Đề Tài: So sánh ứng dụng mô hình thủy văn Nam và Frasc để đánh giá tài nguyên nước lưu vực thác Mơ pptx

Như vậy, việc nghiên cứu mô hình toán thuỷ văn ứng dụng đầy về lưu vực Thác Mơ để phát huy hiệu quả việc xây dựng công trình, tận dụng tối đa nguồn nước là việc làm cấp bách hiện nay.. 2

-˜o™ -

LÊ THANH TRANG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

SO SÁNH ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN NAM VÀ FRASC ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN

NƯỚC LƯU VỰC THÁC MƠ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-˜o™ -

LÊ THANH TRANG

SO SÁNH ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN NAM VÀ FRASC ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN

NƯỚC LƯU VỰC THÁC MƠ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ VĂN NGHỊ

LỜI CẢM ƠN

Em chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn là TS Vũ Văn Nghị đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm, chỉ dẫn tận tình và hỗ trợ mô hình toán cho em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Chân thành cảm ơn các thầy cô khoa môi trường trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp Hồ Chí Minh đã giúp em có những kiến thức bổ ích trong những năm học tại Khoa Môi trường - trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thân trong gia đình, bạn bè, các đồng nghiệp Công ty Nước và Môi Trường Bình Minh – những người luôn ở bên cạnh, tận tình giúp đỡ, động viên tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này Ngoài ra, trong luận văn này tác giả đã sử dụng một số tư liệu và thành quả nghiên cứu đã công bố của nhiều công trình khác nhau Rất mong nhận được sự lượng thứ

từ các tác giả của các tài liệu tham khảo trong luận văn này, và cho phép được trích dẫn tài liệu

Xin chân thành cảm ơn!

Lê Thanh Trang

Tp Hồ chí Minh Tháng 11 năm 2010

TÓM TẮT

Nước là một tài nguyên cho sự sống và được xem là một nhân tố thiết yếu cho các hệ sinh thái Trong những năm gần đây, việc thiếu hụt nguồn nước ngày càng trở nên nghiên trọng đối với quá trình phát triển kinh tế xã hội Nguyên nhân sâu xa là do những bất cập trong công tác quản lý (khai thác quá mức, phá rừng, ô nhiễm…), đánh giá trữ lượng tài nguyên nước của từng lưu vực Do đó, việc đánh giá tài nguyên nước trên lưu vực phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội là việc làm cấp bách hiện nay

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học máy tính nhiều mô hình toán thủy văn đã ra đời mô phỏng khá tốt nguồn nước trên các lưu vực sông hai trong số đó là mô hình NAM

và FRASC Tuy nhiên, mô hình toán không phải lúc nào hay mô hình nào cũng thích hợp cho bất cứ vùng nào; hay nói một cách khác rằng không có mô hình nào mang tính chất toàn cầu Việc lựa chọn mô hình ứng dụng cho mỗi điều kiện nhất định cũng là một vấn đề khó khăn đối với các chuyên gia thuỷ văn Do đó, trong luận văn này, tác giả đã so sánh ứng dụng hai mô hình thủy văn NAM và FRASC cho lưu vực Thác Mơ Dựa trên các tiêu chí đánh giá như hệ số thặng dư (Bias), hệ số hiệu quả mô hình (R2), và hệ số tương quan (r) Kết mô phỏng cho thấy, cả hai mô hình mô phỏng rất tốt, lưu lượng tính toán bằng mô hình phù hợp với số liệu thực đo cho lưu vực Thác Mơ Tuy nhiên, mô hình FRASC đưa ra được thông tin về tài nguyên nước tại từng điểm trên lưu vực; đặc biệt, đối với mô hình FARSC từ kết quả mô phỏng lũ với mô hình cao độ số (DEM) có thể xây dựng được bản

đồ ngập lụt Vì vậy, mô hình FRASC có thể được xem như là một công cụ hữu ích cho việc kiễm soát lũ và quản lý tài nguyên nước tổng hợp cho lưu vực Thác Mơ

Dựa vào kết quả mô phỏng của mô hình FRASC, tác giả đã tính toán tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ theo các tần suất thiết kế (P = 5% năm nhiều nước; P = 50% năm nước trung bình; và P = 90% năm ít nước) làm cơ sở phục vụ phát triển bền vững kinh tế xã hội lưu vực Thác Mơ và các vùng hưởng lợi

Từ khóa: mô hình NAM, mô hình FRASC, so sánh mô hình, tài nguyên nước

ABSTRACT

Water is an invaluable resource and is considered an essential factor for the ecosystem In recent years, the issue of inadequate water is becoming more and more important to the social and economic development process Deep causes are due to short of the management (overexploitation, deforestation, pollution ), assessment of water resources reserves of each basin… Therefore, the assessment of water resources of the catchment for socio-economic development is an imperative need now

Nowadays along with the development of computer science, many mathematics hydrologic (hydrographic mathematical) models imitated pretty well water sources in watersheds, two

of those are NAM and FRASC model However, mathematical models are not always correct or any model is also suitable for any region, or in other words there is not any model which does not have a global characteristic The choice of model for each application under certain conditions is a difficult problem for hydrology experts Consequently, in this thesis, the author compares the application the hydrological NAM and FRASC model for Thac Mo catchment Based on the evaluation criteria such as water balance error (Bias), Nash-Sutcliffe (R2) and Pearson correlation coefficient (r) demonstrate that both models imitated very well, the flow calculated by the model fit the data measured for Thac Mo basin However, the information on water resources at each point in the basin was given by FRASC model, especially; with the simulation results of FARSC model and digital elevation model (DEM), we can establish inundation maps So FRASC model can be viewed as a useful tool for flood control and integrated management water resource in Thac Mo basin

Based on the simulation results of FRASC model, the authors calculated the water resources in the Thac Mo basin with design frequency (P = 5% wet year; P = 50% average water year, and P = 90% less water year); It will be the basis for the socio-economic sustainable development of Thac Mo catchment and beneficiaries areas

Keywords: NAM model, FRASC model, model comparison, water resource

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ix

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 2

2.1 Thế gới 2

2.2 Trong nước 3

2.3 Thảo luận về mô hình toán trong nghiên cứu tài nguyên nước 5

2.4 Đánh giá nhận xét 7

3 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 7

3.1 Mục tiêu nghiên cứu 7

3.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 8

3.3 Nội dung nghiên cứu 8

3.4 Phương pháp nghiên cứu 9

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 9

4.1 Ý nghĩa khoa học 9

4.2 Ý nghĩa thực tiễn 10

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 11

1.1 Đặc điểm tự nhiên 11

1.1.1 Vị trí địa lý 11

1.1.2 Địa hình 11

1.1.3 Thổ nhưỡng 12

1.1.4 Thảm thực vật 12

1.1.5 Hệ thống sông 12

1.1.6 Khí hậu 13

1.1.6.1 Nhiệt độ không khí 13

1.1.6.2 Độ ẩm 13

1.1.6.3 Số giờ nắng 14

1.1.6.4 Gió 14

1.1.6.5 Bốc hơi 15

1.1.6.6 Mưa 15

1.2 Nhận xét, đánh giá các đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu 16

1.2.1 Thuận lợi 16

1.2.2 Khó khăn 17

1.3 Điều kiện kinh tế xã hội trên lưu vực 17

1.3.1 Đặc điểm dân số 17

1.3.2 Tình hình kinh tế trong khu vực 18

1.3.3 Phương hướng phát triển kinh tế xã hội theo các giai đoạn phát triển 18

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH THỦY VĂN 20

2.1 Tổng quan về mô hình thủy văn 20

2.2 Phân loại mô hình thủy văn 21

2.2.1 Mô hình tất định (Deterministic model) 22

2.2.2 Mô hình ngẫu nhiên (Stochastic model) 23

2.3 Tiêu chuẩn lựa chọn mô hình 24

2.4 Tiêu chuẩn đánh giá mô hình mô phỏng 25

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN THỦY VĂN THÍCH HỢP CHO LƯU VỰC THÁC MƠ 27

3.1 Tổng quan 27

3.2 Mô hình NAM 28

3.2.1 Khái quát về mô hình NAM 28

3.2.2 Cấu trúc mô hình 28

3.2.2.1 Bể tuyết (áp dụng cho vùng có tuyết) 30

3.2.2.2 Bể chứa mặt 30

3.2.2.3 Bể sát mặt và bể tầng rễ cây 30

3.2.2.4 Bốc thoát hơi 30

3.2.2.5 Dòng chảy mặt 30

3.2.2.6 Dòng chảy sát mặt 31

3.2.2.7 Bổ sung dòng chảy ngầm 31

3.2.2.8 Lượng ẩm của đất 31

3.2.3 Hiệu chỉnh các thông số của mô hình 32

3.2.4 Những điều kiện ban đầu 33

3.3 Mô hình FRASC 33

3.3.1 Khái quát về mô hình FRASC 33

3.3.2 Cấu trúc mô hình FRASC 34

3.3.3 Cơ sở lý thuyết và các phương pháp tính 37

3.3.3.1 Bốc thoát hơi nước 37

3.3.3.2 Hình thành dòng chảy 37

3.3.3.4 Tập trung dòng chảy 43

3.3.3.5 Diễn toán dòng chảy từ ô lưới đến ô lưới 44

3.3.4 Thảo luận về các thông số 45

3.3.4.1 Các thông số bốc thoát hơi nước 46

3.3.4.2 Các thông số hình thành dòng chảy 47

3.3.4.3 Các thông số phân chia dòng chảy 47

3.3.4.4 Các thông số tập trung dòng chảy 48

3.4 Mô hình hóa cho khu vực nghiên cứu 48

3.4.1 Sơ đồ mạng lưới hóa cho khu vực nghiên cứu 48

3.4.2 Tài liệu đầu vào 49

3.4.2.1 Tài liệu thảm thực vật (land cover) và các thông số liên quan đến thảm thực vật 49

3.4.2.2 Tài liệu mưa 51

3.4.2.3 Tài liệu bốc hơi 52

3.4.2.4 Tài liệu lưu lượng 52

3.4.2.5 Dữ liệu GIS 52

3.5 Kết quả mô phỏng 55

3.5.1 Mô hình NAM 56

3.5.2 Mô hình FRASC 57

3.6 So sánh 59

3.7 Kết luận 63

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC THÁC MƠ 64

4.1 Tổng quan 64

4.2 Kết quả mô phỏng dòng chảy 65

4.3 Phân tích và đánh giá kết quả tính toán 65

4.3.1 Tính toán đặc trưng dòng chảy 65

4.3.2 Dòng chảy năm 67

4.3.3 Dòng chảy theo mùa 68

4.3.4 Tính toán dòng chảy năm, mùa thiết kế 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

PHỤ LỤC 77

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DEM : Mô hình cao độ số

DHI : Viện Thuỷ lực Đan Mạch

GIS : Hệ thống thông tin địa lý

KHCN : Khoa học công nghệ

KHTL : Khoa học thủy lợi

KT-XH : Kinh tế – xã hội

MIKE BASIN : Mô hình tính toán cân bằng nước (DHI)

NAM : Mô hình mưa rào - dòng chảy (DHI)

QHTL : Quy hoạch thủy lợi

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

VKTTĐPN : Vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam

XINANJIANG : Mô hình thủy văn

FRASC : Mô hình diễn toán lũy tích dòng chảy lưu vực

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Nhiệt độ trung bình hang tháng và cả năm của trạm Phước Long 13

Bảng 1.2 Độ ẩm không khí bình quân nhiều năm trạm Phước Long 14

Bảng 1.3 Các đặc trưng khí tượng trung bình tháng vùng nghiên cứu 15

Bảng 1.4 Phân bố lượng bốc hơi hàng năm bằng phương pháp Penman Monteith 15

Bảng 1.5 Lượng mưa trung bình tháng tại các trạm đo và trung bình lưu vực (mm) 16

Bảng 1.6 Hiện trạng dân số vùng nghiên cứu[13][14] 17

Bảng 1.7 Phân bố diện tích đất trong khu vực nghiên cứu[13][14] 18

Bảng 1.8 Quy hoạch sử dụng đất trong khu vực nghiên cứu 19

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp các thông số chính trong hiệu chỉnh mô hình NAM 32

Bảng 3.2 Các thông số của mô hình FRASC 36

Bảng 3.3 Các thông số liên quan từng loại thảm phủ lưu vực Thác Mơ 50

Bảng 3.4 Trọng số thiessen tính mưa trung bình các tiểu lưu vực 52

Bảng 3.5Bộ thông số mô hình NAM từ hiệu chỉnh mô hình cho lưu vực Thác Mơ 57

Bảng 3.6Bộ thông số mô hình FRASC từ hiệu chỉnh mô hình cho lưu vực Thác Mơ 58

Bảng 3.7 Tiêu chuẩn đánh giá hai mô hình NAM và FRASC thời kì hiệu chuẩn (1982 – 1984) và kiểm định (1985 – 1987) cho lưu vực Thác Mơ 60

Bảng 4.1 Đặc trưng dòng chảy trung bình nhiều năm lưu vực nghiên cứu 66

Bảng 4.2 Lưu lượng dòng chảy TB năm tại Thác Mơ theo các tần suất thiết kế 71

Bảng 4.3 Lưu lượng dòng chảy TB mùa lũ tại Thác Mơ theo các tần suất thiết kế 71

Bảng 4.4 Lưu lượng dòng chảy TB mùa kiệt tại Thác Mơ theo các tần suất thiết kế 71

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1 Phạm vi không gian vùng nghiên cứu 8

Hình 1.1 Phân phối lượng mưa trung bình tháng lưu vực Thác Mơ thời kì 1981-2007 16

Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc của mô hình NAM 29

Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc mô hình FRASC 35

Hình 3.3 Phân bố sức chứa nước ứng suất trong lưu vực 38

Hình 3.4 The free water storage capacity distribution curve 42

Hình 3.5 Bản đồ thảm phủ đất UMD 1 km 50

Hình 3.6 Đa giác Thiessen được xác định bằng phần mềm MIKE BASIN 51

Hình 3.7 (a) Ảnh DEM gốc, và (b) DEM được lấp đầy của lưu vực Thác Mơ 53

Hình 3.8 (a) Hướng dòng chảy, và (b) Lũy tích dòng chảy tại lưu vực Thác Mơ 54

Hình 3.9 (a) Lưu vực, và (b) Mạng lưới sông của lưu vực Thác Mơ 55

Hình 3.10 Quá trình lũy tích dòng chảy thực đo và mô phỏng tại Thác Mơ thời kỳ hiệu chỉnh mô hình NAM 57

Hình 3.11 Quá trình lũy tích dòng chảy thực đo và mô phỏng tại Thác Mơ thời kỳ hiệu chỉnh mô hình FRASC 59

Hình 4.1 Quá trình lưu lượng ngày mô phỏng cửa ra Thác Mơ 65

Hình 4.2 Lưu lượng dòng chảy trung bình tháng tại lưu vực thác Mơ 67

Hình 4.3 Lưu lượng trung bình năm tại Thác Mơ thời kì 1981-2007 67

Hình 4.4 Lưu lượng trung bình mùa lũ tại Thác Mơ thời kì 1981-2007 68

Hình 4.5 Lưu lượng trung bình mùa kiệt tại Thác Mơ thời kì 1981-2007 69

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Nước là yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát triển môi trường sống Nước là một loại tài nguyên thiên nhiên quý giá và có hạn, là động lực chủ yếu chi phối mọi hoạt động dân sinh kinh tế của con người Nước được sử dụng cho nông nghiệp, phát điện, giao thông vận tải, chăn nuôi, thuỷ sản, cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, du lịch, cải tạo môi trường… Bởi vậy, tài nguyên nước có giá trị kinh tế và được coi là một hàng hoá[4]

Lưu vực Thác Mơ là một chi lưu của lưu vực sông Bé Là vùng đồi núi trung du nằm trong địa phận các tỉnh Đắc Nông và Bình Phước có độ cao từ vài chục đến hơn 1000 m (dữ liệu khai thác từ bản đồ cao độ số DEM 90 m x 90 m) Tài nguyên nước lưu vực sông Bé có tiềm năng rất dồi dào, phân tích thống kê tài liệu khí tượng thuỷ văn, lượng mưa trung bình lưu vực khoảng 2200 – 2700 mm/năm tăng dần từ hạ lưu lên thượng lưu với hệ số dòng chảy α = 0.55[28], là nguồn cung cấp nước chính cho phát triển kinh tế địa phương và cả khu vực hạ du

Về khai thác tài nguyên nước, trên lưu vực Thác Mơ có hệ thống thuỷ lợi, thuỷ điện Thác Mơ được thiết kế và đi vào vận hành từ năm 1994 trong tổng thể bốn bậc thang trên dòng sông Bé (từ thượng lưu tới hạ lưu): Thác Mơ, Cần Đơn,Srok Phu Miêng và Phước Hoà Hệ thống thuỷ điện, thuỷ lợi này đã và đang tạo một sản lượng điện lớn cho lưới điện quốc gia; cung cấp nước tưới, sinh hoạt, công nghiệp, cải tạo môi trường và phòng chống lũ góp phần quan trọng vào sự phát triển bền vững kinh tế xã hội khu vực Đông Nam Bộ, nơi được quy hoạch thành Vùng kinh tế Trọng điểm phía Nam (Southern Focal Economic Area – SFEA) Ngoài ra còn có các hồ chứa nhỏ được xây dựng nhằm thoả mãn nhu cầu nước cục bộ Do đó, dòng chảy tự nhiên trên hệ thống sông có sự thay đổi lớn

Đã có nhiều nghiên cứu về tài nguyên nước lưu vực sông Bé, đặc biệt trong những năm gần đây[12], [13], [15] Tuy nhiên, do việc khai thác nguồn nước như đã nêu ở trên cũng như do sự biến đổi khí hậu toàn cầu và thay đổi mặt đệm (phá rừng, chuyển đổi cơ cấu cây trồng) nên việc cập nhật nghiên cứu vẫn là vấn đề thời sự

Ngày nay, cùng với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, nhiều mô hình toán thuỷ văn

có thể mô phỏng khá tốt nguồn nước trên các lưu vực sông Nhiều phần mềm tính toán đã được xây dựng, kiểm tra trên thực tế và hiệu chỉnh nên đã cho kết quả gần phù hợp với thực tế Sự ra đời của các phần mềm mô phỏng này đã mở ra một kỹ nguyên mới cho việc dự báo và dự đoán nguồn nước các mô hình này đã trở thành một công cụ đắc lực, hỗ trợ rất nhiều trong việc tính toán nên việc đánh giá tài nguyên nước trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn

Tuy nhiên, mô hình toán không phải lúc nào hay mô hình nào cũng thích hợp cho bất cứ vùng nào; hay nói một cách khác rằng không có mô hình nào mang tính chất toàn cầu[27] Việc lựa chọn mô hình ứng dụng cho mỗi điều kiện nhất định cũng là một vấn đề khó khăn đối với các chuyên gia thuỷ văn Như vậy, việc nghiên cứu mô hình toán thuỷ văn ứng dụng đầy về lưu vực Thác Mơ để phát huy hiệu quả việc xây dựng công trình, tận dụng tối đa nguồn nước là việc làm cấp bách hiện nay

Qua phân tích ở trên, đề tài “So sánh ứng dụng mô hình thuỷ văn NAM và

FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” được đề xuất thực hiện

2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

2.1 Thế gới

Cách mạng số hoá bắt đầu với sự ra đời của máy tính trong những năm 1960 của thế

kỷ 20 Khả năng của máy tính từ đó tăng lên rất nhanh Cách mạng số còn thúc đẩy nhiều cuộc cách mạng khác, đó là mô phỏng số và mô phỏng thống kê Do đó, những thuận lợi về mô hình lưu vực đã ra đời và khởi nguyên là sự phát triển mô hình lưu vực Stanford (the Stanford Watershed Model – SWM) bởi Crawford và Linsley vào năm 1966[19]

Trong suốt những năm 1970 và 1980, một số mô hình toán học đã được phát triển Quả thực có sự gia tăng đáng kể về mô hình thuỷ văn từ đó, với việc đi sâu nghiên cứu về mô hình dựa trên quá trình vật lý như: SWMM (Storm Water Managerment Model), NWS (Nation Weather Service River Forecast Systerm), NAM model (Nedbor Afstromnings), TOP model, IHDM (Institute of Hydrology Distributed Model), Xinanjiang[27], SSARR (Streamflow Synthesis and Reservoir Regulation)[23]… tất cả những mô hình này đã và đang được cải tiến đáng kể SWM được cải tiến thành HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran) Xinanjiang được phát triểu thành FRASC (Flow-Routed Accumulation Sinmulation in a Catchment)[27] Ngày nay, sư phát triển các mô hình mới hay cải tiến mô hình trước đây vẫ đang diễn ra

Liên quan trực tiếp đến đề tài nghiên cứu, trên thế giới có một số nghiên cứu trong thời gian gần đây, điển hình như:

1 Phát triển các mô hình thuỷ văn – kinh tế để giải các bài toán về sự phân bố 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 ô nhiễm nước[21];

2 Ứng dụng MIKE BASIN xây dựng chiến lước quản lý tài nguyên nước lưu vực sông[17];

3 Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 11 NAM đánh giá mưa – dòng chảy lưu vực sông Layang;

4 Các nguồn tài nguyên nước và ô nhiễm của sông Kok lưu vực ở miền bắc Thái Lan và Myanmar đã được phân tích bằng cách sử dụng MIKE BASIN và LOAD

2.2 Trong nước

Ở Việt Nam, vấn đề ứng dụng mô hình toán trong quản lý tổng hợp lưu vực sông nói chung và quản lý tài nguyên nước nói riêng đã được nhiều tổ chức, nhiều cá nhân quan tâm nghiên cứu từ những năm 60, qua việc uỷ ban sông Mekong ứng dụng các mô hình như SSARR[23] (Rokwood D.M Vol 1- 1968) và mô hình toán triều của Hà Lan vào tính toán, dự báo dòng chảy sông Mekong Song, chỉ sau

ngày miền nam giải phóng (1975), đất nước thống nhất thì phương pháp này mới ngày càng thực sự trở thanh công cụ quan trọng trong tính toán, dự báo thuỷ văn ở nước ta

Liên quan trực tiếp đến đề tài nghiên cứu, trong nước có một số nghiên cứu trong thời gian gần đây, điển hình như:

1 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 môi trường nước lưu vực sông Đồng Nai”[8] do viện môi trường và tài nguyên chủ trì thực hiện giai đoạn 1999-

2000

2 Đề tài nghiên cứu thể nghiệm “Đánh giá tài nguyên nước mặt lưu vực sông

Lá Buông”[3] do viện Quy hoạch thuỷ lợi Nam bộ thực hiện từ tháng 3 năm

2006 Đề tài đã nghiên cứu một số vấn đề chính như sau:

• Sử dụng các công cụ nghiên cứu cần thiết (mô hình toán như mô hình mưa dòng chảy NAM, mô hình toán cân bằng nước MIKE BASIN, mô hình chất lượng nước MIKE BASIN – WQ, mô hình thuỷ lực MIKE 11,

mô hình lũ MIKE FLOOD) mô phỏng, phân tích, đánh giá tài nguyên nước mặt trên lưu vực;

• Dự báo nhu cầu sử dụng nước lưu vực theo các phương án phát triển;

• Xây dựng các giải pháp và phương án khai thác nguồn nước lưu vực;

• Xây dựng và đề xuất các giải pháp bảo vệ tài nguyên nước lưu vực

3 Đề tài cấp Nhà nước KC.08.04 “Nghiên cứu xây dựng mô hình quản lý tổng hợp tài nguyên và môi trường lưu vực sông Đà”[9] 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 sông Đà, xây dựng phương pháp luận và đề xuất 2 mô hình quản lý tổng hợp lưu vực sông Đà: Mở rộng mô hình quản lý quy hoạch lưu vực sông Hồng (mô hình pháp lý) và Mô hình quản lý tổng hợp tài nguyên và môi trường lưu vực sông 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”[2] do Trường Đại học Mỏ - Địa chất chủ trì và PGS.TS Đoàn 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.08.18/06-10 “Quản lý tổng hợp lưu vực và sử dụng hợp lý tài nguyên nước hệ thống sông Đồng Nai”[4] do PGS.TS Đỗ Tiến Lanh - Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam chủ trì 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 soát ô nhiễm tài nguyên nước lưu vực sông Đồng Nai

2.3 Thảo luận về mô hình toán trong nghiên cứu tài nguyên nước

Các mô hình toán thuỷ văn ngày càng tỏ ra có nhiều ứng dụng hiệu quả trong các lĩnh vực sản xuất và đời sống cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính và phương pháp tính, các mô hình ngày càng được hoàn thiện hơn và nâng cao độ chính xác, giải quyết hiệu quả các bài toán tính toán, dự báo, quy hoạch và quản lý tài nguyên nước Có thể phân làm hai lĩnh vực ứng dụng chính đó là ứng dụng trong dự báo tính toán thuỷ văn và trong tính toán thuỷ lợi

Mô hình toán được ứng dụng để giải quyết có hiệu quả các bài toán của thực tế Có mấy nội dung chính như sau:

2.3.1 Về quy hoạch hệ thống nguồn nước

Các mô hình cho phép mô phỏng hệ thống lưu vực với các phương án khác nhau, và

từ đó rút ra các kết luận về số các công trình cần xây dựng, vị trí công trình cũng như quy mô kích thước của nó trong hệ thống Hiệu quả mô hình được cân nhắc

trên tác động tổng hợp của các nhân tố trên lưu vực Mô hình toán cho phép xét đến tác động tổng hợp này, đồng thời nó cung cấp đầu vào cho các bài toán quy hoạch đáng tin cậy

2.3.2 Về điều hành hệ thống

Các công trình hoạt động trên lưu vực có liên hệ với nhau, vì vậy điều hành hệ thống nguồn nước là một bài toán tổng hợp phức tạp Mô hình toán cho phép xem xét đến các giải pháp cụ thể bằng cách phân tích chi tiết các khả năng nước đến, yêu cầu nước dùng, lợi ích kinh tế xã hội và khả năng đảm bảo của công trình Mô hình toán cũng đảm bảo dự báo khả năng nước đến, một đầu vào đặc biệt quan trọng để

có thể điều chỉnh biểu đồ điều phối, nâng cao hiệu quả hoạt động của công trình

Mô hình toán tất định cũng như ngẫu nhiên làm tăng độ chính xác dự báo phục vụ vận hành các công trình thuỷ lợi Nếu thực hiện việc nối mạng, thu thập và truy cập thông tin nhanh chóng thì hiệu quả điều hành hệ thống càng được nâng cao

2.3.3 Về quản lý lưu vực

Mô hình toán cho phép tính toán các nguồn nước của các lưu vực trong các điều kiện khai thác khác nhau, cũng như khi tác động của con người lên cảnh quan của lưu vực Về mặt này mô hình toán có thể thay thế cho mô hình vật lý, thay thế cho các bãi dòng chảy thực nghiệm tốn kém, làm sáng tỏ vai trò của các nhân tố địa vật

lý đến dòng chảy cũng như ảnh hưởng của dòng chảy đến các đặc trưng của lưu vực Từ các điều kiện khai thác của lưu vực, mô hình toán giúp cho việc dự báo tính toán các quá trình xói trên lưu vực, khả năng bồi lấp hồ chứa Từ đó xây dựng các phương án phòng chống có hiệu quả, bảo vệ lưu vực và tăng tuổi thọ công trình Trên cơ sở phân tính bằng mô hình toán, đề xuất các biện pháp xây dựng công trình đảm bảo khai thác lưu vực hợp lý và bền vững

Một lưu vực không chỉ nằm trong một nước mà thường bao gồm nhiều quốc gia Việc khai thác sử dụng của một nước phụ thuộc rất nhiều vào chủ quan của con người và các hoạt động của các quốc gia trên cùng lưu vực mô hình toán giúp ta

hưởng của từng hoạt động của từng quốc gia đến lưu vực Từ đó có sự hợp tác liên quốc gia lâu dài, có giải pháp phối hợp chung để khai thác lưu vực có lợi nhất, không làm ảnh hưởng lẫn nhau

Các mô hình toán còn là một công cụ rất thuận tiện để nghiên cứu thuỷ văn, nhất là đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến dòng chảy không thua kém gì các mô hình vật

lý Các lời giải từ mô hình có thể định hướng cho những công trình nghiên cứu có giá trị thực tế[7]

Tuy nhiên, như đã trình bày ở trên, mô hình toán không phải lúc nào hay mô hình nào cũng thích hợp cho bất cứ vùng nào Hay nói đúng hơn không có mô hình nào mang tính chất toàn cầu Như vậy, việc nghiên cứu thuỷ văn ứng dụng đầy đủ về lưu vực Thác Mơ để phát huy hiệu quả việc xây dựng công trình, tận dụng tối đa nguồn nước là việc làm cấp bách hiện nay

2.4 Đánh giá nhận xét

Nhìn chung, những công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã đạt được nhiều kết quả to lớn cả về cơ sở khoa học và ứng dụng thực tiễn Phương pháp mô hình toán được xem như là một công cụ quan trọng trong các nghiên cứu, đánh giá, quản

lý, phân bố và phát triển nguồn nước Tuy nhiên, ở Việt Nam việc ứng dụng mô hình toán trong nghiên cứu thuỷ văn còn nhiều hạn chế do thiếu về kinh phí, tài liệu đầu vào cho mô hình thường không liên tục, đủ dài và đồng nhất… Do vậy, việc ứng dụng mô hình toán thuỷ văn đối với điều kiện thực tế của Việt Nam cần được

mở rộng nghiên cứu ở các vùng địa lý khác nhau, để cung cấp công cụ trợ giúp cho các nhà quản lý, người làm công tác quy hoạch, xây dựng phương án, kế hoạch quản lý và sử dụng tài nguyên dễ dàng và hiệu quả hơn

3 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

3.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng mô hình thuỷ văn thích hợp cho lưu vực Thác Mơ, nơi mà tài nguyên nước đang được khai thác mạnh mẽ theo không gian cho các lĩnh vực khác

nhau từ đó mô phỏng dòng chảy và đánh giá tiềm năng nguồn nước phục vụ cho phát triển bền vững kinh tế xã hội vùng hưởng lợi

3.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong lưu vực Thác Mơ có toạ độ 11035’ –

12017’ vỹ độ Bắc và 107000’ – 107030’ kinh độ Đông, diện tích tự nhiên 2,215 km2 (hình 1)

Hình 1 Phạm vi không gian vùng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu cấu trúc, đặc điểm, chế độ thuỷ văn, tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ Tiến hành nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thích hợp cho lưu vực Thác Mơ

3.3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về điều kiện tự nhiên và KT – XH vùng nghiên cứu;

- Tổng hợp, phân tích tài liệu liên quan như: địa hình, địa chất, thảm thực vật,

- Nghiên cứu các mô hình toán thuỷ văn; đi sâu phân tích các mô hình đã ứng dụng nhiều và có hiệu quả trên thế giới và Việt Nam;

- Ứng dụng mô hình NAM và FRASC cho lưu vực Thác Mơ, từ đó đề xuất mô hình thích hợp trong các điều kiện khác nhau;

- Mô phỏng dòng chảy bằng mô hình thích hợp và đánh giá tiềm năng nguồn nước lưu vực Thác Mơ theo các tần suất thiết kế khác nhau (P = 5% - năm nhiều nước, P = 50% - năm nước trung bình và P = 90% - năm ít nước)

3.4 Phương pháp nghiên cứu

- Điều tra khảo sát thực địa, thu thập thông tin hiện trường;

- Phân tích thống kê: tổng hợp, phân tích tài liệu sẵn có và sử dụng xác suất thống kê để đánh giá và dự báo các hiện tượng cũng như các biến cố liên quan đến đối tượng nghiên cứu;

- Mô hình toán thuỷ văn: thu thập thông tin, phần mềm mô hình, thiết lập mô hình cho khu vực nghiên cứu và mô phỏng tài nguyên nước lưu vực và đánh giá hiệu quả mô hình;

- Phương pháp GIS (ArcView GIS, ArcGIS): biên tập bản đồ, tích hợp dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và cung cấp dữ liệu đầu vào cho mô hình toán, trình diễn kết quả chạy mô hình và kết quả nghiên cứu

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học

Luận văn ứng dụng kết hợp các công cụ mô hình toán (FRASC, NAM) với công nghệ GIS trong quản lý, để đưa ra được mô hình thích hợp để tính toán tài nguyên nước trên lưu vực Thác Mơ từ đó cung cấp thông tin cho các nhà quản lý, người làm công 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 Ngoài ra, phát triển và hoàn thiện mô hình toán, là công cụ hữu hiệu cho công tác nghiên cứu khoa học ngành nước và môi trường

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả so sánh hai mô hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ và phương pháp phân tích thống kê theo phân phối xác suất chuẩn, quản lý dữ liệu bằng công nghệ GIS là tài liệu đáng tin cậy góp phần tích cực vào hoàn thiện hệ thống công cụ hỗ trợ cho công tác quy hoạch, quản lý và sử dụng hiệu quả tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ theo nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ môi trường theo hướng phát triển bền vững

bằng, có mối quan hệ mật thiết với vành đai kinh tế phía Đông và Đông Nam

1.1.2 Địa hình

Lưu vực Thác Mơ nằm trong vùng chuyển tiếp địa hình núi và cao nguyên dãy Trường Sơn xuống vùng trung lưu Đông Nam Bộ; địa hình biến đổi rất đa dạng và phức tạp thuộc lưu vực sông Bé vừa có địa hình trung du vừa có địa hình dạng gò đồi bát úp lượn sóng xen kẹp thung lũng nhỏ hẹp và bàu trũng Có độ cao trung bình từ vài chục mét đến gần 1000 m (dữ liệu khai thác từ bản đồ cao độ số DEM

90 m x 90 m)

Địa hình núi cao tập trung ở phía Bắc và Đông Bắc thượng lưu thuộc các huyện Đắk R’Lấp, Tuy Đức (Đắc Nông), Bù Đăng, Phước Long (Bình Phước) và phần diện tích lưu vực thuộc Campuchia Đây là những dãy núi cuối phía Nam của Trường Sơn có cao độ khá cao và dốc Địa hình vùng này chia cắt mạnh bởi các sông suối và núi dốc Thảm thực vật trong vùng khá tốt chủ yếu là rừng tự nhiên Dạng địa hình này phù hợp với cây trồng công nghiệp dài ngày và rau màu Đây cũng là vùng có diện tích đất lâm nghiệp chiếm tỉ trọng lớn trong lưu vực sông Bé

và là nơi thuận lợi để bố trí các công trình khai thác tổng hợp (thủy năng và cấp nước) quy mô lớn Ngoài ra, địa hình có ảnh hưởng lớn đến việc khai thác và sử dụng nguồn nước, bảo vệ đất đặc biệt là xây dựng đồng ruộng phục vụ cho việc

canh tác có tưới cũng như cơ giới hóa lớn trong sản xuất nông nghiệp nhằm nâng cao năng suất và sản lượng cây trồng

1.1.3 Thổ nhưỡng

Vùng dự án có 5 nhóm đất và chi tiết thành 11 loại cho thấy tài nguyên đất trong vùng dự án khá phong phú, đa dạng về nguồn gốc từ đá mẹ cũng như quá trình phát sinh phong hoá và phát triển thành đất

Do phát triển địa lý, vận động của kiến tạo đặc trưng chung của các loại đất vùng dự

án là tầng dày đặc biệt là đất hình thành từ đá mẹ bazan tầng dày và khoáng sét cao chủ yếu nằm trên địa bàn bazan trẻ ở Lộc Ninh và Bình Long

Số lượng đất đáng quan tâm tới sản xuất nông nghiệp có 3 nhóm chính là: Đất đỏ vàng 559,818 ha chiếm 75,29% diện tích tự nhiên (chủ yếu là đất đỏ bazan); đất xám: 131.048ha chiếm 17,62% diện tích tự nhiên, đất dốc tụ: 25.389 ha chiếm 3,41% diện tích đất tự nhiên Các nhóm đất còn lại chỉ chiếm khoảng 3,68% diện tích tự nhiên

Địa bàn phân bố các loại đất thể hiện khá rõ: các loại đất thuỷ thành (phù sa dốc tụ…) phân bố dọc theo các suối và các thung lũng hẹp Đất đỏ và đất xám trên phù

sa cổ ở địa hình đối núi

1.1.4 Thảm thực vật

Thảm phủ, phân loại theo UDM 1 km Global Land Cover gồm: rừng lá rộng xanh hàng năm chiếm 5,71%, rừng lá kim rụng theo mùa (5,05%), rừng lá rộng rụng theo mùa (2,3%), 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%)

1.1.5 Hệ thống sông

Hệ thống sông suối trên lưu vực Thác Mơ bao gồm hai nhánh chính Đắk R’Lấp và Đak Glun hình thành từ vùng núi phía tây của vùng Nam Tây Nguyên (cao nguyên Xnaro) ở độ cao 600 – 800 m

1.1.6 Khí hậu

Lưu vực Thác Mơ nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, với khí hậu ôn hòa, ít chịu ảnh hưởng của thiên tai, có hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô Theo số liệu quan trắc tại trạm khí tượng Phước Long, nền nhiệt độ bình quân năm cao (25 – 260C) và chênh lệch giữa tháng nóng nhất và lạnh nhất không lớn (khoảng 4,20C), số giờ nắng trung bình từ 6 – 8 giờ/ngày, lưu vực có điều kiện thuận lợi để phát triển cây trồng nhiệt đới, đặc biệt là các cây công nghiệp có giá trị xuất khẩu cao như cao su, cà phê, điều… lưu vực có lượng mưa năm thuộc loại lớn Tuy nhiên, lượng mưa phân bố không đều trong năm, chủ yếu tập trung vào các tháng mùa mưa (từ tháng VI đến tháng X)

1.1.6.1 Nhiệt độ không 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 không lớn, song chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm thì khá lớn, khoảng 7 đến 9oC nhất là vào các tháng mùa khô Nhiệt độ cao nhất vào các tháng 4, 5 (từ 37,4 - 38,2oC) và thấp nhất vào tháng 12 là 13,4oC Nhiệt độ bình quân nhiều năm tại trạm Phước Long được thể hiện trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Nhiệt độ trung bình hàng tháng và cả năm của trạm Phước Long

Nhìn chung độ ẩm tăng cao vào các tháng mùa mưa và xuống thấp hơn về các tháng mùa khô Các tháng mùa mưa độ ẩm thường đạt trên 80%, các tháng mùa khô độ

ẩm biến đổi từ 60% - 70% Đặc trưng độ ẩm bình quân nhiều năm diễn biến theo tháng của trạm Phước Long được tổng hợp trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Độ ẩm không khí bình quân nhiều năm trạm Phước Long

1.1.6.4 Gió

Lưu vực Thác Mơ nằm trong vùng mang đặc trưng khí hậu nhiệt đới cận xích đạo gió mùa, có 2 mùa rõ rệt mùa mưa và mùa khô Mùa mưa, chịu ảnh hưởng chủ yếu của gió mùa Đông – Bắc ứng với không khí đã trở thành nhiệt đới hóa tương đối ổn định, một mùa Đông ấm áp và khô hạn Mùa khô, khu vực lại chịu ảnh hưởng trực tiếp của hai luồng gió mùa Tây Nam từ vịnh Bengan vào đầu mùa và từ Nam Thái Bình Dương vào giữa và cuối mùa Tốc độ gió bình quân (Vtb) biến đổi trong khoảng từ 1,6-2,3 m/s, có xu thế tăng dần khi ra biển và giảm dần khi vào sâu trong đất liền Tốc độ gió lớn nhất có thể đạt đến 20-25 m/s, xuất hiện trong bão và xoáy lốc Vận tốc gió trung bình tháng trong lưu vực Thác Mơ được trình bày chi tiết trong bảng 1.3, như sau:

Bảng 1.3 Các đặc trưng khí tượng trung bình tháng vùng nghiên cứu

Bảng 1.4 Phân bố lượng bốc hơi hàng năm bằng phương pháp Penman Monteith

có lượng mưa ít nhất là tháng 1, 2 (lần lượt 9, 13 mm) Lượng mưa trung bình tháng của lưu vực Thác Mơ được trình bày chi tiết trong bàng 1.6 và hình 1.2

Bảng 1.5 Lượng mưa trung bình tháng tại các trạm đo và trung bình lưu vực (mm)

- Lượng nước mặt khá dồi dào, phân bố khá đều trên toàn lưu vực;

- Tài nguyên đất đai phong phú, có nhiều loại đất tốt cho phát triển nông nghiệp như đất phù sa, đất đỏ vàng;

- Lưu vực thuộc phần địa hình đồi và cao nguyên, do vậy, vấn đề thiên tai ngập lụt tại đây ít xảy ra, khả năng tiêu thoát nước tốt

Lượng mưa trung bình tháng lưu vực Thác Mơ

1.2.2 Khó khăn

- Tuy lượng nước lưu vực Thác Mơ dồi dào nhưng chỉ tập trung vào mùa mưa,

do vậy vấn đề nước tưới cho nông nghiệp trong mùa khô là vấn đề nan giải;

- Lưu vực Thác Mơ là tiểu lưu vực của sông Bé nhưng đây là một phần lãnh thỗ phát triển kém của lưu vực Hệ thống cơ sở hạ tầng còn nghèo nàn, nền kinh tế còn lệ thuộc chủ yếu vào nông nghiệp, sức hút bên ngoài còn hạn chế;

- Dân cư thưa thớt và phân bố không tập trung, hoạt động sản xuất chủ yếu vẫn còn dựa vào kinh nghiệm;

- Do ảnh hưởng của sự chia cắt địa hình, tập quán sản xuất và nguồn nước tưới nên nền nông nghiệp trong địa bàn chưa đạt được sự phát triển tối ưu Vì vậy, cần có những nghiên cứu để định hướng phát triển hợp lý và khoa học;

- Một số khu vực đất nông nghiệp được mở rộng vào các chân đất có độ dốc lớn, chứa đựng nguy cơ bất ổn định trong sử dụng đất và bảo vệ môi trường

1.3 Điều kiện kinh tế xã hội trên lưu vực

1.3.1 Đặc điểm dân số

Lưu vực có trên 10 dân tộc nhưng đáng kể là người Kinh, Stiêng, Nùng, Tày, Khơ

Me, trong đó người Kinh chiếm 83,1 %, còn lại 16,9% là dân tộc thiểu số

Theo số liệu thống kê đến cuối năm 2006, dân số toàn khu vực là 140.800 người

Bảng 1.6 Hiện trạng dân số vùng nghiên cứu [13][14]

1.3.2 Tình hình kinh tế trong khu vực

Nông nghiệp là ngành kinh tế đặc biệt quan trọng, chiếm vị trí số một trong tổng thể kinh tế - xã hội của lưu vực với một số lý do sau:

- Về sử dụng tài nguyên: Nông nghiệp là ngành có tỷ lệ sử dụng các tài

nguyên cao nhất (quỹ đất dành cho sản xuất nông – lâm nghiệp chiếm đến 89,8%, và nguồn nhân lực:83,74%;

- Về kinh tế: Để duy trì tốc độ GDP bình quân giai đoạn 1997 -2006 đạt:

11,2% có vai trò đóng góp đặc biệt quan trọng của ngành nông lâm nghiệp chiếm tỷ trọng 60,6% GDP và tăng trưởng GDP bình quân 10,8% /năm Kinh

tế khu vực nông lâm nghiệp phát triển ổn định có ý nghĩa quyết định tăng trưởng kinh tế, ổn định đời sống, gìn giữ ổn định xã hội và đảm bảo tốt an ninh trật tự

Bảng 1.7 Phân bố diện tích đất trong khu vực nghiên cứu [13][14]

Tự nhiên Nông nghiệp Lâm nghiệp Loại khác

Đồng Phú Bình Phước 15 7 7 1 Phước Long Bình Phước 35,306 15,099 16,912 3,294

Bù Đăng Bình Phước 102,086 35,853 65,167 1,065 Tuy Đức Đăk Nông 74,466 16,562 51,032 6,871 Đăk RLấp Đăk Nông 7,361 4,965 1,866 530

Đất giành cho ngành lâm nghiệp rất lớn, nhưng diện tích đất có rừng không nhiều: Theo số liệu kiểm kê năm 2006, đất lâm nghiệp có 135.000 ha, chiếm 51,1% diện tích tự nhiên toàn lưu vực Trong đất rừng, rừng gỗ còn rất ít, phần nhiều là rừng tre nứa, rừng hỗn giao, rừng trồng và còn một diện tích khá lớn là đất đồi núi trọc

1.3.3 Phương hướng phát triển kinh tế xã hội theo các giai đoạn phát triển

Nông nghiệp: Mục tiêu phát triển nông nghiệp tỉnh Bình Phước từ nay đến năm

2010 là xây dựng nền nông nghiệp tăng trưởng liên tục và bền vững, tạo ra sản

chuẩn kỹ thuật phục vụ công nghiệp chế biến, đáp ứng tốt yêu cầu thị trường mang lại giá trị sản lượng, lợi nhuận và thu nhập cao, ổn định trên một đơn vị diện tích, cũng như một đơn vị sản phẩm

Công nghiệp: Phương hướng phát triển công nghiệp tỉnh Bình Phước từ nay đến

năm 2010 và xa hơn nữa là tập trung đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng, nhanh chóng hình thành một số khu, cụm, điểm công nghiệp về khai thác khoáng sản, sản xuất vật liệu xây dựng và qui mô lớn, đặc biệt là công nghiệp chế biến nông lâm sản Ngoài ra, chú trọng phát triển mạnh các cơ sở tiểu thủ công nghiệp, công nghiệp sơ chế, bảo quản sản phẩm qui hoạch… đưa tỉ trọng kinh tế công nghiệp lên 16% vào năm 2010

Bảng 1.8 Quy hoạch sử dụng đất trong khu vực nghiên cứu

Tự nhiên Nông nghiệp Lâm nghiệp Loại khác

Đồng Phú Bình Phước 15 9 4 1 Phước Long Bình Phước 35,306 20,348 10,405 4,553

Bù Đăng Bình Phước 102,086 48,317 41,403 12,366 Tuy Đức Đăk Nông 74,466 14,858 52,579 7,029 Đăk RLấp Đăk Nông 7,361 4,454 1,923 984

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH THỦY VĂN

2.1 Tổng quan về mô hình thủy văn

Thủy văn là một quá trình tự nhiên và phức tạp, chịu tác động của rất nhiều yếu tố thủy văn học là khoa học nghiên cứu về nước trên trái đất, cũng giống như nhiều ngành khoa học tự nhiên khác, quá trình nghiên cứu, phát triển của nó thường trải qua các giai đoạn:

- Quan sát hiện tượng, mô tả, ghi chép thời điểm xuất hiện;

- Thực nghiệm: lặp những điều đã xãy ra trong tự nhiên với quy mô thu nhỏ;

- Giải thích hiện tượng, phân tích rút ra quy luật kiểm tra mức độ phù hợp của quy luật với điều kiện thực tế, ứng dụng lợi ích của con người

Việc lặp lại các hiện tượng thủy văn trong phòng thí nghiệm có thể thực hiện bằng các mô hình vật lý (như: dụng cụ Lizimer đo bốc hơi và thấm, mô hình mưa nhân tạo và bãi dòng chảy để nghiên cứu sự hình thành dòng chảy, xói mòn bề mặt…) song chi phí cho xây dựng mô hình vật lý rất tốn kém Các mô hình vật lý thường chỉ phù hợp với không gian không quá lớn, ví dụ công trình đầu mối của một hệ thống thủy lợi, một đập tràn hoặc một cống ngầm, một đoạn sông… khi không gian

mở rộng hơn tới một vài hồ chứa, một vài trạm bơm hoặc môt hệ thống thủy nông… thì chi phí cho một mô hình vật lý tăng lên rất nhiều Cách giải quyết đầu tiên là chọn tỷ lệ thu nhỏ, cách giải quyết thứ hai là chọn tỷ lệ biến dạng Cả hai cách này đều làm giảm mức độ chính xác kết quả tính toán Ví dụ nghiên cứu hiện tượng nước lũ tràn qua đồng bằng Sông Cửu Long, diện tích ngập lụt lên tới 5 vạn

km2, chiều dài sông chính tới 433 km chiều rộng từ 400 m tới 2000 m, chiều sâu ngập nước có nơi lên tới 45 m nhưng có nơi không tới 0,5 m, rõ ràng không thể xây dựng mô hình vật lý cho không gian lớn như vậy dù có chọn tỷ lệ biến dạng nào thì

m/s trong sông và 0,05 m/s tràn qua đồng bằng Chưa kể khi thu nhỏ mô hình, làm giảm tốc độ dòng chảy sẽ chuyển chế độ chảy rối trong thực tế thành chảy tầng trên

mô hình làm sai lạc hẳn kết quả tính toán

Xuất phát từ những khó khăn đó việc sử dụng mô hình toán là cách lựa chọn có độ chính xác cao Hiện nay, mô hình toán thủy văn đang phát triểu rất nhanh chóng vì

có các ưu điểm sau:

- Phạm vi ứng dụng rộng rãi, đa dạng với rất nhiều dạng mô hình Mô hình toán rất phù hợp với không gian nghiên cứu rộng lớn như quy hoạch thoát lũ cho lưu vực sông, hệ thống sông, điều hành hệ thống công trình thủy lợi, quản

lý khai thác nguồn nước lưu vực sông…;

- Ứng dụng mô hình toán trong thủy văn giá thành rẻ hơn và cho kết quả nhanh hơn mô hình vật lý;

- Việc thay đổi phương án trong mô hình toán thực hiện rất nhanh

Mô hình toán thủy văn theo nghĩa rộng là cách mô tả các hiện tượng thủy văn bằng các biểu thức toán học Có rất nhiều loại mô hình toán khác nhau: loại mô tả sự hình thành dòng chảy trong sông, loại mô tả số lượng nước mặt, loại mô tả số lượng nước ngầm, loại mô tả hàm lượng bùn cát, loại mô tả chất lượng nước, loại mô phỏng cách quản lý lưu vực…

2.2 Phân loại mô hình thủy văn

Có nhiều cách phân loại mô hình tùy theo quan điểm và ý tưởng của người phân loại Một trong các cách phân loại là dựa trên cơ sở xem xét sự phân bố của các biến vào và ra hệ thống trong không gian, thời gian Mô hình toán thủy văn là mô hình miêu tả hệ thống dưới dạng toán học Sự vận hành của hệ thống được mô tả bằng một hệ phương trình liên kết giữa các biến vào, ra của hệ thống Các biến này có thẻ

là hàm của thời gian và không gian và cũng có thể là các biến ngẫu nhiên, không lấy giá trị xác định tại một điểm riêng biệt trong không gian, thời gian mà được mô tả bằng các phân bố xác suất Biểu thị tổng quát cho các biến như vậy là một trường

ngẫu nhiên, một vùng của không gian – thời gian, trong đó các biến tại những điểm khác nhau trong trường được xác định bởi phân bố xác suất

Xây dựng mô hình với các biến ngẫu nhiên phụ thuộc cả vào thời gian và không gian 3 chiều, đòi hỏi một khối lượng công việc khổng lồ Vì thế trong thực hành người ta xây dựng các mô hình giản hóa bằng cách bỏ qua một số nguồn biến đổi các mô hình thủy văn có thể phân loại theo các đường lối giản hóa được áp dụng Đối với một mô hình, người ta xem xét 3 quyết định cơ bản sau[7][11]:

- Các biển trong mô hình có là ngẫu nhiên không?

- Chúng biến đổi theo không gian như thế nào?

- Chúng biến đổi theo thời gian ra sao?

Ờ mức tổng quát có thể chia thành mô hình tất định và mô hình ngẫu nhiên Trong

mô hình tất định không xét đến tính ngẫu nhiên còn trong mô hình ngẫu nhiên, sản phẩm đầu ra ít nhiều mang đặc tính ngẫu nhiên Sau đây chúng ta phân tích chi tiết hơn từng loại mô hình

2.2.1 Mô hình tất định (Deterministic model)

Trong mô hình này người ta không xét đến tính ngẫu nhiên, các biến vào ra không mang tính ngẫu nhiên, không mang một phân bố xác suất nào cả Các đầu vào như nhau đi qua hệ thống sẽ cho ta cùng một sản phẩm đầu ra VenteChow (1964) có nêu định nghĩa “Nếu các cơ hội xảy ra của các biến của các biến của quá trình thủy văn được bỏ qua trong mô hình toán, mô hình coi như tuân theo quy luật tất định và

có thể gọi đó là mô hình tất định”[7] Mặc dù các hiện tượng thủy văn đều ít nhiều mang tính ngẫu nhiên, nhưng đôi khi mức độ biến đổi ngẫu nhiên của đầu ra có thể rất nhỏ so với sự biến đổi gây ra bởi các nhân tố đã biết trong trường hợp đó sử dụng mô hình tất định là thích hợp

Về ý nghĩa khái niệm tất định như trên biểu thị mối quan hệ nhân quả của mô hình toán thủy văn Việc mô tả hệ thống thủy văn thực hiện theo mô hình tất định gọi là

mô phỏng tất định (deterministic simulation) hệ thủy văn Thông qua mô phỏng các

các mô hình toán thủy văn có khả năng dần dần thể hiện và tiếp cận hệ thống, biểu đạt gần đúng quy luật của hệ thống Trong mô hình, hệ thống thủy văn luôn được coi là hệ thống kín, các biến vào ra thực tế là các quá trình biến đổi theo thời gian

và có thể đo đạc được Sử dụng mô hình có thể tính toán các quá trình ra (biến ra) theo các giá trị đo đạc được của quá trình vào (biến vào)

Những mô hình toán thủy văn tất định trong thực tế thường dùng để mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực, quá trình vận động nước trong sông Nó cho khả năng xem xét, đánh giá được những phản ứng của hệ thống khi cấu trúc bên trong thay đổi thí dụ như khi xây dựng các hồ chứa điều tiết hay trồng rừng, phá rừng thượng nguồn

2.2.2 Mô hình ngẫu nhiên (Stochastic model)

Trong mô hình ngẫu nhiên các kết quả đầu ra luôn mang tính ngẫu nhiên tức là luôn tuân theo một quy luật xác suất nào đấy Ta có thể nói mô hình tất định thực hiện một “dự báo” (forecast)[7], còn mô hình ngẫu nhiên thực hiện một “dự đoán” (prediction) Nếu tính biến đổi ngẫu nhiên của đầu ra lớn thì kết quả đầu ra có thể rất khác biệt với giá trị đơn nhất tính toán theo mô hình tất định Ví dụ ta có thể xây dựng các mô hình tất định với chất lượng tốt tại một điểm cho trước bằng các số liệu về cung cấp năng lượng và vận chuyển hơi nước, nhưng cũng với số liệu này ta không thể xây dựng được mô hình tin cậy về lượng mưa ngày càng lớn Vì vậy hầu hết các mô hình mưa ngày đều là ngẫu nhiên

Thực sự các quá trình thủy văn, trong đó có dòng chảy là một hiện tượng ngẫu nhiên dưới tác động của nhiều nhân tố Từng nhân tố đến lượt mình lại là hàm của rất nhiều nhân tố khác mà quy luật của nó, con người chưa thể nào mà tả đầy đủ được Cuối cùng các quá trình thủy văn lại là sự tổ hợp của vô vàn các mối quan hệ phức tạp, biểu hiện là một hiện tượng ngẫu nhiên và được mô tả bằng một mô hình ngẫu nhiên Với quan điểm cho rằng dòng chảy là một quá trình ngẫu nhiên, trong cấu trúc mô hình ngẫu nhiên không hề có các nhân tố hình thành dòng chảy và nguyên liệu để xây dựng mô hình chính là bản thân số liệu chuỗi dòng chảy trong quá khứ Vì vậy chuỗi số liệu phải đủ dài để bộc lộ hết đặc tính của nó Lớp này

không quan tâm đến các nhân tố tác động đến quá trình thủy văn mà chỉ xem xét khả năng diễn biến của bản thân quá trình đó, và chủ yếu là sản sinh ra những thể hiện mới đầy đủ hơn của một quá trình ngẫu nhiên Ngày nay lĩnh vực này tách ra thành một chuyên ngành riêng dưới tên gọi là “thủy văn ngẫu nhiên”

Trong thời gian gần đây người ta xem xét đưa vào các mô hình tất định các thành phần ngẫu nhiên và hình thành lớp mô hình tất định – ngẫu nhiên Việc đưa tính ngẫu nhiên vào mô hình tất định diễn ra theo 3 hướng sau:

- Xét sai số tình toán như một quá trình ngẫu nhiên và trở thành một thành phần trong mô hình;

- Sử dụng các mô tả xác suất cho các hàm vào;

- Xét quy luật phân bố không gian của các tác động khí tượng – thủy văn dưới dạng hàm phân bố xác suất

Ví tính phức tạp của vấn đề, lớp mô hình này chỉ ở giai đoạn đầu nghiên cứu

2.3 Tiêu chuẩn lựa chọn mô hình

Hiện nay, có rất nhiều dạng mô hình toán trong lĩnh vực thủy văn, việc ứng dụng

mô hình này hay mô hình kia phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Để chọn mô hình ứng dụng cho vùng nghiên cứu ta có thể dựa vào các cơ sở sau:

- Dựa vào nhiệm vụ của bài toán đặt ra;

- Dựa vào cơ sở tài liệu của đối tượng nghiên cứu;

- Dựa vào đặc điểm địa hình, địa chất khu vực nghiên cứu;

- Dựa vào kinh nghiệm của người sử dụng mô hình

Có đề xuất các tiêu chí sử dụng để lựa chọn giữa các mô hình thay thế trong vấn đề cấu trúc mô hình và đầu vào/đầu ra như sau[27]:

- Khái niệm của quy trình chính: mô hình phải phản ánh đúng chất “ý tưởng”

về các tiến trình chính, tức là chúng phải thể hiện có cơ sở, lý thuyết cơ bản của các quá trình thay vì liên kết những kinh nghiệm đơn giản

- Độ chính xác của dự đoán: tính chính xác của dự báo kết quả đầu ra hệ thống

thống kê lỗi được biết và tính không chắc chắn mô hình được định lượng rõ rang Mô hình với hệ số thặng dư tối thiểu (BIAS) và phương sai lỗi sẽ được xem xét kỹ Điều này có nghĩa cấu trúc mô hình có chất lượng cũng như dữ liệu đầu vào chính xác

- Tính đơn giản của mô hình: đây là số của các biến và các thông số phải được ước tính cho một mô tả hoàn toàn của các quá trình và các đầu vào mô hình

có thể thu được dễ dàng, hiều các tham số và đầu ra có thể thu được dễ dàng, hiểu các tham số và đầu ra có thể được giải thích

- Tính nhất quán của các thông số ước tính: đây là một yếu tố quan trọng cần xem xét trong việc phát triển mô hình khái niệm bằng cách sử dụng các thông

số được ước tính bằng các kỹ thuật tối ưu hóa Nếu các giá trị tối ưu của các tham số nhạy cảm với chuổi thời gian được sử dụng, hoặc nếu khác nhau giữa các lưu vực tương tự, mô hình có khả năng là ít đáng tin cậy Tính nhất quán của các thông số ước tính cũng ngụ ý rằng người sử dụng mô hình khác nhau nên có giá trị nhất quán của các thông số, trên thực tế hoặc hiệu chuẩn các bài tập

- Độ nhạy của các kết quả để thay đổi trong giá trị tham số: các mô hình không nên nhạy cảm cao với những biến số đầu ra là khó đo lường

- Các giả định: mô hình nên có phần tối thiểu của các giả định để giới hạn và

độ nhạy của các thông số và để phù hợp với các giả định, các nhà phát triển

mô hình không nên cường điệu phạm vi và tính ứng dụng của mô hình

- Tiềm năng của việc cải tiến: mô hình phải được cấu trúc một cách đơn giản

để dể dàng phát triển hoặc them vào các modun mới

2.4 Tiêu chuẩn đánh giá mô hình mô phỏng

Phương pháp thống kê được dùng để định lượng sai khác giữa chuỗi số liệu tính toán và thực đo và đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình Trong luận văn này,

ba phương pháp thống kê được sử dụng để đánh giá độ tin cậy mô phỏng của mô hình tại các vị trí có tài liệu thực đo trong lưu vực Thác Mơ gồm:

O P

BIAS

1

1 1

Hệ số hiệu quả mô hình:

N

i

O O

O P O

O R

1

2

2 2

2

)(

)(

)(

Hệ sô tương quan Person:

P

O O P P r

1

2 1

2

1

)(

)(

))(

(

Trong đó N là độ dài số liệu quan trắc, Oi là giá trị số liệu quan trắc thứ i, Pi số liệu tính toán thứ i, và O và P là bình quân số liệu quan trắc và tính toán (i = 1 đến N) Ngoài các phương pháp thống kê, độ tin cậy của mô hình cũng được đánh giá việc

so sánh trên biểu đồ chuỗi số liệu tính toán và thực đo

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN THỦY VĂN

THÍCH HỢP CHO LƯU VỰC THÁC MƠ

ra

Đối với mô hình Nam, đây là mô hình thủy văn khái niệm toàn cục, diễn toán lượng

ẩm theo bốn bể chứa liên hoàn Mô hình nam ban đầu do đại học kỹ thuật đan mạch xây dựng và tiếp tục được viện thủy lực đan mạch (DHI) nâng cấp và ứng dụng cho rất nhiều dự án kỹ thuật thủy văn ở nhiều vùng khí hậu khác nhau trên thế giới hơn nữa, nam được chuyển giao cho trên 100 tổ chức trên thế giới kèm theo bộ mô hình thủy động lực học sông kênh MIKE 11 (DHI, 2004a) Mô hình Nam được ứng dụng khá thành công ở việt nam như trên các lưu vực Sài Gòn- Đồng Nai, ở Tây Nguyên (SIWRR, 2006), ở lưu vực sông Vũ Gia-Thu Bồn (SWECO Internation, 2006)…

Mô hình FRASC là mô hình khái niệm, được phát triển từ mô hình XINANJIANG kết hợp với công nghệ GIS được đánh giá tốt hơn, chính xác với lưu lượng thực đo

và mô phỏng trong từng trường hợp Mô hình này được sử dụng rất thành công và phổ biến ở Trung Quốc tại Việt Nam mô hình này được ứng dụng lần đầu tiên và được đánh giá khá tốt ở khu vực Nông Sơn thuộc lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn

Mô tả mô hình NAM và FRASC được trình bày tương ứng trong mục 3.2 và mục 3.3

Đánh giá sự phù hợp và so sánh hai mô hình NAM và FRASC để mô phỏng tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ để quyết định lựa chọn một mô hình cho việc đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ trong bước tiếp theo của nghiên cứu này

3.2 Mô hình NAM

3.2.1 Khái quát về mô hình NAM

Mô hình thủy văn NAM mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy mặt xảy ra trong phạm vi lưu vực sông NAM là từ viết tắt của tiếng Đan Mạch “Nedbor-Afstromnings-Model”, có nghĩa là mô hình giáng thủy dòng chảy NAM hình thành nên một phần Môđun mưa – dòng chảy (RR – Rainfall Runoff) của bộ mô hình MIKE11

Môđun mưa – dòng chảy (RR) có thể áp dụng độc lập hoặc sử dụng để trình bày một hoặc nhiều lưu vực tham gia, tạo ra dòng chảy bổ sung vào mạng lưới sông Theo cách này thì việc thực hiện xử lý một lưu vực sông nhỏ riêng lẻ hoặc xử lý một lưu vực sông lớn có chứa nhiều lưu vực sông nhỏ và một mạng lưới sông ngòi phức tạp trong một khung công việc lập mô hình đều có thể thực hiện

3.2.2 Cấu trúc mô hình

Cấu trúc mô hình NAM được thể hiện trong hình 3.1, nó mô phỏng các tầng chứa nước trong chu trình thủy văn NAM mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy bằng việc tính toán liên tục lượng nước trong bốn bể chứa có quan hệ với nhau mà chúng diển 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 dòng chảy cũng như thông tin về các thành phàn của tầng đất trong chu trình thủy văn, như sự biến đổi theo thời gian của lượng bốc hơi nước, lượng ẩm của đất, quá trình thấm vào nước ngầm, mực nước ngầm… kết quả dòng chảy lưu vực được tách ra thành dòng chảy mặt, dòng chảy sát mặt và dòng ngầm