M Ở ĐẦ U
2.2.1. Hệ thống mô hình GIBSI
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 đặ
có liên
ư lưu vực Chaud
ơn và nhiều nước hơn so với các lưu vực đối chứng. Kịch bản mô phỏng xử lý nước thải làm cho số lượng Coliform cho khả năng dự báo cá
huyển phù sa và xói mòn đất;
p dựa trên mô hình lan truyền ni-tơ, phốt-pho, thuốc trừ sâu: sử dụng một mô đun trong SWAT;
hốt-pho; + Sự phân rã Coliform; + Làm thông khí; + Nhiệt độ của nước;
của Uỷ hội sông Mê Kông. Kết quả chủ yếu của dự án này là
c động. Khi hoàn thiện WUP 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 nh
iere 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 h
giảm dần và bền vững, lượng phốt-pho cũng giảm. Mô hình GIBSI
c 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 - Mô hình USLE dùng cho vận c
- Mô hình lan truyền chất hoá học trong nông nghiệ
- 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, p
2.2.2. Chương trình Sử dụng nước (Water Utilization Project)
Mô hình lưu vực và xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu là một hợp phần của Chương trình sử dụng nước
“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 tá
DSF sẽđược sử dụng để hỗ trợ trong việc xây dựng các nguyên tắc phân bổ nguồn nước g
ộ dòng chảy của lưu vực và các công tác quản lý môi trường, các kịch bả
), mô phỏng các công trình
thuỷ đ uỗi 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 tố
ập 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, c ện các nghiên
cứu về ứng 3
i trường;
iữa 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 sẽđược sử dụng để đánh giá ảnh hưởng đến chế đ
n phát triển nguồn nước và các tiêu chuẩn vận hành. - Mô hình mô phỏng nguồn nước lưu vực (IQQM iện, tưới, chuyển nước và thu nước. Sử dụng các ch
i 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
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 t
ó khả năng ứng dụng cho một quốc gia, một vùng để thực hi
nước bao gồm cả lượng và chất trên lưu vực. Mô hình được xây dựng để đáp mục tiêu:
Thuận tiện trong công tác kiểm soát thông tin mô 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 lượ , thời gian tính toán
được rút ngắn hơn, nhiều vấn đề được giải quyết hơn và các thông tin được quản lý
hiệu qu ện
hơn tro
- Tổ hợp các lượng thải từ các điểm nguồn tập trung và không tập trung và quá trình v
- Xác định, so sánh giá trị tương đối của các chiến lược kiểm soát ô nhiễm.
Mô hình BASIN bao gồm các mô hình thành phần sau:
- Mô hình trong sông: QUAL2E, phiên bản 3.2 mô hình chất lượng nước.
AD, là một mô hình lan truyền chất ô nhiễm, PLOA
ng nước. Với nhiều mô đun thành phần trong hệ thống
ả hơn trong mô hình. Với việc sử dụng GIS, mô hình BASINS thuận ti ng 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 tựưu tiên các giới hạn về môi trường nước;
- Đặc trưng các nguồn thải và xác định độ lớn cũng như tiềm năng phát thải.
ận chuyển trên lưu vực cũng như trên sông.
- Trình diễn và công bố trước công chúng dưới dạng các bảng biểu, hình vẽ và bản đồ.
- 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 dựđoán ảnh hưởng của các hoạt động sử dụng đất trên lưu vực đến chếđộ 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: PLO
D 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
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 vậ
chính sách, WEAP đánh giá các phương án phát triển và quản lý nguồn ạnh 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 c
hiễm, đảm bảo môi trường sinh thái và phân tích kinh tế
n 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
nước, và xem xét theo quan điểm c
ho 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 tựưu 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 n
.
lý tổng hợp tài nguyên nước, bao gồm: (1) Trung Quốc: xây dựng các kịch bản hỗ trợ công tác phân bổ nguồn nước giữa các hộ sử dụng; (2) Châu Phi: các dự án liên quan đến phát triển nguồn nước; (3) Trung Đông: xây dựng các phương án phát triển nguồn nước và các kịch bản phân bổ nguồn nước ở Isrel và Palestin; (4) Ấn Độ và
ạch (DHI) xây dựng các phần mềm để đánh giá và phân tí
ác kịch bản tính toán các biến đổi của các đặc trưng dòng c h các nhu cầu dùng nước, vận hành hồ chứa đa mục tiêu, công trình chuyển nước và đánh giá chất lượng nước. MIKE BASIN s xác định lưu vực, và trình diễn kế
BASIN với các tính năng vượt trội về xử
lý số li ã được
lựa chọ
ứng dụng để mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa Nêpal: các phương án khai thác và bảo vệ nuồn nước trong các điều kiện khác nhau; (5) California, Mỹ: Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến hệ sinh thái;
2.2.5. Bộ mô hình MIKE (DHI)
Viện Thuỷ lực Đan M
ch 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 c
hảy theo không gian và thời gian, xác địn
ử dụng giao diện GIS để tổ hợp cơ sở dữ liệu, t quả một cách thuận lợi cho người sử dụng. Trong luận văn này, mô hình MIKE
ệu gắn với GIS, đa dạng về số liệu đầu vào, giao diện dễ sử dụng, đ n làm công cụđể tính cân bằng nước hệ thống cho lưu vực sông Cầu. 2.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH MIKE BASIN
2.3.1. Giới thiệu chung
Bộ mô hình MIKE là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng do DHI (Viện Thuỷ lực Đan Mạch) xây dựng và phát triển trong khoảng 20 năm trở lại đây, được
sông, cân bằng nước lưu vực, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác. Bộ mô hình MIKE được sử dụng nhiều và đem lại hiệu quả cao bởi vì nó đáp
rất nhiều các phần mềm con có các chức n
trên lưu vực cả về lượng và chất và đã được ứng dụng để tính toán cân b
một mô hình tính toán phân phối nước theo không gian và thờ
cho các phầ
ng trình tính tựđộng, linh hoạt hơn giúp người sử dụng dễ dùng và có thể tựđộng thay đổi tính toán nếu muốn [14].
ùng cả các thông tin đánh giá hình dạng của mạng lưới sông, vị trí người sử dụng nước; kênh nhập, cửa ra đến và từ người sử dụng nước, bể chứa.
ứng được những tiêu chí sau:
- Là bộ phần mềm tích hợp đa tính năng;
- Là bộ phần mềm đã được kiểm nghiệm thực tế;
- Cho phép tính toán cân băng nước lưu vực với độ chính xác cao; - Giao diện thân thiện, dễ sử dụng;
- Có ứng dụng kỹ thuật GIS, một kỹ thuật mới, với tính hiệu quả cao; Trong bộ phần mềm MIKE bao gồm
ăng và nhiệm vụ khác nhau như MIKE 11, MIKE 21, MIKE 31,MIKE GIS, MIKE BASIN, MIKE SHE, MIKE MOUSE.v.v... Trong số đó, mô hình Mike Basin là một phần mềm độc lập trong bộ phần mềm MIKE, có thểứng dụng để tính toán phân phối nước
ằng nước đem lại hiệu quả cao cho nhiều lưu vực trên thế giới như: lưu vực sông LeBa ở BaLan, lưu vực sông Cape Fear ở phía bắc Carolina,…
2.3.2. Giới thiệu về MIKE BASIN
MIKE BASIN là
i gian. Về kỹ thuật, nó là mô hình mạng lưới mà các sông và các nhánh chính được đặc trưng bởi mạng lưới của các nhánh và các nút. Các nhánh đặc trưng
n dòng chảy riêng trong khi các nút thể hiện chỗ hợp dòng, tách dòng, hoặc những nơi mà mô hình cần yêu cầu tính toán. Việc tính toán của Mike Basin được đưa vào chươ
Mô hình MIKE BASIN thực hiện các thao tác cơ bản trên mạng lưới sông số hoá được tạo ra trực tiếp trên máy tính c
MIKE BASIN sử dụng giao diện đồ hoạ (GUI), liên kết kỹ thuật tính toán của MIKE BASIN với ArcView-GIS. Giao diện được phát triển trong môi trường ArcVie
MIKE BASIN làm việc trong môi trường ArcView-GIS và dựa vào phân tí
của nguồn nước trên lưu vực và lập ra kế hoạch quản a người dùng cả về chất lượng và số lượng.
- Đánh giá tác động của nguồn nước tới nhu cầu dùng nước trong hiện tại và tương lai c
uyên nước trong việc xác định vị trí để xây dựng những kho chứa nước và các kênh dẫn nước.
• Phương tr
w-GIS và làm việc sử dụng các hàm ArcView-GIS, tạo sự thuận lợi và thân thiện với người sử dụng.
Mô hình
ch và cân bằng nước trên lưu vực đã giải quyết được những vấn đề sau: - Đánh giá tiềm năng
lý nguồn nước nhằm đáp ứng nhu cầu dùng nước củ
ũng như dự báo việc sử dụng nước trên lưu vực có ảnh hưởng như thế nào đến chếđộ thủy văn trên lưu vực.
- Đưa ra những chương trình quản lí đầu tư nguồn tài ng
- Phát triển những chương trình đầu tư cho việc bảo vệ chất lượng nước thông qua việc xây dựng các khu xử lý nước thải cho những nguồn điểm ô nhiễm sao cho hợp lý.
- Đánh giá tác động của sự phát triển, thay đổi đang diễn ra trên lưu vực tới cấu trúc của tầng nước mặt.
2.3.3 Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE BASIN
ình cân bằng nước
Cân bằng nước là nguyên lý chủ yếu được sử dụng cho tính toán, quy hoạch và quả uan hệ giữa lượng nước đến, lượng
nước đ ột hệ thống
trong đ ười.
n lý tài nguyên nước. Nó biểu thị mối q
i và lượng nước trữ lại ở một khu vực, một lưu vực hoặc của m iều kiện tự nhiên hay có việc can thiệp của con ng
Nguyên lý cân bằng nước xuất phát từ định luật bảo toàn vật chất, đối với
một lư ượng nước đến và ra khỏi lưu vực
bằng s một thời đoạn tính toán bất kỳ”.
Phương trình cân bằng nước là sự diễn toán nguyên lý này.
u vực;
Z : lượng nước bốc hơi từ lưu vực;
Y2: lượng dòng chảy mặt ra khỏi lưu vực; 2
i việc sử dụng phương trình cân bằng nước trên lưu vực mô hình đã cho ta một cái nhìn tổng quát về tài nguyên nước của lưu vực. Từđó hỗ trợ đưa ra các phương pháp quản lý nguồn tài nguyên nước một cách hợp lý và tối ưu nhất.
• Các môđun trong MIKE BASIN
u vực có thể phát biểu như sau: “ Hiệu số l ự thay đổi lượng nước trên lưu vực đó trong