinh hoạt tiểu khu lưu vực sông Cầu…….57 Bảng 20 Định mức dùng nước chăn nuôi……………………………… 58 Bảng 21 Nhu cầu nước cho chăn nuôi tiểu khu thuộc lưu vực sông Cầu…………………………………………………………………………………58 Bảng 22 Nhu cầu nước cho công nghiệp tiểu khu thuộc lưu vực sông Cầu…………………………………………………………………………………59 Bảng 23 Nhu cầu nước cho giao thông thủy bảo vệ môi trường tiểu khu thuộc lưu vực sông Cầu…………………………………………………60 Bảng 24 Nhu cầu nước cho thương mại, dịch vụ du lịch tiểu khu thuộc lưu vực sông Cầu………………………………………………………… 61 Bảng 25 Nhu cầu nước cho hoạt động đô thị tiểu khu thuộc lưu vực sông Cầu………………………………………………………………………62 Bảng 26 Nhu cầu nước cho thủy sản tiểu khu thuộc lưu vực sông Cầu…………………………………………………………………………………63 Bảng 27 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước tiểu vùng I1…………………….63 Bảng 28 Tổng hợp nước dùng tiểu khu lưu vực sông Cầu…… 64 Bảng 29 Nhu cầu nước cấu nhu cầu nước hộ dùng nước chủ yếu lưu vực sông Cầu…………………………………………………………….65 Bảng 30 Hiện trạng cơng trình thủy lợi lưu vực sơng Cầu 67 Bảng 31 Hiện trạng dùng nước ngành kinh tế lưu vực sông Cầu năm 2007……………………………………………………………………………… 70 Bảng 32 Cán cân lượng nước đến lượng nước dùng tiểu vùng.72 Bảng 33 Kết tính tốn cân nước tiểu khu I1……………………… 73 Bảng 34 Kết tính tốn cân nước năm 2007 lưu vực sông Cầu 74 Bảng 35 Tởng hợp kết tính tốn……………………………………………75 Bảng 36 Kết tính tốn cân nước năm 2007 lưu vực sơng Cầu 76 Bảng 37 Tởng hợp kết tính tốn……………………………………………76 Bảng 38 Tởng hợp thơng số hồ chứa Văn Lăng………………79 Bảng 39 Kết tính tốn cân nước năm 2015 lưu vực sơng Cầu 80 Bảng 40 Tởng hợp kết tính tốn cân nước năm 2015………………81 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CROPWAT Mơ hình tính nhu cầu tƣới trồng theo tiêu sinh thái GIBSI Bộ mơ hình tổng hợp Canada (Gestion Intégrée des Bassins versants l’aide d’un Système Informatisé) IQQM Mơ hình mơ nguồn nƣớc ISIS Mơ hình thủy động lực học (Interactive Spectral Interpretation System) MIKE Bộ mơ hình thủy lực thủy văn lƣu vực Viện Thủy lực Đan Mạch NAM Mô hình dịng chảy Đan Mạch (Nedbor-AfstromningsModel) QUAL2E Mơ hình chất lƣợng nƣớc (Water Quality version 2E) SSARR Mơ hình hệ thống diễn tốn dịng chảy Mỹ (Streamflow Synthesis and Reservoir Regulation) SWAT Mơ hình mơ dịng chảy mặt qua độ ẩm đất (Soil and Water Assessment Tool) TANK Mơ hình bể chứa Nhật WUP Chƣơng trình sử dụng nƣớc WEAP Mơ hình hệ thống đánh giá phát triển nguồn nƣớc (Water Evaluation and Planning System) TM, DV, DL Thƣơng mại, dịch vụ, du lịch GTT, BVMT Giao thông thủy, bảo vệ môi trƣờng MỞ ĐẦU Trong công tác quy hoạch phát triển tài ngun nƣớc, việc tính tốn cân nƣớc hệ thống quan trọng Kết tính cân nƣớc hệ thống sở để đề phƣơng án quy hoạch, sử dụng phát triển hợp lý tài nguyên nƣớc nhƣ lựa chọn phƣơng án trình tự thực phƣơng án quy hoạch qua giai đoạn Lƣu vực sông Cầu lƣu vực quan trọng miền bắc Việt Nam, với diện tích lƣu vực 6030 km , trải địa phận tỉnh: Bắc Cạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Bắc Giang thành phố Hà Nội, nguồn cung cấp nƣớc sinh hoạt nhƣ hoạt động kinh tế xã hội tỉnh thủ đô nƣớc Rất nhiều kế hoạch phát triển kinh tế xã hội quan trọng đƣợc dự định tiến hành cho khu vực Tuy vậy, việc sử dụng tài nguyên nƣớc lƣu vực sông Cầu tồn vấn đề sau: - Phƣơng thức khai thác, sử dụng quản lý tài nguyên nƣớc chƣa hiệu quả, thiếu đồng Việc phân bổ tài nguyên nƣớc chƣa hợp lý, chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu hộ dùng nƣớc - Mâu thuẫn nhu cầu dùng nƣớc lƣợng nƣớc đến Nhu cầu dùng nƣớc ngày tăng lên lƣợng nƣớc đến khơng tăng mà cịn có xu hƣớng suy giảm chất lƣợng khai thác không với việc bảo vệ phát triển bền vững tài nguyên nƣớc - Tài nguyên đất đƣợc khai thác sử dụng cho nhiều mục đích khác nhƣ phát triển công nghiệp, dịch vụ, thủy sản, chuyển đổi giống trồng vật nuôi gây tác động lớn đến nguồn nƣớc Chính vậy, luận văn với đề tài “Tính tốn cân nƣớc hệ thống lƣu vực sơng Cầu mơ hình MIKE BASIN” đƣợc thực để giải tốn cân nƣớc hệ thống cho lƣu vực sơng Cầu nhằm đáp ứng yêu cầu cấp thiết có ý nghĩa thực tiễn công tác quy hoạch tổng hợp, khai thác sử dụng phát triển tài nguyên nƣớc cách hợp lý bền vững, đảm bảo cho kế hoạch phát triển kinh tế xã hội lƣu vực Luận văn đƣợc bố cục thành chƣơng, với phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục: Chƣơng Điều kiện địa lý tự nhiên kinh tế xã hội lƣu vực sông Cầu Chƣơng Tổng quan cân nƣớc hệ thống Chƣơng Áp dụng mơ hình MIKE BASIN cân nƣớc hệ thống lƣu vực sông Cầu Luận văn đƣợc hồn thành Khoa Khí tƣợng - Thủy văn Hải dƣơng học, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội dƣới hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Thanh Sơn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy, ngƣời động viên tạo điều kiện, tận tình dẫn góp ý để tác giả hồn thành luận văn Trong q trình thực luận văn, tác giả xin bày tỏ cảm ơn đến thầy cô Bộ môn Thủy văn, thầy cô giáo, đồng nghiệp khoa hỗ trợ chuyên môn kỹ thuật, nhƣ giúp đỡ thời gian, điều kiện nghiên cứu thuận lợi Khu Nút Tổng W đến (106m3) Tổng W dùng (106m3) IRR1 III2 WS1 Tổng W thừa, thiếu (106m3) Khu Nút Tổng W đến (106m3) Tổng W dùng (106m3) IRR1 IV1 WS1 Tổng W thừa, thiếu (106m3) Khu Nút Tổng W đến (106m3) Tổng W dùng (106m3) IV2 IRR1 WS1 100 (106m3) W thiếu (106m3) Tổng W thừa, thiếu (106m3) Phụ lục Tổng hợp kết cân nước cho tiểu khu lưu vực sông Cầu phương án quy hoạch 2015 có cơng trình Khu Nút Tổng W (106 Tổng W (106 IRR1 I1 WS1 Tổng W thiếu (1 Khu Nút Tổng W (106 Tổng W (106 IRR1 I2 WS1 Tổng W thiếu (1 101 Khu Nút Tổng W (106m3 Tổng W d (106m3 IRR1 I3 WS1 Tổng W t thiếu (106 Khu Nút Tổng W (106m3 Tổng W d (106m3 IRR1 I4 WS1 Tổng W t thiếu (106 Khu Nút Tổng W (106m3 Tổng W d (106m3 I5 IRR1 WS1 102 Tổng W th thiếu (106m Khu Nút Tổng W đ (106m3) Tổng W d (106m3) IRR1 I6 WS1 Tổng W th thiếu (106m Khu Nút Tổng W đ (106m3) Tổng W d (106m3) IRR1 I7 WS1 Tổng W th thiếu (106m Khu Nút Tổng W đ (106m3) Tổng W d (106m3) I8 IRR1 103 WS1 W (1 W (1 W (1 W (1 W (1 Tổng W thừa, thiếu (106m3) Khu Nút Tổng W đến Th IRR1 I9 WS1 Khu (106m3) Tổng W dùng (106m3) W (10 W (10 W (10 W (10 W (10 W (10 Tổng W thừa, thiếu (106m3) Nút Tổng W đến (106m3) Tổng W dùng (106m3) (1 IRR1 (1 (1 I10 (1 WS1 (1 (1 Tổng W thừa, thiếu (106m3) 104 Khu Nút Tổng W (106m Tổng W (106m IRR1 II1 WS1 Tổng W thiếu (10 Khu Nút Tổng W (106m Tổng W (106m IRR1 II2 WS1 Tổng W thiếu (10 Khu Nút Tổng W (106m Tổng W (106m III1 IRR1 WS1 105 Tổng W thừa, thiếu (106m3) Khu Nút Tổng W đến (106m3) Tổng W dùng (106m3) IRR1 III2 WS1 Tổng W thừa, thiếu (106m3) Khu Nút Tổng W đến (106m3) Tổng W dùng (106m3) IRR1 IV1 WS1 Tổng W thừa, thiếu (106m3) Khu Nút Tổng W đến (106m3) Tổng W dùng (106m3) IV2 IRR1 106 WS1 Tổng W thừa, thiếu (106m3) 107 ... Nhu cầu dùng nước cho thủy sản 62 3.4 Cân nước hệ thống lưu vực sông Cầu 65 3.4.1 Sơ đồ tính tốn cân nước 66 3.4.2 Tính tốn trạng cân nước hệ thống lưu vực sông Cầu .66... QUÁT CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG VÀ CÁC MÔ HÌNH CÂN BẰNG NƯỚC 2.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG NGUỒN NƢỚC VÀ CÂN BẰNG NƢỚC HỆ THỐNG 2.1.1 Hệ thống nguồn nước Quá trình khai thác nguồn nƣớc hình thành hệ thống. .. nước hộ dùng nước lưu vực 65 Hình Sơ đồ hóa lưu vực sông Cầu 67 Hình 10a, b Kết kiểm định mơ hình MIKE BASIN trạm Thác Bưởi 73 Hình 11a,b Sơ đồ tính tốn cân nước lưu vực sơng Cầu phương