Nghiên cứu ứng dụng mô hình Weap trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2011 – 2020, định hướng đến năm 2025

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian dài thực hiện, tác giả đã hoàn thành Luận văn Thạc sĩ, chuyên
ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mô hình Weap
trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2011 – 2020, định
hướng đến năm 2025”. Bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, tác giả còn được sự chỉ bảo,
hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo cùng các đồng nghiệp và bạn bè.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới GS. TS.
Dương Thanh Lượng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cung cấp tài liệu, thông tin cần
thiết cho tác giả trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thiện Luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi, các thầy giáo, cô giáo
trong Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, các thầy giáo, cô giáo thuộc các bộ môn đã
truyền đạt những kiến thức chuyên môn trong quá trình học tập.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Trung tâm Thẩm định – Tư vấn Tài nguyên
nước - Cục Quản lý Tài nguyên nước và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi,
giúp đỡ tác giả trong việc thu thập tài liệu và các thông tin liên quan đến đề tài.
Tuy nhiên do thời gian có hạn, kinh nghiệm của bản thân còn hạn chế nên
những thiếu sót của luận văn là không thể tránh khỏi. Tác giả rất mong tiếp tục nhận
được sự chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến
đóng góp của bạn bè và đồng nghiệp.
Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, đồng nghiệp và
người thân đã động viên, giúp đỡ và khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và
hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2014.
Tác giả



Đỗ Tiến Vĩnh

BẢN CAM KẾT

Tên tác giả : Đỗ Tiến Vĩnh
Người hướng dẫn khoa học : GS. TS Dương Thanh Lượng
Tên đề tài Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng mô hình Weap trong quy hoạch phân
bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2011 – 2020, định hướng đến năm 2025”.
Tác giả xin cam đoan Luận văn được hoàn thành dựa trên các số liệu được thu
thập từ nguồn thực tế, các tư liệu được công bố trên báo cáo của các cơ quan Nhà
nước, được đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành, sách, báo
Tác giả không sao chép bất kỳ một Luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào
trước đó.

Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2014.
Tác giả



Đỗ Tiến Vĩnh

Trang i

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
BẢN CAM KẾT ii
MỤC LỤC i
DANH MỤC BẢNG BIỂU iv
DANH MỤC HÌNH VẼ vii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ
HÌNH TOÁN TRONG QUY HOẠCH PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN NƯỚC 4
1.1. Tổng quan về các nghiên cứu ứng dụng mô hình toán trong quy hoạch phân bổ

tài nguyên nước trên thế giới và ở Việt Nam 4
1.1.1. Quá trình hình thành và phát triển của các nghiên cứu về quy hoạch phân bổ
tài nguyên nước 4
1.1.2. Các mô hình toán thường được sử dụng trong bài toán quy hoạch phân bổ
tài nguyên nước 4
1.2. Giới thiệu mô hình WEAP 12
1.3. Đánh giá khả năng ứng dụng của mô hình WEAP trong bài toán phân bổ tài
nguyên nước 14
CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI VÀ ĐẶC ĐIỂM NGUỒN
NƯỚC TỈNH HÒA BÌNH 17
2.1. Điều kiện tự nhiên 17
2.1.1. Vị trí địa lý 17
2.1.2. Địa hình, địa mạo 18
2.1.3. Địa chất, thổ nhưỡng 18
2.1.4. Mạng lưới sông ngòi 19
2.1.5. Tài nguyên thiên nhiên 21
2.2. Đặc điểm khí tượng, khí hậu 22
2.2.1. Nhiệt độ 23
2.2.2. Độ ẩm không khí 23
2.2.3. Bốc hơi 23
2.2.4. Bức xạ, nắng 24
2.2.5. Gió, bão 24
2.3. Đặc điểm tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình 25
2.3.1. Phân vùng đánh giá tài nguyên nước 25

Trang ii

2.3.2. Đặc điểm tài nguyên nước mưa 28
2.3.3. Đặc điểm tài nguyên nước mặt 33
2.3.4. Đánh giá trữ lượng tài nguyên nước dưới đất 38

2.4. Đặc điểm kinh tế - xã hội 41
2.4.1. Đặc điểm dân cư và xã hội 41
2.4.2. Hiện trạng phát triển kinh tế 42
2.4.3. Hệ thống cơ sở hạ tầng 49
2.5. Đánh giá tác động của các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội đến tài nguyên
nước 50
2.5.1. Quá trình phát triển dân số, khu đô thị và dân cư nông thôn 50
2.5.2. Hoạt động sản xuất công nghiệp 51
2.5.3. Các hoạt động sản xuất nông nghiệp 51
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG, NHU CẦU KHAI THÁC,
SỬ DỤNG VÀ DỰ BÁO XU THẾ BIẾN ĐỘNG TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN ĐỊA
BÀN TỈNH HÒA BÌNH TRONG KỲ QUY HOẠCH 54
3.1. Phân tích, đánh giá hiện trạng khai thác, sử dụng tài nguyên nước 54
3.1.1. Hiện trạng các công trình khai thác, sử dụng nước 54
3.1.2. Tổng hợp nhu cầu khai thác, sử dụng nước của tỉnh 58
3.2. Dự báo nhu cầu khai thác, sử dụng nước trong kỳ quy hoạch 61
3.2.1. Các tiêu chuẩn và chỉ tiêu dùng nước 61
3.2.2. Tính toán nhu cầu khai thác, sử dụng nước cho các ngành 64
3.3. Đánh giá xu thế biến động về trữ lượng tài nguyên nước trong kỳ quy hoạch 71
3.3.1. Xu thế biến động tài nguyên nước mặt 71
3.3.2. Xu thế biến động tài nguyên nước dưới đất 75
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH WEAP TRONG QUY HOẠCH PHÂN BỔ TÀI
NGUYÊN NƯỚC TỈNH HÒA BÌNH 77
4.1. Tính toán đánh giá cân bằng nước 77
4.1.1. Sơ đồ cân bằng nước 77
4.1.2. Đánh giá cân bằng nước giai đoạn hiện trạng 78
4.1.3. Đánh giá cân bằng nước giai đoạn quy hoạch 79
4.2. Mục tiêu và các nguyên tắc phân bổ tài nguyên nước 80
4.2.1. Mục tiêu phân bổ tài nguyên nước 80

4.2.2. Các nguyên tắc phân bổ tài nguyên nước 80
4.3. Các phương án phân bổ tài nguyên nước 82

Trang iii

4.3.1. Cơ sở xây dựng các phương án phân bổ 82
4.3.2. Đề xuất các phương án phân bổ 86
4.3.3. Tính toán các phương án đề xuất 88
4.3.4. Phân tích, lựa chọn phương án phân bổ tài nguyên nước 92
4.4. Đề xuất phương hướng khai thác, sử dụng nước trên địa bản tỉnh Hòa Bình theo
phương án chọn 92
4.4.1. Phương hướng khai thác sử dụng tài nguyên nước mặt 92
4.4.2. Phương hướng khai thác sử dụng tài nguyên nước dưới đất 97
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101
I. KẾT LUẬN 101
II. KIẾN NGHỊ 102
PHỤ LỤC 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO 119



Trang iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Danh mục sông tỉnh Hòa Bình 19
Bảng 2.2. Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Hoà Bình 21
Bảng 2.3. Nhiệt độ không khí (
0
C) nhiều năm 23
Bảng 2.4. Độ ẩm không khí (%) nhiều năm 23

Bảng 2.5. Lượng bốc hơi (mm) các tháng trong năm 24
Bảng 2.6. Số giờ nắng các tháng trong năm 24
Bảng 2.7. Phạm vi hành chính các khu dùng nước tỉnh Hòa Bình 26
Bảng 2.8 Lượng mưa trung bình nhiều năm thời kỳ quan trắc 28
Bảng 2.9. Lượng mưa trung bình tháng, năm tại các trạm 30
Bảng 2.10. Bảng phân phối lượng mưa theo mùa 31
Bảng 2.11 Đặc trưng mưa tháng tỉnh Hòa Bình 32
Bảng 2.12. Tổng hợp trữ lượng nước đến từ mưa tỉnh Hòa Bình 33
Bảng 2.13. Đặc trưng dòng chảy năm một số trạm 34
Bảng 2.14. Phân phối dòng chảy năm trung bình một số trạm (m
3
/s) 35
Bảng 2.15. Phân phối mô đuyn dòng chảy năm trung bình một số trạm 35
Bảng 2.16. Một số trận lũ lớn ở tỉnh Hòa Bình 36
Bảng 2.17. Dòng chảy nhỏ nhất một số trạm trên tỉnh Hòa Bình 36
Bảng 2.18. Dòng chảy năm và tổng lượng dòng chảy năm sinh ra trên các tiểu lưu vực 37
Bảng 2.19. Tổng hợp trữ lượng NDĐ đã được xếp cấp 38
Bảng 2.20. Bảng tổng hợp kết quả tính trữ lượng động tự nhiên NDĐ tỉnh Hòa Bình 40
Bảng 2.21. Tổng hợp trữ lượng tiềm năng NDĐ theo các lưu vực 39
Bảng 2.22. Thống kê tình hình dân số qua các năm theo giới tính và thành thị, nông
thôn (người) 41
Bảng 2.23 Tăng trưởng kinh tế theo ngành kinh tế (tỷ đồng) 43
Bảng 2.24. Tổng hợp GDP theo ngành (%) 43
Bảng 2.25 Một số chỉ tiêu tăng trưởng công nghiệp, xây dựng (Tỷ đồng, giá 1994) 44
Bảng 2.26 Hiện trạng KCN đã đi vào hoạt động tỉnh Hòa Bình tính đến 2010 44
Bảng 2.27. Các sản phẩm công nghiệp chủ yếu 45
Bảng 2.28. Tăng trưởng GTTT nông lâm thủy sản (tỷ đồng)
46
Bảng 2.29. Một số chỉ tiêu về trồng trọt tỉnh Hòa Bình 47
Bảng 2.30. Một số chỉ tiêu về chăn nuôi tỉnh Hòa Bình 47

Bảng 2.31. Một số chỉ tiêu về lâm nghiệp tỉnh Hòa Bình 48
Bảng 2.32. Một số chỉ tiêu về hiện trạng thủy sản tỉnh Hòa Bình 48

Trang v

Bảng 2.33 Một số chỉ tiêu phát triển du lịch 49
Bảng 2.34. Thống kê dân số giai đoạn 2006 - 2010 50
Bảng 2.35 Chuyển dịch cơ cấu dân số nông thôn và thành thị giai đoạn 2006 - 2010 . 51
Bảng 3.1. Hiện trạng các công trình cấp nước sinh hoạt đô thị tỉnh Hòa Bình 54
Bảng 3.2. Tổng hợp số lượng giếng khoan, giếng đào tỉnh Hòa Bình 55
Bảng 3.3. Hiện trạng khai thác nước một số cơ sở sản xuất chính trên địa bàn tỉnh 56
Bảng 3.4. Hiện trạng các công trình thủy lợi chia theo lưu vực 57
Bảng 3.5. Hiện trạng khai thác nước tỉnh Hòa Bình (triệu m
3
/năm) 60
Bảng 3.6. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt tỉnh Hòa Bình 61
Bảng 3.7. Công suất phát điện mục tiêu của thủy điện Hòa Bình (MW) 62
Bảng 3.8. Mô hình mưa hiện trạng và thiết kế ứng với tần suất 85% 63
Bảng 3.9. Thời vụ cây trồng chính của tỉnh Hòa Bình 63
Bảng 3.10. Tiêu chuẩn cấp nước cho các loại vật nuôi 63
Bảng 3.11. Chỉ tiêu cấp nước cho thủy sản (đơn vị: m
3
/ha) 64
Bảng 3.12. Tiêu chuẩn cấp nước cho hoạt động dịch vụ, công cộng 64
Bảng 3.13. Nhu cầu nước cho sinh hoạt đô thị tỉnh Hòa Bình 65
Bảng 3.14. Nhu cầu nước cho sinh hoạt nông thôn tỉnh Hòa Bình 65
Bảng 3.15. Nhu cầu nước công nghiệp tỉnh Hòa Bình hiện trạng và dự báo 66
Bảng 3.16. Nhu cầu nước cho tưới tỉnh Hòa Bình 67
Bảng 3.17. Nhu cầu nước cho chăn nuôi tỉnh Hòa Bình 68
Bảng 3.18. Nhu cầu nước cho nuôi trồng thủy sản tỉnh Hòa Bình 68

Bảng 3.19. Nhu cầu nước du lịch, dịch vụ tỉnh Hòa Bình hiện trạng và dự báo 69
Bảng 3.20. Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước tỉnh Hòa Bình (đơn vị: triệu m
3
/năm) 70
Bảng 3.21. Diện tích rừng trồng và chăm sóc rừng qua các năm - tỉnh Hòa Bình (ha) 71
Bảng 3.22. Bộ thông số mô hình MIKE NAM tại các lưu vực khống chế bởi các trạm
thủy văn trong tỉnh Hòa Bình 74
Bảng 3.23. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 74
Bảng 3.24. Lưu lượng và tổng lượng nước đến từ mưa tỉnh Hòa Bình. 75
Bảng 4.1. Lượng nước thiếu và tháng thiếu nước trong kỳ quy hoạch (kịch bản 1) 79
Bảng 4.2. Lượng nước thiếu và tháng thiếu nước trong kỳ quy hoạch (kịch bản 2) 79

Bảng 4.3. Tỷ lệ dùng nước của các ngành (năm 2010) 83
Bảng 4.4. Tỷ lệ (%) hiện trạng sử dụng NDĐ trong nhu cầu dùng nước (2010) 84
Bảng 4.5. Tuyến tính toán dòng chảy môi trường 85

Trang vi

Bảng 4.6. Yêu cầu dòng chảy môi trường vào mùa cạn tại các tuyến 86
Bảng 4.7. Tỷ lệ (%) phân bổ chia sẻ nguồn nước giai đoạn quy hoạch _ PA1 87
Bảng 4.8. Tỷ lệ (%) phân bổ chia sẻ nguồn nước giai đoạn quy hoạch _ PA2 87
Bảng 4.9. Tỷ lệ (%) phân bổ chia sẻ nguồn nước giai đoạn quy hoạch _ PA3 88
Bảng 4.10. Kết quả phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình phương án 1 (kịch bản 1) 88
Bảng 4.11. Kết quả phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình phương án 1 (kịch bản 2) 89
Bảng 4.12. Kết quả phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình phương án 2 (kịch bản 1) 89
Bảng 4.13. Kết quả phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình phương án 2 (kịch bản 2) 90
Bảng 4.14. Kết quả phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình phương án 3 (kịch bản 1) 91
Bảng 4.15. Kết quả phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình phương án 3 (kịch bản 2) 91
Bảng 4.16. Định hướng khai thác nước mặt trong kỳ quy hoạch 93
Bảng 4.17. Phân vùng mức độ duy trì dòng chảy tối thiểu trong sông 96

Trang vii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ mô phỏng cấu trúc mô hình NAM 9
Hình 2.1. Bản đồ hiện trạng sông suối, tài nguyên nước mặt và mạng lưới giám sát
TNN 38
Hình 2.2 Biểu đồ chuyển dịch cơ cấu kinh tế tỉnh Hòa Bình 44
Hình 3.1. Tỷ lệ khai thác nước giữa các ngành 58
Hình 3.2. Tỷ lệ khai thác nước giữa nguồn nước 58
Hình 3.3. Tổng hợp nhu cầu nước tỉnh Hòa Bình 70

Hình 3.4. Cơ cấu nhu cầu nước của các đối tượng sử dụng nước tỉnh Hòa Bình 70
Hình 4.1. Kết quả tính toán tại trạm Bến Ngọc năm 2010 78
Hình 4.2. Kết quả tính toán tại trạm Bến Ngọc năm 2009 78
Hình 4.3. Sơ đồ tuyến kiểm soát dòng chảy môi trường 86
Hình 4.4. Sơ đồ vị trí các lỗ khoan có thể đưa vào khai thác, sử dụng NDĐ 98
Hình 4.5. Sơ đồ vị trí các điểm lộ có thể đưa vào khai thác, sử dụng NDĐ 98




Trang viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

TNN
TNMT
KTTV
NĐ – CP
TT
KT – XH
NDĐ
GDP
KCN
CCN
QH
GTTT
UNICEF
ADB
ODA
XDCB

KBTTN
Tài nguyên nước
Tài nguyên môi trường
Khí tượng thủy văn
Nghị định Chính phủ
Thông tư
Kinh tế - xã hội
Nước dưới đất
Tổng sản phẩm trong nước
Khu công nghiệp
Cụm công nghiệp
Quy hoạch
Giá trị tăng thêm
Quỹ nhi đồng liên hợp quốc
Ngân hàng phát triển châu Á
Nguồn vốn hỗ trợ chính thức bên ngoài
Xây dựng cơ bản
Khu bảo tồn thiên nhiên

Trang 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận văn
Hòa Bình là tỉnh có hoạt động kinh tế sôi động đặc biệt là công nghiệp, du lịch
và nông nghiệp nên tài nguyên nước có ý nghĩa quan trọng, và ảnh hưởng trực tiếp đến
phát triển kinh tế xã hội của tỉnh.
Trong giai đoạn vừa qua, trên địa bàn tỉnh đã có nhiều quy hoạch liên quan đến
khai thác và sử dụng tài nguyên nước được xây dựng như quy hoạch nông nghiệp,
thủy lợi; quy hoạch thủy điện; quy hoạch cấp nước sạch nông thôn… Tuy nhiên, quy
hoạch được xây dựng trên quan điểm của ngành dùng nước nên các vấn đề liên quan
đến quản lý, bảo vệ tài nguyên nước chưa được xem xét hoặc có xem xét nhưng chưa

đủ yêu cầu.
Mặc dù đã thu được những kết quả đáng kể trong việc đáp ứng nhu cầu nước
cho các ngành kinh tế các giai đoạn vừa qua, nhưng thực tế cho thấy khai thác sử dụng
tài nguyên nước trên địa bàn tỉnh còn nhiều bất cập, tiềm ẩn nhiều mâu thuẫn, đặc biệt
khi nhu cầu sử dụng nước tiếp tục tăng mạnh trong tương lai nhằm thỏa mãn các yêu
cầu của phát triển kinh tế, trong khí đó số lượng nước có thể khai thác, sử dụng ngày
càng giảm sút cả về số lượng và chất lượng, những mâu thuẫn nảy sinh trong quá trình
khai thác nước giữa các ngành liên tục xảy ra. Do đó cần phải có phương hướng giải
quyết những vấn đề này.
Với mục tiêu bảo đảm nguồn nước cho các ngành sử dụng nước, việc tiến hành
nghiên cứu đề xuất giải pháp khai thác, sử dụng tài nguyên nước trên địa bàn tỉnh Hòa
Bình là rất cần thiết. Nghiên cứu này tiến hành phân tích, tính toán nhu cầu dùng nước
cho các ngành sử dụng nước trên các lưu vực, ứng dụng mô hình đánh giá và quy
hoạch tài nguyên nước WEAP để phân tích tính toán cân bằng nước, phân bổ nguồn
nước.
2. Mục đích của nghiên cứu
Năm 2012, Quy hoạch phân bổ và bảo vệ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình giai
đoạn 2011 – 2020, định hướng đến năm 2025 được Trung tâm Quy hoạch điều tra tài
nguyên nước quốc gia lập. Tài liệu này đã trở thành cơ sở cho việc khai thác, sử dụng
tài nguyên nước một cách thống nhất trên địa bản tỉnh. Công cụ chính được sử dụng
trong việc lập quy hoạch này là phần mềm MIKE BASIN - một mô hình rất hữu hiệu
trong tính toán cân bằng nước.
Trên cơ sở các số liệu đầu vào trong Quy hoạch trên, học viên mong muốn áp
dụng một công cụ khác để nghiên cứu, kiểm nghiệm và góp phần làm rõ thêm một số
vấn đề trong khai thác, sử dụng, phát triển, tài nguyên nước. Từ đó đề xuất các giải
pháp khai thác, sử dụng tài nguyên nước, phân bổ nguồn nước một cách hợp lý cho
các ngành dùng nước tại khu vực nghiên cứu là tỉnh Hòa Bình.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
a. Cách tiếp cận:

Trang 2
- Tiếp cận tổng hợp và liên ngành
Dựa trên điều kiện tự nhiên, nguồn nước, hiện trạng thủy lợi, hiện trạng và
phương hướng phát triển kinh tế - xã hội của vùng nghiên cứu để đưa ra các giải pháp
cấp nước phù hợp.
- Tiếp cận kế thừa
Trên trên địa bàn tỉnh Hòa Bình đã có nhiều quy hoạch liên quan đến khai thác
và sử dụng tài nguyên nước đã được xây dựng như quy hoạch nông nghiệp, thủy lợi;
quy hoạch thủy điện; quy hoạch cấp nước sạch nông thôn… Việc kế thừa có chọn lọc
các kết quả nghiên cứu này sẽ giúp đề tài có định hướng giải quyết vấn đề một cách
khoa học hơn.
- Tiếp cận thực tiễn
Tiến hành khảo sát thực địa, thu thập số liệu hiện trạng và định hướng phát triển
về thủy lợi cũng như các ngành kinh tế khác của từng địa phương trong vùng nghiên
cứu. Từ đó xác định được nhu cầu sử dụng nước và khả năng đáp ứng của nguồn nước
trên địa bàn khu vực nghiên cứu.
- Tiếp cận các phương pháp toán và các công cụ tính toán hiện đại trong nghiên
cứu
Để tính toán cân bằng nước, đề tài này sử dụng mô hình WEAP.
b. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các tài liệu, kết quả tính toán của các nghiên
cứu đã thực hiện trên địa bàn vùng nghiên cứu. Kế thừa tài liệu khí tượng, thủy văn
của các trạm trên địa bàn tỉnh Hòa Bình hiện có. Các tài liệu tính toán nhu cầu nước
của các ngành nông nghiệp, sinh hoạt, công nghiệp, đô thị, môi trường của từng khu
vực được sử dụng trong nghiên cứu này để tính toán cân bằng nước trên các tiểu lưu
vực.
- Phương pháp điều tra, thu thập: Điều tra, thu thập tài liệu trong vùng nghiên
cứu bao gồm: tài liệu về điều kiện tự nhiên (vị trí, địa hình, địa chất, thổ nhưỡng); tài
liệu về nguồn nước (sông ngòi, khí tượng, thủy văn); tài liệu về hiện trạng và phương
hướng phát triển kinh tế - xã hội; tài liệu về hiện trạng thủy lợi (vùng thủy lợi, cấp

nước tưới, cấp nước đô thị - công nghiệp).
- Phương pháp mô hình hóa: Việc ứng dụng khoa học công nghệ trong tính
toán, mô phỏng quá trình thủy văn, thủy lực trên lưu vực có ý nghĩa rất quan trọng
trong các nghiên cứu về nguồn nước. Nhiều mô hình tiên tiến có khả năng mô phỏng
chính xác quá trình vận động của nước trên lưu vực đã được xây dựng và phát triển
trong những năm gần đây như mô hình MIKE BASIN (DHI, Đan Mạch), mô hình
SWAT (Mỹ), WEAP (Thụy Điển). Trong nghiên cứu này tác giả ứng dụng mô hình
WEAP (Water Evaluation And Planning - Hệ thống "Đánh giá và Quy hoạch Tài
nguyên nước") là mô hình mới được phát triển bởi Stockholm Environment Institute's
U.S. Center để tính toán cân bằng nước, phân bổ nguồn nước trên địa bàn tỉnh Hòa

Trang 3
Bình.
- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo, tập hợp ý kiến từ các nhà khoa học về
các nội dung liên quan đến đề tài và vùng nghiên cứu. Được học tập và công tác với
các thầy cô giáo, các chuyên gia có năng lực và kinh nghiệm trong lĩnh vực tài nguyên
nước, trong quá trình thực hiện luận văn tác giả đã tham vấn, xin ý kiến các chuyên gia
về phương thức tổ chức nghiên cứu, cách thức thiết lập mô hình tính toán, phân tích
các kết quả tính toán của nghiên cứu. Các gợi ý, góp ý và các nhận xét của các thầy cô
giáo, các chuyên gia đã giúp cho tác giả hoàn thiện luận văn này.




Trang 4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN
TRONG QUY HOẠCH PHÂN BỔ TÀI NGUYÊN NƯỚC
1.1. Tổng quan về các nghiên cứu ứng dụng mô hình toán trong quy hoạch phân
bổ tài nguyên nước trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1. Quá trình hình thành và phát triển của các nghiên cứu về quy hoạch phân bổ
tài nguyên nước
Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu cho cuộc sống của con người và sinh vật
trên trái đất, thiếu nước sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người, làm suy
giảm đến nền kinh tế, gây mất ổn định xã hội và suy thoái môi trường. Chính vì vậy,
việc nghiên cứu để quản lý tài nguyên nước trên các lưu vực sông để đáp ứng nhu cầu
của các ngành kinh tế đảm bảo cho việc phát triển bền vững là vấn đề luôn được các
Chính phủ, các nhà khoa học quan tâm.
Việc nghiên cứu cân bằng nước có ý nghĩa rất lớn cả về khoa học và thực tiễn.
Từ góc độ khoa học, 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. Trong thực tiễn, nghiên cứu cân
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.
1.1.2. Các mô hình toán thường được sử dụng trong bài toán quy hoạch phân bổ tài
nguyên nước
1.1.2.1. Giới thiệu sơ bộ các mô hình toán đã và đang được ứng dụng hiện nay trên
thế giới
Trên thế giới việc sử dụng mô hình toán như các mô hình mưa - dòng chảy và
các mô hình cân bằng hệ thống để hỗ trợ việc nghiên cứu xây dựng phân bổ tài nguyên
nước đã có nhiều thành công nhất định. Một số ví dụ về việc đó là:
- Mô hình IQQM (Intergrated Quantity and Quality Model)
Do Australia xây dựng và phát triển, mô hình đã được ứng dụng cho một số lưu
vực sông lớn tại Queenland ( Australia) và gần đây đã được đưa vào ứng dụng cho lưu
vực sông MeKong. Đây là mô hình mô phỏng sử dụng nước lưu vực nhằm đánh giá
các tác động của chính sách quản lý tài nguyên nước đối với người sử dụng nước. Mô
hình IQQM hoạt động trên cơ sở phương trình liên tục, mô phỏng diễn biến hệ thống
sông ngòi, kể cả chất lượng nước.
- Hệ thống mô hình GIBSI
Được áp dụng cho các lưu vực ở Canada có hệ sinh thái và tình hình phát triển

công nghiệp, nông nghiệp, đô thị phức tạp. GIBSI là một hệ thống mô hình tổng hợp
chạy trên máy PC cho các kết quả kiểm tra tác động của nông nghiệp, công nghiệp,

Trang 5
quản lý nước cả về lượng và chất đến tài nguyên nước. Mô hình GIBSI cho khả năng
dự báo các tác động của công nghiêp, rừng, đô thị, các dự án nông nghiệp đối với môi
trường tự nhiên, có tác dụng cảnh báo các hộ dùng nước biết trước và tôn trọng các
tiêu chuẩn về số lượng, chất lượng nguồn nước dùng.
- Mô hình BASINS
Được xây dựng bởi Cơ quan Bảo vệ môi trường (Hoa Kỳ). Mô hình được xây
dựng để đưa ra một công cụ đánh giá tốt hơn và tổng hợp hơn các nguồn phát thải tập
trung và không tập trung trong công tác quản lý chất lượng nước trên lưu vực. Đây là
một mô hình hệ thống phân tích môi trường đa mục tiêu, có khả năng ứng dụng cho
một quốc gia, một vùng để thực hiện các nghiên cứu về nước bao gồm cả lượng và
chất trên lưu vực. Mô hình được xây dựng để đáp ứng 3 mục tiêu: (1) Thuận tiện
trong công tác kiểm soát thông tin môi trường; (2) Hỗ trợ công tác phân tích hệ thống
môi trường; (3) Cung cấp hệ thống các phương án quản lý lưu vực. Mô hình BASINS
là một công cụ hữu ích trong công tác nghiên cứu về chất và lượng nước. Với nhiều
mô đun thành phần trong hệ thống, thời gian tính toán được rút ngắn hơn, nhiều vấn
đề được giải quyết hơn và các thông tin được quản lý hiệu quả hơn trong mô hình.
Với việc sử dụng GIS, mô hình BASINS thuận tiện hơn trong việc biểu thị và tổ hợp
các thông tin (sử dụng đất, lưu lượng các nguồn thải, lượng nước hồi quy, ) tại bất kỳ
một vị trí nào. Mô hình BASINS được sử dụng rộng rãi ở Mỹ, nó thuận tiện trong việc
lưu trữ và phân tích các thông tin môi trường, và có thể sử dụng như là một công cụ hỗ
trợ ra quyết định trong quá trình xây dựng khung quản lý lưu vực.
- Mô hình MITSIM
Mô hình MITSIM do viện kỹ thuật Massachusets xây dựng năm 1977-1978.
Đây là mô hình mô phỏng một công cụ để đánh giá, định hướng quy hoạch và quản lý
lưu vực sông. Mục đích của mô hình là đánh giá về mặt thuỷ văn và kinh tế của các
phương án khai thác nước mặt. Đặc biệt mô hình có thể đánh giá những tác động của

các phương án khai thác của hệ thống tưới, hồ chứa, nhà máy thủy điện, cấp nước sinh
hoạt và công nghiệp tại nhiều vị trí khác nhau theo trình tự thực hiện trong phạm vi
lưu vực. Mô hình có thể đánh giá tác động về mặt kinh tế đối với việc khai thác tài
nguyên nước thông qua các chỉ tiêu kinh tế. Mô hình cũng cho biết hiệu ích đầu tư
khai thác cho từng lưu vực nhỏ trong lưu vực lớn cũng như các công trình trong khai
thác tài nguyên nước.
Vai trò quan trọng nhất của mô hình là đánh giá các phương án khai thác tài
nguyên nước trong lưu vực sông. Thực tế cho thấy, hoạt động của các công trình thuỷ
lợi có thể biểu diễn dưới hàm phi tuyến, vì vậy khó có thể dùng các mô hình tổi ưu để
tìm kết quả hoạt động của hệ thống. Đầu vào của mô hình là các số liệu thủy văn và
nhu cầu nước, thông qua vận hành các hệ thống công trình sẽ cho kết quả tương ứng.

Trang 6
Kết quả nghiên cứu theo mô hình có thể đáp ứng những vấn đề sau:
- Thực hiện nhiều phương án khai thác tài nguyên nước trong thời gian ngắn.
- Cân đối và lựa chọn các phương án khai thác với các mục tiêu khác nhau: phát
điện, cấp nước tưới, sinh hoạt
- Lựa chọn các quy tắc điều phối hồ chứa
- Lựa chọn các biện pháp khai thác nguồn nước
- Lựa chọn quy mô khu tưới có lợi
Mô hình MITSIM có hạn chế là bộ nhớ chỉ mô tả được 100 nút, 35 nút hồ chứa,
20 nút khu tưới trong đó không có nút phân lưu. Tổ chức cập nhật số liệu còn cứng
nhắc vì vào trực tiếp trên file theo format định sẵn. Chưa sử dụng menu vào điều hành
chương trình, chưa áp dụng kỹ thuật đồ hoạ vào lập trình để có thể kết xuất dưới dạng
hình vẽ. Mô hình mô phỏng quá trình tính toán kinh tế cho một hệ thống sông hoàn
hảo ở Việt Nam khó thu thập tài liệu đủ nên thường bỏ qua phần này.
- Mô hình WUS
Mô hình WUS là mô hình cân bằng nước tương tự như mô hình MITSIM đã
được ứng dụng cho một số lưu vực sông ở Trung Bộ và Tây Nguyên như sông Srepok,
sông Kone và thu được một số kết quả khá phù hợp. Ưu điểm của mô hình là đơn

giản, dễ sử dụng. Tuy nhiên do mô hình WUS không cho kết quả tính toán kinh tế nên
khó so sánh quyết định các phương án.
- Mô hình RIBASIM
Mô hình này đã được ứng dụng ở một số nơi như Indonesia, ở Việt nam được
áp dụng tính toán cho sông Hồng, mô hình không tính toán kinh tế nên khó lựa chọn
phương án tính toán.
- Mô hình MIKE BASIN
Mô hình MIKE BASIN là sự trình bày toán học về lưu vực sông bao gồm đặc
tính cấu trúc của sông chính và sông nhánh, thuỷ văn của lưu vực về mặt thời gian và
không gian, các công trình hiện có cũng như các công trình tiềm năng trong tương lai
và nhu cầu nước khác nhau trên cùng một lưu vực. Mike Basin được cấu trúc như là
một mô hình mạng sông trong đó sông và các nhánh chính được hiện thị bằng một
mạng lưới các nhánh và nút. Nhánh sông biểu diễn cho các dòng chảy riêng lẻ trong
khi đó các nút thì biểu diễn các điểm tụ hội của sông, điểm chuyển dòng hoặc vị trí mà
ở đó có diễn ra các hoạt động liên quan đến nước hay các vị trí quan trọng mà kết quả
mô hình yêu cầu. Tóm lại, việc nghiên cứu phân bổ tài nguyên nước trên thế giới được
tiến hành khá sớm và đa dạng, trong đó các mô hình toán được xem là những công cụ

Trang 7
hỗ trợ đắc lực, góp phần không nhỏ vào thành tựu của các nghiên cứu này trong thực
tế.
- Mô hình WEAP
WEAP (Water Evaluation And Planning System - hệ thống quản lý và đánh giá
nguồn nước) là sản phẩm của Viện nghiên cứu môi trường Stockholm cơ sở ở Boston
nghiên cứu và phát triển. Phần mềm này có khả năng mô phỏng được hệ thống tài
nguyên nước trong lưu vực một cách trực quan. Bằng việc đưa ra rất nhiều kịch bản về
việc sử dụng nước trong tương lai cùng các định hướng giải quyết các vấn đề về tài
nguyên nước, WEAP là một công cụ đắc lực cho công việc quy hoạch và quản lý tài
nguyên nước. Tính đến thời điểm hiện tại, liên quan đến việc ứng dụng mô hình
WEAP ở các nước trên thế giới có khoảng hơn 30 dự án đánh giá nước ở các quốc gia

trên hầu hết các châu lục bao gồm Mỹ, Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ, Mexico, Brazil,
Đức, Hàn Quốc, Ghana, Kenya, Nam Phi, Ai Cập, Israel và Oman.
1.1.2.2. Một số mô hình toán được ứng dụng trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước
Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả đã tìm hiểu về một số mô hình toán
đã và đang được ứng dụng trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước hiện nay. Giới
thiệu sơ bộ về các mô hình này như sau:
a. Các mô hình mưa - dòng chảy
(1) Mô hình SSARR
- Tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa.
- Đặc điểm của mô hình: Xây dựng một sơ đồ hình thế cho hệ thống sông, bao gồm:
+ Các lưu vực bộ phận sinh dòng chảy.
+ Điều kiện thủy văn tương đối đồng nhất
+ Các đoạn sông diễn toán lũ
+ Các hồ chứa
+ Các đoạn sông xử lý nước vật
+ Các điểm nối và tổng hợp dòng chảy
- Kết quả tính toán phụ thuộc vào việc xác định các thông số và các quan hệ vật
lý, chỉ số, chỉ tiêu được xác định khá mềm dẻo.
- Nhược điểm: sử dụng nhiều quan hệ dưới dạng bảng làm cho việc điều chỉnh
mô hình gặp nhiều khó khăn và khó tối ưu hóa.
- Mô hình SSARR được cải biên để ứng dụng cho hệ thống sông Hồng, sông Trà
Khúc, sông Vệ và cho kết quả khá tốt trong tính toán và dự báo nghiệp vụ.

Trang 8
(2) Mô hình TANK
- Lưu vực được mô phỏng bằng chuỗi các bể chứa xếp theo tầng và cột phù hợp
với hình dạng lưu vực, cấu trúc thổ nhưỡng, địa chất,…
- Mưa trên lưu vực được xem như lượng vào của bể chứa trên cùng. Mỗi bề chứa
đều có một cửa ra ở đáy.
- Mô hình đơn giản nhất là kiểu cột bể TANK đơn: 4 bể trên một cột. Phù hợp

cho các lưu vực nhỏ có độ ẩm cao.
- Mô hình phức tạp hơn là mô hình TANK kép gồm một số cột bể mô phỏng quá
trình hình thành dòng chảy trên lưu vực, và các bể mô tả quá trình truyền sóng lũ trong
sông.
- Ưu điểm: Ứng dụng tốt cho lưu vực vừa và nhỏ. Khả năng mô phỏng dòng chảy
tháng, dòng chảy ngày, dòng chảy lũ.
- Nhược điểm: có nhiều thông số nhưng không rõ ý nghĩa vật lý nên khó xác định
trực tiếp. Việc thiết lập cấu trúc và thông số hóa mô hình chỉ có thể thực hiện được sau
nhiều lần thử sai, đòi hỏi người sử dụng phải có nhiều kinh nghiệm và am hiểu mô hình.
- Mô hình TANK ứng dụng dự báo ngắn hạn quá trình lũ cho thượng lưu sông
Thái Bình và một số nhánh nhỏ hệ thống sông Hồng.
(3) Mô hình NAM
Mô hình NAM được viết tắt từ chữ Đan Mạch “Nedbor- Afstromming-Model”,
nghĩa là mô hình mưa - dòng chảy. Mô hình NAM thuộc loại mô hình tất định, thông
số tập trung, và là mô hình mô phỏng liên tục. Mô hình NAM hiện nay được sử dụng
rất nhiều nơi trên thế giới và gần đây cũng hay được sử dụng ở Việt Nam.
Mô hình NAM là mô hình thuỷ văn mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy diễn
ra trên lưu vực. Là một mô hình toán thủy văn, mô hình NAM bao gồm một tập hợp
các biểu thức toán học đơn gian để mô phỏng các quá trình trong chu trình thuỷ văn.
Mô hình NAM là mô hình nhận thức, tất định, thông số tập trung. Đây là một modun
tính mưa từ dòng chảy trong bộ phần mềm thương mại MIKE 11 do Viện Thủy lực
Đan Mạch xây dựng và phát triển.
Mô hình NAM mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy một cách liên tục thông
qua việc tính toán cân bằng nước ở bốn bể chứa thẳng đứng, có tác dụng qua lại lẫn
nhau để diễn tả các tính chất vật lý của lưu vực. Các bể chứa đó gồm:
• Bể tuyết (chỉ áp dụng cho vùng có tuyết)
• Bể mặt
• Bể sát mặt hay bể tầng rễ cây

Trang 9

• Bể ngầm

Hình 1.1. Sơ đồ mô phỏng cấu trúc mô hình NAM
Dữ liệu đầu vào của mô hình là mưa, bốc hơi tiềm năng, và nhiệt độ (chỉ áp
dụng cho vùng có tuyết. Kết quả đầu ra của mô hình là dòng chảy trên lưu vực, mực
nước ngầm, và các thông tin khác trong chu trình thuỷ văn, như sự thay đổi tạm thời
của độ ẩm của đất và khả năng bổ xung nước ngầm. Dòng chảy lưu vực được phân
một cách gần đúng thành dòng chảy mặt, dòng chảy sát mặt, dòng chảy ngầm.
b. Mô hình cân bằng nước hệ thống
Tính toán cân bằng nước đóng vai trò quan trọng và có tính chất quyết định trong
khi lập các phương án quy hoạch sử dụng nước cho một lưu vực sông hay một địa
phương nào đó. Cân bằng nước sẽ xác định ra lượng nước được chia sẻ, phân bổ cho
các ngành dùng nước trong trường hợp thiếu nước.
Mô phỏng một hệ thống bao gồm các sông, suối tự nhiên và các hệ thống khai
thác tài nguyên nước trên hệ thống qua nguyên lý cân bằng nước. Hầu hết các mô hình
cân bằng nước hệ thống đề đề cập khá đầy đủ các yếu tố có liên quan đến quá trình cân
bằng nước tại các nút mà mô hình miêu tả như nút hồ chứa, nút hồ chứa kết hợp với
nút thuỷ điện, nút cấp nước cho sinh hoạt, nút sử dụng nước cho hoạt động sản xuất
nông nghiệp và công nghiệp …Qua đó chúng ta nhận thấy rằng các mô hình này có thể
đáp ứng được các yêu cầu đưa ra trong giai đoạn quy hoạch của bài toán quy hoạch
phát triển tài nguyên nước.
Các thành phần của hệ thống bao gồm:

Trang 10
- Các lưu vực bộ phận
- Các đoạn sông (sông chính và sông nhánh)
- Các khu sử dụng nước bao gồm khu tưới, khu cấp nước sinh hoạt, công nghiệp
và thuỷ điện
- Các công trình lấy nước như hồ chứa, đập dâng, trạm bơm…
Mô hình sẽ mô phỏng tính toán cân bằng nước từ thượng lưu đến hạ lưu trong đó

tính toán nguồn nước đến các lưu vực bộ phận, nhập lưu địa phương, xem xét việc sử
dụng nước trong các khu dùng nước và thông qua cân bằng nước tính toán dòng chảy
tại các nút từ thượng lưu đến hạ lưu với thời đoạn tính toán là tháng từ đó ta có chuỗi
dòng chảy tháng của các nút tính toán trên đoạn sông.
Thay đổi các điều kiện đầu vào khác nhau như nguồn nước đến, nhu cầu sử dụng
nước của các ngành,…thì mô hình có thể tính toán được theo các phương án khác
nhau và kết quả sẽ được quá trình biến đổi dòng chảy trong sông ở hạ du phục vụ bài
toán quy hoạch quản lý.
1.1.2.3. Phân tích, đánh giá khả năng ứng dụng các mô hình toán trong quy hoạch
phân bổ tài nguyên nước
Trên thế giới việc sử dụng mô hình toán để hỗ trợ việc nghiên cứu xây dựng phân
bổ tài nguyên nước đã có những thành công nhất định. Dưới đây tác giả liệt kê một số
nghiên cứu về phân bổ tài nguyên nước trên thế giới đã ứng dụng các mô hình này,
bao gồm:
- Ethiopia: Cân bằng nước bằng mô hình Mike Basin cho lưu vực sông Nile
Xanh. Đây là một nghiên cứu quy hoạch với mục tiêu xây dựng phân bổ và sử dụng
nước theo các kịch bản phát triển.
- Ghana: xây dựng hệ thống phân bổ nước lưu vực sông Volta.
- Cộng hòa Séc: quy hoạch các lưu vực sông chính của Cộng hòa Séc.
- Trung Quốc: xây dựng các kịch bản hỗ trợ công tác phân bổ nguồn nước giữa
các hộ sử dụng. Dự án đã cung cấp các cơ sở để hướng tới sự hợp tác về các vấn đề
liên quan đến nước, liên quan giữa các bên ở thượng nguồn trong 14 huyện của tỉnh
Hà Bắc và các bên ở hạ nguồn trong 6 quận của Bắc Kinh.
- Trung Đông: xây dựng các phương án phát triển nguồn nước và các kịch bản
phân bổ nguồn nước ở Isarel và Palestin. Kết quả này đã được sử dụng trong hội thảo
có sự tham gia gồm chính phủ, các viện nghiên cứu và các bên liên quan để lựa chọn
việc phân bổ nguồn nước.
- Ấn Độ và Nepal: xây dựng các phương án khai thác và bảo vệ nguồn nước
trong các điều kiện khác nhau.

Trang 11
- Tại Việt Nam: Hiện nay hầu hết các nghiên cứu về quy hoạch phân bổ tài
nguyên nước đều sử dụng công cụ mô hình toán, ví dụ như các mô hình mưa – dòng
hảy NAM, TANK, và các mô hình cân bằng nước hệ thống Mike Basin, WEAP
Tóm lại, việc nghiên cứu phân bổ tài nguyên nước trên thế giới được tiến hành
khá sớm và đa dạng, trong đó các mô hình toán được xem là những công cụ hỗ trợ đắc
lực, góp phần không nhỏ vào thành tựu của các nghiên cứu này trong thực tế.
1.1.2.4. Một số vấn đề về ứng dụng mô hình toán trong phân bổ tài nguyên nước ở Việt Nam
- Các dự án phát triển nguồn nước những năm 80 chủ yếu của Viện Quy hoạch
thủy lợi dưới dạng các dự án quy hoạch chuyên ngành có liên quan đến nguồn nước
với các tên gọi như quy hoạch thủy lợi; quy hoạch tưới, tiêu; quy hoạch sử dụng tổng
hợp nguồn nước và bảo vệ môi trường, thời kỳ đó việc tính toán cân bằng nước chủ
yếu áp dụng công cụ mô hình MITSIM chạy trên môi trường DOS. Sau những năm
2000 đặc biệt là sau năm 2002 với sự hỗ trợ nguồn lực và công nghệ từ các tổ chức
nước ngoài, tiêu biểu nhất là tổ chức DANIDA của Đan Mạch đã hợp tác hỗ trợ thực
hiện dự án “Tăng cường năng lực các viện ngành nước” và đưa bộ công cụ mô hình
MIKE do DHI (viện thủy lực Đan Mạch) phát triển vào ứng dụng rộng rãi và mạnh mẽ
ở Việt Nam, từ đó việc tính toán cân bằng nước ngoài cơ quan đầu mối là Viện Quy
hoạch Thủy lợi với kinh nghiệm và thực tiễn sử dụng mô hình MITSIM cùng với
“người dùng mới” từ các cơ quan thuộc Viện Khoa học Thủy lợi (nay là viện nghiên
cứu Thủy lợi); các trường Trường Đại học (tiêu biểu là Đại học Thủy lợi); các Viện
nghiên cứu v.v đã bắt đầu tiếp cận ứng dụng mô hình MIKE BASIN.
- Các nghiên cứu cân bằng nước tự nhiên được tiến hành từ những năm1950 đến
đầu những năm 1975. Trong thời kỳ này, kế thừa các tiến bộ trong nghiên cứu quy luật
khí tượng khí hậu của thế giới và hệ thống thiết bị quan trắc, ở nước ta mạng lưới quan
trắc các đặc trưng khí tượng, thủy văn, hải dương, các hiện tượng thời tiết nguy hiểm
như bão, dông, lũ ống, lũ quét, các hệ thống cảnh báo được thành lập nhằm nghiên cứu
cân bằng nước với quy mô toàn lãnh thổ, miền, các khu vực.Trong giai đoạn này công
cụ chủ yếu nghiên cứu cân bằng nước tự nhiên là phương pháp tổng hợp địa lý kết hợp
với một khối lượng khổng lồ các số liệu quan trắc về mưa, dòng chảy, bốc hơi. Một

loạt các bản đồ hoàn lưu khí quyển, vùng khí hậu, bản đồ mưa, dòng chảy ra đời là các
luận cứ khoa học giúp các nhà hoạch định chiến lược đưa ra các quyết định chính xác
trên phạm vi toàn quốc. Tuy vậy do việc nghiên cứu còn gắn với địa giới hành chính
cũng gây không ít khó khăn trong việc khai thác và sử dụng tài nguyên nước.
- Gần đây, tham gia vào việc tính toán cân bằng nước trên các lưu vực sông ở
Việt Nam ngoài việc ứng dụng mô hình MITSIM (đã được cải tiến chạy trên môi
trường Window), mô hình MIKE BASIN (đã trở nên phổ biến), mô hình IQQM (tích
hợp trong bộ MRC Toolbox của Ủy hội sông Mêkong quốc tế) thì còn có thêm mô
hình WEAP (do Viện môi trường Stockhom có trụ sở tại Mỹ phát triển) tham gia vào
việc tính toán cân bằng nước và lập kế hoạch sử dụng nước.

Trang 12
1.2. Giới thiệu mô hình WEAP
WEAP (Water Evaluation and Planning System) là một mô hình kết hợp giữa
việc mô phỏng hệ thống và các chính sách cần áp dụng cho lưu vực. WEAP dựa trên
nguyên tắc tính toán cân bằng giữa các nhu cầu của các dạng sử dụng nước, giá thành
và hiệu quả của các công trình cấp nước và cơ sở phân bổ nguồn nước, với nguồn
nước cung cấp bao gồm nước mặt, nước ngầm, nước hồ chứa và các vận chuyển nguồn
nước. WEAP còn phân tích các thử nghiệm về các phương án phát triển và quản lý
nguồn nước.
WEAP là một mô hình toàn diện, đơn giản, dễ sử dụng và có thể xem là công cụ
trợ giúp cho các nhà lập kế hoạch. Là một cơ sở dữ liệu, WEAP cung cấp một hệ
thống các thông tin về nhu cầu và khả năng cấp nước trong lưu vực. Là một công cụ
dự báo, WEAP đưa ra các dự đoán về các nhu cầu về nước, khả năng cung cấp nước,
dòng chảy và lượng trữ, tổng lượng ô nhiễm và cách xử lý. Là một công cụ phân tích
chính sách, WEAP đánh giá các phương án phát triển và quản lý nguồn nước, và xem
xét theo quan điểm cạnh tranh đa phương giữa các hộ dùng nước trong hệ thống. Vận
hành dựa trên tính toán cân bằng nước, WEAP có khả năng áp dụng cho các hệ thống
nông nghiệp và đô thị, các lưu vực đơn hay hệ thống lưu vực sông. Hơn nữa, WEAP
có thể được sử dụng để đáp ứng nhiều mục tiêu khác nhau: phân tích nhu cầu của các

ngành, bảo tồn nguồn nước, xác định thứ tự ưu tiên phân bổ nguồn nước, mô phỏng
dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm, vận hành hồ chứa, vận hành phát điện, kiểm soát ô
nhiễm, đảm bảo môi trường sinh thái và phân tích kinh tế.
Mức độ ưu tiên rất quan trọng trong vấn đề áp dụng quyền sử dụng nước tại các
khu dùng nước, đặc biệt là trong thời kỳ thiếu nước. Việc ưu tiên sử dụng nước cho
các khu sử dụng nước, trữ nước của hồ chứa và yêu cầu dòng chảy môi trường được
quy định tại mức độ ưu tiên (Demand Priorites). Mức độ ưu tiên có thể thay đổi từ 1
đến 99. Trong đó 1 là ưu tiên ở mức độ cao nhất, 99 là ưu tiên ở mức độ thấp nhất. Tại
các khu vực có mức độ ưu tiên số 1 sẽ được đáp ứng trước tiên, sau đó mới lần lượt tới
các khu vực có mức độ ưu tiên thấp hơn. Nếu mức độ ưu tiên là như nhau với các khu
vực sử dụng nước thì lượng nước thiếu sẽ phân chia đều tại các khu vực. Vấn đề cung
cấp ưu tiên được áp dụng trong hệ thống thông qua đường dẫn nước (Transmisssion
Link). Cung cấp ưu tiên cũng được đánh giá theo cấp độ từ 1 đến 99. Đường dẫn nước
có mức độ ưu tiên cao nhất là số 1 sẽ được ưu tiên tính toán đầu tiên sau đó mới tính
toán đến các đường dẫn khác có mức độ ưu tiên thấp hơn.
Cấu trúc của Weap: WEAP bao gồm 5 thành phần (khung làm việc) chính gồm:
Schematic, Data, Results, Scenario Explorer và Notes.

Trang 13
Schematic: đây là bước đầu tiên
khi thiết lập ứng dụng mô hình WEAP,
khung này chứa đựng các công cụ GIS
cơ bản cho phép xây dựng hệ thống các
đối tượng một cách dễ dàng. Ví dụ như
các nút nhu cầ
u (Demand nodes), các
hồ chứa (reservoirs) có thể được tạo và
định vị bên trong hệ thống bằng việc
kéo và thả các đối tượng từ menu.
Chương trình có thể kết nối với

ArcView hay các dạ
ng file GIS tiêu
chuẩn vector hay raster làm lớp nền.

Data: Khung dữ liệu cho phép đưa các
dữ liệu đầu vào cho mô hình bao gồm
nhu cầu nước, thông số
công trình,
nước dưới đất ….tạo các biế
n và các
mối quan hệ thông qua một loạ
t các
hàm cho trước hoặc nhập tay các thuộc
tính dữ liệu đầu vào cho mô hình một
cách linh động.


Results: Khung kết quả cho
phép trình bày chi tiế
t và linh
hoạt tất cả các dạng kết quả, ở
dạng biểu đồ và bảng, và trên sơ
đồ.


Trang 14
Scenario Explorer:
Khung Scenario Explorer cho
phép phân tích lựa chọ
n xây

dựng các kịch bản tính t
oán cân
bằng nước dựa trên kịch bản nền
hay phân tích đánh giá kết quả
tính toán cân bằng nước với việc
thay đổi các dữ liệu đầu vào một
cách nhanh chóng và trực quan.

Notes: Khung ghi chú cung cấp
một không gian để người sử
dụng đưa vào toàn bộ các chú
thích, dẫn giải về
quá trình xây
dựng và tính toán vớ
i mô hình
WEAP.

1.3. Đánh giá khả năng ứng dụng của mô hình WEAP trong bài toán phân bổ tài
nguyên nước
- Phân tích kịch bản là một trong những tính năng nổi bật của WEAP. Các kịch
bản có thể được phân tích, tính toán cùng nhau và cho ra kết quả rất tường minh, dễ
dàng cho việc so sánh, đánh giá hệ thống tài nguyên nước của khu vực nghiên cứu.
- Với khả năng lập kịch bản và tính toán nhu cầu nước, WEAP là một công cụ
rất mạnh trong việc lựa chọn hướng phát triển và đề xuất các chiến lược quản lý tài
nguyên nước trong lưu vực. Sử dụng WEAP có thể quản lý tài nguyên nước ở đô thị
cũng như nông thôn, cho một lưu vực nhỏ hay cả một hệ thống sông. Hơn nữa, WEAP
còn có nhiều tính năng khác như phân tích nhu cầu sử dụng nước cho các ngành kinh
tế, phân phối ưu tiên sử dụng nước, mô phỏng sự hoạt động của các nguồn cung cấp
nước (dòng chảy mặt, kho nước ngầm, hồ chứa…) theo dõi ô nhiễm và nhu cầu sinh
thái của từng vùng.

1.4. Sử dụng mô hình WEAP
a. Dữ liệu đầu vào
Tuỳ theo từng bài toán cụ thể mà các yêu cầu của số liệu đầu vào sẽ được nhập
tương ứng.
Các yếu tố mô phỏng như sau:
- Mô phỏng các sông và nhánh sông;

Trang 15
- Mô phỏng các nhu cầu dùng nước của các ngành;
- Yêu cầu về dòng chảy môi trường;
- Mô phỏng hồ chứa và các yếu tố khác.
Các yếu tố mô phỏng được liên kết với nhau thông qua Transmission Link và
Return Flow.
b. Mô hình hoá lưu vực nghiên cứu
Để mô hình hoá lưu vực nghiên cứu trước tiên cần:
- Tạo lưu vực (Area → Create area);
- Chọn khoảng thời gian nghiên cứu và thời đoạn tính toán (General → Years
and Time Steps);
- Đặt đơn vị cho các đại lượng tính toán (General→Units);
- Thực hiện xong các bước trên mới tiến hành xây dựng mạng lưới và nhập
dữ liệu.
c. Nhập số liệu cho WEAP
Việc nhập số liệu tiến hành như sau như sau:
- Với các nhánh sông cần nhập số liệu dòng chảy tháng trung bình nhiều
năm (Supply and Resources → River);
- Về nhu cầu dùng nước:
+ Nhập tổng lượng nước dùng (Annual Water use Rate);
+ Nhập lượng nước dùng cho từng tháng dưới dạng % (Monthly variation);
+ Nhập số liệu về phần trăm lượng nước hồi quy trở lại sông (Return flow)
và tỷ lệ nước không bị thất thoát của lượng hồi quy này (Consumption);

- Số liệu về dòng chảy môi trường tối thiểu để duy trì sinh thái sông (River →
Flow Requirements→ Envi);
- Số liệu về hồ chứa cần nhập các thông tin sau:
+ Năm hồ chứa được xây dựng (startup year);
+ Dung tích lớn nhất;
+ Dung tích hiệu dụng;
+ Dung tích chết;
+ Đường đặc tính của hồ;
Với các đối tượng khác (nếu có mô phỏng trong hệ thống) việc vào dữ liệu
hoàn toàn tương tự và có thể thực hiện dễ dàng trên cửa sổ làm việc Dataview.
d. Phương pháp tính toán
WEAP tính toán cân bằng cả tổng lượng và chất lượng nước trên lưu vực sông
cho tất cả các nút với bước thời gian hàng tháng. Nước sử dụng để đáp ứng nhu cầu
cho các hộ dùng nước có tiêu hao và không tiêu hao dựa trên mức độ ưu tiên sử dụng
nước, lượng nước đến và các ràng buộc khác.
Bởi vì bước thời thời gian sử dụng trong mô hình là tương đối dài (tháng), tất
cả các dòng được cho là xảy ra đồng thời. Do đó, các khu sử dụng nước có thể rút
nước từ sông, tiêu thụ một phần, trả lại sông phần còn lại (dòng chảy hồi quy). Dòng