Cân bằng nước lưu vực sông thạch hãn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ HẢI DƯƠNG HỌC Ngô Thị Thanh Hương CÂN BẰNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy Ngành Thủy văn học Hà Nội - 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ HẢI DƯƠNG HỌC Ngô Thị Thanh Hương CÂN BẰNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy Ngành Thủy văn học Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thanh Sơn ThS. Ngô Chí Tuấn Hà Nội - 2013 LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp được hoàn thành tại Bộ môn Thủy văn, Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô và anh chị trong khoa đã nhiệt tình truyền thụ kiến thức trong suốt quá trình học tập, đặc biệt là thầy PGS.TS Nguyễn Thanh Sơn và ThS. Ngô Chí Tuấn đã tận tình chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này. Hà Nội, ngày 03 tháng 06 năm 2013 Sinh viên Ngô Thị Thanh Hương MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1 Chương 1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ TÌNH HÌNH KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN ........................................................................................ 2 1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN .............................................................. 2 1.1.1. Vị trí địa lý .............................................................................................. 2 1.1.2. Địa hình và địa mạo ................................................................................ 3 1.1.3. Địa chất và thổ nhưỡng ........................................................................... 4 1.1.4. Thảm thực vật ......................................................................................... 5 1.1.5. Khí hậu .................................................................................................... 5 1.1.6. Thủy văn ................................................................................................. 8 1.2. TÌNH HÌNH KINH TẾ XÃ HỘI ............................................................. 11 1.2.1. Dân số ................................................................................................... 11 1.2.2. Dân tộc .................................................................................................. 11 1.2.3. Cơ cấu kinh tế ....................................................................................... 11 Chương 2 CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG VÀ MÔ HÌNH MIKE BASIN .......... 14 2.1. HỆ THỐNG NGUỒN NƯỚC VÀ CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG ........ 14 2.1.1. Hệ thống nguồn nước .............................................................................. 14 2.1.2. Cân bằng nước hệ thống .......................................................................... 14 2.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ MÔ HÌNH CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG ........ 15 2.2.1. Hệ thống mô hình GIBSI ...................................................................... 15 2.2.2. Chương trình Sử dụng nước (Water Utilization Project) ..................... 16 2.2.3. Mô hình BASINS.................................................................................. 16 2.2.4. Mô hình hệ thống đánh giá và phát triển nguồn nước WEAP .............. 18 2.2.5. Bộ mô hình MIKE (DHI)...................................................................... 19 2.3. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH CÂN BẰNG NƯỚC MIKE BASIN .................... 19 2.3.1. Giới thiệu chung ..................................................................................... 19 2.3.2. Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE BASIN ............................................. 21 Chương 3 ÁP DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN .............................................................. 24 3.1. TÀI LIỆU ................................................................................................. 24 3.2. CÂN BẰNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN BẰNG MÔ HÌNH MIKE BASIN ................................................................................................. 24 3.2.1. Phân vùng tính cân bằng nước .............................................................. 25 3.2.2. Sử dụng mô hình NAM khôi phục số liệu và tính toán dòng chảy đến cho các tiểu vùng trên lưu vực .................................................................................. 28 3.2.3. Tính toán nhu cầu sử dụng nước của các ngành trên các tiểu vùng ..... 31 3.2.4 Tính toán cân bằng nước trên lưu vực sông Thạch Hãn ....................... 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 47 PHỤ LỤC ................................................................................................................................ 49 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Sơ đồ lưu vực sông Thạch Hãn. ..................................................................... 2 Hình 2. Sơ đồ mạng lưới sông và lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Thạch Hãn ................................................................................................................... 9 Hình 3. Bố trí phác họa mô hình lưu vực sông trong MIKE BASIN ....................... 20 Hình 4. Sơ đồ minh họa cấu trúc mô hình MIKE BASIN ........................................ 22 Hình 5. Phân vùng tính toán nhu cầu nước của lưu vực sông Thạch Hãn ................ 26 Hình 6. Cấu trúc mô hình NAM................................................................................ 28 Hình 7. Đường quá trình dòng chảy thực đo và tính toán của 11 năm hiệu chỉnh (1979 – 1989) tại trạm Gia Vòng .............................................................................. 29 Hình 8. Đường quá trình dòng chảy thực đo và tính toán của 11 năm kiểm định (1990 – 2000) tại trạm Gia Vòng .............................................................................. 30 Hình 9. Sơ đồ làm việc của mô hình CROPWAT .................................................... 33 Hình 10. Biểu đồ cơ cấu nhu cầu nước của các hộ dùng nước trên lưu vực sông Thạch Hãn. ................................................................................................................ 39 Hình 11. Sơ đồ tổng quát cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn. ........................ 42 Hình 12. Biểu đồ thể hiện lượng nước đến, lượng nước dùng và lượng nước thiếu cả năm của từng tiểu vùng trên lưu vực sông Thạch Hãn tỉnh Quảng Trị. ................... 44 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Kết quả phân mùa mưa – mùa khô trong tỉnh Quảng Trị ............................. 5 Bảng 2. Phân phối mưa năm theo các tháng tại các trạm đo mưa trên lưu vực sông Thạch Hãn ................................................................................................................... 6 Bảng 3. Nhiệt độ trung bình tháng tại một số trạm ..................................................... 6 Bảng 4. Độ ẩm tương đối tại trạm Đông Hà ............................................................... 7 Bảng 5. Bốc hơi bình quân tháng trạm Đông Hà ........................................................ 7 Bảng 6. Số giờ nắng trạm Đông Hà ............................................................................ 7 Bảng 7. Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Thạch Hãn ............. 10 Bảng 8. Trữ lượng nước hồ, đập trên lưu vực sông Thạch Hãn ............................... 11 Bảng 9. Diện tích, năng suất, sản lượng một số cây trồng chính trên lưu vực ......... 12 Bảng 10. Số lượng gia súc và gia cầm trên lưu vực sông Thạch Hãn ...................... 12 Bảng 11. Sản lượng thủy sản .................................................................................... 12 Bảng 12. Kết quả hiệu chỉnh thông số ...................................................................... 29 Bảng 13. Lưu lượng tháng tính trung bình nhiều năm của các tiểu vùng ................. 30 Bảng 14. Hiện trạng dân số dùng nước trong các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thạch Hãn ................................................................................................................. 31 Bảng 15. Nhu cầu nước sinh hoạt trong các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thạch Hãn ............................................................................................................................ 32 Bảng 16. Nhu cầu dùng nước cho các loại cây trồng trong tiểu vùng ĐB ............... 32 Bảng 17. Nhu cầu nước tưới của các tiểu vùng trên lưu vực .................................... 34 Bảng 18. Hiện trạng chăn nuôi của các tiểu vùng trên lưu vực sông Thạch Hãn ..... 34 Bảng 19. Nhu cầu nước cho chăn nuôi của các tiểu vùng trên lưu vực .................... 35 Bảng 20. Thống kê và nhu cầu nước cho công nghiệp chủ chốt trên các tiểu vùng thuộc lưu vực sông Thạch Hãn ................................................................................. 35 Bảng 21. Nhu cầu nước dùng cho công nghiệp của các tiểu vùng trên lưu vực sông Thạch Hãn ................................................................................................................. 36 Bảng 22. Diện tích nuôi trồng thủy sản của các tiểu vùng trên lưu vực ................... 36 Bảng 23. Nhu cầu nước dùng cho thủy sản của các tiểu vùng trên lưu vực ............. 36 Bảng 24. Nhu cầu nước cho giao thông thủy và bảo vệ môi trường của các tiểu vùng trên lưu vực ............................................................................................................... 37 Bảng 25. Nhu cầu nước cho dịch vụ, thương mại và du lịch của các tiểu vùng trên lưu vực ....................................................................................................................... 38 Bảng 26. Nhu cầu nước cho các hoạt động đô thị .................................................... 38 Bảng 27. Nhu cầu sử dụng nước cho các mục đích khác nhau của tiểu vùng ĐB.... 39 Bảng 28. Nhu cầu nước và cơ cấu nhu cầu nước của các hộ dùng nước chủ yếu trên lưu vực sông Thạch Hãn ........................................................................................... 39 Bảng 29. Tổng hợp nhu cầu cân bằng nước của các tiểu vùng trên lưu vực sông Thạch Hãn ................................................................................................................. 41 Bảng 30. Kết quả tính toán nhu cầu sử dụng nước cho tiểu vùng ĐB ...................... 43 Bảng 31. Tổng hợp lượng nước thiếu của các tiểu vùng .......................................... 43 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CROPWAT Mô hình tính toán nhu cầu tưới của cây trồng theo chỉ tiêu sinh thái GIBSI Bộ mô hình tổng hợp của Canada (Gestion Intégrée des Bassins versants à l'aide d'un Système Informatisé) GIS Hệ thông tin địa lý (Geography Information System) IQQM Mô hình mô phỏng nguồn nước ISIS Mô hình thủy động lực (Interactive Spectral Interpretation System) MIKE Bộ mô hình thủy lực và thủy văn lưu vực của Viện Thủy lực Đan Mạch. NAM Mô hình dòng chảy của Viện Thủy lực Đan Mạch QUAL2E Mô hình chất lượng nước (Water Quality version 2E) SWAT Mô hình mô phỏng dòng chảy mặt qua độ ẩm đất (Soil and Water Assessment Tool) USLE Mô hình vận chuyển phù sa và xói mòn đất WEAP Mô hình kết hợp giữa việc mô phỏng hệ thống và các chính sách cần áp dụng cho lưu vực(Water Evaluation and Planning System) WUP Chương trình sử dụng nước WinHSPF 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 PLOAD Mô hình lan truyền chất ô nhiễm TM, DV, DL Thương mại, dịch vụ, du lịch GTT, BVMT Giao thông thủy, bảo vệ môi trường 1 MỞ ĐẦU Thạch Hãn là con sông lớn nhất tỉnh Quảng Trị, là nguồn cấp nước cho các hoạt động dân sinh và kinh tế với diện tích 2727 km2. Lượng nước sông Thạch Hãn phân bố không đều theo không gian và thời gian. Để sử dụng hợp lý và phát triển bền vững tài nguyên nước mặt dẫn đến phải giải quyết bài toán cân bằng nước hệ thống cho lưu vực sông. Với lí do đó, đề tài: “Cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn” được chọn để thực hiện khóa luận tốt nghiệp với các nội dung sau: Chương 1 Đặc điểm địa lý tự nhiên và tình hình 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 Trong một thời gian có hạn, với kiến thức còn bó hẹp chắc chắn công trình đầu tay này không tránh khỏi những khiếm khuyết. Tác giả chân thành cảm ơn những sự góp ý của các thầy cô, các bạn đồng nghiệp để rút kinh nghiệm cho những công trình tiếp theo. 2 Chương 1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ TÌNH HÌNH 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 16º18’ đến 16º54’ vĩ độ Bắc và từ 106º36’ đến 107º18’ 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. Sơ đồ lưu vực sông Thạch Hãn. Sông Thạch Hãn bắt nguồn từ dãy Trường Sơn, có chiều dài 169 km. Dòng chính Thạch Hãn, đoạn thượng nguồn (sông Đăkrông) chảy quanh 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 2727 km 2 (hình 1). [2] 3 Đặc điểm của sông miền Trung nói chung 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 thủy triều. [11] 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. - Vùng cát ven biển chạy dọc từ Cửa Tùng đến bãi biển Mỹ Thủy 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 6 m. 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 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 ÷ 1,5 m. Dạng địa hình này cũng 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 của dạng địa hình này từ 1,0 ÷ 3,0 m. Đây chính là cánh đồng rộng lớn của huyện Triệu Phong và thành phố Đông Hà. Địa hình đồng bằng có cao độ bình quân từ 2,0 ÷ 4,0 m, dải đồng bằng này hẹp chạy từ Tây sang Đông, kẹp 2 bên là các dãy đồi thấp. + Ngoài ra, còn một số các thung lũng hẹp cũng đã được khai thác để trồng lúa nước. - Vùng núi thấp và đồi có dạng đồi bát úp liên tục. Độ dốc vùng núi bình quân từ 15 ÷ 18º. Địa hình này rất thuần lợi cho việc phát triển cây trồng cạn, cây công nghiệp và cây ăn quả; cao độ của dạng địa hình này là 200 – 1000 m, có nhiều thung lũng lớn. - 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, bề 4 mặt bị xâm thực và chia cắt mạnh. Địa hình này thích hợp cho cây lâm nghiệp và rừng phòng hộ đầu nguồn. [12] 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 Paleoxoi 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 Hóa) với lộ diện 120 km2, khối có dạng kéo dài theo hướng Tây Bắc – Đông Nam nằm dọc đứt gãy Đăkrông – 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 nền lục địa được tạo thành từ trầm tích sông biển và sự di đẩy của dòng biển tạo thành. [12] b. Thổ nhưỡng Lưu vực sông Thạch Hãn có thể phân chia thành các vùng thổ nhưỡng: vùng đồng bằng ven biển, vùng gò đồi, vùng đồi núi dãy Trường Sơn. - 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 QIV. Cát trắng chiếm ưu thế, tầng dưới cùng bước đầu có tích tụ sắt, chuyển sang màu nâu hơi đỏ. Lớp vỏ phong hóa 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 hóa 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. - Vùng đồi, núi dãy Trường Sơn bị chia cắt mạnh, thực vật nghèo. + Tiểu vùng đất bazan Khe Sanh, Hướng Phùng thuộc các xã Tân Hợp, Tân Độ, Tân Liên, nông trường Khe Sanh, Hướng Phùng có dạng địa hình lượn sóng, chia cắt yếu, đất đai phù hợp cho phát triển cây công nghiệp dài ngày. 5 + Tiểu vùng đất sa phiến thạch thuộc địa phận Lao Bảo, Lìa: nằm trong vùng đứt gãy dọc đường 9, giáp khu vực Lao Bảo. [12,15] 1.1.4. Thảm thực vật Trong thời kì chiến tranh, tỉnh Quảng Trị nằm trong vùng chiến tranh, hủy diệt khốc liệt, lớp phủ thực vật thuộc loại bị tàn phá. Ngay khi đất nước thống nhất, kế hoạch khôi phục lớp phủ thực vật với ý nghĩa phục hồi các hệ sinh thái tối ưu trở thành kế hoạch hành động cụ thể và tích cực. Đến năm 1990, nhiều diện tích rừng trồng và rừng tự nhiên tái sinh do khoanh nuôi bảo vệ đã xuất hiện. Rừng trồng theo chương trình hỗ trợ của PAM (Chương trình An toàn lương thực Thế giới) dọc theo các quốc lộ và tỉnh lộ phát triển nhanh. Từ các chương trình quốc gia 327, 264 và kế hoạch trồng rừng, trồng cây của nhân dân cấp tỉnh, phát động và đầu tư đã nâng cao tỉ lệ che phủ rừng khá nhanh. [12] 1.1.5. Khí hậu a. Mưa Quảng Trị nói chung và lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng nằm trong vùng mưa tương đối lớn của nước ta. Lượng mưa hàng năm tính trung bình trên phạm vi toàn lưu vực đạt trên 2400 mm, lượng mưa phân bố không đều theo không gian, phụ thuộc vào hướng sườn dốc và phù hợp với xu thế tăng dần của mưa theo độ cao địa hình. Do địa hình có xu thế tăng dần từ Đông sang Tây và từ Bắc xuống Nam. Nơi ít mưa nhất là những thung lũng ít gió như Khe Sanh chuẩn mưa năm 2070,3 mm, Tà Rụt là 1936,7 mm. Nơi nhiều mưa là khu vực núi cao thượng nguồn các sông Rào Quán, Cam