Tài liệu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên các đặc trưng khí tượng và nhu cầu nước cho cây trồng trên lưu vực sông mã

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI THÁI QUỲNH NHƯ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LÊN CÁC ĐẶC TRƯNG KHÍ TƯỢNG VÀ NHU CẦU NƯỚC CHO CÂY TRỒNG TRÊN LƯU VỰC SÔNG MÃ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Phát triển nguồn nước Mã số: 604492 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Hoàng Minh Tuyển PGS.TS. Vũ Minh Cát HÀ NỘI - 2012 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên các đặc trưng khí tượng và nhu cầu nước cho cây trồng trên lưu vực sông Mã” đã được hoàn thành tại khoa Thủy văn và Tài nguyên nước trường Đại học Thủy lợi tháng 6 năm 2012. Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè và gia đình. Trước hết tác giả luận văn xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS. Hoàng Minh Tuyển và PGS.TS. Vũ Minh Cát là những người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tác giả cũng chân thành cảm ơn tới Ths. Lương Hữu Dũng, Ths. Ngô Thị Thuỷ, Ths. Đặng Thu Hiền cùng tập thể cán bộ thuộc Phòng Đánh giá Quy hoạch Tài Nguyên nước - Trung tâm Nghiên cứu Thủy văn và Tài nguyên nước - Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường, đã hỗ trợ chuyên môn, thu thập tài liệu liên quan để luận văn được hoàn thành. Xin gửi lời cảm ơn đến phòng đào tạo đại học và sau đại học, khoa Thủy văn và Tài nguyên nước trường Đại học Thủy lợi và toàn thể các thầy cô đã giảng dạy, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn. Trong khuôn khổ một luận văn, do thời gian và điều kiện hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô và các đồng nghiêp. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội,Ngày 10 tháng 6 năm 2012 Tác giả Thái Quỳnh Như Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc Lập-Tự Do-Hạnh Phúc  BẢN CAM KẾT Kính gửi: Phòng Đào tạo sau đại học trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, Kính gửi: Khoa Thuỷ văn và Tài nguyên nước. Tên tôi là: Thái Quỳnh Như Học viên cao học: 18PN Mã học viên: 108.604492.0003 Chuyên ngành : Phát triển nguồn nước Tên đề tài luận văn: “Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên các đặc trưng khí tượng và nhu cầu dùng nước cho cây trồng trên lưu vực sông Mã” Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực, chưa được công bố trong bất kì công trình khoa học nào. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có sai xót. Hà Nội, ngày 11 tháng 6 năm 2012 Tác giả Thái Quỳnh Như Luận văn thạc sĩ i Chuyên ngành Phát triển nguồn nước MỤC LỤC MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................................... 1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................................ 1 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI............................................................................................................ 2 3. HƯỚNG TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................... 2 4. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ................................................................................................................. 2 5. NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN ................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC NGHIÊN CỨU ........................................ 4 1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG MÃ ...................................... 4 1.1.1. Vị trí địa lý .................................................................................................... 4 1.1.2. Đặc điểm địa hình ......................................................................................... 5 1.1.3. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng và thảm phủ thực vật lưu vực sông Mã ...... 6 1.1.3.1. Đặc điểm địa chất .............................................................................. 6 1.1.3.2. Đặc điểm thổ nhưỡng ......................................................................... 7 1.1.3.3. Đặc điểm thảm phủ ............................................................................ 7 1.1.4. Đặc điểm sông ngòi, lòng dẫn ...................................................................... 8 1.1.4.1.Hình thái lưới sông ............................................................................. 8 1.1.4.2. Đặc điểm các sông suối chính trong hệ thống sông Mã .................... 9 1.3. ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG, KHÍ HẬU ......................................................... 12 1.3.1. Đặc điểm khí hậu ....................................................................................... 12 1.3.1.1. Đặc điểm mưa .................................................................................. 12 1.3.1.2. Gió, bão. ........................................................................................... 13 1.3.2. Đặc điểm khí tượng .................................................................................... 13 1.3.2.1. Nhiệt độ. ........................................................................................... 13 1.3.2.2. Độ ẩm không khí. ............................................................................. 14 1.3.2.3. Bốc hơi. ............................................................................................ 14 1.4. ĐẶC ĐIỂM CHẾ ĐỘ THỦY VĂN VÀ TÀI NGUYÊN NƯỚC ...................... 14 1.4.1. Dòng chảy năm .......................................................................................... 14 1.4.2. Chế độ dòng chảy ...................................................................................... 17 1.4.3. Đặc điểm tài nguyên nước .......................................................................... 21 Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ ii Chuyên ngành Phát triển nguồn nước 1.5. QUY HOẠCH VÀ KHAI THÁC SỬ DỤNG NƯỚC TRÊN LƯU VỰC ..... 24 1.5.1. Tình hình khai thác sử dụng nước trên lưu vực .......................................... 24 1.5.1.1. Tình hình khai thác sử dụng nước cho nông nghiệp ........................ 24 1.5.1.2. Tình hình khai thác sử dụng nước cho sinh hoạt ............................. 25 1.5.1.3. Tình hình khai thác sử dụng nước cho nuôi trồng thủy sản............ 26 1.5.1.4. Tình hình khai thác sử dụng nước cho du lịch-dịch vụ và môi trường ............................................................................................................ 26 1.5.2. Quy hoạch sử dụng nước trên lưu vực........................................................ 27 CHƯƠNG 2. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG KHÍ TƯỢNG TRÊN LƯU VỰC SÔNG MÃ ......................... 29 2.1. TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NHIỆT ĐỘ ................................ 30 2.2. TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN BỐC THOÁT HƠI TIỀM NĂNG (PET) ............................................................................................................................ 39 2.3. TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN MƯA ............................................. 46 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC CHO NÔNG NGHIỆP DO TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU.................... 55 3.1. NGUYÊN TẮC ............................................................................................................................ 55 3.2. PHÂN VÙNG TƯỚI ................................................................................................................. 56 3. 3. CÔNG CỤ TÍNH ........................................................................................................................ 58 3.4. KẾT QUẢ TÍNH NHU CẦU NƯỚC CHO NÔNG NGHIỆP THEO CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU .................................................................................. 64 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC TRÊN LƯU VỰC ....................... 67 4.1. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH NAM ........................................................................................... 67 4.1.1. Yêu cầu dữ liệu đầu vào ............................................................................. 70 4.1.2. Dữ liệu đầu ra của mô hình......................................................................... 71 4.1.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình .............................................................. 71 4.1.4. Kết quả tính toán dòng chảy cho các nút cân bằng trên sông Mã .............. 73 4.2. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKEBASIN.......................................................................... 74 4.2.1. Số liệu đầu vào của mô hình ....................................................................... 80 Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ iii Chuyên ngành Phát triển nguồn nước 4.2.2. Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình .................................................................. 85 4.2. KẾT QUẢ ........................................................................................................................................ 86 CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TÁC ĐỘNG ĐẾN NGUỒN NƯỚC ............................................................................... 88 5.1. CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ ....................................................................................... 89 5.2. CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ................................................................................................ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................ 94 PHỤ LỤC ................................................................................................................................................97 Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ iv Chuyên ngành Phát triển nguồn nước DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Vị trí địa lý lưu vực sông Mã ............................................................ 4 Hình 1.2: Sơ đồ mạng lưới sông và lưới trạm thuỷ văn lưu vực sông Mã ..... 12 Hình 1.3. Sơ đồ đường đẳng trị mô đun dòng chảy năm trung bình thời kỳ .. 15 1977-2008 trong hệ thống sông Mã (phần lãnh thổ Việt Nam) [10] .............. 15 Hình 1.4. Sơ đồ đường đẳng trị lượng mưa năm trung bình........................... 22 thời kỳ 1977-2008 trong hệ thống sông Mã [10] ............................................ 22 Hình 2.1: Xu thế biến đổi của nhiệt độ năm qua các thời kỳ tại các trạm khí tượng trên lưu vực sông Mã ............................................................................ 36 Hình 2.2: Xu thế biến đổi của nhiệt độ mùa mưa qua các thời kỳ tại các trạm khí tượng trên lưu vực sông Mã ...................................................................... 37 Hình 2.3: Xu thế biến đổi của nhiệt độ mùa khô qua các thời kỳ tại các trạm khí tượng trên lưu vực sông Mã ...................................................................... 38 Hình 2.4: Mức biến đổi bốc hơi tiềm năng (PET) năm qua các thời kỳ tại các trạm khí tượng trên lưu vực sông Mã.............................................................. 44 Hình 2.5: Mức biến đổi bốc hơi tiềm năng (PET) mùa mưa qua các thời kỳ tại các trạm khí tượng trên lưu vực sông Mã .................................................. 45 Hình 2.6: Mức biến đổi bốc hơi tiềm năng (PET) mùa khô qua các thời kỳ tại các trạm khí tượng trên lưu vực sông Mã ....................................................... 46 Hình 2.7: Xu thế biến đổi của lượng mưa năm qua các thời kỳ tại một số trạm khí tượng trên lưu vực sông Mã ...................................................................... 51 Hình 2.8: Xu thế biến đổi của lượng mưa mùa mưa qua các thời kỳ tại một số trạm khí tượng trên lưu vực sông Mã.............................................................. 52 Hình 2.9: Xu thế biến đổi lượng mưa mùa khô qua các thời kỳ tại một số trạm khí tượng trên lưu vực sông Mã.............................................................. 53 Hình 3.1: Sơ đồ khối đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên dòng chảy, nhu cầu nước trên lưu vực sông Mã (phần lãnh thổ Việt Nam) [17] .............. 56 Hình 3.2: Bản đồ phân vùng tưới lưu vực sông Mã........................................ 58 Hình 3.3: Xu thế biến đổi nhu cầu nước cho nông nghiệp theo từng giai đoạn ......................................................................................................................... 65 Hình 4.1: Cấu trúc của mô hình NAM ............................................................ 68 Hình 4.2: Đường luỹ tích lưu lượng tính toán và thực đo tại các trạm thuỷ văn trên lưu vực sông Mã ...................................................................................... 73 Hình 4.3. Minh họa mạng lưới tính toán trong mô hình Mike Basin ............. 75 Hình 4.4: Bản đồ vị trí hồ chứa trên lưu vực sông Mã (phần lãnh thổ Việt Nam) ................................................................................................................ 84 Hình 4.5: Sơ đồ tính toán cân bằng nước Mike Basin cho lưu vực sông Mã . 84 Hình 4.6: Tổng lượng nước thiếu của kịch bản A2, B2, B1 ........................... 87 Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ v Chuyên ngành Phát triển nguồn nước DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Diện tích mặt bằng theo địa giới hành chính và theo dạng địa hình thuộc lưu vực sông Mã ......................................................................................................... 6 Bảng 1.2: Đặc trưng hình thái sông ngòi một số nhánh lớn thuộc hệ thống sông Mã (thuộc lãnh thổ Việt Nam).......................................................................................... 9 Bảng 1.3: Danh sách trạm khí tượng, thuỷ văn trên lưu vực nghiên cứu ................ 11 Bảng 1.4: Lượng mưa trung bình tháng, năm trong thời kỳ quan trắc tại một số trạm trong hệ thống sông Mã............................................................................................ 13 Bảng 1.5: Nhiệt độ, số giờ nắng, bốc hơi trung bình nhiều năm lưu vực sông Mã . 14 Bảng 1.6. Lưu lượng trung bình tháng, năm trong thời kỳ quan trắc tại một số trạm trong hệ thống sông Mã [10] .................................................................................... 15 Bảng 1.7: Đặc trưng thống kê dòng chảy năm ở một số trạm trên sông Mã [10].... 17 Bảng 1.8: Đặc trưng dòng chảy năm trung bình nhiều năm ở một số trạm [10] ..... 17 Bảng 1.9. Đặc trung dòng chảy cạn tại các trạm thủy văn trong hệ thống sông Mã (phần lãnh thổ Việt Nam) [10] ................................................................................. 21 Bảng 1.10. Lượng mưa trung bình tháng, năm trong thời kỳ quan trắc tại một số trạm trong hệ thống sông Mã [10]............................................................................ 23 Bảng 1.11. Tỉ lệ chênh lệch lượng nước giữa mùa lũ và mùa cạn, giữa tháng lớn nhất và nhỏ nhất trong năm tại một số trạm thuỷ văn ............................................. 23 Bảng 2.1: Mức thay đổi nhiệt độ trung bình năm (0C), lượng mưa năm (%) ở các kịch bản (A2, B2, B1) so với thời kỳ nền 1980-1999 .............................................. 30 Bảng 2.2: Nhiệt độ không khí trung bình giai đoạn nền (1980-1999), tại các trạm khí tượng trên lưu vực sông Mã ............................................................................... 31 Bảng 2.3: Mức thay đổi nhiệt độ so với thời kỳ nền (1980 – 1999) tại các trạm khí tượng trên lưu vực sông Mã ..................................................................................... 32 Bảng 2.4: Mức biến đổi của bốc hơi tiềm năng theo các thời kỳ so với thời kỳ nền (1980 – 1999) tại một số trạm khí tượng trên lưu vực sông Mã .............................. 41 Bảng 2.5. Tỉ lệ thay đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ nền (1980 – 1999) tương ứng với các kịch bản (A2, B2, B1) trên lưu vực sông Mã ....................................... 48 Bảng 3.1: Các tiểu lưu vực trên lưu vực sông Mã (phần lãnh thổ Việt Nam) ......... 57 Bảng 3.2: Nhu cầu nước cho nông nghiệp theo các kịch bản (A2, B2, B1) ............ 64 Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ vi Chuyên ngành Phát triển nguồn nước Bảng 3.3: Thay đổi nhu cầu nước cho nông nghiệp theo các kịch bản (A2, B2, B1) so với kịch bản nền (%)............................................................................................ 64 Bảng 3.4: Tổng nhu cầu nước cho nông nghiệp theo các kịch bản (A2, B2, B1) trên lưu vực sông Mã (phần lãnh thổ Việt Nam) ............................................................ 64 Bảng 4.1. Các trạm đo khí tượng dùng trong tính toán mô hình NAM trên lưu vực Sông Mã ................................................................................................................... 70 Bảng 4.2. Kết quả kiểm định và hiệu chỉnh mô hình NAM của lưu vực sông Mã tại các trạm thủy văn chính ........................................................................................... 72 Bảng 4.3. Bộ thông số mô hình NAM các lưu vực của sông Mã ............................ 72 Bảng 4.4: Lưu lượng đến trung bình tháng của các tiểu vùng (m3/s) ...................... 74 Lưu vực .................................................................................................................... 74 Bảng 4.5: Nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt theo vùng...................................... 81 Bảng 4.6: Nhu cầu sử dụng nước cho công nghiệp theo giá trị sản xuất công nghiệp .................................................................................................................................. 82 Bảng 4.7: Nhu cầu sử dụng nước cho chăn nuôi trên 10 tiểu vùng ......................... 82 Bảng 4.8. Chỉ tiêu kỹ thuật các công trình hồ chứa đưa vào tính toán .................... 83 Bảng 4.9: Kết quả hiệu chỉnh mô hình Mike Basin cho các điểm kiểm tra............ 85 Bảng 4.10: Tổng lượng nước thiếu các kịch bản của lưu vực sông Mã .................. 86 Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ 1 Chuyên ngành Phát triển nguồn nước MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Lưu vực sông Mã - Chu nằm ở phần phía Bắc Trung Bộ, trải rộng trên địa giới hành chính của 2 quốc gia: Cộng hoà dân chủ nhân dân Lào (PDR) và Cộng hoà Xã hội chủ nghĩa Việt Nam. Trên lãnh thổ Việt Nam, lưu vực sông Mã – Chu nằm gọn trong 5 tỉnh: Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình, Nghệ An và Thanh Hoá. Lưu vực sông Mã - Chu kéo dài khoảng 370 km và rộng khoảng 68,8 km, với tổng diện tích là 28490 km2. Lưu vực sông Mã – Chu nằm trong phạm vi tọa độ địa lý: từ 22037’30” đến 20037’30” độ vĩ Bắc, và 103005’10” đến 106005’10” độ kinh Đông; phía Bắc giáp lưu vực sông Đà, sông Bôi, chạy suốt từ Sơn La về đến Cầu Điền Hộ; phía Nam giáp lưu vực sông Hiếu, sông Yên, sông Đơ; phía Tây giáp lưu vực sông Mê Kông; phía Đông là Vịnh Bắc Bộ chạy dài từ cửa sông Càn đến cửa sông Mã với chiều dài bờ biển 40 km. Hiện nay, kinh tế trên lưu vực đang phát triển theo xu thế chuyển dịch cơ cấu kinh tế và chuyển đổi cơ cấu cây trồng. Vùng có tốc độ phát triển kinh tế cao và chuyển dịch mạnh cơ cấu kinh tế là ở hạ du nằm trên địa phận tỉnh Thanh Hoá. Ở đây đang hình thành các khu công nghiệp lớn, đang mở rộng các thành phố, thị xã. Đây cũng là nơi đòi hỏi nhiều nguồn nước và yêu cầu giảm nhẹ thiên tai do nguồn nước gây ra. Mấy năm gần đây, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đã làm cho chế độ khí hậu có sự biến đổi sâu sắc, như mùa đông ngắn lại, nhiệt độ có xu thế tăng lên, mùa mưa cũng ngắn lại, nhưng cường độ mưa dường như tăng lên đáng kể, làm cho tình hình lũ lụt, hạn hán trầm trọng hơn. Các biến đổi này dẫn tới nhu cầu nước tăng lên đáng kể, trong khi mức độ chênh lệch nguồn nước đến giữa các mùa ngày càng lớn, dẫn tới sự thay đổi các vùng sinh thái, ảnh hưởng nhiều nhất đến sản xuất nông nghiệp- ngành mà cho đến nay tỉ trọng đóng góp của nó vẫn rất đáng kể. Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên các đặc trưng khí tượng và ảnh hưởng của nó tới nhu cầu dùng nước của cây trồng để từ đó đề xuất các giải pháp cấp nước phục vụ nhu cầu dùng nước của cây trồng, phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực là hết sức cấp thiết và có ý nghĩa khoa học, thực tiễn to lớn. Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ 2 Chuyên ngành Phát triển nguồn nước 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Luận văn được thực hiện nhằm các mục đích chính sau đây: -Nghiên cứu và đánh giá được tác động của biến đổi khí hậu lên các đặc trưng khí tượng và ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tới nhu cầu nước (với nông nghiệp là lớn nhất). -Trên cơ sở đó, nghiên cứu đề xuất định hướng các giải pháp ứng phó với biến đổi khí hậu, phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội lưu vực sông Mã. 3. HƯỚNG TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU a. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ứng dụng - Đối tượng nghiên cứu là mưa, nhiệt độ, bốc hơi, dòng chảy, nhu cầu dùng nước và tác động của biến đổi khí hậu lên các đặc trưng khí tượng chính và nhu cầu dùng nước của cây trồng chính (cây lúa + ngô). - Phạm vi nghiên cứu là lưu vực sông Mã thuộc lãnh thổ Việt Nam. b. Phương pháp nghiên cứu, công cụ sử dụng + Phương pháp - Kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa họ c và công nghệ hiện có trên thế giới và trong nước . Kế thừa các nghiên cứu khoa học, các dự án liên quan trên lưu vực sông Mã. - Phương pháp điều tra phân tích tổng hợp số liệu. - Phương pháp phân tích thống kê. - Phương pháp mô hình toán thuỷ văn. - Phương pháp chuyên gia. + Công cụ sử dụng Khai thác, sử dụng phần mềm IQQM (Integrated Quantity and Quality Model), MIKE BASIN, MIKE NAM (Nedbør - Afstrømnings – Models) tính toán nhu cầu nước, dòng chảy và cân bằng nước lưu vực sông Mã. 4. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC - Đánh giá tổng hợp các đặc điểm tự nhiên, hệ thống tài nguyên nước trên lưu vực sông Mã. Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ 3 Chuyên ngành Phát triển nguồn nước - Đánh giá sự biến đổi của các đặc trưng khí hậu do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. - Tính cân bằng nước theo mô hình MikeBasin ứng với kịch bản nền và các kịch bản biến đổi khí hậu - Đề xuất các giải pháp ứng phó với biến đổi khí hậu để từ đó có hướng phát triển kinh tế xã hội lưu vực. - Báo cáo luận văn và những kết luận, kiến nghị cuối cùng. 5. NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN Ngoài lời mở đầu và kết luận, luận văn gồm có 5 chương: Chương 1: Tổng quan về lưu vực nghiên cứu. Chương 2: Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến các đặc trưng khí tượng trên lưu vực. Chương 3: Đánh giá sự thay đổi nhu cầu sử dụng nước cho nông nghiệp do tác động của biến đổi khí hậu. Chương 4: Tính toán cân bằng nước trên lưu vực. Chương 5: Đề xuất các giải pháp ứng phó với biến đổi khí hậu tác động đến nguồn nước. Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ 4 Chuyên ngành Phát triển nguồn nước CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG MÃ 1.1.1. Vị trí địa lý Hình 1.1. Vị trí địa lý lưu vực sông Mã Lưu vực hệ thống sông Mã nằm ở phía tây Tây Bắc Bắc Bộ và phần phía bắc của Bắc Trung Bộ, trong phạm vi toạ độ địa lý: 103005'-106000' kinh độ đông, 19040'-21041' vĩ độ bắc. Với diện tích 28.400 km2, phần lớn lưu vực sông Mã (17.600 km2, chiếm 62%) nằm trong lãnh thổ nước ta, phần còn lại (10.800 km2, chiếm 38%) nằm trong lãnh thổ nước Lào. Phần lưu vực nằm trong lãnh thổ nước ta Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ 5 Chuyên ngành Phát triển nguồn nước thuộc địa phận tỉnh Thanh Hoá và một phần địa phận các tỉnh: Điện Biên, Sơn La, Hoà Bình và Nghệ An; phía bắc, đông bắc tiếp giáp lưu vực sông Hồng, phía tây giáp lưu vực một số sông nhánh của sông Mê Công, phía tây nam và nam giáp lưu vực sông Cả và phía đông là vịnh Bắc Bộ (hình 1.1). 1.1.2. Đặc điểm địa hình Trên lãnh thổ Việt Nam, trên phần thượng lưu ở phía tây của lưu vực có những núi cao trên 1.000 m. như: Tây Trang (1.329 m), Sam Sao (1897 m), Nam Pa (1827 m), Pu Pan (2079 m); Pu Bô (1455 m); những dãy núi này tạo thành đường phân nước giữa sông Mã với sông Mê Công (nhánh sông Nậm U); phía tây bắc là vùng núi Pu Huổi Long (2179 m), phân chia lưu vực sông Mã với các lưu vực sông Nậm Mức và Nậm Rốm; phía đông nam cũng có những dãy núi cao trên 1.000 m, như: Phu Ta Ma (1.801 m), Phu Tung (1.488 m), Phu Sang (1.518 m), Pha Luông (1.880 m), Đối Thôi (1.198 m, tạo thành đường phân nước giữa lưu vực sông Mã với lưu vực sông Đà; những dãy núi đá vôi ở phía đông nam phân chia sông Bưởimột nhánh của sông Mã, với sông Bôi-một nhánh của sông Đáy; phía đông là Vịnh Bắc Bộ. Như vậy, lưu vực hệ thống sông Mã nằm lọt vào giữa 2 dãy núi cao chạy song song theo hướng tây bắc-đông nam: Dãy núi phía trái kéo dài từ Tuần Giáo (tỉnh Điện Biên) đến Hồi Xuân (tỉnh Thanh Hoá), dãy núi phía phải nằm ở phía tây, cao hơn dãy núi phía trái, có độ cao từ 1800 m trở lên. Đặc điểm nổi bật của địa hình trong lưu vực là địa hình cao nguyên, thể hiện rõ ở thượng lưu và trung lưu với địa hình mặt bằng chiếm ưu thế, độ cao tương đối không lớn, giảm dần theo hướng tây bắc-đông nam từ trên 1.000 m xuống 700 m và tới vùng đồi còn (200-300) m. Nhìn chung, phần lớn địa hình trong lưu vực là đồi núi, phần đồng bằng không lớn, phân bố ở hạ lưu sông Mã-sông Chu. Trong đồng bằng có một số núi cao khoảng (100-400) m. Có thể chia địa hình sông Mã thành 3 dạng chính: Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Phát triển nguồn nước 6 Bảng 1.1: Diện tích mặt bằng theo địa giới hành chính và theo dạng địa hình thuộc lưu vực sông Mã Đơn vị : ha TT Đơn vị hành chính Diện tích tự nhiên (km2) Đất nông nghiệp Đất lâm nghiệp Thuộc dạng địa hình I Lào PDR 109.8751 32.962 824.063 Dạng địa hình núi cao II CHXHCN VN 1.750.249 287.828 1.299.987 1 Lai Châu 209.475 19.649 188.452 Dạng địa hình núi cao 2 Sơn La 477.038 29.981 394.115 Địa hình vùng núi 3 Hoà Bình 177.836 38.734 83.527 Đồi - núi 4 Nghệ An 62.810 5.000 45.000 Địa hình vùng núi 5 Thanh Hoá 823.090 194.464 588.893 Đồng bằng - đồi - núi III Khu hưởng lợi 185.466 81.125 55.639 Đồng bằng - đồi thấp 3.034.466 401.915 2.179.689 Tổng 1.1.3. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng và thảm phủ thực vật lưu vực sông Mã 1.1.3.1. Đặc điểm địa chất Lưu vực hệ thống sông Mã thuộc địa máng Việt-Lào. Các hoạt động địa chất tương đối mạnh, nước biển đã tràn ngập và kéo dài cho đến cuối Đại Trung Sinh. Trong lòng địa máng có những nền cổ nằm rải rác, so le nhau theo hướng tây bắcđông nam. Vào kỷ Đệ Tam, vận động tạo núi diễn ra mãnh liệt, tạo thành các dãy núi và thung lũng, rất sâu và dốc. Vùng đồi núi được cấu tạo bởi các loại đá như: phiến thạch, sa thạch, Poóc-phia-vít và đá vôi. Đới kiến tạo sông Mã là miền nâng cổ trước Đề Vôn bị đứt gãy rìa tách khỏi đới Mường Tè và Điện Biên. Đặc điểm chủ yếu là sự phát triển rộng rãi của trầm tích cổ Proterozoi bị tầng Pateozoi hạ phủ không chỉnh hợp lên trên. Đường phương các khối kiến trúc móng và đường phương của lớp phủ gần nhau nhưng không trùng nhau. Đới kiến tạo Thanh Hoá là một nếp lồi rộng, hơi không đối xứng. Ở phần trung tâm của đới sông Mã, các trầm tích Proteozoi tạo thành một nếp lõm rộng, thoải, bị phức tạp hoá bởi các đứt gãy và các phá huỷ bổ sung nằm ở trục của đới. Phía nam hệ thống Proteozoi trúc sâu theo đứt gãy rìa xuống dưới các thành tạo Pateozoi - Mezozoi ở đồng bằng hạ du sau đó lại trồi lên ở ven biển Sầm Sơn. Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ 7 Chuyên ngành Phát triển nguồn nước Đới Thanh Hoá có dạng tam giác châu, ở giữa đới lắng đọng chủ yếu là trầm tích Merozoi Sơn La, Sầm Nưa. Nếp lồi Thanh Hoá được tạo thành bở hệ tầng Paleozoi sớm Đông Sơn và hệ tầng Proteozoi Nậm Cò. Tàn tích Paleozoi hạ tạo thành các nếp uốn nhỏ dốc có góc cắm 50- 700. Đường phương các nếp gấp bị thay đổi mạnh. Đới sông Mã phát triển nhiều đứt gãy theo một hệ phương Tây BắcĐông Nam và hệ phương phụ Tây Nam - Đông Bắc dọc theo dòng chính sông Mã, sông Chu, sông Âm, sông Cầu Chày, sông Bưởi. Đới sông Mã được ngăn cách với đới sông Bôi, sông Đà bằng dãy đá vôi Tam Điệp - Mai Châu. Nhìn chung, đây là miền địa chất có ít biến động, các đứt gãy đều là đứt gãy cổ ổn định. 1.1.3.2. Đặc điểm thổ nhưỡng Trên lưu vực sông Mã có mặt hơn 40 loại đất trong số 60 loại của cả nước. Có 11 nhóm đất chính: - Đất cát ven biển có chiều rộng 4 - 5 km chạy từ cửa Càn đến Cửa Hới, dạng tơi rời, độ mùn kém, ngấm nước mạnh, màu xám và xám nâu, nghèo đạm - Kali thích hợp với cây trồng cạn có tưới. - Đất mặn - chua ven biển: Loại này có khoảng 15400 ÷ 19000 ha, ngập nước thường xuyên, có màu đen, độ mùn cao thích hợp cho việc trồng cói và nuôi trồng thuỷ sản. - Đất phù sa: Nhóm đất này chiếm tới 79% diện tích hiện đang canh tác trong lưu vực. Loại này có độ phì trung bình: mùn 1,2 ÷ 1,5%, đạm tổng số 0,08 ÷ 0,1%, lân 0,06 ÷ 0,08%, Kali 0,05 ÷ 0,1%, độ PH 5,6 ÷ 6,5. - Ngoài ra còn tới 8 nhóm đất khác phân bố ở khe suối, ven đồi. - Thành phần đất trên lưu vực sông Mã cho phép đa dạng hoá cây trồng cao. Đất thuộc loại dễ cải tạo và nếu được tưới tiêu hợp lý sẽ cho năng suất cao. Đây là một tiềm năng lớn để phát triển nông nghiệp, chăn nuôi, nuôi trồng thuỷ sản trên lưu vực. 1.1.3.3. Đặc điểm thảm phủ Năm 2005, diện tích rừng tại Thanh Hoá là 484.246,06 ha với 367.410,17 ha rừng tự nhiên và 116.835,89 ha rừng trồng với mức độ che phủ 43,2%. Rừng tự nhiên có hai loại chính: rừng gỗ , rừng tre nứa và rừng hỗn giao. Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ 8 Chuyên ngành Phát triển nguồn nước -Rừng gỗ là loại rừng có diện tích lớn nhất: 211.628 ha, chiếm 57% diện tích rừng tự nhiên với rất nhiều loại gỗ quý: lim, sến, táu, vàng tâm, dổi, dẻ.... - Rừng tre nứa có diện tích khoảng 98.467ha, chiếm 26,8%, chủ yếu là tre, luồng, nứa... - Rừng hỗn giao có diện tích khoảng 57.316 ha, chiếm 15,6% diện tích rừng tự nhiên. Trong 116.835,89 ha rừng trồng, có các loại: - Rừng gỗ có 48.590ha, chiếm 41,58% diện tích rừng trồng; - Rừng tre nứa có: 65.653 ha, chiếm 56,2%; Tổng trữ lượng gỗ rừng tự nhiên có 15.840 triệu m3 gỗ. Trong đó: - Trữ lượng gỗ của rừng tự nhiên có: 11,863 triệu m3 với: 2,016 m3 gỗ cấp III; 3,698 triệu m3 cấp IV; 5,213m3 cấp V và 0,936 triệu m3 gỗ non. -Tổng trữ lượng gỗ hỗn giao tre nứa của rừng tự nhiên là: 3.370 triệu m3. Tổng trữ lượng gỗ trồng là: 0,608 triệu m3. Tổng trữ lượng tre nứa: 1.000,67 triệu cây. Trong đó: - Rừng tự nhiên là: 941,915 triệu cây với: 690,440 triệu cây và 251,754 triệu cây hỗn giao gỗ tre nứa. - Rừng trồng có 58.754 triệu cây, chủ yếu là luồng (58.706 triệu cây). Nhận xét So với toàn quốc, tỷ lệ diện rừng trên lưu vực vào loại trung bình, nhưng chủ yếu là rừng tái sinh và rừng mới trồng với trữ lượng không lớn, hiệu quả phòng hộ của rừng đầu nguồn chưa cao. Trong các loại rừng hiện có, rừng tre nứa chiếm một tỷ lệ lớn, khoảng 30% diện tích rừng. Trên lưu vực có nhiều vườn quốc gia, khu bảo tồn thiên nhiên với nhiều loài động thực vật là một thế lợi phát triển du lịch ở địa phương. 1.1.4. Đặc điểm sông ngòi, lòng dẫn 1.1.4.1.Hình thái lưới sông Sông Mã bắt nguồn từ Tuần Giáo – Điện Biên chảy theo hướng Tây Bắc Đông Nam với chiều dài dòng chính 512 km, chiều rộng bình quân lưu vực 42km. Hệ số hình dạng sông 0,17, hệ số uốn khúc 1,7. Hệ số không đối xứng của các lưu Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Phát triển nguồn nước 9 vực 0,7. Mật độ lưới sông 0,66 km/km2. Độ dốc bình quân lưu vực 17,6%. Sông Mã có 39 phụ lưu lớn và 2 phân lưu. Các phụ lưu phát triển đều trên lưu vực. Mạng lưới sông Mã phát triển theo dạng cành cây phân bố đều trên 2 bờ tả và hữu. Các chi lưu quan trọng của sông Mã là: Nậm Lệ, Suối Vạn Mai, sông Luồng, sông Lò, sông Bưởi, sông Cầu Chày, sông Hoạt, sông Chu. Bảng 1.2: Đặc trưng hình thái sông ngòi một số nhánh lớn thuộc hệ thống sông Mã (thuộc lãnh thổ Việt Nam) T B 0 T F lưu Lưu vực vực 2 (km ) 1 Nậm Khoai 2 Độ F Lưu Lsông cao vực (km) bq (%) (m) Độ Chiều rộng bq 2 km/km dốc bqlv (%o) Hệ số Mật không độ đối sông xứng Hệ số Hệ số hình uốn dạng khúc 1.640 5,77 62,5 890 29,7 18,0 - -0,17 0,54 1,45 Nậm Thi 705 2,48 47,5 984 18,1 19,3 - -0,57 0,46 1,28 3 Nậm Công 893 3,14 52,0 1.233 19,9 16,4 - -0,16 0,22 1,58 4 Sông Luông 1.580 5,56 102 532 17,6 19,6 - 0,19 0,20 1,27 5 Sông Lô 1.000 3,52 76,0 615 13,9 20,4 - -0,33 0,19 1,35 6 Sông Bưởi 1.790 6,30 130 217 16,1 12,2 0,59 0,16 0,14 1,53 7 S.Cầu Chày 551 1,94 87,5 114 8,0 5,4 0,47 0,01 0,12 1,62 8 Sông Chu 7.580 26,7 325 790 29,8 18,3 0,98 -,014 0,12 1,58 9 Sông Mã 28.400 100 512 762 68,8 17,6 0,66 0,32 0,17 1,79 1.1.4.2. Đặc điểm các sông suối chính trong hệ thống sông Mã 1. Dòng chính sông Mã Bắt nguồn từ vùng núi Phu Lan (Tuần Giáo – Điện Biên) cao 2179 m, dòng chính sông Mã chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, đến Chiềng Khương, sông Mã chảy qua đất Lào và chảy trở lại lãnh thổ Việt Nam tại Mường Lát. Từ Mường Lát đến Vạn Mai, sông chảy theo hướng Tây Đông, từ Vạn Mai đến Hồi Xuân sông chảy theo hướng Bắc Nam, từ La Hán đến Đồng Tâm sông chảy theo hướng Nam Bắc và từ Cẩm Thuỷ đến cửa biển, sông lại chuyển hướng theo Tây Bắc - Đông Nam và đổ ra biển tại Cửa Hới. Từ Hồi Xuân trở lên thượng nguồn, lòng sông hẹp, cắt sâu, không có bãi sông nhưng có rất nhiều ghềnh thác, từ Cẩm Hoàng ra biển, lòng sông mở rộng có bãi sông và thềm sông. Độ dốc dọc sông ở phần thượng nguồn tới 1,5%, nhưng ở hạ Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ 10 Chuyên ngành Phát triển nguồn nước du độ dốc sông chỉ đạt 2 ÷ 3%o. Đoạn sông chịu ảnh hưởng triều có độ dốc nhỏ hơn. Dòng chính sông Mã tính đến Cẩm Thuỷ khống chế lưu vực 17400 km2. 2. Sông Chu Là phụ lưu cấp I lớn nhất của sông Mã, sông Chu bắt nguồn từ vùng núi cao trên đất Lào chảy chủ yếu theo hướng Tây Tây Bắc - Đông Đông Nam. Sông Chu đổ vào sông Mã tại ngã ba Giàng, cách cửa sông Mã về phía hạ lưu 25,5 km. Chiều dài dòng chính sông Chu 392 km, phần chảy trên đất Việt Nam 160 km. Tổng diện tích lưu vực sông Chu 7.580 km2. Diện tích lưu vực sông Chu hầu hết nằm ở vùng rừng núi. Từ Bái Thượng trở lên thượng nguồn lòng sông dốc, có nhiều ghềnh thác, lòng sông hẹp có thềm sông nhưng không có bãi sông. Từ Bái Thượng đến cửa sông, sông Chu chảy giữa hai tuyến đê, bãi sông rộng, lòng sông thông thoáng, dốc nên khả năng thoát lũ nhanh. Sông Chu có nhiều phụ lưu lớn như sông Khao, sông Đạt, sông Đằng, sông Âm. Tiềm năng thuỷ điện của sông Chu rất lớn, dọc theo dòng chính có nhiều vị trí cho phép xây dựng những kho nước lớn để sử dụng đa mục tiêu. Trên sông Chu, từ năm 1918 ÷ 1928, đã xây dựng đập Bái Thượng nên dòng chảy kiệt đã được sử dụng, để tưới cho đồng bằng Nam sông Chu. Hiện tại, trong mùa kiệt lượng nước ở hạ du Bái Thượng đều nhờ vào nguồn nước của sông Âm và dòng nước triều đẩy ngược từ sông Mã lên. Sông Chu có vị trí rất quan trọng đối với công cuộc phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Thanh Hóa 3. Sông Bưởi Là phụ lưu lớn thứ 2 của sông Mã, sông Bưởi bắt nguồn từ núi Chu thuộc tỉnh Hoà Bình. Dòng chính sông Bưởi chảy theo hướng Bắc-Nam, đổ vào sông Mã tại Vĩnh Khang. Chiều dài dòng chính sông Bưởi 130 km, diện tích lưu vực 1.790 km2, trong đó có 362 km2 là núi đá vôi, độ dốc bình quân lưu vực 12,2%. Thượng nguồn sông Bưởi là 3 suối lớn: suối Cái, suối Bên và suối Cộng Hoà đến Vụ Bản. Ba nhánh sông này hợp lại tạo thành sông Bưởi. Từ Vụ Bản đến cửa sông dòng chảy sông Bưởi chảy giữa hai triền đồi thoải, lòng sông hẹp, nông. Lòng sông Bưởi từ thượng nguồn đến cửa sông đều mang tính chất của sông vùng đồi. Nguồn nước sông Bưởi đóng vai trò quan trọng trong công cuộc phát triển kinh tế 3 huyện thuộc tỉnh Hoà Bình và 2 huyện vùng đồi của Thanh Hoá. 4. Sông Cầu Chày Bắt nguồn từ núi Đèn chảy theo hướng gần như Tây - Đông chảy qua đồng bằng Nam sông Mã - Bắc sông Chu, tổng chiều dài sông 87,5 km, diện tích lưu vực Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN Luận văn thạc sĩ 11 Chuyên ngành Phát triển nguồn nước 551 km2. Khả năng cấp nước và thoát nước của sông Cầu Chày rất kém; phần từ Cầu Nha đến cửa sông, sông Cầu Chày đóng vai trò như một kênh tưới tiêu chìm. Khả năng phát triển nguồn nước trên lưu vực sông Cầu Chày rất kém. 5. Sông Hoạt Sông Hoạt là một sông nhỏ có lưu vực rất độc lập và có hai cửa tiêu thoát (đổ vào sông Lèn tại cửa Báo Văn và đổ ra biển tại cửa Càn). Tổng diện tích lưu vực khoảng 250km2, trong đó 40% là đồi núi trọc. Để phát triển kinh tế vùng Hà Trung Bỉm Sơn, ở đây đã xây dựng kênh Tam Điệp để phân cắt từ vùng đồi núi có diện tích 78 km2 và xây dựng âu thuyền Mỹ Quan Trang để tách lũ và ngăn mặn. Do vậy mà sông Hoạt trở thành một sông nhánh của sông Lèn và là sông nhánh cấp II của sông Mã. Sông Hoạt hiện tại đã trở thành kênh cấp nước tưới và tiêu cho vùng Hà Trung 6. Sông Lèn Sông Lèn là phân lưu của sông Mã tại ngã ba Bông và đổ ra biển tại cửa Lạch Sung. Sông Lèn là phân lưu quan trọng của sông Mã. Trong mùa lũ sông Lèn tải cho sông Mã 15 - 17% lưu lượng ra biển, trong mùa kiệt, sông Lèn tải tới 27 ÷ 45% lưu lượng kiệt của dòng chính sông Mã để cấp cho nhu cầu dùng nước của 4 huyện Hà Trung, Nga Sơn, Hậu Lộc, Bỉm Sơn. Tổng chiều dài sông Lèn 40 km. Hai bên có đê bảo vệ dân sinh và sản xuất của các huyện ven sông. 7. Sông Lạch Trường Sông Lạch Trường là phân lưu của sông Mã tại ngã ba Tuần, chảy theo hướng Tây - Đông đổ ra biển tại cửa Lạch Trường. Chiều dài sông chính 22 km, sông có bãi rộng. Sông Mã chỉ chuyển nước vào sông Lạch Trường trong mùa lũ, còn trong mùa kiệt, sông Lạch Trường chịu tác động của thuỷ triều cả 2 phía là sông Mã và biển. Sông Lạch Trường là trục nhận nước tiêu quan trọng của vùng Hoằng Hoá và Hậu Lộc. Bảng 1.3: Danh sách trạm khí tượng, thuỷ văn trên lưu vực nghiên cứu TT Tên Trạm Vĩ độ Kinh độ Thời kỳ quan trắc 1 Sông Mã 21°04' 103°44' 1962-2006 2 Tuần Giáo 210 35’ 103025’ 1961-2009 3 Pha Đin 210 34’ 103030’ 1964-2005 Học viên: Thái Quỳnh Như - Cao học 18PN