Nghiên cứu dòng chảy môi trường và điệu kiện sinh thái hạ lưu sông trà khúc trước bối cảnh biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

---------------

HUỲNH TRUNG TÍN

NGHIÊN CỨU DỊNG CHẢY MƠI TRƯỜNG VÀ
ĐIỀU KIỆN SINH THÁI HẠ LƯU SÔNG TRÀ
KHÚC TRƯỚC BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên Ngành: Kỹ thuật mơi trường
Mã số ngành : 60520320

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

---------------

HUỲNH TRUNG TÍN

NGHIÊN CỨU DỊNG CHẢY MƠI TRƯỜNG VÀ
ĐIỀU KIỆN SINH THÁI HẠ LƯU SÔNG TRÀ
KHÚC TRƯỚC BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên Ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số ngành : 60520320
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TS. HUỲNH PHÚ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2016


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Huỳnh Phú
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Cơng nghệ Thành Phố Hồ Chí
Minh ngày … tháng … năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

TT

Chức danh Hội đồng

Họ và tên

1
2
3
4
5
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHÒNG QLKH - ĐTSĐH

TP. HCM, ngày..… tháng….. năm 2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên

: Huỳnh Trung Tín

Ngày, tháng, năm sinh : 09/03/1990
Chun ngành

: Kỹ thuật mơi trường

Giới tính

: Nam

Nơi sinh

: Bình Định

MSHV

: 1341810038

I- Tên đề tài :
Nghiên cứu dịng chảy mơi trường và điều kiện sinh thái hạ lưu sông Trà Khúc

trước bối cảnh biến đổi khí hậu
II- Nhiệm vụ và nội dung
- Ứng dụng tính tốn dịng chảy mơi trường và ảnh hưởng biến đổi khí hậu vào lưu
vực sơng Trà Khúc.
- Nghiên cứu dịng chảy môi trường đảm bảo sử dụng nguồn nước và hệ sinh thái
thủy sinh.
- Đề xuất giải pháp bảo vệ mơi trường, tài ngun nước và duy trì dịng chảy môi
trường cho hạ lưu sông Trà Khúc.III- Ngày giao nhiệm vụ
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ

:

V- Cán bộ hướng dẫn

: PGS.TS. Huỳnh Phú

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS. Huỳnh Phú

:

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu dịng chảy mơi trường và
điều kiện sinh thái hạ lưu sông Trà Khúc trước bối cảnh biến đổi khí hậu” là cơng

trình nghiên cứu của riêng tác giả với sự hướng dẫn từ PGS.TS. Huỳnh Phú. Các số
liệu thực hiện cho việc phân tích, đánh giá, nhận xét, kết luận trong Luận văn này từ
quá trình khảo sát, đo đạc và thực nghiệm tại hiện trường do tác giả và nhóm cộng
tác thực hiện. Kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

Huỳnh Trung Tín


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hồn thành luận văn Thạc sĩ, tác giả ln
nhận được sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của quý thầy, cơ trường Đại Học Cơng
Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh.
Tác giả chân thành cảm ơn tới:
Ban Giám hiệu, Phòng QLKH và ĐTSĐH, Khoa CNSH - TP - MT trường Đại
Học Cơng Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả học
tập và hoàn thành luận văn Thạc sĩ.
Trân trọng cảm ơn Thầy, Cô giáo đã giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện
luận văn.
Chân thành cám ơn PGS.TS. Huỳnh Phú, thầy đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn
trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn Thạc sĩ.
Cám ơn gia đình và bạn bè ln động viên tơi để hồn thành luận văn này.
Huỳnh Trung Tín

iii

TĨM TẮT
“Dịng chảy mơi trường” là một khái niệm dễ hiểu. Đó là có đủ nước trong
các dịng sơng của chúng ta và chế độ nước này được quản lý nhằm bảo đảm các lợi
ích về kinh tế, xã hội và môi trường. Tuy vậy, những nỗ lực tiên phong trong lĩnh
vực này ở Nam Phi, Autralia và Mỹ đã cho thấy rằng q trình thiết lập dịng chảy
mơi trường đặt ra những thách thức to lớn, đặc biệt khi quá trình này là một phần
của phương pháp tiếp cận quản lý tổng hợp tài ngun nước. Dịng chảy mơi trường
đòi hỏi sự kết hợp của nhiều ngành khác nhau bao gồm kỹ thuật, luật, sinh thái, kinh
tế, thủy văn, khoa học chính trị và truyền thơng. Dịng chảy mơi trường cũng cần có
sự đàm phán giữa các bên liên quan để kết nối những lợi ích khác nhau về sử dụng
nước, đặc biệt ở những lưu vực mà cạnh tranh về sử dụng nước vốn đã rất gay gắt.
Lợi ích của việc thiết lập dịng chảy mơi trường là cơ chế quản lý được cải thiện,
đảm bảo sự tồn tại lâu dài của hệ sinh thái và đạt được sự cân bằng tối ưu giữa các
nhu cầu sử dụng nước khác nhau. Trong bối cảnh việc sử dụng tài nguyên nước quá
mức trên khắp thế giới cùng sự suy thóai của các hệ sinh thái và các dịch vụ của
chúng, dịng chảy mơi trường khơng phải là một sự xa xỉ mà là một phần thiết yếu
của mơ hình quản lý tài nguyên nước hiện đại. Đó là một hướng tiếp cận xứng đáng
được thực hiện rộng rãi.Với vấn đề cấp thiết này trong chương trình nghị sự về tài
ngun nước. Các phương pháp đánh giá dịng chảy mơi trường và thích nghi cơ sở
hạ tầng, cơng cụ kinh tế, chính trị và pháp lý của việc thiết lập dịng chảy mơi
trường. Trên thực tế việc thực hiện dịng chảy mơi trường có thể khơng dễ dàng.
Nhưng đó là một thành phần quan trọng của bất kỳ nỗ lực nào nhằm giải quyết
những vấn đề liên quan đến sự suy thóai các dịng sơng của chúng ta, làm mất đi
tính đa dạng sinh học và các lợi ích xã hội của chúng.
Trên Thế giới ngày nay đặt ra yêu cầu về phát triển bền vững tài nguyên
nước. Dòng chảy môi trường là một trong những vấn đề bức thiết với cuộc sống của
các dịng sơng. Ở Việt nam chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể về dịng chảy mơi
trường để bảo vệ sinh thái của lưu vực sông. Những u cầu về duy trì dịng chảy

mơi trường đã được quy định trong các văn bản pháp luật của Nhà nước. Luận văn
khái qt tình hình nghiên cứu về dịng chảy môi trường điều kiện sinh thái hạ lưu
sông Trà Khúc trước bối cảnh biến đổi khí hậu. Phương pháp đánh giá dòng chảy


iv
mơi trường chính đã có và nêu lên những điều kiện cần thiết và khả năng áp dụng
vào điều kiện biến đổi khí hậu. Lưu vực sơng Trà Khúc có hệ sinh thái đa dạng, với
thảm rừng nguyên sinh, rừng ngập mặn, vượt trội về tiềm năng du lịch bởi quần thể
liên hoàn giữa biển và cao nguyên nhiệt đới. Hiện nay, lưu vực sông này tài nguyên
nước đang bị khai thác với tốc độ nhanh. Hai ngành sử dụng tài nguyên nước nhiều
nhất là thủy điện và thủy lợi. Sự khai thác triệt để của hai ngành này đã dẫn đến mất
cân bằng bởi việc sử dụng nước cho các lợi ích khác nhau như giao thơng thủy, phát
triển du lịch, bảo vệ duy trì hệ thủy sinh, phát triển rừng với bảo vệ tài nguyên
nước.


v

ABSTRACT
"Environmental flows" is a concept easily understood. That's enough water
in our rivers and water regime are managed to ensure that the benefits of economic,
social and environmental. However, these pioneering efforts in this field in South
Africa, Australia and the US have shown that the process of establishing
environmental flows pose enormous challenges, especially when the process is part
of the approach of integrated management of water resources. Environmental flows
requires a combination of many different disciplines including engineering, law,
ecology,

economy,

hydrology,

political

science

and

communications.

Environmental flows also require negotiations between stakeholders to connect the
different interests of water use, especially in those basins where competition for
water use is already very intense. The benefits of establishing environmental flow
management mechanism be improved, ensuring long-term survival of ecosystems
and achieve optimum balance between the demand for different countries. In the
context of the use of excessive water resources around the world and the
degradation of ecosystems and their services, environmental flows is not a luxury
but an essential part of the model water resources management modernization. That
is a worthy approach is widely practiced. With this urgent issue in agenda on water
resources.The method of assessment of environmental flows and adaptive
infrastructure, economic instruments, political and legal establishment of
environmental flows. In fact the implementation of environmental flows may not be
easy. But it is an important component of any effort to solve the problems related to
the degradation of our rivers, to the loss of biodiversity and the interests of our
society.
On the world today imposes requirements on sustainable development of
water resources. Environmental flows is one of the pressing issues in the lives of the
river. In Vietnam there are no specific studies on environmental flows to protect the
ecology of the river basin. The requirement to maintain environmental flows as

defined in the laws of the State. Thesis research to outline the situation of
environmental flows downstream ecological conditions Tra Khuc River under
climate change condition. Methods of evaluation of environmental flows have and


vi
raise the necessary conditions and the ability to apply under climate change
condition. Trà Khúc basin with primary forest cover, mangroves, superior tourist
potential by a continuous population between sea and tropical highlands Currently,
watershed resources Water is being exploited at a faster pace. Two branches use of
water resources most hydropower and irrigation. The full exploitation of these two
sectors has led to imbalances by the use of water for various benefits such as
navigation, tourism development, protection of aquatic maintain, develop and
protect Water Resources.


vii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iii
ABSTRACT ................................................................................................................ v
MỤC LỤC .................................................................................................................vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................... x
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. xi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ xiii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề ............................................................................................................... 1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2

3. Ý nghĩa của đề tài .................................................................................................... 2
4. Mục tiêu của đề tài .................................................................................................. 3
5. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SƠNG TRÀ KHÚC VÀ TÍNH TỐN
DỊNG CHẢY MƠI TRƯỜNG CHO NHU CẦU PHÁT TRIỂN ............................. 8
1.1. Điều kiện tự nhiên ................................................................................................ 8
1.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................. 8
1.1.2. Đặc điểm địa hình .................................................................................. 9
1.1.2.1. Vùng núi cao và trung bình ............................................................... 9
1.1.2.2. Vùng Đồng Bằng............................................................................... 9
1.1.2.3. Vùng cát ven biển.............................................................................. 9
1.2. Điều kiện khí tượng thủy văn ............................................................................. 10
1.3. Hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội ................................................................. 22
1.3.1. Về Kinh tế ............................................................................................ 22
1.3.2. Về Xã hội ............................................................................................. 24
1.4. Chất lượng nước, hệ sinh thái thủy sinh và yêu cầu quản lý bảo vệ .................. 24
1.4.1. Tình hình khai thác và sử dụng nước ................................................... 24
1.4.2. Điều kiện môi trường sinh thái ............................................................ 43
1.4.3. Yêu cầu quản lý bảo vệ ........................................................................ 47


viii
1.4.4. Tổng quan tình hình nghiên cứu và thực hiện nghiên cứu dịng chảy
mơi trường trên thế giới và ở Việt Nam. ................................................................... 48
1.4.4.1. Thế giới ........................................................................................... 48
1.4.4.2. Tại Việt Nam ................................................................................... 53
1.4.5. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dịng chảy mơi trường .......................... 55
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN DỊNG CHẢY MƠI TRƯỜNG
CHO LƯU VỰC SƠNG TRÀ KHÚC ...................................................................... 60
2.1. Khái niệm nhu cầu cho hệ sinh thái, dịng chảy mơi trường và vấn đề xác định

dịng chảy mơi trường trong thực tế .......................................................................... 60
2.1.1. Khái niệm nhu cầu nước cho hệ sinh thái ............................................ 60
2.1.2. Dịng chảy mơi trường và vấn đề xác định dịng chảy môi trường trong
thực tế ...................................................................................................................... 61
2.2. Các phương pháp tính tốn dịng chảy mơi trường trên thế giới và Việt Nam .. 61
2.2.1. Trên thế giới ......................................................................................... 62
2.2.2. Trên Việt Nam ..................................................................................... 64
2.3. Tính tốn dịng chảy mơi trường cho lưu vực sơng Trà Khúc ........................... 64
2.3.1. Tính Q dcmt theo phương pháp Tennant .......................................... 67
2.3.2. Tính Qdcmt theo kinh nghiệm chun gia ........................................... 68
2.4. Tính tốn dịng chảy môi trường theo phương pháp thủy văn ........................... 70
2.4.1. Các phương pháp chỉ số thủy văn ........................................................ 70
2.4.2. Ứng dụng các phương pháp tính tốn cho các tuyến đã chọn ............. 71
2.4.2.1. Đối với các tuyến ở trạm thủy văn .................................................. 71
2.4.2.2. Đối với các tuyến khơng có trạm thủy văn ..................................... 72
2.5. Tính tốn dịng chảy mơi trường theo phương pháp thủy lực............................ 72
2.5.1. Phương pháp chu vi ướt ....................................................................... 72
2.5.2. Các bước tính tốn ............................................................................... 72
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 11 NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI
DỊNG CHẢY VÀ ĐIỀU KIỆN SINH THÁI HẠ LƯU SÔNG TRÀ KHÚC ........ 74
3.1. Lựa chọn mơ hình tốn....................................................................................... 74
3.1.1. Mơ hình Mike11................................................................................... 74
3.1.1.1 Giới thiệu chung. .............................................................................. 74


ix
3.1.1.2 Cơ sở lý thuyết đặc trưng mơ hình . [10]. ........................................ 76
3.1.1.3. Khả năng ứng dụng mơ hình Mike 11 ............................................ 81
3.1.1.4. Các input, output mơ hình Mike 11 ................................................ 81
3.2. Ứng dụng mơ hình Mike11 cho khu vực nghiên cứu ........................................ 82

3.2.1. Dòng chảy thủy lực .............................................................................. 82
3.2.2. Khởi tạo file Simulation ....................................................................... 82
3.2.3. Biên tập file input cho model thủy lực................................................. 83
3.2.4. Chạy mơ hình ....................................................................................... 87
3.3. Dịng chảy mơi trường sinh thái ........................................................................ 89
3.3.1 Phương pháp chu vi ướt ....................................................................... 89
3.3.2 Các bước tính tốn ................................................................................ 90
3.3.3 Tính tốn dịng chảy mơi trường ........................................................... 90
3.4. Ảnh hưởng của dịng chảy mơi trường đến tình hình sử dụng nước ................. 93
CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP DUY TRÌ DỊNG CHẢY MƠI
TRƯỜNG VÀ HỆ SINH THÁI ................................................................................ 96
4.1. Mối quan hệ giữa các yếu tố thủy văn thủy lực tới vị trí các trạm thủy văn với
diện tích ngập và thời gian ngập trên lưu vực sơng Trà Khúc .................................. 96
4.2. Đề xuất các giải pháp ......................................................................................... 99
4.3. Giải pháp cơng trình xây dựng bổ sung, hồn chỉnh cơ sở hạ tầng các cơng trình
kỹ thuật sử dụng nước trên lưu vực sông đáp ứng yêu cầu duy trì dịng chảy mơi
trường. ..................................................................................................................... 102
4.3.1. Giải pháp thực hiện phương thức quản lý nhu cầu nước thay cho
phương thức quản lý cung cấp nước hiện hành. ..................................................... 104
4.3.2. Giải pháp bảo vệ môi trường nước và hệ sinh thái thủy vực .......... 107
4.3.3. Đề xuất định hướng quản lý tài ngun nước nhằm duy trì dịng chảy
mơi trường lưu vực sông Trà khúc .......................................................................... 108
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 111
1. Kết luận ............................................................................................................ 111
2. Kiến nghị ............................................................................................................. 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 113


x

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BVMT

: Bảo vệ môi trường

TNN

: Tài nguyên nước

BOD5

: Nhu cầu Oxy sinh hóa 5 ngày

PTBV

: Phát triển bảo vệ

COD

: Nhu cầu Oxy hóa học

KCN

: Khu cơng nghiệp

DCMT

: Dịng chảy mơi trường

HST

: Hệ sinh thái

LVS

: Lưu vực sơng

ATNĐ

: Áp thấp nhiệt đới

KKL

: Khơng khí lạnh

HTNĐ

: Hội tụ nhiệt đới

TBNN

: Trung bình nhiều năm

PCLB

: Phịng chống luật bão

DCTT

: Dòng chảy tối thiểu

HTTL

: Hệ thống thủy lợi

ELOHA

: Thay đổi dòng chảy-Phản ứng sinh thái

QLTNN

: Quản lý tài nguyên nước

KTSD

: Kỹ thuật sử dụng

NN&PTNT

: Nông nghiệp và phát triển nông thôn

TNMT

: Tài nguyên môi trường

PTTNN

: Phát triển tài nguyên nước

QLLVS

: Quản lý lưu vực sơng

ĐGDCMT

: Đánh giá dịng chảy mơi trường

KTTV

: Khí tượng thủy văn


xi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1 Đặc điểm hình thái sơng Trà Khúc .......................................................... 12
Bảng 1. 2 Thống kê các trạm đo khí tượng, thủy văn trong vùng ............................ 13
Bảng 1. 3 Giá trị đặc trưng tháng, năm của các yếu tố khí hậu chủ yếu tại trạm Ba
Tơ và Thành phố Quảng Ngãi theo số liệu quan trắc đến năm 2013. ....................... 14
Bảng 1. 4 Nhiệt độ bình quân tháng, năm tại các trạm trong vùng nghiên cứu........ 14
Bảng 1. 5 Số liệu các đặc trưng trận lũ ngày 04 - 7/XII/2006 .................................. 18
Bảng 1. 6 Đặc trưng một số trận lũ điển hình .......................................................... 20
Bảng 1. 7 Mức nước cao nhất năm 2008 .................................................................. 21
Bảng 1. 8 Bảng tổng hợp đặc trưng lũ từ ngày 10 - 12/X/2008 ................................ 21
Bảng 1. 9 Đặc trưng lũ từ ngày 28/IX - 30/IX/2009 ................................................. 21
Bảng 1. 10 Diện tích, dân số của các huyện, phần thuộc lưu vực sông Trà Khúc .... 24
Bảng 1.11 Diện tích tưới của HTTL Thạch Nham qua các năm đến nay (ha) ........ 25
Bảng 1.12 Diện tích tưới HTTL Thạch Nham năm 2010 ........................................ 26
Bảng 1.13 Lượng nước lấy vào HTTL Thạch Nham 9 tháng mùa kiệt (Tr. m3) ...... 27
Bảng 1. 14 Thống kê các trạm quan trắc khí tượng thủy văn lưu vực sơng Trà Khúc

và vùng lân cận.......................................................................................................... 30
Bảng 1. 15 Lượng mưa tháng, năm trung bình nhiều năm các trạm trong lưu vực Trà
Khúc và khu vực lân cận của tỉnh Quảng Ngãi (mm) ............................................... 31
Bảng 1. 16 Các vị trí đánh giá CLN trên dịng chính ở hạ lưu sơng Trà Khúc ........ 37
Bảng 1.17 Bảng đánh giá CLN dùng chỉ số WQI [4] ............................................... 43
Bảng 1. 18 Mức tăng nhiệt độ (oC) trung bình theo mùa so với thời kỳ 1980 - 1999
theo kịch bản phát thải trung bình (B2) tại Quảng Ngãi ........................................... 56
Bảng 1.19 Mức thay đổi (%) lượng mưa theo mùa so với thời kỳ 1980 - 1999 theo
kịch bản phát thải trung bình (B2) tại Quảng Ngãi ................................................... 57
Bảng 2. 1 Tính tốn Qdcmt tại trạm thủy văn Trà Khúc theo phương pháp Tennant68
Bảng 2.2 PPDC năm dạng bình quân tại trạm thủy văn Trà Khúc giai đoạn 19791993 khi chưa có đập Thạch Nham tính theo số liệu khôi phục ............................... 69
Bảng 2.3 Tỷ lệ lượng dòng chảy các tháng trong mùa kiệt chiếm trong tổng số
lượng dịng chảy mùa kiệt tại tuyến tính tốn (%) .................................................... 70
Bảng 2.4 Q dịng chảy mơi trường các tháng mùa kiệt tại tuyến tính tốn............... 70


xii
Bảng 2. 5 Phần trăm ( % ) của chuẩn dịng chảy năm tính tốn DCMT tương ứng
với các mục tiêu bảo vệ môi trường sống theo phương pháp Tennant ..................... 71
Bảng 3. 1 Kết quả thống kê dòng chảy môi trường 1999-2012 ................................ 92
Bảng 4. 1 Tổng hợp các giải pháp cơng trình và phi cơng trình của giải pháp tổng
thể bảo vệ tài nguyên MT nước và hệ sinh thái hạ lưu sông Trà Khúc .................... 99
Bảng 4.2 Lượng nước đến HTTL Thạch Nham trong 9 tháng mùa kiệt khi có các
cơng trình bổ sung nguồn nước ............................................................................... 103


xiii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 Bản đồ lưu vực sơng Trà Khúc. [1]............................................................. 8

Hình 1. 2 Bản đồ lưu vực sơng. [1]. .......................................................................... 10
Hình 1. 3 Bản đồ mạng lưới sơng ngịi. [1]............................................................... 11
Hình 1. 4 Biểu đồ phân phối mưa tháng các trạm Sơn Giang và trạm Quảng Ngãi . 32
Hình 1. 5 Bản đồ đẳng trị mưa. [1], [4]..................................................................... 33
Hình 1.6 Diễn biến thơng số BOD5 theo khơng gian và thời gian ........................... 41
Hình 1.7 Diễn biến thơng số COD theo khơng gian và thời gian ............................. 41
Hình 1.8 Diễn biến thông số DO theo không gian và thời gian ................................ 41
Hình 1.9 Diễn biến thơng số Coliform theo khơng gian và thời gian ....................... 42
Hình 1. 10 Cá bống cát (Glossogobius giuris Hamilton)-Cá bống cát bị bắt bằng
kích điện và đặt trong lịng thuyền của dân ở chân cầu Trà Khúc. [8]. ................... 45
Hình 1. 11Thu gom dầu loang trên sông Trà Khúc (Ảnh: Baomoi.com21/04/2011
3:44:10 PM môi trường và cơng luận) ...................................................................... 47
Hình 1.12 Bản đồ nguy cơ ngập tại Quảng Ngãi ứng với kịch bản nước biển dâng
1m .............................................................................................................................. 57
Hình 2. 1 Đường duy trì Q bình quân ngày tại trạm thủy văn Trà Khúc (TP Quảng
Ngãi) theo số liệu dịng chảy khơi phục bằng phương pháp thủy văn ...................... 69
Hình 3. 1 Diễn biến mực nước, lưu lượng dọc theo chiều dài sông và theo thời gian77
Hình 3. 2 Sơ đồ sai phân ẩn 6 điểm trung tâm .......................................................... 78
Hình 3. 3 Sơ đồ sai phân hố phương trình liên tục................................................. 78
Hình 3. 4 Sơ đồ sai phân hố phương trình động lượng ........................................... 79
Hình 3. 5 Cửa sổ khởi tạo phục vụ luận văn ............................................................. 82
Hình 3. 6 Model Thủy Lực ....................................................................................... 83
Hình 3. 7 Số hóa mạng thủy lực sơng Trà Khúc ....................................................... 84
Hình 3. 8 Cửa sổ tạo file Cross sections và cửa sổ insert branch ............................ 84
Hình 3. 9 Giao diện cửa sổ nhập mặt cắt trong Mike 11 .......................................... 85
Hình 3. 10 Giao diện time series ............................................................................... 85
Hình 3. 11 Cửa sổ Boundary editor .......................................................................... 86
Hình 3. 12 Cửa sổ HD parameters. ........................................................................... 86
Hình 3. 13 Cửa sổ hoạt động của file simulation. ..................................................... 87

xiv
Hình 3. 14 Cửa sổ hệ số nhám đã hiệu chỉnh ........................................................... 88
Hình 3. 15 Đường quá trình mực nước ngày thực đo và tính tốn trạm Trà Khúc
2006 ........................................................................................................................... 88
Hình 3. 16 Đường quá trình mực nước ngày thực đo và tính tốn trạm Trà Khúc
2007 ........................................................................................................................... 89
Hình 3. 17 Mặt cắt Trạm trà khúc năm 2009 ........................................................... 91
Hình 3. 18 Đường quan hệ Q ~ χ trạm Trà Khúc..................................................... 91
Hình 4. 1 Mức độ thủy văn ...................................................................................... 97
Hình 4. 2 Phản ứng thay đổi dịng chảy .................................................................... 99
Hình 4.3 Sơ đồ tính tốn cân bằng nước hạ lưu sông Trà Khúc ............................. 106


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trên thế giới ngày nay đặt ra yêu cầu về phát triển bền vững tài nguyên nước (TNN).
Dịng chảy mơi trường là một trong những vấn đề cấp thiết với cuộc sống của các dịng
sơng. Ở Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể về dịng chảy mơi trường để bảo vệ
sinh thái của lưu vực sơng. Những u cầu về duy trì dịng chảy môi trường đã được quy
định trong các văn bản pháp luật của Nhà nước.
Lưu vực sơng Trà Khúc có hệ sinh thái đa dạng, với thảm rừng nguyên sinh, rừng ngập
mặn, vượt trội về tiềm năng du lịch bởi quần thể liên hoàn giữa biển và cao nguyên nhiệt
đới. Hiện nay, lưu vực sông các tài nguyên nước đang bị khai thác với tốc độ nhanh. Hai
ngành sử dụng tài nguyên nước nhiều nhất là thủy điện và thủy lợi. Sự khai thác triệt để
của hai ngành này đã dẫn đến mất cân bằng bởi việc sử dụng nước cho các lợi ích khác
nhau như giao thơng thủy, phát triển du lịch, bảo vệ duy trì hệ thủy sinh, phát triển rừng
với bảo vệ TNN.

Lưu vực sơng Trà Khúc có ngành nông nghiệp là ngành sử dụng nước nhiều nhất.
Nhưng vẫn sử dụng công nghệ cũ kỹ lạc hậu để tưới. Vận hành thủy điện theo nhu cầu
điện năng mà chưa chú ý nhiều đến điều tiết trên toàn lưu vực để hài hịa, hợp lý với các
ngành khác. Mơi trường nước biến động mạnh vào các giai đoạn cực trị (lũ lụt hay hạn
hán). Gần đây, các tranh chấp lợi ích giữa các vùng và ngành về TNN, đặc biệt vào mùa
khô đã trở nên gay gắt. Mặt khác việc xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt gần như
chưa làm, đã dẫn đến tình trạng ơ nhiễm ngày càng tăng, có nơi đến mức báo động, các
hệ sinh thái thủy sinh bị ảnh hưởng đến sự sống và khơng phát triển được dẫn đến tình
trạng khan hiếm nước. [1], [3], [4].
Với mục tiêu tăng trưởng và phát triển đề ra cho tỉnh Quảng Ngãi và lưu vực sông Trà
Khúc việc gia tăng các áp lực đối với TNN là tất yếu và đặc biệt đáng ngại hơn trước
diễn biến do tác động của biến đổi khí hậu. Vì vậy, xác định dịng chảy mơi trường cho
sơng Trà Khúc là động lực cho phát triển kinh tế xã hội bền vững cho tồn lưu vực. Do
đó Luận văn: “Nghiên cứu dịng chảy mơi trường và điều kiện sinh thái hạ lưu sông
Trà khúc trước bối cảnh biến đổi khí hậu” sẽ góp phần cho việc nghiên cứu dịng chảy
môi trường và bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh lưu vực sông Trà Khúc.


2
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu tính tốn dịng chảy mơi trường tại một số vị trí trên sơng Trà Khúc.
 Phạm vi nghiên cứu
Tồn bộ lưu vực sơng Trà Khúc.
3. Ý nghĩa của đề tài
 Ý nghĩa về khoa học
Xây dựng, tính tốn dịng chảy mơi trường cho lưu vực sơng Trà Khúc và bảo vệ nguồn
sinh vật thủy sinh phục vụ khai thác hợp lý bền vững TNN góp phần PTBV kinh tế - xã
hội tỉnh Quảng Ngãi.
 Ý nghĩa về kinh tế

Việc nghiên cứu dịng chảy mơi trường để tính toán các phương án sử dụng nước, vận
hành của các hồ chứa với sự trợ giúp của mơ hình Mike 11…trong khuôn khổ dự án tăng
cường năng lực các Viện ngành nước nhằm đề xuất phương án quy hoạch và quản lý tổng
hợp tài nguyên nước lưu vực sông Trà Khúc một cách hợp lý để có được kết quả tốt.
Do nguồn nước phân bố không đều theo không gian và thời gian nên vẫn xảy ra tình
trạng ngập úng và hạn hán, vấn đề dùng cơng trình hồ chứa trên hệ thống để điều tiết cho
nhu cầu sử dụng cũng như đảm bảo môi trường sinh thái.
Nghiên cứu về khía cạnh dịng chảy mơi trường. Để đảm bảo dịng chảy môi trường và
đảm bảo nguồn nước cấp cho các khu sử dụng nước lấy nước trên các sơng chính cần
phải có sự tham gia điều tiết của các hồ chứa lớn trên thượng nguồn, đạt được mục tiêu
cũng như cần phải tận dụng lượng dòng chảy mùa lũ để phát điện.
 Ý nghĩa về mặt xã hội
Giảm thiếu mức độ ơ nhiễm nguồn nước.
Cải thiện được dịng chảy mơi trường có một trữ lượng nước dồi dào để phục vụ cho
thủy điện và cho quá trình sản xuất như trồng trọt và nơng nghiệp.
Tạo nên một con sơng có hệ thống dịng chảy mơi trường sinh thái và cịn là một mơi
trường để thực hiện trong q trình ni trồng thủy sản tốt như các quy mô nuôi cá bè, cá
bống… đem lại năng suất cho người dân trong tương lai gần đem lại lợi ích kinh tế cho
tỉnh.


3
4. Mục tiêu của đề tài
Ứng dụng tính tốn dịng chảy mơi trường và ảnh hưởng biến đổi khí hậu vào lưu vực
sơng Trà Khúc.
Nghiên cứu dịng chảy mơi trường đảm bảo sử dụng nguồn nước và hệ sinh thái thủy
sinh.
Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường, tài nguyên nước và duy trì dịng chảy mơi trường
cho hạ lưu sơng Trà Khúc.
5. Phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp phân tích thông tin số liệu liên quan đến vùng nghiên cứu
Thu thập các số liệu tại tỉnh về các khu vực nằm trong hạ lưu Sông Trà Khúc.Thực hiện
khảo sát và phân tích tại lưu vực, thu thập các số liệu từ các năm 2005 đến năm 2012
Tổng hợp các báo cáo về các thơng số có liên quan về dịng chảy mơi trường từ các đề
tài nghiên cứu về dịng chảy mơi trường, nghiên cứu về dịng chảy lũ, bảo vệ tài nguyên
nguồn nước các năm gần đây.
Sử dụng để thu thập thơng tin, số liệu, thống kê, phân tích, xử lý dữ liệu đầu vào để
thực hiện các nội dung nghiên cứu, tính tốn trong luận văn. Sử dụng số liệu mực nước
trung bình từ năm 2005 đến 2013, các mặt cắt để tính tốn, chọn lọc các số liệu có độ
chính xác cao từ q trình thực hiện quan trắc, các nguồn từ các trạm khí tượng thủy văn
của lưu vực.
Phương pháp phân tích thống kê
Thơng kê từ các số liệu của các nghiên cứu đã thực hiện và các số liệu hiện tại để tiến
hành thống kế chọc lọc các số liệu có độ tin cậy cao nhất.


4
Thống kê suy luận => Ứơc lượng khoảng => Kiểm định giả thuyết
Ước lượng khoảng tin cậy thường chọn khoảng tin cậy 95% (95%CI). Khi thực hiện đo
đạc 50 lần thì ít nhất 40lần kết quả nằm trong khoảng tin cậy 95% tin tưởng rằng giá trị
thực của nơi thực hiện nghiên cứu nằm trong khoảng tin cậy
95%CI= Trung bình± 1,96*sai số chuẩn
Phân tích thống kê là nêu ra một cách tổng hợp bản chất cụ thể của các hiện tượng và
quá trình kinh tế - xã hội trong điều kiện lịch sử nhất định qua biểu hiện bằng số lượng.
Phân tích thống kê phải lấy con số thống kê làm tư liệu, lấy các phương pháp thống kê
làm công cụ nghiên cứu.
Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu ở lưu vựu từ q trình quan trắc
các nhà đài khí tượng thủy văn trên lưu vực sơng Trà Khúc và các vùng lân cận.
Phân tích các yếu tố tác động đến dịng chảy mơi trường như thời tiết, địa hình, sản
xuất, hoạt động của con người. Những đối tượng nào ảnh hưởng đến dòng chảy mơi

trường nhiều nhất để phân tích thơng kê và chọn lọc các số liệu có độ tin cậy cao. Cập
nhật các số liệu các năm gần nhất để thực hiện sàn lọc số liệu và so sánh tính hiệu quả
trong q trình thống kê.
Phương pháp tính tốn thủy văn
Tính tốn thủy văn là một phần quan trọng của thủy văn học liên quan chặt chẽ với
những nhu cầu thực tế của nền kinh tế quốc dân nhằm giải quyết các vấn đề điều hịa và
phân phối tài ngun nước. Tính toán thủy văn làm nhiệm vụ cầu nối giữa các nghiên cứu
lý thuyết trong lĩnh vực thủy văn và các vấn đề thực tiễn sử dụng tài ngun nước.
Mơ hình toán học miêu tả hệ thống dưới dạng toán học. Mơ hình tốn học là tập hợp
các phương trình tốn học, các mệnh đề logic thể hiện các quan hệ giữa các biến và các
thơng số của mơ hình để mơ phỏng hệ thống tự nhiên (Reepgaard) hay nói cách khác mơ
hình tốn học là một hệ thống biến đổi đầu vào (hình dạng, điều kiện biên, lực v.v...)
thành đầu ra (tốc dộ chảy, mực nước, áp suất v.v...) (Novak).
Chúng ta biểu thị đầu vào và đầu ra của hệ thống là các hàm của thời gian, thứ tự là I(t)
và Q(t) , trong đó t là biến thời gian trong khoảng thời gian T đang xét. Hệ thống thực
hiện một phép biến đổi, biến yếu tố đầu vào I(t) thành đầu ra Q(t) theo phương trình :
Q = ΩI(t) (1)


5
Phương trình này được gọi là phương trình biến đổi của hệ thống Ω là một hàm truyền
(Propogation function) giữa các yếu tố đầu vào và đầu ra. Đôi khi người ta còn gọi là
hàm ảnh hưởng hay hàm phản ứng. Nếu mối liên hệ này có thể biểu thị bằng một phương
trình đại số thì Ω là một tốn tử đại số. Ví dụ nếu có :
Q(t)=C.I(t) (2)
Trong đó C là một hằng số thì hàm truyền sẽ là một tốn tử:
Ω =Q(t)/I(t) (3)
Nếu phép biến đổi được mơ tả bởi một phương trình vi phân thì hàm truyền là một tốn
tử vi phân. Ví dụ trong một kho nước tuyến tính lượng trữ S liên hệ với lưu lượng ra Q
qua phương trình :

S = KQ (4)
Trong đó K là một hằng số. Từ tính liên tục của dịng chảy ta có lượng biến thiên của
lượng trữ trong một đơn vị thời gian dS/dt bằng hiệu giữa lượng vào I(t) và lượng ra Q(t)
Để xây dựng mơ hình toán cần thực hiện các bước sau:
- Xác định bài toán: Định nghĩa hệ thống, xác định hàm vào, hàm ra, các điều kiện mô
phỏng hệ thống .
- Xây dựng cấu trúc mơ hình tốn .
- Mơ phỏng tốn học các thành phần trong mơ hình và các quan hệ giữa chúng.
- Xây dựng các chương trình trên máy tính cho các nội dung của mơ hình tốn
Khi giải quyết các bài tốn về mơ hình có hai loại bài toán sau :
- Bài toán thuận: Cho đầu vào I(t) và cấu trúc mơ hình, u cầu xác định được đầu ra.
Nếu mơ hình là các phương trình vi phân thì bài tốn này là giải các phương trình vi phân
đó với điều kiện ban đầu và điều kiện biên đã cho .
- Bài toán ngược: Các đại lượng ra đã biết, cần xác định dạng cấu trúc mơ hình cùng
các thơng số của nó hoặc hàm đầu vào (điều kiện ban đầu và điều kiện biên), trong đó
quan trọng nhất là xác định cấu trúc và thông số của mơ hình. Để ứng dụng mơ hình tốn
cần tiến hành theo các bước:
- Chọn mơ hình tuỳ theo điều kiện của bài tốn, tuỳ theo tình hình tài liệu và đặc điểm
khu vực ứng dụng .
- Thu thập chỉnh lý các tài liệu Khí tượng- thủy văn (hàm vào, hàm ra), tính tốn các
thơng số biểu thị đặc tính của hệ thống, lưu vực.


6
- Hiệu chỉnh xác định thơng số mơ hình theo số liệu quan trắc đồng bộ của hàm vào và
hàm ra.
- Kiểm tra mơ hình theo tài liệu độc lập.
Phương pháp kế thừa nghiên cứu
Kế thừa có chọn lọc các tài liệu, tư liệu và kết quả của các công trình nghiên cứu trong
nước và quốc tế liên quan đến các nội dung nghiên cứu của lụận văn, các kết quả nghiên

cứu về dịng chảy mơi trường (DCMT), chỉ thị môi trường,...để nghiên cứu áp dụng cho
LVS Trà Khúc.
Phương pháp mơ hình tốn
Xử lý và quản lý số liệu: Các mơ hình tất định xem xét đến tất cả các nhân tố hình
thành dịng chảy vì vậy nó phát hiện được nguồn gốc gây ra sai số đo đạc. Từ đó nó giúp
cho việc phân tích đánh giá chất lượng số liệu, đánh giá tính hợp lý của mạng lưới các
trạm quan trắc thủy văn. Mạng lưới các trạm khí tượng thủy văn có nhiệm vụ thu thập số
liệu, cung cấp thông tin về biến đổi theo không gian, thời gian của các nhân tố địa vật lý,
cảnh quan đến dịng chảy. Về lý thuyết, càng tăng số trạm thì số thông tin thu thập được
càng nhiều. Tuy nhiên cũng chỉ nên tăng đến một mức độ nào đó, vì tăng q nhiều cũng
khơng mang lại độ chính xác cao hơn mà chi phí cho hoạt động lại tốn kém, khó khăn.
Mạng lưới trạm cần phải có số lượng và sự phân bố hợp lý. Bằng mơ hình tốn có thể xác
định được tỷ lệ hợp lý của lưới trạm cho từng mục đích khác nhau. Nghiên cứu cũng cho
thấy số trạm cần thiết để đạt độ chính xác nhất định là độc lập đối với diện tích lưu vực.
Mơ hình tốn cũng giúp cho việc khơi phục và kéo dài tài liệu có kết quả. Mơ hình tất
định thực hiện việc mô phỏng chi tiết, nhận thức các quá trình hình thành dịng chảy và
các q trình thủy văn khác. Đồng thời trong quá trình giải quyết đã sử dụng máy tính và
các phương pháp tính hiện đại nên độ chính xác được nâng cao. Do đó kết quả khơi phục
và kéo dài tài liệu theo mơ hình có thể coi là đáng tin cậy và được sử dụng như đầu vào
của các bài tốn tính tốn thủy lợi. Mơ hình ngẫu nhiên cho phép xem xét sự biến đổi của
dòng chảy trong một thời kỳ dài, cho phép kiểm tra tính hợp lý của các tài liệu thu thập
được. Trên cơ sở mơ hình hố lượng mưa ta cũng cónthể bổ sung cho chuỗi số liệu thủy
văn. [5], [6], [9], [10].


7

Bảng 1. Sai số mô phỏng khi dùng lưới trạm đo mưa khác nhau

Dự báo và tính tốn thủy văn

Mơ hình tốn cũng giúp cho việc xác định các đặc trưng thủy văn, trong đó có các đặc
trưng thống kê, được chính xác hơn. Các thơng số thống kê xác suất xác định trên cơ sở
tài liệu quan trắc thường khơng đảm bảo độ chính xác cần thiết. Mơ hình toán cho phép
đánh giá mức độ tin cậy của các thơng số này để từ đó đưa ra các hệ số hiệu chỉnh cho
từng khu vực, làm tăng độ chính xác xác định các đặc trưng thủy văn cho thiết kế cơng
trình.
Mơ hình tốn cho phép tạo ra một chuỗi có độ dài tuỳ ý, phản ánh nhiều mối liên hệ mà
trong chuỗi số liệu quan trắc ngắn không thể hiện được. Theo chuỗi mơ hình hố có thể
đánh giá được độ lệch có thể của những giá trị, xác định theo mẫu và tổng thể. Chuỗi mơ
hình hố với độ dài đủ lớn có thể coi là một tổng thể. Chia chuỗi này thành các mẫu ngắn
hơn, xác định các đặc trưng thống kê tương ứng. So sánh các giá trị theo mẫu và tổng thể,
có thể đưa ra những nhận xét và kết luận về mối quan hệ này.
Phương pháp Chuyên gia
Phương pháp chuyên gia là phương pháp thu thập và xử lý những đánh giá, dự báo và
bằng cách tổng hợp hỏi ý kiến các chuyên gia giỏi thuộc một lĩnh vực hẹp của khoa học
kỹ thuật hoặc sản xuất. Qúa trình áp dụng phương pháp chuyên gia có thể chia làm 3 gia
đoạn lớn. Lựa chọn chuyên gia, trưng cầu ý kiến chuyên gia, thu thập và xử lý đánh giá
dự báo.
Sử dụng để tăng thêm nguồn thông tin và độ tin cậy trong các kết quả nghiên cứu của
luận văn. Các chuyên gia được tham khảo ý kiến bao gồm các nhà khoa học có kinh
nghiệm thuộc các lĩnh vực TNN, sinh thái, kinh tế môi trường và các cán bộ quản lý tài
nguyên nước ở cấp Trung ương và địa phương.