Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN tính cân bằng nước lưu vực sông lô

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 Utlizaton 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 têu 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 ...........................................................................................................................6
6
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 tểu 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 tểu 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 têu đánh giá độ tn 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 têu cấp nước sinh hoạt .......................................................................45
Bảng 2.9 Chỉ têu 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 tểu 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 tểu vùng
cân bằng nước lưu vực sông Lô ..............................................................................57
Bảng 3.4 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước tại tểu 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 tểu 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

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Bản đồ hành chính lưu vực sông Lô ............................................................9
Hình 1.2 Bản đồ địa hình lưu vực sông Lô ...............................................................11
Hình 1.3 Bản đồ địa chất lưu vực sông Lô ...............................................................13
Hình 1.4 Bản đồ mạng lưới trạm KTTV lưu vực sông Lô........................................21
Hình 2.1 Bản đồ phân chia lưu vực sông Lô từ các trạm Thủy văn .........................39
Hình 2.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Hàm Yên .........................................41
Hình 2.3 Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Hàm Yên ..........................................42
Hình 2.4 Sơ đồ mô hình MIKE BASIN ...................................................................51
Hình 3.1 Bản đồ phân vùng cân bằng nước lưu vực sông Lô ...................................56
Hình 3.2 Sơ đồ hóa tính cân bằng nước lưu vực sông Lô.........................................61
Hình 3.3 Sơ đồ tính cân bằng nước hiện trạng năm 2015.........................................64
Hình 3.4 Bản đồ thừa thiếu nước hiện trạng năm 2015
............................................65
Hình 3.5 Bản đồ dự báo thiếu nước năm 2025 .........................................................67


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
MIKE bộ mô hình thủy lực và thủy văn lưu vực do Viện Thủy lực Đan Mạch
(DHI) xây dựng
NAM mô hình dòng chảy của Đan Mạch (Nedbor-Afstromnings-Model) SSARR
mô hình hệ thống diễn toán dòng chảy của Mỹ (Streamflow
Synthesis And Reservoir Regulation)
TANK mô hình bể chữa của Nhật Bản
GIBSI bộ mô hình tổng hợp của Canada (Geston Intégrée des Bassins
versants à I’aide d’un Système Informatsé)
WUP chương trình sử dụng nước của Ủy hội sông Mê Kông (Water
Utlizaton Project)
SWAT mô hình mô phỏng dòng chảy mặt qua độ ẩm đất (Soil and Water

Assessment Tool)
IQQM mô hình mô phỏng nguồn nước lưu vực
ISIS mô hình thủy động lực học (Interactve Spectral Interpretaton System)
BASINS mô hình được xây dựng bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường (Hoa Kỳ)
QUAL2E mô hình chất lượng nước (Water Quality version 2E)
WEAP mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước (Water
Evaluaton and Planning System)
CROPWAT mô hình tính nhu cầu tưới của cây trồng theo chỉ têu sinh thái
MIKE BASIN mô hình tính cân bằng nước hệ thống cho lưu vực.


1

MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT
Như chúng ta đã biết, nước rất cần thiết cho sự sống, sức khỏe của con người
và là nguồn tài nguyên quý giá cho sự phát triển. Nguồn nước ngọt trên thế
giới đang đứng trước khủng hoảng về thiếu nước để cung cấp cho nhu cầu thiết
yếu của cuộc sống. Sự gia tăng dân số, phát triển kinh tế nhằm cải thiện các têu
chuẩn cho cuộc sống dẫn đến sự cạnh tranh, mâu thuẫn do giới hạn về nguồn
nước. Để đảm bảo tính bền vững, nguồn nước phải được xem xét quản lý một
cách thống nhất cả về trạng thái tự nhiên và trong cân bằng giữa các nhu cầu dùng
nước.
Lưu vực sông Lô là lưu vực lớn chảy qua nhiều tỉnh thành phía bắc, với diện
tích lưu vực 22,629 km2, hiện tại hơn 3,1 triệu dân đang sinh sống. Việc khai thác
nguồn nước trên lưu vực ngày càng tăng, song chưa được quản lý thống nhất, có
thể dẫn đến thiếu nước tác động đối với đời sống và phát triển của người dân địa
phương, đồng thời ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái. Thiếu nước
xuất hiện ở đây ngoài tác động của biến đổi khí hậu còn là vấn đề sử dụng khai thác
nguồn nước chưa hợp lý, như sự dụng các loại cây trồng có nhu cầu nước lớn,

phương thức tưới lãng phí,… Để khắc phục và giảm thiểu các tác động của nguồn
nước ở đây thì cần xác định được phương thức sử dụng nước có hiệu quả thông
qua cân bằng nước.
Nghiên cứu cân bằng nước, quản lý khai thác sử dụng và bảo vệ nguồn nước
phục vụ các yêu cầu phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực sông Lô nói riêng và các
tính phía Bắc nói chung là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Chính vì vậy, luận văn với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE BASIN
tính cân bằng nước lưu vực sông Lô” đã được thực hiện để giải quyết bài toán cân
bằng nước hệ thống cho lưu vực sông Lô nhằm đáp ứng yêu cầu cấp thiết và có ý
nghĩa thực tễn của công tác quy hoạch, khai thác, quản lý và phát triển tài nguyên
nước một cách hợp lý và bền vững đảm bảo cho các quy hoạch phát triển kinh tế
xã hội của lưu vực.


2

II. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN
- Thiết lập được mô hình MIKE BASIN để tính cân bằng nước cho lưu vực
sông Lô;
- Đánh giá được cân bằng nước lưu vực sông Lô theo phương án hiện trạng
năm 2015 và quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2025; đề xuất
định hướng khai thác nguồn tài nguyên nước mặt sông Lô hợp lý.
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phương pháp phân tích thống kê, tổng hợp tài liệu:
Thống kê là phương pháp xử lý số liệu một cách định lượng. Ở giai đoạn
đầu, tến hành thống kê, thu thập các số liệu, các kết quả nghiên cứu đã được thực
hiện có liên quan. Đồng thời thống kê, thu thập các số liệu đo đạc ngoài thực địa và
tính toán trên bản đồ.
Các tài liệu thu thập: Số liệu bốc hơi, lượng mưa, lưu lượng ngày tại các
trạm khí tượng thủy văn chính trên lưu vực sông Lô.

Tài liệu niên giám thống kê năm 2015 của các tỉnh thuộc lưu vực sông Lô, và
tài liệu quy hoạch phát triển kinh tế xã hội.
Các đặc trưng của 2 hồ chứa lớn trên lưu vực là Thác Bà và Tuyên Quang.
- Phương pháp mô hình toán: Các mô hình được sử dụng trong luận văn như:
mô hình NAM, mô hình CROPWAT tính nhu cầu tưới, và mô hình MIKE BASIN.
- Phương pháp chuyên gia.
- Phương pháp kế thừa.
IV. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Ngoài mở đầu, kết luận và kiến nghị Luận văn được bố cục thành 3 chương
MỞ ĐẦU
Chương 1: Tổng quan về các vẫn đề nghiên cứu
Chương 2: Một số mô hình phục vụ tính toán cân bằng nước lưu vực sông Lô
Chương 3: Kết quả ứng dụng mô hình MIKE BASIN cân bằng nước hệ
thống lưu vực sông Lô.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ


3

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN
1.1.1 Hệ thống nguồn nước
Theo quan điểm hệ thống người ta định nghĩa hệ thống nguồn nước như
sau: “Hệ thống nguồn nước là một hệ thống phức tạp bao gồm tài nguyên nước,
các các công trình khai thác nguồn nước, các yêu cầu về nước cùng với mỗi quan
hệ tương tác giữa chúng và chịu tác động của môi trường lên nó”[2].
a. Nguồn nước được đánh giá bởi các đặc trưng: Lượng và phân bố của nó
theo không gian và thời gian, chất lượng nước, động thái của chúng.
b. Các biện pháp khái thác và bảo vệ nguồn nước: Các công trình thủy lợi,

các biện pháp cải tạo và bảo vệ nguồn nước, bao gồm cả biện pháp công trình và
phi công trình, được cấu trúc tùy thuộc vào mục đích khai thác, bảo vệ nguồn
nước.
c. Các yêu cầu về nước: Các hộ dùng nước, các yêu cầu về mức đảm bảo
phòng chống lũ lụt, úng hạn, các yêu cầu bảo vệ hoặc cải tạo môi trường cùng các
yêu cầu dùng nước khác. Tác động của môi trường là những tác động về hoạt động
dân sinh kinh tế, hoạt động của con người bao gồm ảnh hưởng của các biện pháp
canh tác làm thay đổi mặt đệm và lòng dẫn, sự tác động không có ý thức vào hệ
thông các công trình thủy lợi.
1.1.2 Khái niệm cân bằng nước hệ thống
Cân bằng nước là một vẫn đề rất xưa nhưng lại luôn mới, nó vừa là phương
pháp, vừa là đối tượng nghiên cứu. Cân bằng nước là mỗi quan hệ định lượng giữa
nước đến và đi của hệ thống nguồn nước (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. 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


4

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, [2].
Trên quan điểm đó, bài toán cân bằng nước hệ thống đã tập trung giải quyết
các vẫn đề như sau: (i) Phân vùng tềm năng nguồn nước, (ii) Tính toán lượng nước
đến và nhu cầu nước của các hộ sử dụng nước, (iii) Tính toán các phương án sử
dụng nguồn nước, thực chất là bài toán cân bằng kinh tế nước.
1.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.2.1 Tổng quan kết quả nghiên cứu ngoài nước
Hiện nay vẫn đề nước ngọt, nước sạch đã trở nên bức thiết: sự tái sinh
nước ngọt không kịp đáp ứng nhu cầu ở nhiều nơi trên trái đất, mặt khác nhiều nơi
lại hứng chịu lũ lụt do thừa nước trong mùa mưa. Nước đã trở thành vẫn đề khủng
hoảng thừa thiếu nước. Theo Jacques Vernier, con người đã biết xây dựng những
con đập khổng lồ để giữ nước thừa và điều tiết các con sông, song những con đập
cũng tạo ra những mỗi lo (như ở sông Nile, sông Loire) về hai mặt: làm ngập một
số thung lũng và cắt đứt mỗi liên hệ giữa thượng và hạ lưu của các sinh vật cũng
như các trầm tích.
Theo báo cáo tại Hội nghị Công ước của Liên Hợp Quốc (9/2003) họp tại Cu
Ba thì trên thế giới có khoảng 70% diện tích đất khô (không ngập nước) tức khoảng
3600 triệu ha đang bị ảnh hưởng bởi tình trạng hoang mạc hóa. Mặc dù một số
khu vực, quốc gia đã quan tâm đến công tác bảo vệ tài nguyên nước từng bước
hạn chế têu cực do khai thác và sử dụng tài nước gây ra. Tuy nhiên các kho khăn
vẫn không được giải quyết thỏa đáng và vẫn còn những bất đồng trong đánh giá và
phương pháp giải quyết.
Tại hội nghị quốc tế về nước và môi trường (Dublin, 1992), vẫn đề quản lý
tổng hợp tài nguyên nước là một trong những chủ đề chính được thạo luận. Trong
chương trình hành động 21 (Agenda 21) của hội nghị thượng đỉnh về môi
trường Rio 1992 đã dành những quan tâm đặc biệt tới những vẫn đề quản lý tổng
hợp tài nguyên và môi trường lưu vực sông như Australia, Hoa kỳ, Indonesea,
Malaysia,… đặc biệt là đối với những dòng sông liên quốc gia như sông
(Mê Kông,


5

Colorado,…). Chương trình hành động 21 (Agenda 21) đã đưa ra nguyên tăc: Tài
nguyên nước phải được quản lý và sử dụng theo phương thức tổng hợp, thống
nhất gọi tắt là quản lý tổng hợp tài nguyên nước (Intergrated Water Resources

Managment)[1]. Đây là nguyên tắc đã được vận dụng ở nhiều nước trên thế
giới như là một giải pháp cho quản lý sử dụng bền vững tài nguyên nước.
Dưới têu đề chung Đạt được sự bền vững của tài nguyên nước, ngày
21/1/2000 Ủy ban Tư vấn Kỹ thuật Đông Nam Á đã tổ chức Hội nghị Tư vấn về
Quản lý Nước Đông Nam Á theo kế hoạch chung của Tổ chức Công tác Nước toàn
cầu – GWP đã đưa ra khung hành động với têu đề “Hãy hành động vì một tương
lai tốt đẹp hơn”. Trong đó rất chú trọng tới 2 vấn đề: Quản lý tài nguyên nước có
hiệu suất và hiệu quả tến tới quản lý tổng hợp lưu vực sông.
Nói đến vấn đề quản lý tổng hợp tài nguyên và môi trường theo lưu
vực sông là đã có hàm ý lấy nước là dạng tài nguyên chủ yếu cần tiến hành các
hoạt động quản lý. Bởi vậy cũng cần phải nêu lên định nghĩa về quản lý tổng hợp
tài nguyên nước đã được nêu ra bởi tổ chức Cộng tác vì nước toàn cầu (Global
Water Partnershep – GWP): “Quản lý nước tổng hợp là một quá trình mà trong đó
con người phát triển và quản lý tài nguyên nước, đất và các tài nguyên liên quan
khác nhằm đạt được hiệu quả tối đa của các thành quả kinh tế xã hội một cách
công bằng mà không phải đánh đổi bằng sự bền vững của các hệ sinh thái then
chốt” (GWP, 3/2000)[1].
Quản lý tổng hợp theo lưu vực sông được xác định là một quá trình quy
hoạch, xây xựng và thực hiện việc khai thác các dạng tài nguyên trong một lưu vực,
xem xét toàn diện và đầy đủ các nhân tố có liên quan tới kinh tế xã hội và môi
trường trong mỗi tương tác về không gian (giữa các bộ phận trong lưu vực như
thượng lưu, trung lưu, và hạ lưu), tương tác giữa các nhân tố như xói mòn, rửa
trôi,… Tiêu chí của phương thức quản lý tổng hợp theo lưu vực sông là phải đảm
được sự cân bằng các lợi ích khai thác và bảo vệ môi trường với kết quả hợp lý nhất
nhìn cả góc độ kinh tế và xã hội theo định hướng phát triển bền vững.


6

Việc hình thành các tổ chức lưu vực sông (River Basin Organizaton/RBO)

được nhiều quốc gia coi như là một phương tện hữu hiệu để quy hoạch và thực
hiện các nội dung phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên, có nhiều hình thức quản lý
các RBO khác nhau tùy theo điều kiện phát triển của mỗi quốc gia. Chẳng hạn như
ở Anh, Pháp hình thức quản lý theo theo các hội đồng lưu vực sông (River Basin
Council) được thực hiện với tư cách là một cơ quan điều chỉnh để đưa ra các chính
sách, chiến lược và nguyên tắc vận hành các công trình đầu mối và phương thức
phục vụ cho phát triển tài nguyên. Trong khi đó hình thức quản lý theo các Ủy hội
lưu vực sông (River Basin Commisson) như ở Trung Quốc lại được sử dụng khi có
thêm vai trò xây dựng quy hoạch tổng hợp ở tầm vĩ mô ngoài vai trò điều chỉnh và
phối hợp. Một dạng quản lý phổ biến khác là hình thành các cơ quan toàn quyền
lưu vực sông (River Basin Authority) có nhiệm vụ thực hiện tất cả các hoạt động
phát triển và quản lý cùng với vai trò điều chỉnh. Điển hình cho hình thức quản lý
này là các trường hợp của TVA (Tennesee Valley Authority, Hòa Kỳ; Snowy
Mountains (Australia), …
Việc tếp thu các kinh nghiệm của các nhà nghiên cứu trên thế giới là rất bổ
ích cho việc triển khai nghiên cứu các lưu vực sông ở Việt Nam nói chung, và lưu
vực sông Lô nói riêng.
1.2.2 Tổng quan kết quả nghiên cứu trong nước
Hệ thống mạng lưới sông ngòi nước ta là rất lớn bao trùm gần như toàn bộ
diện tích đất tự nhiên và dân số của toàn quốc. Tuy nhiên, phần lớn các lưu
vực sông lớn đều không nằm hoàn toàn trên lãnh thổ nước ta nên gặp rất nhiều
khó khăn trong việc quản lý tổng hợp lưu vực sông. Các hoạt động khai thác tài
nguyên trong từng lưu vực sông đang diễn ra ở mức cao, chưa được quản lý thống
nhất từ Trung ương đến địa phương và trong từng địa phương dẫn đến môi
trường sống ở từng nơi, từng lúc đang bị suy thoái và xuống cấp nặng nề.
Năm 1993 ban hành luật Bảo vệ Môi trường, năm 1998 là luật Tài nguyên
Nước, ngày 16 tháng 5 năm 2000 Thủ tướng Chính phủ đã ra quyết định thành lập
Hội đồng Quốc gia về Tài nguyên Nước, do Phó Thủ tướng làm chủ tịch.

7

Ngày 19/4/2001 Bộ trưởng Bộ NN&PTNT đã ký quyết định thành lập 3 ban
quản lý lưu vực sông: sông Hồng – Thái Bình, sông Cửu Long, sông Đông Nai để
thực hiện nội dung quản lý quy hoạch lưu vực sông theo điều 64 luật TNN.
Ở nước ta, hiện tượng thiếu nước trên nhiều lưu vực sông là một thực tế. Vì
có rất nhiều nghiên cứu về vấn đề này như:
Các chương trình nghiên cứu 06-03, KC-12. Dự án quản lý tổng hợp sông
Hồng, chương trình đề tài khoa học công nghệ có liên quan đã thực hiện thành
công góp phần vào công tác quy hoạch, quản lý của vùng, lưu vực, và quốc gia. Báo
cáo KC-08, Nguyễn Quang Trung, 2004. “Nghiên cứu xây dựng mô hình quản lý
tổng hợp tài nguyên và môi trường lưu vực sông Đà”,…
Những nghiên cứu, báo cáo trên chỉ mới áp dụng cho lưu vực nghiên cứu
mà chưa đánh giá tổng quát cho các lưu vực khác, các yêu cầu được thực hiện từ
2004, chưa cập nhật mới. Nhưng là những nghiên cứu tham khảo tốt trong nghiên
cứu cân bằng nước lưu vực sông hiện nay.
1.2.3 Tình hình nghiên cứu trên lưu vực sông Lô
Tình hình khai thác tài nguyên nước đang là vẫn đề thời sự trên các lưu vực
sông thuộc lãnh thổ nước ta. Trong đó, có lưu vực sông Lô cần được tập trung
nghiên cứu trong đề tài này.
Hệ thống sông Lô là một trong các lưu vực sông lớn ở phía Bắc nước ta với
một phần thượng lưu nằm trên lãnh thổ Trung Quốc. Cùng với sông Đà và sông
Thao, hệ thống sông Lô cũng là hệ thống thượng nguồn chảy vào hệ thống sông
Hồng tại Việt Trì, Phú Thọ. Được hình thành bởi 4 con sông chính là sông Lô, sông
Gâm, sông Chảy và sông Phó Đáy, nhập lưu đến mặt cắt khống chế tại Việt Trì thi 4
con sông này tạo nên một lưu vực chung là lưu vực sông Lô trong hệ thống sông
Hồng trước khi nhập lưu với sông Hồng tại Việt Trì.
Các công trình nghiên cứu của Đài Nghiên cứu Khí tượng Thủy văn Trung
ương (1965), Nguyễn Xiển, Phạm Ngọc Toàn, và Phan Tất Đắc (1968), Phạm Ngọc
Toàn và Phan Tất Đắc (1993) là những công trình nghiên cứu đầu tên về đặc điểm

khí hậu khu vực Miền Bắc Việt Nam, trong đó có lưu vực sông Lô. Tiếp theo đó là


8

các đề tài nghiên cứu của Bộ Thủy lợi (cũ) và của Viện Khí tượng Thủy văn sau này
cho thấy: do ảnh hưởng của độ cao mà nhiệt độ trung bình năm tăng dần từ cao
xuống thấp và từ Bắc xuống Nam. Tính chất ẩm ướt của khí hậu, thể hiện rõ nhất ở
vùng Bắc Quang thuộc trung lưu sông Lô, nơi có địa hình dạng phễu, hội tụ gió,
hướng thung lũng trùng với hướng gió thịnh hành. Do đó hình thành tại đây một
trung tâm mưa lớn nhất miền Bắc là Bắc Quang với lượng mưa trung bình năm tại
đây là 4720mm.
Các nghiên cứu phân mùa chế độ dòng chảy sông ngòi miền Bắc Việt Nam
(Cục Thủy văn, (1969), Ngô Đình Tuấn, (1978)), Nguyễn Viết Phổ, Đỗ Đình Khối, Vũ
Văn Tuấn (1993,1994),… cho thấy, do tác động của phân mùa khí hậu, chế độ
dòng chảy trong lưu vực cũng được phân thành mùa Lũ và mùa cạn. Nước lũ sông
Lô hàng năm đe dọa và gây lũ lụt cho các vùng ven sông như Hà Giang, Tuyên
Quang. Theo các kết quả tính toán tổ hợp lũ của Lã Thanh Hà (1999), Hoàng Minh
Tuyển (2001),… thì lượng lũ của hệ thống sông Lô chiếm trung bình khoảng 30%
lượng lũ của sông Hồng tại Sơn Tây và luôn là thành phần quan trọng tạo lũ lớn cho
hệ thống sông Hồng. Chính lũ lịch sử 8/1971 trên sông Lô kết hợp với lũ lớn trên
sông Đà và sông Thao đã gây ra trận lũ lịch sử trên sông Hồng. Ngược lại, tình
trạng khô hạn, thiếu nước mặt trong mùa cạn rất gay gắt, nhất là trên các
cao nguyên khuất gió, ở sâu trong lục địa như: Hoàng Su Phì, Đồng Văn còn ở trung
và hạ lưu các sông trong mùa cạn ẩm ướt hơn nhờ mưa phùn.
Những nghiên cứu gần đây, Lã Thanh Hà, 2006. Báo cáo kết quả đề tài
“Nghiên cứu giải pháp khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và
phòng tránh thiên tai lưu vực sông Lô – Chảy”. Huỳnh Thị Lan Hương, 2008
“Quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Lô – Chảy”.
Các công trình nghiên cứu nêu trên có tính khái quát cao đối với toàn lưu

vực, với việc kế thừa các kết quả nghiên cứu rất quan trọng để tạo cơ sở cho
nghiên cứu sâu hơn về hiện trạng tài nguyên nước và dự báo xu thế diễn biến
trong tương lai nhằm đề xuất giải pháp khai thác sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên
để phát triển kính tế xã hội theo định hướng phát triển bền vững.


9

1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG LÔ
1.3.1 Vị trí địa lý
Lưu vực sông Lô là lưu vực có diện tích nằm trên hai quốc gia, Trung Quốc và
Việt Nam. Hệ thống sông Lô được hình thành từ 4 con sông chính đó là dòng chính
sông Lô, sông Chảy, sông Gâm, và sông Phó Đáy với tổng diện tích lưu vực là
37878 km2, trong đó diện tích nằm trong địa phận Trung Quốc 15249 km2 chiếm
40,26% diện tích của toàn lưu vực.
Phần lưu vực sông Lô thuộc lãnh thổ nước ta nằm trong khoảng vĩ độ từ
21020’ đến 23022’ Bắc và kinh độ từ 104008’ đến 105058’ Đông, bao gồm phần
trung lưu của hai sông Lô, sông Gâm, sông Chảy và sông Phó Đáy.

Hình 1.1 Bản đồ hành chính lưu vực sông Lô
1.3.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo
Với đa phần diện tích là đồi núi (nhìn từ bản đồ địa hình DEM hình 1.2) lưu
vực sông Lô có một số đặc điểm điển hình sau:


10

Địa hình phân bố trên lưu vực sông Lô có thể kể đến: “Cao nguyên” Đồng
văn, Pu Tha Ca. Các đồi đá vôi dạng nón xen các trũng và cách đồng karst ở đây
cấu tạo bởi đá vôi thuộc hệ tầng Bắc Sơn bị bóc mòn và phong hóa lâu dài. Địa hình

là các phần của bề mặt san bằng cổ. Các quá trình phổ biến ở đây là rửa trôi
bóc mòn tổng hợp yếu trên vỏ phong hóa đá vôi và rửa lũa. Bề mặt đỉnh rộng, lượn
sóng xen các đồi ‘lúp xúp’.
“Cao nguyên” Bắc Hà với đỉnh cao nhất là 2267m, khối tnh thạch cổ thượng
nguồn sông Chảy có đỉnh Tây Côn Lĩnh cao 2431m. Về phía Đông Nam là cao
nguyên đá vôi Quảng Bạ, Các quá trình địa mạo ngoại sinh chủ yếu ở đây là bóc
mòn tổng hợp yếu trên vỏ phong hóa đá vôi và rửa lũa trên đá vôi.
Vùng núi phía Đông Bắc, cánh cung Ngân Sơn và cánh cung sông Gâm với các
đỉnh cao nhất: Pia Ya 1980m, Pia uac 1930m, Ở phía Đông núi Tam Đảo có đỉnh
cao 1591m. Đồi núi thấp là dạng địa hình chủ yếu trong lưu vực sông Lô, các dãy
núi lớn đều hội tụ về phía Nam và mở rộng về phía Bắc. Vì vậy nan quát có thể đặc
trưng cho hình dạng của lưu vực sông Lô. Các đơn vị địa mạo trên đây phản ánh
khá rõ sự phân bố của nham thạch trên lưu vực.
Đoạn từ nguồn tới Hà Giang chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, thung
lũng sông Lô ở đây rất hẹp có nơi chỉ khoảng 4–5m, các bờ núi xung quanh cao từ
1000-1500m, từ Hà Giang tới Bắc Quang sông đổi hướng thành gần Bắc Nam, lòng
sông rất nhiều thác ghềnh, chỉ kể từ biên giới về tới Vĩnh Tuy đã có tới 60 thác
ghềnh và bãi nổi.
Độ sâu trung bình về mùa cạn của sông Lô ở phía thượng lưu Việt Nam
khoảng 0,5-1,5m và độ rộng trung bình 40–50m. Thượng lưu sông Lô bắt nguồn từ
Trung Quốc có tên là Bàn Long, trung lưu sông Lô có thể kể từ Bắc Quang tới
Tuyên Quang dài khoảng 280 km, độ dốc đáy sông giảm xuống còn 0.25m/km và
thung lũng sông đã mở rộng. Độ rộng trung bình 140m, chỗ hẹp nhất là 26m, sâu
trung bình từ 1-1,5m, trong mùa cạn có khoảng 30 thác ghềnh lớn nhỏ, tại Vĩnh Tuy
sông Lô gặp sông con chảy từ vùng núi thượng nguồn sông Chảy xuống, cũng từ


11

đây sông Lô bắt đầu chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam cho tới Tuyên Quang,

tại đây sông Lô chảy qua vùng đồng bằng đệ tam khá rộng.
Phía trên Tuyên Quang tại khe lau sông Lô nhận sông Gâm là phụ lớn nhất
lưu vực. Hạ lưu sông Lô có thể kể Tuyên Quang đến Việt Trì, thung lũng và lòng
sông mở rộng, độ rộng trong mùa cạn cũng rộng tới 200m, và sâu từ 1,5 - 3m. Tới
Đoan Hùng con sông Chảy gia nhập vào sông Lô trước khi đổ vào sông Hồng ở ngã
ba Việt Trì, sông Lô còn nhận thêm một phụ lưu lớn nữa là sông Phó Đáy chảy từ
phía Chợ Đồn xuống.
Phần thuộc nước ta sông Lô với đa phân là địa hình núi đồi chiếm 80% diện
tích lưu vực. Một số phụ lưu diện tích có độ cao từ 600m trở lên chiếm tỷ lệ lớn. Do
điều kiện khí hậu và địa hình nên phân lớn diện tích lưu vực sông Lô phân bố cấp
mật độ lưỡi sông tương đối dày đến rất dày. Vùng có lượng mưa nhiều địa hình
đồi núi và nền là diệp thạch phân phiến và diệp thạch silic, xâm thực chia cắt diễn
ra mạnh mẽ, mật độ sông suối dầy đặc.

Hình 1.2 Bản đồ địa hình lưu vực sông Lô