Luận văn thạc sĩ tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông cầu bằng mô hình mike basin

Luận văn thạc sĩ phân tích mô hình Mike Basin để tính toán cân bằng nước trong hệ thống lưu vực sông Cầu, cung cấp giải pháp quản lý hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Phương Nhung
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thanh Sơn
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Cân Bằng Nước Lưu Vực Sông Cầu Bằng MIKE BASIN
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG CẦU
• 1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN
• 1.2. Vị trí địa lý
• 1.3. Địa hình
• 1.4. Địa chất
• 1.5. Thổ nhưỡng
• 1.6. Thảm phủ thực vật
• 1.7. Đặc điểm khí hậu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG
• 3. CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG LƯU VỰC SÔNG CẦU
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về cân bằng nước lưu vực sông Cầu bằng MIKE BASIN

Cân bằng nước là một yếu tố quan trọng trong quản lý tài nguyên nước, đặc biệt là trong các lưu vực sông lớn như sông Cầu. Mô hình MIKE BASIN được sử dụng để tính toán và phân tích cân bằng nước, giúp xác định lượng nước có sẵn và nhu cầu sử dụng nước trong khu vực. Việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp cải thiện quản lý tài nguyên nước mà còn hỗ trợ quy hoạch phát triển bền vững cho các tỉnh trong lưu vực.

1.1. Khái niệm về cân bằng nước và mô hình MIKE BASIN

Cân bằng nước là sự cân đối giữa lượng nước đến và lượng nước sử dụng trong một hệ thống. Mô hình MIKE BASIN là một công cụ mạnh mẽ giúp mô phỏng và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng nước, từ đó đưa ra các giải pháp quản lý hiệu quả.

1.2. Tầm quan trọng của cân bằng nước trong quy hoạch tài nguyên

Cân bằng nước không chỉ ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt mà còn tác động đến các hoạt động kinh tế xã hội. Việc tính toán chính xác cân bằng nước giúp đảm bảo nguồn nước cho nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt, đồng thời giảm thiểu xung đột giữa các nhu cầu sử dụng.

II. Vấn đề và thách thức trong quản lý nước lưu vực sông Cầu

Lưu vực sông Cầu đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc quản lý tài nguyên nước. Sự gia tăng dân số và nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao đã tạo ra áp lực lớn lên nguồn nước. Bên cạnh đó, việc khai thác nước không bền vững và biến đổi khí hậu cũng là những yếu tố gây khó khăn trong việc duy trì cân bằng nước.

2.1. Tăng trưởng dân số và nhu cầu nước

Sự gia tăng dân số trong khu vực dẫn đến nhu cầu sử dụng nước tăng cao, đặc biệt là cho nông nghiệp và sinh hoạt. Điều này tạo ra áp lực lớn lên nguồn nước sẵn có, đòi hỏi phải có các biện pháp quản lý hiệu quả.

2.2. Biến đổi khí hậu và tác động đến nguồn nước

Biến đổi khí hậu đã làm thay đổi lượng mưa và dòng chảy trong lưu vực sông Cầu. Những thay đổi này có thể dẫn đến tình trạng thiếu nước trong mùa khô và lũ lụt trong mùa mưa, gây khó khăn cho việc quản lý tài nguyên nước.

III. Phương pháp tính toán cân bằng nước bằng MIKE BASIN

Mô hình MIKE BASIN cung cấp một phương pháp tiếp cận toàn diện để tính toán cân bằng nước trong lưu vực sông Cầu. Phương pháp này bao gồm việc thu thập dữ liệu khí tượng, thủy văn và nhu cầu sử dụng nước, từ đó mô phỏng các kịch bản khác nhau để đánh giá tác động đến cân bằng nước.

3.1. Thu thập và phân tích dữ liệu

Việc thu thập dữ liệu chính xác về lượng mưa, dòng chảy và nhu cầu sử dụng nước là rất quan trọng. Dữ liệu này sẽ được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình và đảm bảo tính chính xác của các kết quả tính toán.

3.2. Mô phỏng và phân tích kịch bản

Mô hình MIKE BASIN cho phép mô phỏng nhiều kịch bản khác nhau, từ đó đánh giá tác động của các yếu tố như biến đổi khí hậu và thay đổi trong nhu cầu sử dụng nước đến cân bằng nước trong lưu vực.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô hình MIKE BASIN trong lưu vực sông Cầu

Mô hình MIKE BASIN đã được áp dụng thành công trong việc tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Cầu. Kết quả từ mô hình giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định hợp lý về quy hoạch và sử dụng tài nguyên nước, đồng thời hỗ trợ trong việc phát triển bền vững khu vực.

4.1. Kết quả tính toán cân bằng nước hiện trạng

Kết quả tính toán cho thấy sự mất cân bằng giữa lượng nước đến và nhu cầu sử dụng nước trong khu vực. Điều này cho thấy cần có các biện pháp khắc phục để đảm bảo nguồn nước cho các hoạt động kinh tế xã hội.

4.2. Đề xuất giải pháp quản lý nước

Dựa trên kết quả từ mô hình, các giải pháp quản lý nước như cải thiện hệ thống tưới tiêu, nâng cao hiệu quả sử dụng nước và bảo vệ nguồn nước cần được triển khai để đảm bảo cân bằng nước trong lưu vực.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của cân bằng nước lưu vực sông Cầu

Cân bằng nước trong lưu vực sông Cầu là một vấn đề phức tạp nhưng rất quan trọng. Việc áp dụng mô hình MIKE BASIN đã giúp cung cấp cái nhìn sâu sắc về tình hình tài nguyên nước trong khu vực. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp quản lý nước bền vững để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu liên tục

Nghiên cứu liên tục về cân bằng nước và các yếu tố ảnh hưởng là cần thiết để đảm bảo quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Các nghiên cứu này sẽ giúp cập nhật thông tin và điều chỉnh các chính sách quản lý nước.

5.2. Hướng đi cho tương lai

Tương lai, việc áp dụng công nghệ mới và các mô hình tiên tiến sẽ giúp cải thiện khả năng dự đoán và quản lý tài nguyên nước, từ đó đảm bảo sự phát triển bền vững cho lưu vực sông Cầu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Cầu có diện tích tự nhiên hơn 6.030 km2, trải rộng trên địa bàn 5 tỉnh và 1 thành phố gồm Bắc Kạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh và Hà Nội. Đây là không gian sinh sống của hơn 2.838.000 người với mật độ dân số bình quân đạt 487 người/km2, đồng thời là vùng sản xuất nông nghiệp trọng điểm với 194.554 ha đất canh tác, chiếm 32% tổng diện tích đất tự nhiên. Nguồn nước mặt trên lưu vực đóng vai trò huyết mạch đối với an ninh lương thực, phát triển công nghiệp và đời sống dân sinh. Tuy nhiên, chế độ thủy văn tại đây có sự phân hóa sâu sắc theo mùa: lượng mưa mùa lũ từ tháng 5 đến tháng 9 chiếm tới 75% đến 80% tổng lượng mưa cả năm (dao động từ 1.500 đến 2.000 mm), trong khi mùa khô kéo dài 8 tháng chỉ nhận được 20% đến 25% lượng nước.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ mâu thuẫn gay gắt giữa nhu cầu sử dụng nước gia tăng nhanh theo tốc độ tăng dân số 1,139%/năm cùng quá trình công nghiệp hóa, và nguy cơ cạn kiệt dòng chảy kiệt với lưu lượng đo được tại một số trạm hạ du xuống dưới 1,2 m3/s. Mục tiêu cụ thể của luận văn là tính toán, phân tích và mô phỏng cân bằng nước hệ thống trên lưu vực sông Cầu bằng việc ứng dụng mô hình MIKE BASIN kết hợp mô đun mưa - dòng chảy NAM. Phạm vi nghiên cứu bao quát toàn bộ mạng lưới sông có chiều dài 1.600 km, khai thác chuỗi số liệu thủy văn khí tượng từ năm 1960 đến năm 2002, phục vụ đánh giá hiện trạng năm 2007 và dự báo theo quy hoạch đến năm 2015. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi thiết lập cơ sở dữ liệu số hóa, hỗ trợ nâng cao hiệu suất phân phối nguồn nước thêm 15% đến 20% và giảm thiểu nguy cơ thiếu nước sản xuất trong mùa khô.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết cân bằng nước hệ thống nguồn nước và nguyên lý bảo toàn vật chất thủy văn. Theo đó, phương trình cân bằng nước tổng quát xác định lượng nước trữ thay đổi trong lưu vực bằng hiệu số giữa tổng lượng nước đến (lượng mưa rơi, dòng chảy mặt bổ cập, dòng chảy ngầm và nước hồi quy) và tổng lượng nước đi (bốc thoát hơi, ngấm sâu, lượng nước khai thác sử dụng và dòng chảy ra khỏi lưu vực).

Bên cạnh đó, nghiên cứu vận dụng lý thuyết mô hình hóa mưa - dòng chảy dựa trên cấu trúc 5 bể chứa tuyến tính của mô đun NAM, bao gồm bể chứa bề mặt, bể chứa tầng rễ cây, bể chứa tuyết tan cùng hai bể chứa nước ngầm tầng trên và tầng dưới. Mô hình nghiên cứu trung tâm là MIKE BASIN do Viện Thủy lực Đan Mạch phát triển, tích hợp hoàn chỉnh trên nền tảng hệ thống thông tin địa lý ArcView GIS. Các khái niệm then chốt được chuẩn hóa bao gồm: hệ thống nguồn nước, nút hứng nước từ lưu vực, nút chuyển nước, nút cấp nước sinh hoạt - công nghiệp, và nút hồ chứa điều tiết dòng chảy.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào bao gồm chuỗi số liệu quan trắc tại 5 trạm thủy văn đo lưu lượng (Thác Bưởi, Thác Riềng, Tân Cương, Phú Cường, Giang Tiên) với thời gian quan trắc từ 10 đến 36 năm, cùng 7 trạm khí tượng đo mưa và bốc hơi liên tục trong 43 năm (giai đoạn 1961 - 2002). Dữ liệu kinh tế - xã hội được trích xuất từ niên giám thống kê năm 2007 của 6 tỉnh, thành phố trên lưu vực.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm chuỗi dữ liệu 15.695 bước thời gian ngày được thu thập liên tục. Phương pháp chọn mẫu áp dụng nguyên tắc chọn mẫu đại diện không gian theo vùng địa hình (miền núi, trung du, đồng bằng) nhằm phản ánh đầy đủ các đặc trưng mặt đệm và khí hậu của lưu vực rộng 6.030 km2. Lý do lựa chọn mô hình MIKE BASIN kết hợp mô đun NAM và GIS vì phương pháp này cho phép mô phỏng chi tiết sơ đồ mạng lưới sông phân nhánh phức tạp, tự động hóa tính toán nhu cầu nước của 8 ngành dùng nước và trực quan hóa phân vùng thiếu nước trên bản đồ số. Quy trình phân tích tiến hành qua các giai đoạn: xử lý và khôi phục số liệu lịch sử (1960 - 2002), hiệu chỉnh và kiểm định thông số mô hình theo chỉ tiêu Nash-Sutcliffe R2 của Tổ chức Khí tượng Thế giới, sau đó tính toán cân bằng nước hiện trạng năm 2007 và dự báo kịch bản quy hoạch năm 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình mưa - dòng chảy NAM và MIKE BASIN tại các trạm thủy văn chính (Tân Cương, Thác Bưởi) đạt hệ số Nash-Sutcliffe R2 từ 70% đến trên 85%, khẳng định mô hình đạt cấp độ tin cậy tốt theo tiêu chuẩn quốc tế trong việc tái hiện dòng chảy thực tế.

Thứ hai, kết quả phân tích cơ cấu dùng nước năm 2007 cho thấy nông nghiệp là ngành tiêu thụ nước lớn nhất, chiếm 76,4% tổng nhu cầu nước toàn lưu vực nhằm phục vụ tưới tiêu cho 146.999 ha lúa và hoa màu. Nhu cầu nước cho sinh hoạt của 2.838.000 người dân chiếm khoảng 8,5%, công nghiệp chiếm 7,2%, phần còn lại dành cho chăn nuôi (1.300.107 con lợn, 376.562 con trâu bò), nuôi trồng thủy sản và duy trì dòng chảy môi trường.

Thứ ba, tính toán cân bằng nước năm 2007 chỉ ra sự mất cân đối gay gắt trong 5 tháng mùa kiệt (từ tháng 12 đến tháng 4). Trong phương án không có công trình điều tiết, tỷ lệ thiếu hụt nước tại các tiểu khu trung và hạ lưu dao động từ 25% đến 38%. Khi có sự tham gia điều tiết của các hồ chứa hiện hữu như Núi Cốc và Đại Lải (dung tích 25 triệu m3), tỷ lệ thiếu nước giảm mạnh xuống còn dưới 12%.

Thứ tư, phương án quy hoạch năm 2015 với sự bổ sung hồ chứa Văn Lăng và cải tạo hệ thống dẫn nước giúp tăng khả năng cấp nước thêm 16,8%, giảm thiểu căn bản tình trạng khô hạn tại các vùng trọng điểm kinh tế thuộc tỉnh Thái Nguyên, Bắc Ninh và Bắc Giang.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi của tình trạng khan hiếm nước mùa khô bắt nguồn từ sự phân bố dòng chảy không đều theo thời gian, khi mùa lũ ngắn tập trung tới 75% đến 80% tổng lượng nước năm, trong khi mùa kiệt kéo dài 8 tháng chỉ cung cấp 20% đến 25% nguồn nước. Độ dốc lòng sông vùng thượng lưu lớn (trên 10‰) khiến nước lũ thoát nhanh trong vòng 3 đến 10 ngày, gây thiếu hụt nguồn trữ tự nhiên nếu không có công trình tích trữ. Tại hạ lưu, tác động của thủy triều trong mùa cạn làm thay đổi mực nước từ 0,5 đến 1,2 m, gây khó khăn cho các công trình trạm bơm lấy nước ngọt.

So sánh với các nghiên cứu sử dụng mô hình WEAP hay SWAT trên hệ thống sông Thái Bình, mô hình MIKE BASIN cho thấy ưu thế vượt trội trong việc phân tách chi tiết 7 loại nút chức năng và mô phỏng chính xác sự tương tác giữa các hồ chứa bậc thang. Về mặt trình bày trực quan, toàn bộ kết quả nghiên cứu được biểu diễn sinh động qua biểu đồ phân bố cơ cấu dùng nước của 8 ngành kinh tế, bản đồ GIS phân vùng nguy cơ thiếu nước theo 2 kịch bản có và không có công trình, cùng các bảng tổng hợp cân bằng nước chi tiết cho từng tiểu khu theo 12 tháng.

Đề xuất và khuyến nghị

Để giải quyết bài toán cân bằng nước và đảm bảo an ninh nguồn nước bền vững cho lưu vực sông Cầu, 4 nhóm giải pháp chiến lược được đề xuất như sau:

Thứ nhất, đẩy nhanh tiến độ đầu tư xây dựng hồ chứa Văn Lăng và nâng cấp các công trình thủy lợi hiện hữu, nhằm nâng tổng dung tích trữ nước điều tiết mùa kiệt thêm 30 đến 45 triệu m3 trước năm 2018. Chủ thể thực hiện là Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp với Ủy ban nhân dân tỉnh Thái Nguyên và Bắc Kạn.

Thứ hai, hiện đại hóa công nghệ tưới và kiên cố hóa hệ thống kênh mương trên 103.341 ha đất canh tác lúa, đặt mục tiêu giảm thiểu thất thoát nước tưới từ 25% xuống dưới 12% trong giai đoạn 2016 - 2020. Chủ thể thực hiện là Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn các tỉnh Bắc Giang, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc và Thái Nguyên.

Thứ ba, lắp đặt bổ sung 15 trạm quan trắc khí tượng thủy văn tự động và tích hợp mô hình MIKE BASIN vào hệ thống hỗ trợ ra quyết định phân bổ nước theo thời gian thực trước năm 2017. Chủ thể chủ trì là Trung tâm Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước Quốc gia cùng các cơ quan quản lý khí tượng thủy văn địa phương.

Thứ tư, ban hành quy chế phối hợp vận hành liên hồ chứa đa mục tiêu trên toàn lưu vực, đảm bảo duy trì lưu lượng dòng chảy môi trường tối thiểu sau công trình đạt từ 4,5 đến 6,0 m3/s trong suốt mùa khô giai đoạn 2016 - 2025. Chủ thể điều phối là Ủy ban Quản lý Lưu vực sông Cầu cùng sự tham gia của các doanh nghiệp khai thác công trình thủy nông và thủy điện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cao cho 4 nhóm đối tượng sau:

Thứ nhất, cán bộ quản lý tại các cơ quan tài nguyên nước và thủy lợi trực thuộc Cục Quản lý Tài nguyên nước và Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Hà Nội. Nghiên cứu cung cấp bức tranh định lượng rõ nét để xây dựng chính sách cấp phép khai thác nguồn nước và lập quy hoạch phát triển bền vững lưu vực sông.

Thứ hai, kỹ sư quy hoạch công trình thủy lợi và tư vấn thiết kế. Nghiên cứu cung cấp bộ thông số dòng chảy NAM đã kiểm định (R2 trên 70%) cùng sơ đồ mạng lưới MIKE BASIN chuẩn hóa, phục vụ trực tiếp việc tính toán thiết kế dung tích hồ chứa và trạm bơm cấp nước.

Thứ ba, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Thủy văn học, Kỹ thuật tài nguyên nước, Biến đổi khí hậu. Tài liệu mang lại khung phương pháp luận kết hợp GIS và mô hình toán thủy văn hoàn chỉnh, ứng dụng hiệu quả trong giảng dạy và nghiên cứu mở rộng.

Thứ tư, ban quản lý các khu công nghiệp và công ty cấp nước đô thị trong lưu vực sông Cầu. Nghiên cứu giúp doanh nghiệp đánh giá chính xác rủi ro thiếu hụt nguồn nước thô mùa cạn, từ đó tối ưu kế hoạch khai thác nước mặt cho hơn 2,8 triệu cư dân và các cơ sở sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình MIKE BASIN có ưu điểm gì nổi bật khi áp dụng cho lưu vực sông Cầu?
MIKE BASIN tích hợp linh hoạt giao diện ArcView GIS với cấu trúc mạng lưới nút - nhánh, cho phép số hóa toàn bộ 1.600 km sông ngòi và 7 dạng nút cấp nước. Mô hình xử lý tốt chuỗi số liệu thủy văn 43 năm, tự động hóa tính toán nhu cầu dùng nước của 8 ngành kinh tế và mô phỏng điều tiết hồ chứa chính xác.

Ngành nào tiêu thụ nhiều nước nhất trên lưu vực sông Cầu và chiếm tỷ lệ bao nhiêu?
Ngành nông nghiệp tiêu thụ nước lớn nhất trên lưu vực, chiếm khoảng 76,4% tổng nhu cầu nước. Lượng nước này chủ yếu phục vụ tưới tiêu cho 146.999 ha lúa và hoa màu (trong đó diện tích lúa là 103.341,8 ha), tập trung tại các vùng đồng bằng và trung du như Bắc Giang, Bắc Ninh và Thái Nguyên.

Tình trạng thiếu nước trên lưu vực sông Cầu thường diễn ra nghiêm trọng nhất vào thời gian nào?
Tình trạng thiếu nước xảy ra gay gắt nhất trong mùa kiệt, kéo dài từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Trong 8 tháng mùa khô, dòng chảy sông chỉ chiếm 20% đến 25% tổng lượng nước năm, khiến nhiều tiểu khu hạ lưu đối mặt với nguy cơ thiếu hụt từ 25% đến 38% nhu cầu nếu không có hồ điều tiết.

Mô đun NAM đóng vai trò gì trong việc tính toán cân bằng nước lưu vực?
Mô đun NAM đóng vai trò chuyển đổi chuỗi số liệu mưa ngày từ 7 trạm khí tượng thành dòng chảy đến tại các tiểu lưu vực thông qua mô hình 5 bể chứa. Kết quả dòng chảy tính toán sau khi hiệu chỉnh đạt độ chính xác cao với chỉ tiêu Nash-Sutcliffe R2 vượt mức 70% đến 85%, cung cấp biên đầu vào cho MIKE BASIN.

Việc xây dựng hồ chứa Văn Lăng mang lại hiệu quả gì cho bài toán cân bằng nước năm 2015?
Hồ chứa Văn Lăng đóng vai trò công trình điều tiết dòng chảy mùa kiệt then chốt theo quy hoạch 2015. Khi hồ đi vào vận hành kết hợp với các hồ hiện hữu như Núi Cốc và Đại Lải, khả năng đáp ứng nước toàn hệ thống tăng thêm 16,8%, giải quyết căn bản điểm nghẽn thiếu nước tại các đô thị và khu công nghiệp.

Kết luận

• Đã số hóa và thiết lập thành công mô hình cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Cầu rộng 6.030 km2 trên nền tảng MIKE BASIN kết hợp ArcView GIS.
• Mô đun NAM tái hiện chính xác dòng chảy lưu vực từ chuỗi dữ liệu 43 năm với chỉ số tin cậy R2 đạt từ 70% đến trên 85%.
• Đánh giá toàn diện cơ cấu sử dụng nước năm 2007, chỉ rõ ngành nông nghiệp chiếm 76,4% nhu cầu và làm rõ nguy cơ thiếu hụt nước 25% đến 38% trong mùa kiệt nếu thiếu công trình điều tiết.
• Chứng minh phương án quy hoạch năm 2015 với việc bổ sung hồ Văn Lăng giúp gia tăng 16,8% năng lực cấp nước cho toàn bộ hệ sinh thái kinh tế - xã hội.
• Đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý công trình khả thi giai đoạn 2016 - 2025.

Đóng góp khoa học cốt lõi của luận văn là hoàn thiện phương pháp tính toán cân bằng nước đa mục tiêu cho lưu vực sông liên tỉnh miền Bắc. Trong giai đoạn 2016 - 2020, các nhà hoạch định chính sách cần tiếp tục cập nhật kịch bản biến đổi khí hậu vào mô hình số hóa này. Hãy tham khảo toàn văn tài liệu luận văn để khai thác chi tiết bộ thông số và ứng dụng thực tiễn vào các dự án quản lý tài nguyên nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG CẦU 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 1.1 Vị trí địa lý Lƣu vực sông Cầu nằm ở toạ độ từ 21007’ đến 22018’ vĩ độ bắc, 1050 28’ đến 106008’ kinh độ đông và có diện tích 6. Lƣu vực bao gồm toàn bộ hoặc một phần lãnh thổ của các tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Hà Nội, đƣợc giới hạn bởi: cánh cung sông Gâm ở phía tây, cánh cung Ngân Sơn ở phía đông, phía bắc và tây bắc giới hạn bởi những dãy núi cao hơn 1000m, phía nam giáp với Hải Dƣơng và Hà Nội. Sơ đồ lƣu vực sông Cầu đƣợc thể hiện trong hình 1. Sông Cầu bắt nguồn từ vùng núi Phia-Đeng cao 1527 m ở sƣờn đông nam của dãy Pia-bi-óc, vùng núi cao của tỉnh BắcCạn.

Dòng chính sông Cầu có hƣớng chảy Bắc - Nam từ Bắc Cạn về Thái Nguyên, sau đó đổi hƣớng tây bắc - đông nam, chảy qua Chợ Đồn, Chợ Mới, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh và đổ vào sông Thái Bình tại Phả Lại - Hải Dƣơng. Lƣu vực có tổng chiều dài các nhánh sông khoảng 1600 km.2 Địa hình Địa hình lƣu vực sông Cầu đa dạng và phức tạp bao gồm cả 3 dạng địa hình miền núi, trung du và đồng bằng. Ở phía bắc và tây bắc có những đỉnh núi cao trên 1000m (Hoa Sen 1525m, Phia Đeng 1527m, Pianon 1125m. Ở phía đông có những đỉnh núi cao trên 700m (Cóc Xe 1131m, Lung Giang 785m, Khao Khiên 1107m).

Dãy núi Tam Đảo ở phía tây có đỉnh Tam Đảo cao 1592m, chạy theo hƣớng tây bắc-đông nam. Nhìn chung, địa hình lƣu vực thấp dần theo hƣớng tây bắc-đông nam và có thể chia ra làm 3 vùng: thƣợng lƣu, trung lƣu và hạ lƣu.[11] Thung lũng sông phía thƣợng lƣu và trung lƣu nằm giữa cánh cungsông 10 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Gâm và cánh cung Ngân Sơn - Yên Lạc. Đƣờng phân nƣớc của lƣu vực sông Cầu đƣợc xác định rõ ràng. Thƣợng lƣu sông Cầu chảy trong vùng núi theo hƣớng gần bắc - nam, cao trung bình 300-400 m, có những đỉnh cao tới 1326-1525 m; lòng sông hẹp và rất dốc, nhiều thác ghềnh; uốn khúc quanh co, hệ số uốn khúc lớn (lớn hơn 2,0); độ rộng trung bình trong mùa cạn khoảng 50-60m và mùa lũ tới 80-100m; độ dốc đáy sông đạt trên 10 o oo.

Sơ đồ lưu vực sông Cầu 11 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Trung lƣu có thể kể từ chợ Mới, nơi sông Cầu cắt qua cánh cung Ngân Sơn chảy theo hƣớng tây bắc - đông nam trên một đoạn khá dài rồi lại trở lại hƣớng cũ cho tới Thái Nguyên. Đoạn này thung lũng sông mở rộng, núi đã thấp xuống rõ rệt và ở xa bờ sông; độ cao trung bình chỉ khoảng 100-200 m, độ dốc đáy sông cũng o giảm chỉ còn khoảng 0,5 oo. Lòng sông còn mở rộng tới 80-100 m, dòng sông còn uốn khúc mạnh (hệ số uốn khúc 1,90). Hạ lƣu kể từ dƣới Thác Huống cho tới Phả Lại.

Hƣớng chảy của dòng sông lại chuyển sang hƣớng tây bắc - đông nam. Địa hình hai bên sông cao trung bình o 10-25 m và độ dốc sông chỉ còn 0,1 oo ; lòng sông rộng tới 70-150 m và sâu trung bình từ 3-7 m trong mùa cạn.3 Địa chất  Vùng hạ lưu thuộc hệ đệ tứ bồi tích, trầm tích sỏi, cát, đất thịt. Với các đặc điểm địa chất ở vùng đồng bằng, khi xây dựng các công trình thủy lợi thƣờng gặp khó khăn trong việc xử lý nền móng.  Vùng thượng và trung lưu bao gồm các hệ nhƣ sau: - Hệ Jura không phân chia, tạo thành trầm tích của núi lửa màu đỏ phún xuất axit và bazơ, sa thạch, alơrolit.

- Hệ Trias không phân chia: sa thạch, diệp thạch, sạn kết, đá vôi, phún xuất bazơ và axit. - Hệ Đề vôn: các bậc Eifili, Givêti, đá vôi, diệp thạch sét. - Hệ Odôvialôlit và sa thạch, đôi khi dạng dải, đá vôi. Đặc điểm địa chất vùng miền núi rất thuận tiện cho việc xây dựng công trình.

Trên lƣu vực có 4 tầng chứa nƣớc lỗ hổng, 21 tầng chứa nƣớc khe nứt và 2 tầng rất nghèo nƣớc. Trong đó có 4 tầng chứa nƣớc thuộc tầng chứa nƣớc lỗ hổng và 4 tầng chứa nƣớc (tầng trầm tích cacbonat hệ tầng Bắc Sơn, tầng trầm tích Đề vôn hệ tầng Tốc Tác, tầng trầm tích Đề vôn hệ tầng Nà Quản và tầng trầm tích Silua- Đề vôn hệ tầng Pia Phƣơng) thuộc hệ tầng chứa nƣớc khe nứt là những tầng 12 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] chứa nƣớc đƣợc khai thác phục vụ sản xuất, sinh hoạt cho các tỉnh trên lƣu vực.4 Thổ nhưỡng Dựa theo nguồn gốc phát sinh, thổ nhƣỡng trong lƣu vực sông Cầu có thể phân thành những nhóm chính dƣới đây: - Nhóm đất feralít đỏ vàng phát triển trên đá phiến thạch sét, phiến sa và biến chất. Loại đất này thƣờng chu, khả năng giữ nƣớc kém, tỷ lệ sắt trong đất cao, giầu canxi. Đây là nhóm đất thích hợp cho phát triển sản xuất lâm nghiệp, cây công nghiệp (chè), cây ăn quả.

Nhóm đất feralít đỏ vàng phát triển trên đá macma a xít, phân bố tập trung ở sƣờn một số dãy núi nằm ở phía tây và tây nam lƣu vực; độ dày tầng đất vào loại trung bình và mỏng. - Nhóm đất phát triển trên đá kiềm (đá vôi, đá bazic). Loại đất phát triển trên đá vôi ở huyện Bạch Thông, đất tốt, thích hợp cho trồng cây nông nghiệp ngắn ngày, giầu chất canxi, nhƣng độ dày không đồng đều và thiếu nƣớc mặt. Loại đất phát triển trên đá kiềm tập trung ở phía tây và tây nam huyện Phú Lƣơng tỉnh Thái Nguyên, giầu chất dinh dƣỡng, độ dày thƣờng sâu, thuận tiện cho trồng cây công nghiệp.

- Nhóm đất phát triển trên phù sa cổ tập trung ở phần hạ lƣu sông, đất có tầng sâu dày, nhƣng bạc màu, tập trung ở các huyện Hiệp Hòa, Việt Yên, Sóc Sơn. - Nhóm đất trồng lúa phân bố ở các huyện Vĩnh Lạc, Tiên Sơn, Quế Võ, Yên Dũng. Thành phần cơ giới thịt nhẹ hay trung bình, dinh dƣỡng khá.5 Thảm phủ thực vật Theo số liệu thống kê, đến năm 2004 diện tích rừng tự nhiên của tỉnh Bắc Kạn là 224.032 ha, tỉnh Thái Nguyên là 104.824ha , Vĩnh Phúc 9.409ha, và Bắc Giang là 73. Diện tích rừng trồng của Bắc Cạn 37.272ha, Thái Nguyên: 50.511ha, Vĩnh Phúc: 18.404ha, Bắc Giang: 81.

Diện tích rừng bị tàn phá 13 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] hàng năm cũng khá lớn, trong năm 1992 : Bắc Cạn và Thái Nguyên diện tích rừng bị tàn phá là 2. Hệ động thực vật trong lƣu vực rất phong phú và đa dạng, Theo thống kê các nhà khoa học đã phát hiện đƣợc: - Ở Bắc Cạn: có 831 thực vật bậc cao thuộc 537 chi và 145 họ trong đó có 250 loài cây thuốc, trên 120 loài cây cho gỗ và 52 loài thực vật quý. - Ở Thái nguyên: tài nguyên rừng có 134 loài cây thuộc 39 họ, có 3 loài gỗ quý, 100 loài cây thuốc, 422 loài động vật, thuộc 91 họ, 28 bộ, 4 lớp động vật (chim, thú, bò sát, ếch nhái) trong đó hổ, báo, gấu, lợn rừng, hƣơu, nai gần nhƣ tuyệt chủng. - Ở Vĩnh Phúc: trên 620 loại thực vật trong đó có nhiều loại gỗ quý nhƣ pơ mu, các loài thảo đƣợc quý, trên 120 loài chim, khoảng trên 45 loài thú trong đó có nhiều loại quý hiếm nhƣ cầy mực, sóc bay, vƣợn , v.6 Đặc điểm khí hậu Khí hậu của lƣu vực sông Cầu mang đặc điểm cơ bản của khí hậu nhiệt đới gió mùa của khí hậu miền Bắc Việt Nam, đƣợc coi là đặc tính chủ đạo quy định về cơ bản hƣớng phát triển của hệ sinh thái lƣu vực.

Mặt khác, mùa đông lạnh là một dị thƣờng đã phá vỡ tính điển hình của khí hậu nhiệt đới đƣa đến những hạn chế trong phát triển của hệ sinh thái nhiệt đới thuần chủng. Tuy nhiên, ở mặt khác nó lại góp phần tạo ra tính đa dạng của khí hậu và là tiền đề cho sự phát triển một hệ sinh thái phong phú mà những vùng nhiệt đới hay ôn đới điển hình thƣờng không có đƣợc.  Nhiệt độ trung bình của không khí hàng năm dao động từ 18 - 230C , nơi có nhiệt độ thấp là vùng Tam Đảo và Chợ Đồn từ 18 - 200C, nơi có nhiệt độ cao là vùng hạ du Vĩnh Yên, Bắc Giang, Hiệp Hoà, Tân Yên,… từ 23 - 240C.  Độ ẩm không khí trung biǹ h nhiề u năm ở các vùng trên lƣu vƣ̣c dao đô ̣ng tƣ̀ 81-87%, ở các vùng núi còn nhiều cây rừng , có mƣa nhiều thì độ ẩm cao hơn.

Nơi có đô ̣ ẩm cao nhất là vùng núi Tam Đảo 87% rồ i đế n vùng Bắ c Ca ̣n , Đinh ̣ Hoá , Đình Lâ ̣p tƣ̀ 83- 84%. Vùng có độ ẩm thấp nhất là vùng Vĩnh Yên, Lục Ngạn, Sơn Đô ̣ng, Bắ c Giang 81% 14 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Nhiêṭ đô ̣ không khí trung bin ̀ h tháng, tố i cao và tố i thấ p trong thời kỳ quan trắ c ta ̣i các tra ̣m trên lưu vư ̣c Đơn vi ̣: oC Tháng Yế u TT Trạm tố I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Tmax 19.2 Đinh ̣ 2 Hoá Tmin 13 14.3 Thái 3 Nguyên Tmin 13.9 Bắc 4 Ninh Tmin 13. Độ ẩm tương đối của không khí trung bình nhiều năm tại một số vùng Đơn vi ̣: % TT Tháng Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 1 Bắ c Ca ̣n 82 82 83 83 82 84 86 86 84 83 82 81 83 2 Đinh ̣ Hoá 82 83 85 85 82 83 84 85 84 83 82 81 83 3 Thái Nguyên 80 81 85 86 82 83 84 85 83 80 78 77 82 4 Bắc Ninh 80 83 87 88 84 83 83 85 85 82 78 78 83 Nguồn [11]  Gió: khí hậu lƣu vực sông C ầu thuộc vùng nhiệt đới gió mùa , trong năm hình thành hai mùa rõ rệt : mùa hè nóng ẩm mƣa nhiều , mùa đông lạnh khô và ít mƣa.

Sƣ̣ tác đô ̣ng của hoàn lƣu khí quyể n tới điạ hin ̀ h lƣu vƣ̣c ta ̣o nên chế đô ̣ khí hâ ̣u riêng cho lƣu vƣ̣c. Tố c đô ̣ gió trung biǹ h tháng và năm trong lƣu vƣ̣c sông Cầ u biế n đô ̣ng theo điạ hình và đô ̣ cao khá rõ rê ̣t. Chẳ ng ha ̣n ở thung lũng Bắ c Ca ̣n , tố c đô ̣ gió bình 15 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] quân các tháng trong năm nhỏ , chỉ dao động trên dƣới 1 m/s.