Áp dụng mô hình WEAP tính toán cân bằng nước LVS trà khúc tỉnh quãng ngãi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA KHÍ TƯỢNG - THỦY VĂN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ÁP DỤNG MÔ HÌNH WEAP TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC LVS
TRÀ KHÚC - TỈNH QUẢNG NGÃI.

Sinh viên thực hiện: Ngụy Minh Hiển
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tiến Quang

Hà Nội, năm 2015


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 7
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC .............................. 11
1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên ..................................................................................... 11
1.1.1.Vị trí địa lý ................................................................................................ 11
1.1.2.Địa hình địa mạo ....................................................................................... 12
1.1.3.Đặc điểm khí hậu ....................................................................................... 14
1.1.4.Mạng lưới sông ngòi .................................................................................. 20
1.1.5.Đặc điểm thủy văn ..................................................................................... 22
1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội.................................................................................... 26
1.2.1.Dân số và lao động .................................................................................... 26
1.2.2. Các ngành kinh tế ..................................................................................... 28
1.3. Hiện trạng tài nguyên nước trên lưu vực ............................................................. 28
1.3.1. Tài nguyên nước mưa ............................................................................... 28
1.3.2.Tài nguyên nước mặt ................................................................................. 29
1.3.3. Tài nguyên nước ngầm ............................................................................. 30
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG ................................ 32
2.1. Khái niệm về hệ thống nguồn nước và cân bằng nước hệ thống .......................... 32

2.2. Cơ sở xác định thứ tự ưu tiên trong chia sẻ, phân bổ tài nguyên nước ................. 32
2.2.1.Cơ sở xác định thứ tự ưu tiên trong sử dụng nước ...................................... 33
2.2.2.Thứ tự ưu tiên trong chia sẻ, phân bổ tài nguyên nước ............................... 34
2.3. Cơ sở lý thuyết của hệ thống thông tin địa lý ArcGIS ......................................... 34
2.4. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE – NAM .............................................................. 35
2.4.1.Giới thiệu về mô hình MIKE – NAM ........................................................ 35
2.4.2.Các bộ thông số mô hình chính cần hiệu chỉnh .......................................... 36
2.4.3.Ứng dụng của mô hình NAM đối với lưu vực nghiên cứu.......................... 37
2.5. Giới thiệu mô hình WEAP.................................................................................. 37
2.5.1.Tổng quan về mô hình WEAP ................................................................... 37
2.5.2.Tiếp cận mô hình WEAP ........................................................................... 39

1


2.5.3.Khả năng của mô hình WEAP ................................................................... 39
2.5.4.Sử dụng mô hình WEAP............................................................................ 40
CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC .......................... 43
3.1. Phương pháp tiếp cận bài toán cân bằng nước .................................................... 43
3.2. Phân vùng tính cân bằng nước ............................................................................ 44
3.3. Tính toán dòng chảy đến các tiểu lưu vực ........................................................... 48
3.3.1.Xác định và tính diện tích của các tiểu lưu vực khu vực nghiên cứu .......... 48
3.3.2.Xác đinh bộ thông số của mô hình cho các lưu vực khu giữa ..................... 50
3.4. Tính toán nhu cầu nước tại các tiểu vùng ............................................................ 52
3.4.1.Xác định, nhận diện các hộ ngành dùng nước chính ................................... 52
3.4.2.Nhu cầu nước cho sinh hoạt ....................................................................... 53
3.4.3.Nhu cầu cấp nước cho nông nghiệp ........................................................... 54
3.4.4.Nhu cầu cấp nước cho công nghiệp............................................................ 59
3.4.5.Nhu cầu cấp nước cho thủy sản.................................................................. 60
3.4.6.Nhu cầu cấp nước cho môi trường ............................................................. 61

3.5. Cân bằng nước ................................................................................................... 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 72

2


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Nhiệt độ bình quân tháng, năm tại các trạm trong khu vực[2] ................ 15
Bảng 1.2: Số giờ nắng bình quân tháng trung bình nhiều năm trạm thuộc khu vực
nghiên cứu (giờ)[2]................................................................................................ 15
Bảng 1.3: Lượng mưa trung bình tháng và tỉ lệ so với lượng mưa của một số trạm
thuộc khu vực nghiên cứu[3] ................................................................................. 18
Đơn vị: mm ........................................................................................................... 18
Bảng 1.4: Lượng mưa mùa lũ, mùa kiệt và tỉ lệ so với lương mưa năm[3] ............. 18
Đơn vị: mm ........................................................................................................... 18
Bảng 1.5: Tỉ lệ % lượng mưa sinh lũ xuất hiện trong các tháng mùa mưa tại một số
trạm trong vùng[3]................................................................................................. 19
Đơn vị: % .............................................................................................................. 19
Bảng 1.6: Diện tích tưới của HTTL Thạch Nham qua các năm đến nay (ha).......... 21
Bảng 1.7: Danh sách các trạm khí tượng thủy văn đo mưa trên LVS ..................... 24
Bảng 1.8: Một số đặc trưng dòng chảy tại trạm Sơn Giang thuộc lưu vực ............. 24
sông Trà Khúc[3] .................................................................................................. 24
Bảng 1.9: Phân phối dòng chảy tại trạm Sơn Giang trên lưu vực .......................... 25
sông Trà Khúc[3] .................................................................................................. 25
Bảng 1.10: Đặc trưng lũ lớn nhất trong LVS Trà Khúc .......................................... 25
(1976-2001)[3] ...................................................................................................... 25
Bảng 1.11: Dòng chảy nhỏ nhất trạm Sơn Giang LVS Trà Khúc[2] ....................... 26
Bảng 1.12: Dân số đô thị, nông thôn trên LVS Trà Khúc (người) [1] ..................... 27
Bảng 1.13: Lượng mưa trung bình các trạm trong LVS Trà Khúc[1] ..................... 29

Bảng 1.14: Đánh giá tài nguyên nước theo mô đuyn dòng chảy Mo[1]................... 30
Bảng 3.1: Các tiểu lưu vực trên LVS Trà Khúc thuộc tỉnh Quãng Ngãi ................ 47
Bảng 3.2: Các trạm mưa và trọng số mưa tính toán trong quá trình thông số hiệu
chỉnh ..................................................................................................................... 49
Bảng 3.3: Thông số đã được hiệu chỉnh ................................................................. 51
Bảng 3.4: Kết quả tính toán lưu lượng trung bình tháng,năm của các tiểu lưu vực
(m3/s)..................................................................................................................... 51
Bảng 3.5: Xác định các hộ, ngành sử dụng nước chính trên các tiểu lưu vực thuộc
LVS Trà Khúc[7] .................................................................................................. 53
Bảng 3.6: Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt trong tỉnh Quảng Ngãi [7] ..................... 54
Bảng 3.7: Nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt phân theo LVS ............................. 54
Bảng 3.8: Diện tích tưới thượng lưu LVS Trà Khúc .............................................. 55
Bảng 3.9: Diện tích tưới hạ lưu LVS Trà Khúc ...................................................... 55
Bảng 3.10: Mức tưới tại mặt ruộng vùng thượng và hạ lưu LVS Trà Khúc [7] ...... 57

3


Bảng 3.11: Nhu cầu sử dụng nước cho tưới nông nghiệp vùng thượng lưu ............ 58
Bảng 3.12: Nhu cầu sử dụng nước cho tưới nông nghiệp vùng hạ lưu (m3/năm) .... 58
Bảng 3.13: Nhu cầu sử dụng nước ngành công nghiệp trên địa bàn tỉnh Quảng
Ngãi
.......................................................................................................... 59
Bảng 3.14 : Nhu cầu nước cho thủy sản ................................................................. 60
Bảng 3.15: Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước của các ngành năm 2012 ................... 62
Bảng 3.16: Kết quả tính toán cân bằng nước hiện trạng năm 2012 (triệu m3) ........ 65
Bảng 3.16: Kết quả tính toán cân bằng nước hiện trạng năm 2020 (triệu m3) ........ 66
Bảng 3.17 : Kết quả tính toán cân bằng nước các kịch bản giai đoạn 2012-2020
(triệu m3) ............................................................................................................... 69

4


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Bản đồ LVS Trà Khúc tỉnh Quảng Ngãi................................................. 11
Hình 1.2: Bản đồ đẳng trị mưa năm tỉnh Quảng Ngãi[2] ........................................ 17
Hình 1.3: Mạng lưới sông ngòi tỉnh Quảng Ngãi ................................................... 20
Hình 1.4: Đập Thạch Nham LVS Trà Khúc ........................................................... 22
Hình 1.5: Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn của Tỉnh Quảng Ngãi .......... 23
Hình 2.1: Cấu trúc mô hình NAM[8] ..................................................................... 36
Hình 2.2: Mô hình WEAP ..................................................................................... 38
Hình 3-1: Sơ đồ tính toán cân bằng nước áp dụng cho LVS Trà Khúc[8]............... 43
Hình 3-2: Hướng dòng chảy trong mô hình dòng chảy 8 hướng............................. 45
Hình 3.3: Bản đồ số độ cao (DEM) khu vực tỉnh Quãng Ngãi ............................... 45
Hình 3.4: Phân vùng LVS Trà Khúc ...................................................................... 46
Hình 3.5: Địa phận hành chính trên LVS Trà Khúc thuộc ...................................... 47
tỉnh Quãng Ngãi .................................................................................................... 47
Hình 3.6: Hình vẽ phân chia các tiểu LVS Trà Khúc ............................................. 48
Hình 3.7: Xác định trọng số các trạm mưa trên các tiểu lưu vực bằng phương pháp
đa giác Thiessen .................................................................................................... 49
Hình 3.8: Kết quả hiệu chỉnh tại trạm Sơn Giang LVS Trà Khúc năm 2011 .......... 52
Hình 3.9: Kết quả hiệu chỉnh tại trạm Sơn Giang LVS Trà Khúc năm 2012 .......... 52
Hình 3.10: Giao diện của lưu vực trong WEAP ..................................................... 63
Hình 3.11: Sơ đồ mô hình hóa tính toán cân bằng nước ......................................... 63
Hình 3.12: Thống kê các thành phần được xây dựng và đưa vào mô hình đối với bài
toán cân bằng nước hiện trạng năm 2012 lưu vực sông Trà Khúc: Schematicview và
Data view .............................................................................................................. 64
Hình 3.13 : Biểu đồ kết quả tính toán lượng nước thiếu giai đoạn 2012-2020 ........ 65
Hình 3.14: Xây dựng kịch bản và tính toán cân bằng nước theo các kịch bản ........ 67
Hình 3.15: Kịch bản gia tăng dân số ...................................................................... 67

Hình 3.16: Kịch bản biến đổi khí hậu .................................................................... 68
Hình 3.17: Biểu đồ kết quả tính toán lượng nước thiếu qua các kịch bản ............... 68

5


DANH MỤC VIẾT TẮT
DEM:

Digital Elevation Model

GIS:

Hệ thống thông tin địa lý Geographic Imformation System

HEC:

Hydrologic Engineering Center

HTTL:

Hệ thống thủy lực

KCN,CN:

Khu công nghiệp, công nghiệp

KTSD:

Khai thác sử dụng

MIKE:

Bộ mô hình thủy lực và thủy văn lưu vực Viện Thủy lực Đan Mạch

NAM:

Bộ mô hình thủy lực và thủy văn lưu vực Viện Thủy lực Đan Mạch

LVS:

Lưu vực sông

WEAP:

Mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước (Water

Evaluation and Planning System)

6


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước là một nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng và thiết yếu cho sự phát
triển kinh tế xã hội của con người và hệ sinh thái môi trường. Tuy nhiên trong
những thập niên gần đây sự gia tăng dân số và quá trình đô thị hóa và công nghiệp
hóa đã tác động mạnh mẽ và làm suy thoái nguồn tài nguyên nước của các LVS,
khiến tình trạng thiếu nước trở nên trầm trọng ở nhiều trên thế giới trong đó có nước
ta. Từ đó đòi hỏi các nước cần có những biện pháp và phương thức khai thác sử

dụng, quản lý và bảo vệ nguồn tài nguyên này đảm bảo tài nguyên nước các LVS
chống suy thoái và cạn kiệt.
Trà Khúc là LVS lớn nhất tỉnh Quảng Ngãi cũng là một trong những LVS
lớn của vùng ven biển miền Trung Trung Bộ nước ta. Sông Trà Khúc có tiềm năng
nguồn nước rất phong phú với mô đuyn dòng chảy nhiều năm M0 của lưu vực đạt 70
l/s.km2. Nhưng do tồn tại trong khai thác sử dụng và bảo vệ nguồn nước đã khiến
nguồn nước của sông ở khu vực ha lưu nhất là đoạn sông chảy qua Thành phố
Quảng Ngãi ra đến cửa sông đang bị suy thoái và cạn kiệt tương đối nghiêm trọng
trong thời gian mùa kiệt. Hơn nữa, việc nắng nóng kéo dài, biến đổi khí hậu và các
thiên tai….càng làm cho tài nguyên nước trên lưu vực ngày càng suy thoái và cạn
kiệt và cứ kéo dài thì tương lai có thể gây ra đứt dòng nếu không có giải pháp giải
quyết kịp thời. Tình trạng này đã gây ra những tác động tiêu cực đến các tài nguyên
khác, làm suy thoái hệ sinh thái và môi trường dòng sông và gây khó khăn cho dân
cư các vùng ở khu vực hạ lưu. LVS Trà Khúc là vùng kinh tế nông lâm nghiệp phát
triển, có nhiều cụm công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, có nhiều loại cây công
nghiệp ngắn ngày… nhưng thực trạng thiếu nước, hạn hán, khai thác tài nguyên trên
lưu vực quá mức và đã xuất hiện nhiều điểm ô nhiễm ảnh hưởng đến nguồn nước.
Đặc biệt việc phân bổ nguồn tài nguyên nước trên lưu vực chưa được quan tâm một
cách đúng mức, xung đột sử dụng nước giữa các ngành nghề như nông nghiệp, công
nghiệp, du lịch, sinh hoạt,… Chính vì vậy, cần có đánh giá đúng mức tài nguyên

7


nước trên lưu vực và phân bổ nguồn tài nguyên nước nhất là mùa kiệt trên lưu vực
đang là nhiệm vụ quan trọng để đảm bảo nguồn nước trên lưu vực khai thác, sử
dụng một cách hợp lý, hướng đến phát triển bền vững nguồn tài nguyên nước trên
LVS Trà Khúc.
WEAP là một công cụ mô phỏng định lượng cho việc quản lý tổng hợp tài
nguyên nước trên máy tính có nhiều chức năng đồ hoạ, cung cấp một khung phân

tích chính sách về tài nguyên nước tổng quát, linh hoạt, dễ sử dụng. WEAP giúp mô
phỏng, dự báo và phân tích các chính sách về nước với việc theo dõi các chỉ số về
cung và cầu, lưu lượng, dòng chảy, trữ lượng, phát sinh, xử lý và xả thải ô nhiễm,
giúp đánh giá một loạt các phương án phát triển và quản lý nước khác nhau, tính
đến nhiều hệ thống khác nhau có sử dụng chung nguồn nước...Hiện nay việc kết
hợp WEAP với các mô hình thuỷ văn đã được sử dụng rất nhiều trên thế giới và ở
nước ta. Việc ứng dụng mô hình WEAP ở nước ta đã có một số nghiên cứu như :
Nghiên cứu áp dụng mô hình WEAP tính cân bằng nước LVS Vệ của kỹ sư Nguyễn
Ngọc Hà; Ứng dụng mô hình WEAP tính toán cân bằng nước trên địa bàn
huyện Lạc Dương - tỉnh Lâm Đồng (Bùi Thị Ninh và nnk, 2008). Đã nghiên cứu,
phân tích tổng quan về cân bằng nước hệ thống, ý nghĩa của việc nghiên cứu tính
toán cân bằng nước; tình hình nghiên cứu tính toán cân bằng nước ở Việt Nam và
trên thế giới. Xem xét các vấn đề liên quan đến nguồn nước trên LVS. Mô hình
WEAP cho thấy khả năng ứng dụng khá tốt đối với bài toán cân bằng nước, khả
năng xây dựng kịch bản nhanh chóng và trực quan. Do vậy, một nghiên cứu ứng
dụng mô hình WEAP tính toán cân bằng nước trên LVS Trà Khúc là cần thiết, vừa
mang tính khoa học và thực tiễn đã được đề xuất thực hiện nay.
Tính toán cân bằng nước nhằm mục đích xác định một vùng, một lưu vực
hay một phân khu, tiểu lưu vực nào đó có đủ nước, thừa nước hay thiếu nước. Hay
không trong các điều kiện phát triển tài nguyên nước khác nhau trong các trường
hợp bình thường hay hạn hán đến cùng với phương án khai thác sử dụng khác nhau.
Với mục tiêu nghiên cứu hệ thống quy hoạch và đánh giá nguồn nước trong
tính toán cân bằng sử dụng nước trên LVS và ứng dung của nó trong chuyên ngành

8


thuỷ văn nhằm củng cố kiến thức của các môn học trên lớp kỹ năng tìm hiểu, nghiên
cứu, phân tích tài liệu. Xuất phát từ yêu cầu thực tế và mục đích đề ra em đã lựa
chọn đề tài: Áp dụng mô hình WEAP tính toán cân bằng nước LVS Trà Khúc - tỉnh

Quãng Ngãi.
2. Mục tiêu đề tài
Tính toán cân bằng nước cụ thể là nghiên cứu áp dụng mô hình WEAP tính toán
cân bằng nước trên LVS Trà Khúc tỉnh Quảng Ngãi.
3. Giới hạn, phạm vi nghiên cứu
Phân vùng tính toán cân bằng nước LVS Trà Khúc, tỉnh Quảng Ngãi.
4. Nội dung đề tài
Khảo sát, điều tra và thu thâp thông tin dữ liệu số liệu tổng quan trên LVS
Trà Khúc.
Xác định hiện trạng và phân bố của tài nguyên nước
Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý G.I.S cụ thể là phầm mềm HEC – GEO
HMS để phân vùng tài nguyên nước trên lưu vực.
Tính toán khôi phục số liệu dòng chảy và nhu cầu nước của các tiểu lưu vực.
Tính toán cân bằng nước trên lưu vực nghiên cứu.
Kiến nghị về khả năng khai thác sử dụng tài nguyên nước trong lưu vực để
đảm bảo phát triển bền vững.
5.

Kết cấu đề tài

Chương I. Tổng quan về LVS Trà Khúc
Chương II. Tổng quan cân bằng nước hệ thống
Chương III. Cân bằng nước LVS Trà Khúc
6. Phương pháp nghiên cứu
6.1. Phương pháp kế thừa:
Áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và công nghệ hiện có trên thế giới
và trong nước. Áp dụng phương pháp đánh giá tính dễ tổn thương của tài nguyên

9

nước ngọt của UNEP (Tổ chức môi trường thế giới) và các kết quả nghiên cứu áp
dụng của phương pháp này đã đánh giá cho các khu vực khác trên thế giới như: Khu
vực Tây Á và Nam Á, LVS Mekong…
6.2. Phương pháp thu thập số liệu:
Thu thập và tổng hợp các tài liệu hiện có liên quan như điều kiện tự nhiên,
thủy văn, môi trường, phát triển kinh tế - xã hội ... từ đó xử lý dữ liệu hiện có.
Xem lại các kết quả nghiên cứu, thống kê của các địa phương trên lưu vực.
Tìm kiếm thông tin trên internet hoặc lưu trữ thư viện.
6.3. Phương pháp thống kê:
Thu thập tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài về: điều kiện tự nhiên,
thủy văn, hồ chứa, và các mô hình ứng dụng trong đề tài.
6.4. Phương pháp mô hình toán:
Mô hình ArcGIS cụ thể là công cụ phân vùng HEC-GEO HMS
Mô hình MIKE - NAM
Mô hình WEAP

10