Luận Văn Thạc Sĩ Về Tính Toán Cân Bằng Nước Hệ Thống Lưu Vực Sông Lam

Chuyên khảo toán học phân tích Luận văn thạc sỹ tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông lam, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Nguyễn Kim Ngọc Anh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Ngọc Anh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Tính Toán Cân Bằng Nước Hệ Thống Lưu Vực Sông Lam
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG LAM
• 1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên
• 1.1.1. Vị trí điạ lý
• 1.1.2. Đặc điểm địa hình
• 1.1.3. Đặc điểm địa chất thổ nhưỡng
• 1.1.4. Thảm phủ thực vật
• 1.1.5. Đặc điểm khí tượng thủy văn
• 1.2. Điều kiện kinh tế xã hội
• 1.2.1. Tình hình phát triển các ngành, lĩnh vực và các vùng miền
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG VÀ MÔ HÌNH MIKE BASIN
• 2.1. Tổng quan về cân bằng nước hệ thống
• 2.2. Hệ thống nguồn nước
• 2.3. Khái niệm cân bằng nước hệ thống
• 2.4. Phương pháp tính toán cân bằng nước hệ thống
• 2.5. Tình hình nghiên cứu cân bằng nước trong và ngoài nước
• 2.5.1. Tình hình nghiên cứu cân bằng nước ngoài nước
• 2.5.2. Tình hình nghiên cứu cân bằng nước ở Việt Nam
• 2.6. Các nghiên cứu cân bằng nước ở lưu vực sông Lam
• 2.7. Mô hình MIKE BASIN
• 2.7.1. Giới thiệu chung
• 2.7.2. Giới thiệu về MIKE BASIN
• 2.7.3. Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE BASIN
• 2.7.4. Mô đun mưa - dòng chảy NAM
• 3. CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG LƯU VỰC SÔNG LAM
• 3.1. Phân vùng tính cân bằng nước
• 3.2. Quan điểm, nguyên tắc phân vùng tính toán cân bằng nước
• 3.3. Các vùng cân bằng nước
• 3.4. Tính toán dòng chảy đến tại các tiểu vùng
• 3.5. Tài liệu sử dụng trong mô hình NAM
• 3.6. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
• 3.7. Ứng dụng mô hình khôi phục số liệu
• 3.8. Tính toán nhu cầu dùng nước tại các tiểu vùng
• 3.9. Xác định, nhận diện các hộ ngành sử dụng nước chính
• 3.10. Căn cứ tính toán nhu cầu sử dụng nước
• 3.11. Nhu cầu dùng nước của các tiểu vùng
• 3.12. Cân bằng nước hiện trạng lưu vực sông Lam
• 3.13. Tính toán cân bằng nước theo năm đại biểu ít nước
• 3.14. Tính toán cân bằng nước theo phương án quy hoạch đến năm 2020
• 3.15. Lượng nước đến theo phương án quy hoạch đến năm 2020
• 3.16. Nhu cầu sử dụng nước theo phương án quy hoạch đến năm 2020
• 3.17. Tính toán cân bằng nước với kịch bản đến năm 2050
• 3.18. Những vấn đề tồn tại, định hướng và giải pháp
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Tính Toán Cân Bằng Nước Hệ Thống Lưu Vực Sông Lam

Tính toán cân bằng nước là một phần quan trọng trong quản lý tài nguyên nước. Hệ thống lưu vực sông Lam, với diện tích lớn và nguồn nước phong phú, cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo sự phát triển bền vững. Việc áp dụng các mô hình như MIKE BASIN giúp xác định lượng nước có sẵn và nhu cầu sử dụng nước trong các mùa khác nhau. Điều này không chỉ giúp quản lý hiệu quả mà còn hỗ trợ quy hoạch tài nguyên nước cho các ngành kinh tế.

1.1. Đặc điểm địa lý và khí hậu của lưu vực sông Lam

Lưu vực sông Lam nằm ở Bắc Trung Bộ, có tổng diện tích 27.200 km². Đặc điểm khí hậu nơi đây rất đa dạng, với mùa mưa và mùa khô rõ rệt. Điều này ảnh hưởng lớn đến lượng nước trong hệ thống và cần được xem xét trong tính toán cân bằng nước.

1.2. Vai trò của nước trong phát triển kinh tế xã hội

Nước là tài nguyên thiết yếu cho mọi hoạt động sản xuất và sinh hoạt. Việc quản lý và sử dụng nước hiệu quả sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững của các ngành như nông nghiệp, công nghiệp và dịch vụ.

II. Vấn đề và Thách thức trong Tính Toán Cân Bằng Nước

Mặc dù có nhiều lợi thế, nhưng việc tính toán cân bằng nước trong lưu vực sông Lam cũng gặp phải nhiều thách thức. Sự phân bổ không đồng đều của lượng mưa, cùng với nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng, tạo ra áp lực lớn lên nguồn nước. Các vấn đề như ô nhiễm nguồn nước và biến đổi khí hậu cũng cần được xem xét.

2.1. Tình trạng thiếu nước trong mùa khô

Mùa khô ở lưu vực sông Lam thường kéo dài và gây ra tình trạng thiếu nước nghiêm trọng. Điều này ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân.

2.2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu đang làm thay đổi lượng mưa và nhiệt độ, dẫn đến những biến động trong nguồn nước. Việc dự đoán và ứng phó với những thay đổi này là rất cần thiết.

III. Phương Pháp Tính Toán Cân Bằng Nước Hiệu Quả

Để tính toán cân bằng nước, mô hình MIKE BASIN được áp dụng rộng rãi. Mô hình này cho phép phân tích dòng chảy và nhu cầu sử dụng nước một cách chi tiết. Việc sử dụng các phương pháp mô phỏng giúp đưa ra các dự báo chính xác hơn về tình hình nước trong tương lai.

3.1. Mô hình MIKE BASIN và ứng dụng của nó

MIKE BASIN là một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng và quản lý nguồn nước. Mô hình này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng nước và đưa ra các giải pháp hợp lý.

3.2. Các phương pháp thu thập dữ liệu

Việc thu thập dữ liệu chính xác là rất quan trọng trong tính toán cân bằng nước. Các phương pháp như khảo sát thực địa và phân tích số liệu lịch sử được sử dụng để đảm bảo độ tin cậy của mô hình.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu

Kết quả từ việc tính toán cân bằng nước giúp đưa ra các khuyến nghị cho việc quản lý tài nguyên nước. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng mô hình MIKE BASIN đã mang lại những kết quả khả quan trong việc dự đoán nhu cầu nước và quản lý nguồn nước hiệu quả.

4.1. Kết quả tính toán cân bằng nước hiện trạng

Kết quả tính toán cho thấy rằng nhiều tiểu vùng trong lưu vực sông Lam đang đối mặt với tình trạng thiếu nước. Việc phân tích này giúp xác định các khu vực cần ưu tiên trong quản lý nước.

4.2. Đề xuất giải pháp khắc phục tình trạng thiếu nước

Các giải pháp như cải thiện hệ thống tưới tiêu và nâng cao nhận thức cộng đồng về sử dụng nước tiết kiệm là cần thiết để khắc phục tình trạng thiếu nước trong mùa khô.

V. Kết Luận và Tương Lai của Tính Toán Cân Bằng Nước

Tính toán cân bằng nước trong hệ thống lưu vực sông Lam là một nhiệm vụ quan trọng và cần thiết. Kết quả nghiên cứu không chỉ giúp quản lý tài nguyên nước hiệu quả mà còn hỗ trợ phát triển bền vững cho khu vực. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tiếp tục được mở rộng với việc áp dụng công nghệ mới và các mô hình tiên tiến.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong quản lý nước

Nghiên cứu về cân bằng nước giúp đưa ra các quyết định chính xác trong quản lý tài nguyên nước, đảm bảo sự phát triển bền vững cho các ngành kinh tế.

5.2. Hướng đi tương lai cho nghiên cứu

Việc áp dụng công nghệ mới và cải tiến mô hình sẽ giúp nâng cao độ chính xác trong tính toán cân bằng nước, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu sử dụng nước trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG LAM 1. Đặc điểm địa lý tự nhiên 1.1 Vị trí điạ lý Lưu vực sông Lam là lưu vực lớn thứ hai thuộc vùng Bắc Trung bộ bắt nguồn từ vùng rừng núi của nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào. Toàn bộ lưu vực sông 0 0 0 Lam nằm trên toạ độ địa lý từ: 18 15' đến 20 10'30'' vĩ độ Bắc, 103 45'20'' đến 0 105 15'20'' kinh độ Đông. Bản đồ lưu vực sông Lam 9 0 0 Điểm đầu của lưu vực nằm ở toạ độ 20 10'30'' độ vĩ Bắc; 103 45'20'' kinh độ 0 0 Đông.

Cửa ra của lưu vực nằm ở toạ độ 18 45’27” độ vĩ Bắc; 105 46’40” kinh độ Đông. Phía Bắc giáp lưu vực sông Chu, sông Bạng, phía Tây giáp lưu vực sông Mêkông, phía Nam giáp lưu vực sông Gianh, phía Đông giáp huyện Quỳnh Lưu, Yên Thành tỉnh Nghệ An, huyện Can Lộc,Thạch Hà tỉnh Hà Tĩnh và biển Đông (hình 1). Sông Lam có tổng chiều dài là 531 km với tổng diện tích lưu vực là 27.200 2 km , phần chảy trên đất Việt Nam là 361 km, diện tích trên lãnh thổ Việt Nam là 2 17.730 km bao trùm phần lớn địa phận tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh và một phần huyện Như Xuân tỉnh Thanh Hoá.2 Đặc điểm địa hình Lưu vực sông Lam có các dạng địa hình chính sau: a) Địa hình đồng bằng và ven biển Đồng bằng sông Lam nằm dọc hai bên bờ sông tính từ phần trung lưu của sông trở xuống, địa hình đồng bằng sông Lam theo dạng lòng máng, sát mép sông cao độ cao dần đến vùng đáy máng trũng và sau đó sát với sườn đồi, điển hình của dạng địa hình này là vùng hữu Thanh Chương. Đồng bằng sông Lam thuộc loại nhỏ, hẹp và nằm sát với dòng chính vì vậy địa hình này được xác định là vùng chứa lũ khi mực nước sông Lam vượt báo động III.

Tổng diện tích mặt bằng vùng đồng bằng khoảng 350.000 ha chiếm 10% diện tích lưu vực sông Lam và khu hưởng lợi.[1] b) Địa hình vùng đồi trung du Trung du lưu vực sông Lam có dạng địa hình phức tạp, dạng đồi bát úp và đồi cao xen kẽ các thung lũng thấp, dạng địa hình này bị chia cắt mạnh có thể dốc nhiều chiều do các sông nhỏ tạo nên. Ven các sông Hiếu, sông Dinh, sông Lam, sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố địa hình tương đối bằng phẳng và có thế dốc chính vào các lòng sông, càng xa sông địa hình càng phức tạp. Dạng địa hình này ít khi ngập úng và ít bị lũ đe dọa nhưng lại thường xuyên thiếu nước cho cây trồng. [1] 10 c) Địa hình vùng núi cao Địa hình vùng núi cao tập trung ở phía Tây, Tây Bắc và Tây Nam lưu vực.Có độ cao từ 12000÷15000 m và có độ dốc lớn, thung lũng hẹp, chiếm tới 60% diện tích lưu vực nhưng diện tích đất canh tác chỉ chiếm 1,5÷2% tổng diện tích mặt bằng.

Đây là vùng đất được xác định chủ yếu là vùng lâm nghiệp phòng hộ đầu nguồn và là vùng dự trữ cung cấp nước chủ yếu cho sông Lam về mùa kiệt, cắt lũ cho hạ du.3 Đặc điểm địa chất thổ nhưỡng a) Đặc điểm địa chất Theo tài liệu của Cục địa chất Việt Nam, bản đồ địa chất và khoáng sản Việt Nam tỷ lệ 1/200.000 địa chất và khoáng sản Vinh (GEOLOGY AND MINERAL RESOURCES OF VINH SHEET). Trong vùng nghiên cứu xuất lộ gần như đầy đủ địa tầng địa chất có tuổi từ cổ đến trẻ. Toàn bộ lưu vực sông Lam thuộc hai đới kiến tạo chính là đới kiến tạo sông Lam và đới oằn võng Sầm Nưa, ngoài ra còn có đới nâng Phu Hoạt. Trong đó: - Phía Bắc vùng nghiên cứu thuộc đới nâng Phu Hoạt.

- Từ Nghĩa Đàn trở xuống gần dòng chính sông Lam thuộc đới oằn võng Sầm Nưa. - Phần còn lại là thuộc đới kiến tạo sông Lam. Phương cấu tạo của các đới kiến tạo nhìn chung đều phát triển theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, có một phần nhỏ chuyển hướng Đông Bắc - Tây Nam (dưới Nghĩa Đàn). Các hệ thống đứt gãy trong vùng bao gồm: - Đứt gãy sâu sông Lam kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, đứt gãy này có liên quan đến sự hình thành địa bào Neogen.

- Đứt gãy sâu Rào Nậy kéo dài hơn 100 km theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, góc dốc 80° đổ về Tây Nam, sâu 32 km. - Đứt gãy Sầm Nưa chạy theo hướng Đông Bắc- Tây Nam bị chặn bởi đứt gãy sông Lam. 11 - Đứt gãy Quỳ Châu - sông Hiếu. Các hệ thống đứt gãy trên đây có liên quan đến đặc điểm địa chất công trình, địa chất thủy văn và là tiền đề cho sự phát triển của các dòng sông lớn nhỏ trong vùng.

Về địa chất thủy văn, nước dưới đất trong vùng nghiên cứu có nhiều hạn chế, không phong phú. Vấn đề này được giải thích trên cơ sở cấu tạo địa chất, đặc điểm địa mạo, điều kiện khí tượng thủy văn. Trên toàn vùng nghiên cứu nhận thấy: Các đất đá có khả năng chứa nước chiếm một khối lượng không lớn so với các loại đất đá thấm nước kém và chứa nước kém. Mặt khác do địa hình vùng nghiên cứu bị phân cắt mạnh, sườn núi dốc, độ dốc lòng sông, suối lớn làm cho nước không có điều kiện tích tụ lại mà thoát nhanh ra các hệ thống sông suối lớn.

Chất lượng nước dưới đất của vùng thuộc loại nước siêu nhạt, nước mềm (có độ pH=6). Nói chung chất lượng nước tốt, đảm bảo cho ăn uống, sinh hoạt và có thể khai thác nước ngầm để tưới. Về khoáng sản, lưu vực sông Lam có cấu tạo địa chất rất phức tạp, các nham thạch có mặt đầy đủ các lớp tuổi từ cổ đến trẻ, tiếp theo là những hoạt động kiến tạo đã làm thay đổi các cơ cấu kiến trúc của nham thạch trong đó có mặt của các thành phần sa khoáng khác nhau. Nhìn chung trong toàn vùng gặp rất nhiều loại sa khoáng từ đơn giản đến phức tạp, từ nham thạch rẻ tiền như vật liệu xây dựng cho đến những khoáng sản quý như vàng, rubi.

Các mỏ khoáng sản có giá trị như thiếc (Quỳ Hợp), sắt (Thạch Khê), rubi (Quỳ Châu), vàng gặp nhiều ở các thung lũng suối lớn. Tài nguyên khoáng trong vùng là một thế mạnh để tạo điều kiện cho việc phát triển kinh tế xã hội trong giai đoạn hiện tại và trong tương lai lâu dài. [1] b) Đặc điểm thổ nhưỡng Đất đai là sản phẩm của đá mẹ, khí hậu và thảm thực vật. Chất lượng của đất đai (hóa tính và lý tính) có ảnh hưởng quyết định đến sự sinh trưởng và phát triển của các loại cây trồng.

Dựa vào những chỉ tiêu chuyên môn của ngành thổ nhưỡng, qua khảo sát, thí nghiệm các mẫu đất, Bộ Nông nghiệp đã tiến hành thiết lập bản đồ thổ nhưỡng ở lưu vực sông Lam. Các loại đất chính ở vùng lưu vực là: 12 - Đất phù sa và đất cát ven biển. - Đất bùn lầy. - Đất Feralitic mùn vàng nhạt trên núi.

- Đất Feralitic trên núi. - Đất Feralitic điển hình nhiệt đới ẩm vùng đồi. - Đất Macgalit Feralitic. - Đất lúa nước vùng đồi.

Vùng đồng bằng sông Lam có các loại đất chủ yếu là đất phù sa và đất cát ven biển, đất bùn lầy, đất mặn và đất Feralitic điển hình nhiệt đới ẩm vùng đồi. Đất đai vùng trung du khá đa dạng: Các loại đất chua, đất glay hoặc glay mạnh úng nước. Ở vùng đồi chuyển tiếp từ đồng bằng lên núi, loại đất chủ yếu là Feralitic. Do phải chịu ảnh hưởng tổng hợp của các nhân tố địa lý, địa hình, khí hậu, lớp phủ bề mặt.

nên đất ở vùng đồng bằng và trung du sông Lam được xếp vào loại kém màu mỡ.4 Thảm phủ thực vật Lưu vực sông Lam có rừng tập trung chủ yếu thuộc lãnh thổ bên Lào, 6 huyện miền núi Nghệ An và hai huyện Hương Sơn, Hương Khê thuộc Hà Tĩnh. Phần đầu nguồn bên Lào, do dân cư còn thưa thớt nên chưa bị chặt phá nhiều, điều này có tác động tích cực đến việc điều hòa dòng chảy phần thượng nguồn sông Lam. Trên địa phận Việt Nam, diện tích rừng bị giảm nhanh do tốc độ phát triển dân số cao ở miền núi, cùng với tập quán du canh du cư của đồng bào các dân tộc. Năm 1943 có khoảng 1,2 triệu ha rừng, đến nay diện tích rừng chiếm khoảng 35,5% diện tích tự nhiên, so với diện tích đất của các huyện miền núi và Hương Khê, Hương Sơn thì diện tích đất có rừng chiếm đến 43%.

Diện tích rừng già và rừng trung bình toàn lưu vực phần Việt Nam chỉ còn chiếm khoảng 12 ÷14%.5 Đặc điểm khí tượng thủy văn a) Khí tượng 13 Vị trí, hình thái địa hình, địa mạo, lớp phủ thực vật là những nhân tố chính quyết định chế độ khí hậu lưu vực. Các dãy núi chạy dài theo các hướng khác nhau nên những tâm mưa và vùng mưa lệch pha nhau, sự phân cách của địa hình và chế độ khí hậu đã làm cho chế độ thủy văn trên dòng chính và các phụ lưu lớn diễn ra phức tạp.  Chế độ nhiệt Mùa lạnh thường từ tháng XII năm trước đến tháng III năm sau. Mùa nóng kéo dài từ tháng V đến tháng VIII, tháng VII là tháng nóng nhất.

Nhiệt độ tối đa đo được (tháng V/1966) ở Vinh là 42,7°C, nhiệt độ tối thấp đã quan trắc được ở Quỳ Châu từ -0,2°C xuống -0,5°C. Nhiệt độ không khí trung bình các tháng 2011 Đơn vị: ˚C Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Con Cuông 14,2 18,3 17,6 23,8 27,1 29,3 28,4 27,8 27,1 23,7 18,4 16,9 Đô Lương 14,1 18 17,2 23,2 27 29,5 28,8 28,1 27,6 23,8 23,1 17,2 Hà Tĩnh 14,2 17,7 16,8 23 27,5 30,5 29,8 28,7 27 23,9 23,4 16,7 Hòn Ngư 13,7 16,4 15,8 21,5 25,9 29,2 28,4 27,9 27,3 23,4 18,7 16,7 Hương Khê 14,3 18,2 17,2 23,5 27,1 29,5 29,1 27,8 26,5 23,3 22,7 16,6 Hương Sơn 14,1 18,1 17 23,4 26,6 29,6 29,2 28,3 26,9 23,5 22,9 16,4 Quỳ Châu 14,1 18,2 17,5 23,6 26,6 28,2 28,0 27,5 26,4 23,5 22,2 16,5 Quỳ Hợp 14,1 18,2 17,4 23,8 27,5 29 28,3 27,9 27 23,7 22,7 16,9 Quỳnh Lưu 14,3 17,6 16,9 22,6 26,8 29,6 29,1 28,3 27,7 24 23,1 17,3 Tây Hiếu 13,9 17,9 17,1 23,4 27,3 29,1 28,4 28 27,1 23,7 22,6 16,7 Tương Dương 15 19 18,5 24,2 26,8 28,7 28 27,6 26,6 23,8 22,6 17 Vinh 14,2 17,7 16,9 23 27,5 30,6 29,7 28,6 27,2 23,9 23,3 17,1  Chế độ ẩm Độ ẩm tương đối trung bình năm của lưu vực dao động từ 80% đến 85%. Độ ẩm trung bình tháng VII đạt trị số thấp nhất vì thường có gió Lào.