Luận văn Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sông Bé

Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Sơng Bé là chi lưu lớn nằm bên bờ hữu sơng Đồng Nai được bắt nguồn từ vùng núi phía Tây của khu vực Nam Tây Nguyên (cao nguyên Xnaro) ở độ cao 600 - 800 m với 3 nhánh lớn là Đak R'lap, Đak Glun và Đak Huyot. Với chiều dài 350 km, độ uốn khúc 1,4 và độ dốc lịng sơng 0,0032; thủy triều chỉ ảnh hưởng khoảng 10 km gần cửa nên sơng Bé được xem là điển hình của sơng vùng trung du. Thượng nguồn sơng Bé cĩ địa hình bị chia cắt, lịng sơng dốc (độ dốc 0,072), sơng suối chảy trong những khe núi nhỏ hẹp. Từ sau Thác Mơ đến suối Nước Trong là trung lưu sơng, với hướng chảy chủ yếu là Bắc - Nam, cao độ lưu vực biến đổi từ 50 - 120 m, độ dốc lịng sơng 0,00053. Từ sau suối Nước Trong sơng đổi hướng Tây Bắc - Đơng Nam và đổ vào sơng Đồng Nai tại vị trí sau thác Trị An khoảng 6 km (Hình 1.1). Lưu vực sơng Bé cĩ tổng diện tích 7.650 km2 nằm trong tọa độ khoảng 11o06’ - 12o22’ vĩ Bắc và 106o35’ - 107o30’ kinh Đơng thuộc các tỉnh Bình Phước, Bình Dương, Đắc Nơng, Đồng Nai, và một phần thuộc Campuchia; là vùng núi trung du cĩ đặc điểm đất đai thổ nhưỡng chủ yếu thuộc nhĩm đất đỏ, là loại đất feralit phát triển trên đá bazan rất thích hợp với cây cơng nghiệp dài ngày như cao su, cà phê, cây ăn trái và cây cơng nghiệp ngắn ngày. Phát triển kinh tế - xã hội cho dù ở hình thức hay quy mơ nào cũng luơn gắn liền với việc khai thác, sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên và phát sinh nhiều chất thải cĩ khả năng gây ơ nhiễm, suy thối mơi trường, trong đĩ nước là một dạng tài nguyên cực kỳ quan trọng khơng thể thiếu trong mọi hoạt động sống và phát triển. Sự gia tăng dân số, quá trình đơ thị hĩa cộng với sự hình thành ngày càng nhiều khu cơng nghiệp, cụm cơng nghiệp tập trung, các cơ sở sản xuất cơng nghiệp; phát triển dịch vụ du lịch, giao thơng vận tải thủy, sản xuất nơng nghiệp, nuơi trồng thủy sản,… là những chiều hướng tất yếu sẽ diễn ra trên các lưu vực nĩi chung và đặc biệt đối với lưu vực sơng Bé nơi mà nằm trong vùng Kinh tế trọng điểm phía Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 2 nam (VKTTĐPN) trong nhiều năm tới; kèm theo đĩ là sự gia tăng nhu cầu khai thác sử dụng tài nguyên nước mặt cho các mục đích phát triển cũng như sự gia tăng về lượng chất thải ơ nhiễm thải vào nguồn nước, đe dọa trực tiếp đến tính bền vững của việc khai thác, sử dụng và bảo vệ tài nguyên nước mặt. Tài nguyên nước lưu vực sơng Bé được sử dụng đa mục tiêu như cấp nước cho sinh hoạt, sản xuất cơng nghiệp, tưới tiêu trong vùng,…và đặc biệt là cho hệ thống thủy điện như thủy điện Thác Mơ, Cần Đơn, Sroc Phu Miêng và cơng trình thuỷ lợi Phước Hịa. Ngồi ra, lưu vực sơng Bé cịn là nguồn cung cấp nước chính cho hạ lưu Đồng Nai - Sài Gịn. Do vậy, việc khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên nước lưu vực sơng Bé cần phải xem xét, cân nhắc đa tiêu chí, đáp ứng sự cân bằng giữa tài nguyên nước và nhu cầu khai thác, sử dụng và duy trì dịng chảy mơi trường. Đã cĩ nhiều nghiên cứu về tài nguyên nước cũng như vấn đề sử dụng tài nguyên nước lưu vực sơng Bé, tuy nhiên vấn đề khoa học cơng nghệ phục vụ nghiên cứu tài nguyên nước ngày càng phát triển tiếp cận thực tế sản xuất tốt hơn, thêm vào đĩ cùng với sự phát triển kinh tế xã hội dẫn đến thay đổi chế độ dịng chảy và cơ cấu sử dụng nguồn nước trong lưu vực. Do đĩ, việc cập nhật nghiên cứu đánh giá một cách đầy đủ về tài nguyên nước và nhu cầu về nước trên lưu vực của các hộ dùng nước hiện trạng cũng như các phương án theo các giai đoạn phát triển kinh tế xã hội khác nhau trong tương lai phục vụ cơng tác quản lý tổng hợp và sử dụng hợp lý tài nguyên nước lưu vực vẫn là vấn đề thời sự và rất cần thiết. Phương pháp mơ hình tốn thủy văn cĩ khả năng mơ phỏng các quá trình dịng chảy tự nhiên trên lưu vực sơng và các quá trình khai thác sử dụng và quản lý tài nguyên. Nĩ đã và đang cho phép cung cấp thơng tin cần thiết cho các đối tượng sử dụng nguồn nước khác nhau trong quy hoạch, thiết kế và khai thác tối ưu tài nguyên nước. Vì thế nhiều mơ hình tốn như mơ hình mưa - dịng chảy, mơ hình cân bằng nước .v.v.. đã được xây dựng và sử dụng rộng rãi trên thực tế, điển hình Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 3 NAM và MIKE BASIN đã ứng dụng thành cơng nhiều lưu vực trên thế giới trong đĩ cĩ Việt Nam. Nghiên cứu đánh giá đầy đủ tài nguyên nước cũng như khả năng đáp ứng nguồn nước của lưu vực trên cơ sở phân tích một cách tổng hợp các yếu tố liên quan nhằm đề xuất các phương án phát triển bền vững lưu vực sơng Bé là một trong những vấn đề đặt ra đối với các cơ quan quản lý và sử dụng tài nguyên nước lưu vực. Xuất phát từ những lý do nêu trên, đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” vừa mang tính cần thiết, vừa mang tính khoa học và thực tiễn sâu sắc được đề xuất thực hiện. 2. Mục tiêu của đề tài Đề xuất cơ sở khoa học hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé trên cơ sở ứng dụng mơ hình tốn NAM, MIKE BASIN và cơng nghệ GIS. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài này là tài nguyên nước lưu vực sơng Bé, các phương thức khai thác, sử dụng, quản lý và bảo vệ tài nguyên nước đã và sẽ được triển khai. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong lưu vực sơng Bé (Hình 1) nằm trên địa phận: tỉnh Bình Phước, Bình Dương, Đắc Nơng, Đồng Nai, và một phần thuộc Campuchia. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 4 23 38 52 53 54 51 § ak R L ap R ¹c h R¹ t Su èi R ¸t S« ng B Ð R ¹c h B Ð Da M eh m §ak Hu« t s. M · § a §a k G lu n §ak Huýt § ak R m e S uèi G iai Suèi C am Suèi Nghiªn S .T μ N iª n S«ng Br« S inh D ak T an g Suèi Das Sg .M · § μ D To ng S . T u m B un g Da Priaum S «n g B Ð § a k R L a p §a k H u« t S « n g B Ð Hình 1 Phạm vi khơng gian vùng nghiên cứu (lưu vực sơng Bé) 4. Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu chính được sử dụng trong luận văn gồm Phương pháp phân tích thống kê Thu thập, tổng hợp, hồi cứu và phân tích các kết quả đã nghiên cứu trong và ngồi nước về các vấn đề cĩ liên quan đến đề tài nghiên cứu; đánh giá và dự đốn tiềm năng nguồn nước theo các tần suất thiết kế khác nhau (P10% - năm nhiều nước, P50% - năm nước trung bình và P90% - năm ít nước). Phương pháp GIS (ArcView GIS) Biên tập bản đồ, tích hợp dữ liệu khơng gian, dữ liệu thuộc tính và cung cấp dữ liệu đầu vào cho mơ hình tốn, trình diễn kết quả chạy mơ hình và kết quả nghiên cứu; Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 5 Phương pháp mơ hình tốn (NAM và MIKE BASIN) Thiết lập mơ hình mưa - dịng chảy và tính tốn cân bằng nước lưu vực sơng theo các phương án: hiện trạng và đến năm 2020. Trong phạm vi thực hiện đề tài này, việc phân tích đánh giá cân bằng giữa tài nguyên nước và nhu cầu khai thác sử dụng tài nguyên nước của các ngành, các địa phương trên lưu vực hệ thống sơng Bé sẽ dựa vào mơ hình MIKE BASIN do những ưu thế của mơ hình này như phân chia ranh giới các tiểu lưu vực dựa trên mơ hình cao độ số (DEM), tích hợp mơ hình thủy văn - NAM để tính tốn dịng chảy (cơ sở chính để tính tốn cân bằng nước). Hơn nữa NAM và MIKE BASIN đã được kiểm chứng phù hợp với điều kiện Việt Nam; 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học Luận văn đã ứng dụng kết hợp các cơng cụ mơ hình tốn (NAM, MIKE BASIN) với cơng nghệ GIS trong quản lý, sử dụng hợp lý tài nguyên nước lưu vực sơng cung cấp thơng tin cho các nhà quản lý, người làm cơng tác quy hoạch cũng như các hộ dùng nước xây dựng phương án, kế hoạch quản lý và sử dụng tài nguyên nước một cách dễ dàng và hiệu quả hơn. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài cĩ thể xem xét ứng dụng trong nghiên cứu khoa học và phục vụ sản xuất. Kết quả tính tốn tài nguyên nước lưu vực sơng Bé từ mơ hình mưa rào - dịng chảy (NAM), phương pháp phân tích thống kê theo phân phối xác xuất chuẩn, quản lý dữ liệu bằng cơng nghệ GIS là tài liệu tin cậy làm đầu vào cho mơ hình cân bằng nước MIKE BASIN. Kết quả nghiên cứu của luận án gĩp phần tích cực vào hồn thiện hệ cơng cụ hỗ trợ cho cơng tác quy hoạch, quản lý và sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng theo nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ mơi trường theo hướng phát triển bền vững. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH TỐN THỦY VĂN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU QUẢN LÝ SỬ DỤNG TÀI NGUYÊN NƯỚC 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Ngày nay, trên thế giới mơ hình tốn trong nghiên cứu thủy văn, cân bằng nước lưu vực sơng được sử dụng khá rộng rãi và đạt hiệu quả cao. Tuy nhiên, khơng cĩ mơ hình nào giải quyết hết mọi vấn đề thuỷ văn cũng như khơng cĩ mơ hình nào thích hợp cho mọi lưu vực bởi điều kiện tự nhiên khác biệt. Việc lựa chọn mơ hình ứng dụng cho mỗi điều kiện nhất định cũng là một vấn đề khĩ khăn đối với các chuyên gia thuỷ văn. Nhìn chung, nghiên cứu phát triển và ứng dụng mơ hình tốn trong quản lý sử dụng hợp lý tài nguyên nước lưu vực sơng là một trong những vấn đề quan trọng đã và đang phát triển mạnh trên thế giới, đặc biệt ở Mỹ, châu Âu, Úc. Bên cạnh những mơ hình cĩ tính chất thương mại cao như họ mơ hình MIKE[19], TELEMAC… thì cũng cĩ rất nhiều mơ hình được hỗ trợ miễn phí như SWAT, CE- QUAL W2. Liên quan trực tiếp đến lĩnh vực mơ hình hĩa và sử dụng hợp lý tài nguyên nước đã cĩ một số nghiên cứu trong thời gian gần đây, điển hình như: (1) Phát triển các mơ hình thủy văn - kinh tế để giải các bài tốn về sự phân bổ tối ưu các kiểu sử dụng nước cũng như định ra các mức phí thích hợp đối với khai thác sử dụng nước và gây ơ nhiễm nước[20]. (2) Ứng dụng MIKE BASIN xây dựng chiến lược quản lý tài nguyên nước lưu vực sơng [17]. (3) Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE 11 NAM đánh giá mưa - dịng chảy lưu vực sơng Layang. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 7 (4) Các nguồn tài nguyên nước và ơ nhiễm của sơng Kok lưu vực ở miền bắc Thái Lan và Myanmar đã được phân tích bằng cách sử dụng MIKE BASIN và LOAD. 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, vấn đề ứng dụng mơ hình tốn trong quản lý tổng hợp lưu vực sơng nĩi chung và quản lý tài nguyên nước nĩi riêng đã được nhiều tổ chức, nhiều cá nhân quan tâm nghiên cứu. Việc ứng dụng phương pháp mơ hình tốn vào nghiên cứu, tính tốn trong thủy văn được xem như bắt đầu vào cuối những năm 60, qua việc Ủy ban sơng Mêkơng ứng dụng các mơ hình như SSARR[24] của Mỹ, mơ hình DELTA của Pháp và mơ hình thủy triều của Hà Lan vào tính tốn, dự báo dịng chảy sơng Mêkơng. Song chỉ sau ngày miền nam hồn tồn giải phĩng (1975), đất nước thống nhất thì phương pháp này mới ngày càng thực sự trở thành cơng cụ quan trọng trong tính tốn, dự báo thủy văn ở nước ta. Ngày nay, ngồi các mơ hình trên một số mơ hình tốn như mơ hình TANK[2] của Nhật, mơ hình thủy văn mưa - dịng chảy (SWAT), mơ hình mơ phỏng sử dụng nước lưu vực (IQQM), bộ mơ hình MIKE của Viện Thuỷ lực Đan Mạch (Danish Hydraulics Institute (DHI),…đã và đang được sử dụng cĩ hiệu quả ở Việt Nam. Liên quan trực tiếp đến lĩnh vực mơ hình hĩa và sử dụng hợp lý tài nguyên nước trong nước đã cĩ một số nghiên cứu trong thời gian gần đây, điển hình như: (1) Đề tài nghiên cứu thể nghiệm “Đánh giá tài nguyên nước mặt lưu vực sơng Lá Buơng”[3] do Viện Quy hoạch thủy lợi miền Nam thực hiện và ThS. Đỗ Đức Dũng làm chủ nhiệm đề tài, tháng 3 năm 2006. Đề tài đã nghiên cứu sử dụng các mơ hình tốn như mơ hình mưa - dịng chảy NAM, mơ hình tính tốn cân bằng nước MIKE BASIN, mơ hình chất lượng nước MIKE BASIN- WQ, mơ hình thủy lực MIKE 11, mơ hình lũ MIKE FLOOD) mơ phỏng, phân tích, đánh giá tài nguyên nước mặt trên lưu vực. Từ đĩ dự báo nhu cầu Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 8 sử dụng nước lưu vực theo các phương án phát triển và đề xuất các giải pháp bảo vệ tài nguyên nước và các phương án khai thác nguồn nước lưu vực. (2) Đề tài cấp nhà nước KHCN.07.17 “Xây dựng một số cơ sở khoa học phục vụ cho việc quản lý thống nhất và tổng hợp mơi trường nước lưu vực sơng Đồng Nai”[11] do Viện Mơi trường và Tài nguyên chủ trì và GS. Lâm Minh Triết làm chủ nhiệm đề tài, thực hiện trong giai đoạn 1999 - 2000. (3) Đề tài cấp Nhà nước KC.08.04 “Nghiên cứu xây dựng mơ hình quản lý tổng hợp tài nguyên và mơi trường lưu vực sơng Đà”[12] do Viện Khoa học Thủy lợi chủ trì và TS. Nguyễn Quang Trung làm chủ nhiệm đề tài, thực hiện từ 10/2001 đến tháng 9/2004. Đề tài này đã xây dựng được bộ hồ sơ lưu vực sơng Đà, xây dựng phương pháp luận và đề xuất 2 mơ hình quản lý tổng hợp lưu vực sơng Đà: Mở rộng mơ hình quản lý quy hoạch lưu vực sơng Hồng (mơ hình pháp lý) và Mơ hình quản lý tổng hợp tài nguyên và mơi trường lưu vực sơng Đà. (4) Đề tài cấp Nhà nước KC.08.05 “Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học và đề xuất các giải pháp bảo vệ và sử dụng hợp lý tài nguyên nước vùng Tây Nguyên” [1] do Trường Đại học Mỏ - Địa chất chủ trì và PGS.TS. Đồn Văn Cánh làm chủ nhiệm đề tài, thực hiện từ 10/2001 đến tháng 9/2004. Những kết quả chính của đề tài là đánh giá tiềm năng nước ở Tây Nguyên và đề xuất các giải pháp khai thác hợp lý các nguồn nước để chống hạn như giải pháp xây dựng các hồ chứa, giải pháp tăng cường trữ lượng tĩnh (bể chứa nước ngầm nhân tạo). (5) Đề tài cấp Nhà nước KC.08.25 “Nghiên cứu giải pháp tổng thể sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ mơi trường lưu vực sơng Ba và sơng Cơn”[2] do Viện Địa lý chủ trì và PGS.TSKH. Nguyễn Văn Cư làm chủ nhiệm đề tài, thực hiện từ 1/2004 đến tháng 12/2005. Những kết quả chính của đề tài là xây dựng giải pháp tổng thể quản lý tổng hợp nhằm sử dụng hợp lý tài nguyên và Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 9 bảo vệ mơi trường lưu vực sơng Ba và sơng Cơn; xây dựng và đề xuất mơ hình quản lý tổng hợp lưu vực sơng Ba và sơng Cơn; xây dựng được Bộ cơ sở dữ liệu về điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên, mơi trường và kinh tế - xã hội của lưu vực sơng Ba và sơng Cơn nhằm giúp cho các nhà khoa học và quản lý tài nguyên mơi trường nắm bắt thơng tin nhanh chĩng và đồng bộ trên tồn lưu vực. (6) Đề tài cấp Nhà nước KC.08.27 “Nghiên cứu giải pháp khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ mơi trường và phịng tránh thiên tai lưu vực sơng Lơ - sơng Chảy” do Viện Khí tượng Thủy văn - Bộ Tài nguyên và Mơi trường chủ trì và TS.NCVC. Lã Thanh Hà làm chủ nhiệm đề tài, thực hiện từ 1/2004 đến tháng 12/2005. Những kết quả chính của đề tài là đánh giá hiện trạng và diễn biến khai thác sử dụng tài nguyên trên lưu vực sơng Lơ - sơng Chảy; chất lượng mơi trường và tai biến thiên nhiên ở lưu vực; nguyên nhân và dự báo quá trình suy thối tài nguyên và mơi trường tại lưu vực; đề xuất các giải pháp khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ mơi trường lưu vực sơng Lơ - sơng Chảy; xây dựng cơ sở dữ liệu về tài nguyên và mơi trường lưu vực sơng. 1.3 Những cơng trình nghiên cứu tiêu biểu liên quan đến nội dung của đề tài (1) Nghiên cứu lập qui trình vận hành hồ Dầu Tiếng trong sự phối hợp với Trị An, Thác Mơ - Phước Hồ (hồn thành tháng 12/1995). Đề tài đã nghiên cứu qui trình xả của hồ Dầu Tiếng xuống sơng Sài Gịn để đáp ứng yêu cầu cấp nước cho nơng nghiệp, dân sinh và cải thiện chất lượng nước cho sơng Sài gịn. Kết quả đề tài đã xác định được các nhu cầu dùng nước của các ngành như nơng nghiệp, dân sinh của các tỉnh Tp. HCM, Tây Ninh, Long An & Bình Dương; các mức xả của hồ Dầu Tiếng xuống sơng Sài Gịn để đáp ứng yêu cầu ngăn chặn xâm nhập mặn (đảm bảo nồng độ mặn 4g/l); Xây dựng được Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 10 biểu đồ điều phối của hồ Dầu Tiếng bao gồm các quá trình xả nước và tích nước, đường giới hạn cấp nước và phịng lũ .v.v... (2) Đánh giá tác động mơi trường của hồ Phước Hồ đối với hạ du sơng Sài Gịn và Vàm Cỏ (hồn thành tháng 12/1994). Đề tài đã nghiên cứu tác động của hồ Phước Hồ đối với mơi trường hạ du sơng Sài Gịn và Vàm cỏ bao gồm: ảnh hưởng tới dân sinh, kinh tế vùng ven sơng Bé, sơng Sài Gịn; Ảnh hưởng tới diễn biến xâm nhập mặn hạ du sơng Sài Gịn - Đồng Nai; Tác động tới việc cung cấp nước cho các khu cơng nghiệp thuộc Tp. HCM, Biên Hồ và Bình Dương; Ảnh hưởng tới đời sống cộng đồng dân cư vùng lịng hồ (di dời, chất lượng nước hồ .v.v...). Kết quả nghiên cứu của đề tài đã chỉ ra các tác động cĩ lợi cũng như bất lợi của hồ Phước hồ đối với hạ du sơng Sài Gịn - Đồng Nai về các mặt dân sinh, kinh tế; cung cấp nước cho nơng nghiệp, sinh hoạt và cơng nghiệp; ảnh hưởng tới xâm nhập mặn ở hạ du. (3) Báo cáo nghiên cứu khả thi hệ thống thuỷ lợi tổng hợp Phước Hồ (hồn thành năm 2001 do cơng ty Blak & Veatch thực hiện)[14]. Báo cáo đã nghiên cứu khả thi hệ thống thuỷ lợi tổng hợp Phước Hồ trên phạm vi các tỉnh Bình Phước, Bình Dương, Tây Ninh, Long An và Tp. Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu đã xác định được mục tiêu đầu tư; nhiệm vụ cơng trình; các giải pháp và phương án bố trí cơng trình; các hạng mục cơng trình; khối lượng và tổng mức đầu tư; biện pháp thi cơng; tiến độ thi cơng; đền bù, tái định cư; đánh giá hiệu quả kinh tế của cơng trình .v.v... (4) Báo cáo tổng hợp Quy hoạch tài nguyên nước lưu vực sơng Đồng Nai do Cục quản lý tài nguyên nước - Bộ Tài Nguyên và Mơi trường chủ trì và Viện Quy hoạch thủy lợi miền Nam thực hiện năm 2008[13]. Báo cáo đã nghiên cứu đánh giá và quy hoạch khai thác sử dụng tài nguyên nước phục vụ cho phát triển kinh tế- xã hội tổng thể cả lưu vực sơng Đồng Nai làm cơ sở định hướng cho các địa phương và các tiểu lưu vực xây dựng các quy hoạch khai thác tài nguyên nước, trong đĩ chủ yếu giải quyết vấn đề tưới và cấp nước cho hoạt Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 11 động cơng nghiệp, đơ thị,….chưa chuyên sâu về khai thác sử dụng hiệu quả và bền vững tài nguyên nước. (5) Đề tài cấp nhà nước KC.08.18/06-10 “Quản lý tổng hợp lưu vực và sử dụng hợp lý tài nguyên nước hệ thống sơng Đồng Nai”[7] do TS. Đỗ Tiến Lanh - Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam chủ trì đang triển khai thực hiện (2007 - 2010). Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng được cơ chế phù hợp nhằm chia sẻ nguồn nước, giải quyết xung đột về sử dụng nguồn nước, vận hành hệ thống hồ chứa tại lưu vực và đề xuất được các giải pháp khả thi nhằm sử dụng hợp lý và kiểm sốt ơ nhiễm tài nguyên nước lưu vực sơng Đồng Nai. 1.4 Đánh giá nhận xét Nhìn chung, những cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nước đã đạt được nhiều kết quả to lớn cả về cơ sở khoa học và ứng dụng thực tiễn. Phương pháp mơ hình tốn được xem như là một cơng cụ quan trọng trong các nghiên cứu về đánh giá, quản lý, phân bổ và phát triển nguồn nước. Tuy nhiên, ở Việt Nam việc ứng dụng mơ hình tốn trong nghiên cứu thủy văn cịn nhiều hạn chế do thiếu về kinh phí, tài liệu đầu vào cho mơ hình thường khơng liên tục, đủ dài và đồng nhất,….Do vậy, việc ứng dụng mơ hình tốn thủy văn đối với điều kiện thực tế của Việt Nam cần được mở rộng nghiên cứu ở các vùng địa lý khác nhau, cung cấp cơng cụ trợ giúp cho các nhà quản lý, người làm cơng tác quy hoạch, xây dựng phương án, kế hoạch quản lý và sử dụng tài nguyên một cách dễ dàng hơn. Đề tài “Quản lý tổng hợp lưu vực và sử dụng hợp lý tài nguyên nước Hệ thống sơng Đồng Nai” do TS. Đỗ Tiến Lanh chủ trì đang triển khai thực hiện là một nghiên cứu khá đầy đủ, phương pháp mơ hình tốn thủy văn là một trong những phương pháp chính xây dựng cơ sở khoa học cho đề tài, trong đĩ luận văn cao học này là một nghiên cứu chuyên đề cụ thể, một sản phẩm từ kết quả đào tạo của Dự án. Do vậy, trong quá trình thực hiện luận văn này, tác giả đã nhận được sự hỗ trợ về tài liệu và phần mềm ứng dụng (MIKE 11 và MIKE BASIN) từ Đề tài. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 12 CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VÙNG NGHIÊN CỨU 2.1 Vị trí địa lý Lưu vực sơng Bé là một chi lưu của lưu vực Đồng Nai với diện tích 7.650 km2 nằm trong khoảng tọa độ 11o06’ - 12o22’ vĩ Bắc và 106o35’ - 107o30’ kinh Đơng thuộc các tỉnh Bình Phước, Bình Dương, Đắc Nơng, Đồng Nai, và một phần thuộc Campuchia. Đây là vùng chuyển tiếp giữa cao nguyên với đồng bằng, là gạch nối giữa Thành phố Hồ Chí Minh với Tây Nguyên, cĩ mối quan hệ mật thiết với vành đai kinh tế phía Đơng và Đơng Nam. Sơ đồ vị trí lưu vực sơng Bé được thể hiện ở Hình 2.1. Hình 2. 1 Sơ đồ vị trí địa lý lưu vực sơng Bé Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 13 2.2 Đặc điểm địa hình Lưu vực sơng Bé cĩ địa hình thấp dần theo hướng từ Bắc xuống Nam (thượng lưu xuống hạ lưu dịng chính của sơng Bé đến hợp lưu với sơng Đồng Nai). Trong lưu vực này cĩ 2 loại địa hình đặc trưng là địa hình vùng núi và địa hình vùng trung du[11]. Địa hình vùng núi: phân bố chủ yếu là phần thượng lưu của sơng Bé, cao độ lưu vực biến đổi từ 60 đến 1000 m. Dạng địa hình này phù hợp với cây trồng cơng nghiệp dài ngày và rau màu. Đây cũng là vùng cĩ diện tích đất lâm nghiệp chiếm tỷ trọng lớn trong lưu vực và là nơi thuận lợi để bố trí các cơng trình khai thác tổng hợp (thủy năng và cấp nước) quy mơ lớn. Địa hình vùng trung du: phân bố chủ yếu là phần trung và hạ lưu của sơng Bé, cĩ diện tích chiếm khoảng 30% cĩ đặc trưng là gị đồi lượn sĩng xen kẻ các đồng bằng nhỏ hẹp ven sơng, thích hợp với nhiều loại cây trồng ngắn ngày. 2.3 Đặc điểm địa chất thủy văn Các vùng thấp dọc theo các con sơng và suối, nhất là phía Tây Nam tỉnh, nguồn nước khá phong phú cĩ thể khai thác phục vụ phát triển kinh tế - xã hội. Tầng chứa nước Bazal (QI-II) phân bố trên quy mơ hơn 4000 km2, lưu lượng nước tương đối khá 0,5 - 16 l/s, tuy nhiên do biến động lớn về tính thấm nên tỷ lệ khoan khai thác thành cơng khơng cao. Tầng chứa nước Pleistocen (QI-III), đây là tầng chứa nước cĩ trữ lượng lớn, chất lượng nước tốt, phân bố vùng huyện Bình Long và nam Đồng Phú, tỉnh Bình Phước. Tầng chứa nước Plioxen (N2) lưu lượng 5-15 l/s, chất lượng nước tốt. Ngồi ra cịn cĩ tầng chứa nước Mezozol (M2) phân bố ở vùng đồi thấp (từ 100-250m)[11]. Nhìn chung, các vùng thấp dọc sơng suối nhất là ở phía Tây Nam của lưu vực, nguồn nước ngầm khá phong phú, chất lượng nước tốt cĩ thể khai thác phục vụ cho phát triển kinh tế và đời sống. Tuy nhiên, để bảo vệ mơi trường, phát triển bền Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 14 vững nên hạn chế khai thác nước ngầm cho sản xuất nơng nghiệp, chỉ phục vụ mục đích sinh hoạt. 2.4 Đặc điểm về thảm thực vật Theo phân loại của UMD 1km Global Land Cover, thảm thực vật vùng nghiên cứu bao gồm: rừng lá rộng xanh hàng năm chiếm 5,71%, rừng lá kim rụng theo mùa (5,05%), rừng lá rộng rụng theo mùa (2,30%), rừng hỗn tạp (3,27%), rừng trồng lấy gỗ (22,15%), cây thân gỗ (43,78%), bụi kín (5,71%), bụi hở (3,87%), đồng cỏ (3,97%) và hoa màu (4,18%) [7],[8]. 2.5 Đặc điểm sơng ngịi Sơng Bé là chi lưu lớn nhất nằm bên bờ phải sơng Đồng Nai hình thành từ vùng núi phía Tây của vùng Nam Tây Nguyên (cao nguyên Xnaro) ở độ cao 600-800 m với 3 nhánh lớn là Đak R'lap, Đak Glun và Đak Huyot, sơng Bé chảy ra dịng chính Đồng Nai tại vị trí hạ lưu thác Trị An (tuyến đập Trị An) 6 km. Với chiều dài 350 km, độ uốn khúc 1,4, độ dốc lịng sơng 0,0032, sơng Bé cĩ lưu vực hầu như nằm trọn trong ranh giới hành chính của 2 tỉnh Bình Phước và Bình Dương. Thủy triều chỉ ảnh hưởng khoảng 10 km gần cửa nên sơng Bé được xem là điển hình của sơng vùng trung du. Thượng nguồn sơng Bé cĩ địa hình thượng lưu bị chia cắt, lịng sơng dốc (độ dốc 0,072), sơng suối chảy trong những khe núi nhỏ hẹp. Từ sau Thác Mơ đến suối Nước Trong là trung lưu sơng, với hướng chảy chủ yếu là Bắc-Nam, cao độ lưu vực biến đổi từ 50-120 m, độ dốc lịng sơng 0,00053. Từ sau suối Nước Trong sơng đổi hướng Tây Bắc-Đơng Nam và đổ vào sơng Đồng Nai tại vị trí sau thác Trị An khoảng 6 km. Thực ra, đoạn sơng này cũng cĩ địa hình vùng trung lưu sơng[7]. 2.6 Đặc điểm các hồ chứa Hiện nay, trên lưu vực sơng Bé đã được đầu tư xây dựng 3 cơng trình thủy điện gồm Thác Mơ, Cần Đơn, Srok Phu Miêng hịa vào lưới điện quốc gia để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của cả nước, đồng thời cấp nước cho nhu cầu phát triển kinh Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 15 tế - xã hội cho vùng hạ du. Việc đầu tư xây dựng 3 nhà máy thủy điện nêu trên trên sơng Bé được đánh giá là hệ thống khai thác hồn chỉnh nhất về bậc thang thủy điện trong cả nước. Trong tương lai, cơng trình thủy lợi Phước Hịa là bậc thang cuối cùng của sơng Bé làm nhiệm vụ cấp nước dự kiến cho dân sinh và cơng nghiệp (17m3/s), chuyển nước sang hồ Dầu Tiếng 50m3/s và bảo đảm dịng chảy mơi trường cho dịng sơng 14m3/s. Các thơng số chính của các hồ chứa trên lưu vực sơng Bé được trình bày chi tiết ở Bảng 2.1. Bảng 2. 1 Các thơng số kỹ thuật chính của các bậc thang trên sơng Bé. Thơng số Hồ thủy điện Thác Mơ Hồ thủy điện Cần Đơn Hồ thủy điện Srok Phu Miêng Hồ thủy lợi Phước Hịa Flv 2.215 3.225 3.822 5.756 Qbd 92,4 101 154 179 Hbt 218 110 72 42 Hc 197 104 70 40 Hgc 220 111,6 - - Vt 137 165,5 284 - Vc 110 85,6 206 - Vh 1260 79,9 78 - Plm 150 72 60 - Pđb 55 18,93 16,54 - Etbnn 600 284,6 218,4 - Fmh 108 19,02 43 31,42 Tình trạng 1994 2003 2006 Đang xây dựng Nguồn: Tổng hợp từ các tài liệu [11],[14]. Ghi chú: Flv : Diện tích lưu vực (km2) Vc : Dung tích chết (106m3) Qbd : Dịng chảy bình quân nhiều năm (m3/s) Vh : Dung tích hiệu dụng (106m3) Hbt : Mức nước dâng bình thường (m) Plm : Cơng suất lắp máy (MW) Hc : Mức nước chết (m) Pđb : Cơng suất đảm bảo (MW) Hgc : Mực nước gia cường (m) Etbnn : Điện lượng trung bình nhiều năm (GWh) Vt : Dung tích tồn bộ(106m3) Fmh : Diện tích mặt hồ ứng với MNDBT(km2) Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 16 2.7 Đặc điểm khí hậu Lưu vực sơng Bé nằm trong vùng nhiệt đới giĩ mùa cận xích đạo, với khí hậu ơn hịa, ít chịu ảnh hưởng của thiên tai, cĩ hai mùa rỏ rệt là mùa khơ và mùa mưa. Theo số liệu quan trắc tại trạm khí tượng Phước Long và Tân Sơn Nhất, nền nhiệt độ bình quân năm cao (25-26oC) và chênh lệch giữa tháng nĩng nhất và lạnh nhất khơng lớn (khoảng 4,2oC), số giờ nắng trung bình từ 6 - 8 giờ/ngày, lưu vực cĩ điều kiện thuận lợi để phát triển cây trồng nhiệt đới, đặc biệt là các cây cơng nghiệp cĩ giá trị xuất khẩu cao như cao su, cà phê, điều... Lưu vực cĩ lượng mưa năm thuộc loại lớn. Tuy nhiên, lượng mưa phân bố khơng đều trong năm, chủ yếu tập trung vào các tháng mùa mưa (từ tháng VI đến tháng X). 2.7.1 Nhiệt độ khơng khí Nhiệt độ (ToC) bình quân trong năm cao đều và ổn định từ 25,8 - 26,2oC . Nhiệt độ bình quân thấp nhất 21,5 - 22oC. Nhiệt độ bình quân cao nhất từ 31,7 - 32,2oC. Nhìn chung, sự thay đổi nhiệt độ qua các tháng khơng lớn, song chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm thì khá lớn, khoảng 7 đến 9oC nhất là vào các tháng mùa khơ. Nhiệt độ cao nhất vào các tháng 3,4,5 (từ 37-37,2oC) và thấp nhất vào tháng 12 là 19oC. 2.7.2 Độ ẩm Do chế độ mưa theo mùa nên biên độ giao động về độ ẩm khơng khí (RH%) giữa mùa mưa và mùa khơ khá lớn. Độ ẩm hàng năm trong vùng nghiên cứu dao động trong khoảng 77,4 % tại trạm khí tượng Tân Sơn Nhất và 80,1% tại trạm khí tượng Phước Long. Độ ẩm thì cao trong mùa mưa từ tháng 6 đến tháng 10, đạt 85,8 % (Bảng 2.2). 2.7.3 Số giờ nắng Trong vùng nghiên cứu, số giờ nắng (n-giờ) trong bình tháng thay đổi từ 4,9 giờ/ngày vào tháng 9 đến 8,7 giờ/ngày trong tháng hai/ba với giá trị trung bình 8 giờ/ngày (xem Bảng 2.2). Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 17 2.7.4 Giĩ Lưu vực sơng Bé nằm trong vùng mang đặc trưng khí hậu nhiệt đới cận xích đạo giĩ mùa, cĩ 2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khơ. Mùa mưa, chịu ảnh hưởng chủ yếu của giĩ mùa Đơng-Bắc ứng với khơng khí đã trở thành nhiệt đới hĩa tương đối ổn định, một mùa đơng ấm áp và khơ hạn. Mùa khơ, khu vực lại chịu ảnh hưởng trực tiếp của hai luồng giĩ mùa Tây-Nam, từ vịnh Bengan vào đầu mùa và từ Nam Thái Bình Dương vào giữa và cuối mùa. Tốc độ giĩ bình quân (Vtb) biến đổi trong khoảng từ 1,6-2,3 m/s, cĩ xu thế tăng dần khi ra biển và giảm dần khi vào sâu trong đất liền. Tốc độ giĩ lớn nhất cĩ thể đạt đến 20-25 m/s, xuất hiện trong bão và xốy lốc. Vận tốc giĩ trung bình tháng trong lưu vực sơng Bé được trình bày chi tiết trong Bảng 2.2, như sau: Bảng 2. 2 Các đặc trưng khí tượng trung bình tháng vùng nghiên cứu Đặc trưng T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 TB T (oC) 25,4 26,1 27,6 28,5 28,1 27,1 26,6 26,5 26,3 26,1 25,8 25,0 26,6 RH [%] 71,5 70,0 70,0 73,2 79,0 84,0 85,2 85,9 86,7 85,4 80,2 74,6 78,8 n [giờ/ng] 8,2 8,7 8,7 8,1 6,9 5,9 5,7 5,3 4,9 5,6 6,5 7,3 6,8 Vtb [m/s] 2,0 2,2 2,3 2,2 2,0 2,0 2,1 2,0 1,8 1,6 1,8 2,0 2,0 Z (mm) 103 106 142 167 159 133 136 131 115 103 94 95 124 X (mm) 9 13 46 116 267 342 345 406 436 291 116 33 202 Nguồn: Tổng hợp từ các tài liệu [7][8]. 2.7.5 Bốc hơi Theo kết quả tính tốn lượng bốc thốt hơi nước bằng phương pháp Penman - Monteith của Viện Khoa học và Thủy lợi Miền Nam [7],[8] thì lượng bốc thốt hơi tiềm năng trung bình hàng năm của lưu vực sơng Bé là khá lớn 1.483 mm/năm và dao động từ 1.284 đến 1.679 mm/năm. Lượng bốc thốt hơi tiềm năng trung bình tháng của lưu vực sơng Bé được trình bày chi tiết trong bảng 2.2 và hình 2.2. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 18 Lượng bốc thốt hơi tiềm năng trung bình tháng lưu vực Sơng Bé 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Thời gian Lư ợ ng b ốc th ố t h ơ i ( m m /th án g) Hình 2. 2 Biểu đồ lượng bốc thốt hơi tiềm năng trung bình tháng lưu vực sơng Bé 2.7.6 Mưa Theo kết quả tính tốn của Viện Khoa học và Thủy lợi Miền Nam[7], lượng mưa(X) bình quân hàng năm khá cao biến động từ 1.944 - 2.963 mm/năm. Mùa mưa diễn ra từ tháng 5 - 10, chiếm 76,0 -95,3 % tổng lượng mưa cả năm, tháng cĩ lượng mưa trung bình lớn nhất 406mm/tháng (tháng 8). Mùa khơ từ cuối tháng 10 đến đầu tháng 5 năm sau, lượng mưa chỉ chiếm 4,7 - 24 % tổng lượng mưa cả năm, tháng cĩ lượng mưa ít nhất là tháng 1, 2 (lần lượt 9, 13 mm). Lượng mưa trung bình tháng của lưu vực sơng Bé được trình bày chi tiết trong bảng 2.2 và hình 2.3. Lượng mưa trung bình tháng lưu vực Sơng Bé 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Thời gian Lư ợ ng m ư a (m m ) Hình 2. 3 Lượng mưa trung bình tháng lưu vực sơng Bé Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 19 2.8 Chất lượng nước Do nằm hồn tồn trong vùng núi và trung du nên sơng Bé khơng chịu ảnh hưởng của xâm nhập mặn và chua phèn. Theo số liệu quan trắc của Cục bảo vệ Mơi trường Đơng Nam Bộ các năm 2006, 2007, 2008 cho thấy chất lượng nước sơng Bé khá tốt. Giá trị pH của sơng Bé luơn nằm trong khoảng 6 ÷ 6,9, độ dẫn điện luơn nhỏ hơn 41μS/cm, Oxy hịa tan (DO) dao động trong khoảng 4,8 ÷ 6,64 mg/l chứng tỏ chất lượng nước sơng Bé chưa cĩ dấu hiệu ơ nhiễm. Bảng 2. 3 Bảng tổng hợp đặc điểm chất lượng nước lưu vực sơng Bé Nguồn: Chi cục BVMT khu vực Đơng Nam Bộ (2006 - 2008) Hàm lượng phù sa thấp (4 ÷ 230mg/l) do cĩ các cơng trình thủy điện phía thượng nguồn, tuy nhiên thành phần này cĩ xu hướng gia tăng trong những năm gần đây cho thấy khả năng rừng đầu nguồn bị chặt phá, dẫn đến gia tăng xĩi lở đất bề mặt. Cầu S.Bé - Phước Hịa Hồ Phước Hịa Ngã ba S.Bé -S.ĐN Thơng số Đơn vị 2006 2007 2008 2006 2007 2008 2006 2007 2008 Nhiệt độ oC 28 27,4 28,9 28 27,6 29,3 28,4 28,2 32,06 DO mg/l 5,78 5,54 4,8 5,36 6,08 4,85 6,64 5,77 4,81 pH - 6,2 6,84 6,88 6,3 6,74 6,90 6,19 6,76 6,59 Độ đục N.T.U 19 230 94 46 125 52 4 34 27 Độ dẫn điện μS/cm 38 32 37 39 32 35 40 36 41 COD mg/l 5 13 9,66 6 4 6 6 3 11 BOD5 mg/l 1 3 2,33 2 1 1,333 2 1 1 SS mg/l 14 230 88 40 167 42 5 32 17 N-NH3 mg/l 0 0,13 0,02 0,14 0 0,153 0,06 0 0,013 N-NO2 mg/l 0,004 0,002 0 0,01 0,003 0,001 0,007 0,002 0,129 N-NO3 mg/l 0,21 0,64 0,433 0,28 0,51 0,497 0,28 0,68 0,164 Tổng P mg/l 0,13 0,42 0,16 0,17 0,193 0,21 0,16 0,053 Clorua mg/l 4 4 4,33 4 4 4 4 4 5 Tổng Fe mg/l 1,48 - 5,71 4,55 - 2,60 0,59 - 1,2 Mn mg/l 0 - 0,03 0 - 0 0 - 0 As mg/l 0 - 0 0 - 0 0 - 0 Dầu mỡ tổng mg/l 0 - 0 0 - 0 0 - 0,15 Pb mg/l 0 - 0 0 - 0 0 - 0 Zn mg/l 0,01 - 0,02 0,02 - 0,011 0,004 - 0,012 Hg mg/l 0 - 0 0 - 0 0 - 0 Coliform (MPN/100ml) 120 900 2800 190 400 6.600 4.500 300 5.000 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 20 Nằm trong khu vực canh tác nơng nghiệp và lâm nghiệp, dọc theo sơng là các đơ thị vừa và nhỏ, chưa cĩ các khu cơng nghiệp gây ơ nhiễm, do vậy trên sơng Bé các hàm lượng dinh dưỡng cũng như hữu cơ, kim loại nặng và vi sinh cĩ hàm lượng thấp. Giá trị tổng Nitơ dao động từ 0,2 ÷ 0,6 mg/l, tổng phospho nhỏ hơn 0,3 mg/l, xu hướng biến đổi khơng rỏ rệt. Hàm lượng chất hữu cơ COD, BOD5 thấp, biến thiên trong khoảng từ 1÷ 6mg/l thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn cho phép đối với nguồn loại A. Xu thế biến đổi khơng rỏ ràng, luơn ở mức thấp nhất khơng cĩ dấu hiệu ơ nhiễm chất hữu cơ trên sơng Bé. 2.9 Nhu cầu sử dụng nước tại các bậc thang trên sơng Bé Theo tài liệu nghiên cứu của Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam[13], các hộ dùng nước tại các bậc thang trên sơng Bé hiện tại và đến năm 2020 bao gồm: nhu cầu nước tưới cho nơng nghiệp, nhu cầu nước thủy điện, nhu cầu chuyển nước cho Hồ Dầu Tiếng, nhu cầu cấp nước cho Nhà máy nước Nam Bình Dương và cuối cùng là dịng chảy mơi trường cho vùng hạ lưu sơng Sài Gịn - Đồng Nai. Riêng nhu cầu cấp nước sinh hoạt và nuơi trồng thủy sản trên lưu vực trong giới hạn của luận văn chưa được đề cập. Nhu cầu sử dụng nước hiện trạng và đến năm 2020 được trình bày lần lượt trong bảng 2.4 và Bảng 2.5 Bảng 2. 4 Nhu cầu sử dụng nước hiện trạng lưu vực sơng Bé Yêu cầu nước hàng tháng (m3/s) Vùng T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T 7 T 8 T 9 T 10 T 11 T 12 Nước tưới 2.1 2.2 1.2 1.6 2.6 0.2 0.2 1.3 0.5 0.15 1.35 2.4 Dịng chảy mơi trường 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 Bảng 2. 5 Nhu cầu sử dụng nước đến năm 2020 lưu vực sơng Bé Yêu cầu nước hàng tháng (m3/s) Vùng T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T 7 T 8 T 9 T 10 T 11 T 12 Nước tưới 10 10 6 7 12 1 1 6 2 0.7 6.3 11 Chuyển nước hồ Dầu Tiếng 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 Cấp nước NMN Nam Bình Dương 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 Dịng chảy mơi trường 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 21 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH NAM ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SƠNG BÉ Thơng thường các tài liệu về dịng chảy đo đạc được tại các vị trí cần nghiên cứu vừa khơng đầy đủ và vừa khơng đủ dài. Trên lưu vực sơng Bé chỉ cĩ hai vị trí đo đạc lưu lượng dịng chảy (trạm thủy văn Phước Long và Phước Hịa). Các dữ liệu này khơng đồng nhất về mặt thời gian và bị gián đoạn. Do vậy, để đánh giá khả năng nguồn nước trên lưu vực - thành phần quan trọng nhất trong bài tốn cân bằng nước - cần thiết lập chuỗi dịng chảy đủ dài tại các vị trí cân bằng. Tài liệu mưa trên lưu vực tương đối nhiều, đầy đủ và khá đồng nhất là cơ sở quan trọng giúp xây dựng các mơ hình tốn để thiết lập chuỗi dịng chảy theo yêu cầu. Như đã phân tích trong chương 1 NAM được chọn cho việc mơ phỏng quá trình dịng chảy của lưu vực nghiên cứu. Kết quả tính tốn dịng chảy từ mơ hình NAM được phân tích thống kê để đánh giá tài nguyên nước lưu vực sơng Bé và làm đầu vào cho ứng dụng mơ hình MIKE BASIN để tính tốn cân bằng lượng cung cầu. 3.1 Giới thiệu mơ hình NAM 3.1.1 Khái quát về mơ hình NAM Mơ hình thuỷ văn NAM mơ phỏng quá trình lượng mưa - dịng chảy mặt xảy ra trong phạm vi lưu vực sơng. NAM là từ viết tắt của tiếng Đan Mạch “Nedbor- Afstromnings-Model”, cĩ nghĩa là mơ hình giáng thuỷ dịng chảy. Mơ hình này đầu tiên do Khoa Tài nguyên nước và Thuỷ lợi của trường Đại học Đan Mạch xây dựng (Nielsen và Hansen, 1973) và tiếp tục được Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI) nâng cấp và ứng dụng cho rất nhiều dự án kỹ thuật thuỷ văn ở nhiều vùng khí hậu khác nhau trên thế giới. NAM hình thành nên một phần mơđun lượng mưa - dịng chảy (RR - Rainfall Runoff) của bộ mơ hình MIKE11. Mơ đun mưa - dịng chảy (RR) cĩ thể áp dụng độc lập hoặc sử dụng để trình bày một hoặc nhiều lưu vực tham gia, tạo ra dịng chảy bổ sung vào mạng lưới Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 22 sơng. Theo cách này thì việc thực hiện xử lý một lưu vực sơng nhỏ riêng lẻ hoặc xử lý một lưu vực sơng lớn cĩ chứa nhiều lưu vực sơng nhỏ và một mạng lưới sơng ngịi phức tạp trong một khung cơng việc lập mơ hình đều cĩ thể thực hiện. 3.1.2 Cấu trúc mơ hình Cấu trúc mơ hình NAM được thể hiện trong Hình 3.1, nĩ mơ phỏng các tầng chứa nước trong chu trình thuỷ văn. NAM mơ phỏng quá trình mưa-dịng chảy bằng việc tính tốn liên tục lượng nước trong bốn bể chứa cĩ quan hệ với nhau mà chúng diễn tả các thành phần vật lý khác nhau trong lưu vực. Những bể chứa này bao gồm: bể chứa tuyết, bể chứa mặt, bể chứa tầng sát mặt (vùng rễ cây) và cuối cùng là bể chứa ngầm. Trên cơ sở đầu vào khí tượng, NAM tạo ra được dịng chảy cũng như thơng tin về các thành phần của tầng đất trong chu trình thuỷ văn, như sự biến đổi theo thời gian của lượng bốc thốt hơi nước, lượng ẩm của đất, quá trình thấm vào nước ngầm, mực nước ngầm v.v... Kết quả dịng chảy lưu vực được tách ra thành dịng chảy mặt, dịng chảy sát mặt và dịng ngầm. NAM xử lý mỗi lưu vực như là một đơn vị đơn lẻ. Do đĩ, các thơng số và các biến diễn tả giá trị trung bình cho tồn bộ lưu vực. Một số thơng số mơ hình cĩ thể được đánh giá từ các số liệu vật lý lưu vực, nhưng kết quả cuối cùng phải được xác định bằng việc hiệu chỉnh mơ hình. Dữ liệu đầu vào của mơ hình là mưa, bốc hơi tiềm năng, và nhiệt độ (chỉ áp dụng cho vùng cĩ 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 sung nước ngầm. Dịng chảy lưu vực được phân một cách gần đúng thành dịng chảy mặt, dịng chảy sát mặt và dịng chảy ngầm. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 23 Hình 3. 1 Sơ đồ cấu trúc của mơ hình NAM a. Bể tuyết (áp dụng cho vùng cĩ tuyết) Giáng thuỷ sẽ được giữ lại trên bể tuyết khi nhiệt độ dưới 0oC, cịn nếu nhiệt độ lớn hơn 0oC thì nĩ sẽ chuyển xuống bể chứa mặt. ⎩⎨ ⎧ ≤ >= 0TEMP Khi 0 0TEMP Khi TEMPCSNOW Qmelt Trong đĩ: CSNOW = 2 mm/ngày/K là hệ số tuyết tan trong ngày[9] Dịng chảy mặt Dịng chảy sát mặt Tuyết Ep Ep Tầng rễ cây Nước ngầm Dịng chảy ngầm BFu Lmax Umax U P L Tầng mặt (3-1) Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 24 b. Bể chứa mặt Lượng ẩm trên bề mặt của thực vật, cũng như lượng nước điền trũng trên bề mặt lưu vực được đặc trưng bởi lượng trữ bề mặt. Umax đặc trưng cho giới hạn trữ nước tối đa của bể này. Lượng nước, U, trong bể chứa mặt sẽ giảm dần do bốc hơi, do thất thốt theo phương nằm ngang (dịng chảy sát mặt). Khi lượng nước này vượt quá ngưỡng Umax, thì một phần của lượng nước vượt ngưỡng, PN này sẽ chảy vào suối dưới dạng dịng chảy tràn bề mặt phần cịn lại sẽ thấm xuống bể sát mặt và bể ngầm. c. Bể sát mặt và bể tầng rễ cây Bể này thuộc tầng rễ cây, là lớp đất mà thực vật cĩ thể hút nước để thốt ẩm. Lmax đặc trưng cho lượng ẩm tối đa mà bể này cĩ thể chứa. Lượng ẩm của bể chứa này được đặc trưng bằng đại lượng L. L phụ thuộc vào lượng tổn thất thốt bốc hơi của thực vật. Lượng ẩm này cũng ảnh hưởng đến lượng nước sẽ đi xuống bể nước ngầm để bổ sung nước ngầm. d. Bốc thốt hơi Nhu cầu bốc thốt hơi nước trước tiên là để thoả mãn tốc độ bốc thốt hơi tiềm năng của bể chứa mặt. Nếu lượng ẩm U trong bể chứa mặt nhỏ hơn nhu cầu này, thì nĩ sẽ lấy ẩm từ tầng rễ cây theo tốc độ Ea. Ea là tỷ lệ với lượng bốc thốt hơi tiềm năng Ep. maxL/LpEaE = e. Dịng chảy mặt. Khi bể chứa mặt tràn nước, U ≥ Umax thì lượng nước vượt ngưỡng PN sẽ hình thành dịng chảy mặt và thấm xuống dưới. QOF là một phần của PN, tham gia hình thành dịng chảy mặt, nĩ tỷ kệ thuận với PN và thay đổi tuyến tính với lượng ẩm tương đối, L/Lmax, của tầng rễ cây: (3-2) Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 25 ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ≤ >− − = TOFmaxL/L Khi 0 TOFmaxL/L Khi NPTOF1 TOFmaxL/L CQOFQOF Trong đĩ: CQOF - hệ số dịng chảy mặt (0 ≤ CQOF ≤ 1); TOF - ngưỡng của dịng chảy mặt (0 ≤ TOF ≤ 1); Phần cịn lại của PN sẽ thấm xuống tầng dưới. Một phần DL của phần nước thấm xuống này, (PN - QOF), sẽ làm tăng lượng ẩm L của bể chứa tầng rễ cây này. Phần cịn lại sẽ thẩm thấu xuống tầng sâu hơn để bổ sung cho bể chứa tầng ngầm. f. Dịng chảy sát mặt Dịng chảy sát mặt, QIF, được giả thiết tỷ lệ thuận với U và biến đổi tuyến tính với độ ẩm tương đối của bể chứa tầng rễ cây. ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ≤ >− − = TIFmaxL/L Khi 0 TIFmaxL/L Khi UTIF1 TIFmaxL/L 1-(CKIF)QIF Trong đĩ: CKIF - hằng số thời gian của dịng chảy sát mặt (0 ≤ CQOF ≤ 1); TIF - giá trị ngưỡng của dịng chảy sát mặt (0 ≤ TOF ≤ 1); g. Bổ sung dịng chảy ngầm Lượng nước thấm xuống G, bổ sung cho bể chứa ngầm phụ thuộc vào độ ẩm của đất ở tầng rễ cây: ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ≤ >− − = TGmaxL/L Khi 0 TGmaxL/L Khi TG1 TGmaxL/L QOF)-N(PG Trong đĩ: TG - giá trị ngưỡng của lượng nước bổ sung cho tầng ngầm (0 ≤ TG ≤ 1) (3-3) (3-4) (3-5) Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 26 h. Lượng ẩm của đất Bể chứa tầng sát mặt biểu thị lượng nước cĩ trong tầng rễ cây. Lượng mưa hiệu quả sau khi trừ đi lượng nước tạo dịng chảy mặt, lượng nước bổ sung cho tầng ngầm, sẽ bổ sung và tăng độ ẩm của đất ở tầng rễ cây L bằng một lượng DL GQOFNPDL −−= 3.1.3 Hiệu chỉnh các thơng số của mơ hình Mơ hình NAM đơn bao gồm 9 thống số chính cần hiệu chỉnh được trình bày chi tiết trong Bảng 3.1 dưới đây. Bảng 3. 1 Bảng tổng hợp các thơng số chính trong hiệu chỉnh mơ hình NAM Thơng số Mơ tả thơng số mơ hình Umax [mm] Lượng nước tối đa trong bể chứa mặt. Lượng trữ này cĩ thể được gọi là lượng nước để điền trũng, rơi trên mặt thực vật, và chứa trong vài cm của bề mặt của đất Lmax [mm] Lượng nước tối đa trong bể chứa tầng rễ cây. Lmax cĩ thể được gọi là lượng ẩm tối đa của tầng rễ cây để thực vật cĩ thể hút để thốt hơi nước. CQOF [ ] Hệ số dịng chảy tràn trên mặt (0 ≤ CQOF ≤1). CQOF quyết định sự phân phối của mưa hiệu quả cho dịng chảy ngầm và thấm. CKIF [giờ] Hằng số thời gian dịng chảy sát mặt. CKIF cùng với Umax quyết định dịng chảy sát mặt. Nĩ chi phối thơng số diễn tốn dịng chảy sát mặt CKIF >> CK12 CK12 [giờ] Hằng số thời gian cho diễn tốn dịng chảy mặt và sát mặt. Dịng chảy mặt và sát mặt được diễn tốn theo các bể chứa tuyến tính theo chuỗi với cùng một hằng số thời gian CK12. TOF [ ] Giá trị ngưỡng của dịng chảy mặt (0 ≤ TOF ≤1). Dịng chảy sát mặt chỉ được hình thành khi chỉ số ẩm tương đối của tầng rễ cây lớn hơn TIF. (3-6) Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 27 Thơng số Mơ tả thơng số mơ hình TIF [ ] Giá trị ngưỡng của dịng chảy sát mặt (0 ≤ TIF ≤1). Dịng chảy sát mặt chỉ được hình thành khi chỉ số ẩm tương đối của tầng rễ cây lớn hơn TIF. TG [ ] Giá trị ngưỡng của lượng nước bổ sung cho dịng chảy ngầm (0 ≤ TG ≤1). Lượng nước bổ sung cho bể chứa ngầm chỉ được hình thành khi chỉ số ẩm tương đối của tầng rễ cây lớn hơn dịng TG. CKBF [giờ] Hằng số thời gian dịng chảy mặt ngầm. Dịng chảy ngầm từ bể chứa ngầm được diễn tốn bằng mơ hình bể chứa tuyến tính với hằng số thời gian CKBF. 3.1.4 Những điều kiện ban đầu Những điều kiện ban đầu theo yêu cầu của mơ hình NAM bao gồm lượng nước trong các bể tuyết, bể mặt, bể tầng rễ cây, cùng với những giá trị ban đầu của dịng chảy từ 2 bể chứa tuyến tính cho dịng chảy mặt, sát mặt và dịng chảy ngầm. Thơng thường tất cả các giá trị ban đầu cĩ thể lấy bằng 0 trừ lượng nước ở tầng rễ cây và tầng ngầm. Ước tính những điều kiện ban đầu này cĩ thể lấy từ lần mơ phỏng trước đĩ, ở những năm trước đây, nhưng cần đúng thời gian mơ phỏng mới. Trong việc hiệu chỉnh mơ hình, thơng thường nên bỏ qua kết quả mơ phỏng của nữa năm đầu tiên để loại bỏ những ảnh hưởng sai số của những điều kiện ban đầu. 3.1.5 Đánh giá kết quả mơ phỏng Về tiêu chuẩn đánh giá kết quả mơ phỏng, phương pháp thống kê được dùng để định lượng sai khác giữa chuỗi số liệu tính tốn và thực đo để đánh giá khả năng mơ phỏng của mơ hình. Trong luận văn này, hai phương pháp thống kê được sử dụng để đánh giá độ tin cậy khi mơ phỏng dịng chảy các vị trí cĩ tài liệu thực đo trong lưu vực sơng Bé của mơ hình NAM gồm: Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 28 • Hệ số lượng thặng dư: ∑ ∑∑ = == −= N i i N i i N i i O OP BIAS 1 11 • Hệ số hiệu quả mơ hình: ∑ ∑ ∑ = = = − −−−= N i i N i N i iii OO OPOO R 1 2 1 1 22 2 )( )()( Trong đĩ N là độ dài số liệu quan trắc, Oi là giá trị số liệu quan trắc thứ i, Pi số liệu tính tốn thứ i, và O và P là bình quân số liệu quan trắc và tính tốn (i = 1 đến N). Ngồi các phương pháp thống kê, độ tin cậy của mơ hình cũng được đánh giá bằng so sánh trên biểu đồ chuỗi số liệu tính tốn và thực đo. 3.2 Mơ hình hĩa cho lưu vực nghiên cứu 3.2.1 Sơ đồ hĩa mạng lưới tính của lưu vực sơng Bé Việc ứng dụng mơ hình NAM để xây dựng mơ hình mưa - dịng chảy cho tồn bộ vùng nghiên cứu nhằm mục đích cung cấp lượng dịng chảy cơ bản theo bước thời gian ngày nhằm phục vụ cho việc tính tốn cân bằng nước trong mơ hình MIKE BASIN. Lưu vực sơng Bé được sơ đồ hĩa thành 06 tiểu lưu vực được xác định ranh giới bằng cơng cụ "Phân định lưu vực" (Catchment Delineation) trên cơ sở dữ liệu cao độ số (DEM 90 × 90 m) và các bậc thang thủy văn đã cĩ và dự kiến xây dựng trong tương lai; thêm vào đĩ để đánh giá tổng thể tài nguyên nước mưa tồn bộ lưu vực sơng Bé các tiểu lưu vực phía hạ lưu được xem xét tính tốn thêm: trạm thủy văn Phước Hịa và cửa sơng Bé. Việc phân định tiểu lưu vực dựa trên DEM giúp xác định chính xác tiểu lưu vực và diện tích của nĩ. Sơ đồ hĩa các bậc thủy văn, hệ thống sơng suối chính và các tiểu lưu vực thuộc lưu vực sơng Bé được thể hiện lần lượt ở các Hình 3.2, Hình 3.3, Hình 3.4 và Hình 3.5. Diện tích các tiểu lưu vực trong vùng nghiên cứu này được thống kê trong Bảng 3.2. (3-7) (3-8) Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 29 Hình 3. 2 Sơ đồ các bậc thang thủy văn trên lưu vực sơng Bé Hình 3. 3 Sơ đồ hĩa một số sơng, suối và hồ chính lưu vực sơng Bé Suối Đak Huyot Suối Đak Glun Suối Đak R’Lap Suối Nước trong SƠNG ĐỒNG NAII Trạm Thủy văn Phước Hịa Hồ Cần Đơn Hồ Srok Phu Miêng Hồ Phước Hịa Hồ Thác Mơ Sơng Bé Trạm thủy văn Phước Long Cửa sơng Bé Thác mơ Cần Đơn Srok Phu miêng Phước Hồ Hiện cĩ Đang xây dựng Cửa sơng Bé Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 30 Hình 3. 4 Sơ đồ hĩa các tiểu lưu vực trên lưu vực sơng Bé Hình 3. 5 Sơ đồ các tiểu lưu vực trên sơng Bé thể hiện trong MIKE BASIN Tiểu lưu vực Cần Đơn Flv = 3.225km2 Tiểu lưu vực Srok Phu Miêng Flv = 3.822 km2 Tiểu lưu vực Phước Hịa Flv = 5.193 km2 Tiểu Lưu vực Thác Mơ Flv = 2.215 km2 Tiểu lưu vực Hạ Phước Hịa Flv = 5.756 km2Tiểu lưu vực Hạ sơng Bé Flv = 7.650 km2 Sơng Bé Ghi chú: Flv - Diện tích lưu vực đã bao gồm diện tích lưu vực phía trên nĩ Số hiệu Tên tiểu lưu vực 23 Thác Mơ 53 Cần Đơn 54 Srok Phu Miêng 52 Phước Hịa 51 Hạ Phước Hịa 38 Hạ sơng Bé 23 38 52 53 54 51 § ak R L ap R ¹c h R¹ t Su èi R ¸t S« ng B Ð R ¹c h B Ð Da M eh m §ak Hu« t s. M · § a §a k G lu n §ak Huýt § ak R m e S uèi G iai Suèi C am Suèi Nghiªn S .T μ N iª n S«ng Br« S inh D ak T an g Suèi Das Sg .M · § μ D To ng S . T u m B un g Da Priaum S «n g B Ð § a k R L a p §a k H u« t S « n g B Ð Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 31 Bảng 3. 2 Diện tích của các tiểu lưu vực thuộc lưu vực sơng Bé STT Tên tiểu lưu vực Diện tích (km2) 1 Thác Mơ 2.215 2 Cần Đơn 1.010 3 Srok Phu Miêng 597 4 Phước Hịa 1.371 5 Hạ Phước Hịa 572 6 Hạ sơng Bé 1.885 Tổng diện tích lưu vực sơng Bé 7.650 3.2.2 Tài liệu đầu vào cho mơ hình Tài liệu đầu vào cơ bản của mơ hình bao gồm mưa, bốc hơi và tài liệu lưu lượng thực đo để hiệu chỉnh mơ hình bao gồm: a. Tài liệu mưa Trong khu vực nghiên cứu và vùng lân cận cĩ 8 trạm mưa gồm trạm Phước Long, Đồng Phú và Phước Hịa; và vùng lân cận gồm Đắc Nơng, Bình Long, Lộc Ninh, Trị An và Tà Lài, trung bình 900 km2/trạm. Các trạm mưa sau khi được kéo dài đã tạo thành bộ số liệu mưa đồng bộ cĩ thời đoạn từ 1981 đến 2007 (27 năm) [7]. Để phân vùng ảnh hưởng của các trạm mưa, cĩ ba phương pháp thường được sử dụng tính tốn lượng mưa trung bình trên một vùng là: phương pháp trung bình số học, phương pháp đa giác Thiessen, và phương pháp đường đẳng mưa. Mỗi một phương pháp đều cĩ những ưu điểm riêng tùy thuộc vào vị trí phân bố của các trạm đo mưa, điều kiện tự nhiên, điều kiện về địa hình của lưu vực tính tốn,….Theo các tài liệu đã nghiên cứu, đối với lưu vực sơng Bé lượng mưa biến đổi khơng nhiều và khơng ảnh hưởng nhiều về điều kiện địa hình, do vậy lượng mưa trung bình trên lưu vực được xác định bằng phương pháp đa giác Thiessen[7],[26]. Kết quả tự động hĩa trọng số Thiessen trong chương trình MIKE BASIN được thể hiện trong Hình 3.6 và Bảng 3.3. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 32 # # # # # # # # 23 38 52 53 54 51 Tri An Ta Lai Loc Ninh Dong Phu Dak Nong Phuoc Hoa Binh Long Phuoc Long Hình 3. 6 Đa giác Thiessen được xác định bằng phần mềm MIKE BASIN Bảng 3. 3 Trọng số Thiessen tính mưa trung bình các tiểu lưu vực Tiểu lưu vực Đắc Nơng Tà Lài Trị An Đồng Phú Phước Long Lộc Ninh Bình Long Phước Hịa Thác Mơ 0.321 0.024 0.655 Cần Đơn 0.191 0.809 Srok Phu Miêng 0.490 0.510 Phước Hịa 0.408 0.281 0.049 0.256 0.006 Hạ Phước Hịa 0.109 0.114 0.777 Hạ sơng Bé 0.031 0.168 0.498 0.303 b. Tài liệu bốc hơi Thơng thường tài liệu bốc hơi được đo đạc trực tiếp bằng chậu Pan hay bằng ống piche. Tuy nhiên, theo một số tài liệu nghiên cứu cho thấy trên thực tế tài liệu bốc hơi ống piche thường cĩ nhiều sai số khĩ giải thích, và bốc hơi chậu khơng được coi là chính xác. Mặt khác, để ứng dụng được trong mơ hình thủy văn phương pháp Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 33 Penman–Monteith tính tốn trực tiếp lượng bốc thốt hơi tiềm năng theo dữ liệu thảm thực vật đang được ứng dụng rộng rãi [8][26]. Theo tác giả Vũ Văn Nghị[8], dựa vào các đặc trưng khí tượng như độ ẩm tương đối, số giờ nắng, tốc độ giĩ và nhiệt độ trung bình tháng của các trạm khí tượng trong vùng hoặc lân cận lượng bốc thốt hơi nước tiềm năng được xác định trực tiếp theo mơ hình Penman-Monteith cho tất cả các loại thảm trong vùng nghiên cứu, sau đĩ dựa vào tỉ lệ từng loại thảm phủ, lượng bốc thốt hơi tiềm năng trung bình trên các tiểu lưu vực được xác định và định dạng làm đầu vào cho mơ hình mưa - dịng chảy NAM. Bảng 3.4 dưới đây thể hiện tỉ lệ thảm phủ theo phân loại của UMD 1km Global Land Cover cho các tiểu lưu vực trong tồn bộ lưu vực sơng Bé[7]. Bảng 3. 4 Tỉ lệ các loại thảm phủ trong các tiểu lưu vực của vùng nghiên cứu Loại thảm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Thác Mơ 0.0% 5.7% 5.1% 2.3% 3.3% 22.2% 43.8% 5.7% 3.9% 4.0% 4.2% Cần Đơn 0.0% 2.7% 1.7% 3.7% 3.2% 39.8% 42.1% 4.5% 1.6% 0.2% 0.4% Srok Phu Miêng 0.0% 0.0% 0.1% 0.2% 0.8% 25.7% 25.2% 16.7% 10.6% 13.1% 7.5% Phước Hịa 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 4.0% 27.0% 13.3% 10.2% 20.0% 25.5% Hạ Phước Hịa 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.4% 5.7% 5.0% 2.5% 44.0% 42.3% Hạ sơng Bé 0.0% 1.2% 2.3% 3.3% 4.5% 24.7% 26.7% 4.8% 3.2% 12.3% 17.1% Ghi chú: Trong bảng trên (theo hàng) phân loại thảm thực vật trong vùng nghiên cứu kí hiệu như sau: 1 - Rừng lá kim thường xanh, 2 - Rừng lá rộng thường xanh, 3 - Rừng lá kim rụng lá theo mùa, 4 - Cây lá rộng rụng lá theo mùa, 5 - Rừng hỗn tạp, 6 - Cây lấy gỗ, 7 - Cỏ thân gỗ, 8 - Bụi kín, 9 - Bụi hở, 10 - Đồng cỏ, 11 - Hoa màu. Giá trị lượng bốc thốt hơi tiềm năng hàng tháng từ năm 1981 - 2007 của các tiểu lưu vực trong vùng nghiên cứu đã được tính tốn và biên tập theo định dạng theo cấu trúc của mơ hình NAM làm dữ liệu đầu vào cho mơ hình. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 34 c. Tài liệu lưu lượng Tài liệu lưu lượng thực đo được sử dụng cho hiệu chỉnh mơ hình gồm 2 trạm: Trạm thủy văn Phước Long và trạm thủy văn Phước Hịa. • Tài liệu lưu lượng ngày thực đo tại trạm thủy văn Phước Long trên sơng Bé khống chế diện tích 2.215 km2 (cửa ra tiểu lưu vực Thác Mơ) từ năm 1981 - 1993 (13 năm) được sử dụng để hiệu chỉnh mơ hình và xác định bộ thơng số mơ hình cho tiểu lưu vực Thác Mơ. Hơn nữa, bộ thơng số mơ hình này được sử dụng làm bộ thơng số đầu vào cho các tiểu lưu vực cịn lại. • Tài liệu lưu lượng ngày thực đo tại trạm thủy văn Phước Hịa trên sơng Bé khống chế diện tích 5.765 km2 trong giai đoạn từ năm 1981 - 1993 (13 năm) được sử dụng để hiệu chỉnh mơ hình cho các tiểu lưu vực cịn lại của vùng nghiên cứu. 3.2.3 Hiệu chỉnh và xác định bộ thơng số mơ hình Với mục đích xác định bộ thơng số mơ hình cho việc mơ phỏng dịng chảy cho tồn bộ lưu vực sơng Bé, mơ hình mưa dịng chảy NAM được hiệu chỉnh theo khơng gian và thời gian. Phương pháp hiệu chỉnh mơ hình được thực hiện đồng thời bằng kỹ thuật tự động tối ưu và phương pháp thử sai (tính thử và kiểm tra sai số mơ phỏng nhiều lần). Tài liệu lưu lượng thực đo để hiệu chỉnh mơ hình cho lưu vực sơng Bé đủ dài (13 năm), do đĩ thời kỳ hiệu chỉnh mơ hình bao gồm cả những năm nhiều nước, năm bình quân và năm ít nước, vì thế kết quả hiệu chỉnh mơ hình cho kết quả tốt, đáng tin cậy và mang tính khách quan. Các bước hiệu chỉnh và xác định thơng số mơ hình được thực hiện như sau: - Bước 1: Sử dụng tài liệu lưu lượng ngày thực đo tại trạm thủy văn Phước Long hiệu chỉnh mơ hình cho tiểu lưu vực Thác Mơ (từ Thác Mơ trở lên) với dịng chảy tự nhiên trước khi nhà máy thủy điện Thác Mơ đi vào hoạt động vào năm 1994. Hiệu chỉnh cho đến khi đường quá trình lưu lượng mơ phỏng và thực đo tại Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 35 Thác Mơ trong thời kỳ 1981 - 1993 khớp nhau với 2 chỉ tiêu đánh giá là hệ số hiệu quả mơ hình R2 dần tới 1.0 và sai số cân bằng tổng lượng (BIAS%) dần tới 0. Biểu đồ đường quá trình lưu lượng và quá trình tích lũy ngày thực đo và mơ phỏng tại Thác Mơ (1981-1993) được trình bày trong Hình 3.7, Hình 3.8. Bộ thơng số mơ hình NAM từ hiệu chỉnh mơ hình cho lưu vực Thác Mơ được tổng hợp trong Bảng 3.5 và tiêu chuẩn đánh giá kết quả được trình bày trong Bảng 3.6. Hình 3. 7 Quá trình lưu lượng ngày thực đo và mơ phỏng tại Thác Mơ từ 1981 - 1993 Hình 3. 8 Quá trình lũy tích dịng chảy thực đo và mơ phỏng tại Thác Mơ từ 1981 - 1993 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 36 Bảng 3. 5 Bộ thơng số mơ hình NAM từ hiệu chỉnh mơ hình cho lưu vực Thác Mơ TT Thơng số chính của mơ hình Giá trị 1 Lớp nước cực đại trong tầng trữ mặt , Umax [mm] 14.5 2 Lớp nước cực đại trong tầng rễ cây, Lmax [mm] 153 3 Hệ số dịng chảy mặt, CQOF [] 0.505 4 Hằng số thời gian của dịng sát mặt, CKIF [giờ] 202.5 5 Hằng số thời gian cho diễn tốn dịng sát mặt và dịng chảy mặt, CK12 49.8 6 Giá trị ngưỡng tầng rễ cây sản sinh dịng chảy mặt, TOF [] 0.978 7 Giá trị ngưỡng tầng rễ cây sản sinh dịng chảy sát mặt, TIF [] 0.971 8 Giá trị ngưỡng tầng rễ cây sản sinh dịng thấm xuống tầng nước ngầm, 0.00687 9 Hằng số thời gian dịng chảy ngầm, CKBF [giờ] 1182 Bảng 3. 6 Tiêu chuẩn đánh giá kết quả hiệu chỉnh mơ hình NAM lưu vực Thác Mơ Tiêu chuẩn đánh giá Giá Trị Sai số tổng lượng, BIAS % 0.0 Hệ số hiệu quả Nash-Sutcliffe, R2 0.848 - Bước 2: Sử dụng bộ thơng số mơ hình ở bước 1 cho tất cả các lưu vực cịn lại và thực hiện mơ phỏng. Kết quả mơ phỏng được hiệu chỉnh theo phương pháp thử sai và sử dụng tài liệu lưu lượng ngày thực đo tại trạm thủy văn Phước Hịa trên sơng Bé để đánh giá kết quả mơ phỏng. Hiệu chỉnh cho đến khi đường quá trình lưu lượng mơ phỏng và thực đo tại Phước Hịa trong thời kỳ 1981 - 1993 khớp nhau với 2 chỉ tiêu đánh giá là hệ số hiệu quả mơ hình R2 dần tới 1.0 và sai số cân bằng tổng lượng (BIAS%) dần tới 0. Bộ tham số hiệu chỉnh mơ hình NAM được tổng hợp trong Bảng 3.7 cho tất cả các tiểu lưu vực trong vùng nghiên cứu sơng Bé. Kết quả hồn nguyên hiệu chỉnh mơ hình được trình bày trong Bảng 3.8 tại trạm Phước Hịa với hai chỉ tiêu đánh giá là sai số cân bằng tổng lượng nước (BIAS) và tiêu chuẩn thống kê hiệu quả mơ hình R2. Biểu đồ dịng chảy bình quân ngày mơ phỏng và thực đo trình bày Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 37 trong Hình 3.9 minh họa cho hệ số hiệu quả mơ hình đạt được. Biểu đồ lũy tích dịng chảy trong thời kỳ hiệu chỉnh trình bày trong Hình 3.10 biểu thị cho sai số cân bằng tổng lượng. Hình 3. 9 Quá trình lưu lượng ngày thực đo và mơ phỏng tại Phước Hịa từ 1981 - 1993 Hình 3. 10 Quá trình lũy tích dịng chảy thực đo và mơ phỏng tại Phước Hịa từ 1981 - 1993 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 38 Bảng 3. 7 Bộ thơng số mơ hình NAM từ hiệu chỉnh mơ hình cho vùng nghiên cứu Thơng số Umax [mm] Lmax [mm] CQOF CKIF [giờ] CK12 [giờ] TOF TIF TG CKBF [giờ] Cần Đơn 27 285 0.505 202.5 49.8 0.978 0.971 0.0069 1182 Srok Phu Miêng 27 285 0.505 202.5 49.8 0.978 0.971 0.0069 1105 Phước Hịa 27 285 0.505 202.5 49.8 0.978 0.971 0.0069 1000 Hạ Phước Hịa 27 285 0.505 202.5 49.8 0.978 0.971 0.0069 1000 Hạ sơng Bé 14.5 153 0.505 202.5 49.8 0.978 0.971 0.0069 1000 Ghi chú: Umax [mm] - Lớp nước cực đại trong tầng trữ mặt, Lmax [mm] - Lớp nước cực đại trong tầng rễ cây, CQOF [] - Hệ số dịng chảy mặt, CKIF [giờ] - Hệ số dịng chảy mặt, CKIF [giờ] - Hằng số thời gian của dịng sát mặt, CK12 [giờ] - Hằng số thời gian cho diễn tốn dịng sát mặt và dịng chảy mặt, TOF [] - Giá trị ngưỡng tầng rễ cây sản sinh dịng chảy mặt, TIF [] - Giá trị ngưỡng tầng rễ cây sản sinh dịng chảy sát mặt, TG [] - Giá trị ngưỡng tầng rễ cây sản sinh dịng thấm xuống tầng nước ngầm, CKBF [giờ] - Hằng số thời gian dịng chảy ngầm. Bảng 3. 8 Tiêu chuẩn đánh giá kết quả hiệu chỉnh mơ hình NAM tại Phước Hịa Tiêu chuẩn đánh giá Giá trị Sai số tổng lượng, BIAS % -1.5 Hệ số hiệu quả Nash-Sutcliffe, R2 0.862 Từ kết quả ở Bảng 3.7 và Bảng 3.8 cho thấy NAM thể hiện tốt sự phù hợp và thoả mãn các điều kiện mơ phỏng quá trình dịng chảy lưu vực nghiên cứu với hệ số hiệu quả mơ hình R2 đạt tới 85 - 86%, đặc biệt sai số cân bằng tổng lượng BIAS bằng khơng. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 39 3.2.4 Kết quả mơ phỏng dịng chảy Với kết quả hiệu chỉnh mơ hình NAM, dựa vào tài liệu đầu vào như mưa, bốc hơi và bộ thơng số mơ hình đã hiệu chỉnh, dịng chảy các bậc thang thủy điện cũng như tất cả các tiểu lưu vực trong lưu vực sơng Bé được mơ phỏng trong thời kỳ từ 1981 đến 2007 (27 năm). Các biểu đồ dưới đây thể hiện kết quả mơ phỏng quá trình dịng chảy ngày cho các bậc thang Thác Mơ, Cần Đơn, Srok Phu Miêng, hồ thủy điện Phước Hịa, trạm thủy văn Phước Hịa và cửa sơng Bé. Lưu lượng dịng chảy trung bình tháng các tiểu lưu vực của lưu vực Sơng Bé được trình bày chi tiết ở phụ lục 1. Hình 3. 11 Quá trình lưu lượng ngày mơ phỏng cửa ra Thác Mơ từ 1981 - 2007 Hình 3. 12 Quá trình lưu lượng ngày mơ phỏng tại cửa ra Cần Đơn từ 1981 - 2007 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 40 Hình 3. 13 Quá trình lưu lượng ngày mơ phỏng tại cửa ra Srok Phu Miêng từ 1981 - 2007 Hình 3. 14 Quá trình lưu lượng ngày mơ phỏng tại cửa ra hồ TĐ Phước Hịa từ 1981 - 2007 Hình 3. 15 Quá trình lưu lượng ngày mơ phỏng cửa ra trạm TV Phước Hịa từ 1981 - 2007 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 41 Hình 3. 16 Quá trình lưu lượng ngày mơ phỏng tại cửa ra sơng Bé từ 1981 - 2007 3.3 Phân tích và đánh giá kết quả tính tốn Từ kết quả tính tốn mơ phỏng dịng chảy ngày bằng mơ hình mưa dịng chảy NAM trong thời kỳ từ 1981 - 2007, dịng chảy tháng, năm và mùa hàng năm và trung bình nhiều năm cho từng lưu vực Thác Mơ, Cần Đơn, Srok Phu Miêng, Phước Hịa, và trạm thủy văn Phước Hịa cũng như cửa ra lưu vực sơng Bé được xác định. 3.3.1 Tính tốn đặc trưng dịng chảy Từ Bảng 3.9 đến Bảng 3.13 dưới đây thể hiện giá trị các đại lượng biểu thị dịng chảy tháng, năm và mùa trung bình nhiều năm bao gồm: lưu lượng dịng chảy bình quân, tổng lượng dịng chảy, mơ đun dịng chảy, lớp dịng chảy và hệ số dịng chảy. Hình 3.17 biểu thị phân phối dịng chảy năm theo lưu lượng bình quân tháng nhiều năm tại cửa ra các bậc thang trên sơng Bé. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 42 Bảng 3. 9 Đặc trưng dịng chảy trung bình nhiều năm bậc thang thủy điện Cần Đơn Các đặc trưng Lưu lượng Q (m3/s) Tổng lượng W (106 m3) Mơ đun M (l/s-km2) Lớp dịng chảy Y(mm) Lượng mưa X (mm) Hệ số dịng chảy(α) Tháng 1 53 142 16.4 44 11 3.9 Tháng 2 29 78 9.0 24 16 1.5 Tháng 3 16 44 5.1 14 54 0.3 Tháng 4 14 37 4.3 11 125 0.1 Tháng 5 43 114 13.2 35 297 0.1 Tháng 6 126 338 39.2 105 372 0.3 Tháng 7 232 622 72.1 193 380 0.5 Tháng 8 373 999 115.7 310 444 0.7 Tháng 9 424 1137 131.6 352 478 0.7 Tháng 10 386 1033 119.6 320 293 1.1 Tháng 11 181 484 56.0 150 118 1.3 Tháng 12 97 260 30.1 81 35 2.3 Năm 165 5288 51.0 1640 2622 0.63 319 4276 99.0 1326 2264 Mùa lũ 194% 81% 194% 81% 87% 0.59 54 1013 16.7 314 358 Mùa kiệt 33% 19% 33% 19% 13% 0.88 Bảng 3. 10 Đặc trưng dịng chảy TB nhiều năm bậc thang thủy điện Srok Phu Miêng Các đặc trưng Lưu lượng Q (m3/s) Tổng lượng W (106 m3) Mơ đun M (l/s-km2) Lớp dịng chảy Y (mm) Lượng mưa X (mm) Hệ số dịng chảy(α) Tháng 1 61 164 16.0 43 11 4.0 Tháng 2 34 90 8.8 24 15 1.6 Tháng 3 19 51 5.0 13 51 0.3 Tháng 4 15 41 4.0 11 120 0.1 Tháng 5 47 125 12.2 33 289 0.1 Tháng 6 139 373 36.5 98 363 0.3 Tháng 7 256 686 67.0 179 371 0.5 Tháng 8 418 1119 109.3 293 438 0.7 Tháng 9 482 1291 126.1 338 470 0.7 Tháng 10 445 1192 116.4 312 288 1.1 Tháng 11 210 562 54.9 147 113 1.3 Tháng 12 113 302 29.5 79 34 2.3 Năm 187 5997 48.8 1569 2560 0.61 362 4850 94.8 1269 2218 Mùa lũ 194% 81% 194% 81% 87% 0.57 61 1147 16.0 300 342 Mùa kiệt 33% 19% 33% 19% 13% 0.88 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 43 Bảng 3. 11 Đặc trưng dịng chảy trung bình nhiều năm bậc thang thủy điện Phước Hịa Các đặc trưng Lưu lượng Q (m3/s) Tổng lượng W (106 m3) Mơ đun M (l/s-km2) Lớp dịng chảy Y (mm) Lượng mưa X (mm) Hệ số dịng chảy (α) Tháng 1 85 227 16.3 44 10 4.4 Tháng 2 46 124 8.9 24 14 1.7 Tháng 3 26 70 5.0 13 49 0.3 Tháng 4 20 53 3.8 10 117 0.1 Tháng 5 51 136 9.8 26 279 0.1 Tháng 6 151 405 29.1 78 356 0.2 Tháng 7 285 762 54.8 147 362 0.4 Tháng 8 463 1239 89.1 239 428 0.6 Tháng 9 588 1574 113.2 303 462 0.7 Tháng 10 603 1616 116.2 311 292 1.1 Tháng 11 313 839 60.3 162 113 1.4 Tháng 12 160 430 30.9 83 33 2.5 Năm 233 7476 44.8 1440 2513 0.57 450 6031 86.7 1161 2179 Mùa lũ 194% 81% 194% 81% 87% 0.53 77 1446 14.9 278 334 Mùa kiệt 33% 19% 33% 19% 13% 0.83 Bảng 3. 12 Đặc trưng dịng chảy trung bình nhiều năm tại trạm thủy văn Phước Hịa Các đặc trưng Lưu lượng Q (m3/s) Tổng lượng W (106 m3) Mơ đun M (l/s-km2) Lớp dịng chảy Y (mm) Lượng mưa X (mm) Hệ số dịng chảy (α) Tháng 1 95 254 16.4 44 10 4.6 Tháng 2 52 139 9.0 24 14 1.8 Tháng 3 29 78 5.1 14 47 0.3 Tháng 4 22 59 3.8 10 115 0.1 Tháng 5 55 147 9.5 25 272 0.1 Tháng 6 160 430 27.8 75 349 0.2 Tháng 7 301 806 52.2 140 355 0.4 Tháng 8 488 1306 84.6 227 419 0.5 Tháng 9 623 1668 108.1 289 451 0.6 Tháng 10 654 1750 113.4 304 290 1.0 Tháng 11 349 935 60.6 162 113 1.4 Tháng 12 180 481 31.2 84 33 2.6 Năm 251 8053 43.5 1397 2467 0.57 483 6466 83.7 1122 2137 Mùa lũ 193% 80% 193% 80% 87% 0.52 85 1588 14.7 275 330 Mùa kiệt 34% 20% 34% 20% 13% 0.84 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 44 Bảng 3. 13 Đặc trưng dịng chảy trung bình nhiều năm lưu vực sơng Bé Các đặc trưng Lưu lượng Q (m3/s) Tổng lượng W (106 m3) Mơ đun M (l/s-km2) Lớp dịng chảy Y (mm) Lượng mưa X (mm) Hệ số dịng chảy (α) Tháng 1 123 331 16.1 43 9 4.8 Tháng 2 67 181 8.8 24 13 1.8 Tháng 3 38 102 5.0 13 46 0.3 Tháng 4 29 77 3.8 10 116 0.1 Tháng 5 69 185 9.0 24 267 0.1 Tháng 6 202 542 26.4 71 342 0.2 Tháng 7 377 1009 49.3 132 345 0.4 Tháng 8 608 1630 79.5 213 406 0.5 Tháng 9 792 2122 103.6 277 436 0.6 Tháng 10 849 2274 111.0 297 291 1.0 Tháng 11 452 1211 59.1 158 116 1.4 Tháng 12 234 626 30.5 82 33 2.5 Năm 320 10290 41.8 1345 2420 0.56 616 8247 80.5 1078 2088 Mùa lũ 192% 80% 192% 80% 87% 0.52 109 2043 14.2 267 332 Mùa kiệt 34% 20% 34% 20% 13% 0.80 Lưu lượng dịng chảy trung bình tháng các bậc thang thủy điện lưu vực sơng Bé 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 Q (m 3/ s) Cần Đơn Scrok Phu Miêng Phước Hịa TV Phước Hịa Cửa ra Sơng Bé Hình 3. 17 Phân phối dịng chảy năm theo lưu lượng bình quân tháng các bậc thủy điện lưu vực sơng Bé Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 45 3.3.2 Dịng chảy năm Kết quả tính tốn lượng dịng chảy năm trung bình nhiều năm, hay cịn gọi là chuẩn dịng chảy năm, cho thấy các đặc trưng dịng chảy của các bậc thang thủy điện Cần Đơn, Srok Phu Miêng, Phước Hịa, tại trạm thủy văn Phước Hịa và cửa ra sơng Bé lần lượt như sau: lưu lượng Qo vào khoảng 165, 187, 233, 251 và 320 m3/s; tổng lượng Wo = 5.288, 5.997, 7.476, 8.053 và 10.290 106 m3; mơ đun dịng chảy Mo = 51, 49, 45, 44 và 42 l/s-km2; lớp dịng chảy Yo = 1.640, 1.569, 1.440, 1.397 và 1.345 mm; và hệ số dịng chảy α = 0,63, 0,61, 0,57, 0,57 và 0,56. Theo Atlas tài nguyên nước Việt Nam thì các giá trị đặc trưng dịng chảy trên cho thấy tài nguyên nước mặt trong vùng nghiên cứu là dồi dào và cao hơn rất nhiều trung bình cả nước; và theo các tài liệu nghiên cứu của Viện KHTL Miền Nam[7] các vùng khác trong lưu vực Đồng Nai thì lưu vực sơng Bé là chi lưu cĩ tiềm năng nguồn nước mặt lớn nhất. Như vậy cĩ thể kết luận rằng tài nguyên nước mặt khu vực nghiên cứu này cĩ tiềm năng lớn đáp ứng các yêu cầu cho phát triển kinh tế xã hội trong vùng cũng như bổ sung cho các hộ dùng nước ngồi lưu vực. Theo khơng gian, xét riêng trong vùng nghiên cứu này, tiềm năng nguồn nước mặt cĩ xu thế tăng dần từ hạ lưu lên thượng lưu, nguyên nhân của vấn đề này là do tồn bộ lưu vực nằm trong sườn đĩn giĩ, cao độ địa hình tăng dần từ hạ lưu lên thượng lưu kéo theo lượng mưa cĩ xu thế tương tự. Diễn biến lưu lượng dịng chảy trung bình năm bậc thang Cần Đơn 0 50 100 150 200 250 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 18 Lưu lượng TB năm bậc thang thủy điện Cần Đơn thời kì 1981-2007 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 46 Diễn biến lưu lượng dịng chảy trung bình năm bậc thang Srok Phu Miêng 0 50 100 150 200 250 300 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 19 Lưu lượng TB năm bậc thủy điện Srok Phu Miêng thời kì 1981-2007 Diễn biến lưu lượng dịng chảy trung bình năm bậc thủy điện Phước Hịa 0 50 100 150 200 250 300 350 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 20 Lưu lượng TB năm bậc thang thủy điện Phước Hịa thời kì 1981-2007 Dịng chảy hàng năm các bậc thang thủy điện Cần Đơn, Srok Phu Miêng, Phước Hịa, tại trạm thủy văn Phước Hịa và cửa ra lưu vực sơng Bé biến đổi một cách tương đối và tương tự nhau (Hình 3.18 - 3.22). Cụ thể, theo liệt tài liệu dịng chảy trong thời kỳ nghiên cứu từ 1981 đến 2007, lưu lượng trung bình năm lớn nhất đối với các bậc thang thủy điện Cần Đơn, Srok Phu Miêng, Phước Hịa, trạm thủy văn Phước Hịa và cửa sơng Bé tương ứng đạt 224, 257, 321, 344 và 422 m3/s; trong khi Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 47 năm kiệt nhất là 119, 132, 152, 162 và 212 m3/s với giá trị khoảng lệch quân phương khoảng 29, 34, 46, 48 và 56 m3/s (tương đương 18 - 20% so với giá trị lưu lượng trung bình nhiều năm). Diễn biến lưu lượng dịng chảy trung bình năm tại trạm thủy văn Phước Hịa 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 21 Lưu lượng trung bình năm tại trạm thủy văn Phước Hịa thời kì 1981-2007 . Diễn biến lưu lượng dịng chảy trung bình năm vực sơng Bé 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 22 Lưu lượng trung bình năm cửa ra lưu vực sơng Bé thời kì 1981-2007 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 48 3.3.3 Dịng chảy theo mùa Theo thống kê các đại lượng đặc trưng dịng chảy, đối với tất cả các tiểu lưu vực trên sơng Bé mùa lũ bắt đầu từ tháng 7 và kết thúc vào tháng 11 tức là chậm hơn so với mùa mưa 2 tháng (5 - 10). Theo tính tốn lượng dịng chảy mùa lũ kéo dài trong 5 tháng chiếm 80 - 81% tổng lượng nguồn nước cả năm (giảm dần từ thượng lưu xuống hạ lưu). Như vậy so sánh với lượng mưa, khả năng điều tiết tự nhiên của lưu vực đạt 6 - 7% (giảm dần từ hạ lưu lên thượng lưu). Tháng cĩ lượng dịng chảy lớn nhất là tháng 9 (đối với các bậc thang thượng lưu Cần Đơn, Srok Phu Miêng) cịn các bậc thang hạ lưu là tháng 10 với trị số lưu lượng cao hơn khoảng 2,5 - 2,6 lần so với trị số trung bình năm. Điều tiết tự nhiên của lưu vực thấp dẫn đến quy luật dịng chảy phân bố khơng đều và hậu quả xảy ra tình trạng hạn thủy văn vào những tháng mùa mưa, đặc biệt là tháng 4 khi mà lưu lượng dịng chảy bình quân đối với tất cả các bậc thang trong vùng nghiên cứu này chỉ vào khoảng 8 - 9% so với trị số trung bình năm, như vậy cĩ thể nhận thấy trên các con sơng suối nhỏ đầu nguồn hầu như khơng cĩ nước trong những tháng này. Do đĩ, đối với các nhà quy hoạch, quản lý và sử dụng tài nguyên nước mặt trên lưu vực cần cĩ những biện pháp điều phối nguồn nước hợp lý để đảm bảo ổn định dân sinh kinh tế trong vùng cũng như phát triển bền vững kinh tế xã hội cho tồn bộ lưu vực Đồng Nai nĩi chung. Diễn biến lưu lượng dịng chảy trung bình mùa lũ bậc thang Cần Đơn 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 23 Lưu lượng trung bình mùa lũ bậc thang Cần Đơn thời kì 1981-2007 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 49 Diễn biến lưu lượng dịng chảy trung bình mùa lũ bậc thang Srok Phu Miêng 0 100 200 300 400 500 600 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 24 Lưu lượng TB mùa lũ bậc thang Srok Phu Miêng thời kì 1981-2007 Diễn biến lưu lượng dịng chảy mùa lũ bậc thủy điện Phước Hịa 0 100 200 300 400 500 600 700 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 25 Lưu lượng TB mùa lũ bậc thủy điện Phước Hịa thời kì 1981-2007 Diễn biến lưu lượng dịng chảy trung bình mùa lũ tại trạm thủy văn PH 0 100 200 300 400 500 600 700 800 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 26 Lưu lượng TB mùa lũ tại trạm thủy văn Phước Hịa thời kì 1981-2007 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 50 Diễn biến lưu lượng dịng chảy trung bình mùa lũ cửa ra lưu vực sơng Bé 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 27 Lưu lượng TB mùa lũ của ra lưu vực sơng Bé thời kì 1981-2007 Diến biến lượng dịng chảy trung bình mùa lũ hàng năm biến đổi một cách tương đối như diễn biến lượng dịng chảy trung bình năm. Theo liệt tài dịng chảy trong thời kỳ nghiên cứu từ 1981-2007 thì lưu lượng mùa lũ trung bình nhiều năm các bậc thang thủy điện Cần Đơn, Srok Phu Miêng, Phước Hịa, trạm thủy văn Phước Hịa và cửa ra lưu vực sơng Bé lần lượt là 319, 362, 450, 483 và 615 m3/s trong khi khoảng lệch quân phương là 55, 65, 91, 96 và 114 m3/s (tương đương 17 - 18% so với giá trị lưu lượng mùa lũ trung bình nhiều năm). Diễn biến lưu lượng dịng chảy trung bình mùa kiệt bậc thang Cần Đơn 0 20 40 60 80 100 120 140 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 28 Lưu lượng trung bình mùa kiệt bậc thang Cần Đơn thời kì 1981-2007 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 51 Diễn biến lưu lượng dịng chảy trung bình mùa kiệt bậc Srok Phu Miêng 0 20 40 60 80 100 120 140 160 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 29 Lưu lượng TB mùa kiệt bậc thang Srok Phu Miêng thời kì 1981-2007 Diễn biến lưu lượng dịng chảy mùa kiệt bậc thủy điện Phước Hịa 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 30 Lưu lượng TB mùa kiệt bậc thủy điện Phước Hịa thời kì 1981-2007 Diễn biến lưu lượng dịng chảy trung bình mùa kiệt tại trạm thủy văn PH 0 50 100 150 200 250 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 31 Lưu lượng TB mùa kiệt tại trạm thủy văn Phước Hịa thời kì 1981-2007 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 52 Diễn biến lưu lượng dịng chảy mùa kiệt cửa ra lưu vực sơng Bé 0 50 100 150 200 250 300 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 Thời gian Lư u lư ợ ng (m 3/ s) Hình 3. 32 Lưu lượng trung bình mùa kiệt cửa ra lưu vực sơng Bé thời kì 1981-2007 Lượng dịng chảy trung bình mùa kiệt hàng năm cĩ biến động lớn hơn so với trung bình năm và trung bình mùa lũ. Theo liệt tài dịng chảy trong thời kỳ nghiên cứu 1981-2007, lưu lượng dịng chảy mùa kiệt lớn trung bình nhiều năm đối với các bậc thang thủy điện Cần Đơn, Srok Phu Miêng, Phước Hịa, trạm thủy văn Phước Hịa và cửa ra lưu vực sơng Bé lần lượt là 54, 61, 85, 77 và 109 m3/s trong khi khoảng lệch quân phương lên đến 20, 23, 27, 26 và 34 m3/s, tương đương từ 31 - 38% so với giá trị lưu lượng trong mùa kiệt trung bình nhiều năm. 3.3.4 Tính tốn dịng chảy năm, mùa thiết kế Dịng chảy năm/mùa thiết kế là đặc trưng quan trọng cần phải xác định khi quy hoạch, thiết kế hệ thống cơng trình thủy lợi, đặc biệt là cơng trình hồ chứa. Dịng chảy năm/mùa thiết kế là căn cứ hoạch định phương án quy hoạch và quy mơ kích thước cơng trình. Vì dịng chảy năm/mùa thiết kế là dịng chảy năm/mùa tương ứng với tần suất thiết kế nên nĩ được xác định theo phương pháp thống kê tốn học. Các tần suất thiết kế đưa ra cho cơng tác quy hoạch sử dụng tài nguyên nước đối với các tiêu chí phát triển kinh tế xã hội khác nhau như sau: P = 10% cho hầu hết các hộ dùng nước trên lưu vực; P = 50% - năm nước trung bình để đánh giá tổng quan tiềm năng nguồn nươc; và P = 90% - năm ít nước đánh giá mức đảm bảo cấp nước thiết yếu nhất ví dụ như cấp nước cho dân sinh. Các tần suất thiết kế này được tính cho Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 53 bài tốn quy hoạch sử dụng nguồn nước tổng thể; cịn đối với các cơng trình và các ngành cụ thể tần suất thiết kế phải được lấy từ TCXDVN-285-2002. Phân phối tài nguyên nước mặt theo từng tháng để tính tốn cân bằng nước lưu vực theo các kịch bản khác nhau được thu phĩng từ mơ hình phân phối nước mặt tháng trung bình nhiều năm theo tỉ lệ K: tb p Q Q K = trong đĩ Qp là lưu lượng với tần suất P và Qtb là lưu lượng trung bình nhiều năm. Dưới đây là kết quả tính tốn dịng chảy năm/mùa theo một số tần suất thiết kế cho các bậc thang thủy điện Cần Đơn, Srok Phu Miêng, Phước Hịa, trạm thủy văn Phước Hịa và cửa ra lưu vực sơng Bé. Tổng hợp kết quả phân phối xác suất thống kê lưu lượng dịng chảy năm và dịng chảy mùa (mùa lũ và mùa kiệt) được trình bày chi tiết trong phụ lục đính kèm. Bảng 3. 14 Lưu lượng TB năm bậc thang trên sơng Bé theo các tần suất thiết kế Tần suất P = 10% 50% 90% Biến chuẩn hĩa y = 1.28 0.00 -1.28 Lưu lượng TB năm Cần Đơn 202 165 127 Lưu lượng TB năm Srok Phú Miêng 230 187 143 Lưu lượng TB năm Thủy điện Phước Hịa 291 233 174 Lưu lượng TB năm Thủy văn Phước Hịa 312 251 189 Lưu lượng TB năm sơng Bé Q (m3/s)= 392 320 248 Bảng 3. 15 Lưu lượng TB mùa lũ bậc thang trên sơng Bé theo các tần suất thiết kế Tần suất P = 10% 50% 90% Biến chuẩn hĩa y = 1.28 0.00 -1.28 Lưu lượng TB năm Cần Đơn 389 319 249 Lưu lượng TB năm Srok Phú Miêng 445 362 279 Lưu lượng TB năm Thủy điện Phước Hịa 566 450 334 Lưu lượng TB năm Thủy văn Phước Hịa 605 483 361 Lưu lượng TB năm sơng Bé Q (m3/s)= 761 616 470 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 54 Bảng 3. 16 Lưu lượng TB mùa kiệt bậc thang trên sơng Bé theo các tần suất thiết kế Tần suất P = 10% 50% 90% Biến chuẩn hĩa y = 1.28 0.00 -1.28 Lưu lượng TB năm Cần Đơn 80 54 28 Lưu lượng TB năm Srok Phú Miêng 90 61 32 Lưu lượng TB năm Thủy điện Phước Hịa 120 85 50 Lưu lượng TB năm Thủy văn Phước Hịa 110 77 44 Lưu lượng TB năm sơng Bé Q (m3/s)= 152 109 66 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 55 CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE BASIN PHỤC VỤ QUẢN LÝ HIỆU QUẢ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SƠNG BÉ 4.1 Giới thiệu về mơ hình cân bằng nước -MIKE BASIN 4.1.1 Khái niệm MIKE BASIN là một mơ hình cân bằng nước, mơ phỏng phân bổ nguồn nước lưu vực sơng theo khơng gian và thời gian. Mơ hình này được Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng từ năm 1972 và được cải tiến hàng năm. Mơ hình hoạt động dựa trên mạng sơng được số hố và thiết lập trực tiếp trên màn hình máy tính trong mơi trường ArcView GIS. Các thơng tin liên quan đến cấu hình của hệ thống mơ phỏng dịng chảy, vị trí của người sử dụng nước, hồ chứa và các điểm lấy nước cũng như thải nước cũng được xác định (Hình 4.1). Hình 4. 1 Khái niện của MIKE BASIN về lập mơ hình phân bổ nước 4.1.2 Cấu trúc mơ hình MIKE BASIN được cấu trúc như là một mơ hình mạng sơng, trong đĩ sơng và các nhánh chính được hiển thị bằng một mạng lưới các nhánh và nút. Nhánh sơng biểu diễn cho các dịng chảy riêng lẻ trong khi đĩ các nút thì biểu diễn các điểm tụ hội Mơ hình mơ phỏng sử dụng nước Dữ liệu hồ chứa Dữ liệu KTTV Dữ liệu tưới và cấp nước - Chuổi dịng chảy mơ phịng - Mơ phỏng kế hoạch tưới và vận hành hồ Sơ đồ mạng lưới Chuỗi dữ liệu thủy văn theo thời gian Hồ chứa Đồng tưới Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 56 Cấp nước Diện tích tưới Diện tích thủy lợi Nước thải cơng nghiệp của sơng, điểm chuyển dịng hoặc vị trí mà ở đĩ cĩ diễn ra các hoạt động liên quan đến nước hay các vị trí quan trọng mà kết quả mơ hình yêu cầu. Cấu trúc mơ hình MIKE BASIN được trình bày như Hình 4.2. Mơ hình MIKE BASIN cho phép xác định việc sử dụng tài nguyên nước một cách tối ưu giữa các ngành và các vùng trong điều kiện áp lực, cạnh tranh hay chọn lựa sự ưu tiên trong việc dùng nước. MIKE BASIN cĩ thể giải quyết vấn đề phân chia nước trên lưu vực dựa trên hai nguyên tắc cơ bản là ưu tiên cục bộ và ưu tiên tồn bộ. (1) Cơ chế “ưu tiên cục bộ” tuân theo một quy tắc là nút dùng nước đầu tiên sẽ nhận được tồn bộ nước theo yêu cầu trước khi tính đến nút thứ hai. Nút thứ hai này sẽ nhận được tồn bộ số nước theo nhu cầu sau khi nút đầu tiên nhận được cung cấp đủ nước. Hình 4. 2 Cấu trúc của mơ hình MIKE BASIN (2) Cơ chế “ưu tiên tồn cục” được thực hiện bởi tập hợp các nguyên tắc khác nhau đã được xác định (global priority). Khi khu dùng nước được quyền ưu tiên sẽ được đáp ứng trước tiên, tức là quyền sử dụng nước đã được xác định. Trong trường hợp như vậy, người sử dụng nước ở thượng lưu cũng khơng thể Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 57 khai thác được nước tại vị trí của họ. Nguyên tắc này cĩ ảnh hưởng ít nhất là đến nút mà chúng được ấn định và cĩ thể ảnh hưởng đến nút khai thác trước. 4.2 Mơ hình hĩa cho lưu vực nghiên cứu 4.2.1 Sơ đồ hĩa mạng tính tốn Dựa vào nguyên lý mơ phỏng của MIKE BASIN, bản đồ cao độ số (DEM 90 × 90 m), hình thái mạng lưới sơng, các cơng trình dùng nước hiện tại (hồ chứa, thủy điện, các khu tưới, nút chuyển nước, nút cấp nước cho sinh hoat và cơng nghiệp,…), diện tích các tiểu lưu vực, sơ đồ tính tốn cân bằng nước cho tồn lưu vực sơng Bé (diện tích 7.650 km2) được thiết lập (xem hình Hình 3.3 và Hình 3.4), bao gồm: - Nhánh (branch): 1 nhánh chính sơng Bé (kể từ thượng nguồn sơng Bé cho đến cửa ra sơng Bé tại điểm nhập lưu với sơng Đồng Nai) gồm 6 tiểu lưu vực (Thác Mơ, Cần Đơn, Srok Phu Miêng, Phước Hịa, Thủy văn Phươc Hịa và hạ lưu sơng Bé); - Nút (node): 12 nút tính tốn tại các vị trí quan trọng như vị trí hồ chứa, nút tính tĩan, nút điều khiển, nút nhập lưu; - Thủy điện (Hydropower): 3 nhà máy thủy điện (Thác Mơ, Cần Đơn và Srok Phu Miêng); - Hồ Chứa (Reservoir): • Hồ Thác Mơ trên thượng lưu sơng Bé hoạt động từ năm 1994, nhiện vụ chủ yếu là phát điện. • Hồ Cần Đơn trên sơng Bé sau hồ Thác Mơ hoạt động từ năm 2003, nhiệm vụ chủ yếu là phát điện và tưới. • Hồ Srok Phu Miêng nằm hạ lưu hồ Cần Đơn trên sơng Bé hoạt động từ năm 2006, nhiện vụ chủ yếu là phát điện. • Hồ Phước Hịa là hồ cuối cùng trong hệ bậc thang trên sơng Bé đang được xây dựng với nhiệm vụ chủ yếu là tưới, chuyển nước và cấp nước. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 58 Hình 4. 3 Sơ đồ hĩa mạng tính tốn cân bằng nước lưu vực sơng Bé Hình 4. 4 Sơ đồ mạng tính tốn cân bằng nước trong MIKE BASIN Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 59 • Khu tưới (Irrigation): Khu tưới 4.500 ha lấy nước từ hồ Cần Đơn và khu tưới 16.000 ha lấy nước từ hồ Phước Hịa. • Điểm cấp nước (Watersupply): cấp nước cho Nhà máy nước Nam Bình Duơng (7m3/s) và chuyển nước cho hồ Dầu Tiếng (50 m3/s) lấy nước từ hồ Phước Hịa 4.2.2 Tài liệu đầu vào Tài liệu đầu vào của mơ hình MIKE BASIN bao gồm: - Lưu lượng dịng chảy mơ phỏng từ mơ hình NAM và đã được xử lý thống kê theo từng tiểu lưu vực bao gồm năm nhiều nước (P10%), năm nước trung bình (P50%) và năm ít nước (P90%). - Nhu cầu dùng nước hiện trạng và quy hoạch đến năm 2020[7][13][14] của các hộ: thủy điện, tưới, chuyển nước, cơng nghiệp, mơi trường. - Các thơng số hồ chứa: đường quan hệ cao độ - diện tích - dung tích, thơng số vận hành hồ chứa. - Sản lượng điện tháng từ nhà máy Thủy điện Thác mơ và các thơng số nhà máy thuỷ điện. 4.2.3 Hiệu chỉnh mơ hình 4.1.3.1 Thời gian và thủ tục hiệu chỉnh mơ hình Với mơ hình được thiết lập như đã nêu trên và hiện trạng các cơng trình và yêu cầu sử dụng nước hiện tại trên hệ thống, thời gian và thủ tục hiệu chỉnh mơ hình bao gồm: - Thời gian hiệu chỉnh mơ hình: từ năm 1999 đến năm 2000 - Bước thời gian tính tốn: 1 tháng - Thủ tục hiệu chỉnh: • Hiệu chỉnh mực nước trong hồ Thác Mơ sao cho giá trị tính tốn phù hợp với tài liệu thực tế đo đạc; • Hiệu chỉnh sản lượng điện của nhà máy thuỷ điện Thác Mơ. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 60 4.1.3.2 Kết quả hiệu chỉnh Mơ hình được hiệu chỉnh phù hợp cho cả mực nước hồ và sản lượng điện của hồ chứa Thác Mơ. Biểu đồ đường quá trình mực nước và sản lượng điện thực tế và mơ phỏng tại Thác Mơ (1999 - 2000) được trình bày ở Hình 4.5 và Hình 4.6. Nhìn chung các thơng số mơ hình cĩ thể dùng để mơ phỏng và tính tốn các phương ám cân bằng nước. 200 202 204 206 208 210 212 214 216 218 220 Ja n- 99 Fe b- 99 M ar -9 9 A pr -9 9 M ay -9 9 Ju n- 99 Ju l-9 9 A ug -9 9 S ep -9 9 O ct -9 9 N ov -9 9 D ec -9 9 Ja n- 00 Fe b- 00 M ar -0 0 A pr -0 0 M ay -0 0 Ju n- 00 Ju l-0 0 A ug -0 0 S ep -0 0 O ct -0 0 N ov -0 0 D ec -0 0 Mực nước tính toán Mực nước thực đo Hình 4. 5 Đường quá trình mực nước thực đo và tính tốn hồ Thác Mơ 99-00 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Ja n- 99 Fe b- 99 M ar -9 9 A pr -9 9 M ay -9 9 Ju n- 99 Ju l-9 9 A ug -9 9 S ep -9 9 O ct -9 9 N ov -9 9 D ec -9 9 Ja n- 00 Fe b- 00 M ar -0 0 A pr -0 0 M ay -0 0 Ju n- 00 Ju l-0 0 A ug -0 0 S ep -0 0 O ct -0 0 N ov -0 0 D ec -0 0 Điện lượng tính toán Điện lượng thực tế Hình 4. 6 Điện lượng thực tế và tính tốn nhà máy thuỷ điện Thác Mơ 99-00 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 61 4.3 Tính tốn cân bằng nước trên lưu vực theo các phương án Từ kết quả hiệu chỉnh mơ hình, sáu phương án tính tốn cân bằng nhu cầu sử dụng của các hộ dùng nước trên lưu vực sơng Bé được thiết lập (phương án hiện trạng và phương án năm 2020 ứng với 3 tần xuất P10%, P50% và P90%). 4.3.1 Phương án hiện trạng Phương án cân bằng nước hiện trạng khai thác nguồn nước cho các mục đích: thủy điện (Thác Mơ, Cần Đơn, Srok Phu Miêng) với tổng cơng suất lắp máy là 283 MW, tưới cho khu tưới Cần Đơn diện tích 4.800ha, dịng chảy mơi trường 14 m3/s [14] và khi chưa cĩ hồ Phước Hịa. Kết quả tính tốn cân bằng nước theo phương án hiện trạng cho thấy nguồn nước trên lưu vực sơng Bé hiện cịn rất dồi dào, các hồ chứa thủy điện cĩ vai trị quan trọng đối với việc điều tiết nguồn nước giữa mùa mưa và mùa khơ. Lưu lượng dịng chảy thấp nhất vào mùa khơ tại cửa Sơng Bé là 56,9 m3/s đảm bảo được dịng chảy mơi trường cho hạ lưu (xem Bảng 4.1 và phần phụ lục 4 kèm theo). Bảng 4. 1 Lưu lượng tại cửa ra sơng Bé theo phương án hiện trạng P(%) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec P50 77.0 65.7 61.0 58.6 64.5 89.3 119.2 317.4 453.5 441.1 212.5 105.1 P10 86.4 70.7 63.7 60.2 68.3 100.6 168.0 470.4 577.3 565.0 274.6 137.3 P90 67.6 60.7 58.3 56.9 60.8 77.9 97.3 137.6 329.7 317.2 150.4 81.7 Mean 77.0 65.7 61.0 58.6 64.5 89.3 128.2 308.5 453.5 441.1 212.5 108.0 Min 67.6 60.7 58.3 56.9 60.8 77.9 97.3 137.6 329.7 317.2 150.4 81.7 Max 86.4 70.7 63.7 60.2 68.3 100.6 168.0 470.4 577.3 565.0 274.6 137.3 4.3.2 Phương án năm 2020 Phương án cân bằng nước năm 2020 được xây dựng dựa vào kế hoạch phát triển nguồn nước đến năm 2020 của lưu vực. Trong phương án này trên lưu vực sơng Bé Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 62 xây dựng thêm hồ Phước Hịa với mục đích dự kiến cấp nước cho khu tưới Phước Hịa diện tích 16.000 ha, cấp nước sinh hoạt và cơng nghiệp cho Nhà máy Nam Bình Dương, chuyển nước về cho hồ Dầu Tiếng đảm bảo phương án mở rộng và vừa đảo bảo dịng chảy mơi trường 14m3/s. Kết quả tính tốn cân bằng nước theo phương án 2020 cho thấy thượng nguồn lưu vực sơng Bé nguồn nước vẫn đáp ứng được cho hoạt động của 3 nhà máy thủy điện Thác Mơ, Cần Đơn, Srok Phu Miêng và khu tưới Cần Đơn. Phía hạ lưu sơng Bé khi cơng trình Hồ Phước Hịa đã hồn thành và được đưa vào sử dụng đa mục tiêu như đã đề cập ở trên, thì quyền ưu tiên được đề xuất một cách chủ quan như sau: thứ nhất là nước cho Thủy Điện, thứ 2 là cấp nước cho tưới, thứ ba là chuyển nước về hồ Dầu Tiếng, thứ tư là cấp nước cho nhà máy nước Nam Bình Dương phục vụ cho sinh hoạt và cơng nghiệp và cuối cùng là đảm bảo dịng chảy mơi trường cho vùng hạ lưu sơng Sài Gịn - Đồng Nai. Nếu xem xét quyền ưu tiên như đề cập ở trên thì tỉ lệ thiếu hụt tương đối trong mùa khơ ở cả ba tần xuất P10%, P50% và P90% lượng nước cấp cho Hồ Dầu Tiếng thiếu hụt từ 16 đến 23 %; lượng nước cấp cho nhà máy nước Nam Bình Dương thiếu hụt lên đến 100% (xem Bảng 3.2, Bảng 3.3 và phụ lục kèm theo). Lưu lượng dịng chảy thấp nhất tại cửa Sơng Bé là 14 m3/s (từ tháng 1 đến tháng 5). Bảng 4. 2 Kết quả mơ phỏng của phương án 2020 tại hồ Dầu Tiếng Tháng T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 Nhu cầu (m3/s) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 P 50% 50 50 50 38.48 41.79 50 50 50 50 50 50 50 P 10% 50 50 50 47.52 48.16 50 50 50 50 50 50 50 Cung cấp năm 2020 (m3/s) P 90% 50 50 40.95 35.42 35.43 50 50 50 50 50 50 50 P 50% 0.00 0.00 0.00 -11.52 -8.21 0 0 0 0 0 0 0 P 10% 0.00 0.00 0.00 -2.48 -1.84 0 0 0 0 0 0 0 Lưu lượng thiếu hụt (m3/s) P 90% 0.00 0.00 -9.05 -14.58 -14.57 0 0 0 0 0 0 0 Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 63 Bảng 4. 3 Kết quả mơ phỏng của phương án 2020 tại NMN Nam Bình Dương Tháng T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 Nhu cầu (m3/s) 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 P 50% 7 7 1.64 0 0 7 7 7 7 7.00 7.00 7.00 P 10% 7 7 7 0 0 7 7 7 7 7.00 7.00 7.00 Cung cấp năm 2020 (m3/s) P 90% 7 2.87 0 0 0 7 7 7 7 7.00 7.00 7.00 P 50% 0.00 0.00 -5.36 -7.00 -7.00 0 0 0 0 0 0 0 P 10% 0.00 0.00 0.00 -7.00 -7.00 0 0 0 0 0 0 0 Lưu lượng thiếu hụt (m3/s) P 90% 0.00 -4.13 -7.00 -7.00 -7.00 0 0 0 0 0 0 0 4.4 Đánh giá kết quả tính tốn cân bằng nước Từ tài liệu đầu vào mơ phỏng dịng chảy bằng mơ hình NAM, nhu cầu sử dụng nước hiện trạng cũng như phương án đến năm 2020. Kết quả từ mơ hình MIKE BASIN thể hiện một cách hợp lý, kết quả đã xác định lượng nước thiếu cần bổ sung của từng hộ dùng nước tại từng thời điểm khác nhau. Đối với những năm nhiều nước (P 10%) thì lượng nước cần cấp cho hồ Dầu tiếng và Nhà máy nước Nam Bình Dương vào các tháng mùa khơ (tháng 4, 5) vẫn thiếu nước đạt đến 100%. Do vậy, cần phải cĩ phương án cấp nước cho nhà máy nước này trong các tháng mùa khơ. Nhìn chung, với kết quả mơ phỏng lưu lượng dịng chảy ngày với chuỗi thời gian 27 năm và bằng phương pháp phân tích thống kê, tài nguyên nước được đánh giá dự báo theo các tần suất thiết kế khác nhau làm đầu vào cho tính tốn cân bằng nước cĩ độ tin cậy cao là kênh thơng tin quan trọng cho các nhà quản lý các cấp cĩ thẩm quyền và các hộ dùng nước trên lưu vực cĩ kế hoạch khai thác và sử dụng hiệu quả. Trong khuơn khổ giới hạn cấu trúc của luận văn chính thể hiện kết quả và đề xuất phương án (tức là lựa chọn quyền ưu tiên) một cách tĩm lược, chi tiết xem phụ lục đính kèm. Luận văn cao học - chuyên ngành Sử dụng và Bảo vệ Tài nguyên Mơi trường Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé” 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN 1. Luận văn đã lựa chọn mơ hình NAM mơ phỏng dịng chảy với chuỗi thời gian 27 năm (1981 - 2007), phương pháp phân tích thống kê và mơ hình cân bằng nước MIKE BASIN kết hợp với phương pháp GIS là thích hợp, kết quả mơ hình cĩ độ tin cậy cao, là cơ sở khoa học hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực sơng Bé. 2. Kết qu