Nghiên cứu áp dụng mô hình WEAP để tính toán cân bằng nước lưu vực sông Vệ

Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu mô hình WEAP để tính toán cân bằng nước lưu vực sông Vệ, góp phần quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tiền Giang
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Nghiên cứu áp dụng mô hình WEAP tính cân bằng nước lưu vực sông Vệ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN BÀI TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG VỆ
• 3. CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG VỆ
• 3.1. Cân bằng nước hiện trạng 2010 và đến các năm 2015, 2020
• 3.2. Tính toán cân bằng nước theo các kịch bản phát triển nguồn nước
• 3.3. Tính toán cân bằng nước theo các tỷ lệ phân bổ
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình WEAP trong cân bằng nước lưu vực sông Vệ

Mô hình WEAP (Water Evaluation And Planning System) là một công cụ mạnh mẽ trong việc tính toán và quản lý tài nguyên nước. Mô hình này cho phép người dùng mô phỏng các kịch bản khác nhau về sử dụng nước, từ đó đánh giá tác động của các quyết định quản lý đến nguồn nước trong lưu vực. Đặc biệt, mô hình WEAP đã được áp dụng thành công trong nhiều nghiên cứu về cân bằng nước, giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về tình hình nước trong khu vực. Việc áp dụng mô hình WEAP trong lưu vực sông Vệ không chỉ giúp xác định tình trạng nước hiện tại mà còn dự đoán các kịch bản phát triển trong tương lai.

1.1. Mô hình WEAP và ứng dụng trong quản lý nước

Mô hình WEAP được thiết kế để hỗ trợ quản lý tổng hợp tài nguyên nước. Nó cho phép người dùng mô phỏng các yếu tố như lượng mưa, dòng chảy, và nhu cầu sử dụng nước từ các hộ ngành khác nhau. Nhờ vào khả năng mô phỏng linh hoạt, WEAP giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định chính xác hơn trong việc phân bổ và sử dụng nguồn nước.

1.2. Lưu vực sông Vệ Đặc điểm và thách thức

Lưu vực sông Vệ nằm ở tỉnh Quảng Ngãi, Việt Nam, với nhiều đặc điểm địa lý và khí hậu đa dạng. Tuy nhiên, khu vực này đang phải đối mặt với nhiều thách thức về quản lý nước, bao gồm tình trạng thiếu nước trong mùa khô và ô nhiễm nguồn nước. Việc áp dụng mô hình WEAP sẽ giúp đánh giá chính xác hơn về tình hình nước trong lưu vực, từ đó đưa ra các giải pháp hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong tính toán cân bằng nước lưu vực sông Vệ

Tình trạng thiếu nước và ô nhiễm nguồn nước là hai vấn đề lớn mà lưu vực sông Vệ đang phải đối mặt. Việc tính toán cân bằng nước trong khu vực này gặp nhiều khó khăn do sự biến đổi khí hậu, sự gia tăng dân số và nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao. Các yếu tố này làm cho việc quản lý tài nguyên nước trở nên phức tạp hơn. Để giải quyết vấn đề này, cần có các phương pháp tính toán chính xác và hiệu quả.

2.1. Tình trạng thiếu nước và nguyên nhân

Thiếu nước là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất tại lưu vực sông Vệ. Nguyên nhân chủ yếu bao gồm sự gia tăng nhu cầu sử dụng nước từ nông nghiệp và công nghiệp, cùng với sự biến đổi khí hậu làm giảm lượng mưa. Việc hiểu rõ nguyên nhân sẽ giúp đưa ra các giải pháp phù hợp.

2.2. Ô nhiễm nguồn nước và tác động

Ô nhiễm nguồn nước tại lưu vực sông Vệ chủ yếu do hoạt động nông nghiệp và công nghiệp. Các chất thải từ các hoạt động này không chỉ làm giảm chất lượng nước mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Cần có các biện pháp kiểm soát ô nhiễm hiệu quả để bảo vệ nguồn nước.

III. Phương pháp áp dụng mô hình WEAP trong tính toán cân bằng nước

Mô hình WEAP được áp dụng để tính toán cân bằng nước trong lưu vực sông Vệ thông qua các bước cụ thể. Đầu tiên, cần xác định các yếu tố đầu vào như lượng mưa, dòng chảy và nhu cầu sử dụng nước. Sau đó, mô hình sẽ tiến hành tính toán và mô phỏng các kịch bản khác nhau để đánh giá tình hình nước trong khu vực. Phương pháp này không chỉ giúp xác định tình trạng nước hiện tại mà còn dự đoán các kịch bản phát triển trong tương lai.

3.1. Các bước triển khai mô hình WEAP

Để triển khai mô hình WEAP, cần thực hiện các bước như thu thập dữ liệu đầu vào, thiết lập mô hình, và chạy các kịch bản mô phỏng. Mỗi bước đều quan trọng và cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo độ chính xác của kết quả.

3.2. Đánh giá kết quả mô phỏng từ mô hình WEAP

Sau khi chạy mô hình, kết quả sẽ được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu như lượng nước đến, nước đi và tình trạng cân bằng nước. Việc đánh giá này giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về tình hình nước trong lưu vực và đưa ra các quyết định phù hợp.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô hình WEAP trong lưu vực sông Vệ

Mô hình WEAP đã được áp dụng để tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Vệ trong các giai đoạn khác nhau. Kết quả từ mô hình cho thấy tình trạng nước hiện tại và dự đoán các kịch bản phát triển trong tương lai. Việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp cải thiện quản lý nước mà còn hỗ trợ các quyết định về quy hoạch tài nguyên nước trong khu vực.

4.1. Kết quả tính toán cân bằng nước hiện trạng

Kết quả tính toán cho thấy lưu vực sông Vệ đang trong tình trạng thiếu nước trong mùa khô. Mô hình WEAP đã chỉ ra các khu vực có nguy cơ thiếu nước cao, từ đó giúp các nhà quản lý có kế hoạch ứng phó kịp thời.

4.2. Dự đoán các kịch bản phát triển nguồn nước

Mô hình WEAP cũng cho phép dự đoán các kịch bản phát triển nguồn nước trong tương lai. Các kịch bản này giúp các nhà quản lý đánh giá tác động của các quyết định quy hoạch đến nguồn nước, từ đó đưa ra các giải pháp hợp lý.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của mô hình WEAP

Mô hình WEAP đã chứng minh được giá trị của mình trong việc tính toán cân bằng nước lưu vực sông Vệ. Kết quả từ mô hình không chỉ giúp cải thiện quản lý nước mà còn hỗ trợ các quyết định quy hoạch tài nguyên nước. Trong tương lai, việc áp dụng mô hình này sẽ tiếp tục được mở rộng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về quản lý tài nguyên nước.

5.1. Tầm quan trọng của mô hình WEAP trong quản lý nước

Mô hình WEAP đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý tài nguyên nước, giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan và đưa ra quyết định chính xác hơn. Việc áp dụng mô hình này sẽ giúp cải thiện tình hình nước trong lưu vực sông Vệ.

5.2. Hướng phát triển mô hình WEAP trong tương lai

Trong tương lai, mô hình WEAP có thể được cải tiến và mở rộng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về quản lý nước. Việc tích hợp thêm các yếu tố như biến đổi khí hậu và phát triển bền vững sẽ giúp mô hình trở nên hoàn thiện hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Vệ thuộc tỉnh Quảng Ngãi có tổng diện tích tự nhiên 1.260 km2 với chiều dài dòng chính 91 km, mật độ sông suối đạt 0,79 km/km2 và độ dốc lưu vực bình quân 19,9%. Tổng lượng dòng chảy mặt trung bình nhiều năm tại trạm thủy văn An Chỉ đạt xấp xỉ 2,05 tỷ m3, tương ứng lưu lượng bình quân 64,9 m3/s. Dù sở hữu nguồn nước mặt dồi dào, lưu vực lại chịu sự phân bố dòng chảy không đều theo không gian và thời gian. Lượng mưa trung bình năm biến động từ 1.700 mm tại vùng đồng bằng ven biển lên đến 4.000 mm ở vùng núi cao Ba Tơ và Giá Vực. Mùa mưa kéo dài từ tháng 9 đến tháng 12 chiếm từ 70% đến 80% tổng lượng dòng chảy năm với lưu lượng đỉnh lũ lịch sử đạt 4.290 m3/s, trong khi mùa khô kéo dài 8 tháng chỉ chiếm từ 30% đến 35% lượng nước, khiến lưu lượng kiệt ngày có thời điểm giảm về 0 m3/s.

Thực trạng này gây ra áp lực nghiêm trọng đối với việc cấp nước cho 139.476 người dân, 37.821 ha đất canh tác nông nghiệp và các cơ sở sản xuất công nghiệp đạt giá trị 955 triệu USD trên địa bàn. Mục tiêu của nghiên cứu là ứng dụng mô hình WEAP để mô phỏng và tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Vệ giai đoạn hiện trạng 2010 và dự báo đến các năm 2015, 2020. Luận văn tích hợp đồng thời nguồn nước mặt và tiềm năng khai thác nước dưới đất đạt 34.868 m3/ngày, từ đó đề xuất nguyên tắc và tỷ lệ phân bổ nguồn nước hợp lý nhằm giảm thiểu nguy cơ thiếu nước cục bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết cân bằng nước hệ thống nguồn nước, xem xét tài nguyên nước như một hệ thống liên kết chặt chẽ giữa nguồn cung, công trình điều tiết, nhu cầu sử dụng và các tác động môi trường. Phương trình cân bằng nước định lượng sự chênh lệch giữa tổng lượng nước đến (mưa, dòng chảy mặt, nước ngầm, nước hồi quy) và tổng lượng nước đi (bốc thoát hơi, ngấm sâu, lượng nước cung cấp cho các ngành và dòng chảy ra khỏi cửa sông).

Bên cạnh đó, nghiên cứu áp dụng lý thuyết quản lý tổng hợp tài nguyên nước theo nguyên tắc coi nước là tài sản công cộng và hàng hóa kinh tế, bám sát các quy định của Luật Tài nguyên nước năm 1998, Nghị định 179/1999/NĐ-CP và Nghị định 149/2004/NĐ-CP. Ba khái niệm cốt lõi được định lượng trong mô hình gồm: dòng chảy môi trường (nhu cầu duy trì hệ sinh thái thủy sinh, được tính bằng 10% tổng nhu cầu của các ngành trên mỗi tiểu vùng), nút nhu cầu tiêu thụ nước và tỷ lệ nước hồi quy sau sử dụng.

Phương pháp nghiên cứu

Về nguồn dữ liệu và cỡ mẫu, nghiên cứu thu thập chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn trong 33 năm liên tục (từ năm 1976 đến năm 2009) tại trạm An Chỉ (diện tích khống chế 854 km2) kết hợp số liệu mưa từ 5 trạm quan trắc đại diện gồm Ba Tơ, Giá Vực, Sơn Giang, Sơn Hà và Quảng Ngãi. Dữ liệu không gian sử dụng mô hình độ cao số DEM độ phân giải 90x90m. Dữ liệu kinh tế - xã hội được trích xuất từ niên giám thống kê năm 2009 và năm 2010 của 5 huyện thuộc lưu vực gồm Ba Tơ, Minh Long, Mộ Đức, Nghĩa Hành và Tư Nghĩa.

Phương pháp phân tích kết hợp hai mô hình chuyên ngành:

Thứ nhất, mô hình bể chứa TANK của Nhật Bản được sử dụng để tính toán quá trình hình thành dòng chảy từ mưa cho các tiểu lưu vực không có trạm đo. Mô hình TANK được chọn nhờ khả năng mô phỏng chi tiết dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm tầng nông, phù hợp với địa hình đồi núi dốc 19,9% của lưu vực. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định tại trạm An Chỉ đạt chỉ số hiệu quả Nash-Sutcliffe ở mức tin cậy cao.

Thứ hai, mô hình WEAP phiên bản 3.0 của Viện Môi trường Stockholm được chọn làm công cụ trung tâm để tính toán cân bằng nước. WEAP có khả năng kết nối mạng lưới dòng chảy tự nhiên dài 290 km của 6 tiểu vùng với các điểm tiêu thụ nước, đồng thời tích hợp linh hoạt nguồn nước dưới đất 34.868 m3/ngày và công cụ Scenario Explorer để phân tích các kịch bản cấp nước giai đoạn 2011–2020. Hệ thống thông tin địa lý GIS (ArcView, MapInfo) được dùng để số hóa và quản lý thuộc tính không gian.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nhu cầu dùng nước trên lưu vực sông Vệ tăng trưởng mạnh qua các giai đoạn. Nhu cầu nước sinh hoạt tăng từ 5,017 triệu m3 vào năm 2010 lên 6,525 triệu m3 vào năm 2015 và đạt 7,932 triệu m3 vào năm 2020, tương đương mức tăng 58,1% sau 10 năm do định mức cấp nước đô thị tăng từ 120 lên 180 lít/người/ngày. Nhu cầu dòng chảy môi trường tăng từ 3,765 triệu m3 năm 2010 lên 7,931 triệu m3 năm 2020, tức tăng gấp 2,1 lần nhằm đáp ứng yêu cầu bảo vệ sinh thái hạ lưu.

Thứ hai, tồn tại sự mất cân đối rõ rệt về nhu cầu nước giữa các tiểu vùng. Khu vực thượng lưu gồm Vùng 1, Vùng 2 và Vùng 3 chiếm diện tích 571 km2 (chiếm 45,3% diện tích toàn lưu vực) nhưng chỉ tiêu thụ khoảng 25,6% tổng nhu cầu nước. Ngược lại, khu vực hạ lưu gồm Vùng 4, Vùng 5 và Vùng 6 tập trung tới 74,4% nhu cầu sử dụng, trong đó Vùng 5 có nhu cầu nước nông nghiệp lên đến 14,508 triệu m3 năm 2010.

Thứ ba, sự phân phối dòng chảy theo mùa tạo ra nguy cơ thiếu nước gay gắt trong 8 tháng mùa khô (từ tháng 1 đến tháng 8). Lượng nước mùa khô chỉ chiếm từ 30% đến 35% tổng lượng năm, dẫn đến tình trạng căng thẳng nguồn nước tại các huyện đồng bằng Mộ Đức và Tư Nghĩa.

Thứ tư, nguồn nước dưới đất có khả năng khai thác toàn lưu vực đạt 34.868 m3/ngày. Trong đó, Vùng 6 hạ sông Vệ chiếm tỷ trọng lớn nhất với 17.434 m3/ngày (chiếm 50,0%), tiếp theo là Vùng 4 với 6.974 m3/ngày (chiếm 20,0%) và Vùng 5 với 6.276 m3/ngày (chiếm 18,0%), tạo ra nguồn cấp bù quý giá cho nông nghiệp và sinh hoạt trong mùa hạn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự thiếu hụt nước tại hạ lưu sông Vệ là do chế độ mưa biến động mạnh với hệ số biến sai Cv từ 0,30 đến 0,50, cùng việc thiếu vắng các hồ chứa lớn có khả năng điều tiết nhiều năm. Mưa lớn tập trung trong 4 tháng mùa lũ tạo nên lưu lượng đỉnh lên tới 4.290 m3/s rồi đổ nhanh ra biển, trong khi các tháng mùa kiệt có mô đun dòng chảy chỉ đạt 2,82 l/s.km2.

Trong các báo cáo phân tích của WEAP, dữ liệu cân bằng nước được mô phỏng trực quan qua các bảng thống kê phân phối dòng chảy tháng và biểu đồ dạng cột so sánh lượng nước thiếu hụt giữa 4 kịch bản phát triển. Khi so sánh kịch bản phát triển tự nhiên với kịch bản có sự kết hợp điều tiết liên hồ và khai thác bổ sung 34.868 m3/ngày nước ngầm, lượng nước thiếu hụt của các ngành trong giai đoạn 2015–2020 giảm từ 35% đến 45%.

Kết quả thảo luận khẳng định tầm quan trọng của việc xác lập thứ tự ưu tiên: cấp nước sinh hoạt luôn xếp vị trí ưu tiên bậc 1, dòng chảy môi trường xếp ưu tiên bậc 2, tiếp đến là sản xuất nông nghiệp và công nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, ban hành quy chế phân bổ và chia sẻ nguồn nước lưu vực sông Vệ. Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Ngãi cùng Sở Tài nguyên và Môi trường cần chủ trì xây dựng khung chia sẻ nguồn nước trong giai đoạn 2013–2015, bảo đảm cấp đủ 100% định mức nước sinh hoạt từ 150 đến 180 lít/người/ngày cho 139.476 người dân, đồng thời duy trì dòng chảy môi trường tối thiểu 10% tổng nhu cầu các ngành.

Thứ hai, nâng cấp mạng lưới trạm quan trắc khí tượng thủy văn tự động. Chi cục Thủy văn khu vực miền Trung phối hợp các đơn vị liên quan triển khai lắp đặt bổ sung 3 trạm đo lưu lượng tự động trên các nhánh sông Trà Nô và sông Vực Hồng trong giai đoạn 2013–2016, nâng độ chính xác dự báo dòng chảy đến đạt trên 90%.

Thứ ba, khai thác an toàn và bền vững nguồn nước dưới đất. Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp Sở Xây dựng triển khai các dự án giếng khoan khai thác tầng chứa nước Bazan trong giai đoạn 2014–2020, huy động hiệu quả công suất 34.868 m3/ngày, ưu tiên cấp bù cho 37.821 ha đất nông nghiệp tại Vùng 4 và Vùng 6 vào các tháng kiệt nhất.

Thứ tư, áp dụng mô hình WEAP vào quản lý và điều hành lưu vực thời gian thực. Ban Quản lý lưu vực sông Vệ đưa phần mềm WEAP vào vận hành định kỳ từ năm 2014, tiến hành cập nhật dữ liệu và đánh giá lại cân bằng nước theo chu kỳ 5 năm, giúp cắt giảm từ 20% đến 30% thiệt hại kinh tế do hạn hán gây ra.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, các cơ quan quản lý nhà nước như Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ngãi, Chi cục Thủy lợi và Ủy ban nhân dân các huyện ven sông Vệ. Luận văn cung cấp căn cứ khoa học trực tiếp cho việc thẩm định quy hoạch tài nguyên nước và cấp phép khai thác 34.868 m3/ngày nước dưới đất.

Thứ hai, các đơn vị tư vấn và kỹ sư quy hoạch thủy lợi. Nhóm chuyên gia có thể áp dụng quy trình tích hợp mô hình TANK và mô hình WEAP 3.0 cho các lưu vực sông duyên hải miền Trung có diện tích từ 1.000 đến 2.000 km2 có điều kiện tự nhiên tương đồng.

Thứ ba, các nhà nghiên cứu, giảng viên và sinh viên ngành Thủy văn học, Kỹ thuật Tài nguyên nước. Luận văn là tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp xử lý chuỗi số liệu thủy văn 33 năm (1976–2009), số hóa DEM 90x90m và mô phỏng kịch bản cân bằng nước theo tiếp cận quản lý tổng hợp.

Thứ tư, các hợp tác xã nông nghiệp và ban quản lý khu công nghiệp tại địa phương. Các đơn vị có thể sử dụng dữ liệu nhu cầu dùng nước chi tiết của từng tháng để tối ưu hóa lịch tưới cho 37.821 ha cây trồng và bố trí kế hoạch sản xuất công nghiệp hợp lý trong mùa khô.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình WEAP có ưu điểm gì nổi bật so với các mô hình cân bằng nước khác? Mô hình WEAP phiên bản 3.0 cho phép tích hợp đồng thời tài nguyên nước mặt 2,05 tỷ m3 và nguồn nước ngầm 34.868 m3/ngày trên giao diện GIS. Mô hình hỗ trợ công cụ Scenario Explorer giúp thiết lập đa kịch bản phát triển và mô phỏng tức thời các quy tắc ưu tiên cấp nước.

Dòng chảy môi trường trên lưu vực sông Vệ được xác định theo nguyên tắc nào? Dòng chảy môi trường được tính bằng 10% tổng nhu cầu dùng nước của các ngành trên từng tiểu lưu vực theo khuyến nghị của Tổng cục Năng lượng và Tài nguyên nước Na Uy (NVE). Theo đó, nhu cầu dòng chảy môi trường đạt 3,765 triệu m3 năm 2010 và 7,931 triệu m3 năm 2020.

Nguồn nước dưới đất đóng vai trò gì trong việc giải quyết bài toán thiếu nước? Với tiềm năng khai thác 34.868 m3/ngày, trong đó Vùng 6 chiếm 17.434 m3/ngày, nước dưới đất là nguồn cấp bổ trợ thiết yếu trong 8 tháng mùa khô, giúp giảm áp lực khai thác nước mặt khi dòng chảy sông Vệ suy giảm nghiêm trọng.

Lưu vực sông Vệ được chia thành bao nhiêu vùng cân bằng nước? Áp dụng công cụ GIS và địa hình DEM 90x90m, lưu vực 1.260 km2 được chia thành 6 tiểu vùng cân bằng: Thượng sông Vệ (306 km2), Sông Trà Nô (157 km2), Sông Nề (108 km2), Khu giữa Sông Vệ (281 km2), Sông Vực Hồng (257 km2) và Hạ Sông Vệ (151 km2).

Các kịch bản tính toán đến năm 2020 đem lại giải pháp gì cho lưu vực? Các kịch bản mô phỏng mức độ gia tăng nhu cầu nước sinh hoạt lên 7,932 triệu m3 và nhu cầu tưới cho 37.821 ha đất canh tác. Kết quả giúp nhà quản lý lựa chọn phương án điều tiết liên hồ kết hợp khai thác nước ngầm, giảm 35% đến 45% lượng nước thiếu hụt trong mùa khô.

Kết luận

• Xây dựng thành công mô hình WEAP kết hợp mô hình TANK và GIS trên diện tích lưu vực 1.260 km2 với 6 tiểu vùng cân bằng nước chi tiết.
• Lượng hóa toàn diện cán cân tài nguyên nước gồm 2,05 tỷ m3 nước mặt hàng năm và 34.868 m3/ngày nước dưới đất cho các mốc thời gian 2010, 2015 và 2020.
• Xác lập nhu cầu duy trì dòng chảy môi trường đạt từ 3,765 đến 7,931 triệu m3 nhằm bảo vệ hệ sinh thái sông bền vững.
• Đề xuất khung thứ tự ưu tiên cấp nước 4 bậc và phân tích hiệu quả cắt giảm từ 35% đến 45% lượng nước thiếu hụt qua các kịch bản điều tiết.
• Cung cấp cơ sở khoa học và công cụ hỗ trợ ra quyết định phục vụ trực tiếp cho công tác quy hoạch tài nguyên nước tại tỉnh Quảng Ngãi.

Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2013 đến năm 2020, việc đưa mô hình WEAP vào vận hành thực tế sẽ góp phần nâng cao hiệu quả quản lý hạn hán trên địa bàn tỉnh. Hãy tải ngay toàn văn luận văn thạc sĩ để tham khảo phương pháp luận chi tiết và toàn bộ bộ số liệu tính toán thủy văn của công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu và phần kết luận được chia làm 3 chương: Chƣơng 1. Tổng quan Chƣơng 2. Phương pháp tiếp cận bài toán cân bằng nước lưu vực sông Vệ Chƣơng 3: Cân bằng nước lưu vực sông Vệ 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chƣơng 1. Cân bằng nƣớc hệ thống Hệ thống nguồn nước là thuật ngữ được Van te Chow sử dụng đầu tiên để mô tả các lĩnh vực kỹ thuật của thuỷ văn, thủy lực và tài nguyên nước.

Hệ thống nguồn nước cũng đồng thời được sử dụng để đề cập tới các dự án nước bao gồm các hệ thống trữ nước mặt, hệ thống nước ngầm, hệ thống phân phối nước, hệ thống kiểm soát lũ, và hệ thống tiêu nước [14], [15]. Theo quan điểm hệ thống, hệ thống nguồn nước được định nghĩa như sau: “Hệ thống nguồn nước là một hệ thống phức tạp bao gồm tài nguyên nước, các công trình khai thác nguồn nước, các yêu cầu về nước cùng với mối quan hệ tương tác giữa chúng và chịu tác động của môi trường lên nó”. (1) Nguồn nước được đánh giá bởi các đặc trưng: lượng và phân bố của nó theo không gian và thời gian; chất lượng nước; động thái của chúng. (2) Các biện pháp khai thác và bảo vệ nguồn nước: các công trình thủy lợi, các biện pháp cải tạo và bảo vệ nguồn nước, bao gồm cả biện pháp công trình và phi công trình, được cấu trúc tùy thuộc vào mục đích khai thác và bảo vệ nguồn nước.

(3) Các yêu cầu về nước: các hộ dùng nước, các yêu cầu về mức bảo đảm phòng chống lũ lụt, úng hạn, các yêu cầu về bảo vệ hoặc cải tạo môi trường cùng các yêu cầu dùng nước khác. Tác động của môi trường là những tác động về hoạt động dân sinh kinh tế, hoạt động của con người (không kể các tác động về khai thác nguồn nước theo quy hoạch). Những tác động đó bao gồm ảnh hưởng của các biện pháp canh tác làm thay đổi mặt đệm và lòng dẫn, sự tác động không có ý thức vào hệ thống các công trình thủy lợi… Cân bằng nước hệ thống là một vấn đề rất xưa nhưng lại luôn mới, nó vừa là phương pháp, vừa là đối tượng nghiên cứu. Cân bằng nước là mối quan hệ định lượng giữa nước đến và đi của hệ thống nguồn nước (toàn cầu, miền, 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] lãnh thổ, lưu vực, đoạn sông,.

Lượng nước đi gồm bốc thoát hơi nước, ngấm xuống tầng sâu, nước cấp cho các nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực và dòng chảy ra khỏi lưu vực. Lượng nước đến hệ thống được thể hiện dưới các dạng nước mưa, dòng chảy và nước hồi quy sau khi sử dụng. Cân bằng nước hệ thống là sự cân bằng tổng thể giữa tài nguyên nước của hệ thống; định lượng nước đến, đi khỏi hệ thống, trong đó đã bao gồm các yêu cầu về nước và khả năng điều tiết chúng. Từ đó đánh giá sự tương tác về nước giữa các thành phần trong hệ thống, các tác động của môi trường lên nó và đề ra các biện pháp khai thác, bảo vệ nguồn nước một cách hợp lý.

Việc nghiên cứu cân bằng nước có ý nghĩa rất lớn cả về lý thuyết và thực tiễn. Từ góc độ lý thuyết, phương trình cân bằng nước cho phép ta cắt nghĩa nguyên nhân, các hiện tượng, chế độ thủy văn của một khu vực xác định, đánh giá các số hạng trong cán cân nước và mối quan hệ tương tác giữa chúng. Nghiên cứu cân bằng nước cho phép định lượng đầy đủ và chính xác tài nguyên nước để tìm ra phương thức sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá này. Trên quan điểm đó bài toán cân bằng nước hệ thống đã tập trung giải quyết các vấn đề (i) Phân vùng tiềm năng nguồn nước, (ii) Tính toán nhu cầu nước của các hộ dùng nước khác nhau và (iii) Tính toán các phương án sử dụng nguồn nước hay thực chất là bài toán cân bằng kinh tế nước.

Các nghiên cứu trƣớc đây liên quan đến cân bằng nƣớc 1. Ngoài nước 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 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 chuyển phù sa và xói mòn đất; - Mô hình lan truyền chất hoá học trong nông nghiệp 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: + Độ khuyếch tán và keo tụ các chất hoà tan trong nước (chất gây ô nhiễm); + Sự phát triển loài tảo; + Chu trình của ni-tơ, phốt-pho; + Sự phân rã Coliform; + Làm thông khí; + Nhiệt độ của nước;.

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 đáp ứng 3 mục tiêu: (1) Thuận tiện trong công tác kiểm soát thông tin môi trường; (2) Hỗ trợ công tác phân tích hệ thống môi trường; (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 trong mô hình. 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 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 và thứ tự ưu tiên các giới hạn về môi trường nước; - Đặc trưng các nguồn 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 và công bố trước công chúng dưới dạng các bảng biểu, hình vẽ và bản đồ.

Mô hình BASIN bao gồm các mô hình thành phần sau: - Mô hình trong sông: QUAL2E, phiên bản 3.2 mô hình chất lượng nước. - Các mô hình lưu vực: WinHSPF là một mô hình lưu vực dùng để xác định nồng độ các chất thải từ các nguồn thải tập trung và không tập trung trong sông; 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. - 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. Các chức năng của mô hình BASIN cho phép người sử dụng có thể trình diễn, xuất dữ liệu và thực hiện các phân tích theo các mục tiêu khác nhau.

Mô hình BASIN được sử dụng rộng rãi ở Mỹ, nó thuận tiện trong việc lưu trữ và phân tích các thông tin môi trường, và có thể sử dụng như là một công cụ hỗ trợ ra quyết định trong quá trình xây dựng khung quản lý lưu vực. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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. Sơ đồ các nước, vùng lãnh thổ đã và đang ứng dụng mô hình WEAP 1. 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 nguồn lực và công nghệ từ các tổ chức nước ngoài, tiêu biểu nhất là 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 Thủy lợi với kinh nghiệm và thực tiễn sử dụng mô hình MITSIM cùng với “người dùng mới” từ các cơ quan thuộc Viện Khoa học Thủy lợi (nay là viện nghiên cứu Thủy lợi); 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 MIKE BASIN.