TT Trạm Sông Qmt (m3/s)
1 Thác Bưởi Sông Cầu 5,05
2 Thác Riềng Sông Cầu 1,65
3 Tân Cương Sông Công 1,42
4 Phú Cường Sông Cà Lồ 2,72
5 Giang Tiên Sông Đu 0,57
Kết quả dự báo nhu cầu nước
Để thấy rõ được xu thế chung của nhu cầu dùng nưấy trên lưu vực sơng
Cầu,tiến hành tính tốn cho 2 trường hợp sau:
Phương án I-S2000 (PA1): Tính nhu cầu nước với số liệu niên giám thống kê của năm 2000. Đối với trường hợp này nhu cầu nước của các ngành chăn nuôi, công nghiệp, nuôi trồng thủy sản, sinh hoạt và các nhu cầu khác được theo số liệu của năm 2000 của từng địa phương trong hệ thống sông Cầu, lượng nước này sẽ coi là không
đổi trong suốt các giai đoạn; nhu cầu nước cho trồng trọt giữ ngun số liệu diện tích đất nơng nghiệp của năm 2000 và thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổi của lượng mưa
và bốc hơi theo các kịch BĐKH.
Phương án II- S2020 (PA2): Tính nhu cầu nước với số liệu quy hoạch kinh tế xã hội đến năm 2020. Đối với trường hợp này nhu cầu dùng nước của ngành trồng trọt giữ ngun diện tích đất nơng nghiệp theo tài liệu quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội và năm 2020 của các tỉnh, thành phố trong lưu vực, nhu cầu nước cho ngành này thay
đổi phụ thuộc vào thay đổi của mưa và bốc hơi theo các kịch bản BĐKH. Nhu cầu
nước của các ngành khác được tính chi tiết đến năm 2020 theo các kế hoạch phát triển kinh tế xã hội của từng địa phương, lượng nước này không đổi trong suốt các thời kỳ
tính tốn. Trong phương án này, hệ thống các cơng trình thủy lợi nhiều hơn so với năm 2000 gồm cả hồ chứa Văn Lăng và đã ổn định hoạt động.
Kết quả tính tốn nhu cầu dùng nước cho 2 phương án I và II theo từng giai
Hình 2.7. Biểu đồ nhu c theo k
Kết quả tính tốn cho th khu cân bằng nước và trên toàn chủ yếu do sự gia tăng nhu c nhu cầu nước cho ngành tr
cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa. Tuy nhi mưa vào mùa xuân có xu hư
dùng nước ngày càng tăng. Nhu c khoảng 1.011 tỷ m3/năm, đố nhu cầu nước lớn nhất là giai (kịch bản A2), phương án II kho kịch bản A2 là nhiều nhất so v
Hình 2.8. Biểu đồ nhu c theo k
36
đồ nhu cầu sử dụng nước trung bình năm trên LVS
theo kịch bản BĐKH – Phương án I
tính tốn cho thấy, nhu cầu nước trong cả 2 phương án I và II c và trên toàn LVS Cầu đều tăng dần qua các giai đo
ng nhu cầu nước trong sinh hoạt, công nghiệp và th ành trồng trọt giảm do chuyển dịch cơ cấu kinh t
ại hóa. Tuy nhiên mức giảm khơng nhiều. Hơn n
a vào mùa xn có xu hướng giảm, dịng chảy mùa cạn cũng giảm dẫ
ăng. Nhu cầu nước của toàn bộ LVS Cầu đối vớ ối với phương án II khoảng 1.073 tỷ m3/năm. Giai à giai đoạn 2080-2099: phương án I khoảng 1.057 t ng án II khoảng 1.112 tỷ m3/năm (kịch bản A2). Nhu c
ất so với kịch bản B2 và B1 ở cả hai phương án tính tốn.
đồ nhu cầu sử dụng nước trung bình năm trên LVS
theo kịch bản BĐKH – Phương án II
LVS Cầu
ng án I và II của các n qua các giai đoạn,lượng tăng
à thủy sản. Riêng u kinh tế theo hướng
ơn nữa do lượng ảm dẫn đến nhu cầu đối với phương án I ăm. Giai đoạn có
ng 1.057 tỷ m3/năm Nhu cầu nước của ng án tính tốn.
Phương án I có sự chênh lệch lớn giữa nhu cầu sử dụng nước. Từ kết quả tính tốn thấy rằng đa số nhu cầu nước của các lưu vực trong phương án II đều có lớn hơn so với các lưu vực trong trường hợp I.
2.2.2.3. Tính tốn lượng nước đến Giới thiệu mơ hình Mike Nam
Luận văn lựa chọn áp dụng mơ hình mưa - dịng chảy Mike Nam để tính tốn chuyển mưa thành dịng chảy tại mặt cắt khống chế của các tiểu lưu vực trên hệ thống sơng Cầu. Số liệu lưu lượng tại các vị trí này sẽ là biên đầu vào thượng lưu của mô
đun thủy lực và phần gia nhập khu giữa.
Mơ hình NAM là một mơ hình tốn thủy văn, bao gồm một tập hợp các biểu thức toán học đơn giản để mơ phỏng các q trình trong chu trình thuỷ văn. Mơ hình Nam là mơ hình nhận thức, tất định, thông số tập trung. Đây là một modun tính mưa từ dịng chảy trong bộ phần mềm thương mại MIKE 11 do Viện Thủy lực Đan Mạch xây dựng và phát triển. Dữ liêu đầu vào của mơ hình là diện tích lưu vực, số liệu mưa, số liệu bốc hơi. Kết quả đầu ra của mô hình là dịng chảy trên lưu vực, mực nước ngầm, và các thơng tin khác trong chu trình thuỷ văn, như sự thay đổi tạm thời của độ ẩm của
đất và khả năng bổ xung nước ngầm. Dòng chảy lưu vực được phân một cách gần đúng thành dòng chảy mặt, dòng chảy sát mặt, dịng chảy ngầm.
Mơ hình NAM mơ phỏng q trình mưa – dịng chảy một cách liên tục thơng qua việc tính tốn cân bằng nước ở bốn bể chứa thẳng đứng, có tác dụng qua lại lẫn
nhau để diễn tả các tính chất vật lý của lưu vực. Các bể chứa đó gồm: Bể tuyết (chỉ áp dụng cho vùng có tuyết)
Bể mặt
Bể sát mặt hay bể tầng rễ cây Bể ngầm
Dữ liêu đầu vào của mơ hình là mưa, bốc hơi tiềm năng, và nhiệt độ (chi áp
dụng cho vùng có tuyết. Kết quả đầu ra của mơ hình là dịng chảy trên lưu vực, mực nước ngầm, và các thơng tin khác trong chu trình thuỷ văn, như sự thay đổi tạm thời
của độ ẩm của đất và khả năng bổ xung nước ngầm. Dòng chảy lưu vực được phân
một cách gần đúng thành dòng chảy mặt, dòng chảy sát mặt, dòng chảy ngầm.
Giới thiệu chung về cấu trúc của mơ hình
a. Bể tuyết
Giáng thủy sẽ được giữ lại trong bể tuyết khi nhiệt độ dưới 0oC, con nếu nhiệt
độ lớn hơn 0oC thì nó sẽ chuyển xuống bể chứa mặt:
≤ > = 0 0 0 TEMP for TEMP for TEMP CSNOW Qmelt (2.1)
Trong đó CSNOW = 2 mm/day/K là hệ số tuyết tan trong ngày.
38
Lượng ẩm trữ trên bể mặt của thực vật, cũng như lượng nước điền trũng trên bề mặt lưu vực được đặc trưng bởi lượng trữ bề mặt. Umax đặc trưng cho giới hạn trữ
nước tối đa của bể này.
Lượng nước, U, trong bể chứa mặt sẽ giảm dần do bốc hơi, do thất thốt theo phương năm ngang (dịng chảy sát mặt). Khi lượng nước này vượt quá ngưỡng Umax, thì một phần của lượng nước vượt ngưỡng, PN này sẽ chảy vào suối dưới dạng dòng chảy tràn bề mặt, phần còn lại sẽ thấm xuống bể sát mặt và bể ngầm.
c. Bể sát mặt hoặc bể tầng rễ cây
Bể này thuộc tầng rễ cây, là lớp đất mà thực vật có thể hút nước để thoát ẩm.Lmax đặc trưng cho lượng ẩm tối đa mà bể này có thể chứa.
Lượng ẩm của bể chứa này được đặc trưng bằng đại lượng L. L phụ thuộc vào lượng tổn thất thoát hơi của thực vật. Lượng ẩm này cũng ảnh hưởng đến lượng nước sẽ đi xuống bể chứa ngầm để bổ xung nước ngầm.
d. Bốc thoát hơi
Nhu cầu bốc thoát hơi nước trước tiên là để thoả mãn tốc độ bốc thoát hơi tiềm năng của bể chứa mặt. Nếu lượng ẩm U trong bể chứa mặt nhỏ hơn nhu cầu này, thì nó sẽ lấy ẩm từ tầng rễ cây theo tốc độ Ea. Ea là tỷ lệ với lượng bốc thoát hơi tiềm năng Ep: max /L L E Ea = p (2.2) e. Dòng chảy mặt
Khi bể chứa mặt tràn nước, U ≥ Umax, thì lượng nước vượt ngưỡng PN(PN= U- Umax) sẽ hình thành dịng chảy mặt và thấm xuống dưới. QOF là một phần của PN, tham gia hình thành dịng chảy mặt, nó tỉ lệ thuận với PN và thay đổi tuyến tính với
lượng ẩm tương đối, L/Lmax, của tầng rễ cây:
≤ > − − = TOF L L for TOF L L for P TOF TOF L L CQOF QOF N max max max / 0 / 1 / (2.3)
Trong đó CQOF là hệ số dịng chảy mặt (0 ≤ CQOF ≤ 1). TOF là ngưỡng của dòng chảy mặt (0 ≤ TOF ≤ 1).
Phần còn lại của PN sẽ thấm xuống tầng dưới. Một phần DL của phần nước thấm xuống này, (PN-QOF), sẽ làm tăng lượng ẩm L của bể chứa tầng rễ cây này. Phần còn lại sẽ thẩm thấu xuống tầng sâu hơn để bổ xung cho bể chứa tầng ngầm.
f. Dòng chảy sát mặt
Dòng chảy sát mặt, QIF, được giả thiết tỉ lệ thuận với U và biến đổi tuyến tính với độ ẩm tương đối của bể chứa tần rễ cây
≤ > − − = − TIF L L for TIF L L for U TIF TIF L L CKIF QIF max max max 1 / 0 / 1 / ) ( (2.4) Trong đó: CKIF là hằng số thời gian của dịng chảy sát mặt
TIF là giá trị ngưỡng của dòng chảy sát mặt (0 ≤ TIF ≤ 1)
g. Bổ sung dòng chảy ngầm
Lượng nước thấm xuống G, bổ sung cho bể chứa ngầm phụ thuộc vào độ ẩm
của đất ở tầng rễ cây: ( ) ≤ > − − − = TG L L for TG L L for TG TG L L QOF P G N max max max / 0 / 1 / (2.5) Trong đó
TG là giá trị ngưỡng của lượng nước bổ sung cho tầng ngầm (0 ≤ TG ≤ 1).
h. Lượng ẩm của đất
Bể chứa tấng sát mặt biểu thị lượng nước có trong tầng rễ cây. Lượng mưa hiệu quả sau khi trừ đi lượng nước tạo dòng chảy mặt, lượng nước bổ xung cho tầng ngầm, sẽ bổ sung và làm tăng độ ẩm của đất ở tầng rễ cây L bằng một lượng DL
G QOF P
DL= N − − (2.6)
i. Diễn tốn dịng chảy mặt và dòng chảy sát mặt
Dòng chảy mặt và dòng chảy sát mặt sẽ được diễn tốn thơng qua 2 bể chứa
tuyến tính theo chuỗi thời gian với cùng một hằng số thời gian CK12.
k. Diễn tốn dịng chảy ngầm
Dịng chảy ngầm được diễn tốn thơng qua một bể chứa tuyến tính với hằng số thời gian CKBF.
Số liệu đầu vào cho mơ hình
- Diện tích các lưu vực - Số liệu mưa
- Số liệu bốc hơi
Thông số mơ hình
- Lmax : Lượng nước tối đa trong bể chứa tầng rễ cây. Lmax có thể gọi là lượng
ẩm tối đa của tầng rễ cây để thực vật có thể hút để thoat hơi nước.
- Umax: Lượng nước tối đa trong bể chứa mặt. Lượng trữ này có thể gọi là
lượng nước để điền trũng, rơi trên mặt thực vật, và chứa trong vài cm của bề mặt của đất.
40
- CQOF: Hệ số dòng chảy mặt (0 ≤ CQOF ≤ 1). CQOF quyết định sự phân
phối của mưa hiệu quả cho dòng chảy ngầm và thấm.
- TOF: Giá trị ngưỡng của dòng chảy mặt (0 ≤ TOF ≤ 1). Dòng chảy mặt chỉ
hình thành khi lượng ẩm tương đối của đất ở tầng rễ cây lớn hơn TOF. - TIF: Giá trị ngưỡng của dòng chảy sát mặt (0 ≤ TOF ≤ 1). Dòng chảy sát
mặt chỉ được hình thành khi chỉ số ẩm tương đối của tầng rễ cây lớn hơn
TIF.
- TG: Giá trị ngưỡng của lượng nước bổ sung cho dòng chảy ngầm (0 ≤ TOF
≤ 1). Lượng nước bổ sung cho bể chứa ngầm chỉ được hình thành khi chỉ số
ẩm tương đối của tầng rễ cây lớn hơn TG.
- CKIF: Hằng số thời gian của dòng chảy sát mặt. CKIF cùng với Umax quyết định dòng chảy sát mặt. Nó chi phối thơng số siễn tốn dịng chảy sát mặt CKIF >> CK12.
- CK12: Hằng số thời gian cho diễn tốn dịng chảy mặt và sát mặt. Dòng chảy mặt và dòng chảy sát mặt được diễn toán theo các bể chứa tuyến tính theo chuỗi với cùng một hằng số thời gian CK12.
- CKBF: Hằng số thời gian dòng chảy ngầm. Dòng chảy ngầm từ bể chứa ngầm được tạo ra sử dụng mơ hình bể chứa tuyến tính với hằng số thời gian CKBF.
Kết quả áp dụng mơ hình Mike Nam vào lưu vực tính tốn
Các trạm mưa sử dụng để tính tốn dịng chảy được liệt kê trong Bảng 2.9,
trọng số của các trạm mưa được tính theo phương pháp đa giác Thiessen. Các thông số sử dụng trong bộ mơ hình Mike Nam như trong Bảng 2.9. Chi tiết về các trạm mưa, trạm khí tượng và đặc trưng lưu vực phục vụ cho tính tốn xem chi tiết trong phụ lục sô 1.
Số liệu mưa, lưu lượng được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mơ hình là số liệu lưu lượng trung bình ngày trong giai đoạn 1960-1999 của 6 trạm thủy văn nằm trên LVS Cầu.