tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông thạch hãn tỉnh quảng trị

Luận văn thạc sĩ khoa học Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông thạch hãn tỉnh quảng trị "... Đại học quốc gia Hà Nội Trường đại học khoa học tự nhiên Ngô chí tuấn tính toán

Luận văn thạc sĩ khoa học

Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông thạch

hãn tỉnh quảng trị "

Đại học quốc gia Hà Nội Trường đại học khoa học tự nhiên

Ngô chí tuấn

tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông thạch hãn tỉnh quảng trị

Luận văn thạc sĩ khoa học

Đại học quốc gia Hà Nội Trường đại học khoa học tự nhiên

Ngô chí tuấn

tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông thạch hãn tỉnh quảng trị

Chuyên ngành: thủy văn học

Mã số: 60.44.90

Luận văn thạc sĩ khoa học

Người hướng dẫn khoa học:

TS Trần ngọc anh

Hà Nội – 2009

Mục Lục

Danh mục chữ viết tắt 5

Danh mục bảng biểu 6

Danh mục hình vẽ 8

Mở đầu 9

Chương 1 Đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội lưu vực sông Thạch Hãn 10

1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 10

1.1.1 Vị trí địa lý 10

1.1.2 Địa hình và địa mạo 11

1.1.3 Địa chất và thổ nhưỡng 12

1.1.4 Thảm thực vật 13

1.1.5 Khí hậu 14

1.1.6 Thuỷ văn 18

1.2 Tình hình phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực sông Thạch Hãn 21 1.2.1 Dân số 21

1.2.2 Cơ cấu kinh tế 22

Chương 2 Cân bằng nước hệ thống và giới thiệu mô hình mike basin 26

2.1 Khái niệm về hệ thống nguồn nước và cân bằng nước hệ thống 26

2.1.1 Hệ thống nguồn nước 26

2.1.2 Khái niệm cân bằng nước hệ thống 27

2.1.3 Phương pháp tính toán cân bằng nước hệ thống 27

2.1.4 Tình hình nghiên cứu cân bằng nước hệ thống ở Việt Nam 32

2.2 các mô hình toán cân bằng nước 34

2.2.1 Hệ thống mô hình GIBSI [25, 31] 35

2.2.2 Chương trình Sử dụng nước (Water Utilization Project) [25, 31] 36 2.2.3 Mô hình BASINS [25, 31] 36

2.2.4 Mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước WEAP[25, 31] 38

2.2.5 Bộ mô hình MIKE (DHI) [25, 31, 34] 39

3.2 Cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn bằng mô hình MIKE

BASIN 50

3.2.1 Phân vùng tính cân bằng nước 51

3.2.2 Tính toán dòng chảy đến tại các tiểu vùng 57

3.2.3 Tính toán nhu cầu dùng nước cho các ngành tại các tiểu vùng 58

3.2.4 Tính toán hiện trạng cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn 75

3.2.5 Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn theo quy hoạch đến 2010 86

Kết luận 88

Kiến nghị 91

Tài liệu tham khảo 92

Phụ lục 95

Phụ lục 1 số liệu khí tượng trạm đông hà, khe sanh 96

PL1.1 Số liệu khí tượng trạm Đông Hà 96

PL1.2 Số liệu khí tượng trạm Khe Sanh 96

PL1.3 Lượng mưa tháng tại trạm Đông Hà (Đơn vị mm) 97

PL1.4 Lượng mưa tháng tại trạm Khe Sanh (Đơn vị mm) 98

Phụ lục 2 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước tại các khu trên lưu vực sông Thạch Hãn năm 2007 99

Phụ lục 3 Bảng tổng hợp kết quả tính cân bằng nước cho các khu trên lưu vực sông Thạch Hãn 103

Danh mục chữ viết tắt

CROPWAT Mô hình tính nhu cầu tưới của cây trồng theo chỉ tiêu sinh thái

GIBSI Bộ mô hình tổng hợp của Canađa (Gestion Intộgrộe des Bassins versants

à l'aide d'un Systốme Informatisộ) IQQM Mô hình mô phòng nguồn nước

ISIS Mô hình thuỷ động lực học (Interactive Spectral Interpretation System)

MIKE Bộ mô hình thuỷ lực và thuỷ văn lưu vực của Viện Thuỷ lực Đan Mạch NAM Mô hình dòng chảy của Đan Mạch (Nedbứr-Afrstrứmnings-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

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

GTT, BVMT Giao thông thủy, bảo vệ môi trường

Danh mục bảng biểu

Bảng 1.1 Diễn biến tài nguyên rừng ở Quảng Trị và hiệu quả 13

Bảng 1.2 Chuẩn mưa năm và sai số quân phương tương đối tính chuẩn mưa năm 14

của các trạm trên lưu vực sông Thạch Hãn 14

Bảng 1.3 Các cực trị của lượng mưa năm trong thời kỳ quan trắc (1977 - 2004) 15

Bảng 1.4 Kết quả phân mùa mưa - khô trong tỉnh Quảng Trị 15

Bảng 1.5 Phân phối mưa năm theo tháng tại các trạm đo mưa trên lưu vực sông Thạch Hãn 16

Bảng 1.6 Nhiệt độ bình quân tháng tại trạm Đông Hà 16

Bảng 1.7 Độ ẩm tương đối trạm Đông Hà (%) 16

Bảng 1.8 Bốc hơi bình quân tháng trạm Đông Hà 17

Bảng 1.9 Số giờ nắng trạm Đông Hà 17

Bảng 1.10 Đặc trưng hình thái sông trong vùng nghiên cứu 18

Bảng 1.11 Kết quả phân mùa dòng chảy lưu vực sông Thạch Hãn 19

Bảng 1.12 Phân phối dòng chảy năm theo tháng lưu vực sông Thạch Hãn 20

Bảng 1.13 Trữ lượng nước hồ, đập trên lưu vực sông Thạch Hãn 21

Bảng 1.14 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Thạch Hãn 21 Bảng 1.15 Diện tích, năng suất, sản lượng một số cây trồng chính trên lưu vực 22

Bảng 1.16 Số lượng gia súc và gia cầm trên lưu vực như sau 22

Bảng 1.17 Sản lượng thủy sản chủ yếu 22

Bảng 3.1 Kết quả tính toán lưu lượng trung bình tháng, năm 58

Bảng 3.2 Định mức dùng nước sinh hoạt 59

Bảng 3.3 Định mức dùng nước trong chăn nuôi 59

Bảng 3.4 Định mức dùng nước trong công nghiệp chủ chốt (các cơ sở lớn) 59 Bảng 3.5 Định mức dùng nước trong nông nghiệp 60

Bảng 3.6 Hiện trạng dân số trong các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thạch Hãn 60

Bảng 3.7 Nhu cầu sinh hoạt trong các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thạch Hãn 61

Bảng 3.8 Số liệu mưa đầu vào cho mô hình 64

Bảng 3.9 Thông tin cơ bản về trạm 65

Bảng 3.10 Nhu cầu dùng nước cho các loại cây trồng trong khu CI1 65

Bảng 3.11 Nhu cầu nước cho tưới trong các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thạch Hãn 65

Bảng 3.12 Hiện trạng chăn nuôi trên các tiểu khu trên lưu vực sông Thạch Hãn 66

Bảng 3.13 Nhu cầu dùng nước cho chăn nuôi trong các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thạch Hãn 67

Bảng 3.14 Thống kê và nhu cầu nước cho công nghiệp chủ chốt trên các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thực Hãn 67

Bảng 3.15 Nhu cầu dùng nước cho công nghiệp trong các khuthuộc lưu vực

sông Thạch Hãn 68

Bảng 3.16 Diện tích nuôi trồng thủy sản trong các khu thuộc lưu vực sông Thạch Hãn 69

Bảng 3.17 Nhu cầu nước cho thủy sản trong các khu thuộc lưu vực sông Thạch Hãn 69

Bảng 3.18 Nhu cầu nước cho giao thông thủy và bảo vệ môi trường trong khu thuộc lưu vực sông Thạch Hãn 70

Bảng 3.19 Nhu cầu nước cho thương mại, dịch vụ và du lịch trong các khu thuộc lưu vực sông Thạch Hãn 70

Bảng 3.20 Nhu cầu nước cho các hoạt động đô thị trong các khuthuộc lưu vực sông Thạch Hãn 71

Bảng 3.21 Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước tại các khuthuộc lưu vực sông Thạch Hãn năm 2007 71

Bảng 3.22 Tổng hợp nhu cầu nước dùng năm 2007 và lượng nước đến trung bình nhiều năm trên lưu vực sông Thạch Hãn 72

Bảng 3.23 Nhu cầu nước và cơ cấu nhu cầu nước của các hộ dùng nước chủ yếu trên lưu vực sông Thạch Hãn 73

Bảng 3.24 Tập hợp hiện trạng công trình tưới tỉnh Quảng Trị 76

Bảng 3.25 Các thông số công trình thủy lợi hồ Khe Mây 76

Bảng 3.26 Các thông số công trình thủy lợi hồ ái Tử 77

Bảng 3.27 Các thông số công trình thủy lợi hồ Nghĩa Hy 78

Bảng 3.28 Các thông số cơ bản của công trình Rào Quán 80

Bảng 3.29 Các thông số thiết kế hồ Rào Quán 81

Bảng 3.30 Nhu cầu tưới cho khu vực Nam Thạch Hãn 82

Bảng 3.31 Bảng tổng hợp kết quả tính cân bằng nước cho khu CI1 trênlưu vực sông Thạch Hãn 83

Bảng 3.32 Kết quả tính nhu cầu tưới cho 16.969 ha công trình Nam Thạch Hãn 83

Bảng 3.33 Tổng hợp lượng nước thiếu các khu trên lưu vực sông Thạch Hãn 83

Bảng 3.34 Danh mục công trình trên lưu vực sông Thạch Hãn 87

Bảng 3.35 Bảng tổng hợp kết quả tính cân bằng nước cho các khu CII2, CII3, CIII1 trên lưu vực sông Thạch Hãn 87

Bảng 3.36 Kết quả cân bằng cho khu vực CIV1 87

Danh mục hình vẽ

Hình 1.1 Sơ đồ lưu vực sông Thạch Hãn 10 Hình 1.2 Sơ đồ mạng lưới sông suối và lưới trạm khí tượng thủy văn trênlưu

vực sông Thạch Hãn 19

Hình 2.1 Sơ đồ phân tích hệ thống 31 Hình 3.1 Sơ đồ phân khu cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn tỉnh Quảng

Trị 54

Hình 3.2 Cấu trúc hệ thống của mô hình mưa - dòng chảy phi tuyến 58 Hình 3.3 Sơ đồ làm việc của mô hình CROPWAT 63 Hình 3.4 Biểu đồ phân bố cơ cấu dùng nước của các hộ dùng nước trên lưu

vực 73

Hình 3.5 Biểu đồ so sánh giữa lượng nước đến và lượng nước dùng của các

khutrên lưu vực sông Thạch Hãn tỉnh Quảng Trị 74

Hình 3.6 Sơ đồ tổng quát cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn 75 Hình 3.7 Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn 82

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Sông Thạch Hãn là con sông lớn nhất của tỉnh, với diện tích 2660 km2 lưu vực sông Thạch Hãn chiếm tới 56% diện tích tỉnh Quảng Trị Có nhiều đề tài nghiên cứu về tài nguyên nước tỉnh Quảng Trị nhưng chưa có nghiên cứu về cân bằng nước

hệ thống lưu vực Chính vì vậy, việc sử dụng tài nguyên nước trên lưu vực sông Thạch Hãn còn tồn tại những vấn đề sau :

- Nguồn nước đang được khai thác và sử dụng cho những mục đích riêng rẽ, gây lãng phí và kém hiệu quả Việc phân bổ nguồn nước cũng chưa hợp lý, chưa đáp ứng mục tiêu cho các hộ dùng nước

- Dấu hiệu khan hiếm nước ngày càng cao (lượng nước suy giảm về mùa kiệt, mặn xâm nhập sâu vào nội đồng, ô nhiễm nước thải và chất thải tăng v.v…)

- 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 v.v… cũng gây tác động rất lớn đến nguồn nước

Do vậy, việc Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn

là một vấn đề cần được triển khai nghiên cứu một cách hệ thống

2 Cấu trúc luận văn

Luận văn có 3 chương cùng với mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục:

Chương 1: Đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội lưu vực sông Thạch Hãn

Chương 2: Cân bằng nước hệ thống và giới thiệu mô hình MIKE BASIN

Chương 3: áp dụng mô hình MIKE BASIN tính toán cân bằng nước hệ thống lưu

vực sông Thạch Hãn

Luận văn được hoàn thành tại Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học,

Chương 1

Đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội lưu vực sông

Thạch Hãn

1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

Lưu vực Sông Thạch Hãn nằm trong phạm vi từ 16 018 đến 16054’ vĩ độ Bắc

và từ 106036’ đến 107018’ kinh độ Đông Phía đông giáp Biển Đông, phía tây giáp

lưu vực sông Sê Pôn phía nam giáp lưu vực sông Ô Lâu và tỉnh Thừa Thiên Huế,

phía bắc giáp lưu vực sông Bến Hải

Hình 1.1.Sơ đồ lưu vực sông Thạch Hãn

Sông Thạch Hãn bắt nguồn từ dãy Trường Sơn, có chiều dài 150 km Dòng

chính Thạch Hãn, đoạn thượng nguồn (sông Đakrông) chảy quanh dãy núi Da Ban,

khi về tới Ba Lòng sông chuyển hướng Đông Bắc và đổ ra biển tại cửa Việt với diện

tích lưu vực 2660 km2 (hình 1.1) Đặc điểm các sông của tỉnh Quảng Trị nói chung Formatted: English (U.S.)

Comment [A1]: Tô màu dòng chính

Deleted:

và sông Thạch Hãn nói riêng là: lòng sông dốc, chiều rộng sông hẹp, đáy sông cắt sâu vào địa hình, phần đồng bằng hạ du lòng sông mở rộng, có chịu ảnh hưởng của thuỷ triều [22, 30, 32]

1.1.2 Địa hình và địa mạo

Lưu vực sông Thạch Hãn có thể phân chia thành các vùng địa hình như sau: vùng cát ven biển, vùng đồng bằng, vùng núi thấp và đồi, vùng núi cao [15, 24]

- Vùng cát ven biển chạy dọc từ cửa Tùng đến bãi biển Mỹ Thuỷ theo dạng

cồn cát Chiều rộng cồn cát nơi rộng nhất tới 3 - 4 km, dài đến 35 km Dốc về 2 phía: đồng bằng và biển, cao độ bình quân của các cồn cát từ 4 đến 6m Vùng cát có lớp phủ thực vật nghèo nàn Cát ở đây di chuyển theo các dạng cát chảy theo dòng nước mưa, cát bay theo gió lốc, cát di chuyển theo dạng nhảy do mưa đào bới và gió chuyển đi; dạng cồn cát này có nguy cơ di chuyển chiếm chỗ của đồng bằng

- Vùng đồng bằng ở đây là các thung lũng sâu kẹp giữa các dải đồi thấp và

cồn cát hình thành trên các cấu trúc uốn nếp của dãy Trường Sơn, có nguồn gốc mài mòn và bồi tụ ở đây có các vùng đồng bằng rộng lớn như:

+ Đồng bằng dọc sông Cánh Hòm: là dải đồng bằng hẹp chạy từ phía Nam cầu Hiền Lương tới bờ Bắc sông Thạch Hãn, thế dốc của dải đồng bằng này là từ 2 phía Tây và Đông dồn vào sông Cánh Hòm Cao độ bình quân dạng địa hình này từ +0,5  1,5m Dạng địa hình này cũng đã được cải tạo để gieo trồng lúa nước

+ Đồng bằng hạ du sông Vĩnh Phước và đồng bằng Cam Lộ: dạng địa hình bằng phẳng, tập trung ở Triệu ái, Triệu Thượng (Vĩnh Phước) Cao độ bình quân dạng địa hình này từ 1,0  3,0m Đây là cánh đồng rộng lớn của Triệu Phong và thị xã Đông Hà Địa hình đồng bằng có cao độ bình quân từ 2,0  4,0m, dải đồng bằng này hẹp chạy theo hướng Tây - Đông, kẹp 2 bên là các dãy đồi thấp

- Vùng núi cao xen kẽ các cụm đá vôi được hình thành do quá trình tạo sơn

xảy ra vào đầu đại mêzôzôi tạo nên dãy Trường Sơn Dạng này phân bố phía Tây, giáp theo biên giới Việt - Lào theo hướng Tây Bắc – Đông Nam với bậc địa hình từ

1000 - 1700 m với bề mặt bị xâm thực và chia cắt mạnh Địa hình này thích hợp cho cây lâm nghiệp và rừng phòng hộ đầu nguồn

1.1.3 Địa chất và thổ nhưỡng

a Địa chất

Trên lưu vực sông Thạch Hãn, nhìn chung địa tầng phát triển không liên tục, các trầm tích từ Paleozoi hạ tới Kainozoi trong đó trầm tích Paleozoi chiếm chủ yếu, gồm 9 phân vị địa tầng, còn lại 6 phân vị thuộc Meôzoi và Kainozoi Các thành tạo xâm nhập phân bố rải rác, song chủ yếu ở phần Tây Nam với diện tích gần 400 km2, thuộc các hệ Trà Bồng, Bến Giàng - Quế Sơn và các đá mạch không phân chia Phức

hệ Trà Bồng nằm trên vùng Làng Xoa (Hướng Hoá) với lộ diện 120 km2, khối có dạng kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam nằm dọc đứt gẫy Đakrông - A Lưới Phức hệ Bến Giàng - Quế Sơn nằm dọc theo dải núi và vùng Vít Thu Lu gồm các khối Tam Kỳ, Ta Băm và động Voi Mẹp Địa chất trong vùng có những đứt gãy chạy theo hướng từ đỉnh Trường Sơn ra biển tạo thành các rạch sông chính cắt theo phương Tây - Đông Tầng đá gốc ở đây nằm sâu, tầng phủ dày Phần thềm lục địa

được thành tạo từ trầm tích sông biển và sự di đẩy của dòng biển tạo thành.[15]

b Thổ nhưỡng

Lưu vực sông Thạch Hãn có thể được phân chia thành các vùng thổ nhưỡng:

vùng đồng bằng ven biển, vùng gò đồi, vùng đồi núi dãy Trường Sơn [15, 24]

- Vùng đồng bằng ven biển phân bố dọc bờ biển, địa hình đụn cát có dạng

lượn sóng, độ dốc nghiêng ra biển Dạng trầm tích biển được hình thành từ kỷ Q.IV Cát trắng chiếm ưu thế, tầng dưới cùng bước đầu có tích tụ sắt, chuyển sang màu nâu hơi đỏ Lớp vỏ phong hoá khá dày, thành phần cơ giới trên 97% là cát

- Vùng gò đồi: hầu hết có dạng địa hình đồi thấp, một số dạng thung lũng

sông thuộc địa phận huyện Gio Linh, Cam Lộ trên vỏ phong hoá Mazma Nhiều nơi hình thành đất trống, đồi trọc Thực vật chủ yếu là cây dạng lùm bụi, cây có gai Đất

đai ở những nơi không có cây bị rửa trôi khá mạnh Đá xuất lộ lên bề mặt tạo nên dòng chảy mạnh gây ra xói lở