CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1.1 Bài toán của cân bằng nước hệ thống Cân bằng nước là nguyên lý chủ yếu được sử dụng cho tính toán, quy hoạch và quản lý tài nguyên nước. Nó biểu thị mối quan hệ cân bằng giữa lượng nước đến, nước đi và lượng trữ của một khu vực, một lưu vực hoặc của một hệ thống sông trong điều kiện tự nhiên hay có tác động của con người. Xét một lưu vực có phía trên giới hạn bởi mặt đất lưu vực, phía dưới bởi lớp đất không thấm nước, ngăn cách mọi trao đổi của nước trong lưu vực với các tầng đất ở phía dưới. Khi đó phương trình cân bằng nước tổng quát là: (x+z1+y1+w1) - (z2+y2+w2) = u2-u1 Trong đó: x: lượng nước mưa rơi xuống lưu vực z1: lượng nước ngưng tụ từ khí quyển và đọng lại trong lưu vực y1: lượng dòng chảy mặt vào lưu vực w1: lượng dòng chảy ngầm vào lưu vực z2: lượng nước bốc hơi khỏi lưu vực y2: lượng dòng chảy mặt ra khỏi lưu vực w2: lượng dòng chảy ngầm ra khỏi lưu vực u1,u2: lượng nước trữ trên lưu vực đầu và cuối thời khoảng tính toán.
Tuỳ từng trường hợp cụ thể, có thể phân ra: cân bằng nước thẳng đứng và cân bằng nước nằm ngang; cân bằng nước trong điều kiện tự nhiên hay có hoạt động kinh tế của con người, cân bằng nước kinh tế. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ về máy vi tính và các công cụ tính toán nên phương pháp mô hình toán đang được sử dụng phổ biến trong bài toán cân bằng nước lưu vực. Các mô hình có thể giải quyết bài toán đó như : MITSIM, WUS, RIBASIM, IQQM, MIKE BASIN, WEAP. Luận văn sử dụng mô hình WEAP để tính toán cân bằng nước toàn tỉnh Quảng Ngãi.
Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước - 12 - 1.2 Ứng dụng mô hình toán thủy văn tính toán CBN ở Việt Nam và trên thế giới 1.1 Trên thế giới a) Mô hình GIBSI Hệ thống mô hình GIBSI được áp dụng cho các lưu vực ở Canada có hệ sinh thái và tình hình phát triển công nghiệp, nông nghiệp, đô thị phức tạp. GIBSI là một hệ thống mô hình tổng hợp chạy trên máy PC cho các kết quả kiểm tra tác động của nông nghiệp, công nghiệp, quản lý nước cả về lượng và chất đến tài nguyên nước. Mô hình GIBSI cho khả năng dự báo các tác động của công nghiêp, rừng, đô thị, các dự án nông nghiệp đối với môi trường tự nhiên, có tác dụng cảnh báo các hộ dùng nước biết trước và tôn trọng các tiêu chuẩn về số lượng, chất lượng nguồn nước dùng GIBSI là tập hợp những mô hình bộ phận bao gồm: - Mô hình thuỷ văn HYDROTEL; - Mô hình phân giải vật lý có hệ thống viễn thám, hệ thống thông tin địa lý - Mô hình USLE dùng cho vận c huyển phù sa và xói mòn đất; - Mô hình lan truyền chất hoá học trong nông nghiệ p dựa trên mô hình lan truyền ni-tơ, phốt-pho, thuốc trừ sâu (sử dụng một mô đun trong mô hình SWAT); - Mô hình chất lượng nước QUAL2E, mô hình chất lượng nước để mô phỏng các yếu tố: b) Mô hình BASINS Mô hình BASINS được xây dựng bởi Văn phòng Bảo vệ Môi trường (Hoa Kỳ). Mô hình được xây dựng để đưa ra một công cụ đánh giá tốt hơn và tổng hợp hơn các nguồn phát thải tập trung và không tập trung trong công tác quản lý chất lượng nước trên lưu vực.
Đây là một mô hình hệ thống phân tích môi trường đa mục tiêu, có khả năng ứng dụng cho một quốc gia, một vùng để thực hiện các nghiên cứu về nước bao gồm cả lượng và chất trên lưu vực. Mô hình được xây dựng để: (1) Thuận tiện trong công tác kiểm soát thông tin môi trường; (2) Hỗ trợ công tác phân tích hệ thống môi trường; Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước - 13 - (3) Cung cấp hệ thống các phương án quản lý lưu vực. Mô hình BASINS là một công cụ hữu ích trong công tác nghiên cứu về chất và lượng nước. Với nhiều mô đun thành phần trong hệ thống, thời gian tính toán được rút ngắn hơn, nhiều vấn đề được giải quyết hơn và các thông tin được quản lý hiệu quả hơn.
Với việc sử dụng GIS, mô hình BASINS thuận tiện hơn trong việc biểu thị và tổ hợp các thông tin (sử dụng đất, lưu lượng các nguồn thải, lượng nước hồi quy,. ) tại bất kỳ một vị trí nào. Các thành phần của mô hình cho phép người sử dụng có thể xác định ảnh hưởng của lượng phát thải từ các điểm tập trung và không tập trung. Tổ hợp các mô đun thành phần có thể giúp cho việc phân tích và quản lý lưu vực theo hướng: - Xác định thứ tự ưu tiên các giới hạn về môi trường nước; - Đặc trưng các nguồn phát thải và xác định độ lớn cũng như tiềm năng phát thải.
- Tổ hợp các lượng thải từ các điểm nguồn tập trung và không tập trung và quá trình vận chuyển trên lưu vực cũng như trên sông. - Xác định, so sánh giá trị tương đối của các chiến lược kiểm soát ô nhiễm. - Trình diễn dưới dạng các bảng biểu, hình vẽ và bản đồ. c) Mô hình SWAT SWAT là một mô hình dựa trên cơ sở vật lý được xây dựng để dự đoán ảnh hưởng của các hoạt động sử dụng đất trên lưu vực đến chế độ dòng chảy, xác định lượng bùn cát và các các chất hoá học dùng trong nông nghiệp trên toàn lưu vực.
Bao gồm: - Các mô hình lan truyền: PLOAD, là một mô hình lan truyền chất ô nhiễm, PLOAD xác định các nguồn thải không tập trung trung bình trong một khoảng thời gian nhất định. Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước - 14 - d) Mô hình Mike Basin Mô hình Mike Basin là một mô hình mô phỏng cân bằng nước hệ thống sông. Mô hình được xây dựng bởi Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI). Version mới nhất hiện nay của Mike Basin 2005 và mô hình này vẫn luôn được cải tiến hàng năm.
e) Mô hình Weap Tính đến thời điểm hiện tại, liên quan đến việc ứng dụng mô hình WEAP ở các nước trên thế giới có khoảng hơn 30 dự án đánh giá nước ở các quốc gia trên hầu hết các châu lục bao gồm Mỹ, Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ, Mexico, Brazil, Đức, Hàn Quốc, Ghana, Kenya, Nam Phi, Ai Cập, Israel và Oman Hình 1.1: Sơ đồ các nước, vùng lãnh thổ đã và đang ứng dụng mô hình WEAP 1.2 Trong nước Các dự án phát triển nguồn nước những năm 80 chủ yếu của Viện Quy hoạch thủy lợi dưới dạng các dự án quy hoạch chuyên ngành có liên quan đến nguồn nước với các tên gọi như quy hoạch thủy lợi; quy hoạch tưới, tiêu; quy hoạch sử dụng tổng hợp nguồn nước và bảo vệ môi trường, thời kỳ đó việc tính toán cân bằng nước chủ yếu áp dụng công cụ mô hình MITSIM chạy trên môi trường DOS. Sau những năm 2000 đặc biệt là sau năm 2002 với sự hỗ trợ từ tổ chức DANIDA của Đan Mạch đã hợp tác hỗ trợ thực hiện dự án “Tăng cường năng lực các viện ngành nước” và đưa bộ công cụ mô hình MIKE do DHI (viện thủy lực Đan Mạch) phát triển vào ứng dụng rộng rãi và mạnh mẽ ở Việt Nam, từ đó việc tính toán cân bằng nước ngoài cơ quan đầu mối là Viện Quy hoạch Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước - 15 - Thủy lợi với kinh nghiệm và thực tiễn sử dụng mô hình MITSIM cùng với các cơ quan thuộc Viện Khoa học Thủy lợi (nay là viện nghiên cứu Thủy lợi); các trường Trường Đại học (tiêu biểu là Đại học Thủy lợi); các Viện nghiên cứu …vv đã bắt đầu tiếp cận ứng dụng mô hình MITSIM Gần đây, tham gia vào việc tính toán cân bằng nước trên các lưu vực sông ở Việt Nam ngoài việc ứng dụng mô hình MITSIM (đã được cải tiến chạy trên môi trường for Window), mô hình MIKE BASIN (đã trở nên phổ biến), mô hình IQQM (tích hợp trong bộ MRC Toolbox của Ủy hội sông Mêkong quốc tế) thì còn có thêm mô hình WEAP (do viện môi trường Stockhom có trụ sở tại Mỹ phát triển) tham gia vào việc tính toán cân bằng nước và lập kế hoạch sử dụng nước.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 1.1 Vị trí địa lý Tỉnh Quảng Ngãi được tái lập vào ngày 1 tháng 7 năm 1989, trên cơ sở tách tỉnh Nghĩa Bình thành 2 tỉnh Quảng Ngãi và Bình Định. Quảng Ngãi là một tỉnh ven biển nằm ở vùng Duyên Hải Nam Trung Bộ, Việt Nam. Đường bờ biển Quảng Ngãi có chiều dài khoảng 129 km, với vùng lãnh hải rộng lớn 11.000 km2, có 6 cửa biển, giàu nguồn lực hải sản với nhiều bãi biển đẹp.
Phía Bắc giáp Quảng Nam (với chiều dài đường địa giới 98 Km), phía Nam giáp Bình Định (với chiều dài đường địa giới 83 Km), phía Tây Nam giáp Kon Tum (với chiều dài đường địa giới 79 Km). Tỉnh Quảng Ngãi nằm trong vùng kinh tế trọng điểm miền Trung được Chính phủ chọn khu vực Dung Quất để xây dựng nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam. Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước - 16 - Bảng 1.1: Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Ngãi 1.2 Đặc điểm địa chất và thổ nhưỡng Đất đai trong địa bàn tỉnh được chia làm 9 nhóm đất chính với 25 đơn vị đất và 68 đơn vị đất phụ. Các nhóm đất chính là cồn cát, đất cát ven biển, đất mặn, đất phù sa, đất giây, đất xám, đất đỏ vàng, đất đen, đất nứt nẻ, đất xói mòn trơ trọi đá.
Trong đó, nhóm đất xám có vị trí quan trọng với hơn 74,65% diện tích đất tự nhiên, thích hợp với cây công nghiệp dài ngày, cây đặc sản, dược liệu, chăn nuôi gia súc và nhóm đất phù sa thuộc hạ lưu các sông chiếm 19,3% diện tích đất tự nhiên, thích hợp với trồng lúa, cây công nghiệp ngắn ngày, rau đậu… Thổ nhưỡng Quảng Ngãi có thành phần cơ giới nhẹ, hơi chặt, thích hợp với trồng mía và các cây công nghiệp ngắn ngày.2 Đặc điểm khí tượng và mạng lưới sông ngòi 1.1 Đặc điểm khí tượng Luận văn thạc sỹ Chuyên ngành Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước - 17 - a) Chế độ nhiệt -Nhiệt độ tương đối cao trong toàn vùng. Nhiệt độ có xu hướng tăng dần từ Bắc vào Nam và từ miền núi xuống đồng bằng.
