Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông thạch hãn tỉnh quảng trị

Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông thạch hãn tỉnh quảng trị

Đại học quốc gia Hà Nội

Trường đại học khoa học tự nhiên

Ngô chí tuấn

tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông thạch hãn tỉnh quảng trị

Luận văn thạc sĩ khoa học

Hà Nội - 2009

Đại học quốc gia Hà Nội

Trường đại học khoa học tự nhiên

Ngô chí tuấn

tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông thạch hãn tỉnh quảng trị

Chuyên ngành: thủy văn học Mã số: 60.44.90

Luận văn thạc sĩ khoa học

Người hướng dẫn khoa học: TS Trần ngọc anh

Hà Nội – 2009

Mục Lục

Danh mục chữ viết tắt 5

Danh mục bảng biểu 6

2.1 Khái niệm về hệ thống nguồn nước và cân bằng nước hệ thống 26

2.3 Giới thiệu mô hình MIKE BASIN [25, 34] 40

2.3.1 Giới thiệu chung 40

2.3.2 Số liệu đầu vào cho mô hình 43

2.3.3 Kết quả của mô hình 44

Chương 3 áp dụng mô hình mike basin tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông thạch hãn 45

3.1 Hiện trạng dùng nước trên lưu vực 45

3.1.1 Tài liệu nhu cầu dùng nước 45

3.1.2 Hiện trạng các hộ sử dụng nước trên lưu vực sông Thạch Hãn 45

3.2 Cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn bằng mô hình MIKE

BASIN 50

3.2.1 Phân vùng tính cân bằng nước 51

3.2.2 Tính toán dòng chảy đến tại các tiểu vùng 57

3.2.3 Tính toán nhu cầu dùng nước cho các ngành tại các tiểu vùng 58

3.2.4 Tính toán hiện trạng cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn 75

3.2.5 Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn theo quy hoạch đến 2010 86

PL1.4 Lượng mưa tháng tại trạm Khe Sanh (Đơn vị mm) 98

Phụ lục 2 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước tại các khu trên lưu vực sông Thạch Hãn năm 2007 99

Phụ lục 3 Bảng tổng hợp kết quả tính cân bằng nước cho các khu trên lưu vực sông Thạch Hãn 103

Danh mục chữ viết tắt

CROPWAT Mô hình tính nhu cầu tưới của cây trồng theo chỉ tiêu sinh thái

GIBSI Bộ mô hình tổng hợp của Canađa (Gestion Intộgrộe des Bassins versants à l'aide d'un Systốme Informatisộ)

IQQM Mô hình mô phòng nguồn nước

ISIS Mô hình thuỷ động lực học (Interactive Spectral Interpretation System)

MIKE Bộ mô hình thuỷ lực và thuỷ văn lưu vực của Viện Thuỷ lực Đan Mạch

NAM Mô hình dòng chảy của Đan Mạch (Nedbứr-Afrstrứmnings-Model)

QUAL2E Mô hình chất lượng nước (Water Quality version 2E)

SSARR Mô hình hệ thống diễn toán dòng chảy của Mỹ (Streamflow Synthesis and Reservoir Regulation)

SWAT Mô hình mô phỏng dòng chảy mặt qua độ ẩm đất (Soil and Water Assessment Tool)

TANK Mô hình bể chứa của Nhật Bản WUP Chương trình sử dụng nước

TM DV, DL Thương mại, dịch vụ, du lịch

GTT, BVMT Giao thông thủy, bảo vệ môi trường

Danh mục bảng biểu

Bảng 1.1 Diễn biến tài nguyên rừng ở Quảng Trị và hiệu quả 13

Bảng 1.2 Chuẩn mưa năm và sai số quân phương tương đối tính chuẩn mưa năm 14

của các trạm trên lưu vực sông Thạch Hãn 14

Bảng 1.3 Các cực trị của lượng mưa năm trong thời kỳ quan trắc (1977 - 2004) 15

Bảng 1.4 Kết quả phân mùa mưa - khô trong tỉnh Quảng Trị 15

Bảng 1.5 Phân phối mưa năm theo tháng tại các trạm đo mưa trên lưu vực sông Thạch Hãn 16

Bảng 1.6 Nhiệt độ bình quân tháng tại trạm Đông Hà 16

Bảng 1.7 Độ ẩm tương đối trạm Đông Hà (%) 16

Bảng 1.8 Bốc hơi bình quân tháng trạm Đông Hà 17

Bảng 1.9 Số giờ nắng trạm Đông Hà 17

Bảng 1.10 Đặc trưng hình thái sông trong vùng nghiên cứu 18

Bảng 1.11 Kết quả phân mùa dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn 19

Bảng 1.12 Phân phối dòng chảy năm theo tháng lưu vực sông Thạch Hãn 20

Bảng 1.13 Trữ lượng nước hồ, đập trên lưu vực sông Thạch Hãn 21

Bảng 1.14 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Thạch Hãn 21Bảng 1.15 Diện tích, năng suất, sản lượng một số cây trồng chính trên lưu vực 22

Bảng 1.16 Số lượng gia súc và gia cầm trên lưu vực như sau 22

Bảng 3.6 Hiện trạng dân số trong các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thạch Hãn 60

Bảng 3.7 Nhu cầu sinh hoạt trong các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thạch Hãn 61

Bảng 3.8 Số liệu mưa đầu vào cho mô hình 64

Bảng 3.9 Thông tin cơ bản về trạm 65

Bảng 3.10 Nhu cầu dùng nước cho các loại cây trồng trong khu CI1 65

Bảng 3.11 Nhu cầu nước cho tưới trong các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thạch Hãn 65

Bảng 3.12 Hiện trạng chăn nuôi trên các tiểu khu trên lưu vực sông Thạch Hãn 66

Bảng 3.13 Nhu cầu dùng nước cho chăn nuôi trong các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thạch Hãn 67

Bảng 3.14 Thống kê và nhu cầu nước cho công nghiệp chủ chốt trên các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thực Hãn 67

Bảng 3.15 Nhu cầu dùng nước cho công nghiệp trong các khu thuộc lưu vực

Bảng 3.24 Tập hợp hiện trạng công trình tưới tỉnh Quảng Trị 76

Bảng 3.25 Các thông số công trình thủy lợi hồ Khe Mây 76

Bảng 3.26 Các thông số công trình thủy lợi hồ ái Tử 77

Bảng 3.27 Các thông số công trình thủy lợi hồ Nghĩa Hy 78

Bảng 3.28 Các thông số cơ bản của công trình Rào Quán 80

Bảng 3.29 Các thông số thiết kế hồ Rào Quán 81

Bảng 3.30 Nhu cầu tưới cho khu vực Nam Thạch Hãn 82

Bảng 3.31 Bảng tổng hợp kết quả tính cân bằng nước cho khu CI1 trên lưu vực sông Thạch Hãn 83

Bảng 3.32 Kết quả tính nhu cầu tưới cho 16.969 ha công trình Nam Thạch Hãn 83

Bảng 3.33 Tổng hợp lượng nước thiếu các khu trên lưu vực sông Thạch Hãn 83

Bảng 3.34 Danh mục công trình trên lưu vực sông Thạch Hãn 87

Bảng 3.35 Bảng tổng hợp kết quả tính cân bằng nước cho các khu CII2, CII3, CIII1 trên lưu vực sông Thạch Hãn 87

Bảng 3.36 Kết quả cân bằng cho khu vực CIV1 87

Trị 54

Hình 3.2 Cấu trúc hệ thống của mô hình mưa - dòng chảy phi tuyến 58Hình 3.3 Sơ đồ làm việc của mô hình CROPWAT 63Hình 3.4 Biểu đồ phân bố cơ cấu dùng nước của các hộ dùng nước trên lưu

vực 73

Hình 3.5 Biểu đồ so sánh giữa lượng nước đến và lượng nước dùng của các

khutrên lưu vực sông Thạch Hãn tỉnh Quảng Trị 74

Hình 3.6 Sơ đồ tổng quát cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn 75Hình 3.7 Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn 82

Mở đầu 1 Tính cấp thiết của đề tài

Sông Thạch Hãn là con sông lớn nhất của tỉnh, với diện tích 2660 km2 lưu vực sông Thạch Hãn chiếm tới 56% diện tích tỉnh Quảng Trị Có nhiều đề tài nghiên cứu về tài nguyên nước tỉnh Quảng Trị nhưng chưa có nghiên cứu về cân bằng nước hệ thống lưu vực Chính vì vậy, việc sử dụng tài nguyên nước trên lưu vực sông Thạch Hãn còn tồn tại những vấn đề sau :

- Nguồn nước đang được khai thác và sử dụng cho những mục đích riêng rẽ, gây lãng phí và kém hiệu quả Việc phân bổ nguồn nước cũng chưa hợp lý, chưa đáp ứng mục tiêu cho các hộ dùng nước

- Dấu hiệu khan hiếm nước ngày càng cao (lượng nước suy giảm về mùa kiệt, mặn xâm nhập sâu vào nội đồng, ô nhiễm nước thải và chất thải tăng v.v…)

- Tài nguyên đất đang được khai thác và sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như phát triển công nghiệp, dịch vụ, thủy sản, chuyển đổi giống cây trồng và vật nuôi v.v… cũng gây tác động rất lớn đến nguồn nước

Do vậy, việc Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn

là một vấn đề cần được triển khai nghiên cứu một cách hệ thống

2 Cấu trúc luận văn

Luận văn có 3 chương cùng với mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục:

Chương 1: Đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội lưu vực sông Thạch Hãn

Chương 2: Cân bằng nước hệ thống và giới thiệu mô hình MIKE BASIN

Chương 3: áp dụng mô hình MIKE BASIN tính toán cân bằng nước hệ thống lưu

vực sông Thạch Hãn

Luận văn được hoàn thành tại Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quóc Gia Hà Nội Trong quá trình thực hiện, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, các cô trong khoa Khí tượng – Thuỷ văn & Hải dương học về sự hỗ trợ chuyên môn và kỹ thuật Đặc biệt, xin bày

tỏ sự cảm ơn chân thành nhất đến hướng dẫn khoa học: TS Trần Ngọc Anh đã tận

tình chỉ đạo và góp ý để tác giả hoàn thành luận văn này

Hình 1.1.Sơ đồ lưu vực sông Thạch Hãn

Sông Thạch Hãn bắt nguồn từ dãy Trường Sơn, có chiều dài 150 km Dòng chính Thạch Hãn, đoạn thượng nguồn (sông Đakrông) chảy quanh dãy núi Da Ban, khi về tới Ba Lòng sông chuyển hướng Đông Bắc và đổ ra biển tại cửa Việt với diện

tích lưu vực 2660 km2 (hình 1.1) Đặc điểm các sông của tỉnh Quảng Trị nói chung Formatted: English (U.S.)

Comment [A1]: Tô màu dòng chính

Deleted:

và sông Thạch Hãn nói riêng là: lòng sông dốc, chiều rộng sông hẹp, đáy sông cắt sâu vào địa hình, phần đồng bằng hạ du lòng sông mở rộng, có chịu ảnh hưởng của thuỷ triều [22, 30, 32]

1.1.2 Địa hình và địa mạo

Lưu vực sông Thạch Hãn có thể phân chia thành các vùng địa hình như sau: vùng cát ven biển, vùng đồng bằng, vùng núi thấp và đồi, vùng núi cao [15, 24]

- Vùng cát ven biển chạy dọc từ cửa Tùng đến bãi biển Mỹ Thuỷ theo dạng

cồn cát Chiều rộng cồn cát nơi rộng nhất tới 3 - 4 km, dài đến 35 km Dốc về 2 phía: đồng bằng và biển, cao độ bình quân của các cồn cát từ 4 đến 6m Vùng cát có lớp phủ thực vật nghèo nàn Cát ở đây di chuyển theo các dạng cát chảy theo dòng nước mưa, cát bay theo gió lốc, cát di chuyển theo dạng nhảy do mưa đào bới và gió chuyển đi; dạng cồn cát này có nguy cơ di chuyển chiếm chỗ của đồng bằng

- Vùng đồng bằng ở đây là các thung lũng sâu kẹp giữa các dải đồi thấp và

cồn cát hình thành trên các cấu trúc uốn nếp của dãy Trường Sơn, có nguồn gốc mài mòn và bồi tụ ở đây có các vùng đồng bằng rộng lớn như:

+ Đồng bằng dọc sông Cánh Hòm: là dải đồng bằng hẹp chạy từ phía Nam cầu Hiền Lương tới bờ Bắc sông Thạch Hãn, thế dốc của dải đồng bằng này là từ 2 phía Tây và Đông dồn vào sông Cánh Hòm Cao độ bình quân dạng địa hình này từ +0,5  1,5m Dạng địa hình này cũng đã được cải tạo để gieo trồng lúa nước

+ Đồng bằng hạ du sông Vĩnh Phước và đồng bằng Cam Lộ: dạng địa hình bằng phẳng, tập trung ở Triệu ái, Triệu Thượng (Vĩnh Phước) Cao độ bình quân dạng địa hình này từ 1,0  3,0m Đây là cánh đồng rộng lớn của Triệu Phong và thị xã Đông Hà Địa hình đồng bằng có cao độ bình quân từ 2,0  4,0m, dải đồng bằng này hẹp chạy theo hướng Tây - Đông, kẹp 2 bên là các dãy đồi thấp

+ Ngoài ra, còn một số các thung lũng hẹp cũng đã được khai thác để trồng lúa nước

- Vùng núi thấp và đồi có dạng đồi bát úp liên tục Độ dốc vùng núi bình

quân từ 15  180 Địa hình này rất thuận lợi cho việc phát triển cây trồng cạn, cây công nghiệp và cây ăn quả; cao độ của dạng địa hình này là 200 – 1000 m, có nhiều thung lũng lớn

- Vùng núi cao xen kẽ các cụm đá vôi được hình thành do quá trình tạo sơn

xảy ra vào đầu đại mêzôzôi tạo nên dãy Trường Sơn Dạng này phân bố phía Tây, giáp theo biên giới Việt - Lào theo hướng Tây Bắc – Đông Nam với bậc địa hình từ 1000 - 1700 m với bề mặt bị xâm thực và chia cắt mạnh Địa hình này thích hợp cho cây lâm nghiệp và rừng phòng hộ đầu nguồn

1.1.3 Địa chất và thổ nhưỡng

a Địa chất

Trên lưu vực sông Thạch Hãn, nhìn chung địa tầng phát triển không liên tục, các trầm tích từ Paleozoi hạ tới Kainozoi trong đó trầm tích Paleozoi chiếm chủ yếu, gồm 9 phân vị địa tầng, còn lại 6 phân vị thuộc Meôzoi và Kainozoi Các thành tạo xâm nhập phân bố rải rác, song chủ yếu ở phần Tây Nam với diện tích gần 400 km2, thuộc các hệ Trà Bồng, Bến Giàng - Quế Sơn và các đá mạch không phân chia Phức hệ Trà Bồng nằm trên vùng Làng Xoa (Hướng Hoá) với lộ diện 120 km2, khối có dạng kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam nằm dọc đứt gẫy Đakrông - A Lưới Phức hệ Bến Giàng - Quế Sơn nằm dọc theo dải núi và vùng Vít Thu Lu gồm các khối Tam Kỳ, Ta Băm và động Voi Mẹp Địa chất trong vùng có những đứt gãy chạy theo hướng từ đỉnh Trường Sơn ra biển tạo thành các rạch sông chính cắt theo phương Tây - Đông Tầng đá gốc ở đây nằm sâu, tầng phủ dày Phần thềm lục địa được thành tạo từ trầm tích sông biển và sự di đẩy của dòng biển tạo thành.[15]

b Thổ nhưỡng

Lưu vực sông Thạch Hãn có thể được phân chia thành các vùng thổ nhưỡng:

vùng đồng bằng ven biển, vùng gò đồi, vùng đồi núi dãy Trường Sơn [15, 24]

- Vùng đồng bằng ven biển phân bố dọc bờ biển, địa hình đụn cát có dạng

lượn sóng, độ dốc nghiêng ra biển Dạng trầm tích biển được hình thành từ kỷ Q.IV Cát trắng chiếm ưu thế, tầng dưới cùng bước đầu có tích tụ sắt, chuyển sang màu nâu hơi đỏ Lớp vỏ phong hoá khá dày, thành phần cơ giới trên 97% là cát

- Vùng gò đồi: hầu hết có dạng địa hình đồi thấp, một số dạng thung lũng

sông thuộc địa phận huyện Gio Linh, Cam Lộ trên vỏ phong hoá Mazma Nhiều nơi hình thành đất trống, đồi trọc Thực vật chủ yếu là cây dạng lùm bụi, cây có gai Đất đai ở những nơi không có cây bị rửa trôi khá mạnh Đá xuất lộ lên bề mặt tạo nên dòng chảy mạnh gây ra xói lở

- Vùng đồi, núi dãy Trường Sơn bị chia cắt mạnh, thực vật nghèo

+ Tiểu vùng đất bazan Khe Sanh, Hướng Phùng thuộc các xã Tân Hợp, Tân Độ, Tân Liên, nông trường Khe Sanh, Hướng Phùng có dạng địa hình lượn sóng, chia cắt yếu, đất đai phù hợp cho phát triển trồng cây công nghiệp dài ngày

+ Tiểu vùng đất sa phiến thạch thuộc địa phận Lao Bảo, Lìa: nằm trong vùng đứt gãy dọc đường 9, giáp khu vực Lao Bảo

1.1.4 Thảm thực vật

Trong thời gian chiến tranh, tỉnh Quảng Trị nằm trong vùng chiến tranh, huỷ diệt khốc liệt, lớp phủ thực vật thuộc loại bị tàn phá Ngay khi đất nước thống nhất, kế hoạch khôi phục lớp phủ thực vật với ý nghĩa phục hồi các hệ sinh thái tối ưu, trở thành kế hoạch hành động cụ thể và tích cực Đến 1990, nhiều diện tích rừng trồng và rừng tự nhiên tái sinh do khoanh nuôi bảo vệ đã xuất hiện Rừng trồng theo chương trình hỗ trợ của PAM (Chương trình An toàn lương thực Thế giới) dọc các quốc lộ hoặc tỉnh lộ phát triển nhanh Từ các Chương trình Quốc gia 327, 264 và kế hoạch trồng rừng, trồng cây nhân dân của cấp tỉnh, phát động và đầu tư, đã nâng cao tỷ lệ che phủ rừng khá nhanh

Đồng thời với các kế hoạch trồng rừng, trong giai đoạn từ 1995 đến 2000, thực hiện hạn chế khai thác rừng tự nhiên, tăng cường khoanh nuôi phục hồi rừng tự nhiên, độ che phủ rừng đã tăng bình quân 1%/năm (bảng 1.1) Đến năm 2005 độ che phủ của rừng đạt 43,2% Tỉnh Quảng Trị gần như vùng đất vành đai trắng trong thời gian chiến tranh, chỉ hơn 25 sau chiến tranh, rừng che phủ đất đai tự nhiên đã tăng từ 7,4% lên hơn 40%, và đó là một thành quả sinh thái quan trọng [13]

Bảng 1.1. Diễn biến tài nguyên rừng ở Quảng Trị và hiệu quả Năm Diễn biến rừng và hiệu quả Địa bàn tỉnh Quảng Trị

Phục hồi hệ sinh thái

Độ che phủ rừng (%) Rừng trồng (ha) Hiệu quả

26,4 29.300

Chống cát di động Phục hoá đất trồng chuyển canh tác nông nghiệp

Formatted: Portuguese (Brazil)

Năm Diễn biến rừng và hiệu quả Địa bàn tỉnh Quảng Trị

0 Độ che phủ rừng (%)

Rừng trồng (ha) Hiệu quả

29,7 35.064

Phòng hộ ven biển, đầu nguồn

Độ che phủ rừng (%) Rừng sản xuất(ha) Rừng phòng hộRừng đặc dụngHiệu quả

43,2 65.947 108.97433.593

Phòng hộ ven biển, đầu nguồn

1.1.5 Khí hậu

a Mưa

Quảng Trị nói chung và lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng nằm trong vùng mưa tương đối lớn của nước ta Lượng mưa hàng năm tính trung bình trên phạm vi toàn lưu vực đạt trên 2400 mm, lượng mưa năm phân bố không đều theo không gian, phụ thuộc vào hướng sườn dốc và phù hợp với xu thế tăng dần của mưa theo độ cao địa hình Do địa hình có xu thế tăng dần từ đông sang tây và từ bắc xuống nam nên lượng mưa năm cũng có xu thế tăng dần từ đông sang tây và từ bắc xuống nam Nơi mưa ít nhất là những thung lũng khuất gió như Khe Sanh chuẩn mưa năm 2070,3 mm, Tà Rụt chuẩn mưa năm là 1936,7 mm Nơi mưa nhiều là khu vực núi cao thượng nguồn các sông Rào Quán, Cam Lộ Kết quả tính toán chuẩn mưa năm của một số trạm trên lưu vực được thể hiện trong bảng 1.2 [21, 24]

Bảng 1.2. Chuẩn mưa năm và sai số quân phương tương đối tính chuẩn mưa năm của các trạm trên lưu vực sông Thạch Hãn

TT Tên trạm

Thời kỳ tính toán đại biểu

Độ dài TKTTĐB

(năm) Ktb

Hệ số biến đổi mưa năm

Cvx

Chuẩn

mưa năm Xo (mm)

Sai số quân phương tương

các trạm rất lớn, đều đạt trên 3200 mm (nhỏ nhất tại Cửa Việt: 3372.4 mm và lớn nhất tại Thạch Hãn: 4030,3 mm) Lượng mưa năm cực tiểu tại tất cả các trạm rất nhỏ, dao động trong khoảng từ 1153,5 mm, tại Khe Sanh đến 1719,9 mm, tại Thạch Hãn và xuất hiện không đồng thời tại các trạm Cực trị của lượng mưa năm được thống kê trong bảng 1.3 [19]

Bảng 1.3. Các cực trị của lượng mưa năm trong thời kỳ quan trắc (1977 - 2004)

Bảng 1.4. Kết quả phân mùa mưa - khô trong tỉnh Quảng Trị

Bảng 1.5. Phân phối mưa năm theo tháng tại các trạm đo mưa trên lưu vực sông Thạch Hãn

Tháng TT Trạm Đặc

trưng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Xth46,1 36,8 35,0 60,5 128,5 87,4 67,2 167,3 394,3 609,7 438,4 183,4 2254,7 1 Đông

Hà % 2,05 1,63 1,55 2,68 5,70 3,88 2,98 7,42 17,49 27,04 19,44 8,14 100 Xth78,0 55,7 52,5 63,9 152,3 84,4 62,9 141,5 400,7 694,7 490,8 253,8 2531,1 2 Thạch

Hãn  % 3,08 2,20 2,07 2,52 6,02 3,34 2,48 5,59 15,83 27,45 19,39 10,03 100 Xth64,8 49,0 37,4 59,7 118,7 64,6 59,2 158,1 374,3 575,9 454,9 234,5 2251,1 3 Cửa

Việt  % 2,88 2,18 1,66 2,65 5,27 2,87 2,63 7,02 16,63 25,58 20,21 10,42 100 Xth28,0 11,6 31,6 94,7 168,9 193,6 113,4 164,9 353,6 626,1 294,0 92,8 2149,9 4 Tà

Rụt  % 1,30 0,54 1,47 4,41 7,85 9,01 5,27 7,67 16,45 29,12 13,67 4,32 100 5 Khe Xth15,7 20,4 31,3 87,4 172,2 199,4 196,4 297,6 371,7 416,1 184,9 60,0 2053,1

Mặt khác lượng nước chênh lệch giữa hai mùa là quá lớn, do đó cần phải tính toán điều tiết để sử dụng nguồn nước một cách hợp lý tạo ra hiệu quả cao cho sản xuất, chăn nuôi cũng như là dùng cho sinh hoạt

b Nhiệt độ không khí

Nhiệt độ không khí trong vùng thấp nhất vào mùa Đông (tháng 11 tới tháng 3) Cao nhất vào mùa Hè (tháng 5 tới tháng 8) Nhiệt độ bình quân nhiều năm vào khoảng 24,30C Chênh lệch nhiệt độ trong ngày từ 7 tới 100C Nhiệt độ bình quân tháng tại trạm các trạm trong vùng nghiên cứu được thể hiện ở bảng 1.6, [2]

Bảng 1.6. Nhiệt độ bình quân tháng tại trạm Đông Hà

Đơn vị: o

C

Đông Hà 19.2 19.3 22.5 25.6 28.2 29.3 29.6 28.8 27.1 25.1 22.5 19.9 Quảng Trị 19.4 20.4 22.6 25.6 28.1 29.4 29.5 29.0 27.1 25.1 23.2 20.8 Khe Sanh 17.6 18.4 21.8 24.4 25.6 25.6 25.3 24.6 24.0 22.8 20.4 18.2

d Bốc hơi

Bốc hơi bình quân nhiều năm nằm trong khoảng 1200 - 1300 mm ở vùng đồng bằng bốc hơi bình quân nhiều năm cao hơn vùng núi Lượng bốc hơi bình quân tháng lớn nhất tại Đông Hà là 219 mm/tháng (bảng 1.8) Lượng bốc hơi ngày lớn nhất vào tháng 7, bình quân 1 ngày bốc hơi tới 7 mm [2]

Đông Hà

nhau theo từng cơn bão và từng thời kỳ có bão Có năm không có bão và áp thấp nhiệt đới như năm 1963, 1965, 1969, 1986, 1991, 1994 Cũng có năm liên tiếp 3 cơn bão như năm 1964, 1996 hoặc 1 năm có 2 cơn bão như năm 1999 Bình quân 1 năm có 1,2  1,3 cơn bão đổ bộ vào Quảng Trị Vùng ven biển Quảng Trị bão và áp thấp nhiệt đới thường gặp nhau tới 78%, do vậy khi có bão thường gặp mưa lớn sinh lũ trên các triền sông Bão đổ bộ vào đất liền với tốc độ gió cấp 10 đến cấp 12, khi gió giật trên cấp 12 Thời gian bão duy trì từ 8  10 giờ nhưng mưa theo bão thường xảy ra 3 ngày liên tục Thiệt hại về người và tài sản do bão gây ra thường rất lớn Đây cũng là 1 yếu tố cản trở tới tiến trình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Quảng Trị nói chung và lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng

1.1.6 Thuỷ văn

a Mạng lưới thủy văn

Hệ thống sông Thạch Hãn (còn gọi là sông Quảng Trị) có 37 con sông gồm 17 sông nhánh cấp I với 3 nhánh tiêu biểu là Vĩnh Phước, Rào Quán và Cam Lộ, 13 sông nhánh cấp II, 6 sông nhánh cấp III Diện tích toàn lưu vực là 2660 km2, độ dài sông chính là 150 km, độ cao bình quân lưu vực 301 m, độ dốc bình quân lưu vực là 20,1%, độ rộng trung bình lưu vực là 36,8 km, mật độ lưới sông là 0,92 (hình 1.2 và bảng 1.10) [30, 32, 33]

Bảng 1.10 Đặc trưng hình thái sông trong vùng nghiên cứu

Tên sông

Diện tích lưu

vực (km2

)

Cửa sông

Chiều dài dòng chính (km)

Cao độ bq lưu vực (m)

Độ rộng bq lưu vực (m)

Độ dốc bq lưu vực (%0)

Mật độ lưới sông (km/km2

)

Tỷ lệ diện tích

đồng bằng

Trong phạm vi lưu vực sông Thạch Hãn, chuẩn dòng chảy năm phân phối không đều theo không gian, biến đổi phù hợp với sự biến đổi của lượng mưa năm,

19

nghĩa là cũng theo xu thế tăng dần theo độ cao địa hình với phạm vi biến đổi từ 30 l/skm2 đến 60 l/skm2 Hàng năm, trên toàn bộ sông suối trên lưu vực sông Thạch Hãn có tổng lượng dòng chảy trên lưu vực khoảng 3,92 km3 [24, 30, 32, 33]

Hình 1.2. Sơ đồ mạng lưới sông suối và lưới trạm khí tượng thủy văn trên

lưu vực sông Thạch Hãn

Theo [19] có kết quả phân mùa dòng chảy (bảng 1.11) và phân phối dòng chảy năm theo tháng (bảng 1.12) trên lưu vực sông Thạch Hãn Nhìn chung, trên dòng chảy trên lưu vực sông Thạch Hãn chia thành 2 mùa rõ rệt Mùa lũ mặc dù chỉ kéo dài 4 tháng (từ tháng VIII đến tháng XI hoặc từ tháng IX đến tháng XII) nhưng mức độ tập trung dòng chảy trong mùa lũ khá lớn, chiếm tới 62,5 - 80% tổng lượng dòng chảy cả năm Mùa kiệt bắt đầu từ tháng XII hoặc tháng I, kết thúc vào tháng VII hoặc VIII, kéo dài tới 8 tháng nhưng tổng lượng dòng chảy mùa kiệt chỉ chiếm khoảng 20 - 37,5% tổng lượng dòng chảy cả năm

Mùa kiệt trong vùng thường chậm hơn so với các tỉnh đồng bằng Bắc Bộ Lượng nước mùa kiệt chỉ chiếm khoảng gần 30% tổng lượng dòng chảy trong năm Sự phân phối không đều đã gây ảnh hưởng lớn cho sinh hoạt và sản xuất Tình trạng đó càng trở nên khốc liệt vào các năm và các tháng có gió Tây Nam (gió Lào) hoạt động mạnh Tuy nhiên vào khoảng tháng 5 - 6 trong vùng thường có mưa tiểu mãn

Bảng 1.11. Kết quả phân mùa dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn

Formatted: CenteredDeleted:

Thời gian  Qnăm Thời gian  Qnăm

Bảng 1.12. Phân phối dòng chảy năm theo tháng lưu vực sông Thạch Hãn

Tháng TT Sông - Trạm Đặc

trưng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Qbq m3/s 15,2 8,20 4,94 4,06 7,56 7,00 5,68 11,8 39,0 74,8 65,8 35,2 1 Thạch Hãn -

Đông Hà %5,45 2,94 1,77 1,45 2,71 2,51 2,03 4,21 14.0 26,80 23,6 12,6 Qbq m3

/s 34,7 18,1 10,9 9,6 23,7 35,1 33,8 53,8 103 144 103 50,5 2 Thạch Hãn -

Thạch Hãn  % 5,59 2,92 1,75 1,55 3,81 5,66 5,45 8,67 16,7 23,14 16,67 8,13

Lũ trên lưu vực sông Thạch Hãn có thể xảy ra trong 3 thời kỳ trong năm:

- Lũ tiểu mãn thường xảy ra vào tháng 5, 6 và năm nào cũng xảy ra lũ tiểu mãn Tính chất lũ này nhỏ, tập trung nhanh, xảy ra trong thời gian ngắn, lũ đỉnh nhọn, lên và xuống nhanh, thường xảy ra trong 2 ngày nên ít ảnh hưởng đến đời sống dân cư, chủ yếu ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản

- Lũ sớm xảy ra vào tháng 6 đến đầu tháng 9 hàng năm Lũ này không có tính chất thường xuyên nhưng lũ có tổng lượng lớn hơn lũ tiểu mãn, tập trung lũ nhanh Thời kỳ xảy ra lũ sớm thường vào thời kỳ triều bắt đầu cao Do vậy mực nước lũ cao hơn lũ tiểu mãn Lũ này ít ảnh hưởng tới dân sinh mà chủ yếu là ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp và thuỷ sản

- Lũ chính vụ xảy ra từ trung tuần tháng 9 đến cuối tháng 11 đầu tháng 12 hàng năm Đây là thời kỳ mưa lớn trong năm và lũ thời kỳ này có thể xảy ra lũ quét sườn dốc gây đất đá lở hay lũ ngập tràn ở hạ du Lũ này thường đi liền với bão gây thiệt hại lớn cho kinh tế xã hội, gây chết người và hư hỏng các công trình, cơ sở hạ tầng Tính chất lũ kéo dài từ 5 - 7 ngày, đỉnh lũ cao, tổng lượng lớn Với tình hình phát triển kinh tế hiện tại lũ này chỉ có thể tránh và chủ động làm giảm mức thiệt hại do lũ gây ra

c Các công trình thủy lợi trên lưu vực

Nhằm mục đích điều tiết nước phục vụ canh tác nông nghiệp cũng như các hoạt động dân sinh kinh tế khác, trên lưu vực sông Thạch Hãn đã được xây dựng một số các công trình thủy lợi, chủ yếu là các hồ chứa nước tiêu biểu liệt kê trong bảng 1.13 [12]

Formatted: English (U.S.)

Bảng 1.13 Trữ lượng nước hồ, đập trên lưu vực sông Thạch Hãn

Dung tích (triệu m3) TT Tên hồ chứa Địa điểm Đơn vị quản lý

Chứa Hữu ích

d Tình hình tài liệu khí tượng - thủy văn

Trong lưu vực nghiên cứu có 7 trạm khí tượng và thủy văn Trong đó có một trạm khí tượng cấp 1 là trạm Đông Hà, 1 trạm khí tượng cấp 2 là trạm Khe Sanh, hai trạm khí tượng cấp 4 là trạm Ba Lòng, Tà Rụt và một trạm khí tượng cao không là trạm Thạch Hãn trạm Đông Hà và Cửa Việt đây là hai trạm thủy văn cấp 3 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn được thể hiện trong hình 1.2 và bảng 1.14 [20, 32]

Bảng 1.14 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Thạch Hãn

TT Tên trạm Vĩ độ Kinh độ Loại trạm Yếu tố đo đạc Thời gian quan trắc

Ghi chú

1 Đông Hà 16051’ 107005’ Khí tượng X, t, bốc hơi 1974 - nay 2 Khe Sanh 160

38’ 1060

44’ Khí tượng X, t, bốc hơi 1977 - nay 3 Ba Lòng 160

50' 107o

06' Thủy văn X, H 1974 - nay 6 Cửa Việt 16o

53' 107o

10' Thủy văn X, H 1989 - nay 7 Thạch Hãn 16o

45' 107o

Hiện trên lưu vực sông Thạch Hãn không có trạm quan trắc lưu lượng thường xuyên, duy nhất chỉ có trạm Rào Quán đo đạc từ năm 1983 - 1985, nhằm mục đích phục vụ việc thiết kế và thi công công trình thủy điện Rào Quán, vì vậy đã gây nhiều khó khăn cho công tác tính toán lượng nước đến trên lưu vực cũng như dự báo lũ, kiệt Hầu hết các tính toán và đánh giá tài nguyên nước trên lưu vực đều phải sử dụng các biện pháp khôi phục số liệu dòng chảy từ mưa

1.2 Tình hình phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực sông Thạch Hãn

1.2.1 Dân số

Theo Niên giám thống kê năm 2007 của cục thống kê Quảng Trị nhận thấy:

Dân số trên lưu vực phân bố không đều, đặc biệt có sự khác biệt lớn giữa đồng bằng và miền núi Mật độ dân số trung bình lưu vực là 133 người/km2, thị xã Đông Hà 1140 người/km2, thị xã Quảng Trị 2734 người/km2 trong khi đó huyện miền núi Đakrông chỉ có 29 người/km2 và huyện Hướng Hóa 62 là người/km2, tổng số dân trên toàn lưu vực là 312.580 người Dân cư trong vùng chủ yếu là người Kinh, sống tập trung ở dải đồng bằng ven biển, các thị trấn vùng núi Số còn lại là các dân tộc ít người như người Sách, Thái, Dao, Vân Kiều, Sào, Pa Cô tập trung chủ yếu ở huyện Hướng Hoá và Đakrông

1.2.2 Cơ cấu kinh tế

a Hiện trạng nông nghiệp

Trồng trọt

Theo Niên giám thống kê năm 2007 của cục thống kê Quảng Trị, diện tích

đất canh tác trên toàn lưu vực là 39.890,05 ha, trong đó dùng cho cây ăn quả là 2.857,80 ha, dùng cho lúa và hoa màu là 28.216,61 ha, dùng cho cây công nghiệp là 8.815,63 ha Diện tích, năng suất, sản lượng một số cây trồng chính trên lưu vực được thể hiện trong bảng 1.15

Bảng 1.15. Diện tích, năng suất, sản lượng một số cây trồng chính trên lưu vực

Loại cây Chỉ tiêu

Lúa đông xuân

Bảng 1.16 Số lượng gia súc và gia cầm trên lưu vực như sau

Số lượng (con) 86.786 812.380 7.244 16.599 27.476

b Hiện trạng ngành thủy sản

Bảng 1.17. Sản lượng thủy sản chủ yếu

Đơn vị: Tấn

Hải sản Thủy sản nước ngọt, lợ Thủy sản nuôi trồng

Tiềm năng phát triển thủy sản của tỉnh là cao, song mức độ khai thác còn hạn chế Để phát huy tiềm năng cần có sự đầu tư thích đáng và có quy mô hơn

c Hiện trạng công nghiệp và điện lực

Trong vùng có 2 nhà máy sản xuất xi măng lò đứng Đông Hà 1 và Đông Hà 2, nhưng hiện nay chỉ còn nhà máy Đông Hà 2 hoạt động với tổng sản lượng 50.000 tấn/năm, 2 nhà máy gạch Tuynel có tổng công suất 2 triệu viên/năm Công nghiệp chế biến thủy sản còn hạn chế, chỉ có nhà máy đông lạnh đặt tại Cửa Việt hoạt động theo thời vụ đánh bắt Ngoài ra ở các địa phương còn có công nghiệp nhỏ nhưng ở mức độ hộ gia đình

Nguồn điện trong vùng còn hạn chế, vùng núi hiện có 3 trạm thuỷ điện Khe Sanh, Cam Chính, Rào Quán với công suất thấp Lưới điện quốc gia đã phát triển tới các trung tâm huyện ở vùng đồng bằng điện lưới đã tới được các xã, tuy nhiên ở miền núi các xã vùng sâu vùng xa còn chưa có điện sinh hoạt và sản xuất Tuyến đường dây 500KV đi qua địa phận Quảng Trị song trong tỉnh không có trạm hạ áp Đối với vùng núi chỉ có 40% các xã có điện

d Y tế, giáo dục

Y tế

Mạng lưới y tế ở vùng đồng bằng phát triển rộng khắp ở các cộng đồng dân cư nhất là y tế cộng đồng, phòng ngừa quản lý và phát hiện các dịch bệnh Người dân có thể đến trung tâm y tế của huyện với khẩu độ đường 8-10 km Các cụm khám đa khoa bố trí hợp lý thuận tiện cho việc khám chữa bệnh bảo vệ sức khoẻ nhân dân

Tuy nhiên, ở các xã miền núi, hệ thống y tế còn chưa được phát triển, nhìn chung mỗi xã có 1 trạm y tế, song do khoảng cách từ các cụm dân cư tới trạm xá còn xa và do mê tín, nên tệ nạn chữa bệnh bằng cúng vái vẫn còn tồn tại ở một số địa phương

Giáo dục

Các xã trong vùng đồng bằng đã thực hiện tốt công tác xoá mù chữ Lực

lượng lao động vùng nông thôn có tới 60% đã qua trình độ văn hoá cấp cơ sở và 20% số lao động có trình độ văn hoá phổ thông trung học ở vùng núi, tình trạng bỏ học còn phổ biến Tỷ lệ mù chữ hoặc tái mù chữ còn cao

e Hiện trạng các ngành khác

Ngành giao thông

Hệ thống giao thông ở đây tương đối phát triển, tuy nhiên vẫn có sự khác biệt giữa vùng đồng bằng ven biển và miền núi Nếu như ở vùng đồng bằng đã có đường ô tô đến đến trung tâm xã và thậm chí tới nhiều xóm nhỏ tụ điểm dân cư thì với vùng núi đặc biệt huyện miền núi Đakrông và Hướng Hoá đường ô tô tới trung tâm nhiều xã vẫn là mục tiêu phấn đấu

Đường thuỷ có trục đường theo sông Thạch Hãn, sông Cam Lộ từ biển vào sâu đất liền, tuy nhiên tuyến đường thuỷ này cũng chỉ cho phép thuyền trọng tải 10 tấn đi lại Tuyến đường sắt chạy theo hướng Bắc Nam có ga chính Đông Hà là nơi trung chuyển hàng hoá ra Bắc và vào Nam Nhìn chung, hiện tại mạng lưới giao thông trong vùng khá thuận lợi cho quá trình phát triển kinh tế, tuy nhiên nhiều tuyến đường này trong mùa mưa lũ vẫn bị ách tắc do lũ gây ra Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, tạo điều kiện thuận lợi trong việc thông thương buôn bán, trong vùng nghiên cứu cần phát triển thêm và hiện đại hoá đường giao thông

Ngành dịch vụ thương mại, du lịch

Phát triển kinh tế dịch vụ là xu hướng ngày càng gia tăng gắn liền với quá trình phát triển kinh tế- xã hội theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa Hướng phát triển là đẩy nhanh tốc độ tăng trưởng của ngành với sự tham gia của các thành phần kinh tế Chú trọng phát triển dịch vụ thương mại gắn liền với hiện đại hoá cơ sở hạ tầng

Về du lịch, trong vùng có bãi tắm Cửa Việt khá đẹp, nhưng chủ yếu mới chỉ thu hút được khách địa phương đến trong mùa hè Các cơ sở vui chơi giải trí, ăn nghỉ chưa được xây dựng nên cũng chưa thu hút được nhiều khách Vùng nghiên cứu cũng có những căn cứ cách mạng nổi tiếng như làng Vây, chiến khu Ba Lòng, địa đạo Vĩnh Chấp, những địa điểm văn hóa như khu nhà người Pacô ở Tà Rụt, làng văn hoá Phú Thiềng ở Mò ó, du lịch sinh thái ở Tà Long nhưng những nơi này hiện nay vẫn chưa được khai thác để đưa vào thành các tour du lịch hấp dẫn khách

- Công nghiệp quá nhỏ bé, chưa đáp ứng được vai trò làm đòn bẩy cho nền kinh tế trên khu vực

- Tiềm năng đất đai còn rất lớn, có thể khai thác đưa vào sản xuất cây công nghiệp, cây hàng hoá để thay đổi cơ cấu cây trồng

Chương 2

Cân bằng nước hệ thống và giới thiệu mô hình mike basin

2.1 Khái niệm về hệ thống nguồn nước và cân bằng nước hệ thống

2.1.1 Hệ thống nguồn nước

Quá trình khai thác nguồn nước đã hình thành hệ thống các công trình thủy lợi Những công trình thủy lợi được xây dựng đã làm thay đổi đáng kể những đặc điểm tự nhiên của hệ thống nguồn nước

Mức độ khai thác nguồn nước càng lớn thì sự thay đổi thuộc tính tài nguyên nước càng lớn và chính nó lại ảnh hưởng đến quá trình khai thác sử dụng nước của con người Chính vì vậy, khi lập các quy hoạch khai thác nguồn nước cần xem xét sự tác động qua lại giữa tài nguyên nước, phương thức khai thác và các biện pháp công trình

Theo quan điểm hệ thống người ta định nghĩa hệ thống nguồn nước như sau: “Hệ thống nguồn nước là một hệ thống phức tạp bao gồm tài nguyên nước, các công trình khai thác nguồn nước, các yêu cầu về nước cùng với mối quan hệ tương tác giữa chúng và chịu tác động của môi trường lên nó” [19, 29]

(1) Nguồn nước được đánh giá bởi các đặc trưng: lượng và phân bố của nó

theo không gian và thời gian; chất lượng nước; động thái của chúng

(2) Các biện pháp khai thác và bảo vệ nguồn nước: các công trình thủy lợi,

các biện pháp cải tạo và bảo vệ nguồn nước, bao gồm cả biện pháp công trình và phi công trình, được cấu trúc tùy thuộc vào mục đích khai thác và bảo vệ nguồn nước

(3) Các yêu cầu về nước: các hộ dùng nước, các yêu cầu về mức bảo đảm

phòng chống lũ lụt, úng hạn, các yêu cầu về bảo vệ hoặc cải tạo môi trường cùng các yêu cầu dùng nước khác

Tác động của môi trường là những tác động về hoạt động dân sinh kinh tế, hoạt động của con người (không kể các tác động về khai thác nguồn nước theo quy hoạch) Những tác động đó bao gồm ảnh hưởng của các biện pháp canh tác làm thay

đổi mặt đệm và lòng dẫn, sự tác động không có ý thức vào hệ thống các công trình thủy lợi…

2.1.2 Khái niệm cân bằng nước hệ thống

Cân bằng nước là một vấn đề rất xưa nhưng lại luôn mới, nó vừa là phương pháp, vừa là đối tượng nghiên cứu Cân bằng nước là mối quan hệ định lượng giữa nước đến và đi của hệ thống nguồn nước (toàn cầu, miền, lãnh thổ, lưu vực, đoạn sông, ) Lượng nước đi gồm bốc thoát hơi nước, ngấm xuống tầng sâu, nước cấp cho các nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực và dòng chảy ra khỏi lưu vực Lượng nước đến hệ thống được thể hiện dưới các dạng nước mưa, dòng chảy và nước hồi quy sau khi sử dụng

Cân bằng nước hệ thống là sự cân bằng tổng thể giữa tài nguyên nước của hệ thống; định lượng nước đến, đi khỏi hệ thống, trong đó đã bao gồm các yêu cầu về nước và khả năng điều tiết chúng Từ đó đánh giá sự tương tác về nước giữa các thành phần trong hệ thống, các tác động của môi trường lên nó và đề ra các biện pháp khai thác, bảo vệ nguồn nước một cách hợp lý [19, 29]

2.1.3 Phương pháp tính toán cân bằng nước hệ thống

Việc nghiên cứu cân bằng nước có ý nghĩa rất lớn cả về lý thuyết và thực tiễn Từ góc độ lý thuyết, phương trình cân bằng nước cho phép ta cắt nghĩa nguyên nhân, các hiện tượng, chế độ thủy văn của một khu vực xác định, đánh giá các số hạng trong cán cân nước và mối quan hệ tương tác giữa chúng Nghiên cứu cân bằng nước cho phép định lượng đầy đủ và chính xác tài nguyên nước để tìm ra phương thức sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá này

Trên quan điểm đó bài toán cân bằng nước hệ thống đã tập trung giải quyết các vấn đề (i) Phân vùng tiềm năng nguồn nước, (ii) Tính toán nhu cầu nước của các hộ dùng nước khác nhau và (iii) Tính toán các phương án sử dụng nguồn nước hay thực chất là bài toán cân bằng kinh tế nước [19]

a Tính toán nhu cầu dùng nước

- Nước dùng cho hộ nông nghiệp: Xác định nhu cầu nước cho cây trồng là

vấn đề hết sức quan trọng, quyết định đến hiệu suất của hệ thống tưới Vì vậy trong nhiều thập kỷ qua, nhiều tác giả đã tập trung nghiên cứu nhằm xác lập các công thức tính toán nhu cầu nước cho cây trồng Hiện nay có hai hướng nghiên cứu chính:

+ Hướng thực nghiệm và đo đạc trực tiếp: Theo hướng này, tiến hành đo đạc xác định các thành phần trong phương trình cân bằng nước Thiết bị đo là Lysimeter trọng lực có độ chính xác khá cao Lượng bốc thoát hơi trên đồng ruộng với một mẫu cây trồng được xác định theo phương trình sau:

ET = X + WR + (Wc - Wđ) – (Ym + Yng) (2.1)

trong đó: X: Lượng mưa trong thời khoảng ∆t; WR: Lượng nước tưới trong thời khoảng ∆t; Wc - Wđ : Thay đổi lượng ẩm trong Lysimeter, được xác định thông qua việc cân Lysimeter tại đầu và cuối thời khoảng ∆t; Ym: Lượng nước mặt được đo tại máng lưu lượng đặt trên khu thí nghiệm; Yng: Lớp dòng chảy ngầm quan trắc tại thùng đặt dưới đáy Lysimeter

+ Tính toán từ tài liệu khí hậu: Lượng nước cần cho cây trồng được quan niệm là lớp nước cần thiết đáp ứng quá trình mất nước thông qua bốc thoát hơi của cây trồng không bị bệnh, trên phạm vi rộng lớn, trong điều kiện không hạn chế ẩm và có đủ dinh dưỡng để cây trồng có thể đạt được năng suất theo dự kiến trong môi trường xác định và được tính toán thông qua bốc thoát hơi tiềm năng của cây trồng mẫu (ET0) và đặc tính cây trồng được thể hiện thông qua hệ số cây trồng Kc biểu thị bằng mối quan hệ sau:

ET = Kc x ET0 (2.2)

Hướng phổ biến của thế giới những năm gần đây là xác định lượng nước cần cho cây trồng theo biểu thức (2.2) Các nhà nghiên cứu tập trung vào việc xác định hai thông số Kc và ET0, trên cơ sở tài liệu quan trắc

Nhóm công thức phổ biến vẫn là nhóm công thức bán kinh nghiệm và công thức kinh nghiệm mà điển hình là công thức của Penman Công thức Penman đã được FAO chọn làm công thức cơ bản để xây dựng các chương trình tính toán bốc thoát hơi thực tế cây trồng Về mặt kết cấu công thức đã phản ánh được khá đầy đủ các nhân tố ảnh hưởng tới quá trình bốc thoát hơi của cây trồng Công thức có khả năng ứng dụng rộng rãi vì nó bao gồm những đặc trưng khí hậu cơ bản nhất mà bất cứ một trạm khí tượng nào cũng phải quan trắc

- Nước dùng cho hộ công nghiệp: Có nhiều phương pháp khác nhau để xác

định nước dùng cho hộ công nghiệp Có thể tóm tắt các phương pháp sử dụng tính toán nước dùng cho hộ công nghiệp như sau:

Phương pháp thống kê được dùng phổ biến nhất Đây là một phương pháp cổ điển, yêu cầu khối lượng tài liệu rất lớn, các điều tra phải rất tỉ mỉ mới có thể xác định được nhu cầu dùng nước của các hoạt động kinh tế – xã hội của một vùng hoặc một quốc gia

Việc xây dựng các mô hình toán xác định nhu cầu nước cho các hộ công nghiệp nhằm mô phỏng quá trình dùng nước của các ngành là hướng mà các nước tiên tiến đang áp dụng Các mô hình toán được xây dựng dựa trên đặc điểm của các ngành dùng nước khác nhau

- Nước dùng cho sinh hoạt: bao gồm nước dùng cho sinh hoạt ở đô thị và

nông thôn Yêu cầu dùng nước cho sinh hoạt phụ thuộc vào mức độ dân trí và trình độ phát triển của từng nước Ngay ở khu vực đô thị thì định mức dùng nước của các quốc gia phát triển ở châu Âu tới 250 lít/người/ngày đêm, trong khi ở những nước chậm phát triển thì chỉ là 80-100 lít/người/ngày đêm

Việc xác định nhu cầu dùng nước được tiến hành trên cơ sở thống kê mẫu cho từng loại đô thị, nông thôn, cho các khu vực khí hậu khác nhau và được tổng hợp cho toàn khu vực tính toán Khi khảo sát yêu cầu dùng nước cho sinh hoạt, cần lưu ý đến khả năng cung cấp nước cho sinh hoạt trên khu vực; khu vực khí hậu, và mùa dùng nước; mức độ phát triển các hoạt động dịch vụ trong khu vực và cơ sở hạ tầng, trang thiết bị nội thất

- Nước dùng cho nuôi trồng thủy sản: phương pháp chủ yếu thường được sử

dụng là dựa trên việc thu thập số liệu thống kê về diện tích nuôi trồng thủy sản ở khu vực tính toán Dựa trên định mức nước cần dùng cho mỗi đơn vị diện tích nuôi trồng, tính toán nhu cầu nước ở nước ta, định mức sử dụng nước được dùng để tính toán nằm trong khoảng từ 8000 - 12000 m3/ha

b Tính toán nguồn nước đến

- Nước mưa: Có thể lấy trực tiếp từ tài liệu thực đo, cũng có thể thông qua

các công thức kinh nghiệm, từ các lưu vực tương tự hoặc các mô hình tính từ các đặc trưng khí hậu

- Nước mặt: Nước mặt đến một hệ thống xác định có thể là nước vào từ lưu

vực ngoài được lấy bằng tự chảy qua mặt cắt sông thiên nhiên, đập, cống hoặc trạm bơm Việc tính lưu lượng hay mực nước căn cứ vào hình thức công trình (đập tràn

hay cống ngầm), mực nước thượng lưu và hạ lưu công trình và hình thức chảy (chảy ngập hay chảy tự do, có áp hay không áp) Sử dụng các công thức thủy lực ứng với trường hợp dòng chảy qua công trình để tính toán lưu lượng cho một thời đoạn cụ thể Với sông thiên nhiên thì áp dụng các mô hình toán thủy lực để tính toán

- Nước ngầm: Nước ngầm được biểu thị dưới dạng nước hồi qui, là một phần

nước mặt cấp trở lại các tầng đất Hiện tượng thấm nước từ bề mặt do mưa và nước tưới cung cấp cho nước ngầm chảy trở lại kênh mương gọi là nước hồi qui, phụ thuộc vào đặc tính địa chất thủy văn, chiều dày của tầng đất từ bề mặt đất tới mực nước ngầm, địa hình, lớp phủ, quá trình sử dụng đất, Các mô hình tính nước dưới đất có thể tập hợp thành hai hướng:

+ Hướng thực nghiệm: Đo đạc các thông số địa chất thủy văn, dao động mực nước ngầm và các đặc trưng khí tượng thủy văn Từ đó tính lượng nước hồi qui Để nâng cao độ chính xác trong tính toán ta thường chọn thời khoảng năm hoặc dài hơn để nghiên cứu Lượng nước hồi qui thường được biểu thị dưới dạng phần trăm của tổng lượng mưa hoặc nước tưới

+ Hướng sử dụng mô hình toán: Những năm gần đây các mô hình toán nước

ngầm 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều phát triển cùng với sự trợ giúp của máy tính, việc giải các phương trình chuyển động của nước xuống tầng sâu và ước tính lượng nước hồi qui đã được tiến hành, góp phần lượng hóa được lượng nước hồi qui cho các bể nước ngầm có cấu trúc địa chất khác nhau Tuy nhiên do cấu trúc địa chất không đồng nhất, tính chất khác nhau của điều kiện tự nhiên, khí hậu mà không thể áp dụng một cách nguyên xi những trị số đã được nghiên cứu từ nơi này cho nơi khác

c Cân bằng nước hệ thống và cân bằng nước cung cầu

Trong một vài thập kỷ gần đây, việc quy hoạch phát triển nguồn nước đã chuyển từ những công trình chỉ thực hiện một chức năng chẳng hạn chỉ phục vụ tưới hoặc phòng lũ sang các công trình đa mục tiêu cho một lưu vực khép kín Việc gia tăng dân số cùng với việc tăng nhanh sử dụng nguồn tài nguyên dẫn tới sự cạn kiệt nhanh chóng và điều đó bắt chúng ta phải nghĩ tới việc tái phân bố nguồn đầu tư nhằm cải thiện việc sử dụng nguồn nước, hoặc trên cơ sở nguồn nước hữu hạn làm sao phân bố nguồn nước để đạt lợi nhuận cao nhất

- Lý thuyết hệ thống ứng dụng trong bài toán nguồn nước: Trong những năm

gần đây các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp phân tích hệ thống giải quyết các bài toán phức tạp trong lĩnh vực nguồn nước Hệ thống được xem là một tổ hợp của các thành phần khác nhau và nó được mô phỏng thành các biểu thức toán được gọi là mô hình hệ thống Nó là những biểu thức toán học mô tả mối quan hệ nội tại bên trong của các quá trình khác nhau mà việc phân tích nhằm đưa ra các quyết định hợp lý trong việc thiết kế, lựa chọn hoặc vận hành một hệ thống công trình Quá trình phân tích hệ thống cần xác lập theo các bước sau:

+ Lượng hóa các thành phần dưới dạng hàm mục tiêu và các ràng buộc

+ Mô phỏng các đại lượng bằng các hàm số với các giới hạn xác định

+ Xây dựng các mô hình mô tả các quá trình có thể xảy ra, mối quan hệ giữa các biến, các ràng buộc cũng phải bao gồm trong mô hình

+ Xác định các hệ số cần thiết trong mô hình từ các nghiên cứu lý thuyết hoặc nghiên cứu thực nghiệm

+ Triển khai các ứng dụng thử nghiệm để đánh giá tính khả thi của mô hình

hợp để có hàm mục tiêu tốt nhất

Điều khiển hệ thống nguồn nước liên quan tới các quyết định để thực thi một cách tốt nhất các mục tiêu của hệ thống đã có Việc quy hoạch phát triển hệ thống hiện có phải bao gồm các dự báo các quá trình xảy ra trong tương lai Chính vì vậy điểu khiển liên quan tới tối ưu các hệ thống hiện có

2.1.4 Tình hình nghiên cứu cân bằng nước hệ thống ở Việt Nam

Các nghiên cứu về cân bằng nước và phát triển bền vững nguồn nước hệ thống trong nước thực sự phát triển từ những năm 1950 trở lại đây với việc áp dụng các thành tựu của khoa học thế giới và nghiên cứu cải tiến phù hợp với điều kiện Việt Nam Trong khoảng thời gian ngắn, chúng ta có những bước tiến dài trong nghiên cứu và sử dụng bền vững nguồn nước

Dựa vào các kết quả nghiên cứu có thể phân quá trình phát triển thành 2 thời kỳ (i) thời kỳ nghiên cứu cân bằng nước tự nhiên và (ii) 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 đó 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 [24]

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 nền kinh tế xã hội 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 như KC12, quy hoạch tổng thể đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long, Tây Nguyên, Đồng Nai, vùng núi phía Bắc [23]

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 các tình Hà Nội, Hà Tây, 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 Các viện nghiên cứu khoa học nông nghiệp, Viện nghiên cứu khoa học và kinh tế thủy lợi và các trường Đại học Nông nghiệp, Đại học Thủy lợi là những cơ quan hàng đầu nghiên cứu về lĩnh vực này Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng nước cần cho lúa từ 5500 m3/ha đến 6700 m3/ha, thay đổi tùy theo địa phương và theo mùa, trong khi nước cần cho cây trồng cạn phổ biến dưới 4000 m3/ha/vụ Khi dịch chuyển mùa vụ với thời gian nhỏ hơn 10 ngày thì yêu cầu dùng nước của cây trồng cũng thay đổi từ 10 – 25% Yêu cầu dùng nước của cây trồng có xu thế tăng lên khi áp dụng những loại cây trồng mới có năng suất cao Một số kết quả nghiên cứu nhu cầu nước của cây trồng cạn như sau: Cà chua (250-340), bắp cải (230-240), đậu tương (230-290), thuốc lá (280-300), khoai tây (260-270) và cho lúa nước tóm tắt trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Kết quả thực nghiệm về nhu cầu nước của lúa (mm)

Đối với cây trồng cạn, các kết quả nghiên cứu của FAO áp dụng vào điều kiện Việt Nam từ những năm 1970 – 1980 vẫn tỏ ra có hiệu quả cao

2.2 các mô hình toán cân bằng nước

Do yêu cầu phát triển tài nguyên nước lưu vực sông để đáp ứng được các yêu cầu về phát triển kinh tế - xã hội Hiện nay trên thế giới đã tiến hành xây dựng các mô hình, hệ thống các mô hình để đánh giá tác động của con người, các điều kiện

mặt đệm tới tài nguyên nước Có thể điểm qua một số mô hình đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới như sau:

2.2.1 Hệ thống mô hình GIBSI [25, 31]

Hệ thống mô hình GIBSI là một hệ thống mô hình tổng hợp chạy trên máy PC cho các kết quả kiểm tra tác động của nông nghiệp, công nghiệp, quản lý nước cả về lượng và chất đến tài nguyên nước GIBSI có một ngân hàng dữ liệu (bao gồm cả các số liệu và các đặc trưng) về thuỷ văn, xói mòn đất, lan truyền hoá chất trong nông nghiệp và mô hình chất lượng nước và các thông số cơ bản của hệ thống Mô hình GIBSI cũng có hệ thống thông tin địa lý GIS và phần mềm quản lý các dữ liệu có liên quan

Hệ thống mô hình GIBSI được áp dụng cho các lưu vực ở Canada có hệ sinh thái và tình hình phát triển công nghiệp, nông nghiệp, đô thị phức tạp như lưu vực Chaudiere ở Quebec có diện tích 6880 km2, trong đó rừng chiếm 63.2%, đất nông nghiệp 17.2%, bụi rậm 15.3%, đô thị 3.1%, mặt nước 1.2% diện tích lưu vực và dân số 180.000 người Kết quả mô phỏng theo các kịch bản phát triển cho thấy các hoạt động chặt phá rừng làm cho lũ mùa xuân đến sớm hơn và nhiều nước hơn so với các lưu vực đối chứng Kịch bản mô phỏng xử lý nước thải làm cho số lượng Coliform giảm dần và bền vững, lượng phốt-pho cũng giảm Mô hình GIBSI cho 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 GIBSI có những mô hình bộ phận chủ yếu sau đây:

- Mô hình thuỷ văn HYDROTEL;

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

- 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 SWAT;

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

+ Độ khuyếch tán và hội 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;

2.2.2 Chương trình Sử dụng nước (Water Utilization Project) [25, 31]

Mô hình lưu vực và xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu là một hợp phần của Chương trình sử dụng nước của Uỷ hội sông Mê Kông Kết quả chủ yếu của dự án này là “Hệ thống Hỗ trợ ra Quyết định (DSF)”, trong đó bao gồm hệ thống cơ sở dữ liệu, bộ mô hình lưu vực và các công cụ đánh giá tác động Khi hoàn thiện WUP DSF sẽ được sử dụng để hỗ trợ trong việc xây dựng các nguyên tắc phân bổ nguồn nước giữa các nước trong lưu vực sông Mê Kông và hỗ trợ ra quyết định cho công tác quản lý lưu vực sông thông qua các đánh giá về ảnh hưởng của các kịch bản phát triển đến tài nguyên môi trường

Ba mô hình con trong Bộ mô hình lưu vực bao gồm:

- Mô hình thuỷ văn (mưa - dòng chảy) (SWAT) cung cấp chuỗi dòng chảy đầu ra tại các nút trong hệ thống Các số liệu này sẽ được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy của lưu vực và các công tác quản lý môi trường, các kịch bản phát triển nguồn nước và các tiêu chuẩn vận hành

- Mô hình mô phỏng nguồn nước lưu vực (IQQM), mô phỏng các công trình thuỷ điện, tưới, chuyển nước và thu nước Sử dụng các chuỗi số liệu mô phỏng và thực đo trong một hệ thống tổng thể với các kịch bản khác nhau để đưa ra một biện pháp tối ưu và dễ vận hành

- Mô hình thuỷ động lực học (ISIS) mô phỏng chế độ thuỷ văn, thuỷ lực vùng hồ Tonle Sap và hạ lưu Kratie, sông Mê Kông

2.2.3 Mô hình BASINS [25, 31]

Mô hình BASINS được xây dựng bởi Văn phòng Bảo vệ Môi trường (Hoa Kỳ) Mô hình được xây dựng 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 và so sánh các 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:

- Các mô hình trong sông:

 QUAL2E, phiên bản 3.2, là 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

Các chức năng của mô hình BASIN cho phép người sử dụng có thể trình diễn, xuất dữ liệu và thực hiện các phân tích theo các mục tiêu khác nhau

Mô hình BASIN được sử dụng rộng rãi ở Mỹ, nó thuận tiện trong việc lưu trữ và phân tích các thông tin môi trường, và có thể sử dụng như là một công cụ hỗ trợ ra quyết định trong quá trình xây dựng khung quản lý lưu vực

2.2.4 Mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước WEAP[25, 31]

WEAP (Water Evaluation and Planning System) 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 Isrel và Palestin;

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

- California, Mỹ: Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến hệ sinh thái;

2.2.5 Bộ mô hình MIKE (DHI) [25, 31, 34]

Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI) xây dựng các phần mềm để đánh giá và phân tích các vấn đề về chất lượng và số lượng nước, đây là các phần mềm hữu ích trong công tác lập kế hoạch phát triển và quản lý nguồn nước theo quan điểm bền vững Phần mềm MIKE BASIN với giao diện ArcView GIS là một mô hình mô phỏng nguồn nước lưu vực sông

MIKE BASIN đòi hỏi với một số lượng số liệu không nhiều, với các mô đun tính toán đơn giản để đưa ra các kịch bản tính toán các biến đổi của các đặc trưng dòng chảy theo không gian và thời gian, xác định các nhu cầu dùng nước, vận hành hồ chứa đa mục tiêu, công trình chuyển nước và đánh giá chất lượng nước MIKE BASIN sử dụng giao diện GIS để tổ hợp cơ sở dữ liệu, xác định lưu vực, và trình diễn kết quả một cách thuận lợi cho người sử dụng

Ngoài các bộ mô hình như đã nêu ở trên, hiện nay trên thế giới còn có rất nhiều các mô hình riêng biệt khác, mà tuỳ thuộc và mục đích sử dụng và phạm vi nghiên cứu có thể lựa chọn các mô hình thích hợp

Trong luận văn này, mô hình MIKE BASIN với các tính năng vượt trội về xử lý số liệu gắn với GIS, đa dạng về số liệu đầu vào, giao diện dễ sử dụng, đã được lựa chọn làm công cụ để tính cân bằng nước cho lưu vực sông Thạch Hãn

2.3 Giới thiệu mô hình MIKE BASIN [25, 34]

2.3.1 Giới thiệu chung

Mô hình MIKE BASIN là một công cụ cân bằng giữa nhu cầu về nước và nước có sẵn theo cách tối ưu nhất giúp cho công tác quy hoạch lưu vực sông tổng hợp và quản lý tài nguyên nước do Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng, đây là một mô hình toán học thể hiện một lưu vực sông bao gồm cấu hình của các sông chính và các sông nhánh, các yếu tố thủy văn của lưu vực theo không gian và theo thời gian, các công trình, hệ thống sử dụng nước hiện tại và tương lai và các phương án sử dụng nước khác nhau Mô hình này đang được nhiều nước trên thế giới và các tổ chức quốc tế sử dụng

MIKE BASIN được xây dựng theo kiểu mô hình mạng lưới, trong đó sông và các nhánh hợp lưu chính được biểu diễn bằng một mạng lưới bao gồm các nhánh và các nút Các nhánh được thể hiện bằng các đoạn sông riêng biệt, còn các nút thể hiện các tiểu hợp lưu hoặc các vị trí mà tại đó các hoạt động liên quan đến phát triển nguồn nước có thể diễn ra như điểm của dòng chảy hồi quy từ các khu tưới, hoặc là điểm hợp lưu giữa hai hoặc nhiều sông, suối hoặc tại các vị trí quan trọng cần có kết quả của mô hình

Quan niệm toán học trong mô hình MIKE BASIN là tìm các lời giải ổn định cho mỗi bước thời gian Có thể dùng Mike Basin để tìm các giá trị điển hình đối với số lượng và chất lượng nước trong hệ thống biến đổi chậm Ưu điểm của MIKE BASIN là cho phép vạch ra nhiều kịch bản khác nhau Sai số do nhiều giải pháp tính tạo ra không đáng kể khi bước thời gian của quá trình không nhỏ hơn thời gian mô phỏng

MIKE BASIN được chạy dựa trên phần mềm ArcView GIS, để các thông tin GIS có thể bao hàm trong mô phỏng tài nguyên nước Mạng lưới sông và các nút cũng được soạn thảo trong ArcView Mô hình hoạt động trên cơ sở một mạng lưới sông được số hóa và các thiết lập trực tiếp trên màn hình máy tính trong ArcView GIS Tất cả các thông tin về mạng lưới sông, vị trí các hộ dùng nước, hồ chứa, cửa lấy nước, các yêu cầu về chuyển dòng, dòng hồi quy đều được xác định trực tiếp từ các giao diện trên màn hình