(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ứng dụng mô hình WEAP trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2011 2020, định hướng đến năm 2025

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

Đỗ Tiến Vĩnh


BẢN CAM KẾT

Tên tác giả
Người hướng dẫn khoa học

: Đỗ Tiến Vĩnh
:

GS. TS Dương Thanh Lượng

Tên đề tài Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình Weap trong quy hoạch
phân bổ tài ngun nước tỉnh Hịa Bình giai đoạn 2011 – 2020, định hướng đến năm
2025”.
Tác giả xin cam đoan Luận văn được hoàn thành dựa trên các số liệu được thu
thập từ nguồn thực tế, các tư liệu được công bố trên báo cáo của các cơ quan Nhà
nước, được đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành, sách, báo...
Tác giả không sao chép bất kỳ một Luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào
trước đó.
Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2014.
Tác giả

Đỗ Tiến Vĩnh


Trang iii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ i
BẢN CAM KẾT........................................................................................................... ii
MỤC LỤC...................................................................................................................... i
DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH VẼ.............................................................................................. vii

MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ
HÌNH TỐN TRONG QUY HOẠCH PHÂN BỔ TÀI NGUN NƯỚC..................4
1.1. Tổng quan về các nghiên cứu ứng dụng mô hình tốn trong quy hoạch phân bổ tài
ngun nước trên thế giới và ở Việt Nam.................................................................. 4
1.1.1. Quá trình hình thành và phát triển của các nghiên cứu về quy hoạch phân bổ
tài ngun nước......................................................................................................4
1.1.2. Các mơ hình tốn thường được sử dụng trong bài toán quy hoạch phân bổ
tài ngun nước............................................................................................ 4
1.2. Giới thiệu mơ hình WEAP....................................................................................... 12
1.3. Đánh giá khả năng ứng dụng của mơ hình WEAP trong bài toán phân bổ tài
nguyên nước............................................................................................................14
CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI VÀ ĐẶC ĐIỂM
NGUỒN NƯỚC TỈNH HỊA BÌNH............................................................................17
2.1. Điều kiện tự nhiên............................................................................................. 17
2.1.1. Vị trí địa lý................................................................................................. 17
2.1.2. Địa hình, địa mạo....................................................................................... 18
2.1.3. Địa chất, thổ nhưỡng.................................................................................. 18
2.1.4. Mạng lưới sơng ngịi...................................................................................19
2.1.5. Tài ngun thiên nhiên............................................................................... 21
2.2. Đặc điểm khí tượng, khí hậu............................................................................. 22
2.2.1. Nhiệt độ...................................................................................................... 23
2.2.2. Độ ẩm khơng khí........................................................................................ 23
2.2.3. Bốc hơi....................................................................................................... 23
2.2.4. Bức xạ, nắng............................................................................................... 24
2.2.5. Gió, bão...................................................................................................... 24
2.3. Đặc điểm tài ngun nước tỉnh Hịa Bình......................................................... 25
2.3.1. Phân vùng đánh giá tài nguyên nước.......................................................... 25

Trang iv

2.3.2. Đặc điểm tài nguyên nước mưa......................................................... 28
2.3.3. Đặc điểm tài nguyên nước mặt.......................................................... 33
2.3.4. Đánh giá trữ lượng tài nguyên nước dưới đất.................................... 38
2.4. Đặc điểm kinh tế - xã hội.............................................................................. 41
2.4.1. Đặc điểm dân cư và xã hội.........................................................................41
2.4.2. Hiện trạng phát triển kinh tế.......................................................................42
2.4.3. Hệ thống cơ sở hạ tầng...............................................................................49
2.5. Đánh giá tác động của các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội đến tài ngun
nước.................................................................................................................. 50
2.5.1. Q trình phát triển dân số, khu đơ thị và dân cư nông thôn......................50
2.5.2. Hoạt động sản xuất công nghiệp.................................................................51
2.5.3. Các hoạt động sản xuất nông nghiệp..........................................................51
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG, NHU CẦU KHAI THÁC,
SỬ DỤNG VÀ DỰ BÁO XU THẾ BIẾN ĐỘNG TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN ĐỊA
BÀN TỈNH HỊA BÌNH TRONG KỲ QUY HOẠCH................................................54
3.1. Phân tích, đánh giá hiện trạng khai thác, sử dụng tài ngun nước...................54
3.1.1. Hiện trạng các cơng trình khai thác, sử dụng nước..................................... 54
3.1.2. Tổng hợp nhu cầu khai thác, sử dụng nước của tỉnh................................... 58
3.2. Dự báo nhu cầu khai thác, sử dụng nước trong kỳ quy hoạch........................... 61
3.2.1. Các tiêu chuẩn và chỉ tiêu dùng nước......................................................... 61
3.2.2. Tính toán nhu cầu khai thác, sử dụng nước cho các ngành......................... 64
3.3. Đánh giá xu thế biến động về trữ lượng tài nguyên nước trong kỳ quy hoạch..71
3.3.1. Xu thế biến động tài nguyên nước mặt....................................................... 71
3.3.2. Xu thế biến động tài nguyên nước dưới đất................................................ 75
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH WEAP TRONG QUY HOẠCH PHÂN BỔ
TÀI NGUN NƯỚC TỈNH HỊA BÌNH..................................................................77
4.1. Tính tốn đánh giá cân bằng nước.................................................................... 77
4.1.1. Sơ đồ cân bằng nước.................................................................................. 77

4.1.2. Đánh giá cân bằng nước giai đoạn hiện trạng............................................. 78
4.1.3. Đánh giá cân bằng nước giai đoạn quy hoạch............................................ 79
4.2. Mục tiêu và các nguyên tắc phân bổ tài nguyên nước....................................... 80
4.2.1. Mục tiêu phân bổ tài nguyên nước............................................................. 80
4.2.2. Các nguyên tắc phân bổ tài nguyên nước................................................... 80
4.3. Các phương án phân bổ tài nguyên nước.......................................................... 82


Trang v

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


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

Bảng 2.5. Lượng bốc hơi (mm) các tháng trong năm..................................................24
Bảng 2.6. Số giờ nắng các tháng trong năm...............................................................24
Bảng 2.7. Phạm vi hành chính các khu dùng nước tỉnh Hịa Bình...............................26
Bảng 2.8 Lượng mưa trung bình nhiều năm thời kỳ quan trắc....................................28
Bảng 2.9. Lượng mưa trung bình tháng, năm tại các trạm...........................................30
Bảng 2.10. Bảng phân phối lượng mưa theo mùa........................................................31
Bảng 2.11 Đặc trưng mưa tháng tỉnh Hịa Bình...........................................................32
Bảng 2.12. Tổng hợp trữ lượng nước đến từ mưa tỉnh Hịa Bình................................33
Bảng 2.13. Đặc trưng dịng chảy năm một số trạm......................................................34
Bảng 2.14. Phân phối dòng chảy năm trung bình một số trạm (m3/s)..........................35
Bảng 2.15. Phân phối mơ đuyn dịng chảy năm trung bình một số trạm.....................35
Bảng 2.16. Một số trận lũ lớn ở tỉnh Hịa Bình...........................................................36
Bảng 2.17. Dịng chảy nhỏ nhất một số trạm trên tỉnh Hịa Bình................................36
Bảng 2.18. Dòng chảy năm và tổng lượng dòng chảy năm sinh ra trên các tiểu lưu vực....37
Bảng 2.19. Tổng hợp trữ lượng NDĐ đã được xếp cấp...............................................38
Bảng 2.20. Bảng tổng hợp kết quả tính trữ lượng động tự nhiên NDĐ tỉnh Hịa Bình 40
Bảng 2.21. Tổng hợp trữ lượng tiềm năng NDĐ theo các lưu vực..............................39
Bảng 2.22. Thống kê tình hình dân số qua các năm theo giới tính và thành thị, nông
thôn (người).................................................................................................................41
Bảng 2.23 Tăng trưởng kinh tế theo ngành kinh tế (tỷ đồng)......................................43
Bảng 2.24. Tổng hợp GDP theo ngành (%).................................................................43
Bảng 2.25 Một số chỉ tiêu tăng trưởng công nghiệp, xây dựng (Tỷ đồng, giá 1994)...44
Bảng 2.26 Hiện trạng KCN đã đi vào hoạt động tỉnh Hịa Bình tính đến 2010...........44
Bảng 2.27. Các sản phẩm công nghiệp chủ yếu...........................................................45
Bảng 2.28. Tăng trưởng GTTT nông lâm thủy sản (tỷ đồng)......................................46
Bảng 2.29. Một số chỉ tiêu về trồng trọt tỉnh Hòa Bình...............................................47
Bảng 2.30. Một số chỉ tiêu về chăn ni tỉnh Hịa Bình..............................................47
Bảng 2.31. Một số chỉ tiêu về lâm nghiệp tỉnh Hịa Bình............................................48
Bảng 2.32. Một số chỉ tiêu về hiện trạng thủy sản tỉnh Hịa Bình...............................48

Bảng 2.33 Một số chỉ tiêu phát triển du lịch................................................................49
Bảng 2.34. Thống kê dân số giai đoạn 2006 - 2010.....................................................50
Bảng 2.35 Chuyển dịch cơ cấu dân số nông thôn và thành thị giai đoạn 2006 - 2010 .51
Bảng 3.1. Hiện trạng các cơng trình cấp nước sinh hoạt đơ thị tỉnh Hịa Bình............54
Bảng 3.2. Tổng hợp số lượng giếng khoan, giếng đào tỉnh Hịa Bình.........................55
Bảng 3.3. Hiện trạng khai thác nước một số cơ sở sản xuất chính trên địa bàn tỉnh....56
Bảng 3.4. Hiện trạng các cơng trình thủy lợi chia theo lưu vực...................................57
Bảng 3.5. Hiện trạng khai thác nước tỉnh Hịa Bình (triệu m3/năm)............................60
Bảng 3.6. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt tỉnh Hịa Bình.............................................61
Bảng 3.7. Cơng suất phát điện mục tiêu của thủy điện Hịa Bình (MW).....................62
Bảng 3.8. Mơ hình mưa hiện trạng và thiết kế ứng với tần suất 85%..........................63
Bảng 3.9. Thời vụ cây trồng chính của tỉnh Hịa Bình.................................................63
Bảng 3.10. Tiêu chuẩn cấp nước cho các loại vật nuôi................................................63
Bảng 3.11. Chỉ tiêu cấp nước cho thủy sản (đơn vị: m3/ha).........................................64
Bảng 3.12. Tiêu chuẩn cấp nước cho hoạt động dịch vụ, công cộng...........................64
Bảng 3.13. Nhu cầu nước cho sinh hoạt đơ thị tỉnh Hịa Bình.....................................65
Bảng 3.14. Nhu cầu nước cho sinh hoạt nơng thơn tỉnh Hịa Bình..............................65
Bảng 3.15. Nhu cầu nước cơng nghiệp tỉnh Hịa Bình hiện trạng và dự báo...............66
Bảng 3.16. Nhu cầu nước cho tưới tỉnh Hịa Bình.......................................................67
Bảng 3.17. Nhu cầu nước cho chăn ni tỉnh Hịa Bình..............................................68
Bảng 3.18. Nhu cầu nước cho ni trồng thủy sản tỉnh Hịa Bình...............................68
Bảng 3.19. Nhu cầu nước du lịch, dịch vụ tỉnh Hịa Bình hiện trạng và dự báo..........69
Bảng 3.20. Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước tỉnh Hòa Bình (đơn vị: triệu m3/năm)....70
Bảng 3.21. Diện tích rừng trồng và chăm sóc rừng qua các năm - tỉnh Hịa Bình (ha) 71
Bảng 3.22. Bộ thơng số mơ hình MIKE NAM tại các lưu vực khống chế bởi các trạm
thủy văn trong tỉnh Hịa Bình......................................................................................74
Bảng 3.23. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình.................................................74
Bảng 3.24. Lưu lượng và tổng lượng nước đến từ mưa tỉnh Hịa Bình........................75
Bảng 4.1. Lượng nước thiếu và tháng thiếu nước trong kỳ quy hoạch (kịch bản 1)....79

Bảng 4.2. Lượng nước thiếu và tháng thiếu nước trong kỳ quy hoạch (kịch bản 2)....79
Bảng 4.3. Tỷ lệ dùng nước của các ngành (năm 2010)................................................83
Bảng 4.4. Tỷ lệ (%) hiện trạng sử dụng NDĐ trong nhu cầu dùng nước (2010).........84
Bảng 4.5. Tuyến tính tốn dịng chảy mơi trường........................................................85


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


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ mơ phỏng cấu trúc mơ hình NAM.......................................................9
Hình 2.1. Bản đồ hiện trạng sơng suối, tài nguyên nước mặt và mạng lưới giám sát
TNN............................................................................................................................. 38
Hình 2.2 Biểu đồ chuyển dịch cơ cấu kinh tế tỉnh Hịa Bình.......................................44
Hình 3.1. Tỷ lệ khai thác nước giữa các ngành...........................................................58
Hình 3.2. Tỷ lệ khai thác nước giữa nguồn nước.........................................................58
Hình 3.3. Tổng hợp nhu cầu nước tỉnh Hịa Bình........................................................70
Hình 3.4. Cơ cấu nhu cầu nước của các đối tượng sử dụng nước tỉnh Hịa Bình.........70
Hình 4.1. Kết quả tính tốn tại trạm Bến Ngọc năm 2010...........................................78

Hình 4.2. Kết quả tính tốn tại trạm Bến Ngọc năm 2009...........................................78
Hình 4.3. Sơ đồ tuyến kiểm sốt dịng chảy mơi trường..............................................86
Hình 4.4. Sơ đồ vị trí các lỗ khoan có thể đưa vào khai thác, sử dụng NDĐ...............98
Hình 4.5. Sơ đồ vị trí các điểm lộ có thể đưa vào khai thác, sử dụng NDĐ................98


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

TNN

Tài ngun nước

TNMT

Tài ngun mơi trường

KTTV

Khí tượng thủy văn

NĐ – CP

Nghị định Chính phủ

TT

Thơng tư

KT – XH

Kinh tế - xã hội

NDĐ

Nước dưới đất

GDP

Tổng sản phẩm trong nước

KCN

Khu công nghiệp

CCN

Cụm công

QH

nghiệp Quy

GTTT

hoạch

UNICEF

Giá trị tăng thêm

ADB

Quỹ nhi đồng liên hợp quốc

ODA

Ngân hàng phát triển châu Á

XDCB

Nguồn vốn hỗ trợ chính thức bên

KBTTN

ngồi Xây dựng cơ bản
Khu bảo tồn thiên nhiên


Trang 11

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

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

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

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


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


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH
TỐN TRONG QUY HOẠCH PHÂN BỔ TÀI NGUN NƯỚC
1.1. Tổng quan về các nghiên cứu ứng dụng mơ hình toán trong quy hoạch phân bổ
tài nguyên nước trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.1. Quá trình hình thành và phát triển của các nghiên cứu về quy hoạch phân bổ tài
nguyên nước

Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu cho cuộc sống của con người và sinh vật
trên trái đất, thiếu nước sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người, làm suy
giảmđến nền kinh tế, gây mất ổn định xã hội và suy thối mơi trường. Chính vì vậy,
việc nghiên cứu để quản lý tài nguyên nước trên các lưu vực sông để đáp ứng nhu cầu
của các ngành kinh tế đảm bảo cho việc phát triển bền vững là vấn đề ln được các
Chính phủ, các nhà khoa học quan tâm.
Việc nghiên cứu cân bằng nước có ý nghĩa rất lớn cả về khoa học và thực tiễn.
Từ góc độ khoa học, phương trình cân bằng nước cho phép ta cắt nghĩa nguyên nhân,
các hiện tượng, chế độ thủy văn của một khu vực xác định, đánh giá các số hạng trong
cán cân nước và mối quan hệ tương tác giữa chúng. Trong thực tiễn, nghiên cứu cân
bằng nước cho phép định lượng đầy đủ và chính xác tài ngun nước để tìm ra
phương thức sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá này.
1.1.2. Các mơ hình tốn thường được sử dụng trong bài tốn quy hoạch phân bổ tài
nguyên nước
1.1.2.1. Giới thiệu sơ bộ các mơ hình tốn đã và đang được ứng dụng hiện nay trên thế giới
Trên thế giới việc sử dụng mơ hình tốn như các mơ hình mưa - dịng chảy và
các mơ hình cân bằng hệ thống để hỗ trợ việc nghiên cứu xây dựng phân bổ tài nguyên
nước đã có nhiều thành cơng nhất định. Một số ví dụ về việc đó là:
- Mơ hình IQQM (Intergrated Quantity and Quality Model)
Do Australia xây dựng và phát triển, mô hình đã được ứng dụng cho một số lưu
vực sơng lớn tại Queenland ( Australia) và gần đây đã được đưa vào ứng dụng cho lưu
vực sông MeKong. Đây là mơ hình mơ phỏng sử dụng nước lưu vực nhằm đánh giá
các tác động của chính sách quản lý tài ngun nước đối với người sử dụng nước. Mơ
hình IQQM hoạt động trên cơ sở phương trình liên tục, mơ phỏng diễn biến hệ thống
sơng ngịi, kể cả chất lượng nước.
- Hệ thống mơ hình GIBSI
Được áp dụng cho các lưu vực ở Canada có hệ sinh thái và tình hình phát triển
cơng nghiệp, nơng nghiệp, đơ thị phức tạp. GIBSI là một hệ thống mơ hình tổng hợp
chạy trên máy PC cho các kết quả kiểm tra tác động của nông nghiệp, công nghiệp,

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

nguyên nước thông qua các chỉ tiêu kinh tế. Mơ hình cũng cho biết hiệu íchđầu tư
khai thác cho từng lưu vực nhỏ trong lưu vực lớn cũng như các cơng trình trong khai
thác tài ngun nước.
Vai trị quan trọng nhất của mơ hình là đánh giá các phương án khai thác tài
nguyên nước trong lưu vực sông. Thực tế cho thấy, hoạt động của các cơng trình thuỷ
lợi có thể biểu diễn dưới hàm phi tuyến, vì vậy khó có thể dùng các mơ hình tổi ưu để
tìm kết quả hoạt động của hệ thống. Đầu vào của mơ hình là các số liệu thủy văn và
nhu cầu nước, thông qua vận hành các hệ thống cơng trình sẽ cho kết quả tương ứng.


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

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


hỗ trợ đắc lực, góp phần khơng nhỏ vào thành tựu của các nghiên cứu này trong thực
tế.
- Mơ hình WEAP
WEAP (Water Evaluation And Planning System - hệ thống quản lý và đánh giá
nguồn nước) là sản phẩm của Viện nghiên cứu môi trường Stockholm cơ sở ở Boston
nghiên cứu và phát triển. Phần mềm này có khả năng mơ phỏng được hệ thống tài
nguyên nước trong lưu vực một cách trực quan. Bằng việc đưa ra rất nhiều kịch bản về
việc sử dụng nước trong tương lai cùng các định hướng giải quyết các vấn đề về tài
nguyên nước, WEAP là một công cụ đắc lực cho công việc quy hoạch và quản lý tài
nguyên nước. Tính đến thời điểm hiện tại, liên quan đến việc ứng dụng mô hình
WEAP ở các nước trên thế giới có khoảng hơn 30 dự án đánh giá nước ở các quốc gia
trên hầu hết các châu lục bao gồm Mỹ, Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ, Mexico, Brazil,
Đức, Hàn Quốc, Ghana, Kenya, Nam Phi, Ai Cập, Israel và Oman.
1.1.2.2. Một số mô hình tốn được ứng dụng trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước

Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả đã tìm hiểu về một số mơ hình tốn
đã và đang được ứng dụng trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nước hiện nay. Giới
thiệu sơ bộ về các mơ hình này như sau:
a. Các mơ hình mưa - dịng chảy
(1) Mơ hình SSARR
- Tổng hợp dịng chảy và điều tiết hồ chứa.
- Đặc điểm của mơ hình: Xây dựng một sơ đồ hình thế cho hệ thống sơng, bao gồm:
+ Các lưu vực bộ phận sinh dòng chảy.
+ Điều kiện thủy văn tương đối đồng nhất
+ Các đoạn sơng diễn tốn lũ
+ Các hồ chứa
+ Các đoạn sơng xử lý nước vật
+ Các điểm nối và tổng hợp dịng chảy
- Kết quả tính tốn phụ thuộc vào việc xác định các thông số và các quan hệ vật
lý, chỉ số, chỉ tiêu được xác định khá mềm dẻo.
- Nhược điểm: sử dụng nhiều quan hệ dưới dạng bảng làm cho việc điều chỉnh
mơ hình gặp nhiều khó khăn và khó tối ưu hóa.
- Mơ hình SSARR được cải biên để ứng dụng cho hệ thống sông Hồng, sông Trà Khúc,
sông Vệ và cho kết quả khá tốt trong tính tốn và dự báo nghiệp vụ.


(2) Mơ hình TANK
- Lưu vực được mơ phỏng bằng chuỗi các bể chứa xếp theo tầng và cột phù hợp với
hình dạng lưu vực, cấu trúc thổ nhưỡng, địa chất,…
- Mưa trên lưu vực được xem như lượng vào của bể chứa trên cùng. Mỗi bề chứa
đều có một cửa ra ở đáy.
- Mơ hình đơn giản nhất là kiểu cột bể TANK đơn: 4 bể trên một cột. Phù hợp
cho các lưu vực nhỏ có độ ẩm cao.
- Mơ hình phức tạp hơn là mơ hình TANK kép gồm một số cột bể mơ phỏng q trình
hình thành dịng chảy trên lưu vực, và các bể mơ tả q trình truyền sóng lũ trong

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


• Bể ngầm

Hình 1.1. Sơ đồ mơ phỏng cấu trúc mơ hình NAM

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


- Các lưu vực bộ phận
- Các đoạn sông (sông chính và sơng nhánh)
- Các khu sử dụng nước bao gồm khu tưới, khu cấp nước sinh hoạt, công nghiệp và thuỷ
điện
- Các cơng trình lấy nước như hồ chứa, đập dâng, trạm bơm…
Mơ hình sẽ mơ phỏng tính tốn cân bằng nước từ thượng lưu đến hạ lưu trong đó
tính tốn nguồn nước đến các lưu vực bộ phận, nhập lưu địa phương, xem xét việc sử
dụng nước trong các khu dùng nước và thông qua cân bằng nước tính tốn dịng chảy
tại các nút từ thượng lưu đến hạ lưu với thời đoạn tính tốn là tháng từ đó ta có chuỗi

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


- Tại Việt Nam: Hiện nay hầu hết các nghiên cứu về quy hoạch phân bổ tài
nguyên nước đều sử dụng cơng cụ mơ hình tốn, ví dụ như các mơ hình mưa –

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

trên phạm vi tồn quốc. Tuy vậy do việc nghiên cứu còn gắn với địa giới hành chính
cũng gây khơng ít khó khăn trong việc khai thác và sử dụng tài nguyên nước.
- Gần đây, tham gia vào việc tính tốn cân bằng nước trên các lưu vực sơng ở Việt Nam
ngồi việc ứng dụng mơ hình MITSIM (đã được cải tiến chạy trên mơi trường
Window), mơ hình MIKE BASIN (đã trở nên phổ biến), mơ hình IQQM (tích hợp
trong bộ MRC Toolbox của Ủy hội sơng Mêkong quốc tế) thì cịn có thêm mơ hình
WEAP (do Viện mơi trường Stockhom có trụ sở tại Mỹ phát triển) tham gia vào việc
tính tốn cân bằng nước và lập kế hoạch sử dụng nước.


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

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


Schematic: đây là bước đầu tiên
khi thiết lập ứng dụng mơ hình WEAP,
khung này chứa đựng các cơng cụ GIS
cơ bản cho phép xây dựng hệ thống các
đối tượng một cách dễ dàng. Ví dụ như
các nút nhu 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.
Data: Khung dữ liệu cho phép đưa các

dữ liệu đầu vào cho mơ hình bao gồm
nhu cầu nước, thơng số cơng trình,
nước dưới đất ….tạo các biến và các
mối quan hệ thông qua một loạt các
hàm cho trước hoặc nhập tay các thuộc
tính dữ liệu đầu vào cho mơ hình một
cách linh động.

Results: 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.


Scenario Explorer:
Khung Scenario Explorer cho
phép phân tích lựa chọn xây
dựng các kịch bản tính tốn cân
bằng nước dựa trên kịch bản nền
hay phân tích đánh giá kết quả
tính tốn cân bằng nước với việc
thay đổi các dữ liệu đầu vào một
cách nhanh chóng và trực quan.
Notes: Khung ghi chú cung cấp
một khơng gian để người sử
dụng đưa vào tồn bộ các chú
thích, dẫn giải về q trình xây
dựng và tính tốn với mơ hình
WEAP.

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


- Mô phỏng các nhu cầu dùng nước của các ngành;
- u cầu về dịng chảy mơi trường;
- Mơ phỏng hồ chứa và các yếu tố khác.
Các yếu tố mô phỏng được liên kết với nhau thông qua Transmission Link và
Return Flow.
b. Mơ hình hố lưu vực nghiên cứu
Để mơ hình hố lưu vực nghiên cứu trước tiên cần:
- Tạo lưu vực (Area → Create area);

- Chọn khoảng thời gian nghiên cứu và thời đoạn tính tốn (General → Years
and Time Steps);
- Đặt đơn vị cho các đại lượng tính toán (General→Units);
- Thực hiện xong các bước trên mới tiến hành xây dựng mạng lưới và nhập dữ
liệu.
c. Nhập số liệu cho WEAP
Việc nhập số liệu tiến hành như sau như sau:
- Với các nhánh sông cần nhập số liệu dịng chảy tháng trung bình nhiều
năm (Supply and Resources → River);
- Về nhu cầu dùng nước:
+ Nhập tổng lượng nước dùng (Annual Water use Rate);
+ Nhập lượng nước dùng cho từng tháng dưới dạng % (Monthly variation);
+ Nhập số liệu về phần trăm lượng nước hồi quy trở lại sông (Return flow)
và tỷ lệ nước khơng bị thất thốt của lượng hồi quy này (Consumption);
- Số liệu về dòng chảy mơi trường tối thiểu để duy trì sinh thái sơng (River →
Flow Requirements→ Envi);
- Số liệu về hồ chứa cần nhập các thông tin sau:
+ Năm hồ chứa được xây dựng (startup year);
+ Dung tích lớn nhất;
+ Dung tích hiệu dụng;
+ Dung tích chết;
+ Đường đặc tính của hồ;
Với các đối tượng khác (nếu có mơ phỏng trong hệ thống) việc vào dữ liệu
hồn tồn tương tự và có thể thực hiện dễ dàng trên cửa sổ làm việc Dataview.
d. Phương pháp tính tốn
WEAP tính tốn cân bằng cả tổng lượng và chất lượng nước trên lưu vực sông
cho tất cả các nút với bước thời gian hàng tháng. Nước sử dụng để đáp ứng nhu cầu
cho các hộ dùng nước có tiêu hao và khơng tiêu hao dựa trên mức độ ưu tiên sử dụng
nước, lượng nước đến và các ràng buộc khác.
Bởi vì bước thời thời gian sử dụng trong mơ hình là tương đối dài (tháng), tất

cả các dòng được cho là xảy ra đồng thời. Do đó, các khu sử dụng nước có thể rút
nước từ sơng, tiêu thụ một phần, trả lại sơng phần cịn lại (dòng chảy hồi quy). Dòng