Tài liệu Nghiên cứu tính toán cân bằng nước đánh giá khả năng đáp ứng lưu vực sông cả trong trường hợp có sự tham gia của hồ ngàn trươi và hồ bản mồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ THỊ HẠNH NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NGUỒN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CẢ TRONG TRƯỜNG HỢP CÓ SỰ THAM GIA CỦA HỒ NGÀN TRƯƠI VÀ HỒ BẢN MỒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ THỊ HẠNH NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NGUỒN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CẢ TRONG TRƯỜNG HỢP CÓ SỰ THAM GIA CỦA HỒ NGÀN TRƯƠI VÀ HỒ BẢN MỒNG Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước Mã số: 8580212 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: PGS.TS. NGUYỄN VĂN TUẤN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: TS. NGUYỄN QUANG PHI HÀ NỘI, NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi là Lê Thị Hạnh, tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu là trung thực. Trong quá trình làm tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và cấp thiết của đề tài. Các tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc và các tài liệu tham khảo được thống kê chi tiết. Những nội dung và kết quả trình bày trong Luận văn là trung thực, nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, ngày tháng TÁC GIẢ Lê Thị Hạnh i năm 2019 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, đến nay luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu tính toán cân bằng nước đánh giá khả năng đáp ứng nguồn nước lưu vực sông Cả trong trường hợp có sự tham gia của Hồ Ngàn Trươi và Hồ Bản Mồng” đã được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo, của các đồng nghiệp và bạn bè. Để hoàn thành quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này, lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn và TS. Nguyễn Quang Phi, người đã trực tiếp chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu để tôi hoàn thiện luận văn này. Ngoài ra tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước đã đóng góp những ý kiến quý báu cho luận văn. Nhân dịp này, tôi cũng xin cảm ơn Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước Trường đại học Thủy lợi, lãnh đạo và các anh chị đang công tác tại Viện quy hoạch Thủy lợi đã giúp đỡ, tạo điều kiện và dành thời gian cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân, bạn bè đã luôn bên tôi, động viên tôi hoàn thành khóa học và bài luận văn này. Trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2019 TÁC GIẢ Lê Thị Hạnh ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 I. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................... 1 II. Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài ............................................................... 2 . ách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu................................................................ 2 HƯƠNG : TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH G Á KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CỦA NGUỒN NƯỚC VÀ TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU.....................4 1.1. Tổng quan các nghiên cứu đánh giá khả năng đáp ứng của nguồn nước .................4 1.1.1. Tình hình nghiên cứu cân bằng nước trên Thế giới ..............................................4 1.1.2. Tình hình nghiên cứu cân bằng nước ở Việt Nam [2] ...........................................5 1.2. Tổng quan vùng nghiên cứu .....................................................................................6 1.2.1. Tổng quan vùng nghiên cứu ..................................................................................6 1.2.2. Thực trạng nguồn nước và các vấn đề liên quan ở vùng nghiên cứu ..................16 HƯƠNG : NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚ Ơ SỞ KHOA HỌC VÀ XÂY DỰNG CÔNG CỤ HO LƯU VỰC SÔNG CẢ ................................ 24 2.1. Phân tích, đánh giá tình hình nguồn nước và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng và sự thay đổi nguồn nước .............................................................................24 2.1.1. Đánh giá chung về nguồn nước ...........................................................................24 2.1.2. Xác định một số nguyên nhân chính gây tình trạng mất cân bằng về nguồn nước .......................................................................................................................................26 2.2. Phân vùng tính toán cân bằng nước........................................................................26 2.2.1. Quan điểm, nguyên tắc phân vùng tính cân bằng nước ......................................26 2.2.2. Sơ đồ tính toán cân bằng nước ............................................................................27 2.3. Tính toán nhu cầu nước .......................................................................................... 33 2.3.1. Nhu cầu nước dùng cho nông nghiệp ..................................................................33 2.3.2. Nhu cầu nước dùng cho sinh hoạt .......................................................................49 2.3.3. Nhu cầu nước cho công nghiệp ...........................................................................50 2.3.4. Nhu cầu nước cho nuôi trồng thuỷ sản ................................................................ 52 2.3.5. Nhu cầu nước cho chăn nuôi ...............................................................................53 2.3.6. Nhu cầu nước cho du lịch ....................................................................................53 iii 2.3.7. Tổng nhu cầu nước hiện trạng tần suất 85% ....................................................... 54 2.3.8. Kết quả tính toán nhu cầu nước năm 2030 .......................................................... 55 2.4. Phân tích lựa chọn công cụ tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông ................ 58 2.4.1 Phương pháp tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Cả ............................... 58 2.4.2. Phương pháp luận tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Cả ...................... 59 2.4.3. Phân tích lựa chọn mô hình tính toán cân bằng nước ......................................... 60 2.5. Giới thiệu mô hình MIKE BASIN ......................................................................... 65 2.5.1. Giới thiệu về MIKE BASIN ................................................................................ 65 2.5.2. Nguyên lý cân bằng nút của mô hình MIKE BASIN.......................................... 67 2.6. Thiết lập mô hình MIKE BASIN tính toán cân bằng nước LVS Cả ..................... 69 2.6.1. Sơ đồ tính toán .................................................................................................... 69 2.6.2. Số liệu đầu vào .................................................................................................... 73 2.7. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình .......................................................................... 78 2.7.1. Hiệu chỉnh ........................................................................................................... 78 2.7.2. Kiểm định ............................................................................................................ 80 HƯƠNG : KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC THEO CÁC KỊCH BẢN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHAI THÁC HIỆU QUẢ NGUỒN NƯỚ LƯU VỰC SÔNG CẢ ...................................................................................... 83 3.1. Xây dựng kịch bản tính toán .................................................................................. 83 3.2. Kết quả tính toán cân bằng nước theo kịch bản hiện trạng .................................... 83 3.2.1. Lượng nước thiếu hụt trên lưu vực sông Cả ....................................................... 83 3.2.2. Mức đảm bảo cấp nước trên lưu vực sông Cả..................................................... 86 3.3. Kết quả tính toán cân bằng nước theo kịch bản 2030 (có hồ Ngàn Trươi và hồ Bản Mồng) ............................................................................................................................ 87 3.3.1. Đánh giá lượng thiếu hụt nguồn nước năm 2030 ................................................ 87 3.3.2. Mức đảm bảo cấp nước trên lưu vực sông Cả giai đoạn 1980 - 2030 ................ 91 3.4. Phân tích tác động của việc có Hồ Ngàn Trươi và Hồ Bản Mồng tham gia cấp nước cho lưu vực sông Cả ............................................................................................. 91 3.5. Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý, khai thác và sử dụng nguồn nước lưu vực sông Cả .................................................................................................... 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................... 100 iv TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................102 PHỤ LỤC ....................................................................................................................104 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân bố diện tích theo địa bàn hành chính .................................................. 8 Bảng 1.2: Phân bố diện tích một số sông nhánh lớn của hệ thống Sông Cả ................... 9 Bảng 1.3: Nhiệt độ trung bình tháng, năm vùng nghiên cứu ........................................ 11 Bảng 1.4: Số giờ nắng trung bình tháng, năm ............................................................... 12 Bảng 1.5: Thông số kỹ thuật chủ yếu của công trình Ngàn Trươi ................................ 18 Bảng 1.6: Thông số kỹ thuật chủ yếu của hồ Bản Mồng .............................................. 21 Bảng 2.1: Phân vùng cấp nước trên lưu vực sông Cả ................................................... 30 Bảng 2.2: Các trạm khí tượng trong vùng nghiên cứu .................................................. 35 Bảng 2.3: Nhiệt độ không khí trung bình tháng, năm (Đơn vị: 0C)............................... 36 Bảng 2.4: Độ ẩm trung bình tháng, năm ....................................................................... 36 Bảng 2.5: Tốc độ gió trung bình tháng, năm ................................................................. 37 Bảng 2.6: Số giờ nắng trung bình tháng, năm .............................................................. 37 Bảng 2.7: Kết quả tính lượng mưa vụ theo tần suất P = 85% trạm Cửa Rào và Quỳ Hợp ................................................................................................................................ 37 Bảng 2.8: Kết quả tính lượng mưa vụ theo tần suất P = 85% trạm Quỳnh Lưu và Vinh ....................................................................................................................................... 38 Bảng 2.9: Kết quả tính lượng mưa vụ theo tần suất P = 85% trạm Hà Tĩnh và Hương Khê ................................................................................................................................ 39 Bảng 2.10: Hệ số sinh lý cây trồng theo các giai đoạn phát triển ................................. 39 Bảng 2.11: Thời vụ cây trồng ........................................................................................ 40 Bảng 2.12a: Hiện trạng sử dụng đất năm 2017 ............................................................. 42 Bảng 2.12b: Hiện trạng sử dụng đất năm 2017 (tiếp) ................................................... 43 Bảng 2.13a: Quy hoạch sử dụng đất đến năm 2030 ...................................................... 44 Bảng 2.13b: Quy hoạch sử dụng đất đến năm 2030 (tiếp) ............................................ 45 Bảng 2.14: Nhu cầu nước cho trồng trọt năm 2017 ứng với P = 85% .......................... 46 Bảng 2.15: Nhiệt độ không khí trung bình tháng thời kỳ 2030 .................................... 46 Bảng 2.16: Kết quả tính lượng mưa vụ theo tần suất P = 85% trạm Cửa Rào và Quỳ Hợp thời kỳ 2030........................................................................................................... 47 vi Bảng 2.17: Kết quả tính lượng mưa vụ theo tần suất P = 85% trạm Quỳnh Lưu và Vinh thời kỳ 2030 ...................................................................................................................47 Bảng 2.18: Kết quả tính lượng mưa vụ theo tần suất P = 85% trạm Hà Tĩnh và Hương Khê thời kỳ 2030 ...........................................................................................................48 Bảng 2.19: Nhu cầu nước cho nông nghiệp trong các vùng thuộc lưu vực sông Cả theo quy hoạch đến năm 2030 ............................................................................................... 49 Bảng 2.20: Định mức dùng nước cho sinh hoạt [6] ...................................................... 50 Bảng 2.21: Nhu cầu nước cho sinh hoạt hiện tại năm 2017 ..........................................50 Bảng 2.22: Nhu cầu nước cho công nghiệp hiện tại năm 2017 .....................................51 Bảng 2.23: Mức cấp cho nuôi trồng thủy sản ................................................................ 52 Bảng 2.24: Diện tích nuôi trồng thủy sản vùng nghiên cứu ..........................................52 Bảng 2.25: Nhu cầu nước cho thuỷ sản hiện tại năm 2017 ...........................................52 Bảng 2.26: Định mức dùng nước cho chăn nuôi [7] .....................................................53 Bảng 2.27: Nhu cầu nước cho chăn nuôi hiện tại năm 2017 .........................................53 Bảng 2.28: Tổng nhu cầu nước tại nơi dùng nước năm 2017 .......................................54 Bảng 2.29: Dân số các thời kỳ trong vùng nghiên cứu .................................................55 Bảng 2.30: Tổng nhu cầu nước tại nơi dùng nước năm 2030 (P = 85%) ...................... 57 Bảng 2.31: Mức tăng nhu cầu nước các ngành ............................................................. 58 Bảng 2.32: Kết quả tính toán lưu lượng dòng chảy đến trung bình tháng các vùng năm 2017 ứng với P = 85% từ mô hình NAM ......................................................................73 Bảng 2.33: Kết quả tính toán lưu lượng dòng chảy đến các vùng năm 2030 từ mô hình NAM (P = 85%) ...........................................................................................................75 Bảng 2.34: Thông số cơ bản các công trình lợi dụng tổng hợp đã và đang xây dựng ..76 Bảng 2.35: Thông số cơ bản các công trình lợi dụng tổng hợp dự kiến trên lưu vực sông Cả .......................................................................................................................... 77 Bảng 2.36: Đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Mike Basin ................82 Bảng 3.1: Lượng nước thiếu hụt hiện trạng tại các vùng năm 2017 ứng với tần suất P = 85% ................................................................................................................................ 84 Bảng 3.2: Mức đảm bảo cấp nước theo nhu cầu dùng nước giai đoạn 1980 - 2017 .....86 Bảng 3.3: Lượng nước thiếu hụt tại các vùng năm 2030 ứng với tần suất P = 85%.....88 vii Bảng 3.4: Mức đảm bảo cấp nước theo nhu cầu dùng nước giai đoạn 1980 - 2030 ..... 91 viii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Bản đồ Hành chính lưu vực sông Cả ............................................................... 7 Hình 1.2: Hồ chứa nước Ngàn Trươi ............................................................................18 Hình 1.3: Hồ chứa nước Bản Mồng ..............................................................................21 Hình 2.1: Sơ đồ phân vùng tính cân bằng nước lưu vực sông Cả .................................32 Hình 2.2: ơ cấu nhu cầu nước hiện trạng của các hộ dùng nước chủ yếu ..................55 Hình 2.3: Sơ đồ lưu vực sông ........................................................................................ 66 Hình 2.4: Mô tả cân bằng nước tại nút sử dụng nước ...................................................69 Hình 2.5a: Sơ đồ tính toán cân bằng nước lưu vực sông Cả .........................................70 Hình 2.5b: Sơ đồ tính toán cân bằng nước lưu vực sông Cả (tiếp) ............................... 71 Hình 2.6: Sơ đồ tính toán mô hình Mike Basin lưu vực sông Cả .................................72 Hình 2.7: Biểu đồ lượng dòng chảy đến các vùng trong từng tháng............................. 74 Hình 2.8: Kết quả mô phỏng mô hình Mike Basin 2015 tại Cửa Rào .......................... 78 Hình 2.9: Kết quả mô phỏng mô hình Mike Basin 2015 tại Yên Thượng ....................79 Hình 2.10: Kết quả mô phỏng mô hình Mike Basin 2015 tại Quỳ Châu ...................... 79 Hình 2.11: Kết quả mô phỏng mô hình Mike Basin 2015 tại Sơn Diệm ...................... 80 Hình 2.12: Kết quả mô phỏng mô hình Mike Basin 2017 tại Cửa Rào ........................ 80 Hình 2.13: Kết quả mô phỏng mô hình Mike Basin 2017 tại Yên Thượng ..................81 Hình 2.14: Kết quả mô phỏng mô hình Mike Basin 2017 tại Quỳ Châu ...................... 81 Hình 2.15: Kết quả mô phỏng mô hình Mike Basin 2017 tại Sơn Diệm ...................... 82 Hình 3.1. Lượng nước thiếu năm 2017 theo các vùng ..................................................85 Hình 3.2. Lượng nước thiếu năm 2017 theo các tháng .................................................85 Hình 3.3: Lượng nước thiếu năm 2030 theo các vùng ..................................................89 Hình 3.4: Lượng nước thiếu năm 2030 theo các tháng .................................................89 Hình 3.5: Các vùng thiếu nước theo kịch bản đến năm 2030 .......................................90 ix DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT ATNĐ Áp thấp nhiệt đới BĐKH Biến đổi khí hậu IQQM Mô hình mô phỏng nguồn nước LVS Lưu vực sông TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam WEAP Mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước (Water Evaluation and Planning System) x MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Tài nguyên nước là các nguồn nước mà con người sử dụng hoặc có thể sử dụng vào những mục đích khác nhau. Nước được dùng trong các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, dân dụng, giải trí và môi trường. Nước bao phủ 71% diện tích của Trái đất, trong đó có 97% là nước mặn, còn lại là nước ngọt. Nước giữ cho khí hậu tương đối ổn định và pha loãng các yếu tố gây ô nhiễm môi trường, nó còn là thành phần cấu tạo chính yếu trong cơ thể sinh vật, chiếm từ 50%-97% trọng lượng cơ thể, chẳng hạn như ở người nước chiếm 70% trọng lượng cơ thể và ở Sứa biển nước chiếm tới 97%. Trong 3% lượng nước ngọt có trên Trái đất thì có khoảng hơn ¾ lượng nước mà con người không sử dụng được vì nó nằm quá sâu trong lòng đất, bị đóng băng, ở dạng hơi trong khí quyển và ở dạng tuyết trên lục địa,.. chỉ có 0,5% nước ngọt hiện diện trong sông, suối, ao, hồ mà con người đã và đang sử dụng. Trong công tác quy hoạch và phát triển tài nguyên nước hiện nay, việc tính toán cân bằng nước hệ thống là hết sức quan trọng. Kết quả tính cân bằng nước hệ thống là cơ sở để đề ra các phương án quy hoạch, sử dụng và phát triển tài nguyên nước cũng như lựa chọn phương án và trình tự thực hiện phương án quy hoạch qua các giai đoạn. Lưu vực sông Cả là lưu vực lớn ở Bắc Trung Bộ, bắt nguồn từ Xiêng Khoảng, Lào, có tổng diện tích lưu vực là hai phần thuộc lãnh thổ Việt Nam có diện tích 17.730 km2, chiếm 65,2%, phần lớn thuộc hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh có lượng dòng chảy khá dồi dào nhưng phân bố không đều trong năm. Mùa mưa, lũ xảy ra rất lớn, nhưng vào mùa khan hiếm, mực nước xuống rất thấp ảnh hưởng lớn đến các hộ dùng nước trên lưu vực. Tuy vậy, việc sử dụng tài nguyên nước trên lưu vực sông Cả vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề: phương thức khai thác, sử dụng và quản lý tài nguyên nước chưa hiệu quả, thiếu đồng bộ. Việc phân bổ tài nguyên nước chưa hợp lý, chưa đáp ứng được nhu cầu của các hộ dùng nước. Mâu thuẫn giữa nhu cầu dùng nước và lượng nước đến. Nhu cầu dùng nước ngày một tăng lên trong khi lượng nước đến không tăng mà còn có xu hướng suy 1 giảm về chất và lượng do sự khai thác không đi cùng với việc bảo vệ và phát triển tài nguyên nước bền vững. 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 cũng gây tác động rất lớn đến nguồn nước. Vì vậy việc tính toán cân bằng nước trên lưu vực sông Cả để đảm bảo sự phát triển bền vững tài nguyên nước hiện tại và trong tương lai là vấn đề nóng đang được đặt ra và cần được giải quyết sớm. Xuất phát từ những vấn đề nói trên, đề tài: " Nghiên cứu tính toán cân bằng nước đánh giá khả năng đáp ứng nguồn nước lưu vực sông Cả trong trường hợp có sự tham gia của Hồ Ngàn Trươi và Hồ Bản Mồng" là rất cần thiết. II. Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài 1. Mục đích của đề tài - Tính toán cân bằng nước để đánh giá khả năng đáp ứng nguồn nước lưu vực sông ả trong trường hợp có sự tham gia của Hồ Ngàn Trươi và Hồ Bản Mồng. - Đề xuất một số giải pháp nhằm đáp ứng nhu cầu nước và khai thác hiệu quả nguồn nước. 2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài - Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông ả. - Đối tượng nghiên cứu: ác đặc điểm khí tượng, thuỷ văn, tình hình dân sinh, kinh tếxã hội, hệ thống thuỷ lợi vùng nghiên cứu... III C ch tiếp c n và ph ng ph p nghiên cứu 1. ách ti p c n - Tiếp cận theo mục tiêu: Mục tiêu hướng tới tận dụng tổng hợp tất cả các nguồn nước có thể cấp đủ cho nhu cầu nước trên lưu vực sông Cả thời kỳ hiện tại và 2030. - Tiếp cận kết quả của các nghiên cứu trong và ngoài nước về vấn đề tính toán cân bằng nguồn nước. 2 - Tiếp cận theo mô hình: ác mô hình liên quan đến tính toán dòng chảy mưa, tính toán cân bằng nước,… 2. hương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: Luận văn sử dụng, kế thừa kết quả nghiên cứu, đề tài, dự án trên thế giới cũng như tại Việt Nam về các vấn đề tính toán cân bằng nước, khả năng đáp ứng nguồn nước lưu vực sông. - Phương pháp điều tra, khảo sát thu thập số liệu: Nhằm đánh giá hiện trạng, thu thập số liệu phục vụ công tác tính toán, đánh giá. - Phương pháp phân tích thống kê: Thống kê và phân tích các số liệu đo đạc, thu thập được để phục vụ tính toán phân tích. - Phương pháp ứng dụng mô hình: Luận văn sử dụng các mô hình về tính toán dòng chảy từ mưa M KE NAM, mô hình M KE BAS N tính toán cân bằng nước,... 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CỦA NGUỒN NƯỚC VÀ TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU 1 1 Tổng quan c c nghiên cứu đ nh gi khả năng đ p ứng của nguồn n ớc 1.1.1. Tình hình nghiên cứu cân bằng nước trên Th giới Nước là yếu tố cơ bản không thể thiếu trong việc duy trì sự sống và mọi hoạt động của con người trên hành tinh. Việc đáp ứng nhu cầu về nước đảm bảo cả về chất lượng và số lượng là một điều kiện tiên quyết để phát triển bền vững. 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 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: [1] a, Hệ thống mô hình GIBSI [1] Hệ thống mô hình GIBSI là một hệ thống mô hình tổng hợp trên máy PC cho các kết quả kiểm tra tác động của nông nghiệp, công nghiệp, quản lý nước về lượng và chất đến tài nguyên nước. GBISI có một ngân hàng dữ liệu (bao gồm các số liệu và các đặc trưng) về thủy văn, xói mòn đất, lan truyền hóa chất trong nông nghiệp và mô hình chất lượng nước. Mô hình GB S cũng có hệ thống thông tin địa lý GIS và phần mềm quản lý các dữ liệu có liên quan. Mô hình GBISI cho khả năng dự báo các tác động của công nghiệp, 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. b, hương trình sử dụng nước [1] Mô hình lưu vực và xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu là một hợp phần của hương trình sử dụng nước của Ủy 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 4 dụng để hỗ trợ trong việc xây dựng các nguyên tắc phân bố 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 thủy 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 thủy 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 thủy động lực học (ISIS) mô phỏng chế độ thủy văn, thủy lực vùng hồ Tonle Sap và hạ lưu Kratie, sông Mê Kông. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu cân bằng nước ở Việt Nam [2] Các nghiên cứu cân bằng nước tự nhiên được tiến hành từ những năm 1950 đến đầu những năm 1975. Trong thời kỳ này đã kế thừa các tiến bộ trong nghiên cứu quy 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, các hiện tượng thời tiết nguy hiểm như bão, 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 và khu vực. Chẳng hạn công trình nghiên cứu của GS. Ngô Đình Tuấn về chế độ dòng chảy của các sông suối tại 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 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 5 việc xác lập cán cân nước theo vùng, địa phương và ô thủy văn. Nghiên cứu căn nguyên quá trình hình thành dòng chảy trên các sông suối nước ta, PGS. 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. Các nghiên cứu về cân bằng nước và phát triển bền vững nguồn nước trên lưu vực phải kể đến một số nghiên cứu tiêu biểu như: TS. Hoàng Minh Tuyển [3] đã xây dựng thành công DSF cho lưu vực sông Cả trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu cấp Bộ “Nghiên cứu xây dựng khung hỗ trợ ra quyết định trong quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cả” thực hiện năm 2004 - 2006, trong đó áp dụng mô hình IQQM tính toán cân bằng nước lưu vực sông Cả và tổ hợp 15 kịch bản quy hoạch tài nguyên nước sông Cả được tính toán lưu trữ. Đề tài “Nghiên cứu giải pháp sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và phòng tránh thiên tai lưu vực sông Cả” do Nguyễn Đăng Túc chủ trì [4] đã điều tra, đánh giá hiện trạng và diễn biến tài nguyên, dự báo mức độ, quy mô ảnh hưởng của quá trình suy thoái tài nguyên, môi trường và các loại thiên tai: lũ, lũ quét - lũ bùn đá, trượt lở, xói lở bờ sông, bờ biển, động đất trên lưu vực sông Cả và đề xuất các giải pháp sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và phòng tránh thiên tai lưu vực sông Cả. Tiểu hợp phần 3.2 “Quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Cả” thuộc Dự án Hỗ trợ hương trình ngành nước (WSPS) do Chính phủ Đan Mạch viện trợ. [5] 1.2. Tổng quan vùng nghiên cứu 1.2.1. Tổng quan vùng nghiên cứu 1.2.1.1. Vị trí địa lý 6 Hình 1.1: Bản đồ Hành chính lưu vực sông Cả Lưu vực sông Cả nằm ở vị trí từ 18015'05" đến 20010'30" vĩ độ Bắc và 103014'10" đến 105015'20" kinh độ Đông. Lưu vực sông Cả ở phía tây bắc khu vực Trường Sơn Tây, kéo dài theo hướng Tây-Bắc – Đông-Nam. Dòng chính sông Cả có chiều dài là 531km; đoạn sông chảy qua lãnh thổ Lào là 170km, còn lại 361km sông chảy qua hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh rồi đổ ra biển Đông tại Cửa Hội và chiều rộng trung bình là 86km. + Giới hạn phía Bắc là dãy núi Pou-Huat cao trên 1000m và dãy Bù Khang, đường phân nước giữa sông Hiếu và sông Chu. + Phía Nam là dãy Hoành Sơn cấu tạo bằng hoa cương và riolit cao 1046m là đường phân nước giữa sông Rào Cái và sông Gianh + Phía Tây núi cao hơn cả, dãy Pu-lai-leng có đỉnh cao 2711m ở phía hữu ngạn thung lũng sông ả. Dãy núi này kéo dài khoảng 200km. + Phía Tây Nam là núi Rào Cả với đỉnh cao nhất là 2265m, cũng chúng với Pu-laileng một diện tính thạch. Nhưng địa hình thì ngăn cách bởi thung lũng sông Ngàn Phố. + Phía Đông giáp lưu vực sông Cảm, biển Đông. 7 Diện tích toàn bộ lưu vực là 27.200km2, trong đó phần Việt Nam là 17.730km2 chiếm 65,2% diện tích toàn bộ lưu vực, phần diện tích còn lại 9.470 km2 thuộc đất Xiêng Khoảng của Lào chiếm 34,8% diện tích toàn lưu vực, chiếm khoảng 11,2% diện tích toán miền Bắc. Diện tích phần đá vôi là 273km2 chiếm 1% diện tích toàn lưu vực. Vùng núi cao là 19.486km2 chiếm 71,6% diện tích toàn lưu vực. Vùng bán sơn địa đồi núi thấp và trung du chiếm 5.604km2, vùng đồng bằng là 2.110km2. Bảng 1.1: Phân bố diện tích theo địa bàn hành chính Lưu vực Hệ thống Sông Cả Diện tích tự nhiên (km2) Diện tích lâm nghiệp (ha) Diện tích nông nghiệp (ha) Diện tích khác (ha) Tổng lưu vực 27.200 1.798.830 449.266 471.910 Lào 9.470 681.840 66.290 198.870 Việt Nam 17.730 1.116.990 382.976 273.034 Thanh Hóa 441,21 32.400 1.500 10.221 Nghệ An 13860,79 884.410 331.734 168.935 Hà Tĩnh 3.428 200.180 49.742 92.878 1.2.1.2. Đặc điểm địa hình, địa chất Lưu vực sông Cả phát triển theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, nghiêng dần ra biển Đông. Phía Bắc và Tây Bắc của lưu vực, đường phân thuỷ chảy qua vùng đồi núi thấp của Nghệ An với độ cao trung bình từ 400  600m và vùng núi cao của huyện Quế Phong với độ cao trên 1.000m và vùng núi cao của tỉnh Xiêng Khoảng bên Lào với đỉnh núi cao như Phu Hoạt với độ cao 2.000m. Phía Tây được án ngữ bởi dãy Trường Sơn với độ cao đỉnh núi trên 2.000m như đỉnh Phu Xai Lai Leng có độ cao 2.711m. Càng dần về phía Nam, Tây Nam đường phân thuỷ của lưu vực đi trên những đồi núi thấp có độ cao đỉnh núi từ 1.300  1.800m chạy dọc theo dãy Trường Sơn Bắc, đi vào địa phận tỉnh Hà Tĩnh, độ cao trung bình toàn lưu vực là 294m, độ dốc bình quân lưu vực là 1,8‰ hệ số hình dạng lưu vực là 0,29, mật độ lưới sông 0,6km/km2. Hai nhánh sông lớn của sông Cả là sông Hiếu và sông La (bao gồm sông Ngàn Phố, 8