Luận văn ỨNG DỤNG MÔ HÌNH WEAP TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC – NGHIÊN CỨU TẠI TRUNG TÂM NÔNG NGHIỆP MÙA XUÂN, HUYỆN PHỤNG HIỆP – TỈNH HẬU GIANG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.66 MB, 127 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH WEAP
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC – NGHIÊN CỨU TẠI
TRUNG TÂM NÔNG NGHIỆP MÙA XUÂN,
HUYỆN PHỤNG HIỆP – TỈNH HẬU GIANG
SINH VIÊN THỰC HIỆN
HUỲNH GIA BỬU
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Cần Thơ, tháng 5/2017
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH WEAP
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC – NGHIÊN CỨU TẠI
TRUNG TÂM NÔNG NGHIỆP MÙA XUÂN,
HUYỆN PHỤNG HIỆP – TỈNH HẬU GIANG
SINH VIÊN THỰC HIỆN
HUỲNH GIA BỬU
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Cần Thơ, tháng 5/2017
Luận Văn Tốt Nghiệp
1
Ngành QLTN&MT
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
1.2.1
Mục tiêu tổng quát
1.2.2
Mục tiêu cụ thể
1.3 Nội dung nghiên cứu
1.3.1. Nội dung thực hiện của mục tiêu 1
1.3.2. Nội dung thực hiện của mục tiêu 2
1.3.3. Nội dung thực hiện của mục tiêu 3
1.4 Phạm vi nghiên cứu
CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Mô hình toán thủy văn
2.1.1
Mô hình toán thủy văn là gì?
2.1.2
Các loại mô hình toán thủy văn
2.2 Cân bằng nước
2.2.1
Khái niệm chung về cân bằng nước
2.2.2
Phương trình cân bằng nước
2.3 Mô hình liên quan tới cân bằng nước
2.3.1
Mô hình IQQM ( Intergrated Quantiny and Quality Model)
2.3.2
Mô hình MIKE BASIN
2.3.3
Mô hình WEAP ( Water Evaluation and Planning System)
2.4 Các nghiên cứu trước đây liên quan tới cân bằng nước
2.4.1
Ngoài nước
2.4.2
Trong nước
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Giới thiệu về vùng nghiên cứu
2
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
3.1.1
Điều kiện tự nhiên
3.1.2
Điều kiện kinh tế - Xã hội
3.1.3
Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội
3.1.4
Tiến trình thực hiện đề tài
3.2 Phương pháp thu thập số liệu
3.2.1
Thu thập số liệu sơ cấp
3.2.2
Thu thập các số liệu thứ cấp
3.3 Phương pháp xử lý số liệu
3.3.1
Phương pháp thống kê mô tả
3.3.2
Mô hình toán
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Đánh giá hiện trạng quản lý thủy lợi ở khu vực nghiên cứu
4.2 Biến động dòng chảy mặt trong mùa khô và mùa khô năm 2016
4.2.1 Khảo sát đo sâu kết hợp với đo lưu tốc và đo đạc mực nước
4.2.2 Lưu lượng tổng quan trong mùa khô và mùa mưa
4.3. Ứng dụng mô hình WEAP để tính cân bằng nước trong mùa khô và mùa mưa
.................................................................................................................................
4.3.1
Sơ đồ mạng lưới cân bằng nước ở Trung tâm nông nghiệp Mùa Xuân
4.3.2
Dữ liệu cho mô hình WEAP
4.3.3
Tổng lượng dòng chảy đến của khu vực nghiên cứu
4.3.5 Mức độ cung cấp nước và nhu cầu chưa được đáp ứng sử dụng nước
trong khu vực nghiên cứu
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 Kết luận
5.2 Kiến nghị
3
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
DANH MỤC BẢNG
Bảng
Tên bảng
Tra
Bảng 3.1 Phân loại và quy mô diện tích các loại đất..........................................................18
Bảng 3.2 Điểm đo đạc, khảo sát vị trí các điểm quan trắc ở các kênh..............................24
Bảng 3.3 Diện tích cây trồng chính ở TTNN Mùa Xuân (ha)...........................................34
Bảng 3.4 Diện tích cây trồng chính và đất rừng theo khu vực ở TTNN Mùa Xuân..........34
Bảng 3.5 Mức tưới theo năm cho các loại cây trồng trong nông nghiệp ở TTNN Mùa Xuân
(m3/ha)................................................................................................................................35
Bảng 3.6 Giá trị biến đỗi theo tháng của từng loại cây trồng trong nông nghiệp ở TTNN
Mùa Xuân (%)....................................................................................................................35
Bảng 3.7 Sự bốc hơi (ET) và thẩm thấm (S&P) từ hồ chứa tràm......................................35
Bảng 3.8 Thực trạng phân bố dân số của trung tâm năm 2012..........................................36
Bảng 3.9 Số hộ, số dân được phân chia theo khu vực ở TTNN Mùa Xuân.......................38
Bảng 3.10 Chỉ tiêu cấp nước sinh hoạt các cấp đô thị........................................................38
Bảng 4.1 Thống kê kênh mương tại trung tâm...................................................................39
Bảng 4.2 Thống kê cống lớn tại trung tâm.........................................................................42
Bảng 4.3 Hệ thống thủy lợi ở Trung tâm Nông nghiệp Mùa Xuân năm 2016................42Y
4
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
DANH MỤC HÌNH
Hình
Tên hình
Tra
Hình 1.1 Bản đồ phân vùng đất đai ở Trung tâm nông nghiệp Mùa Xuân năm 2015..........1
Hình 2.1 Sơ đồ phân loại mô hình thủy văn.........................................................................6
Hình 2.2 Lưu vực sông và các thành phần cán cân nước.....................................................7
Hình 3.1 Bản đồ kênh Trung tâm nông nghiệp Mùa Xuân năm 2016................................16
Hình 3.2 Sơ đồ tiến trình thực hiện đề tài..........................................................................22
Hình 3.3 Bản đồ vị trí đo đạc, khảo sát ở vùng nghiên cứu..............................................23
Hình 3.4 Sơ đồ tính toán diện tích mặt cắt.........................................................................28
Hình 3.5 Sơ đồ tính toán lưu lượng nước...........................................................................29
Hình 3.6 Sơ đồ mô phỏng các bước tiến hành xây dựng cơ sở dữ liệu..............................30
Hình 3.7 Sơ đồ tiến trình sử dụng mô hình WEAP............................................................31
Hình 3.8 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất Trung tâm nông nghiệp Mùa Xuân.....................33
Hình 3.9 Bản đồ hệ thống nhà Trung tâm nông nghiệp Mùa Xuân....................................37
Hình 4.1 Bản đồ cao trình ở Trung tâm Nông nghiệp Mùa Xuân......................................44
Hình 4.2 Cao trình mặt cắt ngang của điểm Mù U và Cầu Đúc.........................................45
Hình 4.3 Cao trình mặt cắt ngang của điểm Cây Gáo và Thủy sản....................................46
Hình 4.4 Cao trình mặt cắt ngang của điểm Trung tâm và Trường học.............................47
Hình 4.5 Biểu đồ kết hợp mặt cắt ngang và lưu tốc điểm đo của trạm Cầu Đúc...............48
Hình 4.6 Biểu đồ kết hợp mặt cắt ngang và lưu tốc điểm đo của trạm Trường học...........49
Hình 4.7 Biểu đồ kết hợp mặt cắt ngang và lưu tốc điểm đo của trạm Cầu sắt.................49
Hình 4.10 Biểu đồ mặt cắt ngang kết hợp lưu tốc điểm đo của trạm Thủy sản.................51
Hình 4.11 Lưu tốc trung bình bộ phận của từng điểm khảo sát trong mùa khô.................51
Hình 4.12 Biểu đồ kết hợp mặt cắt ngang và lưu tốc điểm đo của trạm Cầu Đúc.............52
Hình 4.13 Biểu đồ kết hợp mặt cắt ngang và lưu tốc điểm đo của trạm Trường học.........53
Hình 4.14 Biểu đồ kết hợp mặt cắt ngang và lưu tốc điểm đo của trạm Cầu sắt...............53
Hình 4.15 Biểu đồ kết hợp mặt cắt ngang và lưu tốc điểm đo của trạm Trung tâm...........54
Hình 4.16 Biểu đồ mặt cắt ngang kết hợp lưu tốc điểm đo của trạm Thủy sản.................54
Hình 4.18 Lưu tốc trung bình mỗi thủy trực của từng điểm khảo sát trong mùa mưa.......55
Hình 4.19 Bản đồ hướng dòng chảy trong hệ thống kênh tại khu vực nghiên cứu............56
Hình 4.20 Biểu đồ tương quan mùa khô giữa trạm Phụng Hiệp so với điểm Mù U..........57
Hình 4.21 Biểu đồ tương quan mùa mưa giữa trạm Phụng Hiệp so với điểm Mù U.........57
Hình 4.22 Đường quá trình bình quân mực nước theo ngày từ tháng 12/2015 đến tháng
5/2016 tại trạm Phụng Hiệp so với điểm Cầu Đúc.............................................................58
5
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
Hình 4.23 Đường quá trình bình quân mực nước theo ngày từ tháng 12/2015 đến tháng
5/2016 tại trạm Phụng Hiệp so với điểm Mù U..................................................................58
Hình 4.24 Đường quá trình mực nước từ 12/2015 đến 5/2016 tại trạm Phụng Hiệp so với
điểm Thủy sản....................................................................................................................59
Hình 4.25 Đường quá trình bình quân mực nước theo ngày từ tháng 12/2015 đến tháng
5/2016 tại trạm Phụng Hiệp so với điểm Trung tâm..........................................................59
Hình 4.26 Đường quá trình bình quân mực nước theo ngày từ tháng 12/2015 đến tháng
5/2016 tại trạm Phụng Hiệp so với điểm Trường học........................................................60
Hình 4.27 Đường quá trình bình quân mực nước theo ngày từ tháng 12/2015 đến tháng
5/2016 tại trạm Phụng Hiệp so với điểmCầu Sắt...............................................................60
Hình 4.28 Đường quá trình mực nước bình quân tháng trong mùa khô............................61
Hình 4.29 Đường quá trình bình quân mực nước theo ngày từ tháng6/2016 đến tháng
11/2016 tạitrạm Phụng Hiệp so với điểm Cầu Đúc............................................................62
Hình 4.30 Đường quá trình bình quân mực nước theo ngày từ tháng6/2016 đến tháng
11/2016 tạitrạm Phụng Hiệp so với điểm Mù U.................................................................62
Hình 4.31 Đường quá trình bình quân mực nước theo ngày từ tháng6/2016 đến tháng
11/2016 tạitrạm Phụng Hiệp so với điểm Thủy sản...........................................................63
Hình 4.32 Đường quá trình bình quân mực nước theo ngày từ tháng6/2016 đến tháng
11/2016 tạitrạm Phụng Hiệp so với điểm Trung tâm.........................................................63
Hình 4.33 Đường quá trình bình quân mực nước theo ngày từ tháng6/2016 đến tháng
11/2016 tạitrạm Phụng Hiệp so với điểm Trường Học.......................................................64
Hình 4.34 Đường quá trình bình quân mực nước theo ngày từ tháng6/2016 đến tháng
11/2016 tạitrạm Phụng Hiệp so với điểm Cầu Sắt..............................................................64
Hình 4.35 Đường quá trình mực nước bình quân tháng trong mùa mưa...........................65
Hình 4.36 Biểu đồ lưu lượng tại các điểm quan sát trong mùa khô...................................66
Hình 4.37 Biểu đồ lưu lượng tại các điểm quan sát trong mùa mưa..................................67
Hình 4.38 Sơ đồ mạng lưới các nút sử dụng nước trên hệ thống dòng chảy tại TTNN Mùa
Xuân trong WEAP..............................................................................................................68
Hình 4.39 Tổng lượng dòng chảy đến của khu vực nghiên cứu.........................................69
Hình 4.41 Nhu cầu nước của các nút nhu cầu nước trong khu vực nghiên cứu năm 2016 71
Hình 4.42 Mức độ cung cấp nước trong khu vực nghiên cứu............................................73
Hình 4.43 Nhu cầu chưa được đáp ứng sử dụng nước trong khu vực nghiên cứu..........73Y
6
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ST
T
Danh mục
Từ viết tắt
1
Mô hình tính nhu cầu tưới của cây trồng theo chỉ tiêu sinh
thái
CROPWAT
2
Đồng bằng sông Cửu Long
ĐBSCL
3
Intergrated Quantiny and Quality Model
IQQM
4
Geographic Information Systems (Hệ thống thông tin đại
lý)
5
Bộ mô hình tổng hợp của Canada
GIBSI
6
Khí tượng thủy văn
KTTV
7
Bộ mô hình thủy lực và thủy văn lưu vực Viện Thủy lực
Đan Mạch
MIKE
8
Nông nghiệp – Phát triển nông thôn
9
Quản Lộ – Phụng Hiệp
10
Quyết Định
11
Mô hình tính toán thủy văn-thủy lực (Storm Water
ManagementModel)
12
Trung tâm Nông nghiệp Mùa Xuân
13
Ủy Ban Nhân Dân
UBND
14
Mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước
(Water Evaluation and Planning System)
WEAP
7
GIS
NN-PTNT
QL–PH
QĐ
SWMM
TTNN Mùa
Xuân
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Trung tâm Nông nghiệp Mùa Xuân (TTNN Mùa Xuân) là đơn vị trực thuộc Khu
Bảo tồn Thiên nhiên Lung Ngọc Hoàng, tỉnh Hậu Giang với tổng diện tích tự nhiên
1,434.89 ha, là nơi bảo tồn các loại động, thực vật quý hiếm và cũng là vùng hoạt
động sản xuất nông nghiệp (Hình 1.1).
Hình 1.1 Bản đồ phân vùng đất đai ở Trung tâm nông nghiệp Mùa Xuân năm 2015
(Nguồn: cơ quan quản lý trung tâm, 2015)
Trong đó, có khoảng hơn 30 loài chim đã về sinh sống trú ngụ với tổng đàn dao
dộng từ 3500 - 4000 cá thể. Trung tâm được chia thành 5 phân khu chức năng: (1)
Phân khu hành chính; (2) Phân khu sản xuất nông nghiệp – thủy sản – chăn nuôi;
(3) Phân khu vườn chim; (4) Phân khu du lịch sinh thái; (5) Phân khu đất rừng.
Chế độ thủy văn chịu ảnh hưởng lớn của 2 kênh (kênh Quản lộ và Sóc Trăng).Thủy
triều trong ngày lên xuống 2 lần. Chế độ nước phụ thuộc hoàn toàn theo mùa mưa
và mùa khô. Kênh Quản Lộ – Phụng Hiệp (QL–PH) là nguồn nước mặt chủ yếu
trong đó có nhiều kênh rạch phục vụ cho phát triển nông nghiệp ở vùng nghiên
cứu.Chế độ mưa phân bố theo mùa rõ rệt, trong đó mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 và
chấm dứt vào cuối tháng 11 dương lịch, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm
sau.Đặc điểm đáng chú ý là trong mùa mưa, do lượng mưa tập trunglớn cộng với
nước lũ sông Hậu tràn về (tháng 8 và 10) theo kênh Quản Lộ, Sóc Trăng không kịp
tiêu thoát đã gây ra ngập úng trên diện rộng của trung tâm,theo thống kê toàn
huyệncó hơn 1000 ha lúa thu đông năm 2014 bị ảnh hưởng do lũ, tập trung tại các
xã: Tân Phước Hưng, Hòa Mỹ, Tân Long,…Hiện tại, ở huyện Phụng Hiệp, một số
vùng có đê bao nhưng xuống cấp nghiêm trọng, có nguy cơ bị nước lũ tràn vào, kéo
theo mối lo vùng nguyên liệu mía lớn nhất tỉnh có nguy cơ bị ngập (Nguyễn Thế
1
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
Tự, Trưởng Phòng Nông nghiệp – Phát triển Nông thôn (NN-PTNT) huyện Phụng
Hiệp tỉnh Hậu Giang,2016).
Ngoài ra, biến đổi khí hậu đang có những tác động mạnh mẽ đến Đồng bằng sông
Cửu Long(ĐBSCL) nói chung và vùng nghiên cứu nói riêng.Theo Viện Khoa học
Thủy lợi miền Nam, vào mùa khô từ tháng 3 đến tháng 5 năm 2015 là thời kỳ mặn
xâm nhập cao nhất, thiếu nước ngọt trầm trọng và có khả năng kéo dài đến tháng 6,
tháng 7 nếu mùa mưa đến trễ. Đối với khu vực dẫn nước đến vùng nghiên cứu,
nước mặn sẽ xâm nhập từ Bạc Liêu theo kênh QL–PH ảnh hưởng các huyện Long
Mỹ, thị xã Long Mỹ và huyện Phụng Hiệp, với độ mặn dự báo từ 6‰ – 10‰.Đây
được xem là lần đầu tiên các xã, thị trấn kể trên bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi
nước mặn xâm nhập với nồng độ cao và bất ngờ nhất trong vòng 20 năm qua (Theo
Đài Khí tượng - Thủy văn khu vực Nam Bộ).Nguyên nhân là do gió mùa Tây Nam
hoạt động mạnh trong thời gian gần đây đã đưa mặn từ hướng Bạc Liêu sang. Mặt
khác, do ảnh hưởng của đỉnh triều cường Biển Đông và Biển Tây cao hơn cùng kỳ
các năm trước nên đẩy nước mặn tràn vào trong lục địa.Mặn xâm nhập đã đe dọa
đến 18000ha đất nông nghiệp trên địa bàn tỉnh Hậu Giang (Lê Phước Đại, Chi cục
trưởng trưởng Chi cục Thủy lợi tỉnh Hậu Giang, 2016).
Việc đánh giá hiệu quả phân bổ nguồn nước trên lưu vực ĐBSCL nói chung và
vùng nghiên cứu nói riêng để đảm bảo phát triển kinh tế cho các ngành dùng nước
giúp cho việc quản lý tài nguyên nước lưu vực một cách tổng hợp và bền vững. Vì
thế, việc thực hiện đề tài nghiên cứu: “Ứng dụng mô hình WEAP tính toán cân
bằng nước – Nghiên cứu tại Trung tâm nông nghiệp Mùa Xuân, huyện Phụng
Hiệp, tỉnh Hậu Giang” là thật sự cần thiết. Giúp cho các nhà quản lý nước trong
khu vực nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý nước hiệu quả và có biện pháp
thích ứng kịp thời với sự thay đỗi lượng nước trong tương lai, đồng thời đưa ra các
giải pháp đảm bảo cân bằng giữa cung và cầu trong việc sử dụng nguồn nước,bảo
vệ nguồn tài nguyên nước và đa dạng sinh học đặc biệt là các loài chim quý hiếm
trước sự tác động biến đổi khí hậu đang diễn ra.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
1.2.1 Mục tiêu tổng quát
Tính toán cân bằng nước trong mùa mưa và mùa khô – nghiên cứu thí điểm tại
Trung tâm nông nghiệpMùa Xuân, huyện Phụng Hiệp – tỉnh Hậu Giang.
1.2.2 Mục tiêu cụ thể
- Đánh giá hiện trạng thủy lợi tại TTNN Mùa Xuân tổng khu vực tại vùng
nghiên cứu;
- Đánh giá biến động dòng chảy mặt trong mùa mưa và mùa khô năm
2016;
- Ứng dụng mô hình WEAP để tính cân bằng nước trong mùa mưa và mùa
khô năm 2016.
1.3 Nội dung nghiên cứu
1.3.1. Nội dung thực hiện của mục tiêu 1
2
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
Đánh giá hiện trạng thủy lợi tại Trung Tâm Nông Nghiệp Mùa Xuân tổng khu vực
của Trung tâm tiến hành những nội dung:
- Thu thập các số liệu về bản đồ nền và bản đồ thủy lợi (hệ thống kênh mương,
cống, đê bao)tại TTNN Mùa Xuân từ cơ quan quản lý;
-
Thu thập số liệu về kích thước, mật độ, quy mô hệ thống kênh mương,cống
và đê bao từ cơ quan quản lý.
1.3.2. Nội dung thực hiện của mục tiêu 2
Đánh giá biến động dòng chảy mặt trong mùa mưa và mùa khô cần thực hiện những
nội dung:
-
Thu thập số liệu sơ cấp đo đạc cao độ mặt đất, mực nước, lưu tốc dòng chảy,
diện tích mặt cắt ướt vào mùa mưa và mùa khô năm 2016;
-
Tính toán lưu lượng dòng chảy từ lưu tốc và diện tích mặt cắt ướt;
-
Phân tích số liệu theo phương pháp thống kê mô tả.
1.3.3. Nội dung thực hiện của mục tiêu 3
Ứng dụng mô hình WEAP để tính cân bằng nước trong mùa mưa và mùa khô cần
tiến hành những nội dung:
-
Thu thập số liệu bao gồm: dân số, đất đai, nhu cầu sử dụng nước (nông
nghiệp, sinh hoạt, rừng tràm);
-
Phân tích số liệu và nhập số liệu vào mô hình;
-
Kết quả mô hình vào mùa khô (tháng 12/2015 đến tháng 5/2016) và mùa
mưa (tháng 6/2016 đến tháng 11/2016).
1.4 Phạm vi nghiên cứu
-
Đề tài triển khai nghiên cứu tại Trung Tâm Nông Nghiệp Mùa Xuân thuộc
huyện Phụng Hiệp, tỉnh Hậu Giang;
-
Trong quá trình nghiên cứu về tính toán cân bằng nước bỏ qua sự ảnh hưởng
của nước ngầm, nhu cầu nước cho thủy sản và nhu cầu cho chăn nuôi;
-
Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu về tính toán cân bằng nước và thu thập số
liệu về nhu cầu và cấp nước trong mùa khô và mùa mưa trong khu vực
nghiên cứu để xây dựng bộ cơ sở dữ liệu.
3
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Mô hình toán thủy văn
2.1.1 Mô hình toán thủy văn là gì?
Thủy văn là một quá trình tự nhiên phức tạp, chịu tác động của rất nhiều yếu tố.
Thủy văn học là khoa học nghiên cứu về nước trên trái đất, cũng giống như nhiều
ngành khoa học tự nhiên khác, quá trình nghiên cứu, phát triển của nó thường trải
qua các giai đoạn:
-
Quan sát, mô tả, ghi chép thời điểm xuất hiện.
- Thực nghiệm: lặp lại những điều đã xảy ra trong tự nhiên với quy mô thu
nhỏ.
- Giải thích hiện tượng, phân tích rút ra quy luật. Kiểm tra mức độ phù hợp
của quy luật với điều kiện thực tế, ứng dụng phục vụ lợi ích của con người.
Việc lặp lại các hiện tượng thủy văn trong phòng thí nghiệm có thể thực hiện
bằng các mô hình vật lý (như: dụng cụ Lizimet đo bốc hơi và thấm, mô hình mưa
nhân tạo và bãi dòng chảy để nghiên cứu sự hình thành dòng chảy, xói mòn bề
mặt…) song chi phí cho xây dựng mô hình vật lý rất tốn kém. Các mô hình vật lý
thường chỉ phù hợp với không gian không quá lớn, ví dụ công trình đầu mối của
một hệ thống thủy lợi, một đập tràn hoặc một cống ngầm, một đoạn sông… Khi
không gian mở rộng hơn tới hệ thống một vài hồ chứa, một vài trạm bơm hay một
vài hệ thống thủy nông… thì chi phí cho một mô hình vật lý tăng lên rất nhiều.
Cách giải quyết đầu tiên là do tỷ lệ thu nhỏ, cách giải quyết thứ hai là chọn tỷ lệ
biến dạng. Cả hai cách này điều làm giảm mức độ chính xác của kết quả tính toán.
Ví dụ khi nghiên cứu hiện tượng nước lũ tràn qua ĐBSCL, diện tích ngập lụt lên tới
5 vạn km2, chiều dài dòng sông chính tới 433 km chiều rộng từ 400 m tới 2,000 m,
chiều sâu ngập nước có nơi lên tới 45 m nhưng có nơi chỉ không tới 0.5 m, rõ ràng
không thể xây dựng mô hình vật lý cho không gian lớn như vậy dù có chọn tỷ lệ
biến dạng cỡ nào thì cũng không thể biễu diễn được trên cùng một mô hình vật lý
tốc độ 2.5 m/s trong sông và tốc độ nước chảy 0.05 m/s tràn qua đồng bằng. Chưa
kể khi thu nhỏ mô hình, làm giảm tốc độ chảy sẽ chuyển chế độ chảy rối trong thực
tế thành chảy tầng trên mô hình làm sai lệch hẳn kết quả tính toán.
Xuất phát từ những khó khăn đó chỉ còn cách duy nhất là dùng mô hình toán.
Hiện nay mô hình toán thủy văn đang phát triển rất nhanh rất chóng vì các ưu
điểm sau:
1- Phạm vi ứng dụng rất rộng rãi, đa dạng với rất nhiều loại mô hình. Mô hình
toán rất phù hợp với không gian nghiên cứu rộng lớn như quy hoạch thoát lũ cho
lưu vực sông, hệ thống sông, điều hành hệ thống công trình thủy lợi, quản lý khai
thác nguồn nước lưu vực sông…
2- Ứng dụng mô hình toán trong thủy văn giá thành rẻ hơn và cho kết quả
nhanh hơn mô hình vật lý.
3- Việc thay đổi phương án trong mô hình toán thực hiện rất nhanh.
4
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
Sự phát triển của máy tính điện tử và phương pháp tính đã tạo ra điều kiện
thuận lợi cho sự phát triển của mô hình toán, cấu trúc của mô hình ngày càng đa
dạng, phức tạp, mô tả sát thực hiện tượng thủy văn. Tuy nhiên mô hình toán phát
triển rất nhanh, đa dạng và có hiệu quả nhưng không thể hoàn toàn thay thế được
mô hình vật lý. Chính các kết quả đo đạc trên mô hình vật lý sẽ giúp cho việc hiệu
chỉnh thông số của mô hình toán được chính xác hơn, bản chất vật lý của hiện tượng
được làm rõ hơn. Vì những lý do trên nên cả hai loại mô hình hiện đang phát triển
song song trong thực tế. Do vậy người sử dụng cần biết và chọn đúng loại mô hình
trong từng trường hợp cụ thể mới cho kết quả chính xác và giá thành hạ.
Mô hình toán thủy văn biểu diễn theo nghĩa rộng là cách mô tả hiện thượng thủy
văn bằng các hiện tương toán học. Có rất nhiều loại mô hình khác nhau: loại mô tả
sự hình thành dòng chảy trong sông, loại mô tả số lượng nước mặt, loại mô tả số
lượng nước ngầm, loại mô tả lượng bùn cát, loại mô tả chất lượng nước, loại mô
phỏng cách quản lý lưu vực…
2.1.2 Các loại mô hình toán thủy văn
Việc phân loại mô hình thủy văn không thống nhất vì các mô hình luôn phát triển đa
dạng, khi xây dựng mô hình người ta chú ý nhiều tới khả năng áp dụng thuận tiện
để giải quyết tốt bài toán thực tế đặt ra chứ không chú ý đến xếp loại, ví dụ nên có
mô hình vừa giải quyết tính toán chất lượng nước như mô hình tiêu nước đô thị
SWMM (Storm Water Management Model).
Trên hình 2.1 là hai sơ đồ phân loại mô hình toán thủy văn theo hai quan điểm khác
nhau, tuy nhiên phần lớn theo sơ đồ 1. Sau đây ta xem xét các mô hình toán thủy
văn trong phân loại này.
Sơ đồ 1 - Mô hình thủy văn
Mô hình ngẫu nhiên
Mô hình tất định
Mô hình ngẫu nhiên – tất
định
Mô hình hộp đen
Mô hình nhận thức
Mô hình thông số tập
trung
Mô hình thông số phân
phối
Mô hình sóng động học
5
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
Sơ đồ 2 - Mô hình thủy văn
Mô hình số lượng nước
Mô hình chất lượng
nước
Mô hình nước
ngầm
Mô hình truyền
đất
Mô hình nước
mặt
Mô hình bùn cát
Mô hình tất định
Mô hình thống kê
Mô hình quy hoạch và quả lý
lưu vực
Mô hình dòng
chảy
Hình 2.1 Sơ đồ phân loại mô hình thủy văn
2.2 Cân bằng nước
2.2.1 Khái niệm chung về cân bằng nước
Cân bằng nước một lưu vực sông hay một hệ thống các lưu vực sông chính là quy
hoạch nguồn nước tổng thể của lưu vực sông hay hệ thống lưu vực sông để từ đó
giúp chúng ta đánh giá, khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên nước trong lưu vực
một cách hợp lý nhất nhằm mang lại lợi ích lâu dài và bền vững cho người sử dụng
nước.
Cân bằng nước hệ thống là một vấn đề rất xưa nhưng lại luôn mới, nó vừa là
phương pháp, vừa là đối tượng nghiên cứu. Cân bằng nước là mối quan hệ định
lượng giữa nước đến và đi của hệ thống nguồn nước (toàn cầu, miền, lãnh thổ, lưu
vực, đoạn sông...). Lượng nước đi gồm bốc thoát hơi nước, ngấm xuống tầng sâu,
nước cấp cho các nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực và dòng chảy ra khỏi lưu vực.
6
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
Lượng nước đến hệ thống được thể hiện dưới các dạng nước mưa, dòng chảy và
nước hồi quy sau khi sử dụng.
Cân bằng nước hệ thống là sự cân bằng tổng thể giữa tài nguyên nước của hệ thống;
định lượng nước đến, đi khỏi hệ thống, trong đó đã bao gồm các yêu cầu về nước và
khả năng điều tiết chúng. Từ đó đánh giá sự tương tác về nước giữa các thành phần
trong hệ thống, các tác động của môi trường lên nó và đề ra các biện pháp khai thác,
bảo vệ nguồn nước một cách hợp lý.
Việc nghiên cứu cân bằng nước có ý nghĩa rất lớn cả về lý thuyết và thực tiễn. Từ
góc độ lý thuyết, phương trình cân bằng nước cho phép ta cắt nghĩa nguyên nhân,
các hiện tượng, chế độ thủy văn của một khu vực xác định, đánh giá các số hạng
trong cán cân nước và mối quan hệ tương tác giữa chúng. Nghiên cứu cân bằng
nước cho phép định lượng đầy đủ và chính xác tài nguyên nước để tìm ra phương
thức sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá này.
Trên quan điểm đó bài toán cân bằng nước hệ thống đã tập trung giải quyết các vấn
đề như sau:
(i) Phân vùng tiềm năng nguồn nước
(ii) Tính toán nhu cầu nước của các hộ dùng nước khác nhau
(iii) Tính toán các phương án sử dụng nguồn nước hay thực chất là bài toán
cân bằng kinh tế nước
2.2.2 Phương trình cân bằng nước
Phương trình cân bằng nước thể hiện một định luật vật lý thông dụng nhất - "định
luật bảo toàn vật chất" trong thủy văn. Phương trình cân bằng nước là công cụ rất
hữu hiệu để đánh giá tài nguyên nước và phân tích tính toán dòng chảy sông ngòi.
Nguyên lý cân bằng nước xuất phát từ định luật bảo toàn vật chất, đối với một lưu
vực có thể phát biểu như sau: "Hiệu số lượng nước đến và ra khỏi lưu vực bằng sự
thay đổi lượng nước trên lưu vực đó trong một thời đoạn tính toán bất kỳ". Phương
trình cân bằng nước là sự diễn toán nguyên lý này (Lê Anh Tuấn, 2007).
Hình 2.2 Lưu vực sông và các thành phần cán cân nước
Lấy một lưu vực bất kỳ trên mặt đất với giả thiết có một mặt trụ thẳng đứng bao
quanh chu vi lưu vực đó tới tầng không thấm nước (Hình 2.2). Chọn một thời đoạn
7
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
Δt bất kỳ. Dựa trên nguyên lý cân bằng nước giữa các thành phần đến, trữ và đi ta
có phương trình cân bằng nước (Lê Anh Tuấn, 2007).
Phần nước đến bao gồm:
X - lượng mưa bình quân trên lưu vực;
Z1 - lượng nước ngưng tụ trên lưu vực;
Y1 - lượng dòng chảy mặt đến;
W1 - lượng dòng chảy ngầm đến;
U1 - lượng nước trữ đầu thời đoạn Δt;
Phần nước đi gồm có:
Z2 - lượng nước bốc hơi trên lưu vực;
Y2 - lượng dòng chảy mặt chảy đi;
W2 - lượng dòng chảy ngầm chảy đi;
U2 - lượng nước trữ cuối thời đoạn Δt.
Phương trình cân bằng nước tổng quát có dạng:
X + Z1 + Y1 + W1 - (Z2 + Y2 + W2) = U2 - U1
Hoặc là:
X + (Z1 - Z2) + (Y1 - Y2) + (W1 - W2) = ± ΔU
Trong đó ± ΔU = U2 - U1.
2.3 Mô hình liên quan tới cân bằng nước
2.3.1 Mô hình IQQM ( Intergrated Quantiny and Quality Model)
Do Australia xây dựng và phát triển. Mô hình đã được ứng dụng cho một số lưu vực
sông tại Queen (Australia) và gần đây đã được đưa vào ứng dụng cho lưu vực sông
Mê Kông. 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. Trong tính toán cân bằng nước mô hình sử
dụng ba môđun chính:
Môđun xử lý số liệu: Cho phép sử dụng, phân tích và nạp số liệu vào mô
hình;
Môđun mô hình hệ thống sông: Diễn toán dòng chảy trong sông và kênh
tưới, vận hành hồ chứa, tưới, cấp nước cho đô thị, công nghiệp...;
Môđun biểu diễn dạng đồ thị: Sử dụng biểu diễn kết quả tính toán dưới dạng
đồ thị.
2.3.2 Mô hình MIKE BASIN
8
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
Là mô hình tính toán cân bằng nước hệ thống trên cơ sở xác định lượng nước đến
( mưa + dòng chảy) và lượng nước yêu cầu của các ngành kinh tế tối ưu nhất cho
công tác quy hoạc tổng hợp và quản lý tài nguyên nước lưu vực sông do Viện Thủy
lực Đan Mạch (DHI) xây dựng. Mô hình thuộc kiểu mô hình mạng lưới, trong đó
sông và các nhánh hợp lưu chính được biểu diễn bằng một lưới bao gồm nhánh và
các nút.
MIKE BASIN được tính toán trên mô hình ArcView GIS để các thông số có thể tích
hợp trong mô phỏng tài nguyên nước. Các thông tin về mạng lưới sông, vị trí các hộ
dùng nước, hồ chứa, cửa lấy nước, các yêu cầu về chuyển dòng, dòng hồi quy và
kết quả đầu ra đều được xác định trực tiếp từ các giao diện GIS.
Ngoài hai mô trình trên còn có các mô hình cân bằng nước hệ thống khác như: Mô
hình WEAP, Mô hình MITSIM, Mô hình GIBSI...
2.3.3 Mô hình WEAP ( Water Evaluation and Planning System)
2.3.3.1
Tổng quan về mô hình WEAP
Viện môi trường Stockholm đã cung cấp các hỗ trợ chính cho việc phát triển WEAP.
Trung tâm kỹ thuật thủy văn của quân đội Mỹ cũng tài trợ một cách đáng kể. Một số
các đối tác khác bao gồm ngân hàng Thế giới, USAID and Global Infrastructure
Fund của Nhật bản đã cung cấp hỗ trợ dự án. WEAP được áp dụng trong vấn đề
đánh giá nguồn nước ở nhiều quốc gia, bao gồm United States, Mexico, Brazil,
Germany, Ghana, Burkina Faso, Kenya, South Africa, Mozambique, Egypt, Israel,
Oman, Central Asia, Sri Lanka, India, Nepal, China, South Korea, and Thailand.
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 tài nguyên nước nước, WEAP
là một công cụ đắc lực cho công việc quy hoạch và quản lý tài nguyên nước.
WEAP là một công cụ tiện ích trong việc lập kế hoạch sử dụng nguồn tài nguyên
nước. Khung giao diện thông minh, linh hoạt và thân thiện cho việc phân tích thể
chế, chính sách. Ngày càng nhiều các nhà khoa học về ngành nước thấy được tiện
ích của WEAP và đưa thêm WEAP vào như là các công cụ trong các mô hình, cơ sở
dữ liệu, bảng tính, hay trong các phần mềm khác của họ.
Các Menu và cả thanh công cụ bố trí hợp lý, tiện sử dụng. Sơ đồ hệ thống sử dụng
nước trong WEAP rất đẹp và trực quan nhờ việc tích hợp các mô đun của phần mềm
GIS. Tính năng của WEAP rất đa dạng, từ tính toán nhu cầu nước, quá trình ô
nhiễm nước, tính toán thủy văn cho đến tính toán công suất phát điện và tính toán
kinh tế cho các ngành sử dụng nước.
2.3.3.2
Cách tiếp cận WEAP
Hoạt động dựa trên nguyên lý cơ bản của cân bằng nước, WEAP thích hợp cho đô
thị, hệ thống nông nghiệp, các lưu vực đơn lẻ hoặc các hệ thống sông phức tạp. Hơn
9
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
thế nữa, WEAP có thể khéo léo mở rộng các vấn đề: phân tích các nhu cầu, bảo tồn
nguồn nước, quyền dùng nước, các ưu tiên phân phối, mô hình nước ngầm và dòng
chảy, vận hành hồ chứa, thủy điện, lan truyền ô nhiễm, các yêu cầu của hệ sinh thái,
đánh giá khả năng tổn thương và phân tích lợi ích và chi phí của dự án. WEAP phân
tích hệ thống dưới dạng nhiều nguồn cung cấp (ví dụ như: sông, lạch, nước ngầm,
những hồ chứa, xâm nhập mặn); khả năng lấy, vận chuyển và sử lý nước thải, các
yêu cầu của hệ sinh thái, nhu cầu nước và phát sinh ô nhiễm. Cấu trúc dữ liệu và
mức độ chi tiết có thể dễ dàng đáp ứng các yêu cầu phân tích chi tiết và để phản
chiếu những tác động gây ra bởi hạn chế của dữ liệu.
Những ứng dụng của WEAP bao gồm vài bước:
-
Giới hạn nghiên cứu (Study definition) thiết lập bởi khung thời gian, biên
không gian, các thành phần của hệ thống và các đặc trưng của vấn đề cần giải
quyết;
-
Miêu tả hiện trạng (Current Accounts) có thể nhìn nhận như như một bước
mốc trong phát triển ứng dụng, cung cấp sơ cảnh hiện trạng nhu cầu nước,
sức tải ô nhiễm, tài nguyên và khả năng đáp ứng cho hệ thống. Những số liệu
thực, mấu chốt có thể xây dựng vào Current Accounts để mô tả thể chế, chi
phí và các yếu tố ảnh hưởng tới nhu cầu, ô nhiễm, khả năng cấp nước và thủy
văn;
-
Các kịch bản (Scenarios) xây dựng trong Current Acounts và cho phép xác
định tác động của sự thay đổi hoặc chính sách về khả năng và sử dụng nước
trog tương lai.Cuối cùng, những kịch bản được ước lượng với sự lưu tâm tới
sự đầy đủ nước, chi phí và lợi ích, tính tương thích với những mục đích môi
trường, và tính nhạy cảm tới sự không chắc chắn trong những biến số quan
trọng.
2.3.3.3
Cơ sở lý thuyết
WEAP tính toán như cầu nước dựa vào nguyên lý cơ bản của Tính toán cân bằng
nước. Thành phần cung cấp nước có thể là các dòng chảy mặt, kho nước ngầm, các
hồ chứa hay từ các lưu vực khác. Thành phần sử dụng nước là các khu đô thị, khu
công nghiệp, các khu tưới cho nông nghiệp... có tính đến các điều kiện thực tế như
việc tái sử dụng nước, dòng chảy môi trường, năng suất máy móc, chi phí và việc
phân phối ưu tiên trong sử dụng tài nguyên nước.
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 khu vực. Sử dụng mô hình WEAP có thể tính toán cân bằng
nước cho lưu vực trong đó có xét đến hiện trạng lưu vực và xây dựng kịch bản trong
tương lai, trợ giúp đắc lực cho công việc quy hoạch và quản lý tài nguyên nước.
-
Nguyên lý của mô hình dựa trên phương thức cân bằng nước:
( X + Z +Y + W) – ( Z+Y + W) = U – U
1
1
1
2
2
2
2
1
Trong đó:X: là lượng nước mưa rơi xuống lưu vực;
Z : là lượng nước ngưng tụ trong khí quyển và đọng lại trong lưu vực;
1
10
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
Y :là lượng dòng chảy mặt vào lưu vực;
1
W : là lượng dòng chảy ngầm vào lưu vực;
1
Z : là lượng nước bốc hơi khỏi lưu vực;
2
Y : là lượng dòng chảy mặt ra khỏi lưu vực;
2
W : là lượng dòng chảy ngầm chảy ra khỏi lưu vực;
2
U ,U : là lượng nước trữ trên lưu vực đầu vào cuối thời khoảng tính toán.
1
2
Bài toán phân bổ nước ứng dụng phương trình tuyến tính với hàm mục tiêu là tối đa
sự thỏa mãn nhu cầu với những ràng buộc về quyền ưu tiên trong cung và cầu,
phương trình cân bằng nước và những ràng buộc khác (ví dụ như khả năng trữ của
hệ thống).
-
Quyền ưu tiên phân phối nước
Việc ưu tiên sử dụng nước cho các khu sử dụng nước, trữ nước của hồ chứa và yêu
cầu dòng chảy cho môi trường được quy định bởi mức độ ưu tiên. Mức độ ưu tiên
có thể thay đỗi từ 1 đến 99. Trong đó 1 là ưu tiên ở mức độ cao nhất, 99 là ưu tiên ở
mức độ thấp nhất.Đối với hồ chứa ưu tiên mặc định là 99, tức là nước sẽ đáp ứng
cho tất cả các nhu cầu khác sau cùng mới đến trữ cho hồ chứa.Thông thường ưu tiên
cho các khu sử dụng nước quan trọng và dòng chảy môi tường ở mức cao nhất số 1.
Trong một mô phỏng có rất nhiều các khu sử dụng nước cùng chung một mức độ ưu
tiên.
Mức độ ưu tiên rất quan trọng trong vấn đề áp dụng quyền sử dụng nước tại các khu
dùng nước, đặt biệt là trong thời kỳ thiếu nước.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 lưu vực.
-
Quyền ưu tiên cấp nước
Khi khu sử dụng nước được cung cấp từ 2 nguồn trở lên, WEAP đưa ra chế độ cung
cấp ưu tiên để xem xét khu sử dụng nước sẽ nhận nước từ nguồn nào trước, nguồn
nào sau. Vấn đề cung cấp ưu tiên được áp dụng trong hệ thống qua đường nước.
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 nước khác có mức độ ưu tiên thấp hơn.
-
Hiện trạng khu vực cần nghiên cứu
Đây là nền tảng cơ sở cho các kịch bản xây dựng tương lai của khu vực cần nghiên
cứu. Các thành phần cơ bản của hệ thống tài nguyên nước đang tồn tại trong khu
vực nghiên cứu được biểu diễn trong Current Account
-
Phân tích kich bản
Đây là phần quan trọng nhất của WEAP. Kịch bản mô tả sự biến đỗi trong tương lai
của hệ thống tài nguyên nước. Trong thời gian nghiên cứu định sẵn, các thành phần
kinh tế xã hội, các chính sách phát triển và các điều kiện kỹ thuật biến đỗi của hệ
thống tài nguyên nước. Các kịch bản sau khi phân tích sẽ được so sánh với nhau và
11
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
lựa chọn ra một kịch bản tối ưu nhất, phù hợp với việc phát triển hệ thống tài
nguyên nước trong khu vực.
2.3.3.4
Cấu trúc chương trình
WEAP bao gồm 5 khung chính: Schematic, Data, Results, Overviews and Notes.
Các khung này được mô tả dưới đây.
-
Schematic (Sơ đồ)
Khung này chứa đựng các công cụ GIS cơ bản cho phép xây dựng hệ thống một
cách dễ dàng.Các đối tượng (Ví dụ như các điểm yêu cầu (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 dạng file
GIS tiêu chuẩn vector hay raster làm lớp nền. Bạn có thể truy xuất một cách nhanh
chóng đến các dữ liệu và kết quả với bất kỳ nút nào bằng việc nhấp chuột lên đối
tượng quan tâm.
- Data (Dữ liệu)
Khung dữ liệu cho phép bạn tạo các biến và các mối quan hệ, nhập vào các giả thiết
và các tính toán sử dụng các biểu thức toán học hoặc kết nối với Excel một các linh
động.
- Results (Kết quả)
Khung kết quả cho phép trình bày chi tiết và linh hoạt tất cả các dạng kết quả, ở
dạng biểu đồ và bảng, và trên sơ đồ.
-
Overviews (Tổng quan)
Bạn có thể nhấn mạnh các chỉ số trong hệ thống bằng xem nhanh.
-
Notes (Ghi chú)
Khung ghi chú cung cấp một không gian để đưa vào các chú thích về tài liệu của
bạn.
2.3.3.5
Ứng dụng của mô hình
-
Khả năng phân tích tính toán dòng chảy cho các lưu vực bộ phận từ đơn giản
tới phức tạp.
-
Phân tích nhu cầu nước theo ngành.
-
Phân tích bảo toàn nước.
-
Phân tích quyền nước và quyền ưu tiên phân bổ nước.
-
Mô phỏng nước ngầm và dòng chảy trong sông.
-
Vận hành hồ chứa.
-
Phân tích tính toán chất lượng nước và yêu cầu sinh thái.
-
Trong việc Quản lý và Quy hoạch khả năng mô hình có khả năng ứng dụng
như
12
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
-
Cung cấp một khung chung cho dữ liệu tài nguyên nước có cấu trúc rõ ràng
tại bất cứ tỷ lệ mong muốn: vùng, quốc gia, sông quốc tế...
-
Kịch bản phát triển có thể để lộ ra những chiều hướng tương lai có thể như:
kịch bản thay đỗi khí hậu và những giả sử; giả sử về nhu cầu nước tương lai;
những giả sử về phát triển lưu vực trong tương lai...
Khả năng ứng dụng của WEAP trong quy hoạch (về mặt sô lượng nước mặt):
-
Có thể giải quyết được tại bất kỳ tỉ lệ quy hoạch theo không gian như mong
muốn.
-
Có thể quản lý các nhu cầu.
-
Có thể tính toán thủy điện, phân bổ nước và đánh giá ảnh hưởng của các
công trình thủy vào phân bổ nước.
Tuy nhiên WEAP vẫn còn một số hạn chế trong quy hoạch như: Chưa thể giải quyết
được bước thời gian nhỏ hơn 1 ngày; Tối ưu phân bổ dựa trên hàm kinh tế (tối thiểu
chi phí hoặc tối đa lợi nhuận).
2.4 Các nghiên cứu trước đây liên quan tới cân bằng nước
2.4.1 Ngoài nước
Theo nghiên cứu “Quản lý tài nguyên nước trong lưu vực sông Jordan” của
Geeorges F.Comair et al., 2012, quá trình tăng dân số và nhu cầu nông nghiệp đang
góp phần vào việc đóng cửa của lưu vực nguồn nước.Nghiên cứu này phân tích các
kết quả của mô hình quy hoạch tài nguyên nước tổng hợp (WEAP) bằng cách
nghiên cứu các lỗ hổng của các nguồn nước ở sông Jordan thấp dưới một mô hình
biến đổi khí hậu và phát triển nhu cầu nước. Mô hình cân bằng nước cho thấy rằng
tất cả các tầng chứa nước cung cấp thành phố Amman sẽ bị cạn kiệt trong vòng vài
chục năm tới. Biện pháp giảm thiểu nên bao gồm việc giới thiệu thêm nước vào các
lưu vực thông qua các kênh Red Sea biển Chết, ngoài việc đòi hỏi các biện pháp
quản lý như bảo tồn nước và gia tăng hiệu quả tưới tiêu. Những phát hiện của
nghiên cứu này sẽ cung cấp một hướng dẫn hữu ích cho những người chung ven
sông để xây dựng chính sách, ra quyết định và giải quyết tranh chấp. Hợp tác giữa
các năm quốc gia ven sông có thể được cải thiện bằng cách xây dựng một cơ sở dữ
liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) cung cấp quyền truy cập vào dữ liệu chính xác
để phân tích thủy văn.
Nghiên cứu “Benin 2025-Cân bằng nước trong tương lai sẵn có và Nhu cầu Sử
dụng hệ thống “Đánh giá nước và Kế hoạch” của Weap” của Höllermann, B.,
Giertz, S.et al. năm 2010 cho thấy ở Benin, nguồn nước hàng năm bình quân đầu
người vượt xa ngưỡng quan trọng trong khoảng 1.700 m 3, nhưng trong mùa khô,
thiếu nước xảy ra ở quy mô địa phương. Bằng mô hình cân bằng nước của lưu vực
Oueme-Bonou với WEAP (Thẩm nước và hệ thống lập kế hoạch). Nghiên cứu này
nhằm phân tích tình hình nước tương lai của Benin theo các kịch bản khác nhau của
sự phát triển xã hội-kinh tế và biến đổi khí hậu đến năm 2025. Kết quả cho thấy
rằng áp lực về tài nguyên nước Benin sẽ tăng lên, dẫn đến cạnh tranh lớn hơn cho
nước mặt. Hơn nữa, những hạn chế về tài chính và công nghệ cản trở sự phát triển
13
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
khả quan, thăm dò nguồn nước ngầm và hồ chứa.Tuy nhiên, những cải tiến cần thiết
nhất, đặc biệt là ở khu vực nông thôn. Giảm dòng vốn và nguồn nước ngầm do biến
đổi khí hậu làm trầm trọng thêm tình trạng này. Mặc dù có những bất trắc và hạn
chế liên quan đến mô hình dữ liệu và đầu vào, nghiên cứu này cho thấy rằng kết quả
Weap cung cấp một cơ sở vững chắc để hỗ trợ các nhà hoạch định trong việc phát
triển các khuyến nghị để quản lý tài nguyên nước trong tương lai bằng cách tiết lộ
những điểm nóng của hành động.
Dựa theo nghiên cứu “Áp dụng các đánh giá nước và Kế hoạch (WEAP): Một mô
hình để đánh giá Nhu cầu nước trong tương lai ở sông Niger (Trong Niger
Republic)” (Mounir, Zakari Mahamadou et al., 2011).Quản lý tài nguyên nước
trong lưu vực sông Niger là một vấn đề có tầm quan trọng rất cao vì giá trị kinh tế
và văn hóa-xã hội, sinh thái tuyệt vời.Các lưu vực bao gồm sinh quyển dự trữ, công
viên với nhiều loại động vật hoang dã, một hoạt động chăn nuôi gia súc lớn, một
vùng đất rất màu mỡ cho nông nghiệp và ngành công nghiệp phát triển. Trong lãnh
thổ Niger, các lưu vực sông Niger bao gồm chủ yếu là tất cả các vùng của Tillabéry
(bao gồm cả thành phố Niamey), Dosso, Tahoua và một số khu vực của Maradi và
Agadez. Khu vực này bao gồm một phần hoạt động, bao gồm cả các thung lũng
sông và các nhánh chính và một số khu vực hoạt động.Đánh giá Nước Và Quy
Hoạch (WEAP) cung cấp một tích hợp liền mạch của cả hai chế độ thủy văn vật lý
của khu vực và quản lý nước sở hạ tầng mà điều chỉnh việc phân bổ các nguồn nước
có sẵn để đáp ứng nhu cầu nước khác nhau. Nó là một phần mềm ưu tiên điều
khiển, sử dụng ưu tiên dựa trên thuật toán tối ưu hóa như một thay thế cho thứ bậc
quy tắc logic trên cơ sở có sử dụng một khái niệm về Equity Group để phân bổ
nước trong thời gian cấp không hiệu quả. Có cần để tối ưu hóa của sông Niger nhu
cầu nguồn lực tương lai của dân số.
2.4.2 Trong 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.
Theo Hoàng Thanh Tùng, Nguyễn Thị Minh Tâm, Nguyễn Thị Thu Nga(2015)đã
thực hiện “Nghiên cứu phân bổ nguồn nước trên lưu vực sông Ba”.Nghiên cứu này
tóm tắt các kết quả sử dụng phần mềm WEAP nghiên cứu phân bổ nguồn nước trên
lưu vực sông Ba. Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy đây là một mô hình mô
phỏng khá tốt và là một công cụ đơn giản và hữu hiệu nhằm đưa ra phương án phân
bổ nguồn nước hợp lý hơn cho lưu vực sông Ba, góp phần tăng hiệu quả kinh tế từ
các hoạt động dùng nước. Theo nghiên cứu hướng tiếp cận phân bổ nguồn trên lưu
vực sông Ba là sự kết hợp của nhiều mô hình bao gồm các mô hình tính toán nhu
cầu nước CropWat, mô hình cân bằng nước WEAP và mô hình phân tích tài chính –
một mođun tích hợp trong WEAP. Kết quả tính cân bằng nước từ nghiên cứu thấy
được khi nhu cầu nước ngày càng tăng mà khả năng đáp ứng của nguồn nước lại có
hạn, đồng nghĩa với đó là lượng nước thiếu ngày càng tăng.Theo kế hoạch phát
14
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ngành QLTN&MT
triển các tỉnh thuộc lưu vực sông Ba, chủ yếu vẫn là phát triển nông nghiệp, do đó
nhu cầu nước sẽ rất lớn, như vậy lượng nước thiếu sẽ lớn hơn. Trước tình trạng đó,
việc phân bổ nguồn nước hợp lý và có hiệu quả là điều vô cùng cần thiết.
Theo Nguyễn Ngọc Hà (2012) đã thực hiện “Nghiên cứu áp dụng mô hình WEAP
tính cân bằng nước lưu vực sông Vệ” và nhận thấy được việc lựa chọn tài nguyên
nước (nước mặt và nước dưới đất) trên lưu vực sông Vệ là đối tượng nghiên cứu
trong nghiên cứu này xuất phát từ: tính sẵn có thông tin, số liệu về khí tượng, thủy
văn và tài nguyên nước trên lưu vực; tính phù hợp lựa chọn lưu vực nghiên cứu
cùng với khả năng tiếp cận triển khai ứng dụng mô hình WEAP; tính khả thi khi
xây dựng các kịch bản phát triển nguồn nước trên lưu vực bằng mô hình WEAP và
sau cùng là khả năng thử nghiệm áp dụng nguyên tắc, tỷ lệ phân bổ chia sẻ nguồn
nước được đề xuất đối với bài toán cân bằng nước trên lưu vực sông Vệ trong tương
lai.Nghiên cứu tập trung thực hiện ứng dụng mô hình WEAP tính toán cân bằng
nước cho lưu vực sông Vệ - tỉnh Quãng Ngãi (giai đoạn hiện trang 2010 và đến năm
2015 và 2020). Đồng thời, qua kết quả tính toán cân bằng nước bằng mô hình
WEAP đề xuất nguyên tắc và tỷ lệ phân bổ nguồn nước trên lưu vực sông Vệ, đặt
biệt là trong tình huống thiếu nước. Theo nghiên cứu hướng tiếp cận được thực hiện
với mục tiêu đã được xác định gồm: (1) xây dựng được công cụ ứng dụng mô hình
WEAP tính toán cân bằng nước lưu vực sông Vệ giai đoạn hiện trang 2010 và giai
đoạn 2011 – 2020 có xét đến sự sử dụng thành phần nước ngầm; (2) đề xuất phương
pháp luận phân bổ chia sẻ nguồn nước áp dụng đối với lưu vực sông Vệ. Kết quả
tính toán cân bằng hiện trạng lưu vực sông Vệ có tổng lượng nước thiếu chưa phải
là lớn với lý do bản thân trên lưu vực sông Vệ các vấn đề nổi cộm trong khai thác,
sử dụng nước không quá căng thẳng nếu xem xét với các lưu vực sông khác, không
có nhiều công trình hồ chứa lớn và các hộ ngành sử dụng nước chính tập trung cục
bộ trên một tiểu lưu vực thuộc dải hẹp đồng bằng ven biển. Tuy nhiên, xét về phạm
vi không gian, tình hình thông tin, số liệu là hoàn toàn phù hợp để có thể bước đầu
nghiên cứu ứng dụng mô hình WEAP, đặc biệt là áp dụng thử nghiệm các tỷ lệ phân
bổ giữa các hộ nghành
Theo Đặng Đình Khá, Trần Ngọc Anh, Mai Thị Nga (2015)nghiên cứu về “Cân
bằng nước lưu vực sông Lam bằng mô hình WEAP”. Lưu vực sông Lâm là một
trong hai hệ thống sông lớn nhất vùng Bắc Trung bộ, nó đóng vai trò quan trọng
trong sự phát triển kinh tế – xã hội của hai tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh. Do công tác khai
thác sông suối, thủy vực và nguồn nước ngầm không hợp lý hiện nay có thể dẫn tới
nguy cơ cạn kiệt tài nguyên nước. Vì thế thấy được tính cấp thiết với việc cách tiếp
cận tổng hợp đối với phát triển tài nguyên nước, mô hình WEAP đã được ứng đụng
để đánh giá và phân tích cân bằng nước năm 2012 và tương lai tính đến sự thay đỗi
trong các nhân tố, chính sách, biến đỗi khí hậu có thể tác động đến nhu cầu nước tới
năm 2020. Phương hướng tiếp cận giải quyết bài toán cân bằng nước hệ thống trên
khu vực sông Lam đã tập trung giải quyết các vấn đề (i) Phân vùng tiềm năng
nguồn nước, (ii) Tính toán lượng nước đến và nhu cầu nước của các hộ sử dụng
nước và (iii) Tính toán các phương án sử dụng nguồn nước, thực chất là bài toán
cân bằng kinh tế nước. Kết quả tính toán cân bằng nước hệ thống bằng mô hình
WEAP trên lưu vực sông Lam cho thấy tài nguyên nước trên lưu vực phong phú tuy
nhiên tình trạng thiếu nước vẫn xảy ra vào mùa kiệt và tập trung chủ yếu vào 2 tiểu
15
