Chương 1: Khái quát về điều kiện tự nhiên và tình hình kinh tế-xã hội của tỉnh Ninh Thuận; trong đó có đánh giá hiện trạng hạn hán, sự thay đổi dòng chảy, và công tác quản lý nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận. Chương 2: Tổng quan nghiên cứu về mô hình thủy văn và mô hình khái niệm mưa-dòng chảy GR4J trong việc mô phỏng và dự báo dòng chảy tại khu vực khô hạn và bán khô hạn trên thế giới và tại Việt Nam. Chương 3: Ứng dụng mô hình GR4J để mô phỏng và dự báo dòng chảy cho lưu vực sông Cái Phan Rang tỉnh Ninh Thuận. Chương 4: Phân tích, đánh giá các kết quả mô phỏng, dự báo dòng chảy; từ đó đề xuất các khuyến nghị để hỗ trợ công tác quản lý nguồn nước tại khu vực khô hạn và bán khô hạn tại tỉnh Ninh Thuận trong mùa khô.
Chương 5: Tóm tắt các kết luận chính của đề tài, đồng thời đưa ra các khuyến nghị.2 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu 1.1 Mục tiêu nghiên cứu Dự báo diễn biến dòng chảy trong tương lai tại khu vực khô hạn và bán khô hạn bằng mô hình GR4J phục vụ công tác quản lý hiệu quả nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Diễn biến dòng chảy trên hệ thống lưu vực sông Cái Phan Rang (CPR) tỉnh Ninh Thuận 1.3 Nội dung nghiên cứu Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, các nội dung (ND) sau sẽ được thực hiện: 3 ND1: Tổng quan và đánh giá hiện trạng hạn hán, sự thay đổi dòng chảy, và công tác quản lý nguồn nước mặt trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận; tổng quan về mô phỏng và dự báo dòng chảy tại khu vực khô hạn và bán khô hạn bằng mô hình GR4J trên thế giới và tại Việt Nam. ND2: Phân tích và đánh giá diễn biến dòng chảy thông qua mô hình GR4J cho các trường hợp tính toán; ND3: Đề xuất ứng dụng mô hình vào công tác quản lý nguồn nước tại khu vực khô hạn và bán khô hạn tại tỉnh Ninh Thuận trong mùa khô.3 Phương pháp nghiên cứu 1.1 Phương pháp luận Với mục tiêu nghiên cứu khả năng ứng dụng của mô hình GR4J vào dự báo sự biến đổi dòng chảy trong công tác quản lý nguồn nước tại lưu vực sông CPR tỉnh Ninh Thuận, một số phương pháp đã được áp dụng để hỗ trợ các quá trình phân tích, xử lý số liệu đầu vào; so sánh và phân tích kết quả tính toán. Các phương pháp được trình bày cụ thể trong các mục sau: 4 Hình 1-1. Sơ đồ quy trình thực hiện nghiên cứu Cụ thể trình tự thực hiện nghiên cứu như sau: 1.
Xác định vấn đề cần nghiên cứu là bước đầu tiên và khá quan trọng trong nghiên cứu này. Việc này được thực hiện thông qua phân tích tổng quan các vấn đề cần giải quyết trong vùng nghiên cứu như chất lượng nước, trữ lượng nước, tác động của BĐKH, diễn biến dòng chảy, và tình hình hạn hán; đồng thời xem xét các giải pháp ứng dụng mô hình để giải quyết vấn đề. Kế đến, cần thu thập thông tin, dữ liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu. Đối với vấn đề dự báo dòng chảy bằng mô hình GR4J thì các dữ liệu cần thiết gồm dữ liệu khí tượng (mưa, bốc hơi), thủy văn (dòng chảy), các loại đất và bản đồ số cao độ của khu vực nghiên cứu.
Bước tiếp theo là mô phỏng dòng chảy bằng mô hình GR4J thông qua việc hiệu chỉnh mô hình trên phần mềm Source sử dụng hệ số hiệu suất mô hình NASH để tìm ra bộ 4 tham số tối ưu của X1, X2, X3, X4 (xem định nghĩa của các tham số này trong mục 3. Trong bước này, mô hình ban đầu sẽ mô phỏng dòng chảy từ các dữ liệu mưa và bốc hơi theo ngày cùng với 4 tham số được giả định. Nếu kết quả của lần mô phỏng này có hệ số NASH thấp (<0.5) thì phần mềm Source sẽ tự động thay đổi giá trị 4 tham số và chạy lại mô hình GR4J. Quá trình này sẽ được lặp lại cho tới khi hệ số NASH đạt giá trị tốt nhất (tiến tới 1).
Khi đó, 4 tham số tìm được trong lần chạy cuối cùng chính là 4 tham số tối ưu nhất của GR4J để mô phỏng dòng chảy cho khu vực Ninh Thuận. Trong bước này, mô hình xây dựng ở Bước 3 sẽ được kiểm nghiệm bằng cách so sánh chuỗi dữ liệu dòng chảy thực đo với kết quả của mô hình, trong đó hệ số tương quan sẽ được sử dụng như một tiêu chuẩn so sánh. Nếu hệ số tương quan nằm trong khoảng 0,7-1, thì các giá trị thực đo và kết quả mô hình là tương đồng, và khi đó có thể kết luận mô hình GR4J có khả năng mô phỏng tốt dòng chảy tại khu vực Ninh Thuận. Bước cuối cùng là dự báo sự thay đổi dòng chảy trong tương lai của các con sông trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận theo các kịch bản khác nhau với bộ tham số tối ưu và kiến nghị các giải pháp thích hợp để giải quyết vấn đề hiện trạng trong khu vực.2 Phương pháp nghiên cứu a.
Phương pháp mô hình Nghiên cứu này sử dụng mô hình khái niệm mưa-dòng chảy GR4J để dự báo diễn biến dòng chảy cho khu vực khô hạn và bán khô hạn tỉnh Ninh Thuận, với quy trình thực hiện gồm: Dòng chảy ban đầu sẽ được tính toán và mô phỏng dựa trên mối quan hệ tương quan lý thuyết giữa lượng mưa, lượng bốc hơi và dòng chảy (đây là bộ dữ liệu đầu vào của mô hình); Sau khi được mô phỏng, dòng chảy sẽ được kiểm định với chuỗi số liệu thực đo để đánh giá mức độ sai số trong quá trình 6 mô phỏng của mô hình; từ đó hiệu chỉnh và tìm ra bộ thông số tốt nhất cho công tác dự báo dòng chảy trong tương lai, chi tiết được trình bày tại Chương 4. Phương pháp tổng quan tài liệu Phương pháp này được sử dụng để tổng hợp các tài liệu hạn hán, hiện trạng quản lý môi trường nước trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận và thu thập số liệu khí tượng thủy văn phục vụ việc chạy mô hình. Phương pháp thống kê và xử lý dữ liệu Dựa vào phương pháp này, các số liệu thủy văn ban đầu và kết quả tính toán được thống kê, lưu trữ và biểu diễn thành dạng bảng và biểu đồ. Riêng với các số liệu đầu vào của mô hình được xử lý sơ bộ trước khi sử dụng để hạn chế sai số do dữ liệu bị thiếu hoặc không theo định dạng yêu cầu của mô hình.
Phương pháp so sánh Phương pháp này được sử dụng trong nội dung phân tích và so sánh kết quả mô phỏng. Khi đó các giá trị dòng chảy mô phỏng được so sánh với giá trị dòng chảy thực đo hoặc các kết quả được so sánh với kết quả của các nghiên cứu trước đây để kiểm nghiệm hiệu suất của mô hình GR4J; từ đó làm cơ sở cho kết quả dự báo diễn biến dòng chảy cho tương lai và đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả nguồn nước tại Ninh Thuận. Phương pháp phân tích hệ thống Phương pháp này được sử dụng để phân tích các thành phần và các bước thực hiện nghiên cứu và mối quan hệ giữa chúng nhằm hoàn thành tất cả các nội dung nghiên cứu một cách logic và hợp lý. Phương pháp này cũng được sử dụng để phân tích kết quả tính toán từ mô hình GR4J cho các kịch bản thay đổi dòng chảy khác nhau.1 Ý nghĩa khoa học GR4J là một mô hình khái niệm mưa dòng chảy khá mới nhưng có tính ứng dụng cao.
Nhờ việc sử dụng ít tham số, mô hình đã được ứng dụng để tính toán cho nhiều vấn đề và lưu vực khác như mô phỏng và dự báo dòng chảy, tính cân bằng nước cho vùng lũ hay vùng ngập nước. Đặc biệt, GR4J cho kết quả tương đối tốt 7 đối với vùng khô hạn và bán khô hạn. Tuy nhiên, như đã đề cập trong 3.3, mô hình này hầu như chưa được ứng dụng ở Việt Nam. Vì vậy, nghiên cứu này sẽ là cơ sở ban đầu cho các nghiên cứu tiếp theo trong việc ứng dụng mô hình GR4J cho các vùng khác ở nước ta.
Ngoài ra, nghiên cứu này cũng đã đưa ra được bộ tham số tối ưu của mô hình GR4J cho khu vực có đặc tính khô hạn hoặc bán khô hạn như tỉnh Ninh Thuận. Vì vậy, nó sẽ góp phần giảm bớt thời gian hiệu chỉnh mô hình khi ứng dụng GR4J cho các lưu vực tương tự như hệ thống sông CPR.2 Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu mô phỏng và dự báo dòng chảy có ý nghĩa quan trọng, góp phần hỗ trợ công tác quản lý nguồn nước mặt theo hướng bền vững hơn cho một vùng khan hiếm nguồn nước như Ninh Thuận. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy sự thay đổi dòng chảy cả trong quá khứ và tương lai cho toàn lưu vực đặc biệt và vùng hạ lưu của sông CPR. Kết quả này được mong đợi giúp các cơ quan chức năng của tỉnh Ninh Thuận nhận biết được thực trạng và diễn biến dòng chảy hiện nay hạ lưu sông CPR ở trong tương lai toàn lưu vực, từ đó có những giải pháp quản lý nguồn nước phù hợp hơn.
TỔNG QUAN VỀ TỈNH NINH THUẬN VÀ LƯU VỰC SÔNG CÁI PHAN RANG 2.1 Điều kiện tự nhiên 2.1 Vị trí địa lý Lưu vực sông Cái có vị trí địa lý 11o23’00”-12o10’00” vĩ Bắc và 108o20’30”- 109o30’00” kinh Đông (Hình 1-1), với dòng chảy bắt nguồn từ vùng núi cao Lâm Đồng hướng theo phía Tây Bắc-Đông Nam và đổ ra biển Đông tại cửa biển Đông Giang-Tp. Phan Rang, Ninh Thuận [12]. Lưu vực sông Cái có diện tích tự nhiên vào khoảng 3,043km2, thuộc địa phận các tỉnh Khánh Hòa, Lâm Đồng, và Ninh Thuận; trong đó, phần lưu vực thuộc Ninh Thuận (gọi là lưu vực sông Cái Phan Rang) chiếm đến 82% toàn hệ thống sông Cái và 74% toàn tỉnh Ninh Thuận. Vị trí lưu vực song Cái [1] 9 2.2 Đặc điểm địa hình Lưu vực sông CPR được bao bọc bởi đồi núi theo 3 hướng Bắc, Tây và Tây Nam, với hướng dốc thấp dần từ Tây sang Đông và từ Tây Bắc sang Đông Nam.
Lưu vực có 3 dạng địa hình chính: đồng bằng ven biển, đồi thấp và núi cao; trong đó, vùng đồi thấp và núi cao có độ cao trung bình từ 200-1,000m [13] độ dốc bình quân đạt đến 17.70% ảnh hưởng đến sự phát triển mạng lưới sông, suối và mật độ sông trung bình chỉ khoảng 0.
