Luận văn thạc sĩ ứng dụng mô hình mike 11 xác định dòng chảy tối thiểu trên dòng chính sông vu gia thu bồn và đề xuất giải pháp duy trì

Luận văn thạc sĩ ứng dụng mô hình Mike 11 để xác định dòng chảy tối thiểu sông Vu Gia - Thu Bồn và đề xuất giải pháp duy trì hiệu quả.

• Tác giả: Phạm Văn Nghiệp
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Diên Dực
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình MIKE 11 Xác Định Dòng Chảy Tối Thiểu Trên Dòng Chính Sông Vu Gia – Thu Bồn Và Đề Xuất Giải Pháp Duy Trì
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• BẢNG KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN LĨNH VỰC CỦA LUẬN VĂN
• 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MIKE 11
• 4. QUY ĐỊNH VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU
• 5. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 5.1. Đặc điểm tự nhiên
• 5.1.1. Vị trí địa lý
• 5.1.2. Đặc điểm địa hình
• 5.1.3. Đặc trưng hình thái lưu vực sông
• 5.1.4. Đặc điểm thổ nhưỡng
• 5.1.5. Đặc điểm dân sinh kinh tế
• 5.1.6. Đặc điểm sông ngòi, nguồn nước
• 5.1.6.1. Đặc điểm sông ngòi
• 5.1.6.2. Lưới trạm khí tượng thủy văn
• 5.1.6.3. Đặc điểm thủy văn và tài nguyên nước mặt
• 5.1.6.4. Đặc điểm địa chất thủy văn và tài nguyên nước dưới đất
• 5.1.7. Đặc điểm hệ sinh thái thủy sinh
• 5.1.7.1. Hệ sinh thái ao hồ
• 5.1.7.2. Hệ sinh thái sông
• 5.1.7.3. Tác động phát triển kinh tế - xã hội đến hệ sinh thái nước
• 5.1.8. Đặc điểm khai thác, sử dụng nước lưu vực sông
• 5.1.8.1. Khai thác, sử dụng nước phục vụ nông nghiệp
• 5.1.8.2. Khai thác sử dụng nước phục vụ sinh hoạt
• 5.1.8.3. Khai thác, sử dụng nước cho công nghiệp
• 5.1.9. Đặc điểm thủy triều. Phạm vi ảnh hưởng triều trên các sông
• 5.1.9.1. Thời gian triều lên, xuống
• 5.1.9.2. Xâm nhập mặn
• 5.1.10. Khai thác thủy điện trên dòng chính
• 6. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 7. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11
• 7.1. Các module của mô hình MIKE 11
• 7.2. Các ứng dụng của mô hình MIKE 11
• 7.3. Ứng dụng mô hình MIKE 11 tại Việt Nam
• 8. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY KIỆT LƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN
• 8.1. Các tài liệu cơ bản phục vụ cho tính toán
• 9. HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH THUỶ ĐỘNG LỰC
• 9.1. Thiết lập mô hình
• 9.2. Hiệu chỉnh thông số mô hình thủy lực
• 9.3. Kiểm định xác nhận tính phù hợp của mô hình
• 9.4. Đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực
• 10. XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU DUY TRÌ DÒNG SÔNG
• 10.1. Kiến nghị phương pháp xác định dòng chảy cần duy trì trên đoạn sông
• 10.2. Xác định giá trị dòng chảy tối thiểu duy trì dòng sông
• 11. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP DUY TRÌ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN DÒNG CHÍNH SÔNG VU GIA – THU BỒN
• 11.1. Đề xuất các giải pháp cho việc quản lý, kiểm soát cũng như bảo đảm duy trì dòng chảy tối thiểu trên dòng chính sông Vu Gia – Thu Bồn
• 11.2. Đề xuất một số giải pháp công trình
• 11.3. Đề xuất một số giải pháp phi công trình
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình MIKE 11 trong nghiên cứu dòng chảy tối thiểu

Mô hình MIKE 11 là một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng dòng chảy và chất lượng nước. Được phát triển bởi DHI Water & Environment, mô hình này cho phép phân tích chi tiết các hệ thống sông, kênh và hồ chứa. Việc ứng dụng mô hình MIKE 11 trong nghiên cứu dòng chảy tối thiểu trên sông Vu Gia - Thu Bồn không chỉ giúp xác định lượng nước cần thiết để duy trì hệ sinh thái mà còn hỗ trợ trong việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

1.1. Đặc điểm nổi bật của mô hình MIKE 11

Mô hình MIKE 11 có khả năng mô phỏng dòng chảy một chiều, cho phép phân tích các yếu tố như lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát. Điều này rất quan trọng trong việc đánh giá tác động của các hoạt động khai thác nước đến hệ sinh thái.

1.2. Ứng dụng mô hình MIKE 11 tại Việt Nam

Mô hình MIKE 11 đã được áp dụng trong nhiều nghiên cứu tại Việt Nam, đặc biệt là trong việc quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường. Các nghiên cứu này đã chỉ ra rằng mô hình này có thể cung cấp thông tin chính xác về dòng chảy tối thiểu cần thiết cho các sông lớn.

II. Vấn đề dòng chảy tối thiểu trên sông Vu Gia Thu Bồn

Sông Vu Gia - Thu Bồn là một trong những nguồn nước quan trọng tại miền Trung Việt Nam. Tuy nhiên, tình trạng khai thác nước không kiểm soát đã dẫn đến sự suy giảm dòng chảy và chất lượng nước. Việc xác định dòng chảy tối thiểu là cần thiết để bảo vệ hệ sinh thái và đảm bảo nguồn nước cho các hoạt động kinh tế.

2.1. Tác động của khai thác nước đến dòng chảy

Khai thác nước quá mức từ sông Vu Gia - Thu Bồn đã dẫn đến tình trạng cạn kiệt nguồn nước, ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt và sản xuất của người dân. Điều này cũng làm giảm khả năng tự làm sạch của sông.

2.2. Thách thức trong quản lý tài nguyên nước

Quản lý tài nguyên nước trên sông Vu Gia - Thu Bồn gặp nhiều khó khăn do sự thiếu đồng bộ trong các quy định và chính sách. Việc xác định dòng chảy tối thiểu chưa được thực hiện một cách đồng bộ, dẫn đến nhiều hệ lụy cho môi trường.

III. Phương pháp xác định dòng chảy tối thiểu bằng mô hình MIKE 11

Việc xác định dòng chảy tối thiểu trên sông Vu Gia - Thu Bồn thông qua mô hình MIKE 11 bao gồm nhiều bước quan trọng. Các thông số đầu vào được thu thập và xử lý để đảm bảo tính chính xác của mô hình. Phương pháp này không chỉ giúp xác định lượng nước cần thiết mà còn hỗ trợ trong việc dự báo các tình huống khan hiếm nước.

3.1. Thiết lập mô hình và thu thập dữ liệu

Để thiết lập mô hình MIKE 11, cần thu thập dữ liệu về lưu lượng, mực nước và các yếu tố khí tượng. Dữ liệu này sẽ được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình, đảm bảo tính chính xác trong các dự báo.

3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

Quá trình hiệu chỉnh mô hình MIKE 11 bao gồm việc so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực tế. Điều này giúp xác định độ tin cậy của mô hình trong việc dự đoán dòng chảy tối thiểu.

IV. Kết quả nghiên cứu dòng chảy tối thiểu trên sông Vu Gia Thu Bồn

Kết quả nghiên cứu cho thấy dòng chảy tối thiểu cần thiết để duy trì sức khỏe của sông Vu Gia - Thu Bồn là rất quan trọng. Việc xác định chính xác lượng nước này sẽ giúp bảo vệ hệ sinh thái và đáp ứng nhu cầu sử dụng nước của các ngành kinh tế.

4.1. Giá trị dòng chảy tối thiểu xác định được

Nghiên cứu đã xác định được giá trị dòng chảy tối thiểu cần thiết cho sông Vu Gia - Thu Bồn, từ đó đưa ra các khuyến nghị về quản lý tài nguyên nước.

4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong việc xây dựng các chính sách quản lý tài nguyên nước, đảm bảo sự phát triển bền vững cho khu vực sông Vu Gia - Thu Bồn.

V. Kết luận và khuyến nghị cho tương lai

Việc nghiên cứu và xác định dòng chảy tối thiểu trên sông Vu Gia - Thu Bồn là rất cần thiết để bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Các khuyến nghị từ nghiên cứu này sẽ giúp các cơ quan chức năng có những quyết định đúng đắn trong quản lý tài nguyên nước.

5.1. Tầm quan trọng của dòng chảy tối thiểu

Dòng chảy tối thiểu không chỉ đảm bảo sức khỏe của hệ sinh thái mà còn hỗ trợ cho các hoạt động kinh tế, xã hội trong khu vực.

5.2. Đề xuất giải pháp quản lý tài nguyên nước

Cần có các giải pháp đồng bộ trong quản lý tài nguyên nước, bao gồm việc nâng cao nhận thức cộng đồng và cải thiện quy trình cấp phép khai thác nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn sở hữu diện tích tự nhiên 10.350 km², trải rộng trên địa bàn 17 huyện, thành phố thuộc thành phố Đà Nẵng, tỉnh Quảng Nam và một phần tỉnh Kon Tum. Đây là hệ thống thủy văn huyết mạch, cung cấp nguồn nước ngọt phục vụ đời sống cho hơn 2 triệu dân cư, chiếm 73,7% tổng dân số vùng dự án, đồng thời duy trì hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và hệ sinh thái đa dạng. Mặc dù tổng lượng dòng chảy toàn lưu vực hàng năm đạt xấp xỉ 19,45 tỷ m³ (trong đó sông Thu Bồn tại Giao Thủy đạt 9,25 tỷ m³ và sông Vu Gia tại Ái Nghĩa đạt 8,55 tỷ m³), tài nguyên nước lại phân bố cực kỳ bất đối xứng theo thời gian. Mùa lũ kéo dài từ tháng X đến tháng XII chiếm tới 62,5% - 69,2% tổng lượng nước năm, trong khi mùa cạn kéo dài từ tháng I đến tháng VIII chỉ chiếm 20% - 25%, đặc biệt dòng chảy kiệt tháng IV chỉ đạt 2,1% - 2,6% tổng lượng dòng chảy năm.

Vấn đề nghiên cứu then chốt xuất phát từ sự bùng nổ của các bậc thang thủy điện thượng nguồn, kết hợp hiện tượng biến đổi lòng dẫn và xói lở nghiêm trọng. Điển hình là hiện tượng cướp dòng tại thôn 9, xã Đại Cường (Đại Lộc), khiến lưu lượng từ sông Vu Gia đổ về sông Yên cấp cho Đà Nẵng giảm xuống dưới 20 m³/s trong mùa kiệt, đẩy ranh mặn 2 g/l xâm nhập sâu 13 - 16 km. Mục tiêu cụ thể của luận văn là ứng dụng mô hình MIKE 11 mô phỏng chế độ thủy lực mùa cạn, xác định ngưỡng dòng chảy tối thiểu cần thiết trên dòng chính nhằm duy trì sự sống của dòng sông, bảo vệ 134 loài cá bản địa và đáp ứng nhu cầu sử dụng nước hạ du. Nghiên cứu sử dụng chuỗi dữ liệu thủy văn 1976 - 2006, tạo cơ sở khoa học để hiện thực hóa các quy định tại Nghị định 120/2008/NĐ-CP và Nghị định 112/2008/NĐ-CP về quản lý tài nguyên nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết dòng chảy môi trường (Environmental Flows) và nguyên lý dòng chảy tối thiểu được chuẩn hóa theo khung tiếp cận của Liên minh Quốc tế Bảo tồn Thiên nhiên và Tài nguyên Thiên nhiên (IUCN) cùng Viện Quản lý Nước Quốc tế (IWMI). Dòng chảy tối thiểu được xác định là lưu lượng thấp nhất cần thiết nhằm duy trì các chức năng sinh thái cơ bản của hệ thống sông ngòi, bảo tồn quần thể thủy sinh vật và đảm bảo mức khai thác tối thiểu cho các ngành kinh tế - xã hội.

Về mặt thủy lực, nghiên cứu vận dụng hệ phương trình vi phân Saint-Venant một chiều mô tả dòng chảy không ổn định trong lòng dẫn hở, được tích hợp trong phần mềm MIKE 11 do Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) phát triển. Khung lý thuyết bao quát 4 khái niệm cốt lõi:

• Khái niệm modul dòng chảy kiệt ($M_0$ tính bằng l/s.km²);
• Khái niệm chu vi ướt (Wetted Perimeter) làm ngấn sinh thái đáy;
• Hệ thống chỉ thị chất lượng nước bằng sinh vật đáy không xương sống BMWP (Biological Monitoring Working Party);
• Khái niệm dung tích hữu ích và dung tích điều tiết phòng lũ của các hồ chứa thượng lưu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào bao gồm chuỗi số liệu quan trắc khí tượng liên tục từ năm 1977 đến 2006 tại 3 trạm đại diện (Đà Nẵng, Trà My, Tam Kỳ) và dữ liệu thủy văn thực đo tại 11 trạm phân bố trên toàn lưu vực (Nông Sơn, Thành Mỹ, Ái Nghĩa, Hội Khách, Giao Thủy, Câu Lâu, Cẩm Lệ...). Dữ liệu địa hình bao gồm hệ thống mặt cắt ngang lòng sông thực đo dọc theo các nhánh sông chính Thu Bồn, Vu Gia, sông Yên, sông Vĩnh Điện và sông Quảng Huế.

Phương pháp mô hình toán được triển khai thông qua module thủy động lực học MIKE 11 HD. Quá trình thiết lập mạng sông và điều kiện biên sử dụng lưu lượng thực đo tại 2 trạm kiểm soát thượng lưu là Thành Mỹ ($F = 1.850\text{ km}^2$) và Nông Sơn ($F = 3.150\text{ km}^2$), biên dưới là diễn biến mực nước triều tại các cửa biển Cửa Đại và Cửa Hàn. Phương pháp chọn mẫu áp dụng toàn bộ chuỗi số liệu quan trắc thủy văn liên tục 30 năm (cỡ mẫu 30 năm) nhằm phân tích tần suất dòng chảy kiệt thiết kế $P = 75%$ và $P = 90%$. Quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình được thực hiện dựa trên hệ số nhám Manning ($n$) dao động từ 0,025 đến 0,045, đánh giá tính phù hợp qua chỉ số tương quan pha và đỉnh mực nước tại 5 trạm thủy văn hạ lưu. Nghiên cứu kết hợp phương pháp điều tra thực địa 595 công trình thủy lợi và khảo sát hệ sinh thái thủy sinh vật tại 50 điểm lấy mẫu sinh học.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô phỏng thủy lực và phân tích chuỗi dữ liệu thực tế đã mang lại 4 phát hiện khoa học quan trọng:

• Sự bất cân đối nghiêm trọng trong phân phối dòng chảy mùa cạn: Dòng chảy mùa kiệt phân hóa sâu sắc qua 2 giai đoạn: dòng chảy ổn định (tháng I - IV) và không ổn định (tháng V - VIII). Tại trạm Nông Sơn, lưu lượng bình quân tháng IV xuống mức thấp kỷ lục 72,5 m³/s (chiếm 2,2% lượng nước năm), chênh lệch gấp 13,8 lần so với tháng đỉnh lũ XI (999,7 m³/s). Tại trạm Thành Mỹ, lưu lượng tháng IV chỉ đạt 38,0 m³/s (chiếm 2,63% lượng nước năm) so với tháng XI đạt 385,7 m³/s. Hệ số biến động dòng chảy năm đạt $Cv = 0,32 - 0,35$, cao hơn hẳn các lưu vực sông khu vực Tây Nguyên ($Cv = 0,15 - 0,25$).

• Suy giảm lưu lượng cục bộ do thay đổi hình thái lòng sông: Hiện tượng cướp dòng tại xã Đại Cường đã chuyển hướng phần lớn nước từ Vu Gia sang Thu Bồn qua sông Quảng Huế, khiến lưu lượng chuyển tiếp về sông Yên chỉ còn dưới 20 m³/s trong các tháng kiệt đỉnh điểm. Sự sụt giảm này làm tê liệt 150 trạm bơm nông nghiệp hạ lưu, khiến diện tích thực tế tưới chỉ đạt 14.613 ha (đạt 60% công suất thiết kế 24.228 ha).

• Xâm nhập mặn gia tăng về cường độ và phạm vi: Khi dòng chảy ngọt từ thượng lưu sụt giảm dưới ngưỡng kiểm soát, mặn 2 g/l đã xâm nhập qua cầu Câu Lâu 2 km, chiều dài xâm nhập đạt 13 - 16 km từ cửa biển, ảnh hưởng trên phạm vi 24 km. Các trạm bơm sinh hoạt và nông nghiệp dọc sông Cẩm Lệ, Vĩnh Điện buộc phải ngừng vận hành từ 5 đến 7 ngày trong mỗi chu kỳ triều cường.

• Ngưỡng dòng chảy tối thiểu xác định qua mô hình: Kết quả tính toán chỉ ra rằng, để ngăn mặn và bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh (với 50 loài tảo và 21 loài cá hồ Đồng Nghệ, 134 loài cá sông chính), dòng chảy tối thiểu cần duy trì thường xuyên tại trạm Ái Nghĩa phải đạt từ 35 đến 42 m³/s, và tại trạm Giao Thủy phải đạt từ 65 đến 75 m³/s.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân trực tiếp dẫn tới tình trạng kiệt nước hạ du là sự kết hợp giữa địa hình đồi núi dốc đứng (độ dốc trung bình 21,3% - 25,5%) làm nước lũ thoát nhanh ra biển, và sự gia tăng của 11 bậc thang thủy điện lớn trên dòng chính (A Vương, Đak Mi 4, Sông Bung 4, Sông Tranh 2...). Đáng chú ý, công trình thủy điện Đak Mi 4 chuyển nước từ sông Vu Gia sang sông Thu Bồn đã làm suy thoái nghiêm trọng chế độ dòng chảy tự nhiên của phân lưu Vu Gia.

So sánh với các nghiên cứu dòng chảy môi trường trên sông Hương của IUCN (năm 2004) hay sông Ba và Trà Khúc của Trường Đại học Thủy lợi (năm 2006), nghiên cứu này khẳng định việc ứng dụng mô hình MIKE 11 giúp phản ánh chính xác tương quan phi tuyến giữa lưu lượng xả và độ sâu ngập của chu vi ướt lòng dẫn.

Các dữ liệu nghiên cứu này được trực quan hóa tối ưu thông qua:

• Biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại các trạm Hội Khách, Ái Nghĩa, Câu Lâu;
• Bảng ma trận phân phối dòng chảy thiết kế ứng với các cấp tần suất $P = 50%, 75%, 90%$;
• Bản đồ không gian hóa phạm vi xâm nhập mặn 1 g/l và 2 g/l trên toàn dải hạ lưu ven biển.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm bảo đảm duy trì dòng chảy tối thiểu trên dòng chính sông Vu Gia – Thu Bồn, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp mang tính hành động cao:

• Nâng cấp và xây dựng công trình chỉnh trị phân lưu: Khẩn trương thi công kè chỉnh trị và đập dâng điều tiết tại cửa sông Quảng Huế nhằm tái lập tỷ lệ phân chia dòng chảy hợp lý (50:50) giữa Vu Gia và Thu Bồn. Cải tạo nâng cấp cụm đập ngăn mặn An Trạch trên sông Yên, đập Thanh Quýt và đập Hà Thanh, hướng tới target duy trì lưu lượng xả về hạ lưu sông Yên luôn đạt trên 30 m³/s trước năm 2025. Chủ thể thực hiện: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn chủ trì, phối hợp cùng Ủy ban nhân dân thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam.

• Thiết lập quy trình vận hành liên hồ chứa mùa kiệt: Ban hành quy chế điều tiết bắt buộc đối với các nhà máy thủy điện thượng nguồn (A Vương, Đak Mi 4, Sông Bung 2, 4, 5, Sông Tranh 1, 2). Buộc các hồ chứa xả dòng chảy sau đập không thấp hơn lưu lượng kiệt nhỏ nhất trung bình nhiều năm ($M_{kiet} \ge 8,76\text{ l/s.km}^2$), thực hiện các đợt xả nước tập trung theo chu kỳ mùa vụ gieo cấy lúa Đông Xuân và Hè Thu. Timeline hoàn thành: Giai đoạn 2013 - 2015. Chủ thể thực hiện: Bộ Công Thương, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN).

• Thành lập cơ quan điều phối quản lý tổng hợp lưu vực sông: Thành lập Ban Quản lý lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn thống nhất quyền hạn giữa hai địa phương, lắp đặt hệ thống 11 trạm quan trắc tự động SCADA truyền tin thời gian thực để kiểm soát việc khai thác của 595 công trình thủy lợi, cắt giảm tỷ lệ thất thoát nước tưới xuống dưới 20% vào năm 2020. Chủ thể thực hiện: Ủy ban nhân dân thành phố Đà Nẵng và Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Nam.

• Kiểm soát ô nhiễm và phục hồi rừng đầu nguồn: Đẩy mạnh chương trình đóng cửa và hoàn nguyên môi trường đối với 100% tụ điểm khai thác vàng sa khoáng trái phép dùng hóa chất Xyanua tại các huyện Phước Sơn, Trà My, Nam Giang; nâng độ che phủ rừng tự nhiên đầu nguồn từ 38% lên trên 45% nhằm nâng cao khả năng giữ nước mặt và bổ cập nước ngầm. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường cùng Chi cục Kiểm lâm tỉnh Quảng Nam.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Cơ quan hoạch định chính sách và quản lý nhà nước: Bộ Tài nguyên và Môi trường, Cục Quản lý Tài nguyên nước, Sở Tài nguyên và Môi trường Đà Nẵng và Quảng Nam. Luận văn cung cấp luận cứ thực tiễn để thẩm định hồ sơ cấp phép khai thác nước mặt, xây dựng quy định dòng chảy môi trường và khung pháp lý vận hành liên hồ chứa.

• Đơn vị quản lý, vận hành thủy điện và công trình thủy nông: Các công ty cổ phần thủy điện (A Vương, Sông Bung, Đak Mi, Sông Tranh) và các Công ty Trách nhiệm hữu hạn Một thành viên Khai thác Công trình Thủy lợi. Tài liệu giúp xác định chuẩn xác lưu lượng xả đáy tối thiểu, điều hòa hài hòa lợi ích kinh tế phát điện và an toàn cấp nước tưới tiêu.

• Viện nghiên cứu và cơ sở đào tạo chuyên ngành: Các trường đại học khối kỹ thuật, môi trường, thủy lợi và các viện nghiên cứu khí tượng thủy văn. Đây là tài liệu tham khảo chất lượng về phương pháp luận ứng dụng mô hình MIKE 11 HD trong mô phỏng thủy lực mạng sông phức tạp miền Trung.

• Các tổ chức phi chính phủ và chuyên gia bảo tồn sinh thái: Các nhóm nghiên cứu bảo tồn nguồn lợi thủy sản, đa dạng sinh học nguồn nước. Luận văn cung cấp số liệu toàn diện về danh mục 134 loài cá, 50 loài thực vật phiêu sinh và chỉ số chất lượng nước sinh thái BMWP làm cơ sở quan trắc môi trường lâu dài.

Câu hỏi thường gặp

1. Dòng chảy tối thiểu trên sông Vu Gia – Thu Bồn được định lượng như thế nào?
Dòng chảy tối thiểu là lưu lượng nước thấp nhất ở hạ lưu cần được duy trì để bảo tồn hệ sinh thái thủy sinh và cấp nước dân sinh theo Nghị định 112/2008/NĐ-CP. Qua tính toán mô hình thủy lực MIKE 11, lưu lượng kiệt kiểm soát tại trạm Ái Nghĩa phải đạt tối thiểu 35 - 42 m³/s và tại trạm Giao Thủy đạt 65 - 75 m³/s để duy trì chu vi ướt an toàn cho sinh thái đáy.

2. Tại sao mô hình MIKE 11 được chọn làm công cụ tính toán chính trong đề tài?
MIKE 11 do DHI phát triển có khả năng mô phỏng thủy động lực học một chiều (module HD) cực kỳ chính xác cho mạng sông phức tạp có nhiều phân lưu, hợp lưu, công trình cống, đập dâng và chịu tác động triều mạnh. Bộ thông số mô hình được hiệu chỉnh với hệ số nhám Manning $n = 0,025 - 0,045$, đạt độ trùng khớp cao giữa đường mực nước thực đo và tính toán tại 5 trạm thủy văn.

3. Hiện tượng cướp dòng tại xã Đại Cường gây ra hậu quả gì đối với hạ lưu Đà Nẵng?
Hiện tượng sông cướp dòng tự nhiên tại thôn 9, xã Đại Cường đã chuyển hướng dòng chảy chính từ Vu Gia sang Thu Bồn, làm lưu lượng nước cấp về sông Yên chảy ra Cửa Hàn tụt sâu xuống dưới 20 m³/s trong mùa khô. Hệ quả là trạm bơm Cầu Đỏ bị nhiễm mặn nghiêm trọng, gây thiếu hụt nguồn nước sạch sinh hoạt trên diện rộng cho thành phố Đà Nẵng.

4. Khai thác vàng sa khoáng thượng nguồn tác động tiêu cực thế nào đến nguồn nước?
Hoạt động khai khoáng trái phép tại Phước Sơn, Trà My, Nam Giang làm sạt lở hàng ngàn hecta rừng phòng hộ, gây bồi lấp lòng sông và giải phóng các kim loại nặng. Đặc biệt, việc lạm dụng hóa chất cực độc Xyanua trong tuyển quặng đã làm suy giảm nghiêm trọng quần thể 134 loài cá và làm gia tăng nguy cơ suy thoái tầng nước ngầm chứa 4,8 triệu m³/ngày trên lưu vực.

5. Các công trình thủy lợi hiện hữu đáp ứng năng lực cấp nước mùa cạn ra sao?
Toàn lưu vực có 595 công trình thủy lợi (78 hồ chứa, 367 đập dâng, 150 trạm bơm), nhưng hiệu suất phục vụ thực tế chỉ đạt 50,2% năng lực thiết kế (thực tưới 22.675 ha trên thiết kế 44.632 ha). Vào mùa kiệt tháng IV và V, nhiều trạm bơm dọc sông La Thọ, Cổ Cò, Vĩnh Điện phải dừng bơm từ 5 đến 7 ngày do mực nước kiệt sâu và nhiễm mặn.

Kết luận

• Luận văn đã thiết lập thành công mô hình thủy lực MIKE 11 HD mô phỏng mạng sông Vu Gia – Thu Bồn diện tích 10.350 km², giải quyết bài toán thủy lực mùa kiệt phức tạp.
• Đã lượng hóa chi tiết mức độ mất cân bằng dòng chảy với mùa cạn chỉ chiếm 20% - 25% tổng lượng nước năm, đồng thời làm rõ tác động tiêu cực của hiện tượng cướp dòng tại Đại Cường và chuyển nước của thủy điện Đak Mi 4.
• Đã xác định căn cứ khoa học cho ngưỡng dòng chảy tối thiểu tại Ái Nghĩa (35 - 42 m³/s) và Giao Thủy (65 - 75 m³/s) nhằm đẩy mặn và bảo vệ 134 loài cá bản địa.
• Đã phân tích toàn diện hiện trạng suy thoái chất lượng nước do khai thác vàng sa khoáng bằng Xyanua và hiệu suất khai thác thực tế của 595 công trình thủy lợi (đạt 50,2%).
• Đã xây dựng bộ giải pháp tích hợp giữa công trình chỉnh trị phân lưu, quy chế vận hành liên hồ chứa và thành lập cơ quan quản lý lưu vực sông thống nhất.

Về định hướng tiếp theo, các cơ quan chức năng cần tích hợp mô hình dòng chảy môi trường hai chiều (2D) cho vùng cửa sông ven biển và hoàn thiện hệ thống quan trắc tự động toàn lưu vực trong giai đoạn đến năm 2025. Các nhà quản lý, doanh nghiệp năng lượng và cộng đồng nghiên cứu cần chung tay áp dụng ngay các giải pháp duy trì dòng chảy tối thiểu để đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển bền vững lưu vực Vu Gia – Thu Bồn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG -------------------------------------- Phạm Văn Nghiệp ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN DÒNG CHÍNH SÔNG VU GIA – THU BỒN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP DUY TRÌ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội, 2012 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG -------------------------------------- Phạm Văn Nghiệp ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN DÒNG CHÍNH SÔNG VU GIA – THU BỒN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP DUY TRÌ Chuyên ngành: Môi trƣờng trong phát triển bền vững Mã số: Chƣơng trình đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Diên Dực Hà Nội, 2012 3 BẢNG KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT  Ký hiệu Giải nghĩa Nguyên gốc DHI Viện Thủy lực Đan Mạch Denmark Hydraulic Institute Liên minh Quốc tế Bảo tồn International Union for IUCN Thiên nhiên và Tài nguyên Conservation of Nature and thiên nhiên Natural Resources International Water IWMI Viện Quản lý Nƣớc Quốc tế Management Institute WUP Chƣơng trình sử dụng nƣớc Water use program HD Module thủy động lực học HD-Hydrodynamics WQ Chất lƣợng nƣớc Water quality L Chiều dài sông (km) Diện tích lƣu vực sông F (km2) CNNN Công nghiệp ngắn ngày KCN Khu công nghiệp CCN Cụm công nghiệp Q Lƣu lƣợng nƣớc (m3/s) H Mực nƣớc (cm) M Modul dòng chảy (l/s .km2) W Tổng lƣợng dòng chảy (m3) X Lƣơng mƣa (mm) Y Lớp dòng chảy (mm) QPTL Quy phạm thủy lợi Khí tƣợng Thủy văn và Môi KTTVMT trƣờng TNN Tài nuyên nƣớc 4 MỤC LỤC  Trang BẢNG KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT .2 DANH MỤC BẢNG BIỂU .7 DANH MỤC HÌNH ẢNH. Tổng quan về các nghiên cứu có liên quan lĩnh vực của luận văn. Các phƣơng pháp nghiên cứu. Tổng quan về mô hình MIKE 11.

Quy định về dòng chảy tối thiểu. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Đặc điểm tự nhiên. Vị trí địa lý.

Đặc điểm địa hình. Đặc trƣng hình thái lƣu vực sông. Đặc điểm thổ nhƣỡng. Đặc điểm dân sinh kinh tế.

Đặc điểm sông ngòi, nguồn nƣớc. Đặc điểm sông ngòi. Lƣới trạm khí tƣợng thủy văn. Đặc điểm thủy văn và tài nguyên nƣớc mặt.

Đặc điểm địa chất thủy văn và tài nguyên nƣớc dƣới đất. Đặc điểm hệ sinh thái thủy sinh. Hê ̣ sinh thái ao hồ. Hê ̣ sinh thái sông.

Tác động phát triển kinh tế - xã hội đến hệ sinh thái nƣớc. Đặc điểm khai thác, sử dụng nƣớc lƣu vực sông. Khai thác, sử dụng nƣớc phục vụ nông nghiệp. Khai thác sử dụng nƣớc phục vụ sinh hoạt.

Khai thác, sử dụng nƣớc cho công nghiệp. Đặc điểm thủy triều. Phạm vi ảnh hƣởng triều trên các sông. Thời gian triề u lên, xuố ng.

Xâm nhập mặn. Khai thác thủy điện trên dòng chính. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11.

Các module của mô hình MIKE 11. Các ứng dụng của mô hình MIKE 11. Ứng dụng mô hình MIKE 11 tại Việt Nam. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY KIỆT LƢU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN.

Các tài liệu cơ bản phục vụ cho tính toán. HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH THUỶ ĐỘNG LỰC. Thiết lập mô hình. Hiệu chỉnh thông số mô hình thủy lực.

Kiểm định xác nhận tính phù hợp của mô hình. Đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực. XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU DUY TRÌ DÒNG SÔNG. Kiến nghị phƣơng pháp xác định dòng chảy cần duy trì trên đoạn sông.

Xác định giá trị dòng chảy tối thiểu duy trì dòng sông. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP DUY TRÌ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN DÒNG CHÍNH SÔNG VU GIA – THU BỒN. Đề xuất các giải pháp cho việc quản lý, kiểm soát cũng nhƣ bảo đảm duy trì dòng chảy tối thiểu trên dòng chính sông Vu Gia – Thu Bồn. Đề xuất một số giải pháp công trình.

Đề xuất một số giải pháp phi công trình .89 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ.92 TÀI LIỆU THAM KHẢO .94 6 DANH MỤC BẢNG BIỂU  Trang Bảng 1: Diện tích đất canh tác hiện trạng và tƣơng lai .21 Bảng 2: Đặc trƣng hình thái các sông trong lƣu vực sông Thu Bồn .23 Bảng 3: Đặc trƣng hình thái lƣu vực hệ thống sông .25 Bảng 4: Danh sách các trạm khí tƣợng trong vùng .26 Bảng 5: Danh sách trạm thủy văn đang hoạt động trong vùng .26 Bảng 6: Lƣu lƣợng bình quân tháng Nông sơn và Thành Mỹ.27 Bảng 7: Các thống số thống kê dòng chảy tháng và năm.28 Bảng 8: Lƣu lƣợng thiết kế ứng với các tần suất khác nhau .28 Bảng 9: Tình hình biến động dòng chảy năm .28 Bảng 10: Biến động dòng chảy tháng qua các năm .29 Bảng 11: Nguồn nƣớc các sông trong lƣu vực .29 Bảng 12: Các tham số thống kê lƣu lƣợng lũ lớn nhất .31 Bảng 13: Lƣu lƣợng lũ thiết kế ứng với các tần suất .31 Bảng 14: Đỉnh lũ lớn nhất đã quan trắc đƣợc tại các trạm thuỷ văn .31 Bảng 15: Tần suất đỉnh lũ tại một số vị trí trạm thuỷ văn .31 Bảng 16: Lƣu lƣợng đỉnh và tổng lƣợng lũ tại vị trí công trình trên dòng chính .31 Bảng 17: Dòng chảy kiệt nhỏ nhất trạm trong vùng nghiên cứu .32 Bảng 18: Các loài tảo và vi khuẩn Lam có trong hồ Đông Nghệ .36 Bảng 19: Tỷ lệ các ngành tảo và vi khuẩn lam trong hồ Đông Nghệ .37 Bảng 20: Sinh khố i thƣ̣c vâ ̣t phù du ở hồ Đông Nghê ̣ (g/m3) .37 Bảng 21: Mâ ̣t đô ̣ tế bào thƣ̣c vâ ̣t phù du ở hồ Đông Nghê ̣ (tb/lít) .37 Bảng 22: Thành phần loài động vật phù du hồ Đông Nghê. ̣ 38 Bảng 23: Sinh khố i và mâ ̣t đô ̣ đô ̣ng vâ ̣t nổ i hồ Đông Nghê. ̣ 38 Bảng 24: Thành phần động vật đáy .39 Bảng 25: Mâ ̣t đô ̣ và sinh khố i đô ̣ng vâ ̣t đáy hồ Đông Nghê ̣ .39 Bảng 26: Phân loa ̣i và cho điể m CLN theo hê ̣ thố ng BMWP .39 Bảng 27: Thành phần cá hồ Đông Nghệ .39 Bảng 28: Danh sách thành phầ n loài tảo sông Vu Gia - Thu Bồ n .40 Bảng 29: Danh sách thành phầ n loài cá sông Vu Gia - Thu Bồ n .42 Bảng 30: Đánh giá dung tích phòng lũ của một số hồ chứa .50 Bảng 31: Thống kê 1 số chỉ tiêu các đập dâng .52 7 Bảng 32: Tình hình cấp nƣớc sinh hoạt của thành phố Đà Nẵng .55 Bảng 33: Thống kê số lƣợng giếng khơi trên lƣu vực (phần tỉnh Quảng Nam) .56 Bảng 34: Thống kê số lƣợng giếng hợp vệ sinh .57 Bảng 35: Hiện trạng nƣớc giếng đào nông thôn tại Thành phố Đà Nẵng .57 Bảng 36: Thống kê số lƣợng giếng khoan tỉnh Quảng Nam (Phần trong lƣu vực) .58 Bảng 37: Hiện trạng sử dụng giếng khoan tại Thành phố Đà Nẵng .58 Bảng 38: Số lƣợng giếng khoan đƣờng kính nhỏ tỉnh Quảng nam .59 Bảng 39: Thống kê số lƣợng công trình cấp nƣớc tự chảy .60 Bảng 40: Điều tra hiện trạng sử dụng nƣớc mặt nông thôn tại Tp.61 Bảng 41: Công trình cấp nƣớc tập trung trong lƣu vực Vu Gia – Thu Bồn .61 Bảng 42: Thống kê hiện trạng sử dụng nƣớc hợp vệ sinh tỉnh Quảng Nam (phần trong lƣu vực) .62 Bảng 43: Tình hình sử dụng nƣớc hợp vệ sinh ở Thành phố Đà Nẵng .63 Bảng 44: Thống kê các cơ sở công nghiệp kéo thép ở thành phố Đà Nẵng.64 Bảng 45: Thống kê các cơ sở công nghiệp ngành giấy ở Thành phố Đà Nẵng .65 Bảng 46: Thống kê các cơ sở chế biến thuỷ sản ở Thành phố Đà Nẵng .65 Bảng 47: Hiện trạng sử dụng nƣớc dƣới đất cấp nƣớc cho KCN .67 Bảng 48: Tổng hợp các công trình thủy điện trên dòng chính .69 Bảng 49: Diện tích lƣu vực.75 8 DANH MỤC HÌNH ẢNH  Trang Hình 1: Bản đồ vị trí lƣu vực nghiên cứu .16 Hình 2: Hệ thống sông ngòi lƣu vực sông Vu Gia - Thu Bồn.22 Hình 3: Bản đồ hiện trạng thủy lợi .54 Hình 4: Sơ đồ khối tính toán thuỷ lực MIKE11 .74 Hình 5: Sơ đồ thủy lực hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia .76 Hình 6: Thiết lập mạng sông (*.78 Hình 7: Thiết lập dữ liệu địa hình (*.78 Hình 8: Thiết lập điều kiện biên (*.79 Hình 9: Thiết lập File thông số của mô hình (*.80 Hình 10: Thiết lập file mô phỏng (*.80 Hình 11: Sơ đồ quá trình hiệu chỉnh bộ thông số mô hình.81 Hình 12: Biểu đồ quá trình mực nƣớc tính toán, thực đo trạm Hội Khách .82 Hình 13: Biểu đồ quá trình mực nƣớc tính toán, thực đo trạm Ái Nghĩa.82 Hình 14: Biểu đồ quá trình mực nƣớc tính toán, thực đo trạm Cẩm lệ .83 Hình 15: Biểu đồ quá trình mực nƣớc tính toán, thực đo trạm Giao Thủy .83 Hình 16: Biểu đồ quá trình mực nƣớc tính toán, thực đo tại Câu Lâu .84 Hình 17: Biểu đồ quá trình mực nƣớc tính toán, thực đo trạm Hội Khách .84 Hình 18: Biểu đồ quá trình mực nƣớc tính toán, thực đo trạm Ái Nghĩa.85 Hình 19: Biểu đồ quá trình mực nƣớc tính toán, thực đo trạm Cẩm lệ .85 Hình 20: Biểu đồ quá trình mực nƣớc tính toán, thực đo trạm Giao Thủy .86 Hình 21: Biểu đồ quá trình mực nƣớc tính toán, thực đo tại Câu Lâu. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Vu Gia - Thu Bồn là lƣu vực sông lớn ở vùng Duyên hải Trung Trung Bộ.

Toàn bộ lƣu vực nằm ở sƣờn Đông của dãy Trƣờng Sơn, gồm đất đai của Thành phố Đà Nẵng, tỉnh Quảng Nam và một phần của tỉnh Kon Tum. Lƣu vực sông Vu Gia - Thu Bồn có tiề m năng lớn về đấ t đai , tài nguyên nƣớc , thuỷ năng, rƣ̀ng và thuỷ - hải sản. Khí hậu ấm áp , thuâ ̣n lơ ̣i cho cây trồ ng sinh trƣởng quanh năm. Lƣu vƣ̣c nằ m ở trung đô ̣ của của đất nƣớc, có thành phố Đà Nẵng đầu mối rất quan trọng cuả mạng lƣới giao thông hàng không , đƣờng sắ t, đƣờng bô ̣ Nam - Bắc, lên Tây Nguyên , sang Lào và Thái Lan , có cảng biển thuận tiện cho mở rộng giao lƣu quốc tế.

Trong vùng có nhiề u danh lam thắ ng cảnh đẹp nhƣ bán đảo Sơn Trà , đèo Hải Vân, Ngũ Hành Sơn, có di sản văn hóa thế giới Hô ̣i An và Mỹ Sơn v .