Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế đến khả năng lấy nước của cống ngọc trại thuộc hệ thống thủy lợi bắc hưng hải​

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn làm hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê Văn Chín TS Ngơ Đăng Hải.Trong q trình làm tơi có tham khảo tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm tin cậy cấp thiết đề tài Các tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc tài liệu tham khảo thống kê chi tiết Những nội dung kết trình bày Luận văn trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn công trình Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày tháng năm 2019 TÁC GIẢ Bùi Minh Hoàn i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, đến luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu phát triển kinh tế đến khả lấy nước cống Ngọc Trại thuộc hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải” hoàn thành Trường đại học Thủy lợi Hà Nội với nỗ lực thân giúp đỡ, bảo, hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo, giáo, đồng nghiệp bạn bè Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Trường đại học Thủy lợi truyền đạt kiến thức, phương pháp nghiên cứu q trình học tập, cơng tác Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS.Ngơ Đăng Hải - người hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê Văn Chín - người hướng dẫn khoa học trực tiếp, tận tình hướng dẫn tác giả hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu, thầy cô giáo Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, thầy giáo cô giáo môn - Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn lòng người thân gia đình, bạn bè, đồng nghiệp tin tưởng động viên giúp đỡ tác giả suốt q trình học tập hồn thành luận văn Đây lần nghiên cứu khoa học, với thời gian kiến thức có hạn Luận văn chắn tránh khỏi khiếm khuyết, tác giả mong nhận thơng cảm, góp ý chân tình Thầy, Cơ đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày tháng năm 2019 TÁC GIẢ Bùi Minh Hoàn ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1 Sơ lược vùng nghiên cứu Tính cấp thiết đề tài II MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Mục tiêu nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cách tiếp cận ……………………………………………………………………….3 2.Phương pháp nghiên cứu IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHÍNH CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan biến đổi khí hậu giới nước 1.1.1.Tổng quan biến đổi khí hậu giới 1.1.2.Tổng quan biến đổi khí hậu nước 1.1.3.Kịch biến đổi khí hậu năm 2016 1.2 Tình hình biến đổi khí hậu Việt Nam 1.2.1 Sự thay đổi nhiệt độ 1.2.2 Sự thay đổi lượng mưa: 10 1.3 Tổng quan phát triển kinh tế xã hội 12 1.4 Tổng quan nghiên cứu liên quan giới Việt Nam 14 1.4.1 Tổng quan nghiên cứu biến đổi khí hậu giới 14 1.4.2 Tổng quan nghiên cứu biến đổi khí hậu Việt Nam 16 1.5 Tổng quan hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải 19 1.5.1 Điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu 19 1.5.2 Hiện trạng dân sinh kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu 24 iii 1.5.3 Hiện trạng hệ thống tưới vùng nghiên cứu 28 1.5.4 Phân vùng tưới 29 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC CỦA CỐNG NGỌC TRẠI 32 2.1 Dự báo dân số phát triển kinh tế vùng cấp nước cống Ngọc Trại 32 2.1.1 Dự báo phát triển dân số 34 2.1.2 Phương hướng phát triển ngành nông nghiệp 34 2.1.3 Dự báo phát triển ngành kinh tế khác ( công nghiệp, du lịch .) 36 2.2 Lựa chọn kịch biến đổi khí hậu 37 2.3 Xác định nhu cầu nước hệ thống theo kịch biến đổi khí hậu phát triển kinh tế xã hội 38 2.3.1 Tính tốn yếu tố khí tượng , thủy văn 38 2.3.2 Tính tốn nhu cầu nước 42 2.3.3 Tính tốn nhu cầu nước cho giai đoạn 2030 57 2.4 Tính tốn cân nước hệ thống 61 2.4.1 Phương pháp tính tốn cân nước cho vùng nghiên cứu 61 2.4.2 Phân tích lựa chọn mơ hình mơ dịng chảy 62 2.4.3 Mô thủy lực hệ thống 65 2.4.4 Xác định khả đáp ứng lấy nước cống Ngọc Trại 80 2.5 Phân tích khả lấy nước cống Ngọc Trại hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải kịch biến đổi khí hậu phát triển kinh tế 84 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC CỦA CỐNG NGỌC TRẠI 86 3.1 Cơ sở nguyên tắc đề xuất giải pháp 86 3.1.1 Các sở đề xuất giải pháp 86 3.1.2 Nguyên tắc đề xuất 86 3.2 Nghiên cứu đề xuất giải pháp lấy nước đảm bảo cấp nước cho vùng nghiên cứu 87 3.2.1 Các giải pháp cơng trình 87 3.3 Mô kiểm tra hệ thống ứng với giải pháp đề xuất .89 iv 3.3.1 Phương án cấp nước cho vùng tưới cấp nước cống Ngọc Trại .89 3.3.2 Mô cống Ngọc trại trường hợp mở rộng cống .90 3.4 Phân tích, đánh giá lựa chọn phương án 92 3.4.1 Kết tính tốn cho phương án tưới cấp nước 92 3.5 Sơ đánh giá hiệu đề xuất phương án chọn 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 PHỤ LỤC KẾT QUẢ TÍNH TỐN NHU CẦU NƯỚC CHO CÁC LOẠI CÂY TRỒNG 108 PHỤ LUC XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN CỦA MƠ HÌNH THỦY LỰC 155 PHỤ LỤC KẾT QUẢ TÍNH TỐN THỦY LỰC CÁC PHƯƠNG ÁN CẤP NƯỚC 161 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Biến đổi nhiệt độ trung bình năm (oC) so với thời kỳ sở Bảng 1.2 Thay đổi lượng mưa (%) 57 năm qua (1958-2014) vùng khí hậu10 Bảng 1.3 Biến đổi lượng mưa mùa hè (%) so với thời kỳ sở Bảng 1.4: Các tiêu lý đất Bảng 1.5: Nhiệt độ tương đối trung bình nhiều năm Bảng 1.6: Số nắng tương đối trung bình nhiều năm Bảng 1.7: Độ ẩm tương đối trung bình nhiều năm Bảng 1.8: Tốc độ gió trung bình trung bình nhiều năm tốc độ gió lớn Bảng 1.9: Số liệu hành chính, diện tích, dân số hệ thống Bắc Hưng Hải Bảng 1.10: Phân bố dân cư vùng Bắc Hưng Hải năm 2018 Bảng 1.11: Phân bố dân cư vùng cấp nước cống Ngọc Trại năm 2018 Bảng 1.12: Diện tích, cấu trồng vùng cấp nước cống Ngọc Trại năm 201826 Bảng 1.13: Số lượng gia súc, gia cầm vùng cấp nước cống Ngọc Trại năm 2018 Bảng 1.14 Diện tích vùng cấp nước cống Ngọc Trại năm 2018 Bảng 1.15 Diện tích đất cơng nghiệp vùng tưới cấp nước cống Ngọc Trại Bảng 1.16 Chỉ tiêu lưu vực cấp nước cống Ngọc Trại Bảng 2.1: Các tiêu kinh tế Bảng 2.2 Dân số vùng cấp nước cống Ngọc Trại giai đoạn 2030 Bảng 2.3 Cơ cấu trồng lúa vùng cấp nước cống Ngọc Trại giai đoạn 2030 Bảng 2.4 Số lượng gia súc, gia cầm vùng cấp nước cống Ngọc Trại giai đoạn 2030 Bảng 2.5 Nuôi trông thủy sản vùng cấp nước cống Ngọc Trại Bảng 2.6 Diện tích đất cơng nghiệp thuộc vùng tưới cấp nước cống Ngọc Trại37 Bảng 2.7 : Thời vụ công thức tưới tăng sản cho lúa chiêm: Bảng 2.8: Thời vụ công thức tưới tăng sản cho ngô chiêm: Bảng 2.9: Lượng mưa tương lai theo kịch biến đổi khí hậu 2030 Bảng 2.10 : Kết tính tốn mơ hình nhiệt độ thời kỳ 2030 bảng sau: Bảng 2.11: Kết tính nhu cầu nước tháng cho nông nghiệp giai đoạn 51 Bảng 2.12: Kết tính tốn tổng Bảng 2.13: Định mức dùng nước c vi Bảng 2.14 Kết tính tốn tổng lượng nước u cầu cho chăn ni giai đoạn tại52 Bảng 2.15: Định mức dùng nước cho sinh hoạt Bảng 2.16: Kết tổng lượng nước cấp cho sinh hoạt giai đoạn Bảng 2.17: Mức cấp cho nuôi trồng thủy sản Bảng 2.18: Kết tính tốn tổng lượng nước cấp cho ni trồng thủy sản Bảng 2.19 Kết tính tốn tổng lượng nước cấp cho công nghiệp thuộc vùng cấp nước cống Ngọc Trại giai đoạn Bảng 2.20 Kết tính tốn lưu lượng để trì dịng chảy mơi trường giai đoạn Bảng 2.21 Kết tính tốn tổng lượng nước ngành giai đoạn Bảng 2.22 Kết tính nhu cầu nước tháng cho nông nghiệp giai đoạn 2030 Bảng 2.23 Kết tổng lượng nước yêu cầu cấp cho nông nghiệp giai đoạn 2030 Bảng 2.24 Kết tính tốn tổng lượng nước cho chăn nuôi cho vùng tưới cống Ngọc Trại giai đoạn 2030 Bảng 2.25 Kết tổng lượng nước yêu cầu cấp cho sinh hoạt giai đoạn 2030 Bảng 2.26 Kết tính tốn lượng nước cấp cho ni trồng thủy sản giai đoạn 203059 Bảng 2.27 Kết tính tốn tổng lượng nước cấp cho khu công nghiệp thuộc vùng cấp nước cống Ngọc Trại giai đoạn 2030 Bảng 2.28 Kết tính tốn lưu lượng để trì dịng chảy mơi trường giai đoạn 2030 60 Bảng 2.29 Kết tính tốn lưu lượng nước u cầu ngành theo tháng vùng cống Ngọc Trại giai đoạn 2030 Bảng 2.30 Thống kê chiều dài đoạn kênh Bảng 2.31 Kết tính tốn lưu lượng yêu cầu dùng nước giai đoạn Bảng 2.32 Kết tính tốn lưu lượng u cầu dùng nước giai đoạn 2030 Bảng 2.33 Hệ số nhám vị trí mặt cắt nhánh sơng Bảng 2.34 Kết mực nước lớn thực đo tính tốn mơ Bảng 2.35 Kết mực nước nhỏ thực đo tính tốn mơ Bảng 2.36 Kết kiểm tra hệ số Nash bước hiệu chỉnh mơ hình Bảng 2.37 Hệ số nhám vị trí mặt cắt nhánh sông Bảng 2.38 Kết mực nước lớn thực đo tính tốn mơ vii Bảng 2.39 Kết mực nước nhỏ thực đo tính tốn mơ Bảng 2.40 Kết kiểm tra hệ số Nash bước hiệu chỉnh mơ hình Bảng 2.41 Tổng hợp nhu cầu nước giai đoạn đổ ải Bảng 2.42 Tổng hợp nhu cầu nước giai đoạn đổ ải giai đoạn 2030 Bảng 3.1 Bảng thống kê kết phương án Bảng 1.6 Kết tính bốc mặt ruộng bình qn giai đoạn vụ chiêm Bảng 1.7 Phân phối mưa vụ chiêm Bảng1.9 Chế độ tưới cho lúa vụ chiêm Bảng 1.15 Tổng lượng mưa vụ chiêm qua năm thời kỳ Bảng 1.16 Mơ hình phân phối mưa vụ chiêm với P = 85% Bảng 1.17 Mơ hình mưa theo kịch Bảng 1.18 Bảng tính lượng bốc ET Bảng 1.19 Phân phối mưa vụ chiêm gi Bảng 1.21 Chế độ tưới cho lúa vụ chiê Bảng 1.22 Kết tính tốn bốc mặt ruộng bình qn ngơ vụ chiêm giai đoạn 2030 Bảng 1.23 Tính tốn chế độ tưới cho ngô chiêm Bảng 1.24 Chế độ tưới cho ngô vụ ch Bảng 1.25 Hệ số tưới sơ hệ th Bảng 1.26 Hệ số tưới hiệu chỉnh c Bảng 2.1 Lưu lượng trung bình năm lấy qua cống An Thổ giai đoạn đổ ải từ 27/1 đến 10/2 155 Bảng 2.3 Lưu lượng trung bình năm lấy qua cống Cầu Xe giai đoạn đổ ải từ 27/1 đến 10/2 156 Bảng 2.4 Kết lưu lượng lấy qua cống Cầu Xe giai đoạn đổ ải 27/1 đến 10/2 ứng với tần suất P=85% Bảng 2.5 Tổng hợp mực nước trung bình cống Bá Thủy giai đoạn đổ ải 27/01 đến 10/02 157 Bảng 2.7 Tổng hợp mực nước trung bình cống Neo giai đoạn đổ ải 27/01 đến 10/02159 viii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Bản đồ hệ thống Bắc Hưng Hải 20 Hình 1.2 Bản đồ vị trí cống Ngọc Trại 21 Hình 1.3 Cống Ngọc Trại 29 Hình 1.4 Kênh thượng lưu cống Ngọc Trại 29 Hình 1.5 Bản đồ phân vùng cấp nước cống Ngọc Trại 30 Hình 2.1 Sơ đồ áp dụng mơ hình thủy lực vào tốn 69 Hình 2.2 Sơ đồ tính tốn thủy lực hệ thống thủy lợi tưới cống Ngọc Trại 71 Hình 2.3 Sơ đồ thủy lực hệ thống tưới cống Ngọc Trại 71 Hình 2.4 Vị trí cống Ngọc Trại Cầu Vạn- điểm kiểm định cống thuộc vùng tưới cống Ngọc Trại 71 Hình 2.5 Sơ đồ hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 74 Hình 2.6 Kết hình thành giá trị toàn mạng lưới kênh tưới vùng tưới cống Ngọc Trại mơ hình MIKE 11 75 Hình 2.7 Quá trình mực nước thực đo tính tốn cầu Vạn từ 0h ngày 27/01/2016 đến 24h ngày 10/02/2016 76 Hình 2.8 Quá trình mực nước thực đo tính tốn cầu Vạn từ 0h ngày 01/10/2016 đến 24h ngày 30/10/2016 77 Hình 2.9: Diễn biến mực nước sông Cửu An 79 Hình 2.10: Diễn biến mực nước sơng Đình Đào 79 Hình 2.11: Diễn biến mực nước kênh Đồng Tràng 79 Hình 2.12 Mực nước vị trí mặt cắt cầu Vạn 80 Hình 2.13 Mực nước kênh Đồng Tràng giai đoạn đổ ải từ 27/1 đến 10/2 (bcánh=4,4m;Z đáy cống = -0,93m) 82 Hình 2.14 Mực nước thượng lưu cống Ngọc Trại 83 (bcánh=4,4m;Z đáy cống = -0,93m) 83 Hình 2.15 Mực nước hạ lưu cống Ngọc Trại 83 (bcánh=4,4m;Z đáy cống = -0,93m) 83 Hình 2.16 Đường trình mực nước thượng, hạ lưu cống Ngọc Trại giai đoạn đổ ải từ ngày 27/1 đến ngày 10/2 (bcánh=4,4m;Z đáy cống = -0,93m) 83 ix Hình 3.1 Mực nước kênh Đồng Tràng giai đoạn đổ ải từ 27/1 đến 10/2 92 (b=4,4m;Z đáy cống = -1,20m) 92 Hình 3.2 Mực nước thượng lưu cống Ngọc Trại 92 ((b=4,4m;Z đáy cống = -1,20m) 92 Hình 3.3 Mực nước hạ lưu cống Ngọc Trại 93 (b=4,4m;Z đáy cống = -1,20m) 93 Hình 3.4 Đường trình mực nước thượng, hạ lưu cống Ngọc Trại giai đoạn đổ ải từ ngày 27/1 đến ngày 10/2 (b=4,4m;Z đáy cống = -1,20m) 93 Hình 3.5 Mực nước kênh Đồng Tràng giai đoạn đổ ải từ 27/1 đến 10/2 94 (b=4,4m;Z đáy cống = -1,50 m) 94 Hình 3.6 Mực nước thượng lưu cống Ngọc Trại 94 (b=4,4m;Z đáy cống = -1,50 m) 94 Hình 3.7 Mực nước hạ lưu cống Ngọc Trại 94 (b=4,4m;Z đáy cống = -1,50 m) 94 Hình 3.8 Đường trình mực nước thượng, hạ lưu cống Ngọc Trại giai đoạn đổ ải từ ngày 27/1 đến ngày 10/2 (b=4,4m;Z đáy cống = -1,50 m) 95 Hình 3.9 Mực nước kênh Đồng Tràng giai đoạn đổ ải từ 27/1 đến 10/2 95 (b=5m;Z đáy cống = -0,93m) 95 Hình 3.10 Mực nước thượng lưu cống Ngọc Trại 96 (b=5m;Z đáy cống = -0,93m) 96 Hình 3.11 Mực nước hạ lưu cống Ngọc Trại 96 (b=5m;Z đáy cống = -0,93m) 96 Hình 3.12 Đường trình mực nước thượng, hạ lưu cống Ngọc Trại giai đoạn đổ ải từ ngày 27/1 đến ngày 10/2 (b=5m;Z đáy cống = -0,93m) 97 Hình 3.13 Mực nước kênh Đồng Tràng giai đoạn đổ ải từ 27/1 đến 10/2 97 (b=5m;Z đáy cống = -1,20 m) 97 Hình 3.14 Mực nước thượng lưu cống Ngọc Trại 98 (b=5m;Z đáy cống = -1,20 m) 98 Hình 3.15 Mực nước hạ lưu cống Ngọc Trại 98 (b=5m;Z đáy cống = -1,20 m) 98 x 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 TT 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 Thời gian 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 TT 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 Thời gian 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 TT 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 Thời gian 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 TT 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 Thời gian 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 TT 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 Thời gian 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 TT 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 Thời gian 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 TT Thời gian 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 Tổng lưu lượng Q(m /s) Tổng lượng nước W(m ) 226 ... thời gian nghiên cứu, đến luận văn thạc sĩ với đề tài: ? ?Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu phát triển kinh tế đến khả lấy nước cống Ngọc Trại thuộc hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải”... Nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi khí hậu phát triển kinh tế đến nhu cầu nước giải pháp thích ứng phía Bắc Đài Loan (2016), nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu phát triển đến nhu cầu nước. .. hệ thống, đe dọa an tồn cơng trình vận hành Xuất phát từ vấn đề trên, thấy đề tài ? ?Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu phát triển kinh tế đến khả lấy nước cống Ngọc Trại thuộc hệ thống