Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu, áp dụng mô hình Qual2K đề dự báo diễn biến chất lượng nước trên lưu vực sông Cầu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:106

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là đánh giá hiện trạng chất lượng nước sông Cầu đoạn từ Thác Bưởi đến Phả Lại; đánh giá tính chính xác của mô hình Qual2K trong mô phỏng chất lượng nước đoạn sông nghiên cứu; áp dụng mô hình QUAL2K để dự báo chất lượng nước, phân vùng chất lượng nước; ứớc tính thải lượng chịu tải của sông Cầu làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý nâng cao chất lượng nước sông.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu, áp dụng mô hình Qual2K đề dự báo diễn biến chất lượng nước trên lưu vực sông Cầu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------- MẠC THỊ VIỀN “NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG MÔ HÌNH QUAL2K ĐỀ DỰ BÁO DIỄN BIẾN CHẤT LƢỢNG NƢỚC TRÊN LƢU VỰC SÔNG CẦU” LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2014 1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN MẠC THỊ VIỀN “NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG MÔ HÌNH QUAL2K ĐỀ DỰ BÁO DIỄN BIẾN CHẤT LƢỢNG NƢỚC TRÊN LƢU VỰC SÔNG CẦU” Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN TIỀN GIANG 2
LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo hướng dẫn luận văn của tôi PGS.TS. Nguyễn Tiền Giang, thầy đã tạo mọi điều kiện, động viên giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Sự hiểu biết sâu sắc về khoa học cũng như kinh nghiệm của thầy chính là tiền đề giúp tôi đạt được những thành tựu và kinh nghiệm quý báu. Xin cùng bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Môi trường, người đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua. Xin cảm ơn khoa Môi trường, Phòng đào tạo sau đại học, Trường đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện luận văn của mình. Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Mạc Thị Viền 3
BẢN CAM KẾT Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện luận văn Mạc Thị Viền 4
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................................ 11 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LƢU VỰC SÔNG CẦU ........................................................ 13 1.1. Tổng quan về lƣu vực sông Cầu .......................................................................................... 13 1.1.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên ........................................................................................13 1.1.1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................................13 1.1.1.2. Đặc điểm địa hình .....................................................................................................14 1.1.1.3. Đặc điểm khí hậu ......................................................................................................14 1.1.1.4. Mạng lưới sông ngòi .................................................................................................16 1.1.1.5. Mạng lưới trạm .........................................................................................................19 1.1.2. Khái quát tình hình kinh tế xã hội lưu vực sông Cầu ..................................................21 1.1.2.1. Dân số và phân bố dân số các tỉnh trong lưu vực sông Cầu ....................................21 1.1.2.2. Các đô thị trong lưu vực sông Cầu ...........................................................................22 1.1.2.3. Hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và khai khoáng trên lưu vực sông Cầu .........23 1.2. Tổng quan về chất lƣợng nƣớc và các nguồn thải trên sông Cầu ................................... 24 1.2.1. Tổng quan chất lượng nước lưu vực sông Cầu ............................................................24 1.2.2. Tổng quan về các nguồn thải trên lưu vực sông Cầu ...................................................27 1.2.2.1. Nguồn thải công nghiệp ............................................................................................28 1.2.2.2. Nguồn thải từ các làng nghề .....................................................................................29 1.2.2.3. Nguồn thải từ sinh hoạt, y tế .....................................................................................29 1.2.2.4. Chất thải do sản xuất nông nghiệp ...........................................................................29 1.2.2.5. Nguồn thải từ hoạt động khai thác khoáng sản ........................................................30 1.2.3.1. Tình hình xả nước thải ..............................................................................................30 1.2.3.2.Tình hình xử lý nước thải ...........................................................................................31 1.2.4. Tổng quan về các đề tài và dự án đã nghiên cứu đến chất lượng nước lưu vực sông Cầu .........................................................................................................................................35 1.2.5. Tổng quan về áp dụng mô hình Qual2k để quản lý chất lượng nước ở Việt Nam ......42 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH QUAL2K .......................... 46 2.1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết mô hình Qual2k ...................................................................... 46 2.1.1. Giới thiệu chung về Qual2k .........................................................................................46 2.1.2. Cơ sở khoa học của mô hình Qual2k ...........................................................................47 2.1.2.1. Nguyên tắc phân đoạn sông ......................................................................................47 2.1.2.2. Cân bằng lưu lượng ...................................................................................................48 2.1.2.3. Các đặc trưng thủy lực..............................................................................................49 2.1.2.4. Cấu tạo mô hình ........................................................................................................57 2.2. Quy trình mô phỏng diễn biến chất lƣợng nƣớc ............................................................... 65 CHƢƠNG 3. ÁP DỤNG MÔ HÌNH QUAL2K ĐỂ DỰ BÁO DIỄN BIẾN CHẤT LƢỢNG NƢỚC SÔNG CẦU VÀ BIỆN PHÁP QUẢN LÝ TẠI CÁC ĐOẠN SÔNG .... 68 3.1. Hiện trạng số liệu ................................................................................................................... 68 3.1.1. Số liệu khí tượng, thủy văn ..........................................................................................68 3.1.2. Số liệu quan trắc chất lượng nước sông và nguồn thải ...............................................69 3.2. Áp dụng mô hình Qual2k để đánh giá diễn biến chất lƣợng nƣớc sông Cầu ................ 70 3.2.1. Sơ đồ tính toán .............................................................................................................70 3.2.2. Hiệu chỉnh mô hình ......................................................................................................71 3.2.3. Kiểm nghiệm mô hình .................................................................................................74 5
3.2.4. Áp dụng mô hình Qual2k để dự báo diễn biến chất lượng nước sông Cầu và đánh giá khả năng chịu tải của sông. ..............................................................................................77 3.2.5. Đánh giá khả năng chịu tải của từng đoạn sông ..........................................................84 3.2.5.1. Phân đoạn sông.........................................................................................................84 3.3. Đề xuất các biện pháp quản lý tại các đoạn sông để khôi phuc chất lƣợng nƣớc sông Cầu. ................................................................................................................................................. 96 KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 101 6
MỤC LỤC BẢNG BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. 10 Bảng 1.1. Lượng mưa trung bình năm (mm) của các trạm thuộc LVS Cầu ............................ 16 Bảng 1.2. Thống kê các đặc điểm thủy văn sông .................................................................... 19 Bảng 1.3. Các trạm khí tượng trên lưu vực sông Cầu .................................................. 20 Bảng 1.4. Trạm đo mực nước và lưu lượng trên các sông trong lưu vực Sông Cầu ............... 21 Bảng 1.5. Dân số các tỉnh thuộc lưu vực sông Cầu ................................................................. 22 Bảng 1.6. Đô thị hóa trong các tỉnh thuộc lưu vực sông Cầu .................................................. 22 Bảng 1.7. Hoạt động công nghiệp các tỉnh thuộc lưu vực sông Cầu ....................................... 23 Bảng 1.8. Hoạt động nông nghiệp các tỉnh thuộc lưu vực sông Cầu ...................................... 23 Bảng 1.9. Các trạm quan trắc nước sông trên sông Cầu .......................................................... 25 Bảng 1.10. Tổng lượng nước thải sinh hoạt các tỉnh LVS Cầu (nghìn m³/ngày) .................... 32 Bảng 2.1. Giá trị hệ số mũ của dòng chảy cong để xác định độ sâu và vận tốc (Barnwell, 1989) .. 52 Bảng 2.2. Hệ số nhám Manning với các bề mặt kênh khác nhau (Chow et al, 1988) ............. 54 Bảng 2.3. Các biến trong mô hình Qual2K.............................................................................. 57 Bảng 3.1. Số liệu của các trạm thủy văn được dùng trong mô hình ........................................ 69 Bảng 3.2. Bảng các nguồn thải chính trên từng đoạn sông...................................................... 86 Bảng 3.3. Giá trị nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt khi đã qua xử lý bằng bể tự hoại thông thường. .......................................................................................................... 89 Bảng 3.4. Giá trị nồng độ một số chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi ............................. 90 Bảng 3.5. Bảng lượng nước thải do hoạt động chăn nuôi........................................................ 91 Bảng 3.6. Kết quả tính toán tải lượng ...................................................................................... 92 7
MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ vị trí lưu vực sông Cầu .................................................................................. 13 Hình 1.2. Vị trí các trạm thủy văn trên lưu vực sông Cầu ....................................................... 20 Hình 1.3. Diễn biến BOD5 trên sông Cầu đo được tại các trạm ............................................. 26 Hình 1.4. Diễn biến TSS trên sông Cầu đo được tại các trạm ................................................. 26 Hình 1.5. Diễn biến amoni (NH4+) trên sông Cầu ................................................................... 27 Nguồn: [4] ................................................................................................................................ 36 Hình 1.6. Mô phỏng chất lượng nước sông Cầu đoạn tỉnh Bắc Cạn và Thái Nguyên với kịch bản phát triển kinh tế xã hội mức cơ bản. ........................................................................ 36 Hình 1.7. Mô phỏng chất lượng nước sông Cầu đoạn tỉnh Bắc Cạn và Thái Nguyên với kịch bản phát triển kinh tế xã hội mức thấp, cơ bản, và cao năm 2020 ................................... 37 Hình 1.8. Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp khi không có biện pháp xử lý đạt QCMT ................................................................................................. 40 Hình 1.9. Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp khi có biện pháp xử lý đạt QCMT .............................................................................................................. 41 Hình 1.10. Kết quả mô phỏng chất lượng nước sông Cầu Bây .............................................. 43 Hình 1.11. Kết quả mô hình chất lượng nước sông Sài Gòn ................................................... 44 Hình 2.1. Cách phân đoạn của Qual2K cho sông đơn ............................................................. 47 Hình 2.2. Cách phân đoạn của Qual2K cho đoạn sông nhiều yếu tố ....................................... 48 Hình 2.3.Chia đoạn sông thành các đoạn sông yếu tố. ............................................................ 48 Hình 2.4. Cân bằng dòng chảy................................................................................................. 49 Hình 2.5. Đập tràn đỉnh nhọn giữa hai đoạn sông ................................................................... 50 Hình 2.6. Mặt cắt hình thang cân ............................................................................................. 52 Hình 2.7. Cân bằng nhiệt của một phần tử .............................................................................. 56 Hình 2.8. Cân bằng khối lượng ................................................................................................ 56 Hình 2.9. Các quá trình động học và chuyển tải của các biến trong mô hình ........................ 58 Hình 2.10. Tương tác giữa các thành phần chất lượng nước ................................................... 60 Hình 2.11. Quy trình mô phỏng chất lượng nước sông Cầu bằng mô hình Qual2K ............... 67 Hình 3.1. Sơ đồ vị trí các nguồn thải và vị trí các trạm quan trắc chất lượng nước ................ 70 Hình 3.2. Thời gian chảy truyền ngày 15.7.2012 .................................................................... 71 Hình 3.3. Đường quá trình lưu lượng trên sông Cầu 15.7.2012 .............................................. 71 Hình 3.4. Mực nước tại mặt cắt 15.7.2012 .............................................................................. 72 Hình 3.5. Kết quả mô phỏng hàm lượng BOD5 trên sông Cầu 15.7.2012 .............................. 72 Hình 3.6. Kết quả mô phỏng hàm lượng NH4+ trên sông Cầu 15.7.2012 ............................. 73 Hình 3.7. Kết quả mô phỏng hàm lượng NO3- trên sông 15.7.2012 ....................................... 73 8
Hình 3.8. Thời gian chảy truyền ngày 15.9.2012 .................................................................... 74 Hình 3.9.Đường quá trình lưu lượng trên sông Cầu 15.9.2012 ............................................... 75 Hình 3.10. Mực nước tại các mặt cắt 15.9.2012 ...................................................................... 75 Hình 3.11. Kết quả mô phỏng hàm lượng BOD5 trên sông Cầu 15.9.2012 ............................ 75 Hình 3.12. Kết quả mô phỏng hàm lượng NH4 trên sông Cầu 15.9.2012 .............................. 76 Hình 3.13. Kết quả mô phỏng hàm lượng NO3- trên sông 15.7.2012 .................................... 76 Hình 3.14. Kết quả mô phỏng nồng đô BOD5 dự kiến năm 2020 kịch bản 1 ......................... 78 Hình 3.16. Kết quả mô phỏng nồng độ NH4- dự kiến năm 2020 kịch bản 1 ........................... 79 Hình 3.17. Kết quả mô phỏng nồng độNO3- dự kiến năm 2020 kịch bản 1 ............................ 79 Hình 3.18. Bản đồ phân vùng nồng độ BOD5 lưu vực sông Cầu............................................ 81 Hình 3.19. Bản đồ phân vùng nồng độ TSS lưu vực sông Cầu ............................................... 82 Hình 3.20. Bản đồ phân vùng nồng độ NH4 lưu vực sông Cầu .............................................. 83 Hình 3.21. Kết quả mô phỏng nồng độ BOD5 dự kiến năm 2020 kịch bản 2 ......................... 83 Hình 3.22. Kết quả mô phỏng nồng độ TSS dự kiến năm 2020 kịch bản 2 ............................ 84 Hình 3.23. Kết quả mô phỏng nồng độ NH4+dự kiến năm 2020 kịch bản 2............................ 84 9
BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Bộ TN&MT Bộ Tài nguyên và Môi trường Sở TN&MT Sở Tài nguyên và Môi trường UBND Ủy ban nhân dân LVS Lưu vực sông BVMT Bảo vệ môi trường KCN Khu công nghiệp CCN Cụm công nghiệp TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCCP Tiêu chuẩn cho phép HSPSCT Hệ số phát sinh chất thải CLN Chất lượng nước 10
MỞ ĐẦU Hiện nay, cùng với việc phát triển kinh tế cũng kéo theo các vấn đề liên quan đến ô nhiễm môi trường. Các thành phần như: môi trường đất, môi trường nước, môi trường không khí…đều đang trong tình trạng bị suy thoái, do có các tác động của con người. Tốc độ suy thoái tỷ lệ thuận với tốc độ phát triển các hoạt động kinh tế trong lưu vực. Sự suy thoái của môi trường nói chung cũng kéo theo sự suy thoái của các hệ sinh thái trong lưu vực, đặc biệt là nguồn nước của các lưu vực sông. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm: nguồn thải công nghiệp, nguồn thải sinh hoạt, việc sử dụng các hoá chất…Vấn đề đặt ra hiện nay để khôi phục và cải tạo môi trường nói chung và nguồn nước nói riêng đòi hỏi con người có các biện pháp tác động một cách hợp lý và toàn diện nhất, trong đó các phương án quy hoạch bảo vệ và phát triển nguồn nước cũng là một trong các tác động quan trọng. Lưu vực sông Cầu là một trong lưu vực sông lớn ở nước ta, có vị trí địa lý đặc biệt, phong phú về tài nguyên cũng như về lịch sử phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh nằm trên lưu vực. Trên lưu vực sông Cầu đang diễn ra nhiều hoạt động kinh tế – xã hội có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến môi trường nước với qui mô và điều kiện phân bố khác nhau như: công nghiệp,đô thị, nông nghiệp, sản xuất làng nghề, sinh hoạt và y tế, v.v. Do vậy việc đánh giá và dự báo chất lượng nước cho các con sông thuộc LVS Cầu là hết sức cần thiết. Mô hình QUAL2K là mô hình chất lượng nước sông tổng hợp và toàn diện được phát triển do sự hợp tác giữa trường Đại học Tufts University và Trung tâm mô hình chất lượng nước của Cục môi trường Mỹ. QUAL2K mô phỏng được 15 thông số chất lượng nước và được ứng dụng khá phổ biến trong công tác mô phỏng, dự báo xu thế diễn biến chất lượng nước theo các kịch bản phát triển khác nhau. Bên cạnh đó, QUAL2K có thể dùng để dự báo tác động của nguồn thải đối với dòng sông, xác định được khả năng tự làm sạch và tính toán được tải lượng ô nhiễm tối đa được đưa vào thủy vực nhằm phục vụ cho công tác quản lý và kiểm soát chất lượng môi trường nước, đặc biệt trong điều 11
kiện có quá ít dữ liệu về chất lượng nước như hiện nay. Do vậy để đánh giá và dự báo chất lượng nước LVS thì mô hình QUAL2K có thể là công cụ hỗ trợ tốt cho công tác này. Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi quyết định tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu áp dụng mô hình Qual2k để dự báo diễn biến chất lượng nước trên lưu vực sông Cầu” Với mục tiêu nghiên cứu nhằm: - Đánh giá hiện trạng chất lượng nước sông Cầu đoạn từ Thác Bưởi đến Phả Lại. - Đánh giá tính chính xác của mô hình Qual2K trong mô phỏng chất lượng nước đoạn sông nghiên cứu. - Áp dụng mô hình QUAL2K để dự báo chất lượng nước, phân vùng chất lượng nước - Uớc tính thải lượng chịu tải của sông Cầu làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý nâng cao chất lượng nước sông. 12
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LƢU VỰC SÔNG CẦU 1.1. Tổng quan về lƣu vực sông Cầu 1.1.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên 1.1.1.1. Vị trí địa lý Nguồn: [3] Hình 1.1. Sơ đồ vị trí lưu vực sông Cầu Lưu vực sông Cầu có vị trí địa lý kinh tế quan trọng, phạm vi nghiên cứu bao gồm 7 tỉnh phía Bắc nước ta: Bắc Kạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh, Hải Dương và Thủ Đô Hà Nội. Khu vực nghiên cứu thuộc lưu vực tiếp giáp với các tỉnh khác thuộc vùng Bắc Bộ theo những hướng sau: - Phía Bắc giáp tỉnh Cao Bằng; - Phía Đông Bắc và phía Đông giáp tỉnh Lạng Sơn; 13
- Phía Đông Nam tiếp giáp với tỉnh Quảng Ninh và Thành phố Hải Phòng; - Phía Tây và Tây Bắc giáp tỉnh Tuyên Quang; - Phía Tây Nam giáp các tỉnh Phú Thọ, Hà Nội và Hưng Yên; - Phía Nam giáp tỉnh Thái Bình. 1.1.1.2. Đặc điểm địa hình Địa hình lưu vực sông Cầu bao gồm ba dạng chính: Dạng địa hình núi cao; địa hình đồng bằng và địa hình trung du, chuyển tiếp giữa núi và đồng bằng Bắc Bộ: - Vùng địa hình núi cao phía Bắc và Đông, nằm giữa cánh cung sông Gâm và sông Ngân Sơn. - Địa hình trung du chuyển tiếp thuộc tỉnh Bắc Giang, Bắc Ninh; khu vực Vĩnh Yên, Tam Đảo. - Vùng Đồng bằng, thung lũng chạy dọc theo các thềm sông suối của các tỉnh Bắc Kạn, Vĩnh Yên, Bắc Giang, Bắc Ninh. Yếu tố địa hình có ảnh hưởng rất lớn đến nền nhiệt độ, chế độ mưa, khả năng tiêu thoát và cấp nước cũng như nền kinh tế và môi trường sinh thái của các tỉnh thuộc lưu vực sông. 1.1.1.3. Đặc điểm khí hậu Nằm ở phía Bắc nước ta, với khí hậu nhiệt đới gió mùa, vùng lưu vực sông Cầu chịu ảnh hưởng chủ yếu của cơ chế hoàn lưu gió mùa châu Á. Mùa Đông lạnh và khô hanh, ít mưa trong thời kỳ đầu, lạnh và ẩm hơn trong thời kỳ cuối đông do ảnh hưởng địa hình của dãy Ngân Sơn ở phía Đông. Mùa hạ nắng, nóng và mưa nhiều, nền nhiệt độ phân hóa theo độ cao địa hình. * Chế độ nắng: Tổng số giờ nắng trong năm dao động trong khoảng: 15001750h/năm. Số giờ nắng có quan hệ chặt chẽ với bức xạ mặt trời. - Các tháng mùa đông: Tháng I, II và tháng III có tổng số giờ nắng thấp, trung bình đạt 80h/tháng, thấp nhất tháng II (4050)h/tháng. Các tháng mùa hạ, nắng nhiều: tháng VX, số giờ nắng đạt 150250h/tháng. Cao nhất là tháng XIII (250300h/tháng. 14
* Chế độ nhiệt: Chế độ nhiệt thuộc lưu vực phân hóa mạnh theo độ cao địa hình: vùng núi có nhiệt độ ôn hòa, mát mẻ về mùa hạ và lạnh hơn vùng trung du và đồng bằng về mùa đông. Tuy nhiên một số năm gần đây khí hậu vùng LVS Cầu cũng có những đột biến do ảnh hưởng khí hậu toàn cầu (xuất hiện các giá trị cực tiểu và cực đại bất thường hơn của các yếu tố nhiệt độ, cường độ mưa trận, dông, lốc xoáy, vòi rồng…). - Vùng có độ cao 500m nhiệt độ trung bình đạt: 200C. - Vùng có độ cao ≥1000m nhiệt độ trung bình đạt: 18190C * Chế độ gió: - Mùa Đông: hướng gió thịnh là gió Bắc và Đông Bắc tuy nhiên do chịu ảnh hưởng của địa hình nên một số nơi thuộc lưu vực có hướng gió Đông như tiểu vùng Vĩnh Yên, Định Hóa. - Mùa hạ: Các hướng gió chính là Nam, Đông Nam và Tây Nam tùy thuộc địa hình của tiểu vùng. - Tốc độ gió bình quân đạt 22,5m/s. Khu vực núi cao tốc độ gió đạt 4 5m/s. Tốc độ gió lớn nhất xuất hiện trong các dạng lốc xoáy hoặc bão có thể đạt từ 35 40m/s. * Chế độ mưa, ẩm và lượng bốc hơi: Tổng quan trên toàn lưu vực có lượng mưa trung bình khá lớn nhưng có sư phân hóa mạnh do ảnh hưởng của địa hình chia cắt và hương núi thay đổi. Những tâm mưa lớn như Tam Đảo, Thái Nguyên lượng mưa đạt từ 20003000mm. Trong năm, khí hậu chia hai mùa. Mùa khô và mùa mưa. - Mùa mưa bắt đầu từ tháng V và kết thúc vào tháng X, lượng mưa chiếm tỷ lệ 8085%, đạt 250400mm/tháng. + Số ngày mưa với lượng mưa lớn hơn 50mm vào khoảng 515 ngày; + Số ngày mưa trên 100mm đạt 35 ngày. 15
- Mùa khô bắt đầu vào tháng XI và kết thúc vào tháng IV năm sau, lượng mưa chỉ đạt ngưỡng 2030mm/tháng. - Độ ẩm trung bình trên LVS dao động trong khoảng 80-87%. Khu vực có độ ẩm cao nhất LVS là vùng núi cao của tỉnh Bắc Kạn (Chợ Đồn, Định Hóa). - Lượng bốc hơi trung bình đạt : 7001000mm/năm. Các vùng có độ cao thấp và vùng chuyển tiếp giữa miền núi và đồng bằng thường có độ bốc hơi cao (Bắc Giang, Bắc Ninh), đạt chỉ số 1000mm/ năm. Bảng 1.1. Lượng mưa trung bình năm (mm) của các trạm thuộc LVS Cầu Lượng mưa trung bình TT Trạm đo năm (mm) 1 Bắc Kạn (tỉnh Bắc Kạn) 1508,1 2 Định Hóa (tỉnh Thái Nguyên) 1718,9 3 Đại Từ (tỉnh Thái Nguyên) 1906,2 4 TP Thái Nguyên 2047 5 Hiệp Hòa (tỉnh Bắc Giang) 1400,7 6 Tam Đảo (tỉnh Vĩnh Phúc) 2630,9 7 Bắc Ninh 1477 8 Hải Dương 1598 9 Hà Nội 1700 Nguồn [3] 1.1.1.4. Mạng lưới sông ngòi Lưu vực sông Cầu là lưu vực quan trọng nhất trong hệ thống sông Thái Bình, có diện tích lưu vực 6.030 km2. Trong lưu vực sông Cầu có tới 26 phụ lưu cấp I với tổng chiều dài 671km và 41 phụ lưu cấp II với tổng chiều dài 643km, đó là chưa kể hàng trăm km sông cấp III, IV và các sông suối ngắn dưới 10km. Chiều dài lưu vực trên 288 km, độ cao bình quân lưu vực 150m, độ dốc bình quân 16,1%, chiều rộng trung bình: 30,7km, mật độ lưới sông 0,95 km/km 2 và hệ số uốn khúc 2,02. Mạng lưới sông ngòi trong lưu vực sông Cầu khá phát triển, mật độ sông đạt 0,7-1,2 km/km2, hệ số tập trung nước toàn lưu vực đạt 2,1 ở mức cao so với khu vực miền Bắc. Các nhánh sông chính phân bố tương đối đều dọc theo dòng chính sông Cầu, tuy nhiên một số nhánh lớn như: Cà Lồ, Chợ Chu, Đu, sông Công đều nằm ở phía hữu ngạn lưu vực. Năm nhánh sông lớn nhất của lưu vực sông Cầu là: Chợ Chu, Nghinh Tường, sông Đu, sông Công và sông Cà Lồ. 16
Trong địa phận tỉnh Bắc Kạn: sông Cầu chảy qua địa phận các huyện Chợ Đồn, Bạch Thông, thị xã Bắc Kạn, qua huyện Chợ Mới và điểm cuối của sông Cầu ở Bắc Kạn là xã Quảng Chu, đoạn sông Cầu chảy qua Bắc Kạn có độ dài khoảng 103 km chảy qua 30 xã phường, với diện tích lưu vực 1189,67 km2. Trong địa phận tỉnh Thái Nguyên: sông Cầu bắt đầu từ xã Văn Lăng (Đồng Hỷ) chảy qua địa phận các huyện Đồng Hỷ, Phú Lương, thành phố Thái Nguyên và huyện Phú Bình với tổng số chiều dài trên 100 km và điểm cuối của sông Cầu qua tỉnh Thái Nguyên là xã Lương Phú (huyện Phú Bình). Sông Cầu bắt đầu chảy vào tỉnh Bắc Ninh(phía bờ hữu) tại xã Tam Giang thuộc huyện Yên Phong. Từ Tam Giang sông Cầu chảy qua phía Bắc Thành Phố Bắc Ninh qua huyện Quế Võ rồi chảy vào sông Thái Bình tại Phả Lại. Chiều dài sông Cầu qua tỉnh Bắc Ninh là 69 km. Phía bên trái sông Cầu, thuộc địa phận tỉnh Bắc Giang, điểm đầu tiên của sông Cầu Bắc Giang là xã Đồng Tâm huyện Hiệp Hòa, sông Cầu đi qua các huyện: Hiệp Hòa, Việt Yên và Yên Dũng qua 25 xã ven sông Cầu, với chiều dài trên 100 km. Tại địa phận tỉnh Hải Dương, sông Cầu chảy vào sông Thái Bình ở Phả Lại thuộc huyện Chí Linh Lưu vực sông Cầu nằm trong vùng mưa lớn của Bắc Kạn và Thái Nguyên. Tổng lượng nước hàng năm đạt 4.200 km3. Sông Cầu được điều tiết bởi hồ Núi Cốc với dung tích hàng trăm triệu m3. Chế độ thuỷ văn của các sông trong lưu vực sông Cầu được chia thành 2 mùa: mùa lũ và mùa kiệt. Mùa lũ bắt đầu từ tháng VI đến tháng IX và chiếm 70- 80% tổng lượng dòng chảy năm. Mùa kiệt từ tháng X đến tháng V năm sau, chỉ chiếm 20-30% tổng lượng dòng chảy năm. Lưu lượng dòng chảy trung bình các tháng trong năm chênh lệch nhau tới 10 lần, mực nước cao và thấp nhất chênh nhau khá lớn, có thể tới 5-6m. Mạng lưới sông ngòi trong lưu vực sông Cầu khá phát triển, mật độ sông đạt 0,7-1,2 km/km2, hệ số tập trung nước toàn lưu vực đạt 2,1 ở mức cao so với khu vực miền Bắc. Các nhánh sông chính phân bố tương đối đều dọc theo dòng 17
chính sông Cầu, tuy nhiên một số nhánh lớn như: Cà Lồ, Chợ Chu, Đu, sông Công đều nằm ở phía hữu ngạn lưu vực. Sông ngòi trong lưu vực phát triển dầy đặc cấu tạo thành một hệ thống sông mới phức tạp lệch về phía hữu. Toàn lưu vực có 68 sông, suối có độ dài 19 km trở lên, tổng chiều dài các suối này là 160 km, trong đó có 13 suối có độ dài lớn hơn 15 km và 20 sông, suối có diện tích lưu vực lớn hơn 100 km2. Năm nhánh sông lớn nhất của lưu vực sông Cầu là: Chợ Chu (437 km2), Nghinh Tường (465 km2), sông Đu (361 km2), sông Công (950 km2) và sông Cà Lồ (891 km2). Sông Cầu có hai chi lưu tương đối lớn và đều nằm bên bờ hữu đó là sông Công và sông Cà Lồ, hai sông này đều bắt nguồn từ những dãy núi cao trên 1000 m thuộc dãy núi Tam Đảo ở phía tây lưu vực, nhưng khi thoát khỏi vùng núi cao nó chảy quanh co trong những vùng đồng bằng rộng lớn và thấp đó là Đại Từ và Phúc Yên. Sông Chu: Bắt nguồn từ Bảo Linh, huyện Định Hóa, chảy qua thị trấn Chợ Chu vào sông Cầu tại Chợ Mới. Sông Chu có diện tích lưu vực là 437 km2, từ nguồn đến cửa sông dài 36,5 km, mật độ lưới sông 1,31 km/km2, độ cao bình quân lưu vực 206 m, độ dốc 16,2‰. Sông Nghinh Tường: Bắt nguồn từ độ cao 550 m tại xã Vân Cư huyện Phú Bình (tỉnh Thái Nguyên) đỏ vào bờ trái sông Cầu tại Lang Hinh, độ dài 46 km, độ cao trung bình lưu vực 290 m, độ dốc 12,9‰, mật độ lưới sông 1,05 km/km2, diện tích lưu vực 465 km2. Sông Đu: Bắt nguồn từ độ cao 275 m ở xã Yên Thạch huyện Phú Lương (tỉnh Thái Nguyên), chảy vào sông Cầu tại Sơn Cẩm, dài 44,5 km, độ cao trung bình lưu vực 129 m, độ dốc 13,3‰, mật độ lưới sông 0,94 km/km2, diện tích lưu vực 361 km2. Sông Công: Bắt nguồn từ độ cao 275 m ở xã Thanh Tịnh, huyện Định Hóa (tỉnh Thái Nguyên), chảy vào sông Cầu phía bờ phải tại Hải Linh, xã Hợp Thịnh, huyện Hiệp Hòa tỉnh Bắc Giang, dài 96 km, độ cao trung bình lưu vực 224 m, độ dốc 27,3‰, mật độ lưới sông 1,2 km/km2, diện tích lưu vực 957 km2. 18
Năm 1972, hồ núi Cốc với dung tích 175x106 m3 được xây dựng. Nước hồ dùng để tưới cho vùng hạ lưu sông Cầu, bổ sung nguồn nước cho sông Cầu, cấp nước sinh hoạt cho thành phố Thái Nguyên, thị xã sông Công. Sông Cà Lồ: Bắt nguồn từ sườn Tây Bắc của dãy núi Tam Đảo chảy qua đồng bằng Vĩnh Phúc rồi chảy vào sông Cầu ở phía phải tại Phú Lương dài 89 km, độ cao trung bình lưu vực 87 m, độ dốc 4,7‰, mật độ lưới sông 0,73 km/km2, diện tích lưu vực 891 km2. Trong lưu vực có hồ Đại Lải dung tích 30,5 x106 m3, hồ Xạ Hương dung tích 14,4x106 m3. Nước của hai hồ này dùng tưới cho 4700 ha ruộng ở Vĩnh Phúc, tổng lượng dòng chảy sông Cà Lồ chiếm 19 % tổng lượng dòng chảy của sông Cầu. Bảng 1.2. Thống kê các đặc điểm thủy văn sông Đặc điểm thủy S. Chợ S. Nghinh S. Cầu S.Công S.Cà Lồ S. Du văn Chu Tường Chiều dài (km) 288 96 89 36 46 44 Độ rộng trung 31 13 13,6 31 39,4 10 bình LVS (km) Diện tích lưu 6030 951 881 437 465 360 vực (km2) Mật độ lưới 0,95 1,2 0,75 1,19 1,05 0,94 sông km/km2 Độ dốc LVS 16,2 13,3 16 o/oo 27,3 o/oo 4,7 o/oo 12,9 o/oo (o/oo) o/oo o/oo Hệ số tập trung 2,1 2,2 1,7 2,1 1,5 1,7 nước Nguồn [1] 1.1.1.5. Mạng lưới trạm Số liệu khí tượng thủy văn được thu thập phục vụ cho công tác tính toán chủ yếu bao gồm: số liệu mưa, số liệu dòng chảy, số liệu bùn cát, và số liệu chất lượng nước trên lưu vực sông Cầu với các thời kì quan trắc tại các trạm như trong bảng Các số liệu khí tượng thủy văn đã được chỉnh biên, lưu trữ thống nhất theo quy trình, quy phạm đã được ban hành bởi Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia/Bộ Tài nguyên và Môi trường nên chất lượng số liệu đảm bảo độ tin cậy. 19
Bảng 1.3. Các trạm khí tượng trên lưu vực sông Cầu Thông số TT Tên trạm khí Thời gian quan tượng Nhiệt độ Lượng Độ ẩm Bốc hơi trắc mưa tương đối 1 Định Hóa x x x x 1961 - nay 2 Bắc Kạn x x x x 1956 - nay 3 Thái Nguyên x x x x 1958 - nay 4 Kỳ Phú x x x x 1960 - nay 5 Vĩnh Yên x x x x 1960 - nay 6 Hiệp Hòa x x x x 1970 - nay 7 Bắc Ninh x x x x 1960 - nay 8 Võ Nhai x x x x 1961-1981 Nguồn [4] Nguồn [2] Hình 1.2. Vị trí các trạm thủy văn trên lưu vực sông Cầu 20