luận văn TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG LƯU VỰC SÔNG CẦU BẰNG MÔ HÌNH MIKE BASIN

luận văn TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG LƯU VỰC SÔNG CẦU BẰNG MÔ HÌNH MIKE BASIN. Trong công tác quy hoạch và phát triển tài nguyên nước, việc tính toán cân bằng nước hệ thống hết...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Phương Nhung

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG LƯU VỰC SÔNG CẦU BẰNG MÔ HÌNH MIKE BASIN

Chuyên ngành: Thủy văn học

Mã số: 60 44 90

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THANH SƠN

Hà Nội – 2011

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH 4

DANH MỤC BẢNG……… 5

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT………7

MỞ ĐẦU 8

Chương 1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG CẦU 10

1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 10

1.1.1 Vị trí địa lý 10

1.1.2 Địa hình 10

1.1.3 Địa chất 12

1.1.4 Thổ nhưỡng 13

1.1.5 Thảm phủ thực vật 13

1.1.6 Đặc điểm khí hậu 14

1.1.7 Đặc điểm thủy văn 17

1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 22

1.2.1 Dân số 22

1.2.2 Hiện trạng kinh tế - xã hội 23

Chương 2 TỔNG QUAN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG 30

2.1 Khái niệm về hệ thống nguồn nước và cân bằng nước hệ thống 30

2.1.1 Hệ thống nguồn nước 30

2.1.1 Khái niệm cân bằng nước hệ thống 31

2.2 Giới thiệu một số mô hình tính toán cân bằng nước 31

2.2.1 Hệ thống mô hình GIBSI 31

2.2.2 Chương trình Sử dụng nước (Water Ultilization Project) 32

2.2.3 Mô hình BASINS 33

2.2.4 Mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước WEAP 35

2.2.5 Bộ mô hình MIKE (DHI) 36

2.3 Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE BASIN 36

2.3.1 Giới thiệu chung 36

2.3.2 Giới thiệu về MIKE BASIN 37

2.3.3 Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE BASIN 38

2.3.4 Mô đun mưa-dòng chảy NAM 42

Chương 3 ÁP DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG LƯU VỰC SÔNG CẦU 50

3.1 Phân vùng tính cân bằng nước 50

3.2 Tính toán dòng chảy đến tại các tiểu khu 50

3.2.1 Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình 53

3.2.2 Ứng dụng mô hình khôi phục số liệu 53

3.3 Tính toán nhu cầu dùng nước tại các tiểu khu 56

3.3.1 Nhu cầu dùng nước cho nông nghiệp 56

3.3.2 Nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt 57

3.3.3 Nhu cầu dùng nước cho chăn nuôi 58

3.3.4 Nhu cầu dùng nước cho công nghiệp 69

3.3.5 Nhu cầu dùng nước cho giao thông thủy và bảo vệ môi trường 60

3.3.6 Nhu cầu dùng nước cho thương mại, dịch vụ và du lịch 61

3.3.7 Nhu cầu dùng nước cho các hoạt động đô thị 62

3.3.8 Nhu cầu dùng nước cho thủy sản 62

3.4 Cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Cầu 65

3.4.1 Sơ đồ tính toán cân bằng nước 66

3.4.2 Tính toán hiện trạng cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Cầu 66

3.4.3 Kết quả tính cân bằng nước hiện trạng 2007 70

3.4.4 Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Cầu theo quy hoạch năm 2015 77

3.4.5 Kết quả tính cân bằng nước cho phương án quy hoạch năm 2015 80

3.4.6 Những vấn đề tồn tại, định hướng và giải pháp 83

KẾT LUẬN 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

PHỤ LỤC 90

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Sơ đồ lưu vực sông Cầu 11

Hình 2 Bản đồ lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Cầu 24

Hình 3 Sơ đồ minh hoạ cấu trúc mô hình MIKE BASIN 40

Hình 4: Cấu trúc của mô hình NAM 45

Hình 5 Bản đồ phân vùng và phân khu cân bằng nước lưu vực sông Cầu 52

Hình 6 Kết quả hiệu chỉnh tại trạm Tân Cương 55

Hình 7 Kết quả kiểm nghiệm tại trạm Tân Cương 55

Hình 8 Biểu đồ phân bố cơ cấu dùng nước các hộ dùng nước trên lưu vực 65

Hình 9 Sơ đồ hóa lưu vực sông Cầu 67

Hình 10a, b Kết quả kiểm định mô hình MIKE BASIN tại trạm Thác Bưởi 73

Hình 11a,b Sơ đồ tính toán cân bằng nước lưu vực sông Cầu phương án hiện trạng:a) có công trình; b) không có công trình 78

Hình 12a,b Bản đồ phân vùng thiếu nước lưu vực sông Cầu phương án cân bằng nước hiện trạng: a) không có công trình; b) có công trình 78

Hình 13 Sơ đồ tính toán cân bằng nước hệ thống sông Cầu bằng MIKE BASIN phương án quy hoạch 2015 82

Hình 14 Bản đồ phân vùng thiếu nước lưu vực sông Cầu 2015 82

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Nhiệt độ không khí trung bình tháng, tối cao và tối thấp trong thời kỳ quan trắc tại các trạm trên lưu vực……… 15 Bảng 2 Độ ẩm tương đối của không khí trung bình nhiều năm ở một số vùng15 Bảng 3 Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm (1960-1997)……… 16 Bảng 4 Tổng lượng bốc hơi trung bình tháng và năm………17 Bảng 5 Đặc trưng dòng chảy năm tại các trạm quan trắc trong lưu vực…… 19 Bảng 6 Lưu lượng lớn nhất trong các tháng mùa lũ lưu vực sông Cầu………20 Bảng 7 Lưu lượng nhỏ nhất trong các tháng mùa kiệt……… 21 Bảng 8 Tài liệu khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Cầu và các số liệu đã thu thập……… 23 Bảng 9 Diện tích một số cây trồng chính trên lưu vực………25 Bảng 10 Số lượng gia súc và gia cầm trên lưu vực……… 25 Bảng 11 Tổng hợp diện tích nuôi trồng thủy sản theo các địa phương……….26 Bảng 12 Hiện trạng lâm nghiệp các tỉnh thuộc lưu vực sông Cầu năm 2006 29 Bảng 13 Đặc điểm của các vùng và khu tính cân bằng nước……….51 Bảng 14 Các trạm mưa và trọng số mưa tính toán trong quá trình hiệu chỉnh

và kiểm nghiệm các bộ thông số……….54 Bảng 15 Các bộ thông số và độ hữu hiệu của mô hình NAM……… 54 Bảng 16 Kết quả tính toán lưu lượng trung bình tháng, năm 54 Bảng 17 Nhu cầu nước tưới tại các tiểu khu trên lưu vực sông Cầu………….56 Bảng 18 Định mức dùng nước sinh hoạt……… 57 Bảng 19 Nhu cầu nước sinh hoạt tại các tiểu khu trên lưu vực sông Cầu…….57 Bảng 20 Định mức dùng nước trong chăn nuôi……… 58 Bảng 21 Nhu cầu nước cho chăn nuôi trong các tiểu khu thuộc lưu vực sông Cầu………58

Bảng 22 Nhu cầu nước cho công nghiệp trong các tiểu khu thuộc lưu vực sông Cầu………59 Bảng 23 Nhu cầu nước cho giao thông thủy và bảo vệ môi trường trong các tiểu khu thuộc lưu vực sông Cầu………60 Bảng 24 Nhu cầu nước cho thương mại, dịch vụ và du lịch trong các tiểu khu thuộc lưu vực sông Cầu……… 61 Bảng 25 Nhu cầu nước cho các hoạt động đô thị trong các tiểu khu thuộc lưu vực sông Cầu………62 Bảng 26 Nhu cầu nước cho thủy sản trong các tiểu khu thuộc lưu vực sông Cầu………63 Bảng 27 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước tại tiểu vùng I1……….63 Bảng 28 Tổng hợp nước dùng tại các tiểu khu trên lưu vực sông Cầu…… 64 Bảng 29 Nhu cầu nước và cơ cấu nhu cầu nước của các hộ dùng nước chủ yếu trên lưu vực sông Cầu……….65 Bảng 30 Hiện trạng các công trình thủy lợi trên lưu vực sông Cầu 67 Bảng 31 Hiện trạng dùng nước các ngành kinh tế trên lưu vực sông Cầu năm 2007……… 70 Bảng 32 Cán cân giữa lượng nước đến và lượng nước dùng tại các tiểu vùng.72 Bảng 33 Kết quả tính toán cân bằng nước tiểu khu I1……… 73 Bảng 34 Kết quả tính toán cân bằng nước năm 2007 trên lưu vực sông Cầu 74 Bảng 35 Tổng hợp kết quả tính toán………75 Bảng 36 Kết quả tính toán cân bằng nước năm 2007 trên lưu vực sông Cầu 76 Bảng 37 Tổng hợp kết quả tính toán………76 Bảng 38 Tổng hợp các thông số cơ bản của hồ chứa Văn Lăng………79 Bảng 39 Kết quả tính toán cân bằng nước năm 2015 trên lưu vực sông Cầu 80 Bảng 40 Tổng hợp kết quả tính toán cân bằng nước năm 2015………81

Model)

QUAL2E Mô hình chất lượng nước (Water Quality version 2E)

SSARR Mô hình hệ thống diễn toán dòng chảy của Mỹ (Streamflow

Synthesis and Reservoir Regulation) SWAT Mô hình mô phỏng dòng chảy mặt qua độ ẩm đất (Soil and

Water Assessment Tool)

TANK Mô hình bể chứa của Nhật bản

WUP Chương trình sử dụng nước

WEAP Mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước (Water Evaluation and Planning System)

TM, DV, DL Thương mại, dịch vụ, du lịch

GTT, BVMT Giao thông thủy, bảo vệ môi trường

Lưu vực sông Cầu là một lưu vực quan trọng ở miền bắc Việt Nam, với diện tích lưu vực hơn 6030 km2, trải trên địa phận của 5 tỉnh: Bắc Cạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Bắc Giang và thành phố Hà Nội, là nguồn cung cấp nước sinh hoạt cũng như mọi hoạt động kinh tế xã hội của 5 tỉnh và thủ đô cả nước Rất nhiều kế hoạch phát triển về kinh tế xã hội quan trọng đang được dự định tiến hành cho khu vực này Tuy vậy, việc sử dụng tài nguyên nước trên lưu vực sông Cầu vẫn còn tồn tại những vấn đề sau:

- Phương thức khai thác, sử dụng và quản lý tài nguyên nước chưa hiệu quả, thiếu đồng bộ Việc phân bổ tài nguyên nước chưa hợp lý, chưa đáp ứng được nhu cầu của các hộ dùng nước

- Mâu thuẫn giữa nhu cầu dùng nước và lượng nước đến Nhu cầu dùng nước ngày một tăng lên trong khi lượng nước đến không tăng mà còn có xu hướng suy giảm về chất và lượng do sự khai thác không đi cùng với việc bảo vệ và phát triển bền vững tài nguyên nước

- Tài nguyên đất đang được khai thác và sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như phát triển công nghiệp, dịch vụ, thủy sản, chuyển đổi giống cây trồng và vật nuôi cũng gây tác động rất lớn đến nguồn nước

Chính vì vậy, luận văn với đề tài “Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Cầu bằng mô hình MIKE BASIN” đã được thực hiện để giải quyết bài toán cân bằng nước hệ thống cho lưu vực sông Cầu nhằm đáp ứng yêu cầu cấp thiết và

có ý nghĩa thực tiễn của công tác quy hoạch tổng hợp, khai thác sử dụng và phát triển tài nguyên nước một cách hợp lý và bền vững, đảm bảo cho các kế hoạch phát triển kinh tế xã hội của lưu vực

Luận văn được bố cục thành 3 chương, cùng với phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục:

Chương 1 Điều kiện địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội lưu vực sông Cầu Chương 2 Tổng quan cân bằng nước hệ thống

Chương 3 Áp dụng mô hình MIKE BASIN cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Cầu

Luận văn được hoàn thành tại Khoa Khí tượng - Thủy văn và Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Thanh Sơn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới thầy, người đã luôn động viên và tạo điều kiện, tận tình chỉ dẫn và góp ý để tác giả hoàn thành luận văn này Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả xin bày tỏ sự cảm ơn đến các thầy cô trong Bộ môn Thủy văn, các thầy cô giáo, đồng nghiệp trong khoa về sự hỗ trợ chuyên môn và kỹ thuật, cũng như sự giúp đỡ

về thời gian, điều kiện nghiên cứu thuận lợi

Chương 1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ

XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG CẦU

1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN

1.1.1 Vị trí địa lý

Lưu vực sông Cầu nằm ở toạ độ từ 21007’ đến 22018’ vĩ độ bắc, 1050 28’ đến

106008’ kinh độ đông và có diện tích 6.030 km2 Lưu vực bao gồm toàn bộ hoặc một phần lãnh thổ của các tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Hà Nội, được giới hạn bởi: cánh cung sông Gâm ở phía tây, cánh cung Ngân Sơn ở phía đông, phía bắc và tây bắc giới hạn bởi những dãy núi cao hơn 1000m, phía nam giáp với Hải Dương và Hà Nội Sơ đồ lưu vực sông Cầu được thể hiện trong hình 1

Sông Cầu bắt nguồn từ vùng núi Phia-Đeng cao 1527 m ở sườn đông nam của dãy Pia-bi-óc, vùng núi cao của tỉnh BắcCạn Dòng chính sông Cầu có hướng chảy Bắc - Nam từ Bắc Cạn về Thái Nguyên, sau đó đổi hướng tây bắc - đông nam, chảy qua Chợ Đồn, Chợ Mới, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh và đổ vào sông Thái Bình tại Phả Lại - Hải Dương Lưu vực có tổng chiều dài các nhánh sông khoảng 1600 km

1.1.2 Địa hình

Địa hình lưu vực sông Cầu đa dạng và phức tạp bao gồm cả 3 dạng địa hình miền núi, trung du và đồng bằng Ở phía bắc và tây bắc có những đỉnh núi cao trên 1000m (Hoa Sen 1525m, Phia Đeng 1527m, Pianon 1125m Ở phía đông có những đỉnh núi cao trên 700m (Cóc Xe 1131m, Lung Giang 785m, Khao Khiên 1107m) Dãy núi Tam Đảo ở phía tây có đỉnh Tam Đảo cao 1592m, chạy theo hướng tây bắc-đông nam Nhìn chung, địa hình lưu vực thấp dần theo hướng tây bắc-đông nam và có thể chia ra làm 3 vùng: thượng lưu, trung lưu và hạ lưu.[11]

Thung lũng sông phía thượng lưu và trung lưu nằm giữa cánh cungsông

Gâm và cánh cung Ngân Sơn - Yên Lạc Đường phân nước của lưu vực sông Cầu được xác định rõ ràng Thượng lưu sông Cầu chảy trong vùng núi theo hướng gần bắc - nam, cao trung bình 300-400 m, có những đỉnh cao tới 1326-1525 m; lòng sông hẹp và rất dốc, nhiều thác ghềnh; uốn khúc quanh co, hệ số uốn khúc lớn (lớn hơn 2,0); độ rộng trung bình trong mùa cạn khoảng 50-60m và mùa lũ tới 80-100m;

độ dốc đáy sông đạt trên 10 o

oo

Hình 1 Sơ đồ lưu vực sông Cầu

Trung lưu có thể kể từ chợ Mới, nơi sông Cầu cắt qua cánh cung Ngân Sơn chảy theo hướng tây bắc - đông nam trên một đoạn khá dài rồi lại trở lại hướng cũ cho tới Thái Nguyên Đoạn này thung lũng sông mở rộng, núi đã thấp xuống rõ rệt

và ở xa bờ sông; độ cao trung bình chỉ khoảng 100-200 m, độ dốc đáy sông cũng giảm chỉ còn khoảng 0,5 o

oo Lòng sông còn mở rộng tới 80-100 m, dòng sông còn uốn khúc mạnh (hệ số uốn khúc 1,90)

Hạ lưu kể từ dưới Thác Huống cho tới Phả Lại Hướng chảy của dòng sông lại chuyển sang hướng tây bắc - đông nam Địa hình hai bên sông cao trung bình 10-25 m và độ dốc sông chỉ còn 0,1 ooo; lòng sông rộng tới 70-150 m và sâu trung bình từ 3-7 m trong mùa cạn

1.1.3 Địa chất

• Vùng hạ lưu thuộc hệ đệ tứ bồi tích, trầm tích sỏi, cát, đất thịt Với các

đặc điểm địa chất ở vùng đồng bằng, khi xây dựng các công trình thủy lợi thường gặp khó khăn trong việc xử lý nền móng

• Vùng thượng và trung lưu bao gồm các hệ như sau:

- Hệ Jura không phân chia, tạo thành trầm tích của núi lửa màu đỏ phún xuất axit và bazơ, sa thạch, alơrolit

- Hệ Trias không phân chia: sa thạch, diệp thạch, sạn kết, đá vôi, phún xuất bazơ và axit

- Hệ Đề vôn: các bậc Eifili, Givêti, đá vôi, diệp thạch sét

- Hệ Odôvialôlit và sa thạch, đôi khi dạng dải, đá vôi

Đặc điểm địa chất vùng miền núi rất thuận tiện cho việc xây dựng công trình Trên lưu vực có 4 tầng chứa nước lỗ hổng, 21 tầng chứa nước khe nứt và 2 tầng rất nghèo nước Trong đó có 4 tầng chứa nước thuộc tầng chứa nước lỗ hổng

và 4 tầng chứa nước (tầng trầm tích cacbonat hệ tầng Bắc Sơn, tầng trầm tích Đề vôn hệ tầng Tốc Tác, tầng trầm tích Đề vôn hệ tầng Nà Quản và tầng trầm tích Silua- Đề vôn hệ tầng Pia Phương) thuộc hệ tầng chứa nước khe nứt là những tầng

chứa nước được khai thác phục vụ sản xuất, sinh hoạt cho các tỉnh trên lưu vực [11]

- Nhóm đất phát triển trên đá kiềm (đá vôi, đá bazic) Loại đất phát triển trên

đá vôi ở huyện Bạch Thông, đất tốt, thích hợp cho trồng cây nông nghiệp ngắn ngày, giầu chất canxi, nhưng độ dày không đồng đều và thiếu nước mặt Loại đất phát triển trên đá kiềm tập trung ở phía tây và tây nam huyện Phú Lương tỉnh Thái Nguyên, giầu chất dinh dưỡng, độ dày thường sâu, thuận tiện cho trồng cây công nghiệp

- Nhóm đất phát triển trên phù sa cổ tập trung ở phần hạ lưu sông, đất có tầng sâu dày, nhưng bạc màu, tập trung ở các huyện Hiệp Hòa, Việt Yên, Sóc Sơn

- Nhóm đất trồng lúa phân bố ở các huyện Vĩnh Lạc, Tiên Sơn, Quế Võ, Yên Dũng Thành phần cơ giới thịt nhẹ hay trung bình, dinh dưỡng khá [11]

1.1.5 Thảm phủ thực vật

Theo số liệu thống kê, đến năm 2004 diện tích rừng tự nhiên của tỉnh Bắc Kạn là 224.032 ha, tỉnh Thái Nguyên là 104.824ha , Vĩnh Phúc 9.409ha, và Bắc Giang là 73.577ha Diện tích rừng trồng của Bắc Cạn 37.272ha, Thái Nguyên: 50.511ha, Vĩnh Phúc: 18.404ha, Bắc Giang: 81.500ha Diện tích rừng bị tàn phá

hàng năm cũng khá lớn, trong năm 1992 : Bắc Cạn và Thái Nguyên diện tích rừng

bị tàn phá là 2.342 ha

Hệ động thực vật trong lưu vực rất phong phú và đa dạng, Theo thống kê các nhà khoa học đã phát hiện được:

- Ở Bắc Cạn: có 831 thực vật bậc cao thuộc 537 chi và 145 họ trong đó có

250 loài cây thuốc, trên 120 loài cây cho gỗ và 52 loài thực vật quý

- Ở Thái nguyên: tài nguyên rừng có 134 loài cây thuộc 39 họ, có 3 loài gỗ quý, 100 loài cây thuốc, 422 loài động vật, thuộc 91 họ, 28 bộ, 4 lớp động vật (chim, thú, bò sát, ếch nhái) trong đó hổ, báo, gấu, lợn rừng, hươu, nai gần như tuyệt chủng

- Ở Vĩnh Phúc: trên 620 loại thực vật trong đó có nhiều loại gỗ quý như pơ

mu, các loài thảo được quý, trên 120 loài chim, khoảng trên 45 loài thú trong đó có nhiều loại quý hiếm như cầy mực, sóc bay, vượn , v.v [11]

1.1.6 Đặc điểm khí hậu

Khí hậu của lưu vực sông Cầu mang đặc điểm cơ bản của khí hậu nhiệt đới gió mùa của khí hậu miền Bắc Việt Nam, được coi là đặc tính chủ đạo quy định về

cơ bản hướng phát triển của hệ sinh thái lưu vực Mặt khác, mùa đông lạnh là một

dị thường đã phá vỡ tính điển hình của khí hậu nhiệt đới đưa đến những hạn chế trong phát triển của hệ sinh thái nhiệt đới thuần chủng Tuy nhiên, ở mặt khác nó lại góp phần tạo ra tính đa dạng của khí hậu và là tiền đề cho sự phát triển một hệ sinh thái phong phú mà những vùng nhiệt đới hay ôn đới điển hình thường không có được

• Nhiệt độ trung bình của không khí hàng năm dao động từ 18 - 230C , nơi

có nhiệt độ thấp là vùng Tam Đảo và Chợ Đồn từ 18 - 200C, nơi có nhiệt độ cao là vùng hạ du Vĩnh Yên, Bắc Giang, Hiệp Hoà, Tân Yên,… từ 23 - 240C

• Độ ẩm không khí trung bình nhiều năm ở các vùng trên lưu vực dao động từ

81-87%, ở các vùng núi còn nhiều cây rừng, có mưa nhiều thì độ ẩm cao hơn Nơi có độ

ẩm cao nhất là vùng núi Tam Đảo 87% rồi đến vùng Bắc Cạn, Định Hoá, Đình Lập từ 84% Vùng có độ ẩm thấp nhất là vùng Vĩnh Yên, Lục Ngạn, Sơn Động, Bắc Giang 81%

83-Bảng 1 Nhiệt độ không khí trung bình tháng, tối cao và tối thấp trong thời kỳ

quan trắc tại các trạm trên lưu vực

3 Nguyên Tmin 13.7 15 17.8 21.3Thái 24 25.4 25.5 25.2 24.1 21.3 17.6 14.6 20.4

• Gió: khí hậu lưu vực sông Cầu thuộc vùng nhiệt đới gió mùa, trong năm

hình thành hai mùa rõ rệt: mùa hè nóng ẩm mưa nhiều, mùa đông lạnh khô và ít mưa Sự tác động của hoàn lưu khí quyển tới địa hình lưu vực tạo nên chế độ khí hậu riêng cho lưu vực

Tốc độ gió trung bình tháng và năm trong lưu vực sông Cầu biến động theo địa hình và độ cao khá rõ rệt Chẳng hạn ở thung lũng Bắc Cạn, tốc độ gió bình

quân các tháng trong năm nhỏ, chỉ dao động trên dưới 1 m/s Còn các khu vực đồng bằng hạ du sông như Hà Nội, Bắc Ninh, Bắc Giang giá trị này lên trên dưới 2 m/s

• Mưa:

Trên lưu vực Sông Cầu, lượng mưa trung bình hàng năm không lớn lắm, dao động

từ 1500- 2000mm Lượng mưa trong lưu vực phân bố không đều và chia thành hai mùa rõ rệt: [13]

- Mùa mưa từ tháng V đến tháng IX, chiếm từ 75-80% tổng lượng mưa cả năm, tháng có lượng mưa lớn nhất là tháng VII và tháng VIII trên 300 mm/ tháng

- Mùa khô từ tháng X đến tháng IV năm sau, lượng mưa chiếm từ 20-25% tổng lượng mưa cả năm Tháng mưa ít nhất là tháng XII và tháng I

Trung tâm mưa lớn nhất là vùng Tam Đảo khoảng 2500 mm /năm Lượng mưa ngày lớn nhất đã quan trắc được ở một số trạm như sau:

- Tại Bắc Cạn: 456 mm ngày 17/10/1984

- Tại Định Hoá: 316 mm ngày 14/8/1924

- Tại Thái Nguyên: 352 mm ngày 25/6/1959

- Tại Bắc Giang: 292 mm ngày 14/7/1971

• Lượng bốc hơi trung bình ở các vùng dao động từ 540-1000 mm/năm,

tùy thuộc vị trí, địa hình, các đặc trưng về nhiệt độ, số giờ nắng Vùng có lượng bốc hơi nhỏ như Tam Đảo 561 mm/năm, thượng nguồn sông Cầu từ 760-800 mm/năm Các vùng thấp có lượng bốc hơi lớn như Bắc Giang, Thái Nguyên trên 1000 mm/năm

Bảng 3 Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm (1960-1997)

1.1.7 Đặc điểm thủy văn

• Mạng lưới sông ngòi

Trên lưu vực sông Cầu, các nhánh sông chính phân bố tương đối đều dọc theo dòng chính, nhưng các sông nhánh tương đối lớn đều nằm ở phía hữu ngạn lưu vực, như các sông: Chợ Chu, Đu, Công, Cà Lồ

Trong toàn lưu vực có 68 sông suối có độ dài từ 19 km trở lên với tổng chiều dài 1600 km, trong đó có 13 sông suối có độ dài từ 15 km trở lên và 20 sông suối có diện tích lưu vực lớn hơn 100 km2 [2]

* Sông Cầu là dòng chính của hệ thống sông Thái Bình, bắt nguồn từ vùng núi

Phia Đeng (1527 m) ở sườn đông nam của dãy Pia-bi-óc Dòng chính Sông Cầu chảy qua các tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh rồi đổ vào sông Thái Bình tại Phả Lại Chiều dài sông chính tính đến Phả Lại là 288,5 km

* Sông Chu bắt nguồn từ xã Bảo Linh huyện Định Hoá, chảy theo hướng tây bắc -

đông nam đến xã Định Thông lại chuyển hướng tây nam - đông bắc chảy qua thị trấn Chợ Chu, sau đó, từ Tân Dương lại chuyển hướng tây bắc - đông nam để chảy vào sông Cầu tại Chợ Mới ở hạ lưu thị trấn Chợ Chu có sông nhánh tương đối lớn

là sông Khương (F = 108 km2) chảy vào sông Chu ở phía bờ tả

Sông Chu có diện tích lưu vực (F = 437 km2), từ nguồn đến cửa sông Đu dài 36.5

km, độ cao trung bình lưu vực 206 m, độ dốc 16.2 %, mật độ lưới sông 1.30 km/km2

* Sông Nghinh Tường bắt nguồn từ độ cao 550 m tại xã Vân Cư huyện Phú Bình,

chảy theo hướng tây bắc - đông nam đến xã Cúc Đường huyện Võ Nhai rồi chuyển hướng đông nam - tây bắc và đổ vào bờ trái sông Cầu tại thượng lưu Lang Hinh Sông Nghinh Tường dài 46 km, độ cao trung bình lưu vực 290 m, độ dốc 12.9 %, mật độ lưới sông 1.05 km/km2, diện tích lưu vực 465 km2

* Sông Đu bắt nguồn từ độ cao 275 m ở xã Yên Trạch huyện Phú Lương, chảy

theo hướng gần bắc - nam hoặc tây bắc - đông nam chảy vào sông Cầu tại Sơn Cẩm Sông Đu có chiều dài 44.5 km độ cao trung bình lưu vực 129 m, độ dốc 13.3 %, mật

độ lưới sông 0.94 km/km2 và diện tích lưu vực 361 km2

* Sông Công bắt nguồn từ độ cao 275 m ở xã Thanh Tịnh huyện Định Hoá, chảy

theo hướng bắc nam đến xã Phú Cường huyện Đại Từ thì chuyển hướng tây bắc - đông nam đổ vào sông Cầu ở phía bờ phải tại Hương Ninh xã Hợp Thịnh huyện Hiệp Hòa Sông Công dài 96 km, độ cao trung bình lưu vực 224 m, độ dốc 27.3 %, mật độ lưới sông 1.20 km/km2, diện tích lưu vực 957 km2

* Sông Cà Lồ bắt nguồn từ sườn tây bắc dãy núi Tam Đảo, chảy qua vùng đồng

bằng Vĩnh Phúc rồi đổ vào sông Cầu ở phía phải tại Lương Phú Sông Cà Lồ dài 89

km, độ cao trung bình lưu vực 87 m, độc dốc 4.7%, mật độ lưới sông 0.73 km/km2, diện tích lưu vực 88 km2 Trong lưu vực sông Cà Lồ có hồ Đại Lải có diện tích mặt nước là 550 ha với dung tích 25.0 × 106 m3, hồ Xạ Hương có diện tích mặt nước là 46.2 ha với dung tích 12.7×106 m3, Đầm Vạc diện tích mặt nước 255 ha

• Tài nguyên nước mặt

- Dòng chảy năm

Chế độ dòng chảy trong lưu vực sông Cầu chia thành 2 mùa rõ rệt, mùa lũ bắt đầu từ tháng VI và kết thúc vào tháng IX, mùa kiệt từ tháng X đến tháng V năm sau Trong một số phụ lưu như sông Đu, sông Công và một số sông suối lớn ven

dãy núi Tam Đảo, mùa mưa thường kéo dài hơn, do vậy mùa lũ kéo dài từ tháng VI

đến tháng X

Trên sông Cầu có dãy núi Tam Đảo với độ cao trên 1500 m nằm án ngữ dọc

theo phía Tây lưu vực, độ che phủ cũng còn tương đối lớn, vì thế môđun dòng chảy

năm bình quân có thể đạt tới 30 l/s/km2 Phần thượng nguồn sông Cầu có lượng

mưa năm trung bình 1700 ÷1800 mm/năm, môđun dòng chảy năm đạt từ 23÷24

l/s/km2 Tính bình quân toàn lưu vực với lượng mưa hàng năm khoảng 1700 mm,

môđun dòng chảy năm trung bình trên lưu vực khoảng 21.4 l/s/km2

Sự biến đổi dòng chảy năm trên toàn lưu vực không lớn, năm nhiều nước

cũng chỉ gấp từ 2 đến 3 lần năm ít nước, hệ số Cv dòng chảy năm biến động từ 0.25

÷ 0.40 giữa các vùng Vùng có rừng che phủ lớn thì Cv nhỏ, ngược lại vùng ít cây,

đồi núi trọc nhiều hoặc độ che phủ rừng nhỏ thì Cv lớn

- Dòng chảy lũ

Mùa mưa kéo dài từ tháng V đến tháng IX, mùa lũ chậm hơn một tháng (từ tháng

VI đến tháng IX) Trừ một số lưu vực nhỏ thuộc dãy núi Tam Đảo lượng mưa tháng

X còn khá lớn nên thời gian lũ có xê dịch đi chút ít, thường là từ tháng VI đến tháng

X Xét trên toàn lưu vực mùa lũ kéo dài từ tháng VI đến tháng IX

Bảng 5 Đặc trưng dòng chảy năm tại các trạm quan trắc trong lưu vực

Thời kỳ Trung bình thời kỳ biến sai Hệ số

Nhìn chung lũ ở thượng du sông Cầu thường lên nhanh, xuống nhanh và có dạng nhọn, thời gian duy trì lũ tùy thuộc vào vị trí trên mỗi con sông mà kéo dài từ

3 đến 10 ngày Xác suất gặp gỡ của lũ lớn trên sông Cầu và các sông nhánh như sông Đu, sông Công và Cà Lồ không lớn Lưu lượng lũ lớn nhất quan trắc Qmax xảy

ra tại Thác Bưởi (sông Cầu) là 3490 m3/s (10/8/1968)

Bảng 6 Lưu lượng lớn nhất trong các tháng mùa lũ lưu vực sông Cầu

V năm sau Tổng lượng dòng chảy trong 8 tháng mùa kiệt ở hầu hết các điểm đo trên các sông trong lưu vực chỉ chiếm 20-25% tổng lượng dòng chảy năm

Do chế độ mưa phân bố trong năm không đều, điều kiện địa chất, thổ nhưỡng, độ dốc và tầng phủ thực vật không đồng nhất nên chế độ dòng chảy về mùa lũ cũng như về mùa kiệt trên mỗi sông có khác nhau Tại Thác Bưởi trên sông Cầu đo được mô đun dòng chảy trung bình mùa kiệt bằng 11.2 l/s/km2 Nhìn chung

mô đun dòng chảy kiệt nhỏ nhất trên toàn lưu vực ở mức dưới 1.0 l/s/km2 Phía hạ

lưu sông Cầu về mùa kiệt chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều, tại Đáp Cầu trên sông Cầu đo được biên độ mực nước triều trong mùa kiệt từ 0.2-0.4 m

Bảng 7 Lưu lượng nhỏ nhất trong các tháng mùa kiệt

• Tài nguyên nước ngầm

Từ các kết quả khảo sát, thăm dò và nghiên cứu trên lưu vực có thể sơ bộ đánh giá nguồn nước ngầm ở một số địa phương như sau [12]:

Huyện Đại Từ thuộc vùng nghèo nước dưới đất, chỉ có phức hệ chứa nước Q thuộc vùng ven sông, có độ giàu nước khá lớn, nhưng năng suất lỗ khoan cũng chỉ

ở mức dưới 100 m3/ngày Việc cấp nước sinh hoạt phải dựa vào 2 nguồn: Nước dưới đất ở các hố khoan thuộc trầm tích đệ tứ ven sông và nguồn nước mặt thuộc hệ thống Sông Công

Thành phố Thái Nguyên đã được tiến hành khảo sát địa chất thủy văn khá kỹ với công suất lỗ khoan 50.7 m3/ngày Do vậy đủ nước ngầm cung cấp cho thành phố Thái Nguyên, các thị trấn và các tụ điểm dân cư

Thị xã Sông Công cũng thuộc vùng nghèo nước dưới đất, tổng công suất lỗ khoan từ 150-200 m3/ngày Nên cấp nước sinh hoạt phải sử dụng chủ yếu là nguồn nước mặt sông Công

Huyện Phổ Yên thuộc vùng nguồn nước dưới đất được đánh giá trữ lượng dồi dào, năng suất hố khoan 11.3 m3/ngày Đủ cấp nước cho nhu cầu sinh hoạt của thị trấn Ba Hàng và các tụ điểm dân cư lân cận

Huyện Phú Bình theo khảo sát sơ bộ, nước dưới đất ở phức hệ chứa nước Q thuộc dải ven sông, các đới hủy hoại trong trong phức hệ chứa nước T1-2 với trữ lượng không lớn Nên việc cấp nước sinh hoạt vẫn chủ yếu sử dụng nguồn nước mặt Sông Cầu

Qua khảo sát, thăm dò địa chất thủy văn ở một số địa bàn trên lưu vực cho thấy khả năng về nguồn nước ngầm trên lưu vực sông Cầu không phong phú lắm Song ở những nơi nguồn nước mặt bị ô nhiễm và khan hiếm, đặc biệt là những tụ điểm tập trung dân cư như trung tâm huyện Phổ Yên hoàn toàn có khả năng khai thác nước ngầm để phục vụ dân sinh

• Tình hình tài liệu khí tượng thủy văn

Lưu vực sông Cầu có 5 trạm đo lưu lượng chính là Thác Bưởi, Thác Riềng, Tân Cương và Phú Cường, Giang Tiên với thời kỳ quan trắc thống kê trong bảng 8

Trên lưu vực có nhiều trạm khí tượng và thủy văn có đo mưa, tác giả đã lựa chọn những trạm có vị trí chính yếu, bao quát được các tiểu bộ phận trong lưu vực sông Cầu với số liệu mưa đầy đủ để làm dữ liệu tính toán cho luận văn Các số liệu khí tượng thủy văn đã thu thập được thể hiện trong bảng 8, hình 2

1.2 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ XÃ HỘI

1.2.1 Dân số

Lưu vực sông Cầu là một vùng tập trung khá đông dân cư, theo số liệu thống

kê và tính toán từ niên giám các tỉnh năm 2007, tổng dân số trên lưu vực sông Cầu

là 2.939.838 người thuộc 44 dân tộc khác nhau, trong đó đông nhất là dân tộc Kinh Mật độ dân số bình quân trên lưu vực 487 người/km2 Số dân ở nông thôn chiếm tỷ

lệ rất lớn 80,01% (2.354.543 người) trong khi đó dân thành thị chỉ khoảng 585,3 nghìn người chiếm 19,91% Dân số tập trung đông ở vùng đồng bằng

Tỷ lệ tăng dân số trong vùng thời kỳ 10 năm (1990-2000) là 1.84%/năm Đến năm 2007, tỷ lệ tăng dân số được duy trì ở mức 1,139 %/năm Trong đó, tỉnh có tỷ

lệ tăng cao nhất là Hà Nội 1.287%, tiếp đến là Bắc Giang 1,18%, Bắc Ninh và Vĩnh Phúc là 1,15%, Thái Nguyên 1,08% và Bắc Cạn 0,99% [3,4,5,6,7,8]

Bảng 8 Tài liệu khí tượng thủy văn lưu vực sông Cầu

Ghi chú

Thác Riềng Thủy văn Lưu lượng,Mưa Q ngày 1960-1996 36 (thiếu 1991) Đại Từ Khí tượng Mưa, Bốc hơi Mưa ngày 1961-1981 22 Liên tục Thác Riềng Thủy văn Lưu lượng,

Bắc Cạn Khí tượng Mưa, Bốc hơi Bốc hơi ngàyMưa ngày, 1961-2002 43 Liên tục Định Hoá Khí tượng Mưa, Bốc hơi Mưa ngày 1961-2002 43 Liên tục Thái Nguyên Khí tượng Mưa, Bốc

hơi

Mưa ngày,

Hiệp Hoà Khí tượng Mưa, Bốc

Bắc Giang Khí tượng Mưa, Bốc hơi Bốc hơi ngàyMưa ngày, 1961-2002 43 Liên tục Bắc Ninh Khí tượng Mưa, Bốc

1.2.2 Hiện trạng kinh tế - xã hội

• Nông nghiệp

Đây là vùng có nền nông nghiệp phát triển khá lâu đời, song do đặc điểm địa hình, điều kiện tự nhiên nên việc sản xuất nông nghiệp vừa mang tính chất canh tác của vùng đồng bằng và lại có tính chất của vùng trung du và miền núi Một số khu vực như Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Hà Nội sản xuất nông nghiệp theo quy mô tập trung,

có kế hoạch thời vụ gieo trồng, thu hoạch Các khu vực như Bắc Cạn, Thái Nguyên

việc sản xuất nông nghiệp mang tính chất vùng núi, canh tác nhỏ lẻ Trong cơ cấu nền kinh tế, ngành nông nghiệp chiếm tỷ trọng cao [13]

a) Trồng trọt

Theo số liệu thống kê và tính toán từ niên giám các tỉnh năm 2007, diện tích đất canh tác trên toàn lưu vực là 194554 ha chiếm 32% trong tổng diện tích đất tự nhiên của lưu vực, trong đó diện tích trồng lúa và hoa màu là 146999 ha chiếm 76% diện tích đất canh tác, diện tích trồng cây công nghiệp là 35810 ha, và diện tích trồng cây ăn quả là 11745 ha Diện tích một số cây trồng chính trên lưu vực được thể hiện ở bảng 9

Hình 2 Bản đồ lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Cầu

Bảng 9 Diện tích một số cây trồng chính trên lưu vực

Diện tích (ha) 103341,8 27520,14 7289,82 8888,21 16292,48

b) Chăn nuôi

Theo Niên giám thống kê năm 2007 của các tỉnh, số lượng gia súc và gia cầm trong lưu vực được thể hiện trong bảng 10

Bảng 10 Số lượng gia súc và gia cầm trên lưu vực

Số lượng (con) 142363 234199 1300107 12746 410 8942182

• Công nghiệp [13]

Ngành Công nghiệp trong lưu vực chủ yếu tập trung ở các tỉnh vùng trung du

và đồng bằng Ngành công nghiệp - xây dựng đạt tốc độ tăng trưởng cao Các ngành

có lợi thế về tài nguyên như vật liệu xây dựng, nông sản thực phẩm, cơ khí, giày da, may mặc cũng đã được đầu tư phát triển

Trước năm 1990 trong ngành công nghiệp chủ yếu là các ngành khai khoáng,

cơ khí, chế biến… Các nhà máy chủ yếu là đơn lẻ quy mô sản xuất nhỏ, chỉ có một

số nhà máy, khu công nghiệp có quy mô, năng suất lớn như khu gang thép Thái Nguyên, khu công nghiệp thị xã Sông Công của tỉnh Thái Nguyên, khu công nghiệp Xuân Hoà, Vĩnh Yên, Vĩnh Phúc, một số nhà máy ở Đông Anh, Bắc Ninh vv

ông nghiệp chế xuất hình thành và phát t o ra nhiều công c làm cho lực

công nghiệp Th ế xuấ Yên, Phúc, ông ơ khí l ráp ô y Vĩnh Phúc

t Vĩnh

ăn việBài - khu c

Sản l ợng uỷ g kh là do nuôi huỷ của người dân đã có nhiều tiến bộ trong nuôi trồng thuỷ sản, nhiều giống cá

suất ca c i nhập, thuần hoá phát triển và cung cấp nguồn thực phẩm chất lượng cao, ổn định Việc sử dụng mặt nước, nuôi trồng thuỷ sản đã

có hiệu quả hơn, hình thức quảng canh trước đây đang được chuyển mạnh sang hướn

STT

ư nuôi trồng th sản tăn á lớn trình độ trồng t sản

mới năng

o, hất lượng khá đang được d

g bán thâm canh và thâm canh Nhiều điển hình nuôi cá vụ với cơ cấu 1 lúa + 1

cá ở chân ruộng trũng đang phát huy hiệu quả kinh tế cao, được nhiều tỉnh trong lưu vực phát triển [13]

Bảng 11 Tổng hợp diện tích nuôi trồng thủy sản theo các địa phương

Tổng hợp

chung

Tổng cộng (ha)

trong ruộng (ha)

Nuôi nước ngọt (ha)

trong ruộng (%)

Nuôi nước ngọt (%)

• Văn hóa giáo dục và y tế

em các dân tộc, vùng sâu, vùng xa có điều kiện học tập rèn luyện văn hoá

Hệ thống đào tạo và dạy nghề, riêng Thái Nguyên có Đại học Thái Nguyên với 5 trường đại học, khoảng 15 trườ

a t quốc

b Ngà

xã hội: Tới nay 100% số xã đã được phủ sóng phát thanh và hơn 90%

số xã

ỉnh đồng bằng như Vĩnh Phúc, Bắc Ninh điều ki

đối đều, đủ khả nă

ng như Quốc lộ 1A, Quốc lộ 2, Quốc l Tổng chiều dài các tuyến quốc lộ khoảng 1029,5km Tuy nhiên,

Nội - Thái Nguyên, Hà Nội - Lào Cai, Bắc Giang - Đông Triều, Thái Nguyên - Kép (Bắc Giang), tổng chiều dài là 249.2km Năng lực

nh Y tế: đang được Đảng, Nhà nước quan tâm đầu tư đúng mức đến nay gần

100% số xã đã có các trạm y tế, cùng với các chiến dịch tiêm phòng và tuyên truyền phòng chống các bệnh dịch đã ngày một phát huy hiệu quả bảo vệ sức khoẻ nhân dân

• Giao thông

Mạng lưới giao thông trong lưu vực sông Cầu phân bố tương

ng đáp ứng được nhu cầu giao thông, vận chuyển hàng hoá của các tỉnh trong lưu vực cũng như trao đổi hàng hoá với cả nước.Có 3 loại đường cùng tồn tại và có thể sử dụng trong công tác vận chuyển, giao thông là: đường bộ, đường sắt, đường sông [13]

- Đường bộ: Có nhiều tuyến quốc lộ quan trọ

ộ 3, Quốc lộ 19…

các tuyến quốc lộ nói chung đều đã được xây dựng từ lâu vì vậy đa phần có

bề rộng lòng đường hẹp, mặt đường nhiều đoạn bị hỏng Những đoạn đường chạy qua khu vực các tỉnh miền núi vào mùa mưa hay có hiện tượng sạt đường, lở đất gây ách tắc giao thông và thiệt hại kinh tế

- Đường sắt: Hiện nay trong lưu vực có 5 tuyến đường sắt chính bao gồm: tuyến Hà Nội - Lạng Sơn, Hà

trạng đất Lâm nghiệp toàn lưu vực được chỉ ra ở bảng 12

• Du lịch, dịch vụ

an đà phát triển, trong khu v ó

hồ ỉ tuần Đại Lải

Tuy nhiên ngành du lịch hiện nay chưa được đầu tư nhiều, các c uật còn nghèo nàn, giá trị tài sản chưa có gì đáng kể, cần được quan tâm đầu tư hơn nữa ây là ngành có tiềm năng phát triển của lưu vực và cũng là một đối tượng sử dụng nước

uyển hàng hoá của các tuyến đường sắt là rất lớn nhưng với điều kiện hiện nay, mới chỉ sử dụng khoảng 15% khả năng của các tuyến đường này

- Đường sông: Lưu vực sông Cầu có một số sông chính như sông Cầu, sông Công và sông Cà Lồ, là các tuyến đường sông có thể dùng để vận chuyển hàng hoá Nhưng do điều kiện lòng sông trong lưu vực nói chung là nhỏ và hẹp, mùa khô thì cạn kiệt, cùng với hiện tượng bồi lắng lòng sông do vậy ch

hỏ mới có thể lưu thô

• Lâm nghiệp

Lưu vực có diện tích rừng khá lớn, được phân bố chủ yếu ở các huyện Bạch Thông, Chợ Đồn, Chợ Mới ( tỉnh Bắc Cạn), Định Hoá, Đại Từ, Võ Nhai (tỉnh Thái Nguyên) Trải qua nhiều thập niên rừng của c

ãi dẫn đến tài nguyên rừng bị nghèo kiệt, một phần đất rừng bị thoái hoá trở thành đất trống đồi núi trọc Hiện nay diện tích đất trống đồi núi trọc chiếm khoảng 39% diện tích đất lâm nghiệp

Tuy n

trồng rừng để tăng độ che phủ Theo số liệu báo cáo ở các địa phương trong lưu vự

oảng 5.8%) ích rừng trồng trong u vực nay tậ yếu

ắc Giang, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc Theo tài li ống kê năm

Hiện tại ngành du lịch đ g trên ực nghiên cứu ciều điểm du lịch h p dẫn H g năm đón hà ạn lư khách t g và ng

ớc đến thăm quan nghỉ mát Các u lịch hư: u ngh t Tam Núi Cốc, khu ngh cuối hồ

ơ sở kỹ th

Đ

Bảng 12 Hiện trạng lâm nghiệp ở các tỉnh thuộc lưu vực sông Cầu năm 2006

Thái Nguyên

Bắc Giang

Bắc Ninh

Vĩnh Phúc

Bắc Kạn

ng m

Đất Lâm Nghiệp 663100 165400 130800 700 33100 333100 I- Đất có rừng 570500 165100 113800 700 33100 257800 1- Rừng tự nhiên 399500 101700 63600 - 10100 224100 2- Rừng trồng 171000 63400 50200 700 23000 33700 II- Rừng bị cháy 36,5 3,5 17,2 0,9 11,5 3,4

Rừng bị chặt phá 15,5 3 4,5 - - 8

Nguồn [2]

Chương 2 TỔNG QUAN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG

2.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG NGUỒN NƯỚC VÀ CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐN

ức độ khai thác nguồn nước càng lớn thì sự thay đổi thuộc tính tài nguyên nước c

t hệ thống phức tạp bao gồm tài nguyên nước, các

u về nước cùng với mối quan hệ tương tác giữ

nguồn nước

công trình khai thác nguồn nước, các yêu cầ

a chúng và chịu tác động của môi trường lên nó [9]

(1) Nguồn nước được đánh giá bởi các đặc trưng: lượng và phân bố của nó theo không gian và thời gian, chất lượng nước, động thái của chúng

(2) Các biện pháp khai thác và bảo vệ nguồn nước: các công trình thuỷ lợi, các biện pháp cải tạo và bảo vệ nguồn nước, bao gồm cả biện pháp công trình và phi công trình, được cấu trúc tuỳ thuộc vào mục đích khai thác và bảo vệ

(3) Các yêu cầu về nước: các hộ dùng nước, các yêu cầu về mức đảm bảo phòng chống lũ lụt, úng hạn, các yêu cầu bảo vệ hoặc cải tạo môi trường cùng các yêu cầu dùng nước khác Tác động của môi trường là những tác độn

dân sinh kinh tế, hoạt động của con người bao gồm ảnh hưởng của các biện pháp canh t

rất xưa nhưng lại luôn mới, nó vừa là phương pháp, vừa là đối tượng nghiên cứu Cân bằng nước là mối quan hệ định lượng giữa

n nước (lưu vực, đoạn sông, ) Lượng nước đi gồm b

áp khai thác, bảo vệ nguồn nước một cách hợp lý [9] 2.2 GI

c trưng) về thuỷ văn, xói mòn đất, lan truyền hoá chất trong

hình GIBSI cũng có hệ thống thông tin địa lý GIS và phần mềm quản lý các dữ liệu

ác làm thay đổi mặt đệm và lòng dẫn, sự tác động không có ý thức vào hệ thống các công trình thuỷ lợi

2.1.2 Khái niệm cân bằng nước hệ thống

Cân bằng nước là một vấn đề

nước đến và đi của hệ thống nguồ

ốc thoát hơi nước, ngấm xuống tầng sâu, nước cấp cho các nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực và dòng chảy ra khỏi lưu vực Lượng nước đến hệ thống được thể hiện dưới các dạng nước mưa, dòng chảy và nước hồi quy sau khi sử dụng

Cân bằng nước hệ thống là sự cân bằng tổng thể giữa tài nguyên nước của hệ thống; định lượng nước đến, đi khỏi hệ thống, trong đó đã bao gồm các yêu cầu về nước giữa các thành phần trong hệ thống, các tác động của môi trường lên nó và đề

ra các biện ph

ỚI THIỆU MỘT SỐ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC

Do yêu cầu phát triển tài nguyên nước lưu vực sông để đáp ứng được các yêu cầu về phát triển kinh tế - xã hội Hiện nay trên thế giới đã tiến hành xây dựng các

mô hình, hệ thống các mô hình để đánh giá tác động của con người, các điều kiện mặt đệm tới tài nguyên nước Có thể điểm qua một số mô hình đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới như sau: [10]

2.2.1 Hệ thống mô hình GIBSI

Hệ thống mô hình GIBSI là một hệ thống mô hình tổng hợp chạy trên máy

PC cho các kết quả kiểm tra tác động của nông nghiệp, công nghiệp, quản lý nước

cả về lượng và chất đến tài nguyên nước GIBSI có một ngân hàng dữ liệu (bao gồm

cả các số liệu và các đặ

ệp và mô hình chất lượng nước và các thông s

có liên

ư lưu vực Chaud

ơn và nhiều nước hơn so với các lưu vực đối chứng Kịch bản mô phỏng xử lý nước thải làm cho số lượng Coliform

cho khả năng dự báo cá

huyển phù sa và xói mòn đất;

p dựa trên mô hình lan truyền ni-tơ, phốt-pho, thuốc trừ sâu: sử dụng một mô đun trong SWAT;

hốt-pho; + Sự phân rã Coliform; + Làm thông khí; + Nhiệt độ của nước;

của Uỷ hội sông Mê Kông Kết quả chủ yếu của dự án này là

c động Khi hoàn thiện WUP

giảm dần và bền vững, lượng phốt-pho cũng giảm Mô hình GIBSI

c tác động của công nghiêp, rừng, đô thị, các dự án nông nghiệp đối với môi trường tự nhiên, có tác dụng cảnh báo các hộ dùng nước biết trước và tôn trọng các tiêu chuẩn về số lượng, chất lượng nguồn nước dùng GIBSI có những mô hình bộ phận chủ yếu sau đây:

- Mô hình thuỷ văn HYDROTEL;

- Mô hình phân giải vật lý có hệ thống viễn thám, hệ thống thông tin địa lý

- Mô hình USLE dùng cho vận c

- Mô hình lan truyền chất hoá học trong nông nghiệ

- Mô hình chất lượng nước QUAL2E, mô hình chất lượng nước để mô phỏng các yếu tố: + Độ khuyếch tán và hội tụ các chất hoà tan trong nước (chất gây ô nhiễm); + Sự phát triển loài tảo; + Chu trình của ni-tơ, p

2.2.2 Chương trình Sử dụng nước (Water Utilization Project)

Mô hình lưu vực và xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu là một hợp phần của Chương trình sử dụng nước

“Hệ thống Hỗ trợ ra Quyết định (DSF)”, trong đó bao gồm hệ thống cơ sở dữ liệu, bộ mô hình lưu vực và các công cụ đánh giá tá

DSF sẽ được sử dụng để hỗ trợ trong việc xây dựng các nguyên tắc phân bổ nguồn nước g

ộ dòng chảy của lưu vực và các công tác quản lý môi trường, các kịch bả

), mô phỏng các công trình

thực đo trong một hệ thống tổng thể với các kịch bản khác nhau để đưa ra một biện pháp tố

ập trung trong công tác quản lý chất lượng nước trên lưu vực Đây là một mô hình hệ thống phân tích môi trường đa mục

Ba mô hình con trong bộ mô hình lưu vực bao gồm:

- Mô hình thuỷ văn (mưa - dòng chảy) (SWAT) cung cấp chuỗi dòng chảy đầu ra tại các nút trong hệ thống Các số liệu này sẽ được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng đến chế đ

n phát triển nguồn nước và các tiêu chuẩn vận hành

- Mô hình mô phỏng nguồn nước lưu vực (IQQM

iện, tưới, chuyển nước và thu nước Sử dụng các ch

ó khả năng ứng dụng cho một quốc gia, một vùng để thực hi

nước bao gồm cả lượng và chất trên lưu vực Mô hình được xây dựng để đápmục tiêu:

Thuận tiện trong công tác kiểm soát thông tin mô

Hỗ trợ công tác phân tích hệ thống môi trường;

Cung cấp hệ thống các phương án quản lý lưu vực;

Mô hình BASINS là một công cụ hữu ích trong công tác nghiên cứu về chất

được rút ngắn hơn, nhiều vấn đề được giải quyết hơn và các thông tin được quản lý

hơn tro

- Tổ hợp các lượng thải từ các điểm nguồn tập trung và không tập trung và quá trình v

- Xác định, so sánh giá trị tương đối của các chiến lược kiểm soát ô nhiễm

Mô hình BASIN bao gồm các mô hình thành phần sau:

- Mô hình trong sông: QUAL2E, phiên bản 3.2 mô hình chất lượng nước

AD, là một mô hình lan truyền chất ô nhiễm, PLOA

ng nước Với nhiều mô đun thành phần trong hệ thống

ả hơn trong mô hình Với việc sử dụng GIS, mô hình BASINS thuận ti

ng việc biểu thị và tổ hợp các thông tin (sử dụng đất, lưu lượng các nguồn thải, lượng nước hồi quy, ) tại bất kỳ một vị trí nào Các thành phần của mô hình cho phép người sử dụng có thể xác định ảnh hưởng của lượng phát thải từ các điểm tập trung và không tập trung Tổ hợp các mô đun thành phần có thể giúp cho việc phân tích và quản lý lưu vực theo hướng:

- Xác định và thứ tự ưu tiên các giới hạn về môi trường nước;

- Đặc trưng các nguồn thải và xác định độ lớn cũng như tiềm năng phát thải

ận chuyển trên lưu vực cũng như trên sông

- Trình diễn và công bố trước công chúng dưới dạng các bảng biểu, hình vẽ

và bản đồ

- Các mô hình lưu vực: WinHSPF là một mô hình lưu vực dùng để xác định nồng độ các chất thải từ các nguồn thải tập trung và không tập trung trong sông; SWAT là một mô hình dựa trên cơ sở vật lý được xây dựng để dự đoán ảnh hưởng của các hoạt động sử dụng đất trên lưu vực đến chế độ dòng chảy, xác định lượng bùn cát và các các chất hoá học dùng trong nông nghiệp trên toàn lưu vực

- Các mô hình lan truyền: PLO

D xác định các nguồn thải không tập trung trung bình trong một khoảng thời gian nhất định

Các chức năng của mô hình BASIN cho phép người sử dụng có thể trình diễn, xuất dữ liệu và thực hiện các phân tích theo các mục tiêu khác nhau

Mô hình BASIN được sử dụng rộng rãi ở Mỹ, nó thuận tiện trong việc lưu trữ và phân tích các thông tin môi trường, và có thể sử dụng như là một công cụ hỗ trợ ra quyết định trong quá trình xây dựng khung quản lý lưu vực

2.2.4 Mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước WEAP

WEAP (Water Evaluation and Planning System) là một mô hình kết hợp giữa việc mô phỏng hệ thống và các chính sách cần áp dụng cho lưu vực WEAP dựa trên nguyên tắc tính toán cân bằng giữa các nhu cầu của các dạng sử dụng nước, giá thành và hiệu quả của các công trình cấp nước và cơ sở phân bổ nguồn nước, với nguồn nước cung cấp bao gồm nước mặt, nước ngầm, nước hồ chứa và các vậ

chính sách, WEAP đánh giá các phương án phát triển và quản lý nguồn

ạnh tranh đa phương giữa các hộ dùng nước trong hệ thống Vận hành dựa trên tính toán cân bằng nước, WEAP có khả năng áp dụng c

hiễm, đảm bảo môi trường sinh thái và phân tích kinh tế

n chuyển nguồn nước WEAP còn phân tích các thử nghiệm về các phương

án phát triển và quản lý nguồn nước

WEAP là một mô hình toàn diện, đơn giản, dễ sử dụng và có thể xem là công

cụ trợ giúp cho các nhà lập kế hoạch Là một cơ sở dữ liệu, WEAP cung cấp một hệ thống các thông tin về nhu cầu và khả năng cấp nước trong lưu vực Là một công cụ

dự báo, WEAP đưa ra các dự đoán về các nhu cầu về nước, khả năng cung cấp nước, dòng chảy và lượng trữ, tổng lượng ô nhiễm và cách xử lý Là một công cụ phân tích

nước, và xem xét theo quan điểm c

ho các hệ thống nông nghiệp và đô thị, các lưu vực đơn hay hệ thống lưu vực sông Hơn nữa, WEAP có thể được sử dụng để đáp ứng nhiều mục tiêu khác nhau: phân tích nhu cầu của các ngành, bảo tồn nguồn nước, xác định thứ tự ưu tiên phân

bổ nguồn nước, mô phỏng dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm, vận hành hồ chứa, vận hành phát điện, kiểm soát ô n

WEAP đã được áp dụng trong nhiều dự án trên thế giới trong công tác quản

lý tổng hợp tài nguyên nước, bao gồm: (1) Trung Quốc: xây dựng các kịch bản hỗ trợ công tác phân bổ nguồn nước giữa các hộ sử dụng; (2) Châu Phi: các dự án liên quan đến phát triển nguồn nước; (3) Trung Đông: xây dựng các phương án phát triển nguồn nước và các kịch bản phân bổ nguồn nước ở Isrel và Palestin; (4) Ấn

ứng dụng để mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa

Nêpal: các phương án khai thác và bảo vệ nuồn nước trong các điều kiện khác nhau; (5) California, Mỹ: Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến hệ sinh thái;

2.2.5 Bộ mô hình MIKE (DHI)

Viện Thuỷ lực Đan M

ch các vấn đề về chất lượng và số lượng nước, đây là các phần mềm hữu ích trong công tác lập kế hoạch phát triển và quản lý nguồn nước theo quan điểm bền vững Phần mềm MIKE BASIN với giao diện ArcView GIS là một mô hình mô phỏng nguồn nước lưu vực sông

MIKE BASIN đòi hỏi với một số lượng số liệu không nhiều, với các mô đun tính toán đơn giản để đưa ra c

hảy theo không gian và thời gian, xác địn

ử dụng giao diện GIS để tổ hợp cơ sở dữ liệu,

t quả một cách thuận lợi cho người sử dụng

Trong luận văn này, mô hình MIKE

ệu gắn với GIS, đa dạng về số liệu đầu vào, giao diện dễ sử dụng, đ

n làm công cụ để tính cân bằng nước hệ thống cho lưu vực sông Cầu

2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH MIKE BASIN

2.3.1 Giới thiệu chung

Bộ mô hình MIKE là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng do DHI (Viện Thuỷ lực Đan Mạch) xây dựng và phát triển trong khoảng 20 năm trở lại đây, được

sông, cân bằng nước lưu vực, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác Bộ mô hình MIKE được sử dụng nhiều và đem lại hiệu quả cao bởi vì nó đáp

rất nhiều các phần mềm con có các chức n

trên lưu vực cả về lượng và chất và đã được ứng dụng để tính toán cân b

một mô hình tính toán phân phối nước theo không gian

và thờ

cho các phầ

ng trình tính tự động, linh hoạt hơn giúp người sử dụng dễ dùng và có thể tự động thay đổi tính toán nếu muốn [14]

ùng cả các thông tin đánh giá hình dạng của mạng lưới sông, vị trí người sử dụng nước; kênh nhập, cửa ra đến và từ người sử dụng nước, bể chứa

ứng được những tiêu chí sau:

- Là bộ phần mềm tích hợp đa tính năng;

- Là bộ phần mềm đã được kiểm nghiệm thực tế;

- Cho phép tính toán cân băng nước lưu vực với độ chính xác cao;

- Giao diện thân thiện, dễ sử dụng;

- Có ứng dụng kỹ thuật GIS, một kỹ thuật mới, với tính hiệu quả cao;

Trong bộ phần mềm MIKE bao gồm

ăng và nhiệm vụ khác nhau như MIKE 11, MIKE 21, MIKE 31,MIKE GIS, MIKE BASIN, MIKE SHE, MIKE MOUSE.v.v Trong số đó, mô hình Mike Basin là một phần mềm độc lập trong bộ phần mềm MIKE, có thể ứng dụng để tính toán phân phối nước

ằng nước đem lại hiệu quả cao cho nhiều lưu vực trên thế giới như: lưu vực sông LeBa ở BaLan, lưu vực sông Cape Fear ở phía bắc Carolina,…

2.3.2 Giới thiệu về MIKE BASIN

Mô hình MIKE BASIN thực hiện các thao tác cơ bản trên mạng lưới sông số hoá được tạo ra trực tiếp trên máy tính c

MIKE BASIN sử dụng giao diện đồ hoạ (GUI), liên kết kỹ thuật tính toán của MIKE BASIN với ArcView-GIS Giao diện được phát triển trong môi trường ArcVie

MIKE BASIN làm việc trong môi trường ArcView-GIS và dựa vào phân tí

của nguồn nước trên lưu vực và lập ra kế hoạch quản

ch và cân bằng nước trên lưu vực đã giải quyết được những vấn đề sau:

- Đánh giá tiềm năng

lý nguồn nước nhằm đáp ứng nhu cầu dùng nước củ

ũng như dự báo việc sử dụng nước trên lưu vực có ảnh hưởng như thế nào đến chế độ thủy văn trên lưu vực

- Đưa ra những chương trình quản lí đầu tư nguồn tài ng

- Phát triển những chương trình đầu tư cho việc bảo vệ chất lượng nước thông qua việc xây dựng các khu xử lý nước thải cho những nguồn điểm ô nhiễm sao cho hợp lý

- Đánh giá tác động của sự phát triển, thay đổi đang diễn ra trên lưu vực tới cấu trúc của tầng nước mặt

2.3.3 Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE BASIN

ình cân bằng nước

Cân bằng nước là nguyên lý chủ yếu được sử dụng cho tính toán, quy hoạch

và quả uan hệ giữa lượng nước đến, lượng

n lý tài nguyên nước Nó biểu thị mối q

i và lượng nước trữ lại ở một khu vực, một lưu vực hoặc của m

iều kiện tự nhiên hay có việc can thiệp của con ng

Nguyên lý cân bằng nước xuất phát từ định luật bảo toàn vật chất, đối với

Phương trình cân bằng nước là sự diễn toán nguyên lý này

u vực;

Z : lượng nước bốc hơi từ lưu vực;

Y2: lượng dòng chảy mặt ra khỏi lưu vực;

2

i việc sử dụng phương trình cân bằng nước trên lưu vực mô hình đã cho ta một cái nhìn tổng quát về tài nguyên nước của lưu vực Từ đó hỗ trợ đưa ra các phương pháp quản lý nguồn tài nguyên nước một cách hợp lý và tối ưu nhất

• Các môđun trong MIKE BASIN

u vực có thể phát biểu như sau: “ Hiệu số l

ự thay đổi lượng nước trên lưu vực đó trong

Xét một lưu vực có phía trên giới hạn bởi mặt đất của lưu vực, phía dưới giới hạn bởi lớp đất không thấm nước ngăn cách mọi trao đổi của nước trong lưu vực với các tầng phía dưới Khi đó, phương trình cân bằng nước tổng quát là:

(X+ Z1 + Y1 + W1) - (Z2 + Y2 + W2) = U2 – U1 (2.1) trong đó:

X: lượng nước mưa rơi xuống lư

Z1: lượng nước ngưng tụ từ khí quyển và đọng lại trên lưu vực;

Y1: lượng dòng chảy mặt đi vào lưu vực;

W1: lượng dòng chảy ngầm đi vào lưu vực;

2

W : lượng dòng chảy ngầm ra khỏi lưu vực

Mô hình MIKE BASIN làm việc trong môi trường ArcView Do đó, nó được tích hợp những tính năng và sử dụng các hàm trong ArcView trong việc phân tích

và số hóa các dữ liệu đầu vào Cùng vớ

MIKE BASIN có nhiều môđun có khả năng và nhiệm vụ khác nhau như:

- Môđun tính toán cân bằng nước lưu vực

- Môđun mưa rào - dòng chảy (NAM)