Báo cáo nghiên cứu khoa học " Cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn tỉnh Quảng Trị bằng mô hình MIKE BASIN"

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

126
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lưu vực sông Thạch Hãn đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội, bảo tồn các di sản văn hóa và bảo vệ môi trường sinh thái tỉnh Quảng Trị. Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông làm cơ sở cho việc quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên nước là một bài toán cần thiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học " Cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn tỉnh Quảng Trị bằng mô hình MIKE BASIN"

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25, Số 3S (2009) 535‐541 Cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn tỉnh Quảng Trị bằng mô hình MIKE BASIN Ngô Chí Tuấn*, Trần Ngọc Anh, Nguyễn Thanh Sơn Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 25 tháng 11 năm 2009 Tóm tắt. Lưu vực sông Thạch Hãn đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội, bảo tồn các di sản văn hóa và bảo vệ môi trường sinh thái tỉnh Quảng Trị. Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông làm cơ sở cho việc quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên nước là một bài toán cần thiết. Bài viết giới thiệu các kết quả nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn. 1. Đặt vấn đề  Hiện nay có nhiều phương pháp và mô hình cân bằng nước hệ thống như hệ thống mô hình Cân bằng nước hệ thống là sự cân bằng GIBSI, MITSIM, BASINS, WUP, MIKE giữa nước đến và đi, trong đó đã bao gồm các BASIN,... Trong công trình này mô hình MIKE yêu cầu về nước và khả năng điều tiết của hệ BASIN đã được lựa chọn để cân bằng nước hệ thống. Từ đó đánh giá sự tương tác về nước thống lưu vực sông Thạch Hãn. giữa các thành phần trong hệ thống, các tác động của môi trường lên nó và đề ra các biện 2. Giới thiệu về mô hình MIKE BASIN pháp khai thác, bảo vệ nguồn nước một cách hợp lý. MIKE BASIN là mô hình tính toán cân Trên quan điểm đó, bài toán cân bằng nước bằng nước hệ thống trên cơ sở xác định lượng hệ thống đã tập trung giải quyết các vấn đề (i) nước đến (mưa - dòng chảy) và lượng nước yêu Phân vùng tiềm năng nguồn nước, (ii) Tính toán cầu của các ngành kinh tế tối ưu nhất giúp cho lượng nước đến và nhu cầu nước của các hộ, công tác quy hoạch tổng hợp và quản lý tài (iii) Tính toán các phương án sử dụng nguồn nguyên nước lưu vực sông do Viện Thủy lực nước hay thực chất là bài toán cân bằng kinh tế Đan Mạch (DHI) xây dựng. Mô hình thuộc kiểu nước. mô hình mạng lưới, trong đó sông và các nhánh hợp lưu chính được biểu diễn bằng một lưới bao gồm các nhánh và các nút. Các nhánh được _______ thể hiện bằng các đoạn sông riêng biệt, còn các  Tác giả liên hệ. ĐT: 84-4-38584943 nút thể hiện các tiểu hợp lưu hoặc các vị trí mà E-mail: ngochituan@gmail.com 535
536 N.C. Tuấn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 3S (2009) 535‐541 tại đó các hoạt động liên quan đến phát triển (hình 1). Cơ sở toán học mô hình MIKE nguồn nước có thể diễn ra như điểm của dòng BASIN là phương trình cân bằng nước và được chảy hồi quy từ các khu tưới, hoặc là điểm hợp giải ổn định cho mỗi bước thời gian trên toàn hệ lưu giữa hai hoặc nhiều sông, suối hoặc tại các thống mạng lưới [1]. vị trí quan trọng cần có kết quả của mô hình Hình 1. Bố trí phác họa mô hình lưu vực sông trong MIKE BASIN.  Ranh giới hành chính được xem xét theo MIKE BASIN được tính toán trên môi góc độ quản lý nhà nước và quản lý khai thác trường ArcView GIS, để các thông tin số có thể hệ thống công trình thủy lợi. tích hợp trong mô phỏng tài nguyên nước. Các  Khu và tiểu khu thủy lợi có đủ điều kiện thông tin về mạng lưới sông, vị trí các hộ dùng để xác định các nút lấy nước, thoát nước, xả nước, hồ chứa, cửa lấy nước, các yêu cầu về nước... góp phần xây dựng sơ đồ phát triển chuyển dòng, dòng hồi quy và kết quả đầu ra nguồn nước lưu vực. đều được xác định trực tiếp từ các giao diện GIS  Các vùng có tính độc lập tương đối trong quản lý khai thác tài nguyên nước, và có liên hệ 3. Các bước tiến hành với các khu, tiểu khu khác. Phân vùng cân bằng nước  Vùng cây trồng có tính chất khác nhau: lúa, cây trồng cạn và cây công nghiệp. a. Nguyên tắc phân vùng: Trên quan điểm b. Sơ đồ các vùng cân bằng nước: Dựa trên quản lý tài nguyên nước theo lưu vực sông, nguyên tắc phân vùng, sử dụng các bản đồ: phân vùng cân bằng nước dựa trên các nguyên DEM, mạng lưới sông suối, quy hoạch sử dụng tắc sau [1]: đất, quy hoạch phân vùng tưới và phần mềm  Đặc điểm tự nhiên, sự phân cắt của địa ArcView GIS phân chia lưu vực sông Thạch hình tạo nên các khu có tính độc lập tương đối Hãn thành 12 vùng (khu) cân bằng nước chính được bao bọc bởi các dòng sông hoặc các thể hiện trong hình 2. đường phân thủy.
537 N.C. Tuấn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 3S (2009) 535‐541 Hình 2. Sơ đồ phân khu cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn tỉnh Quảng Trị. hình toán thủy văn để khôi phục số liệu dòng Tính toán lượng nước đến và nhu cầu nước của chảy từ mưa. Qua đánh giá tình hình đáp ứng các hộ dùng nước tài liệu quan trắc trên địa bàn nghiên cứu, mô Tính toán lượng nước đến: Trên lưu vực hình NLRRM (Non Linear Rainfall Runoff sông Thạch Hãn do thiếu số liệu thủy văn, trong Model) đã được lựa chọn để khôi phục dòng khi mạng lưới quan trắc mưa và các yếu tố khí chảy [2]. Kết quả tính toán được thể hiện trong tượng tương đối đầy đủ, có thể sử dụng các mô bảng 1.
538 N.C. Tuấn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 3S (2009) 535‐541 Bảng 1. Kết quả tính toán lưu lượng trung bình tháng, năm các khu lưu vực sông Thạch Hãn Tháng Lưu lượng trung bình tháng, năm (m3/s) Khu I II III IV V VI VII VIII IX X XI XI TB CI1 14.24 8.10 4.81 6.16 13.73 24.26 18.95 19.39 49.63 108.00 71.34 33.20 30.98 CI2 5.10 2.93 1.86 2.35 5.86 9.72 11.03 18.34 27.18 32.00 19.96 9.54 12.15 CI3 10.83 5.95 3.74 3.65 8.63 13.61 15.09 23.50 41.22 57.19 40.04 22.02 20.46 CII1 0.70 0.37 0.22 0.17 0.29 0.28 0.23 0.54 1.72 3.22 2.79 1.56 1.01 CII2 3.06 1.64 1.02 0.72 1.29 1.03 0.75 1.45 5.90 12.00 10.59 6.68 3.85 CII3 5.95 3.16 1.87 1.44 2.51 2.36 1.93 4.56 14.62 27.30 23.72 13.26 8.56 CIII1 7.86 4.19 2.49 1.94 3.38 3.17 2.59 6.12 19.41 36.06 31.31 17.54 11.34 CIII2 2.95 1.66 1.07 1.41 3.66 6.41 7.34 11.10 16.25 19.21 11.56 5.66 7.36 CIII3 2.96 1.66 1.07 1.42 3.69 6.45 7.39 11.17 16.34 19.31 11.62 5.69 7.40 CIV1 3.70 1.98 1.23 0.86 1.53 1.23 0.89 1.72 7.09 14.49 12.80 8.06 4.63 CIV2 0.97 0.51 0.30 0.23 0.41 0.38 0.31 0.74 2.38 4.45 3.87 2.16 1.39 CIV3 0.22 0.12 0.07 0.05 0.09 0.09 0.07 0.17 0.55 1.03 0.89 0.50 0.32 tế-xã hội trong vùng ở thời điểm hiện tại năm Tính toán nhu cầu nước của các hộ dùng nước: Nhu cầu sử dụng nước trong từng khu 2007 và quy hoạch trong tương lai, theo [3-5]. được tính theo các hộ dùng nước riêng (nông Kết quả tính toán nhu cầu dùng nước cho nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, chăn nuôi, môi khu CI1 được trình bày trong bảng 2 và tương trường,...) dựa trên các tài liệu phát triển kinh tự tổng hợp tất cả các khu trên lưu vực sông Thạch Hãn được thể hiện trong bảng 3. Bảng 2. Nhu cầu nước của các hộ dùng nước tại khu CI1 năm 2007 (106m3). Tháng Khu Đối tượng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tổng 14.22 14.71 15.68 14.22 16.45 14.88 12.49 12.08 12.07 12.06 13.04 12.97 Nông nghiệp 1.803 2.213 3.019 1.806 3.668 2.357 0.361 0.017 0.011 0.000 0.814 0.761 Sinh hoạt 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 Chăn nuôi 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 CI1 Thủy sản 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Công nghiệp 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 TM. DV, DL 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 Hoạt động đô thị 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 0.023 GTT, BVMT 11.850 11.850 11.850 11.850 11.850 11.850 11.850 11.850 11.850 11.850 11.850 11.850
539 N.C. Tuấn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 3S (2009) 535‐541 Bảng 3. Tổng hợp nhu cầu nước dùng tại các khu trên lưu vực sông Thạch Hãn năm 2007 (106m3) Khu I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tổng CI1 14.22 14.71 15.68 14.22 16.45 14.88 12.49 12.08 12.07 12.06 13.04 12.97 164.87 CI2 7.31 7.36 8.79 8.11 6.51 5.96 4.92 4.80 4.80 4.80 5.75 6.27 75.38 CI3 12.36 12.55 13.30 22.19 14.07 14.96 12.96 9.90 8.50 8.50 12.83 9.41 151.53 CII1 1.71 1.71 1.66 3.11 1.84 2.07 1.92 1.53 1.32 1.32 1.97 1.37 21.53 CII2 3.45 3.50 3.63 8.53 4.10 4.98 4.38 2.72 2.00 2.00 4.07 2.20 45.56 CII3 6.77 6.82 7.44 14.18 7.23 9.25 8.32 5.26 4.28 4.28 7.10 4.56 85.49 CIII1 7.85 7.88 8.92 14.26 7.75 10.32 9.46 6.12 5.39 5.37 7.49 5.60 96.41 CIII2 4.35 4.41 5.26 6.01 3.99 4.30 3.76 2.88 2.75 2.75 3.60 3.42 47.48 CIII3 3.34 3.42 3.76 3.55 3.58 3.34 2.85 2.70 2.70 2.70 2.98 3.01 37.93 CIV1 4.90 4.95 5.11 12.73 5.78 7.21 6.38 3.89 2.75 2.75 5.88 3.01 65.34 1.17 0.96 0.96 1.56 1.01 18.78 CIV2 1.48 1.48 1.61 3.08 1.56 2.02 1.89 CIV3 0.41 0.44 0.44 0.91 0.47 0.57 0.54 0.34 0.29 0.29 0.47 0.31 5.48 4. Tính toán cân bằng nước hệ thống cho lưu mô hình MIKE BASIN để tính toán cân bằng vực sông Thạch Hãn nước cho lưu vực sông Thạch Hãn. Sơ đồ tính cân bằng nước trong MIKE BASIN được thể Từ sơ đồ phân khu cân bằng đã được thiết hiện trong hình 3 [1]. lập ở trên tiến hành thiết lập sơ đồ tính trong Hình 3. Sơ đồ cân bằng nước cho lưu vực sông Thạch Hãn.
540 N.C. Tuấn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 3S (2009) 535‐541 Mô tả các điểm sử dụng nước trong sơ đồ tính Nút nông nghiệp và nút cấp nước được kết nối từ hồ chứa hoặc từ các nút trên sông có Các thông số công trình: Số liệu đầu vào dòng chảy vào. Thứ tự ưu tiên sử dụng nước tùy của các hồ chứa trong mô hình bao gồm đường thuộc vào mục tiêu của mỗi hộ dùng nước. quan hệ đặc trưng lòng hồ (Z~V, Z~F); cao Thông thường thứ tự ưu tiên như sau: Cấp nước trình đỉnh đập, mực nước dâng bình thường, cho sinh hoạt, tưới, thủy điện. Ngoài ra, trong mực nước phòng lũ, mực nước chết, mực nước vận hành hồ chứa mức ưu tiên còn được thông vận hành tối thiểu, nguyên tắc vận hành. qua hệ số phân bổ đối với mỗi đối tượng sử Số liệu đầu vào của các nút: Nút nông dụng nước. Dòng hồi quy của các khu sử dụng nghiệp bao gồm tài liệu về nhu cầu sử dụng nước được kết nối vào ngay sau nút cấp nước. nước cho: tưới và chăn nuôi. Dòng hồi quy tính Thời gian mô phỏng: được lựa chọn từ bằng 25% lượng nước sử dụng. Lượng tổn thất 1977 - 2007 hệ thống được tính thông qua hệ số "Demand Kiểm nghiệm mô hình: Đối với khu dùng Multiplier" của mô hình, hệ số này dao động từ nước cho nông nghiệp, các hộ dùng nước khác: 1,5-1,6 tùy hệ thống. kiểm nghiệm quá trình lấy nước, thải hồi nước. Nút cấp nước chủ yếu là cấp nước cho sinh Đối với hồ chứa: kiểm nghiệm quá trình tích hoạt, công nghiệp và các hoạt động khác, lượng nước và xả nước. Đối với kết nối dòng chảy: tổn thát hệ thống là 1,5, lượng nước hồi quy kiểm nghiệm tại các vị trí hợp lưu. tính bằng 75% lượng nước tiêu thụ. Nút hồ chứa bao gồm các số liệu về: Mưa, Kết quả tính toán bốc hơi, quan hệ lòng hồ, qui trình vận hành, Kết quả cân bằng nước tại các khu: trên lưu mức xả tối đa và tối thiểu xuống hạ lưu. vực sông Thạch Hãn được thể hiện trong bảng Kết nối ưu tiên Nút hồ chứa được đặt tại vị 4. trí nút trên sông có dòng chảy Bảng 4. Tổng hợp lượng nước thiếu tại các khu trên lưu vực sông Thạch Hãn năm 2007 (106m3) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tổng Khu CI1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 6.50 5.41 1.09 CI2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 CI3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 CII1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.28 1.28 CII2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.86 1.33 0.07 0.96 1.50 CII3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 20.25 2.59 10.45 0.74 3.15 3.33 CIII1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8.07 1.20 6.87 CIII2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.96 0.51 2.75 2.70 CIII3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.26 1.16 0.10 CIV1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 11.10 0.85 5.59 0.42 1.90 2.34 CIV2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.44 1.44 CIV3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.51 13.96 30.85 1.23 6.01 7.17 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Tổng 59.72
541 N.C. Tuấn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 3S (2009) 535‐541 Nhận xét: Trên toàn bộ lưu vực có 3 khu nguyên nước lưu vực để đảm bảo phát triển bền không bị thiếu nước đó là CI2, CI3, CIV3 còn vững. lại các khu vực khác vẫn còn thiếu. Vào mùa kiệt lượng nước dùng cho các khu Lời cảm ơn vực đa số vẫn còn thiếu, lượng nước thiếu chủ yếu tập trung vào tháng IV với lượng thiếu là Các nghiên cứu trong bài báo này được sự 30,85 triệu m3; lượng thiếu thấp nhất là vào hỗ trợ kinh phí của đề tài cấp Đại học Quốc gia, tháng II với lượng thiếu là 0,51 triệu m3. Tổng mã số QT.09.51. trên toàn lưu vực lượng nước thiếu cần cấp là 59,72 triệu m3. Đặc biệt các khu thiếu nước nghiêm trọng là các khu CII3 thuộc khu vực Tài liệu tham khảo sông Vĩnh Phước, khu CII2 thuộc sông Ái Tử, các khu trên sông Cam Lộ và khu CIV1 thuộc [1] Ngô Chí Tuấn, Tính toán cân bằng nước hệ hai huyện Triệu Phong và Hải Lăng. thống lưu vực sông Thạch Hãn tỉnh Quảng Trị, Luận văn thạc sỹ ngành thủy văn, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2008. [2] Nguyễn Thị Nga, Nguyễn Thanh Sơn, Kết quả 5. Kết luận ứng dụng mô hình NLRRM khôi phục số liệu quá trình dòng chảy các lưu vực sông tỉnh Kết quả tính toán cân bằng nước hệ thống Quảng Trị, Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, T.XXII, số 2B bằng mô hình MIKE BASIN trên lưu vực sông PT(2006) 80. Thạch Hãn cho thấy tài nguyên nước trên lưu [3] Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường, Các vực phong phú nhưng tình trạng thiếu nước vẫn tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam về môi trường, xảy ra vào mùa kiệt. Để tài nguyên nước không Hà Nội, 1995. bị lãng phí vào mùa mưa và có nguồn nước bổ [4] Tiêu chuẩn - định mức quy hoạch nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm, Nhà xuất bản Nông sung cho mùa kiệt cần xây dựng hồ chứa tại các nghiệp, Hà Nội, 1990 khu vực thượng nguồn, giải quyết bài toán vận [5] Cục Thống kê Quảng Trị, 2008, Niên giám hành liên hồ chứa, quy hoạch tổng thể tài thống kê tỉnh Quảng Trị 2007. Using MIKE BASIN for water balance of system in Thach Han river basin - Quang Tri province Ngo Chi Tuan, Tran Ngoc Anh, Nguyen Thanh Son Faculty of Hydro-Meteorology & Oceanography, College of Science, VNU 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam Thach Han river basin plays an important role in socio-economic development, preserving cultural heritage and protecting ecological environment of Quang Tri province. Calculating water balance of system which forms foundation for reasonably water resource using and planning is a necessary problem. This paper introduces some results using MIKE BASIN model for water balance of system in Thach Han river basin.