Thạc Sĩ Nghiên cứu giải pháp quản lý tài nguyên trên lưu vực sông cầu

MỤC LỤC


MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG CẦU VÀ LĨNH VỰC
NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN 5
1.1. Vị trí giới hạn . 5
1.2. Đặc điểm địa hình 7
1.3. Đặc điểm địa chất - thổ nhưỡng . 7
1.3.1. Địa chất . 7
1.3.2. Thổ nhưỡng . 8
1.4. Đặc điểm sông ngòi 9
1.5. Đặc điểm khí hậu . 12
1.5.1. Chế độ khí hậu 12
1.5.2. Các đặc trưng khí hậu 12
1.6. Đặc điểm thủy văn . 13
1.6.1. Dòng chảy năm . 13
1.6.2. Dòng chảy lũ . 15
1.6.3. Chất lượng nước . 17
1.7. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu có liên quan đến đề tài . 18
1.7.1. Tổng quan về quy hoạch quản lý tài nguyên nước trên thế giới 18
1.7.2. Tổng quan về quy hoạch quản lý tài nguyên nước ở Việt Nam . 20
CHƯƠNG II. THỰC TIỄN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÊN LƯU
VỰC SÔNG CẦU 23
2.1. Dân số và lao động . 23
2.2. Hiện trạng và phương hướng phát triển các ngành . 23
2.2.1. Hiện trạng và phương hướng phát triển nông nghiệp 23
2.2.2. Hiện trạng và phương hướng phát triển công nghiệp 26
2.2.3. Hiện trạng và phương hướng phát triển đô thị . 29
2.3. Phân vùng thủy lợi . 31

iv
2.3.1. Vùng miền núi . 31
2.3.2. Vùng trung du và đồng bằng 31
2.4. Hiện trạng cấp nước tưới 34
2.4.1. Vùng miền núi - Thượng Thác Huống 34
2.4.2. Vùng hạ, trung du và đồng bằng - Hạ Thác Huống . 35
2.5. Hiện trạng cấp nước đô thị - công nghiệp . 43
CHƯƠNG III. GIẢI PHÁP QUY HOẠCH, QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC
TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẦU 44
3.1. Nhu cầu dùng nước của các ngành kinh tế . 44
3.1.1. Tiêu chuẩn cấp nước cho các ngành . 44
3.1.2. Chỉ tiêu cấp nước cho các ngành . 49
3.1.3. Nhu cầu nước của các khu dùng nước 52
3.2. Tính toán cân bằng nước dòng chính sông Cầu . 53
3.2.1. Khái niệm về hệ thống tài nguyên nước và cân bằng nước hệ thống 53
3.2.2. Phương pháp tính toán cân bằng nước . 55
3.2.2.1. Tổng quan về mô hình WEAP 55
3.2.2.2. Cấu trúc của mô hình WEAP . 56
3.2.2.3. Khả năng của mô hình WEAP 59
3.2.2.4. Sử dụng mô hình WEAP . 59
3.2.3. Thiết lập mô hình cân bằng nước lưu vực sông Cầu 62
3.2.3.1. Phân vùng tính toán cân bằng nước 62
3.2.3.2. Dòng chảy đến các tiểu lưu vực . 65
3.2.3.3. Nhu cầu sử dụng nước trên các tiểu lưu vực . 67
3.2.3.4. Các công trình sử dụng nước . 67
3.2.3.5. Quy định về dòng chảy tối thiểu, dòng chảy hồi quy . 69
3.2.3.6. Sơ đồ tính toán cân bằng nước 69
3.2.4. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình . 71
3.2.5. Cân bằng nước 73
3.2.5.1. Kết quả tính toán cân bằng nước giai đoạn hiện tại 73

v
3.2.5.2. Kết quả tính toán cân bằng nước giai đoạn 2020 75
3.2.5.3. Nhận xét chung về kết quả cân bằng nước . 76
3.3. Các giải pháp quy hoạch và quản lý nguồn nước . 77
3.3.1. Xây dựng hồ chứa trên dòng chính sông Cầu . 77
3.3.1.1. Hồ Nậm Cắt 77
3.3.1.2. Khả năng cấp nước của hồ Nậm Cắt . 79
3.3.2. Cải tạo, nâng cấp hồ Núi Cốc 80
3.3.2.1. Hồ Núi Cốc . 80
3.3.2.2. Khả năng cấp nước và bổ sung nguồn của hồ Núi Cốc . 81
3.3.3. Cải tạo kênh chuyển nước từ hồ Núi Cốc sang sông Cầu 82
3.3.4. Sử dụng nước tiết kiệm, nâng cao hệ số lợi dụng kênh mương . 84
3.3.5. Đánh giá hiệu quả của các giải pháp quản lý nguồn nước được đề xuất
trong nghiên cứu . 84
3.3.6. Giải pháp quản lý nguồn nước đối với các tiểu lưu vực lấy nước dòng
nhánh sông Cầu 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Bản đồ vị trí lưu vực sông Cầu . 6
Hình 2.1: Phân vùng thủy lợi lưu vực sông Cầu . 33
Hình 2.2: Hiện trạng công trình tưới lưu vực sông Cầu . 42
Hình 3.1: Vị trí các tiểu lưu vực trên lưu vực sông Cầu . 64
Hình 3.2: Dòng chảy đến các tiểu lưu vực từ 1961 đến 2010 . 67
Hình 3.3: Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sông Cầu 70
Hình 3.4: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Thác Bưởi . 72
Hình 3.5: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Thác Bưởi . 73


vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Đặc điểm sông ngòi lưu vực sông Cầu . 11
Bảng 1.2: Phân phối dòng chảy năm tại một số trạm thuộc lưu vực sông Cầu 13
Bảng 1.3: Đặc trưng dòng chảy trung bình nhiều năm tại các trạm trên lưu vực . 15
Bảng 1.4: Nguyên nhân hình thành các trận lũ chính trên sông Cầu 16
Bảng 2.1: Hiện trạng và dự báo dân số đến năm 2020 . 23
Bảng 2.2: Hiện trạng và phương hướng sử dụng đất nông nghiệp (ha) 24
Bảng 2.3: Diện tích sản lượng các loại cây trồng chính năm 2011 25
Bảng 2.4: Hiện trạng và dự báo phát triển chăn nuôi đến năm 2020 25
Bảng 2.5: Hiện trạng nuôi trồng thủy sản . 26
Bảng 2.6: Hiện trạng và dự báo các khu công nghiệp đến năm 2020 - Vùng hạ Thác
Huống 27
Bảng 2.7: Hiện trạng và dự báo các khu công nghiệp đến năm 2020 - Vùng thượng
Thác Huống . 29
Bảng 2.8: Tổng hợp hiện trạng công trình tưới vùng thượng Thác Huống 35
Bảng 2.9: Tổng hợp hiện trạng tưới của HTTL Sông Cầu . 36
Bảng 2.10: Hiện trạng tưới - khu tưới hồ Núi Cốc . 38
Bảng 2.11: Hiện trạng vận hành cấp nước và tiếp nguồn mùa kiệt của hồ Núi Cốc 39
Bảng 2.12: Hiện trạng các trạm bơm tưới khai thác dòng chính 40
Bảng 3.1: Tiêu chuẩn nước dùng cho chăn nuôi . 45
Bảng 3.2: Tiêu chuẩn cấp nước cho thủy sản nước ngọt 45
Bảng 3.3: Chỉ tiêu dùng nước cho đô thị loại IV, V và điểm dân cư nông thôn 46
Bảng 3.4: Chỉ tiêu dùng nước cho công trình công cộng 46
Bảng 3.5: Chỉ tiêu cấp nước cho các ngành giai đoạn hiện tại . 49
Bảng 3.6: Chỉ tiêu cấp nước cho các ngành giai đoạn 2020 . 51
Bảng 3.7: Kết quả tính toán nhu cầu nước của các khu dùng nước giai đoạn hiện tại
. 52
Bảng 3.8: Kết quả tính toán nhu cầu nước của các khu dùng nước giai đoạn 2020 . 53

viii
Bảng 3.9: Diện tích hứng nước của các tiểu lưu vực trong lưu vực sông Cầu . 65
Bảng 3.10: Quan hệ cao độ - diện tích - dung tích hồ Núi Cốc 68
Bảng 3.11: Quan hệ cao độ - diện tích - dung tích hồ Nậm Cắt . 68
Bảng 3.12: Các thông số chính hồ Nậm Cắt giai đoạn DAĐT . 68
Bảng 3.13: Các khu thiếu nước giai đoạn hiện tại 74
Bảng 3.14: Các khu thiếu nước giai đoạn 2020 76
Bảng 3.15: Nhu cầu cấp nước cho thị xã Bắc Kạn giai đoạn 2020 và định hướng đến
2030. 78
Bảng 3.16: Thông số thiết kế sơ bộ của hồ Nặm Cắt 79
Bảng 3.17: Dòng chảy sau hồ Nậm Cắt trước và sau khi xây dựng hồ. . 80
Bảng 3.18: Khả năng cấp và tiếp nguồn của hồ Núi Cốc . 81
Bảng 3.19: Hoạt động của kênh chuyển nước từ hồ Núi Cốc sang sông Cầu 83
Bảng 3.20: So sánh kết quả cân bằng nước trước và sau khi áp dụng các giải pháp
quản lý nguồn nước . 86


1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận văn
Lưu vực sông Cầu có diện tích 6.030 km 2 , chảy qua các tỉnh Bắc Kạn, Thái
Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh và thành phố Hà Nội, là nguồn cung cấp nước tưới
cho khoảng 40 nghìn ha đất nông nghiệp; cấp nước dân sinh cho khoảng 1,8 triệu
người, trong đó có các đô thị lớn như thị xã Bắc Kạn, thành phố Thái Nguyên,
thành phố Bắc Ninh, các thị trấn, thị tứ và các khu dân cư tập trung ven sông.
Lượng mưa trung bình nhiều năm các trạm trên lưu vực sông Cầu dao động
từ 1.300 - 1.700 mm/năm, thấp hơn so với các vùng lân cận trên địa bàn cả nước. Vì
vậy, lượng nước đến trên lưu vực sông Cầu được đánh giá là không đủ để đáp ứng
nhu cầu dùng nước của các ngành kinh tế.
Lưu vực sông Cầu là một trong những khu vực có tiềm năng đất nông nghiệp
lớn. Ngoài diện tích đất trồng lúa và hoa màu đã được khai thác, sử dụng, diện tích
các khu trồng cây lâu năm, cây công nghiệp đang ngày càng mở rộng trên. Do đó,
nhu cầu nước cho ngành nông nghiệp đang không ngừng tăng lên trên lưu vực.
Hiện nay khu vực ven sông Cầu cũng đã hình thành nhiều khu công nghiệp
lớn như khu gang thép Thái Nguyên, khu công nghiệp Sông Công, các khu chế xuất
lớn của tỉnh Bắc Ninh, Đông Anh, Sóc Sơn (Hà Nội) Nhu cầu dùng nước cho
ngành công nghiệp, đô thị được dự báo tiếp tục có xu hướng gia tăng, đồng thời vấn
đề nước cho bảo đảm môi trường và duy trì dòng chảy cũng cần được quan tâm
trong tương lai.
Với mục tiêu bảo đảm nguồn nước cho các ngành sử dụng nước từ dòng
chính sông Cầu, việc tiến hành nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lý tài nguyên
nước trên lưu vực sông Cầu là cần thiết. Nghiên cứu này tiến hành phân tích, tính
toán nhu cầu dùng nước cho các ngành sử dụng nước trên lưu vực, ứng dụng mô
hình đánh giá và quy hoạch tài nguyên nước WEAP để phân tích tính toán cân bằng
nước, phân bổ nguồn nước, đánh giá tác động của các giải pháp quy hoạch và quản
lý nguồn nước trên lưu vực.

2
2. Mục tiêu của nghiên cứu
Đề xuất giải pháp quy hoạch, quản lý nguồn nước trên lưu vực sông Cầu
nhằm đáp ứng nhu cầu dùng nước của các ngành nông nghiệp, công nghiệp, đô thị,
dân sinh và môi trường trên lưu vực sông Cầu.

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
a. Cách tiếp cận:
- Tiếp cận tổng hợp và liên ngành
Dựa trên điều kiện tự nhiên, nguồn nước, hiện trạng thủy lợi, hiện trạng và
phương hướng phát triển kinh tế - xã hội của vùng nghiên cứu để đưa ra các giải
pháp cấp nước phù hợp.
- Tiếp cận kế thừa
Trên lưu vực sông Cầu đã có một số dự án, đề tài nghiên cứu về các vấn đề
khai thác, sử dụng và quản lý tài nguyên nước. Việc kế thừa có chọn lọc các kết quả
nghiên cứu này sẽ giúp đề tài có định hướng giải quyết vấn đề một cách khoa học
hơn.
- Tiếp cận thực tiễn
Tiến hành khảo sát thực địa, thu thập số liệu hiện trạng và định hướng phát
triển về thủy lợi cũng như các ngành kinh tế khác của từng địa phương trong vùng
nghiên cứu. Từ đó xác định được nhu cầu sử dụng nước và khả năng đáp ứng của
dòng chính sông Cầu.
- Tiếp cận các phương pháp toán và các công cụ tính toán hiện đại trong
nghiên cứu
Để tính toán cân bằng nước, trong nghiên cứu này sử dụng mô hình WEAP.
Xây dựng bản đồ thông qua phần mềm MapInfo.

b. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các tài liệu, kết quả tính toán của các nghiên
cứu đã thực hiện trên địa bàn vùng nghiên cứu. Kế thừa tài liệu khí tượng, thủy văn

3
của các trạm trên lưu vực sông Cầu hiện có ở Viện Quy hoạch Thủy lợi, chuỗi tài
liệu hiện có dài 50 năm từ 1961 đến 2010. Các tài liệu tính toán nhu cầu nước của
các ngành nông nghiệp, sinh hoạt, công nghiệp, đô thị, môi trường của từng khu
vực, từng công trình được sử dụng trong nghiên cứu này để tính toán cân bằng nước
trên các tiểu lưu vực. Trong những năm qua có nhiều nghiên cứu về nguồn nước
trên lưu vực sông Cầu, như nghiên cứu tối ưu phân bổ nguồn nước trên lưu vực
sông Cầu do Viện Quy hoạch Thủy lợi thực hiện năm 2007, quy hoạch Thủy lợi lưu
vực sông Cầu – sông Thương đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phê
duyệt năm 2007, nghiên cứu về tích hợp biến đổi khí hậu trong quy hoạch Thủy lợi,
đây là những tài liệu quý báu để tác giả kế thừa về phương pháp nghiên cứu, các
công cụ sử dụng và các kinh nghiệm của các chuyên gia.
- Phương pháp điều tra, thu thập: Điều tra, thu thập tài liệu trong vùng
nghiên cứu bao gồm: tài liệu về điều kiện tự nhiên (vị trí, địa hình, địa chất, thổ
nhưỡng); tài liệu về nguồn nước (sông ngòi, khí tượng, thủy văn); tài liệu về hiện
trạng và phương hướng phát triển kinh tế - xã hội; tài liệu về hiện trạng thủy lợi
(vùng thủy lợi, cấp nước tưới, cấp nước đô thị - công nghiệp).
- Phương pháp mô hình hóa: Việc ứng dụng khoa học công nghệ trong tính
toán, mô phỏng quá trình thủy văn, thủy lực trên lưu vực có ý nghĩa rất quan trọng
trong các nghiên cứu về nguồn nước. Nhiều mô hình tiên tiến có khả năng mô
phỏng chính xác quá trình vận động của nước trên lưu vực đã được xây dựng và
phát triển trong những năm gần đây như mô hình MIKE BASIN (DHI, Đan Mạch),
mô hình SWAT (Mỹ), WEAP (Thụy Điển). Trong nghiên cứu này tác giả ứng dụng
mô hình WEAP (Water Evaluation And Planning - Hệ thống "Đánh giá và Quy
hoạch Tài nguyên nước") là mô hình mới được phát triển bởi Stockholm
Environment Institute's U.S. Center để tính toán cân bằng nước, phân bổ nguồn
nước và đánh giá tác động của giải pháp quy hoạch, quản lý đến việc sử dụng nước
trên lưu vực sông Cầu.
- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo, tập hợp ý kiến từ các nhà khoa học
về các nội dung liên quan đến đề tài và vùng nghiên cứu. Được học tập và công tác

4
với các thầy cô giáo, các chuyên gia có năng lực và kinh nghiệm trong lĩnh vực tài
nguyên nước, trong quá trình thực hiện luận văn tác giả đã tham vấn, xin ý kiến các
chuyên gia về phương thức tổ chức nghiên cứu, cách thức thiết lập mô hình tính
toán, phân tích các kết quả tính toán của nghiên cứu. Các gợi ý, góp ý và các nhận
xét của các thầy, cô giáo, các chuyên gia đã giúp cho tác giả hoàn thiện luận văn
này.