Tài liệu Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính lưu vực sông cả

  • Số trang: 137 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 67 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

- Trang i - LỜI CẢM ƠN Sau hơn 6 tháng thực hiện, dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS.Ngô Lê Long, TS. Huỳnh Thị Lan Hương được sự ủng hộ động viên của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, cùng với sự nỗ lực của bản thân, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Thủy văn với đề tài: “Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính lưu vực sông Cả” Trong quá trình thực hiện, tác giả đã có cơ hội học hỏi và tích lũy thêm được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu phục vụ cho công việc của mình.Tuy nhiên do thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế, số liệu và công tác xử lý số liệu với khối lượng lớn nên những thiếu sót của Luận văn là không thể tránh khỏi. Do đó, tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và đồng nghiệp. Qua đây tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.Ngô Lê Long, TS. Huỳnh Thị Lan Hương đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho tác giả hoàn thành Luận văn này. Đồng thời, tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo khoa Thủy văn Tài nguyên nước đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn trong suốt quá trình học tập. Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các cơ quan, đơn vị đã nhiệt tình giúp đỡ trong quá trình điều tra thu thập tài liệu cho Luận văn này. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, cơ quan, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành Luận văn. Xin chân thành cảm ơn./. Hà Nội, ngày 30 tháng 08 năm 2013 Tác giả Ngô Thu Hằng Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang ii - BẢN CAM KẾT Tên tác giả: Ngô Thu Hằng Học viên cao học CH19V Người hướng dẫn: PGS.TS.Ngô Lê Long;TS Huỳnh Thị Lan Hương; Tên đề tài Luận văn: “Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính lưu vực sông Cả” Tác giả xin cam đoan đề tài Luận văn được làm dựa trên các số liệu, tư liệu được thu thập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của các cơ quan nhà nước…để tính toán ra các kết quả, từ đó đánh giá và đưa ra một số nhận xét. Tác giả không sao chép bất kỳ một Luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào trước đó. Tác giả Ngô Thu Hằng Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang iii - MỤC LỤC MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................1 II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ...............................................................................2 III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..................................................2 IV. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............................2 V. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN ..............................................................................3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU ........................................................4 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................................4 1.2 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA .............................................................4 1.2.1 Dòng chảy môi trường (DCMT) .................................................................4 1.2.2 Dòng chảy tối thiểu (DCTT) .......................................................................4 1.3 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DÒNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM .........................................................................5 1.3.1 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới ......................................................5 1.3.2 Tổng quan các nghiên cứu ở Việt Nam .....................................................11 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ DÒNG CHẢY MÔI TRƯỜNG NỀN ..15 1.4.1. Phương pháp thủy văn (Hydrological methods) ......................................15 1.4.2. Phương pháp thủy lực (Hydraulic rating methods) ..................................17 1.4.3. Phương pháp mô phỏng môi trường sống (Habitat simulation of microhabitat modelling methods) .......................................................................19 1.4.4. Phương pháp tổng thể ...............................................................................22 1.4.5. Phương pháp chuyên gia ..........................................................................24 1.4.6. Phương pháp kết hợp ................................................................................25 Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang iv - CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI .....................26 LƯU VỰC SÔNG CẢ ..............................................................................................26 2.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN ...............................................................26 2.1.1 Vị trí địa lý ................................................................................................26 2.1.2 Đặc điểm địa hình lưu vực sông Cả ..........................................................27 2.1.4 Đặc điểm địa chất thổ nhưỡng lưu vực sông Cả .......................................30 2.2 ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN ........................................................31 2.2.1 Mạng lưới các trạm khí tượng, thủy văn ...................................................31 2.2.2 Chế độ khí hậu, khí tượng lưu vực sông Cả ..............................................35 2.2.3 Đặc điểm thủy văn trên các sông chính của lưu vực sông Cả ...................43 2.3 ĐẶC ĐIỂM DÂN SINH KINH TẾ .................................................................50 2.3.1 Dân số ........................................................................................................50 2.3.2 Phát triển kinh tế........................................................................................50 2.3.3 Mục tiêu phát triển kinh tế xã hội đến năm 2010 và 2020: .......................52 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG KHAI THÁC SỬ DỤNG NƯỚC VÀ THIẾT LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY TRÊN DÒNG CHÍNH SÔNG CẢ .................................................................................................................53 3.1 PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG KHAI THÁC SỬ DỤNG NƯỚC TRÊN DÒNG CHÍNH SÔNG CẢ ................................................................................................53 3.1.1 Hiện trạng khai thác sử dụng nước cho nông nghiệp ................................53 3.1.2 Hiện trạng, khai thác sử dụng nước cho sinh hoạt ....................................63 3.1.3 Hiện trạng khai thác sử dụng nước cho công nghiệp ................................64 3.1.4 Hiện trạng giao thông thủy ........................................................................66 3.2 THIẾT LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY MÙA CẠN TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ ...........................................................................................66 Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang v - 3.2.1 Phân tích lựa chọn công cụ mô hình mô phỏng .......................................66 3.2.2 Giới thiệu khái quát bộ mô hình MIKE – NAM, MIKE 11 ......................68 3.2.3 Thiết lập mô hình NAM tính toán dòng chảy khu giữa ............................70 CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU VÀ ĐÁNH GIÁ ................87 KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC ........................................87 TRÊN DÒNG CHÍNH SÔNG CẢ............................................................................87 4.1 HIỆN TRẠNG TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ ..........87 4.2 XÁC ĐỊNH ĐIỂM KIỂM SOÁT VÀ TÍNH TOÁN NHU CẦU NƯỚC TRÊN VÙNG NGHIÊN CỨU ..............................................................................90 4.2.1 Đề xuất điểm kiểm soát .............................................................................90 4.2.2 Tính toán nhu cầu nước trên các khu tưới .................................................91 4.3 XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU TẠI CÁC ĐIỂM KIỂM SOÁT ...103 4.3.1 Lượng nước khai thác cho nông nghiệp vùng hạ du các tuyến kiểm soát dòng chảy tối thiểu ...........................................................................................104 4.3.2 Lượng nước khai thác cho sinh hoạt vùng hạ du các tuyến kiểm soát dòng chảy tối thiểu ....................................................................................................108 4.3.3 Lượng nước khai thác cho công nghiệp vùng hạ du các tuyến kiểm soát dòng chảy tối thiểu ...........................................................................................108 4.3.4 Xác định dòng chảy môi trường sinh thái cho vùng hạ du các điểm kiểm soát dòng chảy tối thiểu ....................................................................................108 4.3.5 Xác định dòng chảy tối thiểu tại các điểm kiểm soát ..............................110 4.4 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CẦU KHAI THÁC, SỬ DỤNG NƯỚC TRÊN DÒNG CHÍNH SÔNG CẢ..........................................................116 4.4.1 Xây dựng kịch bản ..................................................................................116 Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang vi - 4.4.2 Đánh giá khả năng đáp ứng nhu cầu dung nước tối thiểu trên dòng chính sông Cả .............................................................................................................117 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................121 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................1 Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang vii - DANH MỤC HÌNH Hình 2. 1 Bản đồ lưu vực sông Cả [luận án TS. Hoàng Thanh Tùng]......................27 Hình 2. 2 Bản đồ địa hình lưu vực sông Cả ..............................................................27 Hình 2. 3 Bản đồ mạng lưới các trạm khí tượng lưu vực sông Cả ...........................32 Hình 2. 4 Bản đồ mạng lưới các trạm thủy văn lưu vực sông Cả .............................34 Hình 2. 5 Biểu đồ độ ẩm trung bình năm tại một số trạm đo lưu vực sông Cả ........38 Hình 2. 6 Bản đồ mô duyn dòng chảy trung bình năm lưu vực sông Cả ..................47 Hình 3. 1 Vị trí đập Đô Lương ..................................................................................54 Hình 3. 2 Sơ đồ thẳng trục kênh chính hệ thống thủy lợi Đô Lương .......................54 Hình 3. 3 Một số trạm bơm từ huyện Anh Sơn tới đập dâng Đô Lương ..................56 Hình 3. 4 Một số trạm bơm từ đập Đô Lương đến huyện Thanh Chương ...............59 Hình 3. 5 Cống Nam Đàn cũ .....................................................................................60 Hình 3. 6 Sơ đồ hệ thống cống Nam Đàn- Bến Thủy- Nghi Quang .........................61 Hình 3. 7 Một số trạm bơm vùng hạ lưu sông Cả .....................................................62 Hình 3. 8 Sơ đồ mô phỏng cấu trúc mô hình NAM ..................................................69 Hình 3. 9 Đa giác Thiessen lưu vực thượng lưu Thác Muối ....................................72 Hình 3. 10 Quá trình lưu lượng trung bình ngày thực đo – tính toán .......................73 Hình 3. 11 Quá trình lưu lượng trung bình ngày thực đo – tính toán ......................74 Hình 3. 12 Mạng lưới tính toán trong MIKE 11 .......................................................76 Hình 3. 13 Giao diện thiết lập biên thủy lực trong MIKE 11 ...................................77 Hình 3. 14 Đường quá trình lưu lượng và mực nước biên tính toán trong ...............77 Hình 3. 15 Đường quá trình lưu lượng gia nhập khu giữa tính toán bằng NAM .....78 Hình 3. 16 Nhu cầu sử dụng nước tại các vị trí trên lưu vực sông Cả ......................79 Hình 3. 17 Mô phỏng vận hành đập Đô Lương theo mực nước ...............................80 Hình 3. 18 Mô phỏng cống Nam Đàn theo thời gian lấy nước .................................81 Hình 3. 19 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo lưu lượng .................................82 Hình 3. 20 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước .................................83 Hình 3. 21 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước .................................83 Hình 3. 22 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước ................................84 Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang viii - Hình 3. 23 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước ................................84 Hình 3. 24 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước ................................85 Hình 3. 25 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước .................................85 Hình 3. 26 Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước .................................85 Hình 4. 1 Biến thiên của M0 tại Dừa theo thời gian ..................................................88 Hình 4. 2 Biến thiên của M0 tại Hòa Duyệt theo thời gian .......................................89 Hình 4. 3 Biến thiên của M0 tại Sơn Diệm theo thời gian ........................................89 Hình 4. 4 Đường quá trình nhu cầu nước tính toán và lưu lượng thiết kế ..............102 Hình 4. 5 Đường quá trình nhu cầu nước tính toán và lưu lượng thiết kế ..............103 Hình 4. 6 Đường tần suất dòng chảy trung bình tháng kiệt nhất trạm Dừa ............109 Hình 4. 7 Đường tần suất dòng chảy trung bình tháng kiệt nhất ............................110 Hình 4. 8 Đường tần suất dòng chảy trung bình mùa kiệt (XII-VI) trạm Dừa .......116 Hình 4. 9 Đường quá trình dòng chảy mùa kiệt 79-80 và các đường quá trình dòng chảy tối thiểu tính toán tại tuyến đập Đô Lương ....................................................117 Hình 4. 10 Đường quá trình dòng chảy mùa kiệt 79-80 và các đường quá trình dòng chảy tối thiểu tính toán tại cống Nam Đàn..............................................................118 Hình 4. 11 Đường quá trình dòng chảy mùa kiệt 77-78 và các đường quá trình dòng chảy tối thiểu tính toán tại tuyến đập Đô Lương ....................................................119 Hình 4. 12 Đường quá trình dòng chảy mùa kiệt 77-78 và các đường quá trình dòng chảy tối thiểu tính toán tại cống Nam Đàn..............................................................120 Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang ix - DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Phần trăm dòng chảy bình quân năm (AAF- Percentage of Average Annual Flow) được yêu cầu để đạt các mục tiêu khai thác khác nhau .....................16 Bảng 2.1 Thống kê một số trạm đo mưa và khí tượng trên lưu vực sông Cả ...........32 Bảng 2.2 Thống kê lưới trạm đo thuỷ văn và thời kỳ đo đạc....................................34 Bảng 2.3 Nhiệt độ không khí trung bình tháng, năm tại các trạm đo (t°C) ..............37 Bảng 2.4 Bốc hơi trung bình tháng tại các trạm (đo bằng ống Piche) ......................39 Bảng 2.5 Lượng mưa trung bình nhiều năm tại các trạm đo (mm) ..........................41 Bảng 2.6 Đặc trưng hình thái lưu vực sông Cả .........................................................45 Bảng 2.7 Đặc trưng dòng chảy năm trên lưu vực sông Cả .......................................46 Bảng 3. 1 Thống kê các trạm bơm trên đoạn sông Cả từ huyện Anh Sơn tới ..........55 Bảng 3. 2 Thống kê các trạm bơm trên đoạn sông Cả từ huyện Thanh Chương tới đập dâng Đô Lương ...................................................................................................57 Bảng 3. 3 Thống kê các trạm bơm vùng hạ lưu sông Cả ..........................................61 Bảng 3. 4 Điểm cấp nước đô thị và sinh hoạt tập trung trên dòng chính sông Cả....64 Bảng 3. 5 Thống kê các khu công nghiệp trên địa bàn tỉnh Nghệ An ......................65 Bảng 3. 6 Các tuyến giao thông thủy trên dòng chính sông Cả ................................66 Bảng 3. 7 Kết quả tính toán trọng số các trạm mưa theo phương pháp Thiessen.....72 Bảng 4. 1 Chuẩn dòng chảy năm của một số trạm trên dòng chính lưu vực ............87 Bảng 4. 2 Diện tích trồng lúa vụ đông xuân trên lưu vực sông Cả ...........................91 Bảng 4. 3 Hệ số tương ứng với các thời kỳ sinh trựởng của cây lúa ........................92 Bảng 4. 4Nhu cầu nước của lúa trong vụ Đông Xuân vùng Bắc Nghệ An ..............93 Bảng 4. 5Nhu cầu nước của lúa trong vụ Hè Thu vùng Bắc Nghệ An .....................93 Bảng 4. 6 Nhu cầu nước của lúa trong vụ Đông Xuân vùng Nam Nghệ An ............94 Bảng 4. 7 Nhu cầu nước của lúa trong vụ Hè Thu vùng Nam Nghệ An ..................95 Bảng 4. 8 Lượng nước tưới lúa trên các khu tưới trong các tháng mùa kiệt thời kỳ 10 ngày trên khu vực Bắc Nghệ An ..........................................................................96 Bảng 4. 9 Lượng nước tưới lúa trên các khu tưới trong các tháng mùa kiệt thời kỳ 10 ngày trên khu vực Nam Nghệ An ........................................................................97 Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang x - Bảng 4. 10 Nhu cầu dùng nước sinh hoạt tại vùng nghiên cứu hàng tháng..............98 Bảng 4. 11 Số gia súc, gia cầm có trên vùng nghiên cứu tính đến năm 2010. .........99 Bảng 4. 12 Tiêu chuẩn cấp nước cho chăn nuôi (l/ngày đêm) ..................................99 Bảng 4. 13 Nhu cầu nước cho chăn nuôi (m3/s) .......................................................99 Bảng 4. 14Nhu cầu nước cho công nghiệp (m3/s) ..................................................100 Bảng 4. 15 Tổng hợp nhu cầu nước vùng Bắc Nghệ An (m3/s) .............................100 Bảng 4. 16 Tổng hợp nhu cầu nước vùng Nam Nghệ An (m3/s) ...........................101 Bảng 4. 17 Lượng nước mặt khai thác bởi các trạm bơm ở vùng hạ du .................104 Bảng 4. 18 Lượng nước mặt khai thác cho nông nghiệp ở vùng hạ du ..................105 Bảng 4. 19 Lượng nước mặt bơm khai thác ở vùng hạ du cống Nam Đàn ............106 Bảng 4. 20 Lượng nước mặt khai thác cho nông nghiệp ở vùng hạ du cống Nam Đàn ..........................................................................................................................107 Bảng 4. 21 Dòng chảy tối thiểu tại tuyến đập Đô Lương theo phương án .............110 Bảng 4. 22 Dòng chảy tối thiểu tại tuyến đập Đô Lương theo phương án .............112 Bảng 4. 23 Dòng chảy tối thiểu tại cống Nam Đàn theo phương án ......................113 Bảng 4. 24 Dòng chảy tối thiểu tại cống Nam Đàn theo phương án ......................115 Bảng 4. 25 Kết quả tính toán tần suất lý luận và chọn năm điển hình ....................116 Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 1 - MỞ ĐẦU I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Dưới tác động của biến đổi khí hậu và các hoạt động phát triển kinh tế xã hội đã có những tác động không nhỏ đến dòng chảy trên các lưu vực sông ở Việt Nam nói chung và lưu vực sông Cả nói riêng. Hàng loạt các công trình thủy lợi, thủy điện xây dựng trên lưu vực nhằm cung cấp nước cho các mục đích khác nhau đã gây ra tình trạng thiếu nước, cạn kiệt trong mùa khô ở khu vực hạ lưu và gia tăng xâm nhập mặn vùng cửa sông. Việc tranh chấp trong khai thác sử dụng tài nguyên nước giữa các hộ sử dụng nước ngày càng gay gắt, đặc biệt giữa các công trình thủy điện thượng nguồn với các nhu cầu khai thác sử dụng nước ở hạ lưu. Để có thể giải quyết tốt các mâu thuẫn, đồng thời hài hòa được việc khai thác sử dụng nước việc xác định dòng chảy tối thiểu tại các vị trí kiểm soát ở hạ lưu là rất cần thiết. Chính vì thế mà trong Nghị định số 112/2008/NĐ-CP ngày 20/12/2008 của Chính phủ về việc quản lý, bảo vệ, khai thác tổng hợp tài nguyên và môi trường các hồ chứa thủy điện, thủy lợi và Nghị định số 120/2008/NĐ-CP ngày 1/12/2008 của Chính phủ về việc quản lý lưu vực sông đã đưa ra khai niệm dòng chảy tối thiểu. Theo các Nghị định này thì "Dòng chảy tối thiểu là dòng chảy ở mức thấp nhất cần thiết để duy trì dòng sông hoặc đoạn sông, bảo đảm sự phát triển bình thường của hệ sinh thái thủy sinh và bảo đảm mức tối thiểu cho hoạt động khai thác, sử dụng tài nguyên nước của các đối tượng sử dụng nước theo thứ tự ưu tiên đã được xác định trong quy hoạch lưu vực sông”.Hiện nay, trên lưu vực sông Cả hiện nay chưa có các quy định về điểm kiểm soát và giá trị dòng chảy tối thiểu, gây khó khăn trong công tác Quản lý tài nguyên nước, lập Quy hoạch tài nguyên nước và xây dựng Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Cả. Do đó, cần thiết phải tiến hành xác định dòng chảy tối thiểu trên sông, làm cơ sở cho các ngành dùng nước xây dựng quy trình vận hành, điều chỉnh kế hoạch khai thác sử dụng nước, phục vụ cho công tác quản lý, giám sát, và cấp phép cho các đối tượng khai thác, sử dụng nước trên lưu vực để đảm bảo hài hòa về nhu cầu nước cho con người và nước cho môi trường. Luận văn: Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 2 - chính lưu vực sông Cả nhằm xây dựng cơ sở cho việc tính toán dòng chảy tối thiểu trên lưu vực sông Cả. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Xây dựng cơ sở khoa học và phương pháp tính toán dòng chảy tối thiểu hạ lưu lưu vực sông Cả. - Ứng dụng tính toán dòng chảy tối thiểu tại một số điểm kiểm soát trên dòng chính lưu vực sông Cả III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Về không gian nghiên cứu: Tài nguyên nước mặt trên dòng chính sông Cả đi qua địa phận tỉnh Nghệ An, Việt Nam. - Về đối tượng nghiên cứu: Luận văn tập trung xây dựng, tính toán dòng chảy tối thiểu và đánh giá khả đáp ứng của dòng chảy tại các tuyến kiếm soát trên lưu vực sông. IV. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực hiện các nội dung của Đề tài, sẽ dùng phương pháp thống kê, tính toán thủy văn, phương pháp mô hình toán như sau:  Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: Điều tra khảo sát thực địa để có tầm nhìn tổng thể về lưu vực nghiên cứu nhằm đánh giá đặc điểm dòng chảy sông ngòi, nhu cầu sử dụng nước và kết quả điều tra cũng là cơ sở để hiệu chỉnh các thông số đặc trưng lưu vực khi dùng các mô hình toán để mô phỏng, tính toán.  Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Phương pháp này được sử dụng trong việc xử lý các tài liệu khí tượng, thủy văn, thuỷ lực phục vụ cho các phân tích, tính toán của luận văn.  Phương pháp mô hình toán: Mô hình được dùng để tính toán lưu lượng gia nhập khu giữa, mô phỏng dòng chảy trên sông, qua các công trình nhằm đánh giá khả năng đáp ứng nguồn nước trên lưu vực. Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 3 - V. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, luận văn được trình bày trong 4 chương - Chương 1: Tổng quan về dòng chảy tối thiểu và các phương pháp đánh giá dòng chảy tối thiểu - Chương 2: Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội lưu vực sông Cả - Chương 3: Phân tích hiện trạng khai thác sử dụng nước và thiết lập mô hình mô phỏng dòng chảy trên dòng chính sông Cả. - Chương 4: Xác định dòng chảy tối thiểu và đánh giá khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng nước trên dòng chính sông Cả Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 4 - CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ DÒNG CHẢY TỐI THIỂU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Khái niệm về dòng chảy tối thiểu cũng mới chỉ được đưa ra ở Việt Nam và được nêu rõ trong Nghị định số 112/2008/NĐ-CP ngày 20/12/2008 của Chính phủ về việc quản lý, bảo vệ, khai thác tổng hợp tài nguyên và môi trường các hồ chứa thủy điện, thủy lợi và Nghị định số 120/2008/NĐ-CP ngày 1/12/2008 của Chính phủ về việc quản lý lưu vực sông. Tuy nhiên, các nghiên cứu để đưa ra phương pháp luận xác định giá trị dòng chảy tối thiểu này mới đang ở bước ban đầu và còn nhiều hạn chế. Trong khi đó, những nghiên cứu về phương pháp luận xác định dòng chảy môi trường lại được nghiên cứu khá nhiều ở trên Thế giới và ở cả Việt Nam. 1.2 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA 1.2.1 Dòng chảy môi trường (DCMT) Có nhiều định nghĩa khác nhau về dòng chảy môi trường, ở đây nêu một định nghĩa thường được sử dụng hiện nay “Dòng chảy môi trường là chế độ dòng chảy cần duy trì trong sông, trong đầm phá hay trong các khu vực cửa sông ven biển nhằm duy trì các hệ sinh thái nước và các giá trị của hệ sinh thái nhất là khi nguồn nước của dòng sông chịu ảnh hưởng của các hoạt động điều tiết và có sự cạnh tranh trong sử dụng nước”. Hệ thống sông ngòi cần đủ nước để duy trì dòng chảy và được quản lý để đảm bảo lợi ích kinh tế, xã hội và môi trường cho hạ lưu, đảm bảo duy trì một hệ sinh thái cân bằng và khoẻ mạnh. Điều đó cũng có nghĩa là đảm bảo cho dòng sông khỏe mạnh cả về lượng và chất theo thoả thuận giữa những người dùng nước trong lưu vực. Chế độ dòng chảy của một dòng sông như vậy được coi là chế độ dòng chảy môi trường. 1.2.2 Dòng chảy tối thiểu (DCTT) Khái niệm về dòng chảy tối thiểu cũng mới chỉ được đưa ra ở Việt Nam và được nêu rõ trong Nghị định số 112/2008/NĐ-CP ngày 20/12/2008 của Chính phủ Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 5 - về việc quản lý, bảo vệ, khai thác tổng hợp tài nguyên và môi trường các hồ chứa thủy điện, thủy lợi và Nghị định số 120/2008/NĐ-CP ngày 1/12/2008 của Chính phủ về việc quản lý lưu vực sông. Theo các Nghị định này thì "Dòng chảy tối thiểu là dòng chảy ở mức thấp nhất cần thiết để duy trì dòng sông hoặc đoạn sông, bảo đảm sự phát triển bình thường của hệ sinh thái thủy sinh và bảo đảm mức tối thiểu cho hoạt động khai thác, sử dụng tài nguyên nước của các đối tượng sử dụng nước theo thứ tự ưu tiên đã được xác định trong quy hoạch lưu vực sông”. 1.3 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DÒNG CHẢY TỐI THIỂU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.3.1 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới Trong thời gian qua, việc nghiên cứu đánh giá dòng chảy môi trường phục vụ cho mục đích quản lý và phát triển tài nguyên nước một cách bền vững đã và đang được nghiên cứu ở nhiều quốc gia trên thế giới với nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau. Ví dụ như: Stalnaker and Arnette (1976); Wesche and Rechard (1980); Morhardt (1986); Estes and Orsborn (1986); Loar et al. (1986); Kinhill Engineers (1988); Reiser et al. (1989a), Growns and Kotlash (1994), Karim et al. (1995), Tharme (1996, 1997, 2000, in prep.); Jowett (1997); Stewardson and Gippel (1997); Dunbar et al. (1998); Arthington (1998a); Arthington and Zalucki (1998a, b); Arthington et al. (1998a, b); and King et al. (1999). Nghiên cứu của Tharme R.E., 2003 đã cho biết, có 207 phương pháp của 44 quốc gia đánh giá dòng chảy cần thiết để duy trì “sự trong lành của dòng sông”. Các phương pháp này tương đối khác nhau tuỳ thuộc vào mục đích, tính phức tạp, các yêu cầu khoa học kỹ thuật và mức độ kết hợp các yếu tố. Những điểm chính của phương pháp luận đánh giá dòng chảy môi trường có thể chia thành 4 nhóm chính: đánh giá thuỷ văn, thuỷ lực, đánh giá/mô phỏng môi trường sống, và tổng hợp (Loar et al., 1986; Gordon et al., 1992; Swales and Harris, 1995; Tharme, 1996; Jowett, 1997; Dunbar et al., 1998). Một trong những nghiên cứu điển hình cho các phương pháp xác định dòng chảy môi trường là các nghiên cứu ở Mỹ, Úc, Anh, New Zealand, Nam Phi hoặc muộn hơn như Cộng hoà Czech, Brazil, Nhật và Bồ Đào Nha. Phần khác của thế Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 6 - giới, bao gồm Đông Âu, Châu Mỹ La tinh, Châu Phi và châu Á, có rất ít các sách được xuất bản về lĩnh vực này. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nghiên cứu về dòng chảy môi trường đã bắt đầu được chú ý đến ở châu Á nói chung và Việt Nam nói riêng. Một số tổ chức Quốc tế đã đầu tư vào việc nâng cao nhận thức và đánh giá dòng chảy môi trường (như IUCN với các dự án được tiến hành ở Thụy Điển, SriLanka, Ấn Độ, Việt Nam, v.v). Tóm tắt các kết quả nghiên cứu của một vài nước trên thế giới như sau: 1.3.1.1 Những nghiên cứu ở Mỹ Từ năm 1940, một cuộc cách mạng về phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường được tiến hành ở miền Tây nước Mỹ với bước nhảy vọt vào những năm 1970. Đây là hệ quả của thể chế về môi trường và tài nguyên nước cũng như nhu cầu của các cộng đồng trong việc cần các tài liệu về dòng chảy môi trường phục vụ cho việc kế hoạch hóa tài nguyên nước, có liên quan đến việc xây dựng các đập nước (Stalnaker, 1982; Trihey and Stalnaker, 1985; WCD, 2000). Các phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường áp dụng ở Mỹ bao gồm các nhóm phương pháp sau: các phương pháp thủy văn, thủy lực, mô phỏng môi trường sống và tiếp cận tổng thể. Phổ biến và điển hình cho các nhóm phương pháp đó có khoảng 17 phương pháp: phương pháp tăng dòng chảy trong sông (IFIM – Instream Flow Incremental Methdology); phương pháp Tennant với các hiệu chỉnh khác nhau theo khu vực tính cho từng cơ chế thủy văn và những biến đổi xa hơn, ví dụ biến đổi Bayha và biến đổi Tessman; phương pháp 7Q10; phương pháp chuyên gia; phương pháp thủy văn dựa vào chế độ dòng FDCA; phương pháp chất lượng nước;...Trong các phương pháp này, phương pháp IFIM và phương pháp Tennal là được sử dụng rộng rãi nhất. 1.3.1.2 Những nghiên cứu ở Australia Những nghiên cứu về dòng chảy môi trường được thực hiện khá nhiều ở Australia, tuy nhiên tùy thuộc vào từng bang sẽ có những lựa chọn khác nhau về phương pháp đánh giá dòng chảy môi trường (Growns & Kotlash 1994; Tharme Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 7 - 1996; Stewardson & Gippel 1997; Dunbar et al.1998; Arthington 1998; and Arthington & Zalucki 1998). Một loạt các phương pháp đang được sử dụng ở Australia như: phương pháp tăng dòng chảy trong sông (IFIM – Instream Flow Incremental Methodology); Chương trình mô phỏng động lực sông và môi trường sống (RHYHABSIM –River Hydraulic and Habitat Simulation Program); Tiếp cận tổng thể; Phương pháp Tennanl; FDCA (Flow Duration Curve Analysis) và một loạt các chỉ số thủy văn khác; phân tích môi trường sống và lập kế hoạch quản lý và phan phối nước (WAMP – Water Allocation and Management Planning); BBM,…. Phương pháp tiếp cận tổng hợp (Arthington et al. 1992; Davies et al. 1996; Arthington 1998; Petit et al. 2001) được xây dựng để đánh giá yêu cầu dòng chảy của toàn bộ hệ sinh thái sông với những khái niệm cơ bản như của phương pháp BBM, Benchmarking và phương pháp bảo tồn dòng chảy (Flow Restoration methodology). Các tiếp cận dựa trên khái niệm và lý thuyết về sự xây dựng cơ chế dòng chảy môi trường cho toàn bộ hệ sinh thái ven sông từ đầu nguồn đến đồng bằng, gồm nước ngầm và cửa sông hoặc nước ven biển; mô tả cấu trúc hệ sinh thái của cơ chế dòng chảy bị biến đổi theo từng tháng (hoặc quy mô thời gian ngắn hơn), từng thành phần dòng chảy và dựa vào số liệu khoa học có giá trị nhất để đạt được những mục tiêu được định trước cho dòng sông trong tương lai; trình bày chủ yếu khung khái niệm linh hoạt, trong đó các thành phần được điều chỉnh theo các cách tiếp cận tổng thể khác nhau và cho các nghiên cứu độc lập. 1.3.1.3 Những nghiên cứu ở Nam Phi Nam phi là một trong những nước đầu tiên ở Châu Phi thực hiện những nghiên cứu về đánh giá dòng chảy môi trường. Giai đoạn phát triển mạnh của các nghiên cứu này là vào thập kỷ trước (King & O’Keeffe 1989; Gore & King 1989; O’Keeffe & Davies 1991; Gore et al. 1991; King & Tharme 1994; King et al. 1995). Trong một vài năm gần đây, các nghiên cứu tập trung vào phát triển phương pháp BBM (Building Block Methodology-phương pháp phân tích chức năng) và DRIFT (Downstream response to imposed flow tranformation-sự phản ứng của hạ lưu đối Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 8 - với sự thay đổi dòng chảy bắt buộc) cũng như các cách tiếp cận phát sinh khác để xác định sự bảo tồn đa dạng sinh học. Các phương pháp này được xem là phù hợp nhất với điều kiện của Nam Phi, nơi có những giới hạn về nguồn số liệu thủy văn, sinh thái và địa mạo của hệ thống sông; nguồn tài chính cũng như nhân lực hạn chế; áp lực về thời gian do những dự án khai thác tài nguyên nước trong tương lai. Therm (1996, 1997) đã đề nghị một cách tiếp cận đa quy mô cho đánh giá dòng chảy môi trường ở Nam Phi, gồm 3 bậc với ý kiến chuyên gia được sử dụng ở tất cả các bậc. Mặc dù, tất cả các bậc nên được áp dụng ở các ngưỡng khác nhau trong chiến lược phát triển tài nguyên nước chính nhưng rất có thể bậc 3 sẽ chỉ áp dụng cho trường hợp dự án gây nhiều tranh cãi hoặc nơi có hệ sinh thái ven sông cần được bảo tồn. Phương pháp tổng thể sẽ là phù hợp nhất cho ứng dụng tại bậc trung gian, tại bậc này phần lớn các đánh giá thô về dòng chảy môi trường được thực hiện.Therm (1997) đã đề nghị phương pháp BBM là phương pháp hiệu quả nhất. Với những con sông ưu tiên cho bảo tồn sinh học, phương pháp mô phỏng môi trường sống kết hợp với phương pháp tổng thể như BBM hay DRIFT. Đối với con sông có nguồn nước dồi dào chưa bị khai thác và chưa có kế hoạch cụ thể cho việc khai thác thì phương pháp đơn giản nhất, phương pháp Phân tích bàn giấy (Desktop Estimate), có thể đáp ứng được. Trong trường hợp dòng sông đã bắt đầu thác và có kế hoạch thì phiên bản mở rộng của Phương pháp Phân tích bàn giấy, phương pháp Xác định nhanh có thể được sử dụng.Những nơi có khả năng cạnh tranh giữa bảo tồn và sử dụng phương pháp Xác định trung gian có thể phù hợp. Những con sông quan trọng và nhạy cảm, một phương pháp xác định toàn diện sử dụng BBM hay phuơng pháp tương tự khác có thể được sử dụng. 1.3.1.4 Những nghiên cứu ở Mêxico Ở Mexico, Cơ quan bảo tồn tự nhiên đã đề xuất việc xây dựng quan hệ sinh thái và sự biến đổi dòng chảy cho 2 lưu vực sông này từ đó xây dựng yêu cầu dòng chảy cần duy trì để bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh. Phương pháp này bao gồm các bước sau Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 9 - - Thành lập một nhóm chuyên gia về tài nguyên nước và sinh thái để xây dựng kế hoạch nghiên cứu cụ thể; - Xây dựng cơ sở dữ liệu về dòng chảy; Thu thập thông tin về dòng chảy tại các điểm kiểm soát và các vị trí điều tra sinh thái để xây dựng quan hệ lưu lượng và mực nước và từ đó xác định các mực nước để duy trì hoặc đáp ứng cho môi trường sinh thủy sinh Phân tích thủy văn tại các vị trí có đủ số liệu và xây dựng các điều kiện nền và điều kiện phát triển. - Xây dựng cơ sở dữ liệu về sinh thái Thu thập và xây dựng cơ sở dữ liệu về sinh thái tại các đoạn sông để hỗ trợ việc xây dựng quan hệ giữa sự phản ứng của sinh thái với sự biến đổi dòng chảy; - Tính toán sự thay đổi dòng chảy Tính toán và phân tích sự thay đổi dòng chảy tại các điểm kiểm soát theo điều kiện nền và điều kiện phát triển; - Hội thảo để lấy ý kiến về mức dòng chảy duy trì hệ sinh thái thủy sinh; 1.3.1.5 Những nghiên cứu ở Tây Ban Nha Ở Tây Ban Nha, phương pháp IFIM-PHABSIM đã được áp dụng ở nhiều con sông để tính toán ra chế độ dòng chảy sinh thái. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trên thế giới với nhiều loại mô hình hỗ trợ tính toán như mô hình Rhabsim của Mỹ, Rhyahabsim của New Zealand, River-2D của Canada và CAUDALSIMUL. Yêu cầu duy trì hệ sinh thái thủy sinh có để được đánh giá theo các loài sinh vật chỉ thị. Sinh vật chỉ thị được lựa chọn trong số các loài sinh vật thủy sinh là loại sinh vật ưu tiên cho vùng, khu vực nghiên cứu. Có hai nội dung cần được phân biệt trong quá trình đánh giá đó là cấu trúc sông (đáy sông và chất lượng vùng, khu sinh sống, bãi đẻ) và điều kiện thủy lực (độ sâu và vận tốc dòng chảy). Tiêu chí để xác định dòng chảy sinh thái là việc xem xét quan hệ giữa dòng chảy và nhu cầu sinh thái. Có hai giá trị dòng chảy cần phải được xem xét trong quá trình tính đó là: Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả - Trang 10 - - Dòng chảy cơ bản: là dòng chảy tối thiểu cần có để duy trì hệ sinh thái. Với mức dòng chảy thấp hơn dòng chảy cơ bản hệ sinh thái có nguy cơ bị suy giảm. Các giá trị mực nước khác nhau để đáp ứng các yêu cầu duy trì hệ sinh thái sẽ dẫn đến sự khác nhau về dòng chảy cơ bản trong cả năm; - Dòng chảy tối ưu: dòng chảy trong sông có để đáp ứng sự phát triển tối ưu cho hệ sinh thái. 1.3.1.6 Những nghiên cứu ở Châu Á Tại Trung Quốc: Từ năm 1998, có nhiều nghiên cứu về dòng chảy môi trường đã được thực hiện. Bắt đầu là từ Dự án Nghiên cứu về Hệ sinh thái cửa sông Vàng và được xuất phát từ nhu cầu cấp thiết bảo vệ dòng sông Vàng, con sông lớn nhất của Trung Quốc và sau này là các con sông khác ở phía Bắc. Phương pháp quốc tế để đánh giá dòng chảy môi trường cũng được giới thiệu ở Trung Quốc. Dự án Nghiên cứu về Hệ sinh thái cửa sông Vàng và nhu cầu nước môi trường sử dụng số liệu viễn thám và mô hình hóa môi trường sống để xem xét và lý giải một cách khoa học các đánh giá dòng chảy môi trường. Tại cuộc hội thảo về Bảo vệ Môi trường, được tài trợ bởi GWP, Trung Quốc đã đưa ra một chương trình kiểm soát trầm tích và sông có tên lý thuyết khoa học và hệ thống chỉ thị sức khỏe sông. Hệ thống này xác định các chỉ thị sinh thái, kinh tế xã hội của sông để xác định nhu cầu nước môi trường. Tại Ấn Độ: đầu những năm 70, một đạo luật về kiểm soát ô nhiễm đã được thông qua và gần đây là Kế hoạch bảo tồn sông quốc gia nhằm giảm ô nhiễm trong sông. Bởi vì các con sông luôn giữ một vai trò quan trọng trong đặc điểm kinh tế xã hội ở Ấn Độ. Sự gia tăng dân số nhanh chóng và nhu cầu về nước trong nông nghiệp, đô thị và phát triển công nghiệp tăng mạnh dẫn đến điều tiết mở rộng và phân phối dòng chảy sông.Nguồn nước trong sông suy giảm, hệ sinh thái ven sông bị mất tính đa dạng.Cuộc sống của hàng triệu người dân ven sông bị ảnh hưởng nghiêm trọng.Tuy nhiên, bất chấp mọi cố gắng, chất lượng nước vẫn tiếp tục suy giảm. Rào cản chính trong sự nhận thức về tầm quan trọng của duy trì dòng chảy trong sông là thiếu những nghiên cứu về mối quan hệ giữa dòng chảy và chức năng Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu tính toán dòng chảy tối thiểu trên dòng chính LVS Cả
- Xem thêm -