Nghiên cứu áp dụng mô hình weap tính cân bằng nước lưu vực sông vệ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Ngọc Hà NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MƠ HÌNH WEAP TÍNH CÂN BẰNG NƢỚC LƢU VỰC SƠNG VỆ TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Ngọc Hà NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MƠ HÌNH WEAP TÍNH CÂN BẰNG NƢỚC LƢU VỰC SÔNG VỆ Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60.44.90 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Tiền Giang Hà Nội- 2012 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Cân nước hệ thống 1.2 Các nghiên cứu trước liên quan đến cân nước 1.2.1 Ngoài nước 1.2.2 Trong nước 1.3 Phân bổ, chia sẻ nguồn nước 10 1.3.1 Ngoài nước 10 1.3.2 Trong nước 13 1.3.3 Cơ sở, nguyên tắc phân bổ chia sẻ nguồn nước 14 1.4 Gới thiệu lưu vực sông Vệ 18 1.5 Nhận xét 23 Chƣơng PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN BÀI TỐN CÂN BẰNG NƢỚC LƢU VỰC SƠNG VỆ 26 2.1 Giới thiệu mơ hình WEAP 27 2.1.1 Tổng quan v ph n E 27 2.1.2 Ti p c n mơ hình WEAP 29 2.1.3 h n ng c a h nh E 30 2.1.4 d ng h nh E 31 2.2 Phân vùng tính cân nước 33 2.2.1 Quan điể , nguyên tắc phân vùng tính tốn cân nước 33 2.2.2 hân vùng tính cân nước 34 2.3 Tính tốn nhu cầu dùng nước tiểu vùng 36 2.3.1 Xác định, nh n diện hộ ngành s d ng nước 36 2.3.2 C n tính tốn nhu c u s d ng nước 37 2.4 Tính tốn dịng chảy đến tiểu vùng 45 Chƣơng 3: CÂN BẰNG NƢỚC LƢU VỰC SÔNG VỆ 47 3.1 Cân nước trạng 2010 đến năm 2015, 2020 47 3.2 Tính tốn cân nước theo kịch phát triển nguồn nước 52 3.3 Tính tốn cân nước theo tỷ lệ phân bổ 63 3.4 Nhận xét 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 i DANH MỤC BẢNG Trang Bảng Phân phối dịng chảy trung bình tháng nhiều năm (m3/s) 21 Bảng Đặc trưng lũ lớn trạm An Chỉ từ 1976 – 2009 22 Bảng Dòng chảy nhỏ trạm An Chỉ từ 1977 – 2009 22 Bảng Các đặc trưng dòng chảy năm thiết kế 22 Bảng Lưu lượng nước đất khai thác lưu vực sông Vệ 23 Bảng Tổng hợp phân vùng tính tốn cân nước lưu vực sông Vệ thông tin liên quan .34 Bảng Xác định hộ, ngành sử dụng nước lưu vực sơng Vệ 37 Bảng Kết tính tốn nhu cầu nước trạng năm 2010, năm 2015, 2020 toàn lưu vực sông Vệ 41 Bảng Tổng hợp kết tính tốn nhu cầu nước trạng 2010 ngành tiểu lưu vực thuộc lưu vực sơng Vệ (nghìn m3) 42 Bảng 10 Tổng hợp kết tính tốn nhu cầu nước đến 2015 ngành tiểu lưu vực thuộc lưu vực sơng Vệ (nghìn m3) .43 Bảng 11 Tổng hợp kết tính tốn nhu cầu nước đến 2020 ngành tiểu lưu vực thuộc lưu vực sơng Vệ (nghìn m3) .44 Bảng 12 Kết đánh giá tiêu NASH ứng dụng mô hình TANK 45 Bảng 13 Kết tính tốn lưu lượng dịng chảy đến tiểu lưu vực (vùng cân nước) từ mơ hình TANK 46 Bảng 14 Kết tính tốn cân nước trạng 2010 (triệu m3) 50 Bảng 15 Kết tính tốn cân nước giai đoạn 2015 (triệu m3) 51 Bảng 16 Kết tính toán cân nước giai đoạn 2020 (triệu m3) 51 Bảng 17 Tổng hợp xây dựng kịch tính tốn 53 Bảng 18 Tổng hợp kịch tính cân nước giai đoạn 2011-2015 (theo năm) 55 Bảng 19 Tổng hợp kịch tính cân nước giai đoạn 2011-2015 (theo ngành) 55 Bảng 20 Kết lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2015 – kịch 58 Bảng 21 Kết lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2015 – kịch 58 Bảng 22 Kết lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2015 – kịch 59 Bảng 23 Kết lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2015 – kịch 60 Bảng 24 Kết lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2020 – kịch 60 Bảng 25 Kết lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2020 – kịch 61 Bảng 26 Kết lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2020 – kịch 62 Bảng 27 Kết lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2020 – kịch 62 Bảng 28 Kết tính cân giai đoạn 2011-2020 theo tỷ lệ phân bổ 65 Bảng 29 So sánh tổng lượng nước thiếu (triệu m3) hai kịch 65 ii DANH MỤC HÌNH Trang Hình Sơ đồ nước, vùng lãnh thổ ứng dụng mơ hình WEAP Hình Phạm vi đối tượng nghiên cứu điển hình đào tạo từ dự án tăng cường lực Viện ngành nước (2001-2005) Hình Các nhân tố hệ thống chia sẻ tổng hợp TNN .17 Hình Các hợp phần hệ thống cấp nước mặt 18 Hình Vị trí lưu vực sơng Vệ tỉnh Quảng Ngãi 19 Hình Bản đồ lưu vực sông Vệ 19 Hình Sơ đồ hình thái sơng suối thuộc lưu vực sơng Vệ .19 Hình Bản đồ DEM (90x90 m) lưu vực sông Vệ 19 Hình Sơ đồ tính tốn cân nước áp dụng cho lưu vực sơng Vệ 26 Hình 10 Số hóa lưới sơng phân vùng tính cân nước mơ hình WEAP 35 Hình 11 Bài tốn hiệu chỉnh lựa chọn thơng số mơ hình TANK 45 Hình 12 Biểu đồ so sánh đường trình lưu lượng lưu lượng tính tốn thực đo trạm An Chỉ - toán hiệu chỉnh .46 Hình 13 Biểu đồ so sánh đường trình lưu lượng lưu lượng tính tốn thực đo trạm An Chỉ - toán kiểm định 46 Hình 14 Sơ đồ mơ hình hóa tính tốn cân nước trạng: (a) số hóa mạng lưới sơng suối mơ hình; (b) hộ sử dụng nước thiết lập; (c) xây dựng sơ đồ khai thác sử dụng hộ ngành vấn đề liên quan .48 Hình 15 Thống kê thành phần xây dựng đưa vào mơ hình toán cân nước trạng năm 2010 lưu vực sông Vệ (a) Schematic view; (b) Data view 49 Hình 16 Biểu đồ kết tính tốn lượng nước thiếu giai đoạn trạng năm 2010 50 Hình 17 Biểu đồ kết tính tốn lượng nước thiếu giai đoạn năm 2015 51 Hình 18 Biểu đồ kết tính tốn lượng nước thiếu giai đoạn năm 2020 52 Hình 19 Xây dựng kịch tính tốn cân nước giai đoạn 2011 – 2020 mô hình WEAP .54 Hình 20 Biểu đồ u cầu trì dịng chảy mơi trường hạ du sông Vệ 54 Hình 21 Xây dựng kịch tính tốn cân nước theo kịch 54 Hình 22 Biểu đồ kết qủa lượng nước thiếu giai đoạn 2011 – 2020 theo kịch tính tốn 56 Hình 23 Biểu đồ kết qủa lượng nước thiếu giai đoạn 2011 – 2020 ngành theo kịch tính tốn 57 Hình 24 Biểu đồ lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2015 – kịch 58 Hình 25 Biểu đồ lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2015 – kịch 59 Hình 26 Biểu đồ lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2015 – kịch 59 Hình 27 Biểu đồ lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2015 – kịch 60 Hình 28 Biểu đồ lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2020 – kịch 61 Hình 29 Biểu đồ lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2020 – kịch 61 Hình 30 Biểu đồ lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2020 – kịch 62 Hình 31 Biểu đồ lượng nước thiếu (triệu m3) ngành năm 2020 – kịch 63 Hình 32 Biểu đồ so sánh cắt giảm tổng lượng nước thiếu (triệu m3) kịch 66 iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TNN Tài ngun nước TNMT Tài ngun Mơi trường KTTV Khí tượng thủy văn KHTN Khoa học tự nhiên LVS Lưu vực sơng NĐ-CP Nghị định Chính phủ TT Thơng tư HSTTS Hệ sinh thái thủy sinh BĐKH Biến đổi khí hậu HTX Hợp tác xã TANK Mơ hình bể chứa Nhật Bản GIS Geographic Information Systems (Hệ thống thông tin địa lý) WEAP Water Evaluation And Planning System (Hệ thống quy hoạch đánh giá nguồn nước) IWMI International Water Management Institute (Viện quản lý tài nguyên nước quốc tế) GWP Global Water Partnership (mạng lưới cộng tác nước tồn cầu) ADB Asian Development Bank (ngân hàng phát triển Châu Á) YRCC Yellow River Conservancy Commission (Ủy ban bảo vệ sơng Hồng Hà) NVE Norwegian water resources and energy directorate (Tổng cục Năng lượng tài nguyên nước Nauy) iv MỞ ĐẦU Nước tài nguyên vô tận, tặng phẩm không cạn thiên nhiên! – Đó cịn thực cách 30 năm Còn ngày nay, sống có vơ vàn thay đổi, đặc biệt thay đổi kinh tế, đời sống sản xuất tình trạng thiếu hụt nước lại trở thành mối lo ngại hàng đầu người Hệ lụy tình trạng cạn kiệt nguồn tài ngun nước khơng thể lường trước, gây ảnh hưởng to lớn tới cá thể cộng đồng sống lưu vực sông hay vùng lãnh thổ; sống sinh hoạt sản xuất trở nên khó khăn hơn, dẫn đến tình trạng đói nghèo hệ liên quan Tính tốn cân nước nhằm mục đích xác định vùng lưu vực hay phân khu tiểu lưu vực có đủ nước, thừa nước hay thiếu nước hay không điều kiện phát triển tài nguyên nước khác trường hợp bình thường hay hạn hán hay trường hợp kịch nguồn nước đến với phương án khai thác sử dụng khác Cân nước định nghĩa thay đổi lưu lượng, tổng lượng dòng chảy (số lượng nước) lại sau lấy lưu lượng, tổng lượng dòng chảy đến trừ lưu lượng, tổng lượng dòng chảy Cân nước nguyên lý chủ yếu sử dụng cho tính tốn, quy hoạch quản lý tài nguyên nước Nó biểu thị mối quan hệ cân lượng nước đến, nước lượng trữ khu vực, lưu vực hệ thống sông điều kiện tự nhiên hay có sử dụng người Trong năm gần đây, nghiên cứu áp dụng mơ hình tính tốn cân nước lưu vực sông công cụ hỗ trợ quản lý tổng hợp tài nguyên nước xem xét phát triển nguồn nước, quy hoạch tài nguyên nước, điều hành quản lý nguồn nước lưu vực sông giới nước ngày diễn mạnh mẽ Việc áp dụng cơng cụ mơ hình tính tốn cân nước tham gia vào trình quản lý tổng hợp lưu vực nhằm giúp cho nhà quản lý, hộ ngành sử dụng nước lưu vực có nhìn tổng hợp toàn diện nguồn tài nguyên nước lưu vực, đồng thời, bên liên quan tìm kiếm đồng thuận, chia sẻ hội định hướng khai thác nguồn nước lưu vực đáp ứng cho mục tiêu trước mắt lâu dài Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ máy vi tính cơng cụ tính tốn nên phương pháp mơ hình tốn ngày sử dụng phổ biến toán cân nước lưu vực Các mơ hình kể đến để giải tốn là: MITSIM, WUS, RIBASIM, MIKE BASIN,WEAP Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng mô hình WEAP tính tốn cân nước cho lưu vực sông Vệ - tỉnh Quảng Ngãi (giai đoạn đến năm 2015 2020) Đồng thời, qua kết tính tốn cân nước mơ hình WEAP nguyên tắc tỷ lệ phân bổ nguồn nước lưu vực sơng Vệ, đặc biệt tình thiếu nước đề xuất Mục tiêu luận văn xây dựng mơ hình WEAP tính cân nước lưu vực sông Vệ giai đoạn trạng 2010 giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến sử dụng thành phần nước ngầm Đồng thời, đề xuất phương pháp luận phân bổ chia sẻ nguồn nước áp dụng lưu vực sông Vệ Cấu trúc luận văn phần mở đầu phần kết luận chia làm chương: Chƣơng Tổng quan Chƣơng Phương pháp tiếp cận toán cân nước lưu vực sông Vệ Chƣơng 3: Cân nước lưu vực sông Vệ Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Cân nƣớc hệ thống Hệ thống nguồn nước thuật ngữ Van te Chow sử dụng để mô tả lĩnh vực kỹ thuật thuỷ văn, thủy lực tài nguyên nước Hệ thống nguồn nước đồng thời sử dụng để đề cập tới dự án nước bao gồm hệ thống trữ nước mặt, hệ thống nước ngầm, hệ thống phân phối nước, hệ thống kiểm soát lũ, hệ thống tiêu nước [14], [15] Theo quan điểm hệ thống, hệ thống nguồn nước định nghĩa sau: “Hệ thống nguồn nước hệ thống phức tạp bao gồm tài nguyên nước, cơng trình khai thác nguồn nước, u cầu nước với mối quan hệ tương tác chúng chịu tác động môi trường lên nó” (1) Nguồn nước đánh giá đặc trưng: lượng phân bố theo khơng gian thời gian; chất lượng nước; động thái chúng (2) Các biện pháp khai thác bảo vệ nguồn nước: cơng trình thủy lợi, biện pháp cải tạo bảo vệ nguồn nước, bao gồm biện pháp cơng trình phi cơng trình, cấu trúc tùy thuộc vào mục đích khai thác bảo vệ nguồn nước (3) Các yêu cầu nước: hộ dùng nước, yêu cầu mức bảo đảm phòng chống lũ lụt, úng hạn, yêu cầu bảo vệ cải tạo môi trường yêu cầu dùng nước khác Tác động môi trường tác động hoạt động dân sinh kinh tế, hoạt động người (không kể tác động khai thác nguồn nước theo quy hoạch) Những tác động bao gồm ảnh hưởng biện pháp canh tác làm thay đổi mặt đệm lòng dẫn, tác động khơng có ý thức vào hệ thống cơng trình thủy lợi… Cân nước hệ thống vấn đề xưa lại ln mới, vừa phương pháp, vừa đối tượng nghiên cứu Cân nước mối quan hệ định lượng nước đến hệ thống nguồn nước (toàn cầu, miền, lãnh thổ, lưu vực, đoạn sông, ) Lượng nước gồm bốc thoát nước, ngấm xuống tầng sâu, nước cấp cho nhu cầu sử dụng nước lưu vực dòng chảy khỏi lưu vực Lượng nước đến hệ thống thể dạng nước mưa, dòng chảy nước hồi quy sau sử dụng Cân nước hệ thống cân tổng thể tài nguyên nước hệ thống; định lượng nước đến, khỏi hệ thống, bao gồm yêu cầu nước khả điều tiết chúng Từ đánh giá tương tác nước thành phần hệ thống, tác động mơi trường lên đề biện pháp khai thác, bảo vệ nguồn nước cách hợp lý Việc nghiên cứu cân nước có ý nghĩa lớn lý thuyết thực tiễn Từ góc độ lý thuyết, phương trình cân nước cho phép ta cắt nghĩa nguyên nhân, tượng, chế độ thủy văn khu vực xác định, đánh giá số hạng cán cân nước mối quan hệ tương tác chúng Nghiên cứu cân nước cho phép định lượng đầy đủ xác tài ngun nước để tìm phương thức sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên q giá Trên quan điểm tốn cân nước hệ thống tập trung giải vấn đề (i) Phân vùng tiềm nguồn nước, (ii) Tính tốn nhu cầu nước hộ dùng nước khác (iii) Tính tốn phương án sử dụng nguồn nước hay thực chất toán cân kinh tế nước 1.2 Các nghiên cứu trƣớc liên quan đến cân nƣớc 1.2.1 Ngoài nước Hệ thống mơ hình GIBSI áp dụng cho lưu vực Canada có hệ sinh thái tình hình phát triển công nghiệp, nông nghiệp, đô thị phức tạp GIBSI hệ thống mơ hình tổng hợp chạy máy PC cho kết kiểm tra tác động nông nghiệp, công nghiệp, quản lý nước lượng chất đến tài ngun nước Mơ hình GIBSI cho khả dự báo tác động công nghiêp, rừng, đô thị, dự án nông nghiệp mơi trường tự nhiên, có tác dụng cảnh báo ... tốn cân nước lưu vực sông Vệ thông qua việc ứng dụng cơng cụ mơ hình WEAP nghiên cứu sử dụng luận văn sau: Hình Sơ đồ tính tốn cân nước áp dụng cho lưu vực sơng Vệ 26 2.1 Giới thiệu mơ hình WEAP. .. đồ DEM (90x90 m) lưu vực sông Vệ 19 Hình Sơ đồ tính tốn cân nước áp dụng cho lưu vực sơng Vệ 26 Hình 10 Số hóa lưới sơng phân vùng tính cân nước mơ hình WEAP 35 Hình 11 Bài tốn hiệu... chia tiểu lưu vực phận (vùng cân nước) thuộc lưu vực sông Vệ thành tiểu lưu vực, sở đó, nhận diện hộ, ngành sử dụng nước tiểu lưu vực sau: + Tiểu lưu vực (bao gồm vùng thượng sông Vệ sông Nước Lếch):