Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN tính cân bằng nước lưu vực sông Lô (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN
TÍNH CÂN BẰNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG LÔ

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC

NGUYỄN TRỌNG CƯỜNG

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN
TÍNH CÂN BẰNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG LÔ
CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC
MÃ SỐ: 62.44.02.24
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. HOÀNG NGỌC QUANG

HÀ NỘI, NĂM 2017


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS. Hoàng Ngọc Quang
Cán bộ hướng dẫn phụ:
Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Kiên Dũng
Cán bộ chấm phản biện 2: PGS. TS. Hoàng Minh Tuyển

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 27 tháng 09 năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là
trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Trọng Cường


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thực hiện, luận văn được hoàn thành tại Khoa Khí tượng
Thủy văn, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, dưới sự hướng dẫn
của PGS.TS. Hoàng Ngọc Quang. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất
tới thầy, người đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ bảo, truyền kiến thức và kinh nghiệm cho
tôi hoàn thành luận văn nay.
Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo trong Khoa Khí
tượng Thủy văn, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tham gia góp

ý, giúp đỡ và tạo điều kiện trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cùng với sự chỉ
bảo của các anh chị ở Trung tâm Sông của Viện Khoa hoc Thủy lợi đã giúp tôi hoàn
thành luận văn.
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn do nhiều nguyên nhân
khách quan và chủ quan nên những vấn đề được trình bày trong bài không thể tránh
khỏi những hạn chế và thiếu sót. Vì vậy, rất mong nhận được sự cảm thông và góp
ý của các thầy cô giáo cùng đồng nghiệp để cho luận văn được hoàn thiến tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Học viên

Nguyễn Trọng Cường


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
TÓM TẮT LUẬN VĂN
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
I. TÍNH CẤP THIẾT...................................................................................................1
II. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN ..............................................................................2
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................................................................2
IV. CẤU TRÚC LUẬN VĂN .....................................................................................2
CHƯƠNG I .................................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................................3
1.1 CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN .........................................................................3
1.1.1 Hệ thống nguồn nước .........................................................................................3

1.1.2 Khái niệm cân bằng nước hệ thống ....................................................................3
1.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .......4
1.2.1 Tổng quan kết quả nghiên cứu ngoài nước ........................................................4
1.2.2 Tổng quan kết quả nghiên cứu trong nước ........................................................6
1.2.3 Tình hình nghiên cứu trên lưu vực sông Lô .......................................................7
1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG LÔ ....9
1.3.1 Vị trí địa lý .........................................................................................................9
1.3.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo................................................................................9
1.3.3 Đặc điểm địa chất .............................................................................................12
1.3.4 Điều kiện thảm phủ thực vật ............................................................................13
1.3.5 Điều kiện thổ nhưỡng .......................................................................................14


1.3.6 Đặc điểm khí hậu .............................................................................................16
1.3.7 Đặc điểm của chế độ Thủy văn ........................................................................19
1.4 TỔNG QUAN VỀ KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG LÔ .........................24
1.4.1 Đặc điểm dân cư ...............................................................................................24
1.4.2 Tình hình phát triển kinh tế - xã hội.................................................................25
1.5 GIỚI THIỆU MỘT SỐ MÔ HÌNH TÍNH CÂN BẰNG NƯỚC ........................27
1.5.1 Hệ thống mô hình GIBSI .................................................................................27
1.5.2 Chương trình Sử dụng nước (Water Utilization Project) .................................28
1.5.3 Mô hình BASINS .............................................................................................29
1.5.4 Mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước WEAP .........................30
1.5.5 Bộ mô hình MIKE (DHI) .................................................................................31
CHƯƠNG II MỘT SỐ MÔ HÌNH PHỤC VỤ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC
LƯU VỰC SÔNG LÔ ..............................................................................................32
2.1 MÔ HÌNH NAM .................................................................................................32
2.1.1 Khái quát về mô hình NAM .............................................................................32
2.1.2 Các thông số cơ bản của mô hình NAM ..........................................................33
2.1.3 Các yếu tố chính của mô hình NAM ................................................................34

2.1.4 Dữ liệu đầu vào và đầu ra của mô hình NAM .................................................38
2.1.5 Phân chia lưu vực sông Lô từ mạng lưới trạm thủy văn ..................................39
2.1.6 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình NAM..........................................................41
2.1.7 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định bằng mô hình NAM ....................................42
2.2 MÔ HÌNH CROPWAT TÍNH NHU CẦU TƯỚI ..............................................43
2.2.1 Giới thiệu chung về mô hình CROPWAT .......................................................43
2.2.2 Các dữ liệu đầu vào và ra của mô hình ............................................................43
2.2.3 Xác định chỉ tiêu và điều kiện tính toán của các ngành dùng nước .................45
2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH MIKE BASIN .....................................48
2.3.1 Giới thiệu chung ...............................................................................................48
2.3.2 Giới thiệu về mô hình MIKE BASIN ..............................................................48
2.3.3 Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE BASIN ....................................................49


2.3.4 Số liệu đầu vào và đầu ra mô hình ...................................................................51
CHƯƠNG III KẾT QUẢ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN CÂN BẰNG
NƯỚC HỆ THỐNG LƯU VỰC SÔNG LÔ ............................................................53
3.1 PHÂN VÙNG TÍNH CÂN BẰNG NƯỚC ........................................................53
3.1.1 Nguyên tắc phân vùng sử dụng nước ...............................................................53
3.1.2 Sơ đồ các vùng cân bằng nước .........................................................................54
3.2 TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY ĐẾN CHO MÔ HÌNH MIKE BASIN .................56
3.3 TÍNH TOÁN NHU CẦU NƯỚC TẠI CÁC TIỂU VÙNG ................................58
3.4 CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG CHO LƯU VỰC SÔNG LÔ .......................60
3.4.1 Sơ đồ hóa tính toán cân bằng nước lưu vực sông Lô .......................................60
3.4.2 Tính cân bằng nước hiện trạng cho lưu vực sông Lô .......................................61
3.4.3 Kết quả tính cân bằng nước hiện trạng năm 2015 ...........................................63
3.4.4 Tính cân bằng nước theo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến 2025 .........66
3.4.5 Kết quả tính cân bằng nước theo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến năm
2025 ...........................................................................................................................66
3.5 GIẢI PHÁP .........................................................................................................68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................70
I. KẾT LUẬN ............................................................................................................70
1.1 Kết quả nghiên cứu .............................................................................................70
1.2 Những hạn chế, tồn tại ........................................................................................71
II. KIẾN NGHỊ ..........................................................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................72
PHỤ LỤC


TÓM TẮT LUẬN VĂN
+ Họ và tên học viên: Nguyễn Trọng Cường
+ Lớp: CH1T

Khoá: 1

+ Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Hoàng Ngọc Quang
+ Tên đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN tính cân bằng
nước lưu vực sông Lô”
+ Tóm tắt: những nội dung chính được nghiên cứu trong luận văn và kết quả
đạt được.
Với đề tài trên tác giả đã phân tích, đánh giá các điều kiện địa lý tự
nhiên và dân sinh kinh tế xã hội của lưu vực nghiên cứu để phân chia các tiểu
vùng cân bằng nước, cũng như thống kê đánh giá và xác định nhu cầu sử
dụng nước cho các ngành kinh tế dùng nước của 13 tiểu vùng cân bằng nước.
Vận dụng mô hình NAM để khôi phục số liệu dòng chảy từ mưa và mô hình
CROPWAT tính nhu cầu tưới cho nông nghiệp của 13 tiểu vùng tạo số liệu
đầu vào cho mô hình MIKE BASIN.
Ứng dụng thành công mô hình MIKE BASIN tính cân bằng nước hệ
thống cho lưu vực sông Lô theo phương án hiện trạng và quy hoạch phát triển
kinh tế xã hội. Kết quả thu được từ mô hình là lượng nước đến và lượng nước

thiếu tại các nút tưới (Irrigation node) và nút cấp nước (Water supply node).
So với hiện trạng thì phương án quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến năm
2025, cho thấy tình trạng thiếu nước không những tăng lên về lượng mà còn
kéo dài về thời gian thiếu nước.
Chính vì vậy, tác giả đã đưa ra một số giải pháp để đảm bảo cho tài
nguyên nước không bị cạn kiệt như: như phải có biện pháp bổ sung nước cho
mùa kiệt, trữ nước trong mùa mưa, giải quyết bài toán vận hành hồ chứa, quy
hoạch tổng thể tài nguyên nước lưu vực để đảm bảo phát triển bền vững.


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Lượng mưa bình quân tháng và năm các trạm trên lưu vực sông Lô ........16
Bảng 1.2 Lượng bốc hơi bình quân tháng và năm các trạm trên lưu vực .................17
Bảng 1.3 Hiện trạng các công trình thủy lợi trên lưu vực sông Lô ...........................24
Bảng 1.4 Diện tích các đơn vị sử dụng đất trên lưu vực sông Lô. ............................26
Bảng 2.1 Các thông số của mô hình NAM ...............................................................33
Bảng 2.2 Chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của mô hình NAM ........................................37
Bảng 2.3 Danh sách các trạm khí tượng sử dụng trong mô hình NAM ...................38
Bảng 2.4 Các trạm mưa và trọng số mưa tính toán trong quá trình hiệu chỉnh và
kiểm định bộ thông số ...............................................................................................40
Bảng 2.5 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình NAM ......................................41
Bảng 2.6 Các bộ thông số và độ hữu hiệu của mô hình NAM .................................42
Bảng 2.7 Danh sách các trạm khí tượng dùng để tính toán ......................................44
Bảng 2.8 Chỉ tiêu cấp nước sinh hoạt .......................................................................45
Bảng 2.9 Chỉ tiêu dùng nước cho chăn nuôi .............................................................46
Bảng 2.10 Bảng thống kê gia súc gia cầm trong lưu vực Lô ....................................46
Bảng 2.11 Lượng nước dùng cho nuôi trồng thủy sản ..............................................47
Bảng 3.1 Diện tích và dân số các tiểu lưu vực trên sông Lô ....................................54
Bảng 3.2 Các tiểu vùng sử dụng nước trong lưu vực sông Lô .................................55
Bảng 3.3 Kết quả tính toán lưu lượng bình quân Tháng, Năm cho các tiểu vùng

cân bằng nước lưu vực sông Lô ..............................................................................57
Bảng 3.4 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước tại tiểu vùng L5 .....................................58
Bảng 3.5 Tổng hợp nhu cầu của các ngành dùng nước ............................................59
Bảng 3.6 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước của các tiểu vùng ..................................60
Bảng 3.7 Hiện trạng dùng nước của các ngành kinh tế trên lưu vực .......................63
Bảng 3.8 Lượng nước thiếu hụt theo thời đoạn tháng năm 2015 .............................64
Bảng 3.9 Lượng nước thiếu hụt theo quy hoạch đến năm 2025. ..............................66


Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn full