Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nước ngọt là nguồn tài nguyên giữ vai trò quyết định đối với các hoạt động sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp và công nghiệp. Tuy nhiên, sự phân bố tài nguyên nước tại Việt Nam nói chung và khu vực Đông Nam Bộ nói riêng có sự chênh lệch lớn theo không gian và thời gian. Vào mùa khô, nhu cầu dùng nước cho sản xuất và dân sinh tăng cao nhưng lượng dòng chảy tự nhiên trên sông suối lại suy giảm nghiêm trọng. Ngược lại, vào mùa mưa, lượng dòng chảy dồi dào chiếm phần lớn tổng lượng dòng chảy năm nhưng nhu cầu sử dụng lại không cao, dễ gây ra ngập úng và lãng phí nguồn nước. Để giải quyết mâu thuẫn này, các công trình hồ chứa điều tiết nước được xây dựng, trong đó có hồ Sông Ray. Việc tính toán chính xác lượng dòng chảy đến hồ và nhu cầu dùng nước để lập bài toán cân bằng nước là cơ sở kỹ thuật bắt buộc nhằm phục vụ công tác quy hoạch, khai thác hợp lý nguồn nước và xây dựng quy trình vận hành hồ chứa an toàn, hiệu quả.

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của đồ án là tính toán cân bằng nước trên lưu vực hồ chứa Sông Ray trên cơ sở mô phỏng dòng chảy đến từ mưa và so sánh với nhu cầu nước phục vụ dân sinh, kinh tế hạ lưu hồ.

Các mục tiêu cụ thể được xác định gồm:

  1. Áp dụng mô hình MIKE NAM để mô phỏng dòng chảy đến từ mưa cho lưu vực hồ Sông Ray.
  2. Áp dụng mô hình MIKE BASIN để tính toán cân bằng nước cho lưu vực hồ Sông Ray.

Các nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm:

  1. Phân tích tổng quan các điều kiện địa lý tự nhiên, khí tượng, thủy văn và kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu.
  2. Tính toán dòng chảy đến hồ chứa Sông Ray bằng mô hình thủy văn MIKE NAM.
  3. Tính toán nhu cầu nước phục vụ nông nghiệp và sinh hoạt khu vực hạ lưu hồ Sông Ray.
  4. Thiết lập sơ đồ và tính toán cân bằng nước lưu vực hồ Sông Ray bằng mô hình MIKE BASIN.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nguồn nước mặt hình thành từ mưa, nhu cầu dùng nước sinh hoạt, nông nghiệp và mối quan hệ cân bằng nước hồ chứa Sông Ray cùng hệ thống chuyển nước sang hồ Đá Đen.
  • Phạm vi không gian: Lưu vực hồ Sông Ray với diện tích tự nhiên $770\text{ km}^2$. Công trình đầu mối và lòng hồ nằm trên địa bàn các xã Sơn Bình, Xuân Sơn (huyện Châu Đức), Hòa Bình, Hòa Hưng, Bàu Lâm (huyện Xuyên Mộc) thuộc tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, cùng hai xã Sông Ray và Lâm San (huyện Cẩm Mỹ, tỉnh Đồng Nai). Tọa độ địa lý: $10^\circ 35'$ vĩ độ Bắc và $107^\circ 24'$ kinh độ Đông. Tuyến đập chính có dung tích toàn bộ đạt $215{,}36 \times 10^6\text{ m}^3$.
  • Phạm vi thời gian: Chuỗi số liệu khí tượng quan trắc giai đoạn 1978 – 2007; tài liệu thủy văn thực đo trạm Lá Buông giai đoạn 1978 – 1993; số liệu đánh giá nhu cầu nước và kiểm định cân bằng nước thực tế các năm 2015 và 2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án tiếp cận bài toán dựa trên lý thuyết hệ thống nguồn nước, được định nghĩa là một hệ thống phức tạp bao gồm tài nguyên nước, các công trình khai thác nguồn nước, các yêu cầu dùng nước cùng các mối quan hệ tương tác qua lại và chịu ảnh hưởng trực tiếp từ môi trường tự nhiên, xã hội. Cân bằng nước hệ thống là việc xác lập mối quan hệ định lượng giữa lượng nước đến (mưa, dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm, nước hồi quy) và lượng nước đi (bốc thoát hơi, ngấm sâu, lượng nước cấp cho các hộ tiêu thụ và lượng dòng chảy xả ra khỏi lưu vực).

Tác giả đã tổng quan các mô hình mưa – dòng chảy tiêu biểu:

  • Mô hình đường đơn vị (Sherman, Snyder, Clark, SCS): Dựa trên giả thiết tuyến tính hóa mối quan hệ giữa mưa hiệu quả và dòng chảy trực tiếp qua tích phân Duhamel.
  • Mô hình TANK (M. Sugawara): Mô tả dòng chảy mặt và dòng thấm thông qua hệ thống các bể chứa xếp theo chiều thẳng đứng và nằm ngang.
  • Mô hình SSARR (Rockwood): Thiết lập trên phương trình liên tục và phương trình lượng trữ cho mạng lưới sông hồ phức tạp.
  • Mô hình NAM (Viện Thủy lực Đan Mạch - DHI): Mô hình khái niệm mô phỏng liên tục dòng chảy lưu vực dựa trên tương tác ẩm của các bể chứa.

Về các mô hình cân bằng nước, đồ án điểm qua hệ thống mô hình GIBSI (Canada), chương trình WUP (Ủy hội sông Mê Kông tích hợp SWAT, IQQM, ISIS), mô hình BASINS (Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ - EPA), mô hình WEAP và bộ mô hình MIKE.

Trên cơ sở đánh giá tính phù hợp về số liệu và tính liên kết công cụ, tác giả lựa chọn bộ công cụ của DHI gồm:

  • Mô hình MIKE NAM: Mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy từ mưa. NAM chia cấu trúc thẳng đứng thành các bể chứa: bể chứa mặt (đặc trưng bởi dung tích trữ tối đa $U_{\max}$), bể chứa tầng rễ cây (dung tích ẩm tối đa $L_{\max}$), bể chứa nước ngầm tầng trên và tầng dưới. Các thông số trao đổi nước gồm: hệ số dòng chảy mặt ($CQOF$), ngưỡng dòng chảy mặt ($TOF$), ngưỡng dòng sát mặt ($TIF$), ngưỡng bổ sung nước ngầm ($TG$), hằng số thời gian dòng sát mặt ($CKIF$), hằng số thời gian diễn toán dòng chảy mặt và sát mặt ($CK_{12}$), cùng hằng số thời gian dòng ngầm ($CKBF$).
  • Mô hình MIKE BASIN: Sử dụng cấu trúc mạng lưới nút (node) và nhánh (reach) tích hợp trên nền tảng hệ thống thông tin địa lý (ArcView GIS) để mô phỏng diễn biến dòng chảy, điều tiết hồ chứa, phân phối nước đến các nút nhu cầu và vận hành công trình chuyển nước liên lưu vực.
  • Mô hình CROPWAT: Được sử dụng để tính toán nhu cầu nước tưới sinh thái cho các loại cây trồng dựa trên dữ liệu khí tượng và hệ số cây trồng.

Phương pháp nghiên cứu thực tế gồm:

  • Phương pháp thu thập và thống kê số liệu khí tượng, thủy văn, kinh tế - xã hội.
  • Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu chuyên ngành.
  • Phương pháp đa giác Thiessen và phương pháp thử dần để xác định trọng số diện tích các trạm đo mưa.
  • Phương pháp tương tự thủy văn: Chuyển giao thông số mô hình mưa – dòng chảy từ lưu vực sông Lá Buông sang lưu vực hồ Sông Ray.
  • Phương pháp mô hình toán: Hiệu chỉnh, kiểm định thông số mô hình theo hệ số hiệu quả Nash-Sutcliffe ($NASH$) và sai số tổng lượng dòng chảy; mô phỏng cân bằng nước hệ thống nút - nhánh trong MIKE BASIN.

Nguồn dữ liệu sử dụng:

  • Dữ liệu khí tượng (1978 – 2007): Trạm Xuân Lộc, Vũng Tàu, Long Thành, Lá Buông (do Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam cung cấp).
  • Dữ liệu thủy văn thực đo (1978 – 1993): Trạm thủy văn Lá Buông (An Viễn).
  • Dữ liệu dân sinh, hiện trạng sản xuất nông nghiệp: Niên giám thống kê tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu năm 2014 và Báo cáo quy hoạch phát triển nông, lâm nghiệp tỉnh đến năm 2020.
  • Thông số kỹ thuật công trình hồ chứa Sông Ray do đơn vị quản lý cung cấp.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Điều kiện địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội lưu vực hồ sông Ray

Chương này trình bày chi tiết về vị trí, địa hình, mạng lưới thủy văn, khí hậu và đặc điểm kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu. Lưu vực hồ Sông Ray có địa hình miền núi thấp với cao trình từ 100 đến 300 m so với mực nước biển, thuộc đoạn cuối cao nguyên đất đỏ cực Nam Trung Bộ. Địa chất gồm hệ đất Feralit, đất đỏ bazan, đất phù sa mới và đất cát ven biển. Sông Ray bắt nguồn từ xã Hàng Gòn (thị xã Long Khánh, tỉnh Đồng Nai), chảy qua huyện Xuyên Mộc rồi đổ ra biển Đông tại cửa Bà Đáp với tổng chiều dài 101 km, diện tích lưu vực $1.250\text{ km}^2$.

Lưu vực sông Diện tích lưu vực ($km^2$) Chiều dài sông $L$ ($km$) Độ dốc sông $i$ ($\text{‰}$) Mật độ sông suối $D$ ($km/km^2$) Mưa trung bình $X_{tb}$ ($mm$) Lưu lượng trung bình $Q_{tb}$ ($m^3/s$) Mô đun dòng chảy $M_o$ ($l/s/km^2$)
Sông Ray 545,07 38,99 127 3,26 2014 14,41 26,43
Sông Lá Buông 473,86 52,73 109 2,07 1999 11,31 23,86
Toàn tỉnh Đồng Nai 5894,73 - - - 2188 191,44 32,48

Về khí tượng, khu vực mang đặc trưng khí hậu cận xích đạo gió mùa, nhiệt độ trung bình năm đạt $27{,}3^\circ\text{C}$, độ ẩm trung bình năm khoảng 79%, lượng bốc hơi ngày dao động từ 3,7 đến 5,6 mm/ngày, tốc độ gió trung bình đạt 3,1 m/s và số giờ nắng bình quân từ 6 đến 7 giờ/ngày. Mùa mưa kéo dài từ tháng V đến tháng X, chiếm phần lớn lượng mưa cả năm.

Trạm khí tượng Lượng mưa TB năm ($mm$) Lượng mưa tháng thấp nhất (Tháng I/II) ($mm$) Lượng mưa tháng cao nhất (Tháng VIII/IX) ($mm$)
Xuân Lộc 2067,0 7,2 (Tháng I) 346,4 (Tháng VIII)
Vũng Tàu 1888,4 6,9 (Tháng II) 303,8 (Tháng VII)
Long Thành 1477,4 1,5 (Tháng I) 250,3 (Tháng VI)
Lá Buông 1903,0 7,6 (Tháng I) 308,8 (Tháng IX)

Về thủy văn, số liệu thực đo tại trạm Lá Buông (An Viễn) giai đoạn 1978 – 1993 phản ánh sự phân hóa dòng chảy theo mùa sâu sắc: mùa lũ (tháng VI – XI) chiếm 80% tổng lượng dòng chảy năm, lưu lượng bình quân năm đạt $7{,}17\text{ m}^3/s$; mùa kiệt (tháng XII – V năm sau) chỉ chiếm 20%. Tháng kiệt nhất thường rơi vào tháng IV (chiếm 50% số lần quan trắc), với lưu lượng dòng chảy ngày nhỏ nhất ghi nhận từ $0{,}50\text{ m}^3/s$ đến $2{,}20\text{ m}^3/s$. Năm 2005 ghi nhận hiện tượng suy giảm lưu lượng kiệt bất thường (lưu lượng tháng III và IV chỉ còn bằng 14 - 25% giá trị kiệt của các năm trước), nguyên nhân được xác định là do khô hạn kéo dài kết hợp với việc gia tăng khai thác nước phục vụ tưới ở vùng thượng lưu.

Về dân sinh và kinh tế, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu năm 2014 có dân số đạt 1.059.537 người, mật độ 533 người/$km^2$. Sản xuất nông nghiệp tập trung vào trồng trọt (chiếm 55% giá trị nông nghiệp) với các loại cây trồng chính như lúa (23.153 ha năm 2014), ngô, rau đậu, cao su, hồ tiêu, cà phê và cây ăn quả, tạo ra nhu cầu tiêu thụ nước rất lớn.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và lựa chọn mô hình cân bằng nước

Nội dung chương tập trung làm rõ bản chất lý thuyết của hệ thống nguồn nước, khái niệm cân bằng nước và phân tích kỹ thuật các nhóm mô hình toán. Hệ thống mô hình được lựa chọn để giải quyết bài toán là sự kết hợp giữa mô đun mưa – dòng chảy MIKE NAM và mô hình cân bằng nước lưu vực MIKE BASIN của Viện Thủy lực Đan Mạch.

Tác giả trình bày cấu trúc toán học của mô hình MIKE NAM, mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy dựa trên quan hệ cân bằng ẩm trong 5 bể chứa:

  • Quá trình bốc thoát hơi nước thực tế $E_a$ phụ thuộc tuyến tính vào tỷ số ẩm $L/L_{\max}$ của bể chứa tầng dưới khi lượng ẩm tầng mặt $U < E_p$.
  • Dòng chảy tràn trên mặt đất hình thành khi $U > U_{\max}$ và tỷ số ẩm $L/L_{\max} > TOF$, tính theo công thức: $$QOF = CQOF \cdot \frac{L/L_{\max} - TOF}{1 - TOF} \cdot P_N$$ với $P_N$ là lượng mưa thừa sau khi điền đầy bể mặt.
  • Dòng chảy sát mặt $QIF$ phụ thuộc vào lượng trữ $U$, hằng số thời gian $CKIF$ và ngưỡng thấm $TIF$: $$QIF = \frac{1}{CKIF} \cdot \frac{L/L_{\max} - TIF}{1 - TIF} \cdot U$$
  • Diễn toán dòng chảy mặt và dòng sát mặt qua hai bể chứa tuyến tính mắc nối tiếp với hằng số thời gian $CK_{12}$.
  • Lượng nước bổ sung cho bể ngầm ($G$) được điều tiết bởi thông số ngưỡng $TG$ và thoát ra sông tạo dòng chảy cơ bản với hằng số thời gian $CKBF$.

Đối với mô hình MIKE BASIN, chương mô tả nguyên lý mô phỏng dòng chảy sông ngòi dạng sơ đồ mạng lưới, cơ chế vận hành hồ chứa đa mục tiêu dựa trên các đường đặc tính kỹ thuật và việc phân bổ nguồn nước cho các vùng sử dụng nước theo thứ tự ưu tiên.

Chương 3: Áp dụng mô hình MIKE NAM mô phỏng dòng chảy đến hồ chứa sông Ray

Chương này trình bày các bước thiết lập, hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy văn MIKE NAM và mô phỏng dòng chảy đến hồ Sông Ray:

  • Thiết lập dữ liệu: Do lưu vực sông Ray tại tuyến hồ không có trạm đo dòng chảy đầy đủ, tác giả sử dụng phương pháp tương tự thủy văn từ lưu vực trạm Lá Buông (An Viễn). Trọng số mưa của lưu vực Lá Buông được xác định bằng phương pháp thử dần, trong khi lưu vực hồ Sông Ray được tính theo phương pháp đa giác Thiessen cho các trạm đo mưa lân cận (Xuân Lộc, Lá Buông, Vũng Tàu, Long Thành).
  • Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình NAM tại trạm Lá Buông:
    • Giai đoạn hiệu chỉnh: Sử dụng chuỗi số liệu thực đo thời đoạn ngày từ năm 1978 đến năm 1982.
    • Giai đoạn kiểm định: Sử dụng chuỗi số liệu thực đo thời đoạn ngày từ năm 1985 đến năm 1988.
    • Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mô phỏng dựa trên chỉ số $NASH$ và sai số thể tích dòng chảy.

Sau khi hiệu chỉnh và kiểm định đạt yêu cầu kỹ thuật, bộ thông số tối ưu của mô hình NAM được xác định và chuyển giao để mô phỏng dòng chảy tự nhiên nhập lưu vào hồ chứa Sông Ray theo chuỗi thời gian nhiều năm.

Chương 4: Áp dụng mô hình MIKE BASIN tính toán cân bằng nước hồ sông Ray

Chương 4 thực hiện bài toán cân bằng nước tổng thể cho hệ thống hồ Sông Ray:

  • Tính toán nhu cầu nước hạ lưu năm 2015: Sử dụng mô hình CROPWAT để tính mức tưới cho từng đối tượng cây trồng (lúa các vụ, rau màu, cây công nghiệp, cây ăn quả). Kết hợp với nhu cầu nước sinh hoạt của các huyện thị hạ lưu (Châu Đức, Xuyên Mộc...) tính toán từ quy mô dân số và tiêu chuẩn cấp nước, tác giả xây dựng bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước theo từng tháng.
  • Thiết lập mạng lưới tính toán MIKE BASIN:
    • Nút nguồn: Hồ chứa Sông Ray với thông số dung tích toàn bộ $215{,}36 \times 10^6\text{ m}^3$, đường quan hệ mực nước – diện tích – dung tích hồ.
    • Nút nhu cầu dùng nước: Đại diện cho các đối tượng cấp nước nông nghiệp và sinh hoạt khu vực hạ lưu hồ Sông Ray.
    • Nút chuyển nước: Kênh dẫn chuyển nước từ hồ Sông Ray sang hồ Đá Đen nhằm hỗ trợ nguồn nước phục vụ kinh tế - xã hội tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.
  • Đánh giá mức độ phù hợp của mô hình: So sánh đường quá trình mực nước hồ tính toán từ MIKE BASIN với mực nước hồ thực đo trong các năm 2015 và 2016 (đánh giá cả năm và chi tiết tháng 1). Kết quả kiểm chứng cho thấy đường quá trình mực nước tính toán bám sát biến trình thực đo, khẳng định độ tin cậy của sơ đồ mô phỏng.
  • Kết quả cân bằng nước năm 2016: Xác định lưu lượng và tổng lượng dòng chảy đến các nút nhu cầu dùng nước hạ lưu, tổng lượng nước thiếu hụt trong các tháng kiệt và tổng lượng nước thực tế đã chuyển sang hồ Đá Đen.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả định lượng cụ thể:

  • Xác lập được đặc trưng khí tượng - thủy văn lưu vực: Lượng mưa trung bình năm toàn vùng dao động từ 1.477,4 mm đến 2.067,0 mm; lượng bốc hơi trung bình từ 3,7 đến 5,6 mm/ngày; dòng chảy bình quân năm tại trạm tương tự Lá Buông đạt $7{,}17\text{ m}^3/s$ (mô đun dòng chảy $23{,}86\text{ l}/s/km^2$), trong đó dòng chảy tháng nhỏ nhất là $1{,}7\text{ m}^3/s$ (tháng IV) và lớn nhất là $18{,}0\text{ m}^3/s$ (tháng IX).
  • Xây dựng thành công chuỗi dữ liệu dòng chảy đến hồ Sông Ray thông qua mô hình MIKE NAM, khắc phục tình trạng thiếu hụt tài liệu quan trắc dòng chảy trực tiếp tại tuyến công trình.
  • Tính toán chi tiết cơ cấu nhu cầu nước hạ lưu năm 2015 bằng công cụ CROPWAT và các tiêu chuẩn ngành, phản ánh tỷ trọng dùng nước cho nông nghiệp chiếm ưu thế so với cấp nước sinh hoạt.
  • Xây dựng mô hình cân bằng nước MIKE BASIN mô phỏng thành công chế độ vận hành hồ Sông Ray và kênh chuyển nước sang hồ Đá Đen, được kiểm chứng qua số liệu mực nước thực đo năm 2015 và 2016. Mô hình lượng hóa được khả năng cấp nước, lượng nước thiếu hụt và tổng lượng nước chuyển liên lưu vực trong năm 2016.

Đóng góp của đồ án:

  • Về mặt phương pháp: Đồ án chứng minh tính hiệu quả của quy trình kết hợp các mô hình chuyên ngành (CROPWAT tính nhu cầu tưới, MIKE NAM mô phỏng dòng chảy đến, và MIKE BASIN tính cân bằng nước) trong điều kiện lưu vực thiếu tài liệu thủy văn thực đo.
  • Về mặt thực tiễn: Cung cấp bộ công cụ tính toán và số liệu khoa học giúp các đơn vị quản lý khai thác công trình thủy lợi tại Bà Rịa – Vũng Tàu điều hành việc trữ nước, xả nước và cấp nước hợp lý cho hạ lưu cũng như tiếp nước kịp thời cho hồ Đá Đen trong mùa kiệt.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế:

  • Tuyến công trình đầu mối hồ Sông Ray không có trạm quan trắc thủy văn dòng chảy thực đo dài hạn, do đó việc mô phỏng dòng chảy phụ thuộc vào giả thiết tương tự thủy văn từ lưu vực sông Lá Buông.
  • Chuỗi số liệu kiểm định cân bằng nước hồ chứa và vận hành kênh chuyển nước thực tế chỉ dừng lại ở hai năm 2015 và 2016, chưa bao quát được các chu kỳ hạn hán lịch sử hoặc điều kiện thời tiết cực đoan kéo dài.
  • Mô hình chưa xét đến các kịch bản biến đổi khí hậu trong tương lai và ảnh hưởng của sự thay đổi lớp phủ đất do quá trình đô thị hóa nhanh chóng tại thượng lưu lưu vực.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Tiếp tục thu thập số liệu quan trắc dòng chảy và mực nước thực tế tại hồ Sông Ray qua nhiều năm để hiệu chỉnh lại bộ thông số mô hình NAM, giảm thiểu sai số do phương pháp tương tự thủy văn.
  • Thiết lập các kịch bản cân bằng nước ứng với các tần suất thiết kế khác nhau ($P = 75%$, $P = 85%$, $P = 95%$) và kịch bản biến đổi khí hậu nhằm nâng cao độ an toàn cho quy trình vận hành hồ chứa.
  • Tích hợp thêm mô đun chất lượng nước trong MIKE BASIN để kiểm soát đồng thời cả số lượng và chất lượng nguồn nước cung cấp cho sinh hoạt và nông nghiệp.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn phù hợp cho:

  • Sinh viên, học viên chuyên ngành Thủy văn học, Kỹ thuật Tài nguyên nước, Quản lý tài nguyên nước và Quy hoạch Thủy lợi khi thực hiện đồ án tốt nghiệp, khóa luận hoặc đề tài nghiên cứu liên quan đến mô hình hóa tài nguyên nước.
  • Kỹ sư, cán bộ kỹ thuật tại các cơ quan tư vấn quy hoạch thủy lợi, ban quản lý khai thác công trình thủy lợi (đặc biệt là khu vực Đông Nam Bộ) trong việc thiết lập bài toán cân bằng nước hệ thống hồ chứa và công trình chuyển nước.

Các nội dung có giá trị tham khảo cụ thể:

  • Quy trình chuẩn hóa số liệu mưa bằng phương pháp đa giác Thiessen và hiệu chỉnh mô hình MIKE NAM trong điều kiện lưu vực tương tự.
  • Cách thức ứng dụng mô hình CROPWAT xác định mức tưới cho các nhóm cây trồng hàng năm và lâu năm.
  • Phương pháp kết nối sơ đồ mạng lưới nút - nhánh trên giao diện GIS của mô hình MIKE BASIN để giải quyết bài toán chuyển nước liên lưu vực.

Câu hỏi thường gặp

1. Vị trí địa lý và quy mô dung tích của công trình hồ chứa Sông Ray được xác định như thế nào trong đồ án?
Hồ Sông Ray có diện tích lưu vực tính đến tuyến đập là $770\text{ km}^2$, nằm trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu và một phần tỉnh Đồng Nai. Tuyến đập chính có bờ trái thuộc xã Hòa Hưng (huyện Xuyên Mộc) và bờ phải thuộc xã Xuân Sơn (huyện Châu Đức), cách cầu Sông Ray khoảng 800 m về phía thượng lưu. Hồ có tổng dung tích thiết kế là $215{,}36 \times 10^6\text{ m}^3$, thực hiện nhiệm vụ cấp nước sinh hoạt, nông nghiệp cho tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu và chuyển nước về hồ Đá Đen.

2. Tác giả đã giải quyết thách thức thiếu số liệu dòng chảy thực đo tại tuyến hồ Sông Ray bằng phương pháp nào?
Do tại tuyến hồ Sông Ray không có trạm đo dòng chảy dài hạn, tác giả đã áp dụng phương pháp tương tự thủy văn với trạm thủy văn Lá Buông (An Viễn) – trạm có điều kiện tự nhiên và khí hậu tương đồng. Mô hình MIKE NAM được thiết lập, hiệu chỉnh (1978 – 1982) và kiểm định (1985 – 1988) tại trạm Lá Buông. Bộ thông số tối ưu sau khi kiểm định được chuyển giao để mô phỏng chuỗi dòng chảy đến cho lưu vực hồ Sông Ray.

3. Các thông số trao đổi ẩm chính trong mô hình MIKE NAM được sử dụng gồm những đại lượng nào?
Mô hình MIKE NAM sử dụng các thông số khái niệm gồm: $U_{\max}$ (lượng trữ tối đa bể mặt), $L_{\max}$ (lượng trữ tối đa tầng rễ cây), $CQOF$ (hệ số dòng chảy mặt), $TOF$ (ngưỡng ẩm hình thành dòng chảy mặt), $TIF$ (ngưỡng ẩm hình thành dòng sát mặt), $TG$ (ngưỡng bổ sung nước ngầm), $CKIF$ (hằng số thời gian dòng sát mặt), $CK_{12}$ (hằng số thời gian diễn toán dòng mặt và sát mặt), và $CKBF$ (hằng số thời gian xả dòng ngầm).

4. Mô hình MIKE BASIN giải quyết bài toán liên kết nguồn nước giữa hồ Sông Ray và hồ Đá Đen như thế nào?
Trong MIKE BASIN, hệ thống được cấu trúc hóa thành mạng lưới gồm nút nguồn hồ Sông Ray, nút nhu cầu dùng nước hạ lưu và nút chuyển nước. Công trình kênh chuyển nước từ hồ Sông Ray sang hồ Đá Đen được mô phỏng như một nhánh chuyển nước điều kiện, cho phép tính toán lưu lượng và tổng lượng nước dẫn sang hồ Đá Đen năm 2016, hỗ trợ giải quyết tình trạng thiếu nước trong mùa khô cho các huyện lân cận.

5. Đặc điểm phân phối dòng chảy theo mùa tại khu vực nghiên cứu có quy luật gì nổi bật?
Dòng chảy phân hóa mạnh theo hai mùa: mùa lũ kéo dài từ tháng VI đến tháng XI (chiếm 80% tổng lượng dòng chảy năm), lưu lượng lớn nhất tập trung vào tháng VIII – IX; mùa kiệt kéo dài từ tháng XII đến tháng V năm sau (chỉ chiếm 20% tổng lượng dòng chảy năm). Tháng kiệt nhất thường xảy ra vào tháng IV (chiếm 50% số lần xuất hiện), với lưu lượng ngày nhỏ nhất tại trạm Lá Buông từng xuống mức $0{,}50\text{ m}^3/s$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Lê Thị Thanh Hải đã ứng dụng thành công bộ công cụ mô hình toán MIKE NAM và MIKE BASIN để tính toán dòng chảy đến và giải quyết bài toán cân bằng nước cho lưu vực hồ Sông Ray. Kết quả nghiên cứu đã lượng hóa được nguồn nước đến, xác định nhu cầu dùng nước hạ lưu và đánh giá mức độ đáp ứng của hồ chứa cũng như kênh chuyển nước sang hồ Đá Đen trên cơ sở kiểm chứng với số liệu thực đo năm 2015 – 2016. Công trình có giá trị khoa học và thực tiễn rõ rệt, cung cấp cơ sở dữ liệu tin cậy phục vụ công tác quy hoạch, quản lý và điều hành bền vững tài nguyên nước trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.