TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC HỒ CHỨA HỘI SƠN PHỤC VỤ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tính cấp thiết của đề tài Hàng năm, Bình Định thường xuyên bị tác động trực tiếp nhiều loại thiên tai như: bão, áp thấp nhiệt đới, lũ, lụt, nắng nóng, hạn hán, xâm nhập mặn, sạt lở đất…

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG

Phản biện 1: TS HOÀNG NGỌC TUẤN

Phản biện 2: TS LÊ HÙNG

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật xây dựng công trình thủy họp tại Trường Đại học

Bách khoa vào ngày 21 tháng 6 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Xây dựng Thủy Lợi – Thủy điện, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hàng năm, Bình Định thường xuyên bị tác động trực tiếp nhiều loại thiên tai như: bão, áp thấp nhiệt đới, lũ, lụt, nắng nóng, hạn hán, xâm nhập mặn, sạt lở đất… Trong đó, tác động của hạn hán, lũ lụt xảy

ra ngày càng rõ nét do tác động của biến đổi khí hậu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến công tác tưới tiêu, sản xuất nông nghiệp và dân sinh, thiệt hại ước tính hàng trăm tỷ đồng mỗi năm

Bình Định cũng là nơi thường xuyên xảy ra khô hạn từ tháng 1

÷ 8 khi lượng mưa thiếu hụt từ (50 ÷ 70) % so với lượng mưa trung bình nhiều năm cùng kỳ Hầu hết các lưu vực sông thường xảy ra khô hạn khi nắng nóng kéo dài Trong 5 năm gần đây, khô hạn đã làm 88.700 ha gieo trồng bị giảm năng suất, trong đó có 8.110 ha cây trồng

bị mất trắng, 99.150 hộ/396.600 lượt người thiếu nước uống

Lưu vực sông La Tinh có 36 hồ chứa, dung tích 84 triệu m3, tưới 5.300 ha đất canh tác Trong đó, hồ chứa Hội Sơn với dung tích 45,62 triệu m3, chiếm hơn 50 % lượng nước lưu vực, tưới hơn 3.000

ha đất nông nghiệp và 300 ha đất nuôi trồng thủy sản Tình trạng khô hạn khu tưới hồ Hội Sơn thường xuyên xảy ra với tầng suất 4 năm/lần với quy mô và mức độ hạn khác cấp bách.nhau Trong năm 2014 riêng khu tưới hồ Hội Sơn phải ngừng sản xuất hơn 2.000 ha vụ Hè Thu và gần 300 ha vụ Đông Xuân bị mất trắng do thiếu nước cuối vụ

Do đó, việc tiến hành nghiên cứu đề tài “Tính toán cân bằng

nước hồ chứa nước Hội Sơn phục vụ sản xuất nông nghiệp trong bối cảnh biến đổi khí hậu” là hết sức cần thiết, góp phần đánh giá

nguồn nước phục vụ sản xuất nông nghiệp ở hồ Hội Sơn

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá lượng nước đến hồ và nước dùng của hồ Hội Sơn trong tương lai có xét đến Biến đổi khí hậu làm cơ sở đề xuất các giải pháp thích hợp khai thác hiệu quả hồ chứa Hội Sơn và xây dựng kế hoạch gieo trồng cũng như quy hoạch chuyển đổi cơ cấu cây trồng hợp

lý góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội của khu vực

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Tính toán cân bằng nước hồ Hội Sơn Phạm vi nghiên cứu: Hồ chứa Hội Sơn, xã Cát Sơn, huyện Phù Cát, tỉnh Bình Định

4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp kế thừa, thống kê, mô hình tính toán thu thập tài liệu đã có: Điều tra, thu thập, phân tích số liệu và tài liệu về dân sinh, địa hình; kế thừa, ứng dụng có chọn lọc các kết quả nghiên cứu khoa học về biến bổi khí hậu của các nước tiên tiến trên thế giới, các tổ chức quốc tế và trong nước có liên quan đến đề tài để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến hồ chứa nước Hội Sơn

Hướng tiếp cận nghiên cứu:

Trên cơ sở số liệu trạm khí tượng Quy Nhơn quan trắc đầy đủ các đặc trưng, yếu tố khí tượng, chất lượng đảm bảo, được dùng để tính toán, riêng đặc trưng mưa sử dụng số liệu các trạm đo mưa lân cận (Phù Cát, Phù Mỹ, Hoài Ân, Đề Gi) tính toán cho từng phân khu được nội suy theo phương pháp đa giác Thiessen Áp dụng mô hình MIKE NAM, với bộ thông số đã được hiệu chỉnh và kiểm định trên lưu vực hồ chứa nước Hội Sơn, để tính toán lượng nước đến hồ này khi có sự ảnh hưởng của Biến đổi Khí hậu Cũng từ số liệu khí tượng khi có xét tới sự biến đổi khí hậu của khu vực, áp dụng phần mềm CROPWAT tính toán lượng nước cần cho khu tưới từ đó đánh giá lại

cân bằng nước trong giai đoạn hiện nay và trong tương lai khi xét đến BĐKH từ đó kiến nghị kế hoạch dùng nước cho phù hợp

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đánh giá nguồn nước trong tương lai là một nhiệm vụ cần thiết

và cấp bách cho công tác quy hoạch phát triển kinh tế của khu vực Nhất là lưu vực sông La Tinh ở phía Bắc tỉnh Bình Định nơi thường xuyên bị hạn hán và lũ lụt

Kết quả nghiên cứu của luận văn là tài liệu tham khảo cho cơ quan quản lý hồ chứa nước Hội Sơn trong tính toán dự báo nguồn nước đến hồ

Chương 4: Xây dựng các kịch bản Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến dòng chảy và nhu cầu cấp nước của hồ chứa Hội Sơn

Kết luận và kiến nghị

1.1 Tổng quan về biến đổi khí hậu

1.1.1 Nguyên nhân của biến đổi khí hậu

1.1.2 Xu thế biến đổi khí hậu

1.1.3 Tình hình biến đổi khí hậu ở Việt Nam

1.1.4 Các kịch bản biến đổi khí hậu cho Việt Nam

1.2 Tác động của biến đổi khí hậu đến tỉnh Bình Định

1.2.1.Hiện trạng khô hạn của các hồ chứa trong bối cảnh BĐKH

1.2.2.Tác động BĐKH đối với tài nguyên nước tỉnh Bình Định

Lượng nước mặt đến năm 2020, 2030 ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu không chênh lệch nhau nhiều Đến năm 2020 tổng lượng nước mặt giảm 6,3% so với tổng lượng nước mặt hiện tại; đến năm

2030 giảm 10,8%, điều đó có nghĩa là đến năm 2030 tài nguyên nước mặt sẽ bị giảm hơn 1 tỷ m3 nước do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu gây nên

1.2.3.Kế hoạch ứng phó BĐKH và thiên tai tại Bình Định

UBND tỉnh Bình Định đã ban hành Quyết định số UBND ngày 19/11/2015 phê duyệt Kế hoạch Phòng, chống thiên tai tỉnh Bình Định

4176/QĐ Điều chỉnh cơ cấu cây trồng, vật nuôi, mùa vụ phù hợp với

dự báo, cảnh báo và diễn biến của hạn hán và xâm nhập mặn;

- Sử dụng các giống ngắn ngày, bố trí nhóm giống cùng thời gian sinh trưởng để thuận tiện cung cấp nước tưới, sử dụng nước hiệu quả

- Củng cố các tổ, đội thủy nông để quản lý, điều tiết tưới nội đồng

- Vận hành hợp lý các hồ chứa nước, công trình cấp nước, ưu tiên cấp nước sinh hoạt; sử dụng nước tiết kiệm, chống thất thoát nước;

- Ưu tiên cung cấp điện và nhiên liệu cần thiết cho các trạm bơm;

- Quan trắc độ mặn, vận hành cống lấy nước phù hợp với tình hình thực tế

- Theo dõi chặt chẽ tình hình nguồn nước; chuẩn bị nhân lực, phương tiện, vật tư, sử dụng nguồn cấp bù thủy lợi phí, ngân sách dự phòng

để thực hiện các giải pháp phòng chống hạn hán, xâm nhập mặn

- Tăng cường truyền thông về tình hình khô hạn để nhân dân biết, chủ động phòng chống hạn

CHƯƠNG 2 - ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KHÍ TƯỢNG THỦY

VĂN HỒ HỘI SƠN 2.1 Cơ sở lựa chọn hồ chứa phục vụ tính toán thí điểm

2.1.1.Hệ thống hồ chứa phục vụ sản xuất nông nghiệp tại Bình Định

2.1.2.Cơ sở lựa chọn hồ chứa Hội Sơn

Lưu vực sông La Tinh có 36 hồ chứa, dung tích 84 triệu m3, tưới 5.300 ha đất canh tác Trong đó, hồ chứa Hội Sơn với dung tích 45,62 triệu m3, chiếm hơn 50 % lượng nước lưu vực, tưới hơn 3.000

ha đất nông nghiệp và 300 ha đất nuôi trồng thủy sản Tình trạng khô hạn khu tưới hồ Hội Sơn thường xuyên xảy ra với tầng suất 4 năm/lần với quy mô và mức độ hạn khác nhau

Hình 2.1 Bản đồ vị trí hồ Hội Sơn và khu vực nghiên cứu

2.2 Giới thiệu về hồ chứa Hội Sơn

Công trình thủy lợi hồ Hội Sơn xây dựng năm 1981, hoàn thành năm 1985, sửa chữa nâng cấp năm 2010 Công trình ở vị trí có hệ tọa

độ VN 2000, kinh tuyến 108, múi chiếu 30 , X(m) = 1.564.880, Y(m)

= 575.698 trên suối Cả, sông La Tinh, thuộc xã Cát Sơn, huyện Phù Cát, tỉnh Bình Định Vị trí công trình nằm phía Tây Quốc lộ 1A cách trung tâm huyện 20 Km về phía đông Bắc, diện tích lưu vực tính đến

tuyến đập là 68,0 km2

Nhiệm vụ hồ Hội Sơn cấp nước tưới cho 3.300 ha đất canh tác nông nghiệp ở 10 xã thuộc huyện Phù Cát, Phù Mỹ; trong đó tưới vụ Đông Xuân 3.305 ha; hè thu 2.200 ha; mùa 2000 ha; nhiệm vụ giảm

lũ, giảm nhẹ ngập lụt hạ du, kết hợp nuôi trồng thủy sản và khai thác các nguồn lợi khác

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật cơ bản hồ Hội Sơn

2 Mực nước dâng bình thường m 68,60

3 Mực nước dâng gia cường 1% m 70,39

4 Lưu lượng xả Qmax 1% m3/s 444

6 Chiều rộng dốc nước m 13,7

9 Hình thức tiêu năng Bể tiêu năng

10 Chiều dài bể tiêu năng m 35,0

11 Cao độ đáy tiêu năng m 41,50

12 Chiêu sâu bể tiêu năng m 3,50

6 Lưu lượng thiết kế cống m3/s 2,96 5,10

Nguồn Chi cục thủy lợi Bình Định năm 2018 [8])

2.2.1.Đặc điểm địa lý tự nhiên

2.2.1.1 Vị trí địa lý tự nhiên

Hình 2.4 Bản đồ lưu vực sông tỉnh Bình Định

2.2.1.2 Địa hình địa mạo

Hình 2.5 Bản đồ địa hình lưu vực sông La Tinh

2.2.1.3 Tài nguyên đất và thổ nhưỡng:

a) Diện tích các loại đất:

Hình 2.6 Bản đồ đất lưu vực sông La Tinh

(Nguồn: Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Bình Định)

2.2.2.Đặc điểm khí tượng thủy văn lưu vực

Lượng mưa TBNN các trạm kề cận xung quanh lưu vực nghiên cứu Các trạm đo mưa kề cận, xung quanh lưu vực Hội Sơn bao gồm: Phù Cát, Phù Mỹ, Hoài Ân, Bình Quang, cụ thể như sau:

Bảng 2.9 Bảng lượng mưa TBNN các trạm xung quanh lưu vực (mm)

Trạm Phù Cát Phù Mỹ Hoài Ân Bình

Quang

(Nguồn: Trung tâm KTTV tỉnh Bình Định)

2.2.2.1 Lượng mưa gây lũ

2.2.2.2 Lượng mưa khu tưới

Chọn trạm Phù Cát đại diện cho lượng mưa khu tưới Kết quả tính toán tần suất lượng mưa khu tưới năm thiết kế, cụ thể : X85% =

1327 mm

CHƯƠNG 3 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH THỦY VĂN MIKE NAM VÀ PHẦN MỀM CROPWAT TÍNH TOÁN NHU CẦU NƯỚC CHO CÂY TRỒNG

3.1 Giới thiệu mô hình MIKE NAM

3.1.1.Cấu trúc mô hình MIKE NAM

3.1.2.Diễn toán dòng chảy mô hình MIKE NAM

3.1.3.Các thông số cơ bản của mô hình MIKE NAM

3.2 Tính toán lượng nước cần cho cây trồng

3.2.1.Năng lực tưới của hồ chứa nước Hội Sơn

Hồ chứa nước Hội Sơn có nhiệm vụ tưới 3 vụ lúa theo cơ cấu: lúa Đông xuân 3.305 ha; lúa hè thu 2.157 ha ; lúa mùa 1.960 ha

3.2.2.Lượng bốc hơi mặt ruộng

3.3 Xây dựng mô hình MIKE NAM tính toán dòng chảy đến hồ Hội Sơn

3.3.1.Thiết lập dữ liệu đầu vào

- Bản đồ phân chia các tiểu lưu vực; mạng lưới sông suối và

vị trí các trạm khí tượng thủy văn trong vùng nghiên cứu;

- Sử dụng chuỗi số liệu mưa ngày (X) từ 1976÷2010 các trạm Vĩnh Sơn, Vĩnh Kim, Phù Cát, Phù Mỹ, Hoài Ân, Đề Gi, Bồng Sơn,

An Nhơn, Quy Nhơn; Số liệu bốc hơi từ 1976÷2010 trạm Qui Nhơn (E);

- Số liệu lưu lượng bình quân ngày thực đo từ 1986÷2014 trạm Bình Tường (Q) để phục vụ tính toán

- Số liệu biến đổi khí hậu được xác định theo kịch bản nền và cộng thêm số gia tăng (hoặc giảm) lượng mưa theo các mùa Xuân, Hạ, Thu, Đông theo các kịch bản BĐKH năm 2016 của Bộ Tài nguyên và Môi trường

- Số liệu rà soát Quy hoạch thủy lợi tỉnh Bình Định giai đoạn năm

2015 -2020, tầm nhìn đến năm 2030; Phê duyệt kế hoạch tái cơ cấu các ngành nông nghiệp, thủy sản, trồng trọt của tỉnh Bình Định giai

đoạn năm 2015 -2020, tầm nhìn đến năm 2030;

Hình 3.1 Phân chia lưu vực trên

3.3.2.Kiểm định và hiệu chỉnh mô hình MIKE NAM

Trong nghiên cứu này, thời đoạn 1/1/1986÷31/12/2001 được

chọn để hiệu chỉnh, và thời đoạn 1/1/2002÷31/12/2014 được chọn để

Kết quả thể hiện trên hình cho thấy đường quá trình thực đo và tính toán tại trạm Bình Tường có sự khác biệt là không đáng kể Quá trình hiệu chỉnh và kiểm định: thời đoạn 1/1/1986÷31/12/2001 được chọn để hiệu chỉnh,và thời đoạn 1/1/2002÷31/12/2014 được chọn để kiểm định có kết quả tính toán đánh giá sử dụng hệ số NASH:

Bảng 3.1 Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định trạm Bình Tường

Vị trí

Hiệu chỉnh Kiểm định NASH Lỗi đỉnh

(%) NASH

Lỗi đỉnh (%) Trạm Bình

Đánh giá: Các kết quả hiệu chỉnh và kiểm định đã cho thấy kết

quả mô phỏng đã bám khá tốt hình dạng của đường quan trắc, hệ số Nash ở mức cao từ 0,65 cho hiệu chỉnh và 0,68 cho kiểm định Với kết quả đánh giá là khá cao và mô hình phù hợp để cho các quá trình

mô phỏng dòng chảy

Bảng 3.2 Bộ thông số mô hình MIKE NAM đã hiệu chỉnh và kiểm

định cho lưu vực sông Kôn

Thông số dòng chảy mặt Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF

13.5 155 0.833 392.9 26.5 0.833 0.492

Thông số dòng ngầm

TG CKBF Carea Sy GWLBF0 GWLBF1 Cqlow Cklow 0.143 1551 1.0 0.1 10 0 25.8 10488.6

Điều kiện ban đầu

3.5 Mô phỏng dòng chảy đến hồ Hội Sơn

Hình 3.12 Biểu đồ lưu lượng trung bình tháng hồ Hội Sơn ứng các

kịch bản Bảng 3.4 Lưu lượng bình quân tháng đến hồ Hội Sơn theo kịch bản

Bảng 3.5 Lưu lượng dòng chảy đến hồ Hội Sơn bình quân tháng (m3/s)

Bảng 3.6 Bảng phân phố dòng chảy Q 85% hồ Hội Sơn (m 3

/s)

Q85% 2,20 1,28 1,58 0,89 1,09 0,69 0,48 1,12 0,59 5,35 3,74 2,82 1,82

Kết luận: Với số liệu đầu vào và bộ thông số mô hình mưa dòng chảy MIKE NAM đã được hiệu chỉnh

- kiểm định là cơ sở cho việc xây dựng kịch bản ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến dòng chảy và tính toán nhu cầu cấp nước của hồ chứa Hội Sơn sẽ được trình bày ở Chương 4

CHƯƠNG 4 - XÂY DỰNG CÁC KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ẢNH HƯỞNG ĐẾN DÒNG CHẢY VÀ NHU CẦU CẤP

NƯỚC CỦA HỒ CHỨA HỘI SƠN 4.1 Xây dựng các kịch bản dòng chảy đến hồ chứa Hội Sơn

Kịch bản áp dụng cho hồ chứa Hội Sơn được sử dụng là kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp RCP 4.5 (kịch bản khuyên dùng theo báo cáo) Vì điều kiện thời gian làm luận văn có hạn và số liệu thu thập được nên tác giả xây dựng 02 kịch bản: Kịch bản nền (từ năm 1986 – 2005) và Kịch bản 2 giai đoạn đầu thế kỷ 21 (từ năm 2016 -2035) Trong đó thời đoạn tính toán cân bằng nước hồ Hội Sơn cho các giai đoạn từ năm 2016 - 2020 và giai đoạn từ năm 2020 -2030 Do

đó, kịch bản xây dựng dòng chảy đến cho hồ chứa Hội Sơn thể hiện trong Bảng 4.2

Bảng 4.1 Kịch bản xây dựng dòng chảy đến cho hồ chứa Hội

4.2 Ứng dụng mô hình NAM mô phỏng dòng chảy đến hồ chứa Hội Sơn theo tần suất thiết kế (Q 85% ) theo các kịch bản

Trong luận văn, tác giả lựa chọn sự thay đổi lượng mưa trung bình tháng theo kịch bản RCP 4.5 giai đoạn đầu thế kỷ (2016 - 2035)

để tính toán là: Mùa xuân (tháng 12-2) 10,4%; mùa hè (tháng 3-5) 1,5%; mùa thu (tháng 6-8) 19%; mùa đông (tháng 9-11) 5,3% Thông số đầu vào của mô hình MIKE NAM là số liệu lượng mưa và bốc hơi Trọng số trạm đo ảnh hưởng tới tiểu lưu vực hoặc tỷ

lệ lượng mưa (hoặc bốc hơi) mà một trạm đo góp phần vào mỗi lưu

vực và được xác định bằng phương pháp đa giác Thiessen

Từ kết quả chạy kịch bản 2 giai đoạn 2016-2035, trích xuất lưu lượng các thời đoạn để tính toán cân bằng nước hồ từ năm 2016-2020

và từ năm 2020-2030 thể hiện trên hình 4.1 và 4.2

Hình 4.1 Dự báo dòng chảy đến hồ Hội Sơn theo kịch bản BĐKH

2020-Q(m3)

4.2.1.Kết quả tính toán bốc thoát hơi nước tiềm năng:

4.2.2.Hệ số cây trồng Kc

4.2.3.Tính toán yêu cầu nước các loại cây trồng

4.2.4.Tính toán cân bằng nước theo các kịch bản

Để tính yêu cầu nước cho khu tưới, gồm 3.393 ha trong đó đất trồng trọt 3.093 ha Căn cứ vào nhu cầu nước của các loại cây trồng ứng với hệ số lợi dụng kênh mương =0,64 như sau:

Lượng mước cần tại mặt ruộng : 56,863.106m3

Lượng mước cần tại công trình : 91,715.106m3

4.3 Phân tích kết quả và đề xuất các giải phải pháp

Tỷ lệ

% (so dung tích thiết kế)

Dung tích (thừa -, thiếu +) triệu m3

Tỷ lệ % (so dung tích thiết kế)

Dung tích (thừa -, thiếu +) triệu m3

Tỷ lệ % (so dung tích thiết kế) Nền (1986 -

2005 27.444 63,02 6.592 15,14 -6.323 -14,52 Kịch bản 2

(Thời đoạn

2016 -2020)

17.624 40,47 7.751 17,80 -11.096 -25,48 Kịch bản 2

(Thời đoạn

2020- 2030)

- 2.232 -5,12 6.639 15,24 -13.836 -31,77