Tài liệu Đánh giá tài nguyên nước hệ thống sông Cái Phan Rang và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý lưu vực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH --------------- NGUYỄN BẢO TRIỀU ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC HỆ THỐNG SÔNG CÁI PHAN RANG VÀ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ QUẢN LÝ LƯU VỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã ngành: 60520320 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH --------------------------- NGUYỄN BẢO TRIỀU ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC HỆ THỐNG SÔNG CÁI PHAN RANG VÀ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ QUẢN LÝ LƯU VỰC LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã ngành: 60520320 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VŨ VĂN NGHỊ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. VŨ VĂN NGHỊ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 25 tháng 4 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 GS.TSKH Nguyễn Trọng Cẩn Chủ tịch 2 TS. Trịnh Hoàng Ngạn Phản biện 1 3 TS. Nguyễn Xuân Trường Phản biện 2 4 TS. Thái Văn Nam Ủy viên 5 TS. Nguyễn Thị Hai Ủy viên, thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ------------------------------TP. HCM, ngày 22 tháng 3 năm 2014 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Bảo Triều Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15/02/1982 Nơi sinh: Bình Thuận Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường MSHV: 1241810030 I- Tên đề tài: Đánh giá tài nguyên nước hệ thống sông cái Phan Rang và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý lưu vực. II- Nhiệm vụ và nội dung: - Nghiên cứu đặc điểm tự nhiên – kinh tế xã hội tác động đến sự hình thành dòng chảy và tài nguyên nước lưu vực sông Cái Phan Rang. - Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn FRASC cho lưu vực sông Cái Phan Rang nhằm mô phỏng dòng chảy theo các phương án thiết kế. - Đánh giá tiềm năng trữ lượng nước phân bố chi tiết theo không gian và thời gian: tính toán dòng chảy năm, dòng chảy mùa (lũ, kiệt), dòng chảy thiết kế theo các tần suất khác nhau (năm nhiều nước, năm nước trung bình và năm ít nước). - Xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên nước mặt tích hợp với công nghệ GIS (DatabaseGIS) bao gồm theo dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian (bản đồ) nhằm mang lại hiệu quả cho quản lý và khai thác nguồn tài nguyên này. III- Ngày giao nhiệm vụ: 07/08/2013 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/3/2014 V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Vũ Văn Nghị CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS. Vũ Văn Nghị KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i LỜI CAM ĐOAN Đề tài “ Đánh giá tài nguyên nước hệ thống sông cái Phan Rang và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý lưu vực” được xây dựng dựa trên các số liệu thống kê, các tài liệu, báo cáo từ các sở, ban ngành trong tỉnh Ninh Thuận và Công ty Nước và Môi trường Binh Minh và được cập nhật trên cơ sở khảo sát thực địa. Luận văn là công trình nghiên cứu của tác giả và là một nhánh của đề tài KH&CN “Nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước lưu vực sông Cái và khả năng đáp ứng cho nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội tỉnh Ninh Thuận đến năm 2020 và tầm nhìn 2030” do Vũ Văn Nghị làm chủ nhiệm; tài liệu và kết quả nghiên cứu được sự hướng dẫn và cho phép của Chủ nhiệm để trích dẫn và công bố. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện luận văn Nguyễn Bảo Triều ii LỜI CÁM ƠN Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy chương trình Cao học K.2012 - Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức hữu ích về ngành môi trường làm cơ sở để cho tôi thực hiện tốt luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và gửi lời biết ơn đến TS. Vũ Văn Nghị đã tận tình hướng dẫn cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn.. Tôi xin chân thành cám ơn của các đồng nghiệp tại Sở Tài nguyên và Môi trường Ninh Thuận, Công ty Nước và Môi trường Bình Minh đã ủng hộ, giúp đỡ, động viên tôi để hoàn thành luận văn này. Sau cùng, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học cũng như thực hiện luận văn. Chân thành cảm ơn tất cả! Học viên thực hiện luận văn Nguyễn Bảo Triều iii TÓM TẮT Tài nguyên nước lưu vực sông Cái Phan Rang đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Ninh Thuận. Trong bối cảnh nhu cầu khai thác sử dụng nước ngày càng tăng, quản lý khai thác và sử dụng bền vững nguồn nước lưu vực sông trở thành một yêu cầu cấp thiết. Để làm cơ sở khoa học cho vấn đề này, luận văn đã ứng dụng mô hình toán thủy văn FRASC đánh giá tài nguyên nước lưu vực sông Cái Phan Rang. Dựa vào các tiêu chí đánh giá như R2 hệ số hiệu quả mô hình, r - hệ số tương quan Pearson và Bias - sai số tổng lượng, kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cho thấy sự phù hợp giữa số liệu thực đo và mô phỏng, sau đó dòng chảy tại từng ô lưới với độ phân giải 30's được xác định cho toàn bộ lưu vực từ 1985-2011. Từ các dữ liệu trích xuất từ mô hình, tiềm năng nguồn nước sông Cái Phan Rang được đánh giá qua việc tính toán các đặc trưng dòng chảy như dòng chảy năm/mùa (lũ, kiệt) theo các tần suất thiết kế khác nhau: P=5% - năm nhiều nước, P=50% - năm nước trung và P=90% năm ít nước. Kết quả cho thấy tiềm năng tài nguyên nước lưu vực sông Cái thuộc loại khan hiếm, dòng chảy hàng năm có sự biến động lớn và phân bố không đều theo không-thời gian, đòi hỏi phải có các giải pháp điều phối hợp lý. Đồng thời, cơ sở dữ liệu tài nguyên nước tích hợp với công nghệ GIS bao gồm dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian đã được xây dựng, hỗ trợ hữu ích cho công tác quản lý tài nguyên nước trên lưu vực. iv ABTRACT Water resources on Cai Phan Rang river basin plays an important role for the socio-economic development of Ninh Thuan province. Under circumstance in increasing water demand of users the management, exploitation and sustainable use of this river system's water resources become urgently required issues. To solve these issues, as one of main contents the hydrological model FRASC was applied to simulate discharges on Cai Phan Rang river basin. Based on the criteria as R2 model efficiency coefficient, r - Pearson coefficient and Bias – overall volume error, results from model calibration and verification show the suitability between observational and simulated hydrographs, and then discharges anywhere on Cai Phan Rang river basin at 30' resolution were simulated from rainfall in the period 1985-2011. With the simulated discharges data from the model, water resources on Cai Phan Rang river was assessed by calculating hydrological characteristics, and discharges in various design years: P = 5% - wet year, P = 50% - average year and P = 90% - dry year. The results show that the potential water resources of Cai Phan Rang river basin is scarce and distributes unevenly in the space and time, and thus reasonable water allocation solutions should be given. In addition, the database (i.e. attribute data and spatial data) of water resources initially built up in combination with GIS technique have been built that support powerfully for the integrated management of Cai Phan Rang river basin. v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... i LỜI CÁM ƠN ....................................................................................................ii TÓM TẮT.........................................................................................................iii ABTRACT ........................................................................................................ iv MỤC LỤC ......................................................................................................... v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................... ix DANH MỤC HÌNH ........................................................................................... x MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................ 1 2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ...................................................................................... 2 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .............................................. 3 Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 3 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 3 4. NỘI DUNG THỰC HIỆN ............................................................................. 3 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................ 4 Cách tiếp cận ..................................................................................................... 4 Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng .................................................... 5 6. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ........................................... 6 Về lĩnh vực mô hình toán trong nghiên cứu tài nguyên nước ......................... 7 Ngoài nước ......................................................................................................... 7 Trong nước ......................................................................................................... 8 CHƯƠNG 1: MÔ TẢ LƯU VỰC SÔNG CÁI PHAN RANG ........................... 11 1.1. GIỚI THIỆU ............................................................................................... 11 1.2. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN ............................................................................. 11 1.2.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 11 1.2.2. Địa hình ................................................................................................. 11 1.2.3. Thổ nhưỡng ........................................................................................... 13 vi 1.2.4. Thảm thực vật ....................................................................................... 14 1.2.5. Khí tượng thủy văn ............................................................................... 15 1.2.5.1. Khí tượng ....................................................................................... 15 1.2.5.2. Hệ thống sông ngòi ........................................................................ 18 1.2.5.3. Chế độ dòng chảy ........................................................................... 19 1.3. ĐIỀU KIỆN KINH TẾ XÃ HỘI................................................................. 20 1.3.1. Dân số .................................................................................................... 20 1.3.2. Các hoạt động kinh tế ........................................................................... 21 1.3.2.1. Công nghiệp ................................................................................... 21 1.3.2.2. Nông nghiệp – lâm nghiệp – thủy sản............................................. 22 1.3.2.3. Du lịch dịch vụ ............................................................................... 23 1.3.3. Cơ sở hạ tầng ........................................................................................ 24 1.3.3.1. Mạng lưới giao thông ..................................................................... 24 1.3.3.2. Mạng lưới điện ............................................................................... 25 1.4. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VÀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC ...... 25 1.4.1. Công tác quản lý ................................................................................... 25 1.4.2. Hiện trạng các công trình khai thác nguồn nước ................................ 26 1.5. KẾT LUẬN ................................................................................................. 29 CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC HỆ THỐNG SÔNG CÁI .. 30 2.1. GIỚI THIỆU ............................................................................................... 30 2.2. TÀI LIỆU TÍNH TOÁN ............................................................................. 31 2.3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH FRASC MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY ................ 31 2.3.1. Giới thiệu mô hình FRASC .................................................................. 31 2.3.1.1. Khái quát mô hình FRASC ............................................................. 31 2.3.1.2. Cấu trúc mô hình FRASC............................................................... 32 2.3.1.3. Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính .............................................. 34 2.3.2. Thiết lập mô hình FRASC cho lưu vực sông Cái Phan Rang ............. 42 2.3.2.1. Xử lý số liệu đầu vào cho mô hình FRASC .................................... 42 2.3.2.2. Hiệu chỉnh mô hình ........................................................................ 47 2.3.2.3. Kiểm định mô hình FRASC cho lưu vực sông Cái – Phan Rang..... 52 vii 2.3.2.4. Mô phỏng dòng chảy hệ thống sông Cái Phan Rang ....................... 54 2.3.2.5. Kết quả mô phỏng .......................................................................... 60 2.4. ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NGUỒN NƯỚC HỆ THỐNG SÔNG CÁI .... 63 2.4.1. Tính toán đặc trưng dòng chảy ............................................................ 63 2.4.2. Dòng chảy năm ..................................................................................... 65 2.4.3. Dòng chảy theo mùa ............................................................................. 66 2.4.4. Tính toán dòng chảy năm, mùa thiết kế .............................................. 67 2.4.5. Phân bố dòng chảy theo không gian .................................................... 69 2.4.6. Kết luận ................................................................................................. 69 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CSDL TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CÁI PHAN RANG ……………………………………………………………….70 3.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG ............................................................................ 70 3.2. NGUỒN TÀI LIỆU ..................................................................................... 71 3.2.1. Tài liệu bản đồ ...................................................................................... 71 3.2.2. Số liệu đo đạc và quan trắc thủy văn ................................................... 71 3.2.3. Dữ liệu kết quả mô phỏng dòng chảy lưu vực sông Cái Phan Rang .. 72 3.3. YÊU CẦU CHUNG VỀ XÂY DỰNG CSDL ............................................. 72 3.4. NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN ......................... 72 3.4.1. Phân tích và xác định đối tượng........................................................... 73 3.4.2. Khối lượng dữ liệu đưa vào cơ sở dữ liệu ............................................ 77 3.5. NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH DỮ LIỆU THUỘC TÍNH .......................... 78 3.6. MÔ HÌNH CSDL TÀI NGUYÊN NƯỚC SÔNG CÁI PHAN RANG ...... 85 3.7. MÔ HÌNH QUẢN LÝ CSDL...................................................................... 92 3.8. LẬP TRÌNH PHẦN MỀM ỨNG DỤNG QUẢN LÝ CSDL ..................... 94 3.8.1. Giới thiệu thư viện lập trình ArcGIS Engine ...................................... 94 3.8.2. Ứng dụng phần mềm quản lý CSDL tài nguyên nước sông Cái ......... 96 3.9. KẾT LUẬN ............................................................................................... 101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 102 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 108 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CN Công nghiệp CSDL Cơ sở dữ liệu DEM Mô hình độ cao số (Digital Elevation Model) FRASC Mô phỏng lũy tích diễn toán dòng chảy trên lưu vực (Flow Routed Accumulation Simulation in a Catchment) GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information Systems) KTXH Kinh tế xã hội KCN Khu công nghiệp KCX Khu chế xuất KKT Khu kinh tế LVS Lưu vực sông SXNN Sản xuất nông nghiệp TTN Tài nguyên nước TTCN Tiểu thủ công nghiệp Tp. PR-TC Thành phố Phan Rang Tháp Chàm ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng hợp diện tích theo các nhóm đất .................................................... 14 Bảng 1.2 Thảm phủ thực vật của lưu vực sông Cái Phan Rang .............................. 14 Bảng 1.3 Các đặc trưng khí tượng trung bình tháng nhiều năm tại trạm Phan Rang .............................................................................................................................. 16 Bảng 1.4 Lượng mưa trung bình tháng nhiều năm (mm) vùng nghiên cứu ............. 17 Bảng 1.5 Hệ thống sông Cái Phan Rang ................................................................ 19 Bảng 1.6 Diện tích, dân số và mật độ dân số năm 2011 phân theo huyện ............... 21 Bảng 1.7 Các nhà máy thủy điện trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận.............................. 27 Bảng 2.1 Giá trị các thông số mô hình FRASC áp dụng cho lưu vực sông Cái ...... 55 Bảng 2.2 Đặc trưng dòng chảy trung bình nhiều năm (1985-2011) ........................ 64 Bảng 2. 4. Lưu lượng dòng chảy trung bình tại lưu vực sông Cái theo tần suất ...... 68 Bảng 3. 3 Danh sách dữ liệu chưa có ở dạng số ..................................................... 78 Bảng 3.4 Danh sách thuộc tính của cac đối tượng trong cơ sở dữ liệu .................... 78 Bảng 3.5 Mô tả về bảng dữ liệu khí tượng ............................................................. 84 Bảng 3.6 Mô tả về bảng dữ liệu thủy văn ............................................................... 85 Bảng 3.7 Các lớp đối tượng và thông tin mô tả trong cơ sở dữ liệu tài nguyên nước sông Cái Phan Rang .............................................................................................. 86 Bảng 3.8 Mô hình quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên nước sông Cái Phan Rang ...... 93 x DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Bản đồ địa hình và cao độ Ninh Thuận độ phân giải 30 m x 30m ............ 12 Hình 1.2 Phân bố lượng mưa trung bình tháng nhiều năm vùng nghiên cứu .......... 17 Hình 1.3 Hệ thống sông ngòi lưu vực sông Cái Phan Rang ................................... 18 Hình 2.1 Sơ đồ tính toán mô hình FRASC ............................................................. 33 Hình 2.2 Phân bố sức chứa nước ứng suất trong lưu vực ....................................... 35 Hình 2.3 Đường phân phối sức chứa nước tự do .................................................... 38 Hình 2.4 Ảnh raster phân vùng các tiểu lưu vực tính toán ...................................... 43 Hình 2.5 Ảnh thảm phủ thực vật lưu vực sông Cái ................................................ 44 Hình 2.6 Ảnh lưới hướng dòng chảy trên lưu vực sông Cái ................................... 45 Hình 2.7 Lũy tích dòng chảy lưu vực sông Cái ...................................................... 46 Hình 2.8 Tiểu lưu vực Phước Hòa của lưu vực sông Cái........................................ 47 Hình 2.9 Biểu đồ lưu lượng thực đo trạm thủy văn Phước Hòa từ năm 2006-2008 48 Hình 2.10 Biểu đồ lượng mưa tại trạm đo Phước Hòa từ năm 2006-2008 .............. 48 Hình 2.11 Biểu đồ lượng mưa tại trạm đo Khánh Sơn từ năm 2006-2008 .............. 49 Hình 2.12 Biểu đồ nhiệt độ ngày tại trạm đo Phan Rang từ năm 2006-2008 .......... 49 Hình 2.13 Biểu đồ độ ẩm trung bình ngày tại trạm Phan Rang từ năm 2006-2008 . 50 Hình 2.14 Biểu đồ số giờ nắng theo ngày tại trạm Phan Rang từ năm 2006-2008 .. 50 Hình 2.15 Biểu đồ tốc độ gió theo ngày tại trạm đo Phan Rang từ năm 2006-2008 50 Hình 2.16 Đường quá trình lưu lượng mô phỏng và thực đo tại trạm Phước Hòa ... 51 Hình 2. 17. Tiểu lưu vực Tân Mỹ của lưu vực sông Cái ......................................... 52 Hình 2.18 Quá trình lưu lượng mô phỏng và thực đo tại trạm Tân Mỹ từ 2001-2003 .............................................................................................................................. 53 Hình 2.19 Quá trình lưu lượng mô phỏng và thực đo tại trạm Tân Mỹ từ 2005-2006 .............................................................................................................................. 54 Hình 2.20 Lượng mưa tại trạm đo Khánh Sơn từ năm 1985 đến năm 2011 ............ 56 Hình 2.21 Lượng mưa tại trạm đo Tân Mỹ từ năm 1985 đến năm 2011 ................. 56 xi Hình 2.22 Lượng mưa tại trạm đo Nha Hố từ năm 1985 đến năm 2011 ................. 57 Hình 2.23 Lượng mưa tại trạm đo Phan Rang từ năm 1985 đến năm 2011 ............ 57 Hình 2.24 Lượng mưa tại trạm đo Nhị Hà từ năm 1985 đến năm 2011 .................. 57 Hình 2.25 Nhiệt độ tại trạm đo Phan Rang từ năm 1985 đến năm 2011 ................ 58 Hình 2.26 Độ ẩm trung bình tại trạm đo Phan Rang từ năm 1985 đến năm 2011 ... 58 Hình 2.27 Số giờ nắng tại trạm đo Phan Rang từ năm 1985 đến năm 2011 ............ 59 Hình 2.28 Tốc độ gió tại trạm đo Phan Rang từ năm 1985 đến năm 2011 .............. 59 Hình 2.29 Đường quá trình lưu lượng mô phỏng tại cửa ra lưu vực ....................... 60 Hình 2.30 Đường quá trình lũy tích lưu lượng mô phỏng tại cửa ra lưu vực .......... 60 Hình 2.31 Các nhánh sông tính toán-trích xuất từ mô hình DEM lưu vực sông Cái 61 Hình 2.32 Tập tin lưu trữ lưu lượng của 3 thành phần dòng chảy tại trạm Tân Mỹ 62 Hình 2.33 Quá trình lưu lượng ngày mô phỏng cửa ra sông Cái từ năm 1985-2011 .............................................................................................................................. 63 Hình 2. 34 Biểu thị phân phối dòng chảy năm theo lưu lượng bình quân tháng nhiều năm tại cửa ra lưu vực sông Cái ............................................................................. 65 Hình 2. 36 Diễn biến lưu lượng trung bình năm tại lưu vực Sông Cái (1985-2011) 65 Hình 2. 37 Biểu đồ diễn biến Qtb mùa lũ tại sông Cái 1985-2011 ........................... 66 Hình 2. 38 Biểu đồ diễn biến Qtb mùa kiệt tại sông Cái 1985-2011 ........................ 67 Hình 3.2 Giao diện phần mềm ứng dụng quản lý CSDL TNN sông Cái Phan Rang .............................................................................................................................. 96 Hình 3.3 Hình Cửa sổ truy vấn tìm kiếm các đối tượng trạm bơm ......................... 97 Hình 3.4 Cửa sổ mô tả thông tin chi tiết của một đối tượng trạm bơm ................... 98 Hình 3.5 Hộp thoại thông kê hồ chứa .................................................................... 98 Hình 3.6 Tập tin exel chứa danh sách các hồ chứa nhân tạo ................................... 99 Hình 3.7 Hộp thoại nhập thông tin cho một điểm xả thải vừa được tạo mới ........... 99 Hình 3.8 Cửa sổ hiển thị thông tin lưu lượng dòng chảy trạm Tân Mỹ ................. 100 Hình 3.9 Cửa sổ hiển thị thông tin lưu lượng dòng chảy tại trạm Tân Mỹ ............ 100 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Nước là tư liệu quan trọng hàng đầu của nhiều hoạt động sản xuất; ở đâu có nước, ở đó có sự sống, văn hóa và văn minh. Nhưng hiện nay, thế giới đang phải đối mặt với khủng hoảng tài nguyên nước, thiếu nước đang đe dọa đến an ninh lương thực, sức khỏe cộng đồng và là nguyên nhân bùng nổ các cuộc xung đột trong sử dụng nguồn nước. Việt Nam là quốc gia dồi dào tài nguyên nước với tổng lượng nước mặt bình quân hàng năm ở Việt Nam có khoảng 830 tỷ m3 trong đó hơn 60% nguồn nước ngoài biên giới chảy vào [19]. Tuy nhiên nguồn nước phân bổ không đồng đều theo không gian cũng như theo thời gian làm ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống sinh hoạt của người dân và các mục tiêu phát triển xã hội. Có những vùng mưa rất lớn lượng mưa đạt gần 5.000 mm/năm (Bắc Quang, Tuyên Quang), nhưng có những vùng mưa rất thấp lượng mưa trung bình chỉ đạt 800 – 1000 mm (Phan Rang, Ninh Thuận). Lượng dòng chảy thường tập trung 70-80% vào 5 tháng mùa lũ gây ra ngập lụt thường xuyên, trong khi đó chỉ còn 20-30% vào 7 tháng mùa cạn dẫn đến tình trạng thiếu nước cho sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp… Hơn nữa, trong những năm gần đây, khi sức ép gia tăng dân số tại các khu đô thị cùng với mức tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ thì mức độ ảnh hưởng đến nguồn tài nguyên nước cũng tăng theo. Điều này gây sức ép lớn đến tài nguyên nước không chỉ về số lượng do nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng mà còn đẩy nhanh mức độ suy giảm chất lượng do các hoạt động gây ô nhiễm nguồn nước đang tỷ lệ thuận với phát triển kinh tế. Đặc biệt, đối với tỉnh Ninh Thuận, như trên đã nêu, là một tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ với lượng nước mặt được đánh giá là khan hiếm nhất trong cả nước, lượng mưa hàng năm thấp (trung bình 800-1000 mm/năm) nhưng lượng bốc hơi cao khoảng 1600 - 1800 mm/năm [12]. Do địa hình ngắn, dốc, đặc biệt là thảm thực vật nghèo nàn nên phần lớn lượng nước mặt trong mùa mưa đều đổ ra biển. Vì vậy, số lượng nước mặt trong tỉnh càng bị hạn chế. Đối với tài nguyên nước dưới đất, số 2 lượng nước dưới đất khu vực tỉnh Ninh Thuận cũng thuộc loại nghèo, tầng chứa nước mỏng, mực nước tĩnh nằm cạn. Tài nguyên nước đang chịu sức ép rất lớn trước sự phát triển kinh tế của tỉnh và sự gia tăng nhu cầu sử dụng nước của các ngành. Vấn đề đặt ra là phải làm thế nào để quản lý và bảo vệ nguồn tài nguyên này cả về số lượng lẫn chất lượng, làm thế nào để đảm bảo phát triển kinh tế gắn liền với bảo vệ tài nguyên và phát triển bền vững. Đã có nhiều nghiên cứu về tài nguyên nước cũng như vấn đề sử dụng tài nguyên nước lưu vực sông Cái Phan Rang cũng như tỉnh Ninh Thuận, dự án “Điều chỉnh bổ sung quy hoạch thủy lợi tỉnh Ninh Thuận đến 2010 và định hướng đến năm 2020”, “Báo cáo hiện trạng tài nguyên nước năm 2010-2011”[12]. Mặc dù đã có nhiều đóng góp thực tiễn các hoạt động kinh tế xã hội tỉnh Ninh Thuận, các nghiên cứu này sử dụng phương pháp và kỹ thuật cổ điển chủ yếu bằng điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp và phân tích thống kê bằng công thức giải tích kinh nghiệm, và nguồn tài liệu còn hạn chế. Trong những năm gần đây, vấn đề khoa học công nghệ, cụ thể mô hình toán thủy văn kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS), phục vụ nghiên cứu tài nguyên nước ngày càng phát triển và tiếp cận thực tế sản xuất tốt hơn, thêm vào đó cùng với sự phát triển kinh tế xã hội dẫn đến thay đổi chế độ dòng chảy và cơ cấu sử dụng nguồn nước trong lưu vực sông Cái Phan Rang; nên việc cập nhật nghiên cứu đánh giá một cách đầy đủ về tài nguyên nước và nhu cầu về nước trên lưu vực của các hộ dùng nước hiện trạng cũng như các phương án theo các giai đoạn phát triển kinh tế xã hội khác nhau trong tương lai phục vụ công tác quản lý tổng hợp và sử dụng hợp lý tài nguyên nước lưu vực vẫn là vấn đề thời sự và rất cần thiết. 2. Mục tiêu đề tài  Đánh giá tài nguyên nước hệ thống sông Cái Phan Rang theo các tần suất thiết kế và động thái của nó không gian và thời gian;  Thiết kế cơ sở dữ liệu về tài nguyên nước (DatabaseGIS) bao gồm dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian lưu vực sông Cái. 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tài nguyên nước hệ thống sông Cái Phan Rang. Mặc dù đánh giá tài nguyên nước được đánh giá cả trữ lượng, chất lượng và động thái, tuy nhiên trong khuôn khổ luận văn này, do hạn chế về thời gian học viên đi sâu nghiên cứu về trữ lượng và sự biến đổi của nó theo không thời gian. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong lưu vực sông Cái Phan Rang thuộc khu vực Nam Trung bộ Việt Nam có vị trí địa lý vào khoảng 11o23’00” - 12o10’00” vĩ Bắc và 108o20’30” - 109o30’00” kinh Đông, diện tích tự nhiên khoảng 3.109 km². Lưu vực sông Cái Phan Rang được liệt kê vào danh mục lưu vực sông liên tỉnh, tuy nhiên phần lớn diện tích lưu vực thuộc địa phận tỉnh Ninh Thuận (chiếm 82%) và diện tích lưu vực sông Cái chiếm 74% diện tích toàn tỉnh Ninh Thuận. 4. Nội dung thực hiện Nội dung 1: Nghiên cứu đặc điểm tự nhiên tác động đến quá trình hình thành dòng chảy hệ thống sông Cái Phan Rang: vị trí địa lý, địa hình (bản đồ số và mô hình cao độ số DEM), diện tích lưu vực, đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật, các yếu tố khí tượng: gió, mưa, bốc hơi, số giờ nắng, nhiệt độ, áp suất không khí, độ ẩm; các yếu tố thủy văn: các tài liệu quan trắc dòng chảy (mực nước, lưu lượng), mạng lưới sông suối; Nội dung 2: Nghiên cứu đặc điểm kinh tế xã hội tác động đến tài nguyên nước lưu vực: các công trình khai thác nguồn nước, các hộ sử dụng nước trên lưu vực; hiện trạng quản lý nhà nước về tài nguyên nước lưu vực sông Cái; Nội dung 3: Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn FRASC cho lưu vực sông Cái Phan Rang: phân tích và xử lý tài liệu GIS (Geograpical Information System – hệ thống thông tin địa lý) lưu vực sông Cái Phan Rang từ dữ liệu DEM (Digital Elevation Model – Mô hình cao độ số); thiết lập mô hình cho lưu vực sông Cái; 4 phân tích và xử lý số liệu khí tượng thủy văn chuẩn bị đầu vào cho mô hình mô phỏng; phân tích các điều kiện lưu vực nghiên cứu để ước lượng thông số mô hình; hiệu chỉnh, kiểm định mô hình; mô phỏng dòng chảy theo các phương án thiết kế; Nội dung 4: Đánh giá tiềm năng trữ lượng nước phân bố chi tiết theo không gian và thời gian: tính toán dòng chảy năm, dòng chảy mùa (lũ, kiệt), dòng chảy thiết kế theo các tần suất khác nhau (năm nhiều nước, năm nước trung bình và năm ít nước); Nội dung 5: Thiết kế và xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên nước mặt tích hợp với công nghệ GIS (DatabaseGIS) bao gồm theo dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian (bản đồ) với các tính năng: xem, thêm, xóa, cập nhật dữ liệu, truy vấn nhanh, xuất báo cáo, vẽ biểu đồ, phân quyền, thao tác trên bản đồ (phóng to/thu nhỏ, di chuyển, xem, chỉnh sửa thông tin), v.v… nhằm mang lại hiệu quả cho quản lý và khai thác nguồn tài nguyên này. 5. Phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận  Tiếp cận toàn diện, hệ thống, thực tiễn và tổng hợp: Khu vực nghiên cứu là một hệ thống lưu vực trong đó các điều kiện cấu thành hệ thống gồm: địa hình, địa chất, khí hậu, nước, sinh vật, con người, phương thức quản lý, khai thác, v.v…, là các thành phần của hệ tương tác có quan hệ ràng buộc, tác động lẫn nhau. Để đạt được mục tiêu của đề tài đòi hỏi phải xem xét một cách toàn diện, hệ thống, thực tiễn và tổng hợp để đề xuất các yêu cầu sử dụng nước, trên cơ sở đó tính toán cân bằng nước, đề xuất các giải pháp thích ứng nhằm quản lý tổng hợp lưu vực và sử dụng tài nguyên nước một cách hợp lý, bảo vệ môi trường, phòng chống thiên tai phục vụ các mục tiêu phát triển kinh tế-xã hội trong vùng.  Tiếp cận tích hợp thông tin (ảnh viễn thám, bản đồ số và công nghệ GIS): Vùng nghiên cứu có cấu trúc địa hình phức tạp, điều kiện tự nhiên biến động. Do vậy để nắm bắt thông tin cập nhật về tài nguyên về đất, nước phục vụ công tác tính toán dòng chảy đến, cân bằng nước và đánh giá tài nguyên 5 nước... đòi hỏi phải tích hợp các nguồn thông tin như ảnh vệ tinh; khai thác bản đồ chuyên ngành (bản đồ số, bản đồ đẳng trị mưa, mo đuyn dòng chảy...), hệ thống thông tin địa lý (GIS) và so sánh, đối chiếu với tài liệu khảo sát mặt đất.  Tiếp cận kế thừa có chọn lọc kinh nghiệm, tri thức, cơ sở dữ liệu đã có liên quan đến đề tài và tiếp thu công nghệ: Đối với một số công nghệ tiến tiến ở nước ngoài: xem xét, chọn lọc một số công nghệ tiên tiến phù hợp với điều kiện Việt Nam nói chung và vùng nghiên cứu nói riêng, qua đó tiếp thu, ứng dụng; Kế thừa các kết quả nghiên cứu trong nước: tập trung phân tích, chọn lọc và kế thừa những kết quả đã nghiên cứu sử dụng cho đề tài, tạo nền tảng và điểm xuất phát thực hiện những phương pháp và công nghệ tính toán mới. Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng Nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quản lý lưu vực sông Cái, các phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng chủ yếu sẽ được sử dụng gồm:  Thu thập và tổng hợp tài liệu - Thu thập các tài liệu điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, đặc biệt tài liệu chuyên môn về khí tượng thủy văn từ các nghiên cứu đã có trong vùng nghiên cứu; - Tổng hợp và phân tích thống kê: tổng hợp các tài liệu và số liệu; phân tích tài liệu, số liệu liên quan và thống kê tài liệu; - Sử dụng kĩ thuật thu thập khai thác thông tin từ các kết quả đề tài, dự án, từ internet.  Điều tra thực địa và nghiên cứu hiện trường với các mục đích - Làm việc với địa phương vùng nghiên cứu về mục tiêu, nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu; thu thập bổ sung các tài liệu có liên quan đến phát triển kinh tế - xã hội của địa phương khảo sát; - Khảo sát thực địa bổ sung tài liệu về mạng lưới sông, địa hình, địa mạo,