Tài liệu Luận văn nghiên cứu ứng dụng mô hình mike basin đánh giá cân bằng nước cho tỉnh phú thọ trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN ĐÁNH GIÁ CÂN BẰNG NƯỚC CHO TỈNH PHÚ THỌ TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CHUYÊN NGÀNH: KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VŨ KHẮC TÚ HÀ NỘI - 2019 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN ĐÁNH GIÁ CÂN BẰNG NƯỚC CHO TỈNH PHÚ THỌ TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CHUYÊN NGÀNH: KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VŨ KHẮC TÚ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRƯƠNG VÂN ANH HÀ NỘI - 2019 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán bộ hướng dẫn chính: TS.Trương Vân Anh Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Kiên Dũng Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS. Hoàng Minh Tuyển Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày 21 tháng 01 năm 2019 TÓM TẮT LUẬN VĂN Họ và tên học viên : Vũ Khắc Tú Lớp : CH2BT Khóa: 2016- 2018 Cán bộ hướng dẫn: Ts. Trương Vân Anh Tên đề tài : Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN đánh giá cân bằng nước cho tỉnh Phú Thọ trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Tóm tắt Tóm tắt luận văn cao học Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN đánh giá cân bằng nước cho tỉnh Phú Thọ trong bối cảnh biến đổi khí hậu 1. Mục tiêu của luận văn Nghiên cứu công cụ mô hình MIKE BASIN trong bài toán cân bằng nước. Đánh giá trữ lượng tài nguyên nước hiện trạng và trong tương lai trong bối cảnh biến đổi khí hậu 2. Phạm vi nghiên cứu Tài nguyên nước tỉnh Phú Thọ 3. Ý nghĩa của luận văn - Về ý nghĩa khoa học: Đã sử dụng mô hình MIKE BASIN cân bằng nước tỉnh Phú Thọ hiện trạng và trong tương lai trong bối cảnh biến đổi khí hậu. - Về ý nghĩa thực tiễn: Từ đó làm cơ sở cho việc quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên nước. 4. Kết quả - Đã ứng dụng thành công mô hình MIKE NAM, MIKE MUSKINGUM tính toán dòng chảy đến từng tiểu lưu vực. - Ứng dụng thành công mô hình CROPWAT tính nhu cầu nước nông nghiệp và xác định nhu cầu nước của các ngành hiện trạng và tương lai - Kết quả tính toán cân bằng nước theo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến năm 2030 bằng mô hình MIKE BASIN trong bối cảnh biến đổi khí hậu cho thấy tình trạng thiếu nước tập chung vào mùa kiệt tại 5 tiểu lưu vực là PT_TNG1, PT_TNG2, PT_TPL53, PT_TDD, PT_TPL61 với tổng lượng thiếu hụt là 8,71.106 m3/năm so với hiện trạng là 1,83 106 m3/năm LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS.Trương Vân Anh. Các số liệu, những kết luận được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được công bố dưới bất kì hình thức nào. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Học viên Vũ Khắc Tú LỜI CẢM ƠN Qua một thời gian nghiên cứu thực hiện, đến nay luận văn thạc sĩ đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN đánh giá cân bằng nước cho tỉnh Phú Thọ trong bối cảnh biến đổi khí hậu” đã hoàn thành. Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Trương Vân Anh, người đã tận tình và hướng dẫn, góp ý chỉ bảo trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô giáo trong Khoa Khí tượng – Thủy văn, Phòng Đào tạo sau Đại học – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức chuyên môn trong suốt quá trình học tập. Với thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, học viên rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cô giáo, các cán bộ khoa học và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Hà Nội, tháng Học viên Vũ Khắc Tú năm 2018 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Đặt vấn đề ...............................................................................................................1 2. Mục tiêu của luận văn .............................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................2 5. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG NƯỚC VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ..................................................................................................3 1.1. Tổng quan về cân bằng nước hệ thống ................................................................3 1.2 Các nghiên cứu trước đây liên quan đến cân bằng nước ......................................4 1.3. Tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước............................................6 1.3.1. Trên thế giới ......................................................................................................6 1.3.2. Việt Nam ...........................................................................................................7 1.4. Giới thiệu một số mô hình....................................................................................8 1.4.1. Các mô hình tính lượng nước đến .....................................................................8 1.4.2. Mô hình tính nhu cầu nước .............................................................................10 1.4.3. Các mô hình tính cân bằng nước .....................................................................10 1.5. Tổng quan về khu vực nghiên cứu .....................................................................12 1.5.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên .................................................................................12 1.5.2. Đặc điểm khí hậu và mạng lưới sông ngòi .....................................................15 1.5.3. Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội ..............................................................23 1.6. Mục tiêu phát triển và các chỉ tiêu kinh tế xã hội chủ yếu.................................27 1.6.1. Mục tiêu phát triển xã hội ...............................................................................27 1.6.2. Định hướng phát triển các ngành ....................................................................28 1.7. Hiện trạng khai thác, sử dụng nước ...................................................................30 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................32 2.1. Tóm tắt cơ sở lý thuyết mô hình ........................................................................34 2.1.1. Mô hình NAM .................................................................................................34 2.1.2. Mô hình CROPWAT.......................................................................................37 2.1.3. Mô hình MIKE BASIN ...................................................................................39 2.2. Cơ sở số liệu .......................................................................................................41 2.2.1. Số liệu tính toán ..............................................................................................41 2.3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................42 2.3.1. Cơ sở lựa chọn phương pháp ..........................................................................42 2.3.2. Phương án cân bằng tài nguyên nước mặt ......................................................43 1.2. Kịch bản BĐKH tỉnh Phú Thọ ...........................................................................43 2.4. Chỉ tiêu cấp nước ...............................................................................................44 2.4.1 Hiện trạng .........................................................................................................44 2.4.2. Tương lai .........................................................................................................48 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN CÂN BẰNG NƯỚC CHO TỈNH PHÚ THỌ .................................................................................51 3.1. Phân vùng tiểu vùng dùng nước .........................................................................51 3.3.1. Nguyên tắc phân vùng sử dụng nước ..............................................................51 3.3.2. Phân vùng sử dụng nước tỉnh Phú Thọ ...........................................................51 3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ......................................................................54 3.2.1. MIKE NAM ....................................................................................................54 3.2.2. MIKE 11-Muskingum .....................................................................................57 3.3. Tính toán cân bằng nước điều kiện hiện tại .......................................................60 3.3.1. Lượng nước đến các tiểu vùng ........................................................................62 3.3.2. Tính toán nhu cầu nước của các tiểu vùng ......................................................63 3.3.4. Tính toán cân bằng nước hiện trạng cho tỉnh Phú Thọ ...................................66 3.4. Tính toán cân bằng nước trong điều kiện BĐKH ..............................................72 3.4.1. Lượng nước đến các tiểu vùng ........................................................................72 3.4.2. Lượng nước đến theo kịch bản BDKH ...........................................................75 3.4.3. Nhu cầu nước theo kịch bản BĐKH ...............................................................76 3.4.4. Tính toán cân bằng nước tương lai theo kịch bản BĐKH ..............................80 Hình 3.22. Bản đồ % lượng thiếu hụt nước cấp năm 2030 .......................................87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................89 1. Kết luận .................................................................................................................89 2. Kiến nghị ...............................................................................................................90 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................91 PHỤ LỤC ..................................................................................................................94 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MIKE: Bộ mô hình thủy lực và thủy văn lưu vực Viện Thủy lực Đan Mạch; NAM: Mô hình dòng chảy của Đan Mạch (Nedbor-AfstromningsModel); SWAT: Mô hình mô phỏng dòng chảy mặt qua độ ẩm đất (Soil and Water Assessment Tool); IPPC: Công ước bảo vệ thực vật quốc tế (International Plant Protection Convention); IMRR: Integrated and sustainable water Management of Red- Thai Binh Rivers System in changing climate; SRES: Báo cáo về các kịch bản phát thải (Special Report on Emissions Scenarios); WEAP: Mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước (Water Evaluation and Planning System); CROPWAT: Mô hình tính nhu cầu tưới của cây trồng theo chỉ tiêu sinh thái; BASINS: Mô hình được xây dựng bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường (Hoa Kỳ); MIKE BASIN: Mô hình tính cân bằng nước hệ thống cho lưu vực; BĐKH: Biến đổi khí hậu; CCN: Cụm công nghiệp; KCN: Khu công nghiệp; KNK: Khí nhà kính; FAO: Tổ chức lương thực và nông nghiệp Liên Hợp Quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations). DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Bản đồ hành chính tỉnh Phú Thọ ...............................................................13 Hình 1.2. Diện tích đất đai tỉnh Phú Thọ giai đoạn 2005 – 2017 .............................15 Hình 1.3. Sơ đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên tỉnh Phú Thọ ...................19 Hình 1.4. Phân phối mưa theo mùa ...........................................................................20 Hình 1.5. Phân phối mưa theo tháng .........................................................................21 Hình 1.6. Phân phối mùa mưa theo 3 tháng lớn nhất và nhỏ nhất ............................21 Hình 3.1. Vị trí các tiểu vùng ....................................................................................53 Hình 3.2. Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Thanh Sơn năm 1999 (hiệu chỉnh) ......................................................................................................55 Hình 3.4. Đường quá trình tính toán thực đo trên sông Thao (hiệu chỉnh) ..............56 Hình 3.5. Đường quá trình tính toán thực đo trên sông Thao (kiểm định) ...............56 Hình 3.6. Đường quá trình tính toán thực đo trạm Hàm Yên trên sông Lô (hiệu chỉnh) .........................................................................................................................57 Hình 3.7. Đường quá trình tính toán thực đo trạm Hàm Yên trên sông Lô (kiểm định) ..........................................................................................................................57 Hình 3.8. Đường quá trình tính toán và thực đo trạm Vụ Quang trên sông Lô (Hiệu chỉnh) .........................................................................................................................59 Hình 3.9. Đường quá trình tính toán và thực đo trạm Vụ Quang trên sông Lô (Kiểm định) ..........................................................................................................................59 Hình 3.10. Sơ đồ hóa tính cân bằng nước tỉnh Phú Thọ ...........................................61 Hình 3.11. Nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt tỉnh Phú Thọ theo năm hiện trạng .....63 Hình 3.12. Nhu cầu nước công nghiệp tỉnh Phú Thọ theo năm hiện trạng...............64 Hình 3.13. Tổng hợp nhu cầu nước nông nghiệp năm hiện trạng.............................65 Hình 3.14. Tổng hợp nhu cầu nước cho các tiểu vùng theo năm hiện trạng ............65 Hình 3.15. Số hóa hệ thống sông suối khu vực nghiên cứu ......................................66 Hình 3.16. Thiết lập số liệu các ngành sử dụng nước ...............................................67 Hình 3.17. Bản đồ phần trăm lượng nước thiếu hụt năm hiện trạng ........................71 Hình 3.18. Dự báo nhu cầu nước sinh hoạt, dịch vụ tỉnh Phú Thọ năm 2030 ..........77 Hình 3.19. Dự báo nhu cầu nước công nghiệp tỉnh Phú Thọ năm 2030 ...................78 Hình 3.20. Tổng hợp nhu cầu nước nông nghiệp tỉnh Phú Thọ năm 2030 ...............79 Hình 3.21. Tổng hợp nhu cầu nước cho các tiểu vùng theo năm 2030 theo kịch bản BKKH........................................................................................................................79 Hình 3.22. Bản đồ % lượng thiếu hụt nước cấp năm 2030 .......................................87 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Nhiệt độ bình quân tháng, năm tại các trạm quan trắc thời kỳ 1959 -2017 ..... 15 Bảng 1.2. Tổng số giờ nắng tháng, năm tại trạm quan trắc thời kỳ 1959- 2017.......16 Bảng 1.3. Lượng bốc hơi tháng, trung bình năm tại các trạm quan trắc thời kỳ 1959 -2017..........................................................................................................................16 Bảng 1.4. Độ ẩm bình quân tháng, năm tại các trạm quan trắc thời kỳ 1959-2017 17 Bảng 1.5. Danh sách mạng lưới trạm khí tượng và lượng mưa bình quân trên địa bàn tỉnh Phú Thọ .......................................................................................................17 Bảng 1.6. Cơ cấu kinh tế và cơ cấu lao động một số năm ........................................25 Bảng 1.7. Tổng hợp một số chỉ tiêu phát triển kinh tế xã hội đến năm 2030 ...........28 Bảng 2.1. Các trạm khí tượng, thủy văn được đưa vào tính toán .............................41 Bảng 2.2. Tiêu chuẩn cấp nước cho hoạt động dịch vụ, công cộng..........................45 Bảng 2.3. Mức tưới của các loại cây trồng năm hiện trạng ......................................46 Bảng 2.4. Tiêu chuẩn cấp nước cho các loại vật nuôi...............................................47 Bảng 2.5. Tiêu chuẩn cấp nước cho thủy sản nước ngọt ..........................................47 Bảng 2.6. Tiêu chuẩn cấp nước cho hoạt động dịch vụ, công cộng..........................49 Bảng 2.7. Mức tưới của các loại cây trồng tương lai theo kịch bản BĐKH .............50 Bảng 3.1. Bộ thông số mô hình MIKE NAM ...........................................................54 Bảng 3.2. Chỉ số NASH hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE NAM ................54 Bảng 3.3. Hệ số NASH hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11 .......................59 Bảng 3.4. Kết quả tính toán lượng dòng chảy đến tại các tiểu lưu vực năm 2017 bằng mô hình MIKE NAM .......................................................................................62 Bảng 3.5. Tổng hợp kết quả cân bằng nước cho năm hiện trạng (năm 2017) ..........68 Bảng 3.6. Biến đổi nhiệt độ trung bình các mùa theo kịch bản RCP4.5 so với thời kỳ cơ sở ..........................................................................................................................72 Bảng 3.7. Biến đổi lượng mưa (%) các mùa theo kịch bản RCP4.5 so với thời kỳ cơ sở ...............................................................................................................................72 Bảng 3.8. Kết quả tính toán lượng dòng chảy đến tại các tiểu lưu vực năm 2030 bằng mô hình MIKE NAM .......................................................................................75 Bảng 3.9. Kết quả tính toán lượng dòng chảy đến trên sông Lô năm 2030..............76 Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả cân bằng nước cho tương lai ứng với kịch bản BDKH (năm 2030) ................................................................................................................84 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Phú Thọ là một tỉnh trung du miền núi, cửa ngõ phía Tây của thủ đô Hà Nội, và là nơi trung chuyển và giao lưu kinh tế giữa các tỉnh đồng bằng và miền núi phía Bắc. Tài nguyên nước tỉnh Phú Thọ tương đối phong phú, phần lớn là do lượng nước mặt từ bên ngoài chảy vào. Trong tỉnh Phú Thọ có 3 hệ thống sông lớn là: sông Đà, sông Lô, sông Thao. Mặc dù có lượng nước tương đối phong phú nhưng phân bố không đều theo không gian và thời gian. Cộng với việc chất lượng nước sông trên một số sông đang có dấu hiệu giảm sút làm ảnh hưởng đến lượng nước cấp cho các nhu cầu thiết yếu để phát triển kinh tế trong vùng. Trong quá trình phát triển kinh tế xã hội, tỉnh là nơi tập chung nhiều các khu công nghiệp, cụm công nghiệp, các công ty xí nghiệp, làng nghề, du lịch v..v. Để thực hiện những bước đi này cần phải sử dụng nguồn nước với lượng khai thác là lớn. Cộng với việc dân số ngày một tăng nhanh do đó nhu cầu nước sinh hoạt của người dân lại là một vấn đề cần giải quyết. Mặc dù những năm gần đây được quan tâm đầu tư nhiều công trình cấp nước để phục vụ sinh hoạt, phục vụ công nghiệp, xây dựng nhiều công trình thủy lợi, hồ chứa phục vụ cho nông nghiệp và thủy điện. Tuy nhiên Phú Thọ là tỉnh nằm trong khu vực Trung du miền núi Bắc Bộ có nhiều đồi núi, địa hình, địa mạo rất phức tạp. Bề mặt địa hình bị phân cắt mạnh mẽ, độ dốc địa hình vùng núi tương đối lớn, các suối ngắn, hẹp và có nơi chỉ tồn tại nước theo mùa. Do đó, tình trạng lũ lụt trong mùa mưa, hạn hán trong mùa khô vẫn thường xuyên xảy ra tại nhiều địa phương miền núi trong Tỉnh. Thêm vào đó ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đang có những tác động nhất định đến trữ lượng nước của tỉnh. Hơn hết nguyên nhân chính gây ra tình trạng thiếu nước là do thiếu tính đánh giá về nguồn nước. Việc sử dụng tài nguyên nước chưa cân đối, chưa đưa ra các mục tiêu ưu tiên để đạt được những lợi ích cao, khai thác sao cho hợp lý. Trước tình hình đó để tháo gỡ vấn đề trên tác giả đưa ra nghiên cứu “Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN đánh giá cân bằng nước cho tỉnh Phú Thọ trong bối cảnh biến đổi khí hậu” để từ đó tìm ra phương án giải quyết cho các vấn đề an sinh và phát triển kinh tế của Tỉnh. 1 2. Mục tiêu của luận văn  Nghiên cứu công cụ mô hình MIKE BASIN trong bài toán cân bằng nước;  Đánh giá trữ lượng tài nguyên nước hiện trạng và trong tương lai trong bối cảnh biến đổi khí hậu. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Tài nguyên nước mặt tỉnh Phú Thọ 4. Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp thống kê, phân tích tài liệu: Thu thập các thông tin, tài liệu gồm các tài liệu có liên quan đến kinh tế - xã hội, thủy văn, lượng mưa hàng năm, tài nguyên môi trường của khu vực nghiên cứu được sử dụng.  Phương pháp kế thừa: Phân tích, đánh giá, tổng hợp và thừa kế các nội dung phù hợp phục vụ cho các nội dung nghiên cứu của luận văn;  Phương pháp mô hình: MIKE BASIN để tính toán cân bằng nước tỉnh Phú Thọ hiện trạng và tương lai với kịch bản biến đổi khí hậu; Cropwat: Tính toán nhu cầu nước cho nông nghiệp; MIKE NAM: Tính toán tương quan giữa lượng mưa – dòng chảy mặt theo thời gian và không gian trong vùng; MIKE 11 –Muskingum: Tính toán dòng chảy mặt theo thời gian. 5. Nội dung nghiên cứu Xác định lượng nước trên mỗi tiểu lưu vực hiện trạng và tương lai Xác định các tiêu chuẩn và chỉ tiêu dùng nước của các ngành hiện trạng và tương lai; Xác định nhu cầu sử dụng nước hiện trạng và dự báo nhu cầu ứng Áp dụng mô hình MIKE BASIN đánh giá cân bằng nước từ đó đưa ra các giải pháp cụ thể. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG NƯỚC VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về cân bằng nước hệ thống Theo Van te Chow người đầu tiên sử dụng thuật ngữ hệ thống nguồn nước 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 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”. 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. 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 3 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: Phân các khu dùng nước khác nhau; Nhu cầu nước của của các đơn vị sử dụng nguồn nước; từ đó tính toán cân bằng nước cho khu dùng nước. 1.2 Các nghiên cứu trước đây liên quan đến cân bằng nước Ngoài nước Mingan, S., M. Huang, L. Zhang và Y. Li, đã ứng dụng mô hình WAVES tính toán cân bằng nước lưu vực sông Hoàng Hà từ đó làm cơ sở quản lý nông nghiệp bền vững ở Trung Quốc. A. Abu-Saleem, Y.Al-Zubi, O.Rimawi N.Alouran,[4] đã ứng dụng được mô hình WetSpass để cân bằng nước lưu vực Hasa từ đó làm cơ sở cho việc quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên nước. A. Ghandhari and S.M.R. Alavi Moghaddam [5] đã ứng dụng mô hình Weap cân bằng nước cho năm lưu vực sông lớn ở phía Đông Bắc Iran từ đó làm cơ sở cho việc quy hoạch quản lý tài nguyên nước một cách hợp lý. Najjar, RG, [6]. Kết quả đạt được đã ứng dụng mô hình Weap cân bằng nước cho sông Susquehanna và ứng phó với BĐKH. Agung Budipriyantoa, Mohamad Khoiria, Wien Lestaria, Askur Rahman, 2015, [7] đã sử dụng được phương pháp Thornthwaite để tính toán được sự thoát hơi trong cân bằng nước tại đảo nhỏ ở Indonesia. Trong nước Hệ thống mạng lưới sông ngòi nước ta rất lớn và bao trùm gần như toàn bộ diện tích đất tự nhiên toàn quốc. Nhưng phần lớn lưu vực các con sông lớn lại nằm ngoài lãnh thổ nước ta nên gặp nhiều khó khăn trong việc quản lý tổng hợp lưu vực sông. Trong khi các hoạt động khai thác tài nguyên nước ngày một tăng cao thì công tác quản lý tài nguyên nước vẫn chưa được đồng bộ dẫn đến thiếu hụt nước cho một số nhu cầu thiết yếu. 4 Năm 1993 ban hành luật Bảo vệ Môi trương, năm 1998 ban hành luật Tài nguyên Nước, ngày 16 tháng 5 năm 2000 Thủ tướng Chính phủ đã ra quyết định thành lập Hội đồng Quốc gia về Tài nguyên Nước, do Phó Thủ Tướng làm chủ tịch. Ở nước ta, hiện tượng thiếu nước trên lưu vực sông đã, đang là một thực tế. Những nghiên cứu, báo cáo chỉ mới dùng lại ở mức độ áp dụng cho lưu vực nghiên cứu mà chưa đánh giá được tổng quát cho các lưu vực khác. Từ đó dẫn đến việc quản lý tổng hợp tài nguyên nước vẫn còn hạn chế, chưa có độ chính xác cao. Tình hình nghiên cứu - Hà Thị Hồng Vân [14] đã ứng dụng mô hình Weap tính toán phân bổ nước mặt cho các lưu vực song tỉnh Hà Nam từ đó làm cơ sở cho việc quy hoạch hợp lý tài nguyên nước; - Ngô Chí Tuấn[15] đã ứng dụng mô hình MIKE BASIN để cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn từ đó làm cơ sở cho việc quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên nước; - Hoàng Thanh Sơn[16] đã tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông làm cơ sở cho việc quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên nước của lưu vực sông này; - Nguyễn Phương Nhung [17] đã khôi phục được số liệu mưa từ mô hình Mike Nam và tính toán được nhu cầu dùng nước cho tưới của các tiểu lưu lực bằng mô hình Cropwat kết hợp với mô hình Mike Basin từ đó cân bằng nước hệ thống sông Cầu trong luận văn thạc sĩ của mình; - Trần Kim Châu [18] đã kết hợp được các phần mềm Swat, Cropwat và Weap thành công cụ tính toán cân bằng nước hoàn chỉnh cho lưu vực Sesan, Tây Nguyên; Đặng Đình Khá, Trần Ngọc Anh, Mai Thị Nga [19] đã ứng dụng mô hình Weap đánh giá và phân tích cân bằng nước hiện tại (2012) và tương lai (2020). Nhìn chung, các nghiên cứu trên đã bước đầu ứng dụng thành công các mô hình trong việc tính toán cân bằng nước hệ thống. Đây sẽ là tiền đề cho tính khả thi của luận văn “Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN đánh giá cân bằng nước cho tỉnh Phú Thọ trong bối cảnh biến đổi khí hậu”. 5 1.3. Tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước Như đã biết, nguyên nhân gây ra BĐKH mà cốt lõi là sự nóng lên toàn cầu chính là do sự tăng lên không ngừng của lượng “khí nhà kính” nhân tạo, phát thải từ nhiều nguồn khác nhau như công nghiệp, giao thông vận tải, phá rừng,… do sự tăng dân số thế giới, tốc độ phát triển kinh tế ..vv Sự biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng, có ảnh hưởng rất lớn đến tài nguyên nước. Biểu hiện rõ nhất là băng tan, nước biển dâng cao, xuất hiện nhiều hiện tượng thời tiết cực đoan, bất thường không theo quy luật như hạn hán kéo dài, sóng thần, động đất .. gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sống cũng như phát triển kinh tế xã hội. 1.3.1. Trên thế giới Theo báo cáo đánh giá của IPCC, Biến đổi khí hậu toàn cầu sẽ tiếp tục diễn biến phức tạp trong thế kỷ 21 do lượng phát thải các khí nhà kính đang tiếp tục tăng: Nồng độ CO2 tăng khoảng 60% vào năm 2050 và đạt 535– 983 ppm vào năm 100 (tăng 41-158% so với năm 2006); Nồng độ CH4 đạt 1.46-3.39 ppm vào năm 2100 (giảm 18% hoặc tăng 91% so với năm 2006); Theo như cuốn sách “ Tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước Việt Nam, 2011” của tác giả Hoàng Minh Tuyển và cộng sự, do ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ Trái đất tiếp tục tăng. Nhiệt độ tăng làm băng ở hai cưc tan đó là nguyên nhân cốt lõi của việc nước biển dâng. Rất nhiều thành phố trên thế giới sẽ biến mất một phần diện tích đất do nước biển dâng, điển hình như các nước Bangladesh, Ấn Độ, Trung Quốc. Các lớp băng ở Châu Á đang tan nhanh hơn trong những năm gần đây, đặt biệt là các lớp băng Zerafshan, Abramove và các lớp băng khác trên cao nguyên Tây Tạng; Băng tan sẽ làm gia tăng lượng bùn, lũ lụt, trượt lở đá và ảnh hưởng bất lợi đến các nguồn tài nguyên nước trong 2- 3 thập kỷ tới cũng như ảnh hưởng đến người dân có điều kiện sản xuất sinh hoạt phụ thuộc vào nguồn nước từ băng tan; 6