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

1.1. Khái niệm và phương pháp đánh giá tài nguyên nước 1.1.1. Khái niệm tài nguyên nước Nước là yếu tố chủ yếu của hệ sinh thái, là nhu cầu cơ bản của mọi sự sống trên trái đất và cần thiết cho các hoạt động kinh tếxã hội của loài người. Trong cơ thể sống, nước chiếm tỷ lệ hơn 70% khối lượng cơ thể con người trưởng thành. Nước là thành phần cấu tạo nên sinh quyển, có khả năng tác động trực tiếp đến thạch quyển, khí quyển. Cùng với các dạng tài nguyên thiên nhiên khác, nguồn nước là một trong những nguồn lực cơ bản để phát triển kinh tếxã hội, là đối tượng lao động và là một yếu tố cấu thành lực lượng sản xuất. Nguồn nước bao gồm nước trong khí quyển, nước mặt, nước dưới đất, nước biển và đại dương. Các nguồn nước hầu hết là tài nguyên tái tạo, nằm trong chu trình tuần hoàn của nước, dưới các dạng: mây, mưa, trong các vật thể chứa nước: sông, suối, đầm, ao, hồ ... Mặc dù lượng nước trên trái đất là khổng lồ, song lượng nước ngọt cho phép con người sử dụng chỉ chiếm một phần rất nhỏ bé. Hơn nữa sự phân bố của các nguồn nước ngọt lại không đều theo không gian và thời gian càng khiến cho nước trở thành một dạng tài nguyên đặc biệt, cần phải được bảo vệ và sử dụng hợp lý. 1.1.2. Các phương pháp đánh giá tài nguyên nước 1.1.2.1. Phương pháp cân bằng nước Phương pháp cân bằng nước thể hiện một đinh luật vật lý thông dụng nhất “định luật bảo toàn vật chất” trong thủy văn. Phương trình cân bằng nước là công cụ rất hữu hiệu để đánh giá tài nguyên nước và phân tích tính toán dòng chảy sông ngòi. Đánh giá tài nguyên nước bằng phương pháp cân bằng nước là xác định các thành phần của cán cân nước và cân bằng giữa các thành phần đó. Nguyên lý cân bằng nước xuất phát từ định luật bảo toàn vật chất, đối với một lưu vực có thể phát triển như sau: “Hiệu số lượng nước đến và ra khỏi lưu vực bằng sự thay đổi lượng nước trên lưu vực đó trong một thời đoạn tính toán bất kỳ”. Phương trình cân bằng nước là sự diễn toán nguyên lý này. Phương trình cân bằng nước tổng quát có dạng: X + Z1 + Y1 + W1 – (Z2 + Y2 + W2) = U2 U1 Hoặc là: X + (Z1 – Z2) + (Y1 – Y2) + (W1 – W2) = ± ∆U Trong đó ± ∆U = U2 U1 Phần nước đến bao gồm: X: Lượng mưa bình quân trên lưu vực

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  THÁI QUỐC PHONG ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC SÔNG CU ĐÊ – THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG, PHỤC VỤ QUY HOẠCH CẤP NƯỚC SINH HOẠT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY ĐÀ NẴNG – NĂM 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  THÁI QUỐC PHONG ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC SÔNG CU ĐÊ – THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG, PHỤC VỤ QUY HOẠCH CẤP NƯỚC SINH HOẠT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Hùng ĐÀ NẴNG – NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi, Thái Quốc Phong xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác./ Người cam đoan Thái Quốc Phong MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC1 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát Mục tiêu cụ thể 3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tế đề tài Ý nghĩa khoa học .4 Ý nghĩa thực tiễn Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI NGUYÊN NƯỚC 1.1.1 Khái niệm tài nguyên nước 1.1.2 Các phương pháp đánh giá tài nguyên nước 1.1.2.1 Phương pháp cân nước 1.1.2.2 Phương pháp tính tốn tài ngun nước 1.1.2.3 Phương pháp tính tốn thủy văn 1.1.2.4 Phương pháp mơ hình hóa 1.2 Tình hình nghiên cứu tài nguyên nước giới Việt Nam 10 1.2.1 Tài nguyên nước giới 10 1.2.2 Tài nguyên nước Việt Nam 12 1.3 Các cơng trình nghiên cứu tài nguyên nước lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn Cu Đê 14 1.3.1 Trên lưu vực Vu Gia – Thu Bồn 14 1.3.2 Trên lưu vực sông Cu Đê 15 CHƯƠNG II: ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU, ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN KHÔNG GIAN ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG VÀ DỰ BÁO NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC SINH HOẠT 17 2.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 17 2.1.1 Vị trí địa lý .17 2.1.2 Đặc điểm địa hình 17 2.1.3 Đặc điểm địa chất .17 2.1.4 Đặc điểm thổ nhưỡng .178 2.1.5 Đặc điểm khí hậu - thủy văn 18 2.1.6 Các sông thuộc hạ lưu sông Vu Gia 19 2.1.7 Lưu vực sông Cu Đê 20 2.1.7.1 Giới thiệu lưu vực sông Cu Đê .20 2.1.7.2 Tình hình khai thác sử dụng nước lưu vực sông Cu Đê 22 2.1.7.3 Chất lượng nước lưu vực sông Cu Đê .23 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nguồn nước sông Cu Đê 24 2.2.1 Yếu tố tự nhiên 24 2.2.2 Yếu tố nhân tạo 24 2.3 Định hướng phát triển đô thị thành phố Đà Nẵng 25 2.3.1 Mục tiêu phát triển quy mô dân số 25 2.3.1.1 Mục tiêu phát triển .25 2.3.1.2 Quy mô dân số 25 2.3.2 Phân vùng khu vực phát triển đô thị 25 2.4 Dự báo nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt 27 2.4.1 Quy mô dân số mức tăng dân số 27 2.4.2 Quy mô khu công nghiệp 28 2.4.3 Dự báo nhu cầu sử dụng nước 29 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỦY VĂN THỦY LỰC CHO LƯU VỰC SƠNG CU ĐÊ 33 3.1 Phân tích, lựa chọn cơng cụ mơ hình mơ 33 3.2 Mơ hình thủy văn MIKE-NAM 34 3.2.1 Giới thiệu mơ hình thủy văn MIKE-NAM 34 3.2.2 Cơ sở phương pháp hiệu chỉnh mơ hình .37 3.2.3 Áp dụng mơ hình MIKE-NAM tính tốn dịng chảy lưu vực sơng Cu Đê 38 3.2.3.1 Dữ liệu đầu vào 38 3.2.3.2 Xây dựng thông số mơ hình MIKE-NAM cho lưu vực Thượng Nhật 39 3.2.3.3 Xây dựng thơng số mơ hình MIKE-NAM cho lưu vực sơng Cu Đê 44 3.3 Mơ hình thủy lực MIKE-11 cho lưu vực sông Cu Đê .46 3.3.1 Giới thiệu mơ hình MIKE-11 46 3.3.2 Dịng chảy chiều sơng .47 3.2.3 Phương trình khuyêch tán – đối lưu mô tả diễn biến mặn .49 3.2.3.1 Phương trình 50 3.2.3.2 Các điều kiện ban đầu điều kiện biên 50 3.2.3.3 Phương pháp giải .51 3.2.3.4 Các tiêu chuẩn ổn định mơ hình 51 3.2.4 Thiết lập sơ đồ tính tốn xâm nhập mặn cho lưu vực sơng Cu Đê 52 3.2.4.1 Sơ đồ tính 52 3.2.4.2 Điều kiện ban đầu điều kiện biên mơ hình .54 3.2.4.3 Hiệu chỉnh thơng số mơ hình thủy lực, xâm nhập mặn .55 3.2.4.4 Kiểm định thông số mơ hình thủy lực, xâm nhập mặn 56 CHƯƠNG 4: MƠ PHỎNG MƠ HÌNH ỨNG VỚI CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP THÍCH ỨNG 61 4.1 Lựa chọn kịch biến đổi khí hậu 61 4.2 Áp dụng mơ hình MIKE-NAM tính tốn lưu lượng sơng Cu Đê theo kịch BĐKH 62 4.2.1 Xây dựng kịch biến đổi khí hậu 52 4.2.2 Tính tốn lưu lượng theo kịch biến đổi khí hậu 63 4.3 Áp dụng mơ hình MIKE 11 tính lan truyền mặn vùng hạ lưu sơng Cu Đê theo kịch BĐKH NBD .65 4.3.1 Xây dựng kịch BĐKH NBD .65 4.2.2 Tính tốn xâm nhập mặn tương ứng với cá kịch BĐKH NBD 66 4.4 Đề xuất quy hoạch cơng trình phục vụ cấp nước sinh hoạt sông Cu Đê 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 Kết luận : 70 Kiến nghị: .70 Tài liệu tham khảo 72 PHỤ LỤC a ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC SÔNG CU ĐÊ - THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG, PHỤC VỤ QUY HOẠCH CẤP NƯỚC SINH HOẠT Học viên: THÁI QUỐC PHONG Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng tình thủy Mã số: 60.58.02.02 Khóa: K31 Trường Đại học Bách Khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Đà Nẵng thành phố có tốc độ thị hóa nhanh, phát triển sở hạ tầng có bước phát triển chưa đáp ứng nhu cầu phát triển, đặc biệt hạ tầng ngành nước vấn đề đảm bảo an ninh nguồn nước bối cảnh nguồn nước sơng Cầu Đỏ bị nhiễm mặn Vì vậy, tác giả đề xuất nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước sông Cu Đê tác động biến đổi khí hậu nhằm bổ sung nguồn nước thơ phục vụ quy hoạch cấp nước sinh hoạt cho nhân dân thành phố Đà Nẵng Nghiên cứu tính tốn dự báo nhu cầu gia tăng nước sinh hoạt địa bàn thành Đà Nẵng Tác giả ứng dụng mơ hình MIKE để đánh giá thay đổi lưu lượng độ mặn sông Cu Đê tác động biến đổi khí hậu Từ kết nghiên cứu, tác giả đề xuất vị trí xây dựng cơng trình thu nước sơng Cu Đê phục vụ quy hoạch cấp nước sinh hoạt thành phố Đà Nẵng Từ khóa – Tài ngun nước, sơng Cu Đê, quy hoạch nguồn nước, mơ hình MIKE, xâm nhập mặn ASSESS THE WATER RESOURCES OF CU DE RIVER – DA NANG CITY, FOR PLANNING WATER SUPPLY Abstract – Danang is a dymanic city with rapid urbanization and development of infrastructure Yet such development has not meet the demand of increasing population and economy, particularly the development of water supply in the context of serious salt instrusion in Cau Do river Thus, this research is conduted to assess the water resources of Cu De river under the impact of climate change for planning water supply of Danang city The research firstly estimates the growth of water demand in the city, then it provides a predictation of flow and salinity of water resources in Cu De river under climate change impact by MIKE model From initial results allowed the author to propose position to construct a water collection work in Cu De river for a master plan of water supply in Danang city Key words – water resources, Cu De river, planning of water supply, MIKE model, salt instrusion DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khí hậu CC Chữa cháy CC-DV Công cộng – Dịch vụ CN Công nghiệp DAWACO Công ty Cổ phần Cấp nước Đà Nẵng KB Kịch NBD Nước biển dâng NMN Nhà máy nước SH Sinh hoạt IWRA Hội tài nguyên nước Quốc tế TEDI Công ty tư vấn xây dựng Cảng TT Thất TTCN Tiểu thủ cơng nghiệp TXL Trạm xử lý XL Xử lý DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Bảng 1-1: Bảng 1-2: Bảng 2-1: Bảng 2-2: Bảng 2-3: Bảng 2-4: Bảng 3-1: Bảng 3-2: Bảng 3-3 : Bảng 3-4: Bảng 3-5: Bảng 3-6: Bảng 3-7: Bảng 3-8: Bảng 3-9: Bảng 3-10: Bảng 4-1: Bảng 4-2 Bảng 4-3: Bảng 4-4: Bảng 4-5: Bảng 4-6: Bảng 4-7: Bảng 4-8: Bảng 4-9: Tên bảng Trang Trữ lượng nước mặt sơng Trữ lượng nước tồn lãnh thổ Việt Nam (m3/ngày) Quy mô dân số theo khu vực cấp nước Qui mô khu công nghiệp tập trung Nhu cầu dùng nước thành phố Đà Nẵng năm 2020 Nhu cầu dùng nước thành phố Đà Nẵng năm 2030 Các thơng số mơ hình NAM Tiêu chuẩn đánh giá hệ số NSE Tiêu chuẩn đánh giá hệ số tương quan Chỉ số độ tin cậy mơ hình NAM lưu vực Thượng Nhật Chỉ số độ tin cậy mơ hình NAM hiệu chỉnh kiểm định lưu vực Thượng Nhật Diện tích, độ dốc chiêu dài sông tiểu lưu vực So sánh lưu lựu lượng thực đo mơ hình Kết thơng số hệ số nhám (n) mơ hình sau kiểm định Kết thông số hệ số khếch tán D mơ hình sau kiểm định Số liệu thực đo số liệu tính tốn kiểm tra Mức thay đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ 1986-2005 theo kịch nồng độ khí nhà kính (RCP 4.5) Mực nước biển thay đổi so với thời kỳ sơ 1986-2005 theo kịch nồng độ khí nhà kính; Đơn vị: % Các kịch tổ hợp BĐKH Lưu lượng dịng chảy tháng trung bình tương ứng với kịch BĐKH Tổng lượng dịng chảy vị trí Phị Nam tương ứng với kịch BĐKH Lưu lượng dịng chảy trung bình năm thiết kế với tần suất 85% tương ứng với kịch BĐKH Các kịch tổ hợp kịch Biến đổi khí hậu nước biển dâng Kết độ mặn ứng với kịch BĐKH NBD vị trí Phị Nam Tổng nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt 13 13 28 28 29 30 37 38 38 40 44 45 46 56 57 59 61 61 63 63 64 65 66 67 68 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Hình 1: Hình 2: Hình 2-1: Hình 2-2: Hình 2-3: Hình 2.4: Hình 3-1: Hình 3-2: Hình 3-4: Hình 3-5: Hình 3-6: Hình 3-7: Hình 3-8: Hình 3-9: Hình 3-10: Hình 3-11: Hình 3-12: Hình 3-13: Hình 3-14: Hình 3-15: Hình 3-16: Hình 3-17: Hình 3-18: Hình 3-19: Hình 3-20: Hình 3-21: Hình 4-1: Tên hình Trang Vị trí nhà máy cấp nước Vị trí xây dựng thủy điện sông Nam – sông Bắc Mạng lưới sông thành phố Đà Nẵng Bản đồ lưu vực sông Cu Đê Các cơng trình khai thác nước lưu vực sơng Cu Đê Quy hoạch chung TP Đà Nẵng đến năm 2030 tầm nhìn đến năm 2050 Cấu trúc mơ hình NAM Kết chạy mơ hình Nam cho lưu vực Thượng Nhật Kết thơng số mơ hình Nam cho lưu vực Thượng Nhật Kết hiệu chỉnh lưu vực Thượng Nhật Hệ số tương quan hiệu chỉnh thực đo tính tốn Kết kiểm định lưu vực Thượng Nhật Hệ số tương quan kiểm định thực đo tính tốn Bản đồ phân chia tiểu lưu vực sông Cu Đê – TP Đà Nẵng Mơ tả hệ phương trình Saint – Venant Sơ đồ sai phân hữu hạn điểm Ranh giới ô lưu trữ Sơ đồ bước thực tính tốn xâm nhập mặn Cu Đê Thiết lập sơ đồ thủy lực mạng lưới sơng Cu Đê mơ hình MIKE-11 Sơ đồ mặt cắt sơng Cu Đê đại diện Vị trí điểm lấy mẫu nước lưu vực sông Cu Đê Kết đường mực nước dọc sông Cu Đê đoạn từ ngã ba suối Cậy cửa sông tháng năm 2013 Kết mơ hình tháng năm 2013 mực nước sơng Cu Đê vị trí Phị Nam Kết đường mực nước sông Cu Đê kiểm định tháng 12 năm 2013 vị trí Phị Nam Kết kiểm định mơ hình tháng 9, 12 năm 2013 mực nước sơng Cu Đê vị trí Phị Nam Kiểm định độ mặn Smax phân bố dọc theo sông Cu Đê từ ngã ba suối Cậy cửa sơng Sơ đồ khối tính tốn mơ xâm nhập mặn 20 21 22 26 34 39 40 41 42 43 44 45 48 49 51 52 53 54 55 55 56 58 58 59 62 73 [16] Geruco Sông Côn, 2009 Báo cáo nghiên cứu khả thi dự án Xây dựng thủy điện Sông Nam - sông Bắc Tiếng Anh [17] H Stolpe, 2015 Strategic Water and land management dry season, Proceeding in Conferece LUCCI 2015 Quảng Nam [18] MIKE 11, 2007 A modelling System for Rivers and Channels reference Manual, DHI Water and Environment, Denmark [19] MIKE 11, 2007 A modelling System for Rivers and Channels User Guide, DHI Water and Environment, Denmark [20] http://www.lucci-vietnam.info/vn PHỤ LỤC DỮ LIỆU ĐẦU VÀO CỦA MƠ HÌNH Hình a: Dữ liệu đầu vào mơ hình MIKE-NAM Thượng Nhật (1981-2014) Hình b: Dữ liệu mưa Hịa Trung (1981-2014) Hình c: Dữ liệu mưa Hòa Bắc (2009-2014) ... Các sông thuộc hạ lưu sông Vu Gia 19 2.1.7 Lưu vực sông Cu Đê 20 2.1.7.1 Giới thiệu lưu vực sông Cu Đê .20 2.1.7.2 Tình hình khai thác sử dụng nước lưu vực sông Cu Đê. .. mạng lưới sơng Cu Đê mơ hình MIKE-11 Sơ đồ mặt cắt sơng Cu Đê đại diện Vị trí điểm lấy mẫu nước lưu vực sông Cu Đê Kết đường mực nước dọc sông Cu Đê đoạn từ ngã ba suối Cậy cửa sông tháng năm... nước Vị trí xây dựng thủy điện sông Nam – sông Bắc Mạng lưới sông thành phố Đà Nẵng Bản đồ lưu vực sông Cu Đê Các cơng trình khai thác nước lưu vực sơng Cu Đê Quy hoạch chung TP Đà Nẵng đến năm